读懂悬架系统(下篇): 空悬与电磁不能类比

2021-10-26 00:10:25 作者:黄恒乐
咪乐|直播|苹果二维码 习近平总书记在十九大报告中强调,必须多谋民生之利、多解民生之忧,在发展中补齐民生短板、促进社会公平正义,在幼有所育、学有所教、劳有所得、病有所医、老有所养、住有所居、弱有所扶上不断取得新进展,深入开展脱贫攻坚,保证全体人民在共建共享发展中有更多获得感,不断促进人的全面发展、全体人民共同富裕。

  【太平洋汽车网 技术频道】上篇我们花了6000字深入探讨了导向机构与弹性元件的各种形式及其优缺点,今天要聊的是减振器与横向稳定器这两个“器”,这两“器”都可以继续拆分为主动式与被动式。

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各类减振器的优缺点分析
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电磁减振器

  有朋友咨询购车问题的时候问笔者:“买空气悬架还是电磁悬架的车好?”

空气悬架与电磁悬架不能类比

  这是一个无法回答的问题,因为空气悬架和电磁悬架根本不是同一种东西。笔者在《悬架》上集提到空悬最好称作“空气弹簧”,而这里我要说,电磁悬架最好称作“电磁减振器”。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  弹簧可以做正功与负功,比如空气弹簧升起来就是在正功;减振器只能做负功,因此电磁减振器是不可能提升/降低车身高度的。当然,不缺钱的你也可以给车子同时装备电磁减振器与空气弹簧,比如下图的顶配凯迪拉克XTS就全装上了,把阻尼、刚度、行程全包圆。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  如今一旦电磁悬架/电磁减振器大家都习惯叫MRC。实际上MRC(Magnetic Ride Control)是通用申请的专利商标名,只是太出名了被大家误以为电磁减振器的统称。另一家电磁减振器运用“大户”叫法拉利,他家称为SCM,而奥迪称之为AMR。

  电磁减振器的运用历史并不如空气弹簧那般遥远,第一款投入量产化的MRC产品放在2002款凯迪拉克Seville STS车上,接着还在雪佛兰车型上面用过。你一定好奇怎么定位入门的雪佛兰也用上了MRC,那是因为我讲的是C5科尔维特ZR1超跑……

空气悬架与电磁悬架不能类比

  通用玩了几年之后,法拉利599 GTB和奥迪R8(上一代)都装上了,奥迪甚至丧心病狂地给二代中期改款S3也下放了一套试试,现在准备开售的四代S3也有装备,期待中。笔者最近开过的电磁减振车型是凯迪拉克CT5,跑去赛道上面漂移画甜甜圈很好玩(借来的车最……)。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  跟空气弹簧需要很大一组配套设施不同,电磁减振器的体积小很多。“起码得塞得进螺旋弹簧里头”,这是一套减振器最起码的职业素养。

  电磁减振器由磁流变减振器MRD、加速度传感器、控制单元组成,其中MRD是通用跟德尔福联合攻关研发成的,而德尔福本身就是通用自家的产业,所以通用MRC有技术先发优势就说得通了。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  电磁减振器内部油液为含有直径3-10μm磁性粒子的电磁液,没有传统的卸载阀和单向阀,改为由电磁感应线圈控制液体流动,新款MRC线圈从一个大的换成两个小的来加快响应速度。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  电子减振器桶用线圈磁场来控制磁化颗粒流体的流动速度,流速越快→减振器越软→悬架越舒适,想悬架硬就反过来。电磁减振器可以根据不同的驾驶需求和当前路况进行快速响应,频率可以做到非常高,凯迪MRC一秒就能有1000次动态响应,主流的主动液力减振系统则是每秒100次左右,这样可以迅速调整悬架阻尼值,增强过弯支撑的效率,减少车身侧倾并提升轮胎侧向的抓地力,在赛道上刷圈容易拿到好成绩,日常驾驶也可以兼顾运动和舒适。

读懂悬架系统(下篇): 空悬与电磁不能类比

  换成我同事的通俗语言来总结就是——“起步不抬头,制动不点头,劈弯不腿软,过坑洼不晃动” 。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  同样的,电磁减振器作为主动式部件也是可以让驾驶者在车内调参数的,一般有Tour(软悬架设置)、 Sport(刚性悬架设置)、Track/Race(硬核赛车设置)这三挡。

