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摩托车车架与悬挂简析

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2016年06月22日18:06    来源: KTM    点击:7761



                               
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当我们讨论一辆车时,常会讨论到它的动力性能如何?它的舒适度如何?或许说得笼统一些,是讨论一辆车的个性究竟是如何?
其中除了发动机动力性能之外,其他最重要的因素,即是悬挂系统及车架。

                               
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今纵横车坛的日本、欧洲、美国等大厂,对于悬挂系统及车架都有不同的见解及设计理念,
因此各车厂所生产的车辆有迥然不同的个性。以悬挂系统来说,不但影响了骑乘的舒适性,也造成了操控性的差异,
然而究竟什么是舒适性,什么又是操控性呢?首先要从悬挂系统的运作原理及各种悬挂的构造及表现来探讨。
最后,我们将针对车架作介绍,使各位读者了解各厂的设计概念与特点,也将介绍车架如何与悬挂系统做出紧密的结合,
就让我们一同进入这个左右车辆特性的神秘世界!
骑乘感是什么?
所谓的“骑乘感”,简单地说就是“一辆车给予车手的直接感受”,或者说是“一辆车所表现出来的个性”,
虽然说每位车手对于同一辆车的反应绝不可能完全相同,但是我们仍可以找出几个较为客观的切入点,来讨论一台车。
这里要讨论的有两点:舒适性与操控性。
谈到舒适性,许多人的脑海中大概会马上出现这样的画面:在宽广的路面上,骑着美式巡航车平稳地悠游着,
这就是一般我们所要的舒适性。进一步地说,只要“车辆行经坑洼时,车子的悬挂能够缓冲震动并且平顺地回复原本的稳定状态,
让骑士感到轻松自在,没有任何过度而令人不舒服的摆动”,就可以称为良好的舒适性。
一般而言,所谓“调校较软”的悬挂可以带来较佳的舒适性,因为软的悬挂可以缓慢地将震动吸收,而不带来剧烈的晃动。
也有人做过如此的研究,测试人体各部位所感受到最不舒服的震动频率,并在设计车辆的悬挂时,试着避免产生这些震动频率,
给人所带来的不舒适感。然而舒适性也可以这样去解释“在颠簸的路况之下,能够维持车辆及骑士的重心平稳地继续前进的能力”,
如此一来,一辆舒适度极佳的车辆必定是在经过凹凸不平的路面时,悬挂仍能迅速地反应路面,
当轮胎进入凹洞时,避震器迅速伸长,以轮胎顶住地面,仍然维持车辆及骑士的重心在同一水平面上,同时也维持轮胎的贴地。
一般讲到操控性,很多人会马上想到车辆的弯道性能,是否可以稳定地过弯,然而这里所提的操控性是指“车辆对于骑士的操作,
是否可以立即、圆满地做出反应”例如:车辆在进行转弯前,骑士必须以逆操舵改变车辆直行的状态,而开始倾倒过弯,
而所谓的操控性就可以在此看出,若一台车可以立即对骑士的逆操舵动作做出倾倒的反应,我们会称这台车的操控性犀利,
如一般的跑车即为此特性。相对的,若一台车对于骑士的操作做出迟钝、缓慢的反应,我们则会称这台车的操控性较为迟钝,
如一般的美式巡航车种,对于入弯的反应便没有仿赛车的犀利。
然而,这里所谓的操控性并没有好与坏之分,一台反应迟钝的车,在行驶时反而不容易因为外界的刺激而产生不稳定的情形;
而一台反应灵敏的车,却容易在路面的刺激下,产生不稳定的晃动,因此每台车都有本身的基本设定,
一位好的骑士也必须以自身的需求去选择车辆。
“操控性”是指“车辆对于骑士的操作,是否可以立即、圆满地做出反应”

                               
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美式巡航车多采用较软调性的悬挂设置,以求最舒适的长途骑乘感受.

                               
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仿赛车多配置硬朗的悬挂,以获得较高的操控性.

