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越野车弹簧、减震器选购

更新时间:2019-04-18 20:58

  买来 越野车,很多车友都喜欢改改弹簧和减震,一来可以适当升高底盘,二来也能提高车辆悬挂性能,或者让越野性能更加突出,或者让车辆的公路性能和越野性能达到更佳的平衡。但实际上,悬挂系统的调教是非常复杂而困难的一项工作,在汽车研发领域被誉为“艺术”而非“技术”。今天就和大家聊聊悬挂改装的一些小知识。

  汽车弹簧最常见的是螺旋弹簧,其它如钢板弹簧(俗称板簧,常见于皮卡后悬挂),扭杆弹簧(BJ40前悬挂),空气弹簧(新款大切诺基等)也都能看到。今天主要聊聊螺旋弹簧的分类和特点。

  渐进型弹簧:这种弹簧通常是采用粗细、疏密不一致的设计,优点是在受压不大时可以通过弹性系数较低的部分吸收路面的起伏,从而保证乘坐的舒适感。而当压力增大到一定程度后,较粗部分的弹簧则起到支撑车身的作用,但它的缺点是操控感受不直接,精度较差。

  线性弹簧:线性弹簧从上至下的粗细、疏密不变,弹性系数为固定值。这种设计的弹簧可以使车辆获得更加稳定和线性的动态反应,有利于驾驶者更好的控制车辆,多用于性能取向的改装车与竞技性车辆,坏处当然是舒适性受到影响。

  弹簧设计主要有三个方面的因素,即强度设计(轴向性能),刚度设计(切向性能)及稳定性设计。弹簧是一个系统设计,各种性能互相交错影响。比如为了提高支撑力度,我们可以加粗弹簧丝直径、减小簧圈外径或者加大缠绕比(缠绕比=弹簧中径➗弹簧丝直径),但简单的加粗弹簧丝直径,又会降低缠绕比,事倍功半。

  胡克定律揭示了弹簧承载能力:F=Kx,F为弹力,K为劲度系数,x为弹簧拉长的长度。劲度系数计算公式为:

  上面这些理论固然枯燥,只是想引出一个选购弹簧的结论:弹簧的选择与减震一样重要,不同的弹簧之间看起来好像大同小异,但是与车型(车型主要决定了弹簧载荷的大小)的匹配是非常重要的。与车型匹配良好的弹簧,事半功倍,不见得比那些参数亮眼,但未经与车型匹配的弹簧效果差。

  减震最直接的影响着车辆的驾驶感受。减震器并不是用来支持车身的重量,而是用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量。弹簧起缓和冲击的作用,将“大能量一次冲击”变为“小能量多次冲击”,而减震器就是逐步将“小能量多次冲击”减少。如果你开过减振器已坏掉的车,你就可以体会汽车通过每一坑洞、起伏后余波荡漾的弹跳,而减振器正是用来抑制这种弹跳的。没有减振器将无法控制弹簧的反弹,汽车遇到崎岖的路面时将会产生严重的弹跳,过弯时也会因为弹簧上下的震荡而造成轮胎抓地力和循迹性的丧失。

  减震按照阻尼介质来分,可以分为油压式和油气混合式。在油气混合型减震中,又可以分为单筒式和双筒式(非外置气罐型,而是既有储气罐,又有油液补偿罐)。从减震性能来划分,一般遵循以下规律:

  单筒式油气减震>双筒式油气减震>油压式减震。很多车辆原厂使用的减震都是性价比较高的油压式减震,价格往往在400元以内。而油气混合式减震往往见于第三方厂家开发的改装减震,价格也会相对昂贵,甚至达到数千元一根。

  油压减震和油气混合减震很容进行区别,将减震活塞向内推或向外拉伸,能够自行复位的就是油气减震,而油压减震则无法自行回位。在实际使用中,只能依靠弹簧的弹力回位。在越野车减震中,还有一种比较常见的“氮气减震”,俗称“氮减”,其本质上是单筒式油气混合型减震。

  单筒型油气减震油气共处一室,在油气混合物快速搅拌压缩混合的过程中不断会有微小气泡融入到油液中,久而久之导致油液乳化。这样长此以往会导致可被压缩的气体越来越少,油液的体积越来越大,最后导致避震行程减少,内部压强过大,油封渗油,避震变硬,这也是很多老车越开车身越低矮,越开避震越硬的主要原因,正因为这个原因,油气分离式的避震筒应运而生,氮气避震筒问世。