  再次确认一个概念,装备电磁减振器的车型,是可以装空气弹簧的,但同时装空悬和电磁的车子叫什么悬架呢?我给你一个最精准的答复:“前后双A臂多连杆独立悬架 + 空气弹簧 + 电磁减振器”。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  作为扫盲贴,最后简单罗列一些装电磁减振器的车型,日后吹牛应该用得上。

  通用:ATS(我那台没有因为买的乞丐版)、CTS、CT4-V、CT5顶配(赛道极限远高于330i因而被同事怂恿换购却因没钱放弃)、CT-6、凯雷德、科尔维特(C5到C8都有)等等

  福特:Mustang Shelby GT350(笔者非常想开的一台车)

  法拉利:599、F12、458、FF等

  大众集团:兰博Aventador奥迪TT、S3、R8、A6等

  路虎:揽胜极光、发现运动

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绞牙避震(振)

  坊间都叫绞牙避“震”,这个“震”是个代代相传的别字,准确来说是减振器的那个“振”。绞牙避振英文名Adjustable Absorber,直译过来就是“可调整的减振器”,秒懂其工作原理。

  实际上,绞牙不止有一组减振器,它还包括弹性元件(螺旋弹簧),是一组完整的弹性总成。

  弹簧硬度的与K值有关,K越大弹簧越硬,但直卷弹簧的K值是坚定不移不容改变的,所以买绞牙的时候必须选对了适合自己的K值买,没后悔药吃。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  绞牙分为全长可调和非全长可调。前者分开调节预压与行程,可以保存固定行程同时调节车高(如下图);后者混在一起调,车高调整范围有限。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  阻尼可调是绞牙的一大可玩之处,在减振器顶部会有旋钮进行调节,一般有8-32段可调,具体看有多高端。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  绞牙有手调版本,也有电调版本(如下图),甚至还有手机APP控制的电调版本。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  很多时候我们调绞牙不仅单纯想降低车高和重心,还想调整前后配重比,让原本负荷小的减振器更高一些来获得更高负荷,获得更好的圈中动态,减少转向不足/转向过度。不过,有些人装了绞牙之后,让民间科学家给一顿瞎调,把车子动态给调成垃圾了,远不如原厂弹簧与减振器,还会造成底盘触底和轮胎偏磨。

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常规的液压减振器

  液压减振器(oleo strut)是极为常见的减振器形式,在汽车悬架、飞机起落架中运用得很广泛,其中弹性元件(比如螺旋弹簧)负责储存着陆的动能冲击,液压减振器快速地来回吸收做负功,进而减少着陆弹跳。

  如果液压减振器多了阻尼可调功能,那就成了绞牙。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  实际上,液压减振器和气液联动弹簧在结构上是相似的,不过减振器不做正功,而气液联动弹簧可以做正功,前文我们提到它可以控制坦克仰俯角,因而归类于弹性元件。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  此外,减振器也分为复桶式(右)和单筒式(左)。复桶式有外筒与内筒实现油气分离,我们一般用的都是这种,制造成本更低,行程更长,便宜好使。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  单筒式的油气是上下分离的,活塞更大,减振性能更好,但造价更高。

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不常见的减振器

  有一种减振器叫“气压减振器”,其实并非空气弹簧,而是液压减振器的另一种高级方式。气压减振器增加了一个气室(下图深蓝色部分)来调节阻尼与减振器行程,气室里面一般放高压氮气。(@車瑜911)

空气悬架与电磁悬架不能类比

  现代液压减振器量产之前,汽车领域经常用一种杆杠式减振器(lever arm shock absorber),桶里面装有油液,杆杠拨动的时候搅动油液来做负功。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  装车之后就是下图这样:

空气悬架与电磁悬架不能类比

  在杆杠式之前,还有一种更老的车用减振器,叫做摩擦盘减振器(friction disk shock absorber),简单来说就是两根杆杠拨动一堆摩擦盘做负功。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  下图是装在摩托车前叉上面的一组摩擦盘减振器。

空气悬架与电磁悬架不能类比

 
各类横向稳定器的优缺点分析

  我们一般简称横向稳定器(Stabilizer)为“防倾杆”,或者叫“平衡拉杆”。貌似大家都知道这是防侧倾用的,但笔者并不知道它应该明确地分到哪一类底盘构件中比较好。