                               
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悬挂的奥秘
悬挂决定了一台车的好坏,究竟悬挂的作用是什么,又有哪些基本元件及基本结构种类?
关键的避震器又是扮演了何种角色,应该如何调整?请见以下分晓。
为何需要悬挂?
要知道悬挂的重要性,不如先试想若是没有悬挂的话,车子在路面上行驶会是怎样的情形:任何路面都绝非完全的平整,
就算是国际级的赛道,路面也是会有起伏及凹陷,更何况是一般道路,在路面上行驶,车辆会跟着产生晃动、震荡的情形。
如此的情况之下,若是没有悬挂来进行缓冲,每经过一次晃动,车子便会带着轮胎弹离地面,轮胎一旦离开地面,
便无法提供抓地力。在车辆转弯时,轮胎若跳离路面,将是一件多么可怕的事情!
然而想象归想象,实际上若是真的没有悬挂,轮胎似乎也不会这么容易离开地面,损失抓地力,我们从小骑的脚踏车就是如此,
大家还不是骑得好好的?这是因为轮胎的弹性也该当成一种悬挂来考虑。
为了应付凹凸的路面,工程师便将轮子与车身之间加入可以相对运动的机构,并加上弹簧,以维持车身高度。
如此一来,虽然有了悬挂机构及弹簧,可以让轮胎根据地面起伏而上下运动来贴紧地面,却形成另一个问题,
由于弹簧是一种会来回震荡的元件,能量会逐渐累积在弹簧内无法散去,因此震荡及晃动也就会越来越激烈。
为了解决持续震荡的现象,悬挂机构中就加了不可缺少的阻尼器(或称减震筒),阻尼器会吸收晃动的能量,
让车辆在经过坑洞时的晃动逐渐趋于缓和,如此才能算是一套完备的悬挂系统。
由以上的叙述可以知道,悬挂系统的两大目的在于维持轮胎的贴地性以及舒适性,这也是前面所提到的,
接下来,我们将开始介绍悬挂的基本要件。
悬挂究竟包含了哪些部分?
完整的悬挂系统应该要包含以下的部分:悬挂机构与避震器,其中避震器又可分开为弹簧及减震筒,各司其职。
摩托车上,虽然可见到各式各样的前、后悬挂系统种类,但基本的要件都离不开以上所讲的三大要素。
悬挂机构
所谓的悬挂机构就是以各项机械元件所组成,可以造成轮胎做单一方向运动的机构,
例如最简单的前悬挂:潜望镜式前叉系统,就是利用外管套住内管,让两管间可以做出直线的相对运动,来完成悬挂机构。
而常见的摇臂式后悬挂机构,也是利用摇臂来固定轮胎,让轮胎可以绕着摇臂支点做单一方向的运动。
形形色色的悬挂机构,我将在后面陆续介绍。
一款优异的减震器,弹簧与阻尼的调教缺一不可.

                               
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为了使车体操控更符合骑士习惯,不少踏板车车主也对悬挂系统全面进行改装强化.

