JCC吉普俱乐部吉普 - 维修与装备 - 改装高级班 I -- 悬挂

jc
车主会员

精华 20
积分 3567
帖子 2643

来自上海静安
状态离线

改装高级班 I -- 悬挂

对于越野车的改装，减震、弹簧最热门，悬挂支臂对重度改装也是必不可少。可是发现所有同学都是简单地换了什么牌子的弹簧、减震，对自己的改装目的是否真的达到和改装后的悬挂性能到底如何都没有定量和实际的检验。在这里，我想先慢慢开始一些知识和理论的介绍，最终让大家明白越野车的悬挂哪些要改、改什么好。

第一：悬挂的七大要素
悬挂频率
悬挂高度
乘坐舒适度
抗倾侧能力
悬挂弯曲适应路况的能力
轮胎、弹簧、减震行程一致度
离地高度

同时避免，
1. 减震坐底
2. 弹簧坐底
3. 最大行程时弹簧松落

其中，悬挂频率的选择和调整是悬挂系统优化的最重要目标。

什么是悬挂频率？

悬挂频率是指没有减震控制的悬挂自然波动的频率。如果你把车辆四周所有的减震拆掉压一下一个角，这个角就会以悬挂的自然频率上下摆动。高级豪华车往往悬挂频率比较低，而讲究操控性的运动型车悬挂频率就高。大概一辆豪华车的悬挂频率是1Hz多一点，运动型车低于2Hz，F1高于2.7Hz，而人步行的频率是2Hz。虽然车辆悬挂系统的所有部分都是互相联系和影响的，但是利用悬挂频率作为调教目标的好处是它的覆盖面更广，能告诉我们更多的关于悬挂的情况。当我们说一辆车的悬挂频率是1.2的时候，我们就可以大致判断这辆车的悬挂一定比较软（像豪华车），防倾侧能力不佳（像凯迪拉克），但乘坐舒适度很好。各位车主，你知道你的原厂车的悬挂频率是多少吗？改装后又是多少吗？你希望又是多少呢？

先告诉大家悬挂频率的计算公式：

Fn = 开平方根【（386.088 * 轮胎系数）/角簧载质量】/ 2π

弹簧的作用

弹簧可以支撑悬挂车身保持底盘高度，当车辆行经任何不平路面时弹簧可以缓冲冲击力，这时被弹簧储存的能量必须通过减震器吸收，否则弹簧会不停的上下震动以释放储存的能量（这种过程在坏了减震的车辆上会给你现实的“体验”）。

弹簧的磅数

图片附件: Spring Dimensions.jpg (2009-4-14 11:24, 67.1 K)

磅数由以下四个因素决定：
弹簧所用材料
弹簧丝的直径
整个弹簧的直径
弹簧的有效圈数

但是现在由于弹簧钢材质的统一，我们所谈的弹簧的磅数一般就由后三个因素决定了--弹簧丝直径越粗磅数越大；整个弹簧的直径越大磅数越小；有效圈数越多磅数越小。另外也要注意弹簧的行程和最大承载力。

双段弹簧的优点

现在大家买的升级弹簧都是厂家预定了一个磅数值（好一点的厂家可能会标出磅数），但车主自己是无法选择的。每个人的车辆可能坐的人数不同所以承载不同，可能用途不用，可能舒适度要求不同，可能车重不同，可能改过悬挂，可能离地距离要求不同。。。等等，总之实际上每辆车每个角的弹簧磅数要求是完全不同的，但厂家不可能提供磅数无限制选择的弹簧。这时候双段弹簧的优势就很明显了--用两段弹簧可以组合出多得多的弹簧磅数。如果你还不了解，以下是两段弹簧叠加后的磅数计算方式：

K=K1*K2/(K1+K2)

当你用一个100磅和一个200磅的弹簧组成双段弹簧时，这个双段弹簧的磅数是67磅。在车辆悬挂系统中，特别是越野车上，双段弹簧都是用于绞牙减震（Coilover）的。当双弹簧在coilover上用时，还有磅数台阶的特殊优势（关于磅数台阶下面绞牙减震一节会详细介绍），即弹簧刚开始压缩时磅数是67磅（以上面数值为例），这个磅数很低（感觉比较软，乘坐舒适）。当弹簧压缩到一定程度后（越野车的绞牙减震一般设定在最后行程的20%-40%）磅数会上一个台阶变成200磅，这个磅数就要比最初的67磅高了几乎3倍（剧烈颠簸时不会坐底，乘坐感觉很有韧性）。这个优异的双段系统大家一定还没有体验，因为国内没有产品在用。但是我告诉大家，当你用过以后你一定不会再愿意用回你原来的弹簧减震！

图片附件: coilover3.jpg (2009-4-14 13:56, 25.82 K)

绞牙减震的结构和优势

图片附件: Coilover_details.jpg (2009-4-29 15:57, 67.58 K)

上图是绞牙减震的各部分解图，当然和普通减震最大的不同是减震本体是穿在弹簧内使用的，正因如此，绞牙减震有一独特优势--可以装配双段双系数弹簧。一般而言，绞牙减震有以下优点：
1. 所有绞牙减震都是高质量、长行程的单筒减震（单筒即高性能）
2. 完全可重建（真的可以说是“不会坏”，漏油了拆开再装回就好了，只要简单的工具，小配件也没几个钱
3. 节省了单独弹簧的空间
4. 可以随便更改内部阀门--这一点很重要，也就是可以随便更改减震的缓冲率，包括压缩缓冲和伸展缓冲，而且可以完全分开独立改变--想硬就硬，想软就软
5. 几乎可以无限地选择弹簧磅数和长度的组合--升高、降低、舒适、性能。。。总之随意
6. 双弹簧系数的应用几乎可以达到舒适和性能的一致--磅数台阶的优势--软的初段，即舒适乘坐，和硬的末段，即避免强颠簸坐底
7. 可调节悬挂高度--对越野车特别有用

