車迷們經(jīng)常討論懸架的布局方式——扭力梁、麥弗遜或多連桿,卻很少聊到減震器的形式。實際上,減震器是汽車懸架重要的一部分,和舒適性、操控性都息息相關(guān)。很多時候一輛車動態(tài)表現(xiàn)怎么樣,都和減震器脫不開關(guān)系。
所以,我們邀請到了重慶大學(xué)汽車工程專業(yè)在讀碩士qianmo,為我們詳細(xì)聊聊汽車減震器。
汽車一般將彈簧與減震器并聯(lián)作為懸架彈性元件(避震器),彈簧起支撐車身和緩沖的作用,而減震器則用來衰減這些振動。
如果車上只有彈簧沒有減震的話,估計沒人能在車上坐穩(wěn)吧。
避震器總成
還有些改裝愛好者,則故意拆掉避震器再配合主動空氣彈簧讓轎車能夠自己跳躍,因為沒有了減震器的衰減,這種彈跳能持續(xù)更久。下圖是一輛專門改裝的無前懸減震器的轎車。
無阻尼狀態(tài)的前懸架
籠統(tǒng)概括,三種減震器形式最為常見:液壓式減震器、充氣式減震器和電磁式減震器。一些可以調(diào)節(jié)阻尼的減震器也是這三種基礎(chǔ)上改進(jìn)的。
無論是哪種阻尼,都會具有欠阻尼,過阻尼和理想阻尼三種情況。
不同狀態(tài)阻尼車身運(yùn)動
就是指阻尼值不夠,減震器抑制不住彈簧,車子要上下運(yùn)動好幾次才能穩(wěn)定下來,該狀態(tài)下輪胎附著力會降低,汽車操控性能很差。
就是阻尼太大了,彈簧被壓縮了以后反彈困難,該狀態(tài)也是應(yīng)該規(guī)避的。
我們期望達(dá)到的狀態(tài),在及時衰減振動的同時還能保證清晰的地面反饋,讓車子控制起來更靈活。
接下來簡單介紹一下這3種減震的工作原理吧。
液壓減震器在 20 世紀(jì)初就被廣泛使用。液壓式減震一般為雙筒(復(fù)筒)結(jié)構(gòu)??雌饋碇挥幸粋€筒啊,為啥叫雙筒結(jié)構(gòu)呢?其實其內(nèi)部是雙層結(jié)構(gòu),這個從阻尼液流動原理圖可以看出來,內(nèi)部一層為主要的工作空間,外部一層為儲油缸。
液壓式減震器
它的工作原理很簡單,也許有朋友玩兒過注射器。就是圖片里面這種很常見的注射器,你吸一管水然后推出去,是不是發(fā)現(xiàn)推動快的時候力大,推動慢的時候力???這就是阻力作用啦。
注射器
與注射器不同的是,減震器將阻尼液在上下腔之間推動,而不是和注射器一樣直接推到空氣中,畢竟還要循環(huán)在循環(huán)的利用,不能浪費(fèi)嘛。
具體的流動過程在阻尼液循環(huán)原理圖中。
中間的活塞桿往下動,下腔的阻尼液就通過活塞上的閥門流向上腔,多余部分流到儲油缸;活塞桿往上運(yùn)動,上腔阻尼液又被壓回來,欠缺的部分由儲油杠補(bǔ)。
雙筒避震有四個閥門,單筒有2個閥門,多出的兩個閥門就是與儲油缸連接的(單筒沒有儲油缸)。油液分子與孔壁摩擦,因為摩擦生熱(內(nèi)能),將這能量損耗掉,起到減震作用。阻尼力與運(yùn)動速度成比例,運(yùn)動速度越快,阻尼力越大。
阻尼液流動原理
這里又涉及到一個問題,因為摩擦產(chǎn)生的大量熱量會釋掉阻尼液,阻尼液粘度就會降低,導(dǎo)致阻尼值減小,形成"阻尼衰退"(Shock Fade)。這種現(xiàn)象不能消除,因為工作原理就是這樣,沒法從根源上改變。所以,好點(diǎn)兒的避震為了規(guī)避這種現(xiàn)象,都會加大筒徑,增加油液,讓熱量快些跑掉。
液壓式避震器的發(fā)展久遠(yuǎn),技術(shù)都已經(jīng)很成熟了,成本相對較低,當(dāng)然市場價的話不可避免的就要看你愛車的品牌了,品牌價值你懂的。因為它的內(nèi)部只有阻尼液一種,更容易獲得我們想要的阻尼值,且行程較大。但油壓式為雙筒結(jié)構(gòu)散熱相比單筒氣壓式要差,活塞面積相比單筒要小,因此最大承載力會小一些。
現(xiàn)階段,因為氣壓式減震的發(fā)展大多數(shù)車其實都使用的氣壓避震了。
50年代人們就研究出了氣壓式減震器,它與傳統(tǒng)油壓減震的區(qū)別在于多了一個氣體室(一般為氮?dú)舛栊詺怏w)。
圖為雙筒式氣壓減震器,左側(cè)藍(lán)色氣瓶為氣體室。另外還有部分減震器的氣體室與主缸體共用,稱為單筒式氣壓減震器,形式可能不同但原理都一樣。
雙筒氮?dú)鉁p震
長安CS75后懸單筒氮?dú)鉁p震
氣壓式減震并非工作介質(zhì)全為氣體,主缸內(nèi)仍為油液,只有氣室內(nèi)有部分氮?dú)?,氣體與油液之間有一個可以活動的活塞將其分開?;钊趬嚎s或伸張過程由于兩側(cè)壓力變化可以運(yùn)動。下圖中藍(lán)色部分即為氣體室。
單筒式氣壓避震器剖視
那么氣體的加入有什么優(yōu)勢,為什么要研究氣壓式減震器呢?
