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摩托车车架与悬挂简析(续)

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车架的基本概念
车架对于整台车而言是将前悬挂、后悬挂及发动机组合在一起的关键零件,
其中的奥秘在于如何提供适当的刚性并将重量及尺寸缩到最小,而各种不同车架的设计常常基于不同的设计理念。
以下,将介绍车架的概念及常见的车架形式。一般而言,我们可以把车架拆分为主车架及副车架,
所谓的主车架通常指的是与发动机相连结且支撑悬挂结构的部分,而副车架则是指从主车架延伸出来负担骑士、
乘客座位及一些配件(如电瓶、点火电脑等)的结构。因此,在此所讨论的车架技术指的是主车架,
因为它负担了悬挂及发动机,也就是主要的力量来源,副车架只是单纯用来搭载骑士或是一些重量并不大的零件。
主车架所要承受的力量有两种,第一是来自于悬挂的力量,第二则是发动机输出动力时造成的力量。
第一种力量是最常见的,也可以分成很多类型:当车辆减速时,轮胎的摩擦力首先传至悬挂,
悬挂再经由与车架的连接点传至车架,最后则由车架抵挡住发动机、骑士及大部分的车重,将整台车减速。若在减速时,
车架产生变形,必定会影响整台车在减速时的稳定性,所以这个方向的刚性是不能妥协的。此外,车辆行驶时,
悬挂会不断接受地面的刺激而产生作动,所有作动的力量都会传至车架,因此车架也必需负担悬挂作动时的力量。
第二种力量则是来自于发动机输出的动力,当动力输出时,后悬挂及车架都必须负担力量,动力才能传达至轮胎抓地。
此外,发动机所产生的震动也必须由车架来吸收,通常以橡胶类的缓冲元件吸震,否则许多螺丝都有可能被震松脱了。
最近几年的车架设计概念经常强调刚性及韧性并重,也就是说,悬挂不能吸收的晃动,由车架来吸收,而非直接传到骑士,
或是造成轮胎失去抓地力。从悬挂来看,前、后悬挂都只有一个作动方向,也就是说,只能分别吸收一个方向的晃动,
但不论车在直行或是弯道中,所需吸收的晃动及力量明显地来自于多个方向,因此单纯以悬挂来吸收是不够的。
像是过去Rossi由Honda车队转战Yamaha时,其技术团队对Yamaha车架做出的最大修正就是去除原本两支加强车架刚性的横梁,
使得车架在扭转方向的刚性降低,而韧性也更高。
当遭遇强大减速力时,足够刚性的车架能确保车辆稳定性

                               
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MotoGP赛车的车架设计,对轻量化与刚性及韧性的全面均衡特别讲究,图为Honda RC211V的车架。

                               
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图为对应两种不同横向应力而设计的车架,由赛场的经验得知,车架并非一味的加强刚性才是好车架,
当刚性到达某个程度后,适度的减轻刚性反而能有效的吸收晃动。

                               
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世界大厂的车架技术
以下将介绍常见的车架技术,有些是普遍应用于各厂家特定车种的技术,有些则是某些厂家所偏好、专属的技术,
如Ducati及BMW就有其坚持的车架技术及概念。
钢管环抱式车架
钢管环抱式车架普遍运用在许多日系街车上,如CB车系,其特色是利用钢管弯曲、焊接而成,并且将发动机环抱住。
通常这类型的车架会搭配双减震器后悬挂系统,所以并没有所谓的副车架,因为车架必须往后延伸,
以负担两支减震器所传上来的力量。本类型的车架使用钢管作为材料,经由焊接做出车架形状,缺点在于钢材重量较重,
且容易受力变形,因此做出来的车架重量会较大,且刚性会稍嫌不足。优点则是其制造成本低及所需的技术水准也不高,
因此现在虽然有更好的车架技术推出,但仍有许多中、低等级的车辆使用此类型的车架。
常见的钢管环抱式车架缺点在于钢材重量较重,且容易受力变形,且刚性稍嫌不足。

                               
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制造成本较低,且制作容易,不少非竞赛诉求的车款仍然大量的使用钢管环抱式车架。

                               
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双梁式铝合金车架
双梁式铝合金车架常见于日系跑车,其特点就是由两支粗壮的横梁吊起发动机,双梁的前端会结合支撑前悬挂,
而双梁的后端则会放入后摇臂,支撑后摇臂的旋转支点。此类车架由于采用铸造技术,因此在形状上的变化较多,
能轻易地制造出所需要的形状,可以节省许多材料及降低重量。就材料本身而言,使用铝材也能减少车重。
这类型车架的设计概念在于以车架将发动机吊起,并以车架的前端及后端分别支撑前、后悬挂,因此车架必须做得较为宽大,
若车辆的发动机为直列四缸,则车架通常显得较为雄壮,而近年来的设计概念则是力求将车架缩小,也显露出这类型车架的缺点。
目前日系跑车多采用双梁式铝合金车架设计,并使用铝材降低车重。

