淺談懸吊設定 - 機車

以前我曾在車隊討論板 (封閉式) 分享過的文章, 就搬出來討論好了,

懸吊系統, 先從物理控制系統的角度出發, 避震器的功能不外乎吸震,

由阻尼棒和彈簧所組成, 由彈簧吸收路面衝擊的緩衝,

再由阻尼棒吸收彈簧所吸收的剩餘動能, 兩者可以說相輔相成.

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懸吊基本特性

總行程 = 避震器尚未承受載重前, 可壓縮的最大行程.

可壓縮行程 = 避震器完全承受載重下, 正常吸收衝擊的最大壓縮幅度,

由於載重會稍微將彈簧壓縮, 會吃掉部分總行程.

饅頭 = 施予避震器的衝擊幅度超過 "可壓縮行程", 就會觸底,

所以必須在總行程末端置放軟墊, 俗稱 "饅頭".

彈簧 = 吸收路面凹凸不平所產生的衝擊, 成為簡諧振盪力學能.

阻尼 = 吸收彈簧累積的力學能振盪, 衝擊速度越快, 越能吸收.

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懸吊出廠設定

關於彈簧的彈性係數 k 和阻尼棒的阻尼係數 c 之間的搭配,

載重施力的差異會影響彈簧位移, 並且有 s.h.m. 簡諧振盪的位能儲存現象,

而位移速度則會影響避震筒消耗動量的速度, 也就是降低簡諧震盪幅度.


因此兩者搭配, 想要加大彈簧的彈性係數 k, 阻尼棒的阻尼係數 c 必須同時加大,

否則過大的彈性係數搭配過小的阻尼係數, 阻尼棒不易削減震盪力學能,

經過震動時, k 值較大的彈簧位移幅度雖然少量, 卻容易依然持續震盪現象,

相對的阻尼係數 c 過大, 則容易讓懸吊緩衝的反應速度變得遲緩.


┌─────┐
│ m │ 載重質量 (慣性)
└┼───┼┘　　　　　　　　　　　　　┬
╲ │　　　　　　　　　　　　　　｜
彈簧 k ╱ ︱┴︱ c 阻尼棒　　　　　　　　｜
╲ └┬┘　　　　　　　　　　　　　┤　車身位移 y
╱ │　　　　　　　　底盤位移 x　｜
　　　　｜　　　｜　　　　　　　　　　　　　　｜
────┴───┴──────────────┴── 路面高度 u


彈性係數 k, 阻尼係數 c, 路面高度位移 u, 車身質量 m, 重力加速度 g,

對應平順的底盤位移 x, 車身位移 y, 車身高度位移彈性 s, 有下列式子的關係:

mx'' = mg + c ( x' - u' ) + k ( x - u ) - s ( y - x )

mx'' - cx' - ( k + s ) x + mg = - cu' - ku - sy


學過工程數學和自動控制系統的板友應該蠻都熟悉的吧?

透過上述關係式, 找出 x 或 y 接近於零所需對應的 c 和 k 值.

避震阻尼和彈簧係數並聯可直接加成 c 和 k, 簡化系統,

通常在原廠設計車種時, 就必須透過乘載設定對應的懸吊.

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懸吊調校影響 (前叉)

阻尼油量:

避震器壓縮過程, 避震筒內的液體或氣體並沒有外漏, 會將筒內的空氣壓縮,

因此阻尼油量會決定筒內所預留的空氣體積, 透過氣體可壓縮的特性,

然而液體不可壓縮, 當油量過多, 預留空氣體積過少, 代表筒內可壓縮的空間減少,

可壓縮行程也隨之減少, 因此油量適當即可, 過量或不足都會影響避震筒壓縮運作,

但 "微量" 調整 ( +-10cc ) 有助於改變避震筒特性, 不影響可壓縮行程的前提下,

油量稍微增加, 相同壓縮行程可以讓空氣的體積壓得更小, 壓力更大,

讓避震筒能稍微增加回彈效果, 不過油量稍微減小就反效果了, 回彈速度變慢.

阻尼黏度:

重灌前叉油所得到的效果, 透過阻尼油的流動特性來影響阻尼係數,

阻尼油的黏度越高, 阻尼係數也越高, 但相對的回彈反應速度也會降低.

阻尼孔道:

修改孔道或直接更換阻尼棒所得到的效果, 比單純改變阻尼黏度更加顯著,

進階的阻尼棒又分為壓縮孔道和回彈孔道, 可以獨立設定,

孔道越大代表可流通的量越大, 阻尼系數越低, 反之亦然,

要留意單純加大阻尼的影響, 回彈反應速度會降低, 路感可能變得模糊.

彈簧係數:

可以決定懸吊載重平衡高度, 也是決定 "可壓縮行程" 的角色,

彈簧必須設定在載重狀態下, 仍能預留充足的 "可壓縮行程",

否則空車雖然總行程夠大, 但一個人坐上去就整個陷下去的話就囧了...

但也不能一味增加彈簧硬度, 否則震動衝擊, 回彈和振盪會更劇烈.

預載墊片:

不影響彈簧係數的前提下, 預先將彈簧壓縮到一定程度,

可以將 "總行程" 和 "可壓縮行程" 的差距減小,

相較增加彈簧硬度, 更能單純針對載重平衡高度和 "可壓縮行程" 調校,

而且不影響行進時的震動衝擊, 但彈簧容易提早老化,

所以大部分店家都不建議加掛預載墊片, 包含車拚的圓仔.

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適當設定目標 (前叉)

就我個人的騎乘習慣, 正常的懸吊系統應有的基本特性,

靜態正常載重下, 前叉不能陷下去, 最好能在 2cm 內,

必須在整體用路環境中, 提供充足的緩衝行程 (可壓縮行程),

過彎, 煞車不能陷太多, 否則遇到坑洞就會觸底,

彈簧軟硬適中, 除了避免觸底, 也要兼顧吸震效果,

阻尼可以設定偏硬, 類似胎壓, 久了還是會變軟,

前叉油量可以稍多, 彌補阻尼偏硬而回彈效果不足的現象.

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關於前輪和後輪避震的調校設定問題, 大家可以一起討論看看.



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