                               
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减震弹簧及阻尼
避震器中弹簧的主要功能之一,便是让车辆在经过震荡后回到原本所设定的车高,这也意味着,弹簧可以用来控制车高。
弹簧在设计时,都会有一个“自由长度”,也就是不受力时的长度,当弹簧受力挤压时便会压缩,受力外拉时便会伸长,
若力量消失,弹簧即会在震荡之后回复到原本的自由长度,摩托车在经过路面跳动之后仍能恢复原本的车高,也是同样的道理。
由于弹簧只是单纯地吸收及释放能量,并不能使震荡趋缓,所以,避震器中便需要阻尼器来担负起吸收震荡能量的功能。
阻尼器中的关键便是阻尼油,试想,阻尼器中的阻尼油在压缩时,会经由一个小孔从阻尼器的一端流至另一端,
拉伸时便会自小孔流回原本的那一端,而流动时产生的阻力便是阻尼的来源,当油的粘度越高,
孔越小,阻尼油便越难流至另一端,相对地使得阻尼器难以压缩或是伸长,如此便可以缓和震荡。
目前常见的可变阻尼避震器其实就是改变小孔的大小来立即改变阻尼的效果;
若是更换阻尼油来改变黏度,也可以获得直接调整阻尼的效果。
阻尼油小常识
不论是潜望镜式悬挂或是后避震器中的阻尼油,在经过长期的使用之后,效能都会降低,而需要更换。
潜望镜式悬挂的阻尼油是可以经由简单的工具进行更换的,相对的,后避震器的阻尼油则需要较复杂的工具及专业的机具进行更换。
阻尼油最重要的标示就是粘度,常见的标示单位为WT,号数则从0、10、20至60、70都有,数字越大,代表油的黏度越高,
能提供的阻尼效果也越大。阻尼油的作用就是将悬挂上、下作动的能量,转变成为油的热量,将震动吸收。
行驶之中,油的温度必会慢慢增高,而阻尼油温度增高之后,粘度也会逐渐下降,阻尼效果将会变差。
因此,避震器在经过长途操驾之后,会有性能降低的问题,正是来自于此。
长期下来,阻尼油在温度升高及下降中来来回回,也会造成阻尼油变质的结果,所以必须定期更换阻尼油。
前悬挂
前叉的内管越粗,能承受的力量便越大,但成本及重量也会跟着增加.

                               
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前悬挂最重要的作用在于稳定前轮,使得前轮能够在颠簸的路面及弯道中维持贴地以提供抓地力,
另外,前悬挂在重刹的情况下,则是首当其冲地承受轮胎传来的减速力量,因此前悬挂在结构上也必须拥有足够的刚性,
承受车重在急减速时所产生的力量。目前车厂在前悬挂部份经常采用潜望镜式系统(也就是常称的前叉),
其构造简单是主要的优点,在进化后又衍生出倒立式的潜望镜式悬挂,常称为倒叉悬挂。
除了潜望镜式悬挂之外,也有许多实验型式的悬挂系统,但都未能形成气候。
潜望镜式悬挂
若从构造来细说的话,潜望镜式悬挂包含了上、下三角台、外管、内管、弹簧、阻尼器及阻尼油。
上、下三角台以珠碗和车架结合(所谓的珠碗其实就是组装式的轴承),使得三角台可以对车架产生自由的旋转,以利转向;
上、下三角台的另一端则分别锁住了两支内管的上端。外观上,内管下端连接着外管,最后由外管锁住前轮,
内、外管内则装着阻尼器、阻尼油及弹簧。阻尼器上钻了小孔,使前叉在作动时,阻尼油可以流过小孔提供阻力。
一般而言,潜望镜式悬挂最重要的两个尺寸是内管直径及作动行程。一般的小排气量跑车,大约使用直径31mm至33mm的内管,
直到公升级跑车才会使用到直径43mm的内管,甚至有些大排气量的街车会使用直径46mm的内管。
内管越粗,能承受的力量便越大(或说所谓的刚性),但成本及重量也会跟着增加,因此还必须配合车架、三角台等等的设计,
找出平衡点。而作动行程则是指前叉内、外管在不接触到其他零件之下,可以有效运动的范围,
若是越野车辆,所需要的行程范围通常比一般街车或是仿赛车款更多。
国产的黄龙600是国内少数采用倒立式前叉的街跑车.

                               
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正立式前叉与倒立式前叉之比较.