                               
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栅式钢管车架
钢管车架是意大利车厂Ducati的招牌之一,其特点是利用直条的钢管建构出许多封闭三角形的骨架,来加强车架的刚性。
以设计概念来说,钢管车架并非如铸铝双梁车架般吊起发动机,反而像是以发动机作为基础,建构车架在发动机之上,
车架只是将前、后悬挂与发动机做个连接、支撑。重量方面,由于钢管车架所使用的材料较少,整体重量非常低。
此外,车架瘦窄也是特点之一,这点也明显地反应在Ducati众跑车的外型上。
栅式钢管车架已是Ducati的特色,也使Ducati车款一眼就能被骑士辨认出来。

                               
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Ducati的车架乃车中经典,此外,车架瘦窄也是特点之一。

                               
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BMW车架
BMW除了以水平对卧双缸发动机著称之外,由水平对卧双缸所发展出的车架也与众不同,
BMW的车架在设计概念上与前面所提的完全不同。BMW以水平对卧发动机作为基础,直接在发动机上发展出前悬挂结构,
再分别往后发展出后悬挂结构及支撑座位的骨架,其实已经完全没有车架的概念了,完全利用发动机在支撑悬挂。
也许可以说,骑士就是骑在一台发动机之上。由于水平对卧双缸体积庞大,将发动机作为基础是相当合理的想法,
在操控特性上也十分特别。
BMW的水平对卧发动机车款,可将发动机视为车架的一部分,这也造就了其特殊的骑乘感。

                               
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踏板车的车架型式
踏板车的设计初衷是轻便的代步交通工具,一切以实用为导向,所以在屁股下方拥有相当大的置物空间、
龙头与前座之间还可以载你家的黄金猎犬。针无两头尖,既然获得空间,那就表示必须牺牲车架刚性。
也代表着踏板车的车架设计不适合高速度与高动力负荷,这是必需先明白的。但喜爱踏板车的车友且别自暴自弃,
尽管先天刚性不如骑式车,还是可以藉由周边的系统改装强化踏板的车架刚性,达成增进操控的目标。
踏板车开发演变至今,车架型式大致相同,从前往后看,固定三角台的部分为一根粗轴,到了脚踏板开始分为两边,
到了中央部位,车架下方连接发动机传动箱,之后是连结后避震器上端。这种车架的形状活像一只烤鸭,
而这样子的车架一共有两大弱点,首先,脖子的部分最脆弱,也就是从龙头到脚踏板之间的地带,此为L型单管设计,
一旦发生正面撞击,当场骨折。其次,与发动机连结的固定部分所承受的力量也不轻,
但是工程师通常不会直接将发动机锁在车架上,而是透过发动机吊架将两者互相固定,其作用相当于生物的关节。
只要是世界大厂生产的主流机种,消费者均可买到专用的改装发动机吊架,改装业者的设计方式如下:一、材质变化,
将原厂的铁材改为铝合金,并且是锻造铝合金,藉此减轻重量。二、增加刚性,可以增加发动机吊架连接杆的螺丝数目,
或者加强部品的制作强度。三、关节点的强化,一般常见的是将橡皮衬垫换成轴承,即可缩减转动间隙,
车辆的悬吊动作将变得更确实。而后悬挂支臂则是专为双枪后避震器踏板车设计的改装套件,
市面的改装套件多半采用CNC切削的方式,原厂的后悬支臂是以铸模的方式制造,由于CNC可以做到更精确的加工,
所以改装后悬挂支臂可以做到相当程度的轻量化。此外,对于视觉效果的营造更是不在话下,
假如你是重视轻量化与加工细节的玩家,这是值得一试的东西。也就是说,强化关节可以承受更大的力量,
进而增加操控。只要将这些关节换成改装套件,或者藉由加工与补强的方式将原厂的零件强化,就可以获得功效。
从上至下,车架到了脚踏板一分为二,这也是刚性变弱的部位。

                               
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经过CNC加工,改装后悬挂摇臂的背面大量挖空,属于车架轻量化的改装领域。

