汽車的懸掛系統(tǒng)是一個十分復雜的系統(tǒng)，各個配件之間有著千絲萬縷的關系，當然作為車主并不需要知道太多深奧的理論，但如果要改裝得宜，達到預期的理想效果，一些基本理論知識是必需的，希望大家不會覺得沉悶。 車輛動態(tài)，重量轉移 一臺汽車，不論它的形狀大小都只有四點——即車的四只輪胎接觸地面，而這只輪胎分別承擔了車及它所搭載人和物的總重量。假設一輛ff車(前置發(fā)動機，前輪驅動)的總重是1000kg，在“靜止”時每只前后輪胎負重分別只是300 kg和200kg(每邊計)，但當車子一“動”起來以后，每只輪胎的負重隨即出現(xiàn)了微妙的變化。簡單地說物理學上的動態(tài)慣性 (我們在乘車時身體在車子加速時向后壓，減速時會向前沖，轉向時會向反方向擺動所感覺到的力量) ，會令車子無論是在加速，減速或是轉向都會產生重量轉移(weight transfer)，而重量轉移的結果是令個別輪子的負重激增，例如在平地上急剎車時原來由后輪負擔的大部份重量會在一瞬間轉移到前輪上，即原來只負擔600kg車重的兩個前輪一下子要負擔高達800kg(或更多)的車重；這還不算，如果車子在高速下坡時要拐一個急右彎，而司機在彎中突然松油門，這一連串動作引致的重量轉移會使右后輪負重是零(因為它己凌空了) ！左前輪的負重則可能高達800kg，而左后輪和右前輪則可能分別只有80kg和120kg的負重——這嚴重不均衡的現(xiàn)象會令左前胎不勝負荷而打滑(即understeer，轉向不足)，失去轉向能力而向前直沖。這時候開車的人如果在慌忙中踏下剎車，會令更多的重量由己經負重不多的后部向前移，結果左后胎因負重太少導致下壓力(down force)不足，摩擦力不足以抗衡車子在轉右彎時所產生的左橫向力，而產生向左橫移(即oversteer，轉向過多)。以上是一個簡化了的例子，不同設計和驅動形式的車子在同一情況下產生的重量轉移速度和分布稍有不同，但基本的原理是一樣的。重量轉移是一把雙刃劍，控制不當會令車子“推頭”——轉向不足，或“甩尾”—— 轉向過多，如控制得宜則可增加個別車胎的下壓力，使加速、轉向或剎車時更得心應手，詳細的分析將來有機會和大家交流賽道駕駛心得時再談。 如何控制重量轉移 從上述的例子看到，如果可以減少車子在動態(tài)時的重量轉移現(xiàn)象，便可提高輪胎出現(xiàn)打滑前的極限，亦即大幅改善車的整體操控性。事實上在上世紀90年代初f1賽車就曾出現(xiàn)過“主動懸掛系統(tǒng)”(active suspension)的設計，是用計算機在適當?shù)臅r候(如拐彎時)調節(jié)懸掛系統(tǒng)的強度，控制重量轉移現(xiàn)象的發(fā)生。后來這種系統(tǒng)被fia改例禁止(因為這成功的設計令賽車運動不夠人性化)。在明白過理論后我來介紹幾個可以控制重量轉移的改裝方法。 第一個方法是減小車重。車的總重減小了自然轉移的重量也少了，也即是同一條件下輪胎的負荷少了，極限當然會更高。大家還記得還記得在改裝物語第一章中我提到減少車重的重要性和方法嗎? 如果忘記的話請再翻閱一遍，要再提醒讀者的是需盡量減少車內尤其是尾廂內的雜物，因為它們絕對會跟隨車的動態(tài)慣性來作轉移，影響車子穩(wěn)定性。 第二個方法是降低車子重心。因為任何物體重心越低，可以搖擺(roll)的幅度便越少，同時也等于被轉移的重量越少。降低車子重心的最簡單方法是把整車的高度降低，但千萬不要胡亂把原裝彈簧剪短以達目的，這種土法改裝的副作用會令車主得不償失，在下文我會介紹正統(tǒng)的方法。 