悬挂频率的计算

前面已经讲了，Fn = 开平方根【（386.088 * 轮胎系数）/角簧载质量】/ 2π，其中角簧载质量很容易测量，而
轮胎系数=弹簧磅数*安装系数的平方（具体如何来的。。。省略关于杠杆原理的高中课程一部），其中弹簧磅数已知或可以很容易的计算（在这里我们假设用的是双弹簧系统），而
安装系数=（承载臂/作用臂）*COS（作用角）

图片附件: 106.JPG (2009-5-1 12:36, 12.96 K)

或，安装系数=减震作用距离/轮胎作用距离（上下平行移动前轴或后轴时测量），用找斜率的方法通过实际测量计算安装系数

图片附件: IR%20Plot.jpg (2009-4-20 10:24, 51.5 K)

这样用任一方法就可以计算Fn悬挂频率了。

现在让我们计算一下原装WJ大切的前悬频率。首先本例计算的车辆已换了重载的弹簧，所以弹簧磅数和原厂的不同，以此计算的大切前悬频率大家可以参考。对于WJ大切的前悬，其承载臂=作用臂，而作用角=0（因为前悬弹簧笔直安装），所以其安装系数=1，代入以上公式可知 Fn= 3.127*开平方根（弹簧磅数/角簧载质量）。弹簧磅数已知（如果不知道的问弹簧品牌销售、厂家），角簧载质量就要测量了。搞了大半天上上下下的测量，终于大功告成，Fn（前）=1.43。

让我们再用找斜率的方法计算一下大切的前悬频率。首先检验一下上面理论推论的安装系数=1是否准确。通过测量轮胎运动距离对应的弹簧运动距离，得出多个数据点后找斜率（具体见下图），得出大切前悬的安装系数为0.98，和理论推理的几乎完全一致。

图片附件: 113.JPG (2009-5-6 18:49, 52.16 K)

同样方法得到大切的后悬频率是，Fn（后）=1.57，比Fn（前）高约9.9%。

为什么后悬频率比前悬高？要回答这个问题先引入一个名词--前倾。大家一定有这样的体验，当车开过颠簸路况时（为了方便起见，假设左右车轮都是同时经过同样的障碍），车的前部首先开始上下波动，然后当车的后轴经过刚才前轴经过的同样障碍时车的后部也开始上下波动，多数情况下这个后来的后部波动会加强车的前部波动，让驾驶员感觉有加大“前倾”的危险和不适。绝大多数驾驶员这时都会降低车速，等待前倾消失或降低，其实提高车速也可以抵消这个前倾（不过为了安全不建议啊！）。因为前倾加剧是因为车辆的前后频率的差距在当时车速下叠加了作用力，降低和提高车速同样消除了这个特定车速的条件。

有同学会问那么前后悬频率一样是不是可以呢？有，但是现实的用途不多，如F-1等有可能。那么现实中汽车厂家是如何做的呢？车厂都是先预定一个车速然后计算在这个车速下前后轴通过同一个障碍的时间（T），用以下公式计算前后轴频率作为起点的。
后悬频率 =1/（ 1/前悬频率 - T）

从以上公式可以很容易看出为什么后悬频率要比前悬高了。把这个抗前倾的概念应用到我们的悬挂改装--我们就需要注意前后悬的频率差如何设定，什么是设定的舒适、安全车速，这样你的后座乘客就不容易经常向你抱怨后面太颠不舒服，而且你又可以以适当的车速快速通过阿里、川藏线等的一些弹坑路。

这也就是我为什么一直坚持改装悬挂一定要弹簧和减震匹配的道理之一！（现在讨论中仅涉及到弹簧，减震随后）随便换的弹簧对于以上的两个问题完全就是瞎子摸象。虽然原厂的设定也没有告诉我们这个频率差和设定的舒适、安全车速，但我们改装不就是为了改的比原厂的更好吗？

上面已经计算和测量了大切WJ的前后悬频率，现在我来公布她的理论抗前倾舒适、安全车速。因为大切WJ的轴距是105.9”，通过上述Fn可以得到理论抗前倾车速是96英里。如果真的碰到上下跳的颠簸路面，96英里的车速明显不在一般人的安全可控车速范围内。可见大切WJ的设计，后悬频率只是部分抵消前倾，当你行经跳动的颠簸路段时还是要减速。

前面讲了很多悬挂频率，我们从悬挂频率开始考虑整个悬挂的设计是因为悬挂频率可以比较系统地评价整个悬挂的特性和性能，但是悬挂频率没有告诉我们车辆的悬挂高度（注：不是离地高度），而悬挂高度对车辆的用途有巨大的影响--反过来也一样。

那什么是悬挂高度呢？悬挂高度一般是指车辆静止时已用悬挂行程占总可用行程的百分比，一般通过测量减震的已压缩行程可得。作为一般规律，一辆极限攀岩越野车的悬挂高度以70%为起点，一般用途50%为起点，而高速越野赛30%为起点。因为自己的大切以high speed为主，决定设计以40%悬挂高度为起点；又因为把2“高度可调考虑在内，最终决定自己大切的悬挂行程应在35%~60%之间。

前面还讲到绞牙减震的优势之一是可调车辆高度。这个其实是通过调节绞牙减震的弹簧座实现的--相当于改变了preload。。。

第二：减震的调校

未完待续。。。

[ 本帖最后由 jc 于 2009-11-14 04:15 编辑 ]