  车辆的横向稳定器可以有四组,分布置在前方底部、后方底部、前方塔顶、后方塔顶。

  其中,布置在悬架底部的前/后横向稳定器分别称为前底吧/后底吧( “吧”就是Bar),而“底吧”是弹性元件,而且“底吧”可以有被动式与主动式之分。

  布置在悬架塔顶的前/后横向稳定器分别称为前顶吧/后顶吧,而“顶吧”是导向机构。

  正因为横向稳定器有人格分裂,所以我们把它单独拎出去聊一个。

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前/后车底横向稳定器

  从命名就能得知,横向稳定器管得不宽泛,也就管理一下车体的横向动作而已。所有横向稳定器都是横向布局的,如果车辆只是在前/后“移动”、上/下“振动”,横向稳定器纯围观不干事,但若左/右“偏转”动作出现,横向稳定器就会有一侧上扬/另一侧下移,被扭转之后的横向稳定器就会给出一个反向的力矩以影响弹性元件(上集我们聊过)的变形,进而减少车身横向倾斜与横向角振动。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  换成人话来解释就是,车子会变得更硬更不舒适,但过弯极限更高。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  如果横向稳定调得不好的话,玩麋鹿测试的时候就会有车轮离地,一旦如此就会有侧翻的风险,当然这也跟弹性元件、导向机构的设计与调校有关联,总而言之很复杂。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  为什么有了弹性元件(弹簧)与减振器(减振筒),我们还需要装横向稳定器呢?

空气悬架与电磁悬架不能类比

  因为弹性元件是永远都“在线”的,你用了很硬的弹簧,车子一直都死硬死硬的,你女朋友在车上画口红最终画出《蝙蝠侠》小丑的口红样式来。但若你用了比较软的弹簧再加上滤振能力强的减振器,就可以保证行驶时有不错的舒适性,而过弯时可以使用更加硬核的横向稳定器(防倾杆)来支撑横向力矩,让车子拥有更强的过弯极限。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  这就是我们为何拥有了导向机构(上集)、弹性元件(上集)、减振器(下集)之后,还需要拥有横向稳定器的原因。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  底盘调校是可以更加多元化的,前/后/上/下/左/右六个轴向的动作相互辅助也相互制衡,没必要一硬到底,也没必要一软到底。

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电子式横向稳定器

  电子式横向稳定器,我们简称为“主动防倾杆”即可,在中文语境下我们很少叫前面那个学术名。比不过英文语境下就有很多表达方式了,有叫electromechanical anti-roll bar的,有叫active anti-roll bar的,宝马弄了个专有名词叫Active Stabilizer Bar System (ASBS),奥迪的专有名词则为mechatronic Active Roll Control (eARC),大众专称为electromechanical active roll compensation system (eAWS)……

空气悬架与电磁悬架不能类比

  无论叫什么都好,这都是一个用得很少的词汇,而且本体必须被安装在前/后车底(而不能在塔顶),因此是弹性元件,并非导向机构/结构件。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  主动防倾杆的工作原理与上述被动型号那根金属弯棍子是一致的,它的不同之处是,在防倾杆中间偏一点的地方布局了一台步进电机,过弯行程中实时向防倾杆两侧施加相反的力矩,比此前被动式防倾杆的力矩更大,因而可以更好地抑制车辆弯道侧倾。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  从下方图可见,车辆劈弯时的侧倾角度从被动式防倾杆(曲线)削减到主动式防倾杆(实线)的位置,防倾能力非常明显。

空气悬架与电磁悬架不能类比

空气悬架与电磁悬架不能类比

  因为提供的力矩较大,因而12V低压系统(传统的电瓶)是无法给主动防倾杆提供足够功率的,必须使用48V电压系统进行驱动,一般会有超级电容器负责增大瞬间的功率,也即是搭载主动防倾杆的车型至少得是一台48V轻混车。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  奔驰、奥迪、宾利、兰博基尼劳斯莱斯目前都在生产运用主动防倾杆的车型,这属于一项贵族配置了,还没下方到消费级品牌。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  大众途锐本身是有主动防倾杆的,但入华之后没有了,也是挺可惜的。上面这张官方剖视图可以很清晰看到主动防倾杆(浅蓝色)的布置位置与结构样式。