第三則是加強車子的抗傾側力(roll stiffness)，即加強車體和懸掛系統(tǒng)的強(硬)度來壓制車的搖擺幅度，道理和降低重心一樣。對這種改裝最常用的方法是更換高強度的彈簧和避震器，加裝前后頂巴(tower bar) 和防傾桿(anti roll bar)等。 彈簧基本作用原理 彈簧基本上是一個能量儲存器，它利用了可伸長和壓縮的特性把車輪在經過不平的路面時產生的彈跳(能量)吸收和釋放，令車體可以保持平衡和穩(wěn)定，而部分儲存在彈簧的能量在彈簧伸長(即回彈)時在減震器的調控下會轉化成熱能散播于空氣中。彈簧可分為漸進性和線性兩種，大多數(shù)汽車原裝及一般改裝用的都是漸進性彈簧（外觀上彈簧的粗細、疏密會有變化），好處是當受壓不大時，初段的彈性系數(shù)(spring rate俗稱k數(shù)，公制單位是kg/mm，英制單位是 lb/inch ，代表把彈簧壓縮1mm或 1英寸所需要的重量，數(shù)字越高彈性系數(shù)越強)不會太高，乘坐感會較好。而在彈簧被壓到中段時彈性系數(shù)開始逐步提高，保證了車子高速時的穩(wěn)定性。缺點是操控起來精確度不夠。線性彈簧即是無論壓縮或拉長多少，彈性系數(shù)基本不變（外觀上彈簧粗細、疏密不變），這種彈簧的好處是讓汽車的動態(tài)變化較為穩(wěn)定和線性，讓駕駛者較容易預知汽車在下一時刻將有怎樣的動態(tài)。而這種彈簧一般用于賽車及高性能改裝車上，因為它無須考慮舒適性和載重。另外也有賽車或一些街車改裝彈簧上另加一個小的較軟的輔助彈簧，這種變剛性彈簧組合除了有增加舒適性的作用外，還能在主彈簧受壓回彈時壓著主彈簧，防止主彈簧因此脫離彈簧座。 減震器原理及由來 最原始最簡單的汽車懸掛系統(tǒng)是用四條(葉片)彈簧把車身從輪子上撐起來的，后來人們不希望在遇到路面的一丁點凹凸之后車身就不停地振動，因此引入減震器（避震器、避震機）。這里“減震”的意思不單是指讓振動幅度減小，更是把振動的能量吸收，減少車身振動的次數(shù)，保持車輪和地面接觸，所以減震器也叫吸震筒（shock absorber）。減震器的基本參數(shù)是阻尼值，即在壓縮(compress，或稱rebound）時可產生多大的阻力，數(shù)值越高，阻力越大。但阻尼值并不能決定車在過彎會傾側多少(這是彈簧的工作)，它只會控制產生傾側的速率(rate，用多少時間完成傾側)。由于減震器在減震的過程中會受熱(從轉化彈簧的能量而來)，因此在劇烈運動后會產生高溫，令減震器內的減震液失效(shock fade)，情形就像剎車油因過熱失效一樣。因此有些高檔或比賽用的減震器(如ohlins，sachs等)會多帶一個氮氣瓶來控制減震液的溫度（減震桶中可容納更多的減震液，熱容量更大）。一般車用的原裝減震器，都是偏向舒適和應付各種路面的調校，所以大都配上較低阻尼的減震器和較弱的彈簧來保持行車舒適。顯而易見，改裝阻尼值大的減震器和硬彈簧會改善車子的重量轉移現(xiàn)象，增強在行車時的結實感和靈敏度，使整體的操控性大為改善，代價是失去了原車的乘坐舒適感，也犧牲了車上其它部件的耐用性。 彈簧、減震器配合改裝要訣 一般用于性能改裝的運動型彈簧(sport spring)都會把車身降低大約25-35mm (彈簧是決定車高的主要部件)，并把彈性系數(shù)提升約20 -30%，通過更換運動型彈簧可以增強車的roll stiffness抗傾側力和降低重心，不但可減少各個方向的重量轉移，提高過彎極限，更可令車子看起來更有跑味，吸引眼球，是一舉兩得之作。