  油液在筒身内受到活塞的直接作用力,通过油管导入氮气瓶中,在氮气瓶中压缩氮气,氮气瓶中又有活塞,分隔油气。这样在减震工作缸中,不再有气室,能够减轻油气混合现象。另外外置气罐的加入,使得油和气的容量得以大幅度提升,提高了减震器对悬挂的控制能力,让悬挂系统的表现更趋向于完美。

  减震的结构相对弹簧要复杂一些,在其设计中有两大难点:一是油封的可靠性,二是如何与弹簧匹配得到一个较为优化的匹配结果。

  越野车是对减震系统要求最为复杂的一类车型。既要保证公路行驶的舒适性,又要保证非铺装道路的舒适性,通过性,安全性和更高的可靠性。车辆在行驶中一般有以下几个典型的场景:

  起步加速时,车辆重心后移,后悬挂受到压缩,如果后悬挂过软,容易造成车辆”抬头“现象严重,影响驾驶感受。

  刹车时,车辆重心前移,前悬挂受到压缩,如果前悬挂过软,容易造成”点头“现象严重,不仅影响驾驶感受,还会加大刹车距离。

  车辆转弯时,受离心力作用,车辆过弯外侧车轮受到压缩,若悬挂系统过软,会造成车辆侧倾严重,影响舒适性和安全性,降低了车辆过弯性能。

  当路面颠簸不平时,也就是常说的搓板路,车轮时刻受到纵向力冲击,若悬挂系统过硬,则会降低悬挂的缓冲功能,造成车辆颠簸加剧,影响舒适性。

  这个场景是越野车才会遇到的场景。在攀岩,过沟过坎等情形下,悬挂初段不能太硬,否则容易影响悬挂行程,但是尾段又不太软,避免悬挂系统极限压缩情况下支撑力度不够,造成车辆磕底。

  简单总结一下,就是公路怕软,越野怕硬。这也是为什么大部分越野车在原厂悬挂调教中,悬挂系统就比较软的原因。

  目前越野车改装减震以油气混合型单筒减震为主,全套价格从3、4千元至2万多元不等。

  至于越野车改装减震的品牌方面,常见的国外品牌有美国的King,Fox,ICON;日本的KYB;澳洲的OEM,悍狗,犀牛,杜宾森,派腾仕;泰国的PFD。国内比较知名的品牌有沙晰,K-MAN,黑曼巴,FCL,还有假冒美国品牌的STR等。这么多的品牌减震,如何区分好与坏,或者说如何发现性价比较高的产品呢?

  前文说过,好的减震取决于用料和调教,且是三分材料七分调教。所以,我们选购减震,首先要看这款减震是否针对自己的车型做过专门的调教。做过与车型的调教与匹配,这样的减震系统首先可以保证其表现的全面性和稳定性,不会出现偏科。“专车专用”,是一款减震性能的基本保证。在这一点上来说,国外品牌的减震有着比国内品牌更严格和充分的调教。即使在材料选择上,国内产品已经比肩甚至超过国外同档次产品,但国外大品牌的减震价格依然要高于国内,充分的调教是国外减震高价格的重要支撑和保障。

  至于材料,总的来说有以下这些方面对性能和可靠性的影响较大:储油筒材料的选用,油封选用,储油量大小,O型圈选用,减震直径,活塞杆直径以及最重要的活塞阀体设计等指标。好的越野减震器其筒身直径,活塞直径都应比原厂减震大,以提高减震筒容积,获得更大的储油量。常见的2.0筒身是指减震筒工作腔和活塞直径为46mm,2.5筒身则为60mm。

  油封,O型圈都会采用行业高标准产品,如油封采用日本NOK油封,保证密封的可靠性。液压油采用德国福斯液压油,以保证在-50℃~150℃之间,液压油性能稳定。

  国产减震近几年进步很大,在用料上已不输国际大牌。日本NOK双层油封和德国福斯液压油几乎成为国产品牌越野改装减震的标配,又比如以竞技比赛性能出众著称的美国King牌减震,选用的6061铝材加工储油筒和活塞等关键部件,而国产品牌FCL采用7075铝,7075材料价格是6061价格的两倍。两种铝材的特性介绍为:

