[愛卡汽車 導購 原創]
每天通勤路上,您的愛車會壓過幾組減速帶?恐怕,很少有人能給出具體數字。可以確定的是,每款車舒適性天差地別,乘客對減速帶的感知也完全不同。有些車蹦蹦跳跳,分分鐘把屁股顛離座椅;有些車泰然自若,就像游艇航行在平靜的湖面。舒適性是怎樣煉成的?本期《顏必有物》為您揭秘。
“舒適”是一個非常寬泛的概念,涉及汽車的方方面面。車子靜止時,舒適性主要指空間表現和座椅體感。跑起來以后,舒適性反映的是底盤濾振能力,也就是今天所要介紹的內容——乘坐舒適性(riding comfort)。至于座椅舒服與否、空間寬敞與否,我們留到后續文章中再行討論。
乘坐舒適性(riding comfort)是車輛動態學的組成部分,有時被稱為行駛平順性。上期《顏必有物》中,我們對車輛動態學的另一項內容(操控性)進行了解讀,各位讀者可點擊下圖閱讀原文。在傳統印象中,操控性與舒適性是一組矛盾,但事實上,二者完全可以兼顧。在解讀舒適性的基礎上,筆者還會順便談談舒適性和操控性的關系。
舒適的底盤什么樣?借助圖表和公式,汽車工程師能夠寫出一本字典。拋開繁瑣案牘,“舒適”其實可以很簡單。梅賽德斯-奔馳用一則廣告描繪了極致舒適性的形態:

為了獲得穩定的視野,雞頭天生具備穩定器功能。無論下半身怎樣晃動,頭部都可以維保值穩定。對于汽車來說,車身相當于雞頭,底盤則相當于雞的下半身。想要維持車身平穩,下盤功夫必須過硬。為此,人類發明了一項天才設計——懸掛系統。
在懸掛系統中,減振器無疑是最重要的部件。假如沒有減振器或減振器失效,彈簧中儲存的能量將無法衰減,導致車身出現反復振蕩。想象一下游樂園里的蹦蹦床,小朋友腳底稍稍使勁,就可以借力彈簧“上躥下跳”。無論從舒適性角度還是操控性角度出發,無阻尼懸掛系統都是不切實際的。
顯而易見,減振器有兩個方向的運動行程——壓縮行程(compression)和復原行程(rebound)。車輪向上運動時,減振器處于壓縮行程,提供壓縮阻尼;車輪向下運動時,減振器處于復原行程,提供復原阻尼。復原行程有時被稱為拉伸行程,也就是人們經常提到的“回彈”。
劃重點:阻尼力是關于減振器運動速度的函數。通常而言,阻尼與減振器運動行程(位移大小)無關,汽車媒體口中的“懸掛初段”“懸掛末段”只是為了方便理解。減振器運動速度越快,阻尼力就越大。不同速段下,阻尼增益可以完全不同,反映在圖表中便是曲線斜率。力的作用是相互的,因此阻尼力不僅能夠控制車身運動,還可控制車輪運動。
一般來說,民用車(特別是主流家用車)采用較低的低速阻尼,把舒適性放在首位。面對小幅值顛簸,弱阻尼可以帶來較為放松的車身控制,避免僵硬的車輪彈跳,從而更好地屏蔽細碎顛簸。低速阻尼(以及中低速阻尼)還關系到側傾控制和俯仰控制,不宜設定得過小。正因如此,性能車和跑車通常擁有較強的中低速阻尼,以保證橫擺響應。
力和反作用力大小相等,方向相反,分別作用于車輪和車身。與車身相比,車輪的重量微不足道,容易發生高頻顫動。為了控制車輪余振,減振器需要匹配較強的高速阻尼。遇到大起伏路面,減振器運動速度較快,需要用到中高速阻尼。令人頭疼的減速帶同樣會用到高速阻尼,后文中將予以詳細闡述。
