精品後避震器選購術 重點在阻力的穩定性
對一般的改裝消費者而言,所謂後避震器改裝,就是裝上一對具有顯眼氮氣外瓶的避震器,讓路人看見這部車有改裝避震器。至於改裝的避震器好不好,大家都憑感覺,只要不會晃就好了。
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先從最糟糕的避震器入門
在了解何謂好的避震器之前,不如先來了解何謂糟糕的避震器,這樣反向切入比較容易了解。
最簡單的避震器設計,就是單一孔徑閥門,這樣避震器的阻力會在低速時近乎於零、在高速時近乎無限大,且阻力的變化是呈逆拋物線狀的平方倍上升。這樣會產生什麼樣的結果呢?答案就是在低速行車時硬邦邦,只要經過減速突起,避震器就會把你震離椅墊,而到了高速行車時,避震器又一直晃,永遠停不下來。
避震器運作速度?
等等!不是說高速時阻力無限大,怎麼會高速行車時便一直晃呢?因為這裡指的是避震器的運作速度,也就是避震器上下運作的速度。很多人難以理解的是:當車速越快,避震器的速度就越慢;當車速越慢,避震器的速度就越快。
如果真的難以理解,就蹲在路邊看吧!你會發現騎的慢的機車,通過同樣起伏的路面時,避震器上下的幅度會比較大,這就是避震器速度較快的意思。相反的,速度快的車子,避震器的上下幅度就比較小,這就是避震器速度慢的意思。所謂的避震器速度,就是避震器上下的距離除以時間,所以上下的距離越大,就代表避震器運作的速度越快。
為什麼避震器運作速度越快,阻力就越大呢?這其實是流體力學現象。大家都知道風阻這東西,車速越快就風阻越大,而且還不是成正比,而是速度快兩倍、風阻大四倍,這種平方倍增的關係。
同樣的「速度快兩倍、阻力大四倍」這種現象也會發生在避震器內,所以最爛的避震器,其避震器活塞速度0.5m/s時的阻力是0‧05m/s時的百倍,也因此高車速時阻力只有低車速的百分之一,當然阻力小到擋不住彈簧,才會讓車身隨彈簧的往復運動而上下晃動不停囉。
避震彈簧的功用與特性
前面講了那麼多,都還沒講到避震器到底在車上是做什麼的?不過在講避震器之前,首先要提到避震彈簧。機車在路上行走時,總是會遇到路面上下起伏變化,而加減速過彎也會造成同樣的現象,如果沒有彈簧適度的變形,那就跟無避震器的腳踏車一樣,會非常地不舒服。如果只是不舒服那也就算了,到了更高速的領域時,機車就會因為劇烈的震動而無法控制,所以機車必須要有避震彈簧,來緩和路面的衝擊力。
但是彈簧有一種特性,那就是在沒有阻力的情況下,它會不斷地來回震動,於是就造成我們通過一段起伏路面後,就算回到平坦路面,彈簧還是在那邊震個不停,並隨著時間經過進而產生劇烈震動的狀況,所以我們需要一個外界阻力來阻止彈簧一直震動下去。
避震器的用途在於阻止彈簧震動
如果不用外力阻止彈簧的話,彈簧就會一直震下去,所以需要避震器來避免彈簧一直震個不停。而理論上,最好的避震器應該有固定的阻力,因為彈簧的彈性係數大致上是固定的,所以避震器也只需要固定的阻力即可。但前面講到,最簡單的避震器,會隨著速度的變化而大幅改變阻力,會有高速阻力過大低速阻力不足的問題,那究竟該怎麼辦呢?
避震器閥門的功能
既然單一孔徑的避震器會有問題,那就採用雙孔徑好了,這樣避震器低速時就用小孔徑,可以增加低速時的阻力,高速時就用大孔徑,避免阻力過大硬梆梆。
既然要控制大孔徑的開啟與關閉,避震器內就需要閥門,在阻力低時關閉閥門,在阻力大時推開閥門。避震器內的閥門設計,通常是用圓形片狀彈簧製成的,在避震器速度提高阻力增大時,油壓阻力就會推開彈簧,讓避震油部分由大閥門流過,降低避震器的阻力。
阻尼棒的結構
右邊是傳統的阻尼棒,基本上就是一根有洞的鐵棒,阻力會隨著避震器的速度而成平方倍上升,結果就會呈現高車速輕飄飄抓不住彈簧,低車速踩到坑洞硬梆梆的現象。
左邊則是設有高速閥門的改裝阻尼棒,在低避震器速度時,避震油會從螺栓上的小孔經過。由於該孔比傳統阻尼棒小,所以一般會搭配比較稀的避震油,這也是改裝或原廠高性能避震器反而用低黏度避震油的主因。當避震油流速高壓力大時,就會推動高速洩油孔上的彈簧閥片,避免避震器高速段阻力過大。
避震器活塞的設計,完全決定避震器的特色
活塞上面的東西從左到右為:彈簧止檔片、多片式圓片彈簧(壓縮側)、活塞本體、多片式圓片彈簧(伸長側)
避震器活塞會有兩個平面,一面是壓縮側,一面是伸長側。這張照片拍的是伸長側,採用四個圓孔的設計
這一面是壓縮側,可以發現四個扇形洞的面積比伸長側的圓洞還大,就是用這面積差異,來決定避震器伸長側與壓縮側高速阻力的的差異比例
理想的避震器 現實中不存在
前面講到理想的避震器阻力,在任何速度下都應該是一致的;前一段也講到目前避震器具有閥門的設計,那能不能達到恆定阻力的設計呢?現實的答案是「沒辦法」!