                               
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倒立式前叉
倒立式潜望镜前悬挂简称倒叉,从英文名称来看(Up-Side-Down Fork),就是上下颠倒的前叉。
主要差异是将原本在下的外管及上端的内管整组颠倒过来,变为外管在上而内管在下,由外管与上、下三角台连结,
以内管锁住轮胎。倒叉悬挂其实是正立式前叉的一种演进,由于前叉是靠内管及外管的滑动接触来产生上下作动,若是受力时,
也是依靠内管及外管的接触来承受力量。若是内、外管接触长度不够的话,受力较大时,就容易产生变形。若以原本的正叉设计,
想要增加内、外管的接触长度,在不改变整体前叉长度的要求之下,则必须增加外管的长度,但增加范围有个极限,
就是受到下三角台的限制,外管增长过多则有可能会在作动时撞到下三角台,减少可用行程。
为什么高档的大排量摩托车均采用倒立前叉?倒立前叉有什优缺点?我们从结构来看,倒立前叉的外筒位于上端,
与三角台紧密结合在一体,如此设计的好处是刚性提升,可以承受更高的动力与冲击。再从质量重心分布来看,
上重下轻的倒立前叉,它的质量重心是不是比较接近龙头?当质量重心集中,操控性能自然随之提升。
当然,倒立前叉还是有一些缺点(要不然,正立前叉哪来的生存空间?),
如果想要压低售价,结构复杂、成本偏高的倒立前叉就不是好选择。还有,倒立前叉的油封负担颇重,除了要对付液压油的压力,
更要对付地心引力,因此较容易漏油,维修周期偏短,整体成本更是高于正立前叉。
两种前叉各有优缺点,简单而言,倒立前叉适合高动力、高档次的车种,正立前叉则适合一般大众使用。
绝大多数讲究操控性能的跑车多采用倒立式前叉.

                               
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降低簧下重量好处多多
倒立前叉将重量较轻的内管设在下端,就像改装轻量化轮框或锻造铝合金悬挂支臂一样,可以减低簧下重量,当往复重量变轻,
车子的操控当然更上层楼。
BMW Duolever悬挂:
BMW在推出K1200S跑车时,发表其新式的前悬挂系统—Duolever,Duolever结构与潜望镜式悬挂完全不同,
几乎是针对潜望镜式悬挂的缺点而来。首先,潜望镜式悬挂采用两支内、外管组,在一般的设计中,各有阻尼器及弹簧在其中,
等于是两支独立的避震器,因此有可能会造成彼此调校不同、作动不同步的缺点。
第二,潜望镜式悬挂的内、外管组不但必须负责弹簧及阻尼力量,还必须同时提供支撑减速时或是过弯时的刚性,
当前叉产生微微弯曲变形时,便会影响到内、外管的作动及悬挂性能。
Duolever采用类似汽车悬挂中的双A臂设计,利用两支A字形的摇臂抓住夹持轮胎的叉型结构,
最后在下A臂及车架之间加上提供弹簧力及阻尼力的避震器。如此一来,只有两支A臂及夹持轮胎的叉型结构在负担前悬挂的刚性,
避震器只需要提供弹簧及阻尼力,不必因为同时要提供刚性而影响作动。
整体而言,BMW Duolever改进了许多潜望镜式前悬挂的缺点,但在结构上则增加了许多复杂度,若是各连杆之间产生了间隙,
则会大大影响悬挂性能,在实际骑乘感受上,虽然反应不如潜望镜式悬挂灵敏,但也较为沉稳,适合高速巡航。
Duolever悬挂作动原理:

                               
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由BMW开发的Duolever悬挂,目前搭载于BMW旗舰K1200及K1300车系上.

                               
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BMW Duolever悬挂由于结构较复杂,维护成本也较一般悬挂来得大.

                               
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以上,我们谈到各种悬挂系统的基本构造及特性,但只要选择悬挂型式,其他都不去管了吗?答案是否定的,
选定了悬挂种类之后,接下来就要设定各项参数及尺寸,才能符合骑乘的需求。除了悬挂之外,
车架则是另一个重点,而究竟车架对于车的骑乘特性有何影响呢?

                               
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主车架上负担悬挂系统及发动机,副车架则只是单纯用来搭载骑士及部分车辆配件。
      未完待续



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15183887684  支援平台VIP  发表于 2019-1-3 21:51:41  摩托中国手机  | 显示全部楼层
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