如果更換的彈簧降低車身不到25mm，強度增加在15%之內，可考慮沿用原裝減震器(如果性能良好的話)，這種搭配不但經濟，而且在改善操控和外觀之余更可保持原車大部份的乘坐舒適感。但如果新彈簧的強度和長短超過這些范圍的話，便必須采用匹配的減震器，以確保系統(tǒng)的性能可以充分發(fā)揮，并且不影響行車安全。因為當彈簧強于減震時，減震器的減震功能便不能發(fā)揮，整車操控會變得輕浮和遲鈍，但如果是減震強于彈簧時會影響彈簧的緩沖效果，同時降低減震器壽命。要提醒大家的是，在改裝懸掛系統(tǒng)時彈簧是主角，即應先決定彈簧的強度和長短，其它的配件如減震器等都是用來配合的。另外前后彈簧的個別強度對車子的動態(tài)平衡(推頭/甩尾)有極大的影響，改裝時要特別留意。改裝彈簧減震器還要避免幾個誤區(qū)。首先是不要拼命降低車身，過分降低車身會影響減震器、彈簧、等速萬向節(jié)和其它懸掛關節(jié)的壽命。另外，雖然車身降低后大部分懸掛系統(tǒng)上都會有增加車輪負傾角(negative camber)的效果，對彎道表現(xiàn)有好影響，但若是沒有修改懸掛機構關節(jié)點的位置，過分地降低或升高車身都會破壞懸掛機構的應有特性，效果會更差。車身過低對日常行車所帶來的煩惱也會令你困擾不已。還要強調的是除非你有很多時間和資源去作測試和調校，不然的話建議購買特別為某款車型定制的懸掛套裝，尤其是名廠產品 (如kw, bilstein , koni等)，這樣會萬無一失，省時省心。一般的套裝系統(tǒng)都配有調硬和短了的強彈簧加上高阻尼值的減震器，較為高檔的減震器還會有車體高度(俗稱絞牙避震)和本體長度(配合長短不同的彈簧)的調節(jié)功能，更高檔的還有多種壓縮和拉伸阻尼調校。由于篇幅所限，這些在減震器上的調校功能和作用將會連同其它懸掛系統(tǒng)上的改裝配件如頂巴、防傾桿和襯墊等，在下期和大家詳談。這款瑞典ohlins拉力賽用前減震器是設計給富士wrx用的，除輕金屬(銻)制的本體、特長的筒身和大幅的高度調節(jié)范圍外，它那外置氮氣瓶還可以減低減震液溫度和防止氣泡產生，令減震效果更持久和順滑。 轉向不足(understeer)俗稱“推頭”，是指后輪能循跡滾動但前輪向外滑動。圖中虛線表示賽車原來的行車線，但因車速過高，會出現(xiàn)打了方向但前輪仍偏離行車線向彎外滑出的現(xiàn)象。 轉向過多(oversteer)又稱“甩尾”，情況與轉向不足相反，后輪偏離原來行車線向彎外滑動，注意圖中賽車的前輪已向反方向打以消除這個現(xiàn)象。貌不驚人，粗細高低不同的各式(色)彈簧，是支配車身離地高度、傾側度和乘坐舒適感的重要配件。剎車時的重量向前轉移現(xiàn)象，令這臺福特focus的尾部高高翹起。日本top secret出品的“絞牙避震”——可調高低式減震器的港式俗稱。它的筒身刻有可調整彈簧高度的彈簧底座，一般人只用它來降低車身高度，其實它的另一重作用是調校四個車輪的獨立負重(corner weight)。在下期將有corner weight 的詳細解說。 1.減震器并不一定是每軸一雙的，這是雷諾方程式formula renault）用的單筒式 (mono shock) 設計。 2.這是安裝在一臺三菱evo拉力賽車發(fā)動機艙內的一雙前減震器外置氮氣瓶 (置于發(fā)動機后上方的兩個銀色罐)。 3.圖中的可調高度式(height adjustable，又稱絞牙避震)減震器共配兩組彈簧，分別是紅色的輔助彈簧(helper spring)和黑色的主彈簧。