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爱卡汽车 2021-12-04

底盘舒适性,真就是“减速带评车”?

[ 爱卡汽车 导购 原创 ]

每天通勤路上,您的爱车会压过几组减速带?恐怕,很少有人能给出具体数字。可以确定的是,每款车舒适性天差地别,乘客对减速带的感知也完全不同。有些车蹦蹦跳跳,分分钟把屁股颠离座椅;有些车泰然自若,就像游艇航行在平静的湖面。舒适性是怎样炼成的?本期《颜必有物》为您揭秘。

" 舒适 " 是一个非常宽泛的概念,涉及汽车的方方面面。车子静止时,舒适性主要指空间表现和座椅体感。跑起来以后,舒适性反映的是底盘滤振能力,也就是今天所要介绍的内容——乘坐舒适性(riding comfort)。至于座椅舒服与否、空间宽敞与否,我们留到后续文章中再行讨论。

乘坐舒适性(riding comfort)是车辆动态学的组成部分,有时被称为行驶平顺性。上期《颜必有物》中,我们对车辆动态学的另一项内容(操控性)进行了解读,各位读者可点击下图阅读原文。在传统印象中,操控性与舒适性是一组矛盾,但事实上,二者完全可以兼顾。在解读舒适性的基础上,笔者还会顺便谈谈舒适性和操控性的关系。

舒适的底盘什么样?借助图表和公式,汽车工程师能够写出一本字典。抛开繁琐案牍," 舒适 " 其实可以很简单。梅赛德斯 - 奔驰用一则广告描绘了极致舒适性的形态:

为了获得稳定的视野,鸡头天生具备稳定器功能。无论下半身怎样晃动,头部都可以维保值稳定。对于汽车来说,车身相当于鸡头,底盘则相当于鸡的下半身。想要维持车身平稳,下盘功夫必须过硬。为此,人类发明了一项天才设计——悬挂系统。

在悬挂系统中,减振器无疑是最重要的部件。假如没有减振器或减振器失效,弹簧中储存的能量将无法衰减,导致车身出现反复振荡。想象一下游乐园里的蹦蹦床,小朋友脚底稍稍使劲,就可以借力弹簧 " 上蹿下跳 "。无论从舒适性角度还是操控性角度出发,无阻尼悬挂系统都是不切实际的。

显而易见,减振器有两个方向的运动行程——压缩行程(compression)复原行程(rebound)。车轮向上运动时,减振器处于压缩行程,提供压缩阻尼;车轮向下运动时,减振器处于复原行程,提供复原阻尼。复原行程有时被称为拉伸行程,也就是人们经常提到的 " 回弹 "。

划重点:阻尼力是关于减振器运动速度的函数。通常而言,阻尼与减振器运动行程(位移大小)无关,汽车媒体口中的 " 悬挂初段 "" 悬挂末段 " 只是为了方便理解。减振器运动速度越快,阻尼力就越大。不同速段下,阻尼增益可以完全不同,反映在图表中便是曲线斜率。力的作用是相互的,因此阻尼力不仅能够控制车身运动,还可控制车轮运动。

一般来说,民用车(特别是主流家用车)采用较低的低速阻尼,把舒适性放在首位。面对小幅值颠簸,弱阻尼可以带来较为放松的车身控制,避免僵硬的车轮弹跳,从而更好地屏蔽细碎颠簸。低速阻尼(以及中低速阻尼)还关系到侧倾控制和俯仰控制,不宜设定得过小。正因如此,性能车和跑车通常拥有较强的中低速阻尼,以保证横摆响应。

力和反作用力大小相等,方向相反,分别作用于车轮和车身。与车身相比,车轮的重量微不足道,容易发生高频颤动。为了控制车轮余振,减振器需要匹配较强的高速阻尼。遇到大起伏路面,减振器运动速度较快,需要用到中高速阻尼。令人头疼的减速带同样会用到高速阻尼,后文中将予以详细阐述。