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前/后塔顶横向稳定器

  在塔顶安装的横向稳定器是结构件,可以一定程度上解决车体本身抗扭刚度不足的问题,比如上篇笔者提到的东南菱帅V3那款前后独立悬架的5万元小破车,我们就很推荐大家花几百块在机舱里面加一根前顶吧(前塔顶横向稳定器),这车的车架太软了,侧倾特别严重,加了横向稳定器可以一定程度缓解。

  很多性能车也会加装类似的装备,比如下图就是宾利欧陆GT Speed敞篷版的机舱照片,宾利加了老粗壮的一根前顶吧。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  欧式的太文雅,我们看看美式的前顶吧,蝰蛇GTS机舱X型顶吧,硬又壮。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  下图是一组来自兰博基尼Aventador LP750-4 SV的后顶吧图片,因为人家发动机就装在后面……

空气悬架与电磁悬架不能类比

  那么买菜车呢,发动机在前面,也有装后顶吧的潜能吗?

  有,你愿意的话可以剖开后塔顶装一个,下图就是给飞度改装用的快拆式后顶吧。

空气悬架与电磁悬架不能类比

空气悬架与电磁悬架不能类比

  不过以下这种就不算了,这是给超跑GK5设计的防滚架,里面正好有一根后塔顶横向稳定器而已。

空气悬架与电磁悬架不能类比

  被动的横向稳定器有好几种材质可选,比如铝合金的、全铝材的、铝锌合金的等等,但这些都不如主动的横向稳定器厉害。

 
《悬架》总结

空气悬架与电磁悬架不能类比

  1、对于导向机构而言,是整个悬架系统的骨架,对一台车的操控性能与舒适性能的决定性比较大,因而看悬架的时候可以先看导向机构。如今多数消费级乘用车都选用前麦弗逊、后扭力梁的设定,而高阶车型比较喜欢用前后双A臂及其各类变种。

  2、导向机构的结构的确很重要,但导向机构的材质选择与细节调校也颇为重要,这一点是中国汽车企业的大缺陷。扭力梁不好?PSA工程师会教你做人。总而言之,多连杆不代表好,扭力梁不代表差,丰田四代凯美瑞“筷子三连杆”(@D仔的汽油头 老师的文章提到过这台车),再牛也牛不过调校得好的斯柯达明锐扭力梁。

  3、弹性元件对悬架性能的影响也比较大,目前综合性能最好的弹性元件是空气弹簧,但给家用车装空气弹簧有很高的成本门槛。随着汽车电气化进程推进,汽车产品的单价越来越高,不少中高端产品开始配备空气弹簧,比如蔚来全系、红旗H9红旗HS7等等。

  4、螺旋弹簧在乘用车领域的市场占比,钢板弹簧在商用车领域的市场占比,基本是不可撼动的,成本优势摆在这里。

  5、在减振器领域,电磁减振器诚然是当前综合性能最好的,有技术先发优势的凯迪拉克陆续上市了很多MRC电磁减振器车型,揽运和Aventador之类的豪车也会继续装备,而且有希望下放到其他豪华车型上。

  6、主动式减振器的效果明显比被动式减振器好,但目前市场主流依然是被动的液压减振器。现在很多年轻人喜欢改绞牙,但很多门店不会调绞牙,民科们能把圈速调得更慢。

  7、空气弹簧和电磁减振器自然是象牙塔顶端的产品,贵有贵的产品价值,但便宜也有便宜的超高性价比,因此选哪种弹簧和哪种减振器,还是得看自己荷包厚度行事。最可惜的是雪铁龙气液联动弹簧,这款法式黑科技非常好用,只是入华之后就被阉割了。

  8、智能汽车时代,人类操作汽车的占比会越发减少,对于底盘操控这种特别花时间与成本的研发事项而言,只会得到越来越少的资金支持。当人类几乎不用操纵汽车时,请问还要操控干嘛呢?因此,希望享受操控乐趣的朋友,是时候出手买好玩的车了。

  9、电动汽车时代,放置在两轴之间的动力电池越做越大,车的轴距越来越长,操控变得越发弱鸡,但汽车工程团队可以植入更多电子设备去弥补几何结构上的缺陷,底盘悬架系统的电气化时代也随之到来了。

(文:太平洋汽车网 黄恒乐)

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