首先是低速域,低速域阻力小,所以大閥門不作動,全部的避震油都是流過小孔徑,因此這一小段低速域,依然會有速度低時沒有阻力的問題。要大幅縮減這個問題,就必須增加避震器活塞孔徑比,讓低速域的阻力只要一點點速度就會大幅上升。
若要增加活塞孔徑比,那就要增加活塞直徑了,所以大家可以見到高性能避震器的筒身直徑很大。而一般市售車為了降低製作成本,避震器採的是雙筒式設計,這樣內筒既不會受到外界力量而變形,外筒也有一段空間可以容納空氣,還能夠用較經濟的材質來製作,對廠商來說可是一舉三得。不過如此一來活塞便在直徑更小的內筒當中,也因此大幅限制了活塞的直徑。
單筒式的設計 非液氣分離不可
而好的避震器為了要大幅增加活塞直徑,會採用單筒式的設計,這時就等於內筒外露,所以必須用更堅固的材質製作,才不會因筒身變形而卡住活塞。單筒式設計就會失去雙筒式設計的空氣室,而避震油在裝入避震器內時,因為液體不可壓縮的特性,再加上液體與金屬熱脹冷縮的效應,不可以剛剛好裝滿,但這樣又會產生空隙,只要有空隙避震器就會產生無效行程。所以單筒式避震器必須多一個加壓的機構,用加壓的方式,讓不可壓縮的避震油毫無空隙,那個就是加壓氣室活塞。
在汽車或機車前叉等空間長度比較大的場合,由於加壓氣室空間夠大,壓力也就不會有太劇烈的變化。但在機車後避震器這種短小的場合,如果避震器加壓氣室做得太大,就會大幅縮短避震器可用長度,但若做的太小壓力變化就會過大,於是就產生了將氣室壓力瓶外接的設計,這也就是液氣分離式的機車後避震器,要外掛氮氣瓶的原因了。而用氮氣加壓的主要原因,在於氮氣是最便宜的安定氣體。
當多片式圓片彈簧蓋在活塞的洞上面的時候,這個洞就是一個閥門,當避震油壓力不夠大時,就無法推開閥門
多片式圓片彈簧的特寫。DY這支避震器的活塞,伸長側有六片圓片彈簧,就是靠這由小到大的彈簧層層交疊,造就出這支避震器伸長時高速域的阻尼特性
壓縮側採用七片式的設計,這是因為壓縮側的孔洞直徑比較大,所以要加上直徑更大的第七片彈簧,才能把整個洞蓋住
在活塞中心有個小孔,這個小孔的直徑決定避震器低速域的阻力上升速度
低速域可調的避震器,在小孔後面還有油針可以調整孔洞大小,洞越小阻力上升的速度越快。
再怎樣設計都無法使 低速域出現恆定阻力
就算用上了單筒大活塞,來提高低速域阻力提升的速度,但終究還是無法使超低速域(0‧05m/s以下)產生足以阻止彈簧的力量,於是賽車界用上了最後一招,這一招後來很多仿賽車都用了,那就是「槓桿原理」。
現在賽車的後輪避震器,通常都不是直接連接後懸吊,而是透過一組槓桿。目的是要讓懸吊臂微小的動作,透過槓桿放大成避震器劇烈的動作,這樣避震器運作速度就可以加快,越過無解的超低速域難題。
高速域恆定阻力 本目標尚未達成
在越過低速域的問題之後,馬上就要面臨高速域阻力過大的問題。理論上透過洩放壓力的方式,來使壓力恆定化並不是多困難的事,這在汽車用渦輪增壓器洩壓閥,或是大樓間水壓降壓閥上都可以得到實證。
但或許是避震器內部空間過小的緣故,目前避震器高速域的阻力變化,還是會隨著避震器速度提高而加大,只是越好的避震器越不明顯而已。也就是說越好的避震器在超高速域(0.6m/s)時越不硬,這也是為何我們改裝了好的避震器之後,反而覺得行路感變「軟Q」的原因。
因此,所謂的避震器高速軟硬可調,就是調整洩壓閥的開啟壓力,而至於壓縮與伸長的阻力設定,則跟車重、彈簧、路況有關。大多數人只看過道路車的設定,以為伸長一定要比壓縮大幾倍,但越野車或技術車可是很接近1:1的設定。真的要精確設定的話,可以上懸吊測試機,測出避震器在這部車上所產生的阻尼係數,並且可以從極低速震動測到極高速震動。
唯有阻力變化不大 才能說是好避震器
雖然理想中的避震器目前還做不出來,但我們還是可以尋找採用大活塞、大洩壓閥設計的避震器,這樣的避震器低車速時不會太硬,高車速時不會太飄,就是車迷口中有Q度的避震器。
DY除了出整支的避震器與前叉之外,也有販售原廠前叉改裝套件,內含阻尼棒、彈簧、內筒,換上之後就跟換前叉一樣
當然對於不會改裝的客戶,DY也有提供改好的原廠前叉,直接裝上去即可。登宇原廠型的改裝前叉也賣很多,可見得市面上有很多重視避震效果,不在意外觀的消費者
避震器阻尼測試機,是避震器廠商家家必備的儀器。不過避震器一但量產之後,就沒有再上機調整的必要,所以使用次數並不如一般人想像中的頻繁。現在主要的功能是拿來測別廠的避震器,還有進新避震油時的黏度確認之用
彈簧測試機,用來測試彈簧彈性係數
本次避震器細部零件圖,皆在登宇廠房內拍攝。老闆劉家昌對旗下避震器的用料品管極為嚴格,所以消費者評價極高,就算同業整隻仿製,效果往往也是差強人意
文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat93/node873397
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