作为低速段和高速段的过渡,减振器中速阻尼直接影响到滤振厚重感。假如中速段过渡得好,底盘便能提供柔韧的滤振质感。反之,底盘质感就会比较单薄。想要做好舒适性,中速阻尼通常是调校的重点。

例如,雷克萨斯 ES 200 和凯美瑞 2.0L 均采用被动式液压减振器,但阀系设计完全不同,舒适性差异明显。假如预算宽松,不妨考虑昂贵的电控减振器。借助磁流变和电磁阀等技术,电控减振器可提供多种阻尼特性,甚至根据工况实时调整阻尼力。

在悬挂之下,还藏着另一套弹簧阻尼系统——轮胎。作为汽车上唯一与地面接触的部件,轮胎对动态性能有着全方位影响,却总是被低估。在轮胎上多花几百块,驾驶体验可能会提升几万块。分享一个有趣的现象:在民用车领域,轮胎通常比(被动式)减振器值钱,价格差距甚至达到了 " 倍 " 的数量级。

为什么要有减振器?

车子行驶在道路上,路面复杂程度很可能超出想象。日常出行中,减速带冲击最容易被注意到,给乘客们带来了苦恼。然而,减速带只是舒适性评价中很小的一部分。面对各类工况,汽车的乘坐舒适性可以完全不同。具体来看,舒适性评价可细分为三个部分:初级舒适性、次级舒适性、单项冲击。

初级舒适性(primary ride)又称主要舒适性、一阶平顺性,用来考察车身运动的平稳程度。顾名思义,初级舒适性是最基础、最重要的部分。车身运动涉及面很广,具体包括垂向跳动、俯仰、振动收敛、横向晃动、侧倾(同样影响舒适性)等。此外,乘客体感也很重要,例如头部晃动、肩部晃动。

阻尼强,冲击大,车身运动突兀,路面的凹凸不平很容易被感知。另一边,强阻尼减振器可以把车轮牢牢按在地上,高速行驶稳定感出色。车速偏低时,这类车型悬挂硬朗,冲击相对明显;车速提高后,车身运动反而变得流畅,营造出四平八稳的乘坐感受。

阻尼弱,冲击小,车身运动舒缓,路面的小坑小坎被完全磨平。然而,在大冲击面前,弱阻尼减振器无法及时衰减能量,导致悬挂快速进入行程末端(end of travel),发生生硬的限位撞击,反而损失了舒适性。此外,阻尼过弱会导致漂浮感,就像船舶挣扎在大风大浪的海面。

电控减振器性能全面提升,但其成本过于高昂,难以广泛应用在民用车领域。成本有限,却想实现复杂的阻尼特性?液压限位(hydraulic stop)技术提供了新思路。

前文曾提到,减振器阻尼 " 通常 " 与运动行程无关,这意味着存在特例——液压限位。液压限位器完全采用机械液压设计,无需电控装置介入,成本相对可控。液压限位可以应用在压缩(HCS)和复原(HRS)两端,优化车身控制。遇到大幅值起伏路,液压限位器能够有效控制车身浮动,避免飘忽不定的抛离感。大众、宝马的许多车型应用了 HRS 技术;标志雪铁龙则热衷于 PHC 技术,也就是同时配备 HRS 和 HCS。

不同取向的车型,底盘调校风格不同,乘坐舒适性大相径庭。但即便是运动型车,依然可以通过减振器、衬套等部件的优化,实现圆润的滤振质感。" 圆润 " 是指车身运动的柔顺程度:圆润度好的车,车身上 / 下运动过渡温和;圆润度不好车,车身上 / 下运动转折突兀。听起来或许有些抽象,不妨举几个例子。