作為低速段和高速段的過渡,減振器中速阻尼直接影響到濾振厚重感。假如中速段過渡得好,底盤便能提供柔韌的濾振質感。反之,底盤質感就會比較單薄。想要做好舒適性,中速阻尼通常是調校的重點。
例如,雷克薩斯ES 200和凱美瑞2.0L均采用被動式液壓減振器,但閥系設計完全不同,舒適性差異明顯。假如預算寬松,不妨考慮昂貴的電控減振器。借助磁流變和電磁閥等技術,電控減振器可提供多種阻尼特性,甚至根據工況實時調整阻尼力。
在懸掛之下,還藏著另一套彈簧阻尼系統——輪胎。作為汽車上唯一與地面接觸的部件,輪胎對動態性能有著全方位影響,卻總是被低估。在輪胎上多花幾百塊,駕駛體驗可能會提升幾萬塊。分享一個有趣的現象:在民用車領域,輪胎通常比(被動式)減振器值錢,價格差距甚至達到了“倍”的數量級。
車子行駛在道路上,路面復雜程度很可能超出想象。日常出行中,減速帶沖擊最容易被注意到,給乘客們帶來了苦惱。然而,減速帶只是舒適性評價中很小的一部分。面對各類工況,汽車的乘坐舒適性可以完全不同。具體來看,舒適性評價可細分為三個部分:初級舒適性、次級舒適性、單項沖擊。
初級舒適性(primary ride)又稱主要舒適性、一階平順性,用來考察車身運動的平穩程度。顧名思義,初級舒適性是最基礎、最重要的部分。車身運動涉及面很廣,具體包括垂向跳動、俯仰、振動收斂、橫向晃動、側傾(同樣影響舒適性)等。此外,乘客體感也很重要,例如頭部晃動、肩部晃動。
阻尼強,沖擊大,車身運動突兀,路面的凹凸不平很容易被感知。另一邊,強阻尼減振器可以把車輪牢牢按在地上,高速行駛穩定感出色。車速偏低時,這類車型懸掛硬朗,沖擊相對明顯;車速提高后,車身運動反而變得流暢,營造出四平八穩的乘坐感受。
阻尼弱,沖擊小,車身運動舒緩,路面的小坑小坎被完全磨平。然而,在大沖擊面前,弱阻尼減振器無法及時衰減能量,導致懸掛快速進入行程末端(end of travel),發生生硬的限位撞擊,反而損失了舒適性。此外,阻尼過弱會導致漂浮感,就像船舶掙扎在大風大浪的海面。
電控減振器性能全面提升,但其成本過于高昂,難以廣泛應用在民用車領域。成本有限,卻想實現復雜的阻尼特性?液壓限位(hydraulic stop)技術提供了新思路。
前文曾提到,減振器阻尼“通常”與運動行程無關,這意味著存在特例——液壓限位。液壓限位器完全采用機械液壓設計,無需電控裝置介入,成本相對可控。液壓限位可以應用在壓縮(HCS)和復原(HRS)兩端,優化車身控制。遇到大幅值起伏路,液壓限位器能夠有效控制車身浮動,避免飄忽不定的拋離感。大眾、寶馬的許多車型應用了HRS技術;標志雪鐵龍則熱衷于PHC技術,也就是同時配備HRS和HCS。
不同取向的車型,底盤調校風格不同,乘坐舒適性大相徑庭。但即便是運動型車,依然可以通過減振器、襯套等部件的優化,實現圓潤的濾振質感。“圓潤”是指車身運動的柔順程度:圓潤度好的車,車身上/下運動(拋起-落下)過渡溫和;圓潤度不好的車,車身上/下運動轉折突兀。聽起來或許有些抽象,不妨舉兩個例子。
在普通用戶眼中,“前/后軸一致性”經常被誤讀。事實上,懸掛的前/后平衡更多體現在初級舒適性范疇,而不是減速帶這樣的單項沖擊。市面上大部分(采用被動式減振器的)車型后橋偏“硬”,這是為了控制俯仰,避免乘客感受身體前仰后合。俯仰(pitch)指車身繞Y軸旋轉的運動,典型如加速時的“后仰”和剎車時的“前傾”。