                               
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工程师如何设计悬挂?
如何设计悬挂其实并不是一般人必须知道的问题,但从一个挑剔的消费者角度来看,
若是知道当初工程师是如何去设计一台车的悬挂,则可以经由适当的解读,了解一台车究竟是被定位成什么样的车种,
如此一来,想找对车,也不再那么困难。车辆制造商对于每一台旗下的车款都会附上规格表,
如何从规格表中的数据看出端倪,反推车辆诞生时所被赋予的目的,就是以下要谈的重点。
解读影响悬挂设计参数的奥妙
许多车厂在设计新车时,为了节省成本,常会将原有的悬挂系统设计套用于新车上,也常将原有的发动机及车架直接套用。
虽然如此,却不会造成两台车拥有全然相同的骑乘感及个性,究竟是为什么呢?简单地说,这就是调校的奥秘,
以发动机为例,同一台发动机,完全相同的机械结构,在调整供油、气门开启时机之后,便可以改变最大功率产生的转速及功率值,造成完全不同取向的功率输出。悬挂在此也有异曲同工之妙,当改变弹簧、阻尼值后,悬挂系统对于路面的反应马上会改变,
再调整车高、前叉前倾角、轴距等等之后,车辆在进出弯的反应也会随之不同。这就是为什么虽然两台车采用相同管径的前叉组,
实际骑乘感受却有可能大相径庭的缘故。
弹簧K值
悬挂系统中的弹簧K值主要影响了悬挂运动的行程及遇到坑洞时,路面反应的多寡。
使用K值较大(较硬)的弹簧将使得减震器作动的范围变小,遇到坑洞时,路感会明显变得清晰。在设定车辆时,
需要进行激烈操控的车种会采用较硬的弹簧,以减少车身高度的起伏。注重骑士舒适性的车种则会采用较软的弹簧,
以增加悬挂的行程,缓冲晃动。也有许多情况会采用逆向操作,如在路面较差的赛道上,就不能将弹簧设定得太硬,
要让悬挂有吸震的能力,否则轮胎很容易跳离路面。此外,多段K值系数的弹簧也经常被使用,
先用前段弹簧K值较软的部分来吸收路面的小震动,而在高速弯中,前段弹簧被完全压缩之后,
则剩下K值较高的部分来支撑高速下的离心力。
采用不等线距设定的多段K值系数弹簧,当前段弹簧被完全压缩之后, K值较高的部分则可支撑更大的压缩力道。

                               
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骑士可以根据自己的骑乘需求更换不同硬度的减震弹簧,但若经验不足,建议找专业人士搭配。

                               
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阻尼值
阻尼值影响的是当悬挂在作动时,回复原本静止状态的快慢,阻尼值越大,回复稳定的时间就越短,阻尼值越小则越慢回复稳定。
对于骑士而言,回复稳定越快代表的是当遇到晃动时,车辆会剧烈地被稳定住,如同用力将晃动的钟摆停止下来,
对于一般人而言,会感到有些不舒适。阻尼值较小,则会使车辆缓慢地回复。一般柏油路面赛道的车辆会使用阻尼较大的设定,
但如同弹簧,当路面有许多起伏时,阻尼设定太高,则会使得轮胎无法一直贴紧地面,造成整台车跳离路面的情形。
这就是为什么弹簧及阻尼值都必须随着路况的不同加以设定的原因。
坊间有不少阻尼可调的改装减震器,当然售价也比不可调的减震高上许多。
车高
车身的高低会影响车辆在加、减速时,车头扬起或是俯冲的现象。车身越高,则扬起或是俯冲的倾向越大,车身越低则相反。
另外,一般仿赛车会有前低、后高的倾向,将骑士尽量往前贴,如此的设定经过长期的测试之后,
对于大部分骑士在于入弯时是有帮助的,可以使入弯的动作更加顺利,减少难以将车倾倒入弯的情形发生。
设定前、后车高可说是调校车辆的第一步,对于骑乘姿势也有很大的影响,但却常常是许多骑士所忽略的。
改变前、后车高所带来的骑乘特性变化常是惊人且用言语难以形容的。
轮圈直径
常见的轮圈尺寸为踏板车的8寸至12寸,一般摩托车的16寸至18寸,较特殊的有目前MotoGP场上常见的16.5寸。
一般来说,轮圈的尺寸越大,其轮胎与地面的接触面积也会越大,且根据许多研究,轮圈直径越大,车辆的稳定性会提升,
但相对的也会造成车辆反应较为迟钝。除了考虑骑乘特性之外,轮圈越大还会造成转动惯量越大,
对于加速而言,就如同车重增加一样。因此,车厂在决定轮圈大小时,经常是透过多次的试验、模拟之后才决定的,并没有一定的好坏。
目前MotoGP场上的赛车多用16.5寸轮圈。

                               
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前叉前倾角
前叉的前倾角对于车辆直线行驶的稳定性及入弯倾倒速度的影响相当大,一般跑车的设定皆为23度左右。
小于23度会使车辆变得十分敏感,如直线行驶时,前叉会受到路面起伏的刺激产生晃动,入弯倾倒反应也会更快。
另外,美式巡航车的前倾角通常大于23度,除了视觉效果以外,对于直线行驶的稳定性也有帮助,但入弯反应会变得较为迟钝。
后摇臂长度及轴距
后摇臂越长,则车身受到后轮起伏的影响就越小,目前的跑车经常会强调其后摇臂是较前一代车更长就是这个道理。
但后摇臂增长,则会连带使得轴距变长,影响操控的灵活度,唯一解决的办法就是将车架上的后摇臂旋转支点向前移动,
使得后摇臂加长的同时,轴距仍不增加,这也是最近新发表的跑车经常强调的。
影响车的骑乘特性还有很多因素,换条轮胎、调整把手角度、甚至更换座垫的厚度都会让一台车有完全不同的骑乘感受。
在本次主题中,则是把最基础的两大因素:悬挂与车架提出来与大家讨论。希望大家可以了解所谓一台车的个性究竟是从何而来,
但究竟要如何去体会车的个性,就需要大家实际用身体、用心去了解了。
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15183887684  支援平台VIP  发表于 2019-1-3 21:52:23  指尖摩托手机  | 显示全部楼层
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