我認(rèn)為油氣結(jié)合是一種相互彌補(bǔ)的作用,油液(阻尼液)粘稠能夠有效的衰減振動,但也反應(yīng)遲鈍,響應(yīng)不夠迅速,氣體能夠迅速響應(yīng)但減震又會很硬,兩者相結(jié)合正好剛?cè)岵?jì),豈不美妙。
現(xiàn)在很多車都已經(jīng)用上了氣壓式避震器,看看你愛車的避震器上有沒有寫“內(nèi)含低壓(高壓)氣體”幾個字。如上文提到的長安CS95,2014款長安CX20等 。
競技方面氣壓式減震器才是如火如荼,上到F1,下到大學(xué)生方程式,具有良好品質(zhì)的氣壓式減速器被廣泛使用。
長安CX20
F1法拉利
方程式合肥工業(yè)大學(xué)車隊
可變阻尼式減震器則是以上兩種減速器的改進(jìn)。在閥門上設(shè)計了可以手動調(diào)節(jié)孔徑的結(jié)構(gòu)(可以想象是注射器的噴嘴尺寸改變),業(yè)內(nèi)所謂多檔減震就是有多個擋位來調(diào)節(jié)孔徑或者孔量。
一般用戶沒事兒誰也不會去調(diào)自家阻尼,所以大多車企都是安裝的單檔的避震,當(dāng)然這個避震也是經(jīng)過嚴(yán)格選型,阻尼值滿足要求的。
能夠調(diào)節(jié)車身高度的是空氣彈簧,空氣彈簧簡單理解起來就是把彈簧換成了氣囊。它的剛度(軟硬)是可以根據(jù)氣壓來調(diào)節(jié)的。它可以充氣來提高剛度增加車身高度,放氣減小剛度,降低車身。低趴的車身或者是改了短彈簧,或者就是它的空氣彈簧故意放了氣吧。
寶馬528改裝空氣彈簧
10代思域改裝絞牙避震
但不同駕駛過程中,懸架軟硬的改變得益于避震,如果汽車裝有可以自動改變阻尼的減震器,在運(yùn)動模式或者過彎工況及時增大阻尼,就能使車變得更硬朗。而在平直道路上,降低懸架阻尼能獲得更好的舒適性。
電磁式減震器是一種主動減震器。最大的特點(diǎn)就是它能夠通過汽車ECU(汽車的大腦)獲得信號,實時改變阻尼,控制懸架軟硬。理論上ECU可以控制它1秒內(nèi)改變阻尼值一千次。沒錯,和你想的一樣這玩意兒不是便宜貨。
電磁式減震器原理
奧迪TT就使用了這種可控阻尼技術(shù),其將阻尼液中加入細(xì)小的鐵成分,再給線圈通上電流,線圈內(nèi)便產(chǎn)生電壓,從而形成一個磁場,并改變阻尼液分子的排列方向來影響鐵粒流動的阻力,電流越大阻尼越大,反之越小。這種另辟蹊徑的思想我是佩服透頂。
奧迪TT
奧迪R8與凱迪拉克XTS也采用了同樣原理的減震器。
奧迪R8
凱迪拉克XTS
不可否定,以后的減震器發(fā)展方向一定是向著主動控制發(fā)展的。隨傳感器技術(shù)和優(yōu)秀算法的發(fā)展而發(fā)展。
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