前/后平衡表面上是物理問題,本質上是數學問題。為了控制車身俯仰,前/后懸掛應當在一個振動周期后,同時到達某個振動點(車身起伏位置/高度)。
讓我們舉例說明。寶馬7系長軸距版(G12)的軸距為3210mm,前軸偏頻為1.1Hz,后軸偏頻為1.4Hz。假設車速為60km/h(=16.67m/秒),由于軸距產生的振動時間間隔為0.19秒。前懸掛振動周期為0.91秒(=1/1.1Hz),后懸掛振動周期為0.71秒(=1/1.4Hz),前/后軸振動時間差為0.195秒。車頭和車尾能夠同時到達同一個振動點,車身運動如履平地。
通過調校減振器各速段阻尼,工程師可以實現不同車速、不同沖擊下的前/后平衡。從根本上講,舒適性維度的平衡和操控性維度的平衡是相通的。假如舒適性足夠出色,操控性理論上也不會差。
次級舒適性(secondary ride)又稱次要舒適性、二階平順性,用來考察車身及所屬部件的振動。請注意,次級舒適性評價的是車身振動,而不是車身運動(初級舒適性)。籠統地講,次級舒適性用來評價車輪(簧下)振動導致的車身(簧載)振動。舉個例子,在不同路面上,由于路面材質發生變化,車身振動的頻率和幅度發生改變,這就屬于次級舒適性的范疇。
優化次級舒適性,關鍵在于控制簧下質量(車輪)的跳動。降低簧下質量意味著減小沖擊能量,可以從根本上改善濾振效果。車輪重量輕,運動速度快,主要受減振器高速阻尼控制。高速阻尼強的減振器能夠有效控制車輪余振,避免松散的簧下顫動。想要底盤“整”,就一定要快速衰減沖擊。反之,假如車輪彈跳不受約束,像波浪鼓一樣持續振動,乘客就會覺得懸掛動作又長又亂。
高頻余振是什么感覺?網友們不妨回憶一下大巴車或中巴車。受限于鋼板彈簧特性,衰減效率明顯不足,簧下存在持續顫動。假如座椅沒有坐人,你甚至可以憑肉眼看到椅背抖動。考慮到商用車屬性,次級舒適性不佳情有可原。需要注意的是,類似現象也出現在一些采用承載式車身的乘用車上。
扭力梁懸掛不僅縱向沖擊生硬,還容易出現簧下顫動,直接影響到次級舒適性。通過接縫后,扭力梁后軸往往存在密集余振,其頻率之高類似于手機振動,乘坐體感不夠友好。關于扭力梁,各位網友可參考筆者之前的解析文章《扭力梁的功與過:“鐵棍”竟不是原罪?》。
單項沖擊又稱離散沖擊,用來單獨評價前/后車橋、左/右車輪的舒適性,典型場景如減速帶、井蓋等突如其來的顛簸。單項沖擊是一項艱巨的挑戰——沖擊幅度大,沖擊時間短。為了柔化路面沖擊,減振器阻尼不能太大;為了迅速衰減沖擊能量,減振器阻尼不能太小。
編輯點評:初級舒適性、次級舒適性、單項沖擊……乘坐舒適性是個涉及廣泛的命題,需要大量的背景知識才能悟透。對于普通用戶而言,深究原理或許有些吃力,沒有必要強求。不過,理解舒適性是什么、舒適性評價包括哪些維度,可以幫助你我選到適合自己的車。想要知道熱門新車舒適性如何?歡迎關注愛卡汽車的評測/試駕文章,海量資訊等您來戳。
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