輔助彈簧除可產生漸進效果外，主要作用是防止主彈簧在(受壓)回彈時脫離底座而發(fā)生危險。 絞牙避震 絞牙避震( height. adjustable. damper)——源自賽車技術，指有可調(彈簧)高度設計(香港人俗稱“絞牙”設計)的減震器。顧名思義，可調高度式減震器的最大好處是可以很方便地獨立調整車身四角的離地間隙。當車子靜止時，車身四個角的離地距離對該位置上車輪的負重有很大的影響：增加車身左后角的離地間隙，便增加左后輪及其對角線車輪(即右前輪)的負重，同時另外對角上的兩只車輪（左前及右后輪）的負重則會減少。如果減少離地間隙則效果相反。因此在一定程度上可調高度式減震器可用來調校包括車手和載(汽)油量的靜止重量分布(static weight distribution)。在賽車場上，專業(yè)車隊會利用離地間隙和車輪負重的關系，來計算賽車上每角車輪的負重(即角重corner weights)，角重進行過調整的賽車在動態(tài)時會有較少的重量轉移和較好的整車平衡，能幫助提升輪胎的極限。在調校角重時最理想的當然是可以把車重平均分配（或為特別效果而刻意增減個別車輪的負重）。但事實上，除了方程式賽車能做到理想的重量分布外，絕大多數(shù)的車，包括gt賽車也做不到這一點(ff房車最差，因車手、發(fā)動機和變速箱的重量都集中在前面，嚴重的天生不平衡)。說遠了，回到民用車上，多數(shù)車迷都只會在最初改裝可調高度式減震器時玩一下這特別的設計，但后來往往不會再有耐性進行細致的調整(畢竟每次開車前按乘客的數(shù)目、乘坐位置或將駛經路線上的路況來調校車子每角的負重和離地距是件很麻煩的事)。如此一來除可調高度外，有“絞牙”設計減震器的性能表現(xiàn)并不一定比沒有的強。而從實用的角度來看，如果只為降低車身和減低車子在彎中的傾側度，那么簡單地換一套短而硬的彈簧配相應的避震器，可能會更省心。以后有機會的話，我還將就絞牙避震的細致調校對駕駛的影響做更詳細介紹。 多路可調式減震器 市面上有些可調式（軟硬可調）減震器設有多段的壓縮（compress，或稱bump）或伸長（decompress，或稱rebound）的阻尼調校功能。和可調高度一樣，這設計也是為競賽而設的。簡單地說，一路可調式減震器(1 way adjustable damper，通常只可調減震器回彈時的阻尼)有12段調校選擇；而兩路可調式(2 way adjustable，即減震器壓縮和回彈時的阻尼均可調 )會再多12段的調校選擇，即理論上它有12×12=144款調校組合。如果再加到三路甚至是四路可調式設計(可再細分調校高速和低速的壓縮回彈阻尼)，組合結果會更多。如以壓縮為例，車子快速通過賽道路肩時減震器會產生高速壓縮，而車子在轉向、加速、剎車時引發(fā)的重量轉移則會產生低速壓縮。因此這種多路可調式設計可多達n種減震阻尼（軟硬）的組合，當然這是純理論值，實際上可產生明顯效果的組合并沒有這么多，而且有些組合更有互相抵消的效果。對于專業(yè)車手(尤其是拉力車手)來說，多路式減震器非常重要，因為調校得宜的減震器可令賽車在非常顛簸的砂石路面上穩(wěn)定地高速飛馳。 但除非是高燒中的發(fā)燒友或是準備出賽，太多軟硬可調設計并不實際(競賽用的設計在民用角度看都是不切實際的)。