在普通用户眼中," 前 / 后轴一致性 " 经常被误读。事实上,悬挂的前 / 后平衡更多体现在初级舒适性范畴,而不是减速带这样的单项冲击。市面上大部分(采用被动式减振器的)车型后桥偏 " 硬 ",这是为了控制俯仰,避免乘客感受身体前仰后合。俯仰(pitch)指车身绕 Y 轴旋转的运动,典型如加速时的 " 后仰 " 和刹车时的 " 前倾 "。

前 / 后平衡表面上是物理问题,本质上是数学问题。为了控制车身俯仰,前 / 后悬挂应当在一个振动周期后,同时到达某个振动点(车身起伏位置 / 高度)。

让我们举例说明。宝马 7 系长轴距版(G12)的轴距为 3210mm,前轴偏频为 1.1Hz,后轴偏频为 1.4Hz。假设车速为 60km/h(=16.67m/ 秒),由于轴距产生的振动时间间隔为 0.19 秒。前悬挂振动周期为 0.91 秒(=1/1.1Hz),后悬挂振动周期为 0.71 秒(=1/1.4Hz),前 / 后轴振动时间差为 0.195 秒。车头和车尾能够同时到达同一个振动点,车身运动如履平地。

通过调校减振器各速段阻尼,工程师可以实现不同车速、不同冲击下的前 / 后平衡。从根本上讲,舒适性维度的平衡和操控性维度的平衡是相通的。假如舒适性足够出色,操控性理论上也不会差。

忌软忌硬 只求柔韧

次级舒适性(secondary ride)又称次要舒适性、二阶平顺性,用来考察车身及所属部件的振动。请注意,次级舒适性评价的是车身振动,而不是车身运动(初级舒适性)。笼统地讲,次级舒适性用来评价车轮(簧下)振动导致的车身(簧载)振动。举个例子,在不同路面上,由于路面材质发生变化,车身振动的频率和幅度发生改变,这就属于次级舒适性的范畴。

优化次级舒适性,关键在于控制簧下质量(车轮)的跳动。降低簧下质量意味着减小冲击能量,可以从根本上改善滤振效果。车轮重量轻,运动速度快,主要受减振器高速阻尼控制。高速阻尼强的减振器能够有效控制车轮余振,避免松散的簧下颤动。想要底盘 " 整 ",就一定要快速衰减冲击。反之,假如车轮弹跳不受约束,像波浪鼓一样持续振动,乘客就会觉得悬挂动作又长又乱。

高频余振是什么感觉?网友们不妨回忆一下大巴车或中巴车。受限于钢板弹簧特性,衰减效率明显不足,簧下存在持续颤动。假如座椅没有坐人,你甚至可以凭肉眼看到椅背抖动。考虑到商用车属性,次级舒适性不佳情有可原。需要注意的是,类似现象也出现在一些采用承载式车身的乘用车上。

扭力梁悬挂不仅纵向冲击生硬,还容易出现簧下颤动,直接影响到次级舒适性。通过接缝后,扭力梁后轴往往存在密集余振,其频率之高类似于手机振动,乘坐体感不够友好。关于扭力梁,各位网友可参考笔者之前的解析文章《扭力梁的功与过:" 铁棍 " 竟不是原罪?》。

单项冲击(secondary ride)又称离散冲击,用来单独评价前 / 后车桥、左 / 右车轮的舒适性,典型场景如减速带、井盖等突如其来的颠簸。单项冲击是一项艰巨的挑战——冲击幅度大,冲击时间短。为了柔化路面冲击,减振器阻尼不能太大;为了迅速衰减冲击能量,减振器阻尼不能太小。

编辑点评:初级舒适性、次级舒适性、单项冲击……乘坐舒适性是个涉及广泛的命题,需要大量的背景知识才能悟透。对于普通用户而言,深究原理或许有些吃力,没有必要强求。不过,理解舒适性是什么、舒适性评价包括哪些维度,可以帮助你我选到适合自己的车。想要了解热门新车舒适性如何?欢迎关注爱卡汽车的评测 / 试驾文章。最新、最全、最专业的车型资讯等您来戳。

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