  6061:Al-Mg-Si合金, 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材 。

  7075:Al-Zn合金,用于制造飞机结构及期货他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造。

  减震的活塞阀体设计是减震设计的灵魂,我讲这句话应该没有人会反对。优秀的阀体设计能够实现减震阻尼的自适应调节,也就是该硬的时候硬,该软的时候软。如美国蒙诺(也叫万里路,隶属于美国天纳克集团,百年历史的老牌厂商,同时也是各大汽车厂商钦定的OEM商)的“Reflex”阀体和KONI(来自荷兰,同样是老牌的汽车配件供应商,同时也提供各种特种液压减震器)的“FSD”阀体。

  蒙诺的Reflex阀体呈上面的结构,粉色大活塞1和红色小阀体2,上面天蓝色薄片与弹簧组成单向阀,控制油液从下自上流动,实现压缩阻尼控制;绿色和深蓝色薄片由弹簧钢制成,功能上是一个由压力开启的单向阀,绿色阀片控制由粉色大活塞流出的大量油液,蓝色薄片和红色阀体配合控制少量油液,蓝色和绿色相互独立,互不干涉,由于开启压力不同、油液流速不同实现两段的回弹阻尼。

  在上图中所看到的就是FSD阻尼自动调节系统,活塞阀上行制造阻尼力,油液通过油路1压缩活塞上的阀片产生出阻尼力来吸收路面颠簸。图中阀孔b是fsd阀的关键,这里是个细小的孔径,约0.025mm,作为油路2的“闸口”。

  阀门A是液压触动的,由于较低的运动频率,未达到阀门A打开所需要的时间,p1与p2两处的压强相同,使得两处的液体处在一个相对较稳定的状态,也就是减振器此时很淡定,没有使用开挂模式,还是以一个比较高的阻尼状态在行驶,也就是这时的悬架比较硬。

  但是当减振器的震动频率过高,约7Hz左右的时候,活塞的压缩与复原所用到的时间变短,大概是不足0.15s-0.2s的时间,细小的孔径无法在更短时间内通过所有油液,此时油液堆积在油路管道内,管内的压强变大,油路2内的平衡被打破,这时的p1大于p2,阀体被下压,阀门A这时被打开,油路2通油。通过油路2的打开,减振器在复原(向上运动)的时候了多一个“泄油口”,油液就更容易流动,fsd阀就是这样使减振器“变软”的。同时,预载荷垫片会产生很小的预载荷,将阀门A置于阀门坐上,使阀门坐在复原开始的时候处于常开状态。

  至于软硬几级可调这种指标则不能作为反应减震器好坏的指标。广汽2018款指南者身上就采用了具有FSD技术的活塞阀体。

  当然,对于越野车而言,减震系统的可靠性依然是排在第一位的。陆地巡洋舰有一阵为了追求舒适性,在高配车型上采用了空气弹簧, 空气减震给予了汽车减震系统更多的灵性。在高速行驶时减震变硬,可以变硬来提高车身的稳定性;而长时间在低速不平的路面行驶时,控制系统会使悬架变软来提高车子的舒适性。但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本高,而且使用寿命不如传统悬挂系统。尤其是越野路况的大强度使用条件下,容易损坏。丰田陆地巡洋舰也曾“误入歧途”,装配过空气悬挂系统,但在最新的LC200身上,又回归了传统的金属弹簧+油压减震。一切都是为了可靠。

  一:首先是要选择专车专用的弹簧减震,这样才有可能在全面性上超越原厂减震。

  二:弹簧不是越粗就越好,不是用料越多就越好,弹簧的设计是一门艺术,重在调教;软硬可调的减震固然更为灵活一些,但是可调档位多,并不代表这个减震就高级,就好。

  三:常说的中载/重载弹簧,往往比原厂弹簧要硬一些。这个有利有弊,支撑性能提高了,但会减小原车的悬挂行程长度,这个对越野来说是不利的。很多改装弹簧/减震是为了跑比赛而设计的,必须要硬一些,但是对于日常使用并不是很适合,所以购买前一定要搞清楚自己的需求。

  四:外置氮气筒的“氮减”,是各类减震中性能和稳定性相对较好的,同时价位也是较高的。如果对减震系统有较高的要求,希望能够全面超越原厂减震,建议直接购买“氮减”。普通的改装减震往往提高的仅是一部分性能,如普通的OME弹簧、减震虽然能提高公路行驶性能,但是在行程上还不如原厂减震。

  五:如果车身升高了,那么对应的限位块,横向拉杆,手刹线等均需要综合考虑,避免在极限使用情况下,损伤车辆。

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