以我個人的經驗來說，在買車時選擇原廠運動懸掛配置(sport suspension option，在國外很普遍，尤其是寶馬和奔馳等歐洲車廠都會提供這些選擇，相信國內也很快會流行)是最好的妥協(xié)，不然的話買一套一路可調式減震器回來再調校一個自己覺得可以接受的設定便可以了，太多的選擇只會令你傷透腦筋。除了彈簧和減震器外，懸掛系統(tǒng)內還有其它不那么容易注意到，但同樣舉足輕重的東西：防傾桿、關節(jié)襯墊和用于加固車身的配件等。 車身加強 在前后懸掛的支柱頂部（俗稱“塔頂”）加裝“塔頂巴”（橫拉桿），把左右塔頂用硬桿連接起來，可以加強車身剛度，避免車身兩邊因重量轉移改變了受力點而扭曲，繼而影響車輪前束、車輪傾角等的動態(tài)幾何?！八敯汀弊寫覓煜到y(tǒng)的運動軌跡保持設計的初衷，從而在急轉彎時把系統(tǒng)的動態(tài)幾何控制在較理想的范圍內，而且加裝前頂巴可使車子的轉向更靈敏和直接。但由于車身剛度的加強，轉彎時重量轉移會加?。ㄔ据^軟的車身會抵消一部分的力），若塔頂巴是加在前軸，那么前輪的重量轉移較多，令前軸的車輪先于后軸到達極限，出現(xiàn)轉向不足。同一道理如加在后軸就偏向于轉向過度，可見塔頂巴亦有類似于防傾桿的作用(在下文有詳細解釋)。很多街車的車底用于固定搖臂的部位是很弱的，所以有些改裝商會建議在這里裝“底巴”，加強搖臂的關節(jié)點，原理和塔頂巴是一樣的。當然這一切都是基于其它條件不變的理論情況，但現(xiàn)實中的情況不會這么簡單，不然的話很容易便可當改裝專家了。裝配頂巴是很簡單的技術，大部份情況下只要位置合適便可，充其量要注意的是頂巴的設計會否影響一些簡單的日常維修工作如換機油濾請器和火花塞等，名牌與否在此關系不大。 懸掛關節(jié)的襯墊 街車由于要顧及使用壽命和平順性、寧靜性，懸掛系統(tǒng)的所有關節(jié)都采用橡膠質地的襯墊（bush），即金屬之間不會有直接接觸，但缺點是軟襯墊令車子的操控不夠敏銳和直接，而且剛度不夠會令激烈駕駛時懸掛系統(tǒng)產生多余的動態(tài)幾何變化，影響車子的操控表現(xiàn)。另外經常高速行車所產生的熱力也會令橡膠質地的襯墊壽命縮短，要經常更換。如果改裝懸掛時可以換上硬度較大、耐熱較好，用聚亞安酯(polyurethane)等物料制造的襯墊，可大大改善上面提到的問題，代價是犧牲一些乘坐舒適感。事實上在專業(yè)賽車上，會干脆把關節(jié)改成金屬制造的球狀軸承（spherical joints，俗稱“波子”）。波子需要好的潤滑和經常的維護，噪音大，而且不能緩沖來自各個方向的沖擊，要求車架十分牢固，加上全無乘坐舒適性，不適合用于街車。 防傾桿 如果單*基本的彈簧、減震器去提供足夠的力矩，把車身在轉向時的傾斜程度改善過來，所需要的強(硬)度不但會令司機和乘客接受不來，強烈的震蕩亦會影響車上其它部件的性能和耐用性，絕對是得不償失。因此大部份的高性能房車都配上了防傾桿（anti-roll bar，也稱穩(wěn)定桿，stabilizer 或swaybar）。防傾桿的基本設計是用一條u形的金屬桿把兩側懸掛連起來，作用是當車子傾側時，即外側的懸掛被壓縮，內側懸掛被拉長時發(fā)揮一個抗扭作用，分別減低外側和內側懸掛的壓縮及拉長幅度，減少車子的傾側度。防傾桿的抗扭度(torsional stiffness)決定于它的直徑和長度，直徑越粗、兩端搖臂離桿的中間點越遠，抗扭力越強，相反則越弱。防傾桿的最大好處是它可以“防傾”，但又不會影響車子的彈性系數(shù)，因為在同一輪軸上的兩側懸掛同時壓縮或伸長時防傾桿是不起作用的，因此配有防傾桿的車子可以用上較軟的彈簧，令一般行車時可以維持一定的舒適感。 除了“防傾”外，防傾桿對汽車的轉向特性有十分大的影響，在某程度上它的作用比彈簧和減震器還要明顯。防傾桿越強，在轉彎時壓在外側車輪的重量便會越大(因為在其它因素不變的情況下，裝有較強防傾桿的一軸會有較高的重量轉移速率)，亦即是在這一軸外側的車輪將可能是四個車輪中第一個到達極限的車輪，當超越這極限時轉向過少(如出問題的輪子在前軸)或轉向過多(如在后軸)等現(xiàn)象便會出現(xiàn)。同樣的道理也可應用在前后彈簧和減震器的設定上，即有相對較強彈簧/減震器組合的一軸會首先出現(xiàn)推頭或甩尾的現(xiàn)象。大部份街車的操控特性在出廠時都被設定于偏向于轉向不足——因為這樣的車相對容易控制，只要拖點剎車就能減小轉向不足的現(xiàn)象，符合多數(shù)人的本能反應，是一項保守但安全的設計。在改裝懸掛系統(tǒng)時要注意前后軸的平衡和新設定對車子操控特性上的影響。 以下是改裝防傾桿時的一些建議。 如果街車出廠時只有一條防傾桿，那么一定是在前軸的，如果根本沒有防傾桿，那么改裝時應優(yōu)先考慮在前軸加防傾桿，這樣會安全一些。如果你有很好的賽車駕駛技術，可以在原車的基礎上，加強后軸的防傾桿，這樣車子的操控會較活潑，轉彎時更靈活，但如果搭配失當將會使車子在高速轉向時出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，容易發(fā)生意外。前后防傾桿的相對強弱除了要考慮操控設定的需要外，還要配合彈簧的軟硬(彈性系數(shù))，比如原來已選用非常硬的彈簧，那么加裝上的防傾桿可能就無“傾”可防了。防傾桿的結構有空心和實心兩種，空心的較輕，但由于生產難度大，所以價格貴得多。如果資金充裕，買可調(長短)的防傾桿更容易發(fā)揮車的潛能。 其實對大部份車迷來說，最方便和有效的方法是找一間有信譽的改裝公司，讓它介紹一套專為自己車款型號而設計的防傾桿套裝。事實上很多車廠都有官方或半官方的改裝專家為自己的產品設計改裝部件，例如開豐田車的可選擇trd、tom’s 的出品，本田可找無限(mugen)，寶馬可用eibach，bilstein，大眾則有neuspeed和abt(奧迪)等。雖然這些套餐式的改裝件并不一定能100%地滿足你的要求，但它們中的大部份都會對車子的操控性有可觀的改善，即便是最差情況下也不會產生一些相反甚至是危險的效果。 再談輪胎 在談論懸掛系統(tǒng)時，輪胎很容易被忽視，實際上輪胎除了提供與地面的抓地力之外，也起到與彈簧、減震器相類似的作用，而且輪胎的發(fā)明也正是為了起到緩沖作用，而不是為提供大的抓地力（第一條輪胎就是為自行車減震而造的）。在正常行駛時，所有的路面沖擊都是從輪胎開始傳遞上去的，輪胎對車身起著第一層保護作用。用小直徑的輪圈配胎壁較高的輪胎，相當于長而軟的彈簧和減震器，舒適性較好，但運動性能就較差了，反之，要提高運動性能，用扁平輪胎就能在保證很好的效果。輪胎的軟硬也應和彈簧、減震器相適應，不要換了硬的彈簧和減震器之后還沿用原裝的軟輪胎，這樣即使是作了大的投資也起不到大的作用。 總結 懸掛系統(tǒng)關系到汽車的平順性、轉彎性能、加速和剎車性能，而且牽涉的部件很多，要改好懸掛系統(tǒng)，是一個復雜的工程，只要一個配件選擇不對，都會令車的性能變得難以掌握，所以最好選擇規(guī)模較大、有專業(yè)設備和長期經驗的改裝店去改裝。最后要提醒大家的是改裝了懸掛系統(tǒng)后別忘了去做一次四輪定位檢查，因為輕微的懸掛幾何偏差都會令花巨款得來的改裝效果大打折扣。 |
