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讓汽車變魔毯? 淺談電子避震器發展

2007.08.15  作者:車訊網  

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用什麼來比喻世界上最理想的避震器?答案是魔毯!因為避震器的最高境界,貼切的形容是讓輪胎均勻地貼在地面上,並在任何時候、路況、狀態均是如此。

坦白說,這是難以到達的境界,難處在於一部車只有一套避震器、只有一種設定、只能對付一種路況,想要因應生活中各式狀況、不同駕駛者的需求,豈不是要好幾套避震器才夠用?沒錯,電子避震器正是針對這個想法而衍生的設計,且日漸普及、步入純熟,人人都能像阿拉丁一樣享用魔毯。

對大眾而言,電子避震器是近幾年才普及的名詞,然而資深的賽車迷對此肯定不陌生。因為90年代的F1賽車便允許採用自動調整的懸吊系統,車輛可因應路況做出最適化的阻尼設定,當FIA在1994年取消電子避震器之後,F1才全面改用傳統的機械式避震器。

當時FIA禁止F1車隊使用電子避震器的原因,是為了降低參賽成本,避免大小車隊之間的差距,好讓比賽出現激烈的競爭局面。這恰好與市售汽車的走向相反,90年代中期量產車開始出現電子避震器的配備,剛開始僅止於頂尖的超跑,例如Ferrari F50。

但不是每個人都買得起F50,多數人根本無法體會電子避震器的奧妙,也因代價昂貴,使其直到上個世紀末才逐漸融入大眾生活,這也是最晚平民化的電子配備。

從市售車的演變來看,電子避震器是從高價車款逐漸往下延伸,最著名的是M.Benz的Airmatic、BMW 7系列的EDC-C及Porsche的PASM系統。至於平價的市售車款也在這幾年步入電子化,像是Opel Astra的IDS+,甚至國產房車也導入了這項配備,這證實了電子避震器的成本大幅降低,功能的突破亦是日新月異。

先認識避震器原理
再談電子系統作動

顧名思義,避震器就是避免震動的零件,它可消弭路面傳來的跳動,讓車身維持平穩。

市面上的避震器是由減震筒與彈簧組合而成,兩者各自負責不同的功能,減震筒的作用力單純分成伸張、壓縮兩種方向,內部設有阻尼機構可抵銷伸張或是壓縮的力量。簡單來說,當懸吊壓縮的時候減震筒抵抗下壓力,而升起伸張的當下,減震筒又產生抵抗舒張的力量,這抵抗的能力,便可視為阻尼的大小。

避震器可概分為減震筒與彈簧兩大部分,各自負責維持車身穩定的功能。

彈簧的功能不難理解,它只能產生單方向的力量,當懸吊需要上升的時刻,彈簧負責的是伸展功能,讓車輛恢復原來的高度;反之,當處於壓縮狀態下,彈簧則是抗拒下壓,避免避震器發生觸底的狀況。

減震筒與彈簧是否搭配得宜,意味著行駛時車身是否平穩。我們時常以過軟、偏硬來形容避震器,這是因為車身運作的頻率讓駕駛者感到過彎的信心不足或是乘坐的不適。

然而一套避震器只能有一種適用範圍,想要增加就要藉由電子技術控制阻尼及彈簧的變化。在介紹電子避震器的型式與原理之前,我們先讓各位簡單瞭解電子懸吊的設定方式。

高級房車是最早採用電子避震器的領域,圖為Audi A8電子避震器的透視圖。

阻尼係數兩大派別
閥門可調&電磁控制

阻尼係數等於是減震筒抗拒相對方向力量的程度,簡單來說,阻尼係數愈高者,減震筒的動作速度愈慢,愈能吸收高速、劇烈駕駛狀態時的能量,阻尼強弱則與內部液壓狀態有關,那麼一套阻尼可調整的避震器的原理如何?

一般是從兩個地方著手:第一、將減震筒內的閥門設計成為可以轉動的型式,改變內部閥門的孔徑尺寸,孔徑愈大,內部液壓油的流動速度愈快,阻尼就降低;反之,阻尼就愈強。

第二、改變液壓油的黏度,當液壓油的黏度愈高,流動速度愈慢,阻尼也就愈強。那要如何在車內改變液壓油的黏度?目前的做法是在液壓油內加入磁性成分,利用電流改變磁性吸附的原理,因而做出不同的液壓油黏度變化。

關於市售車方面,減震筒內建閥門調整機構的設計運用的時間最早、也最為廣泛,上有高單價的BMW、下至國產Mitsubishi Grunder,甚至連改裝品牌(如日系Tein EDFC系列)都是採用這種作動原理的避震系統。

電磁式避震器讓人印象深刻的是Cadillac MRC(Magnetic Ride Control),由於是運用電流控制液壓油的流動黏度,改變阻尼的時間可以快到1/1000秒,即使身處高速狀態也能迅速調整阻尼的軟硬,這是目前作動速度最快的電子避震器。

電子避震器的長相其實與一般避震器差異不多,只是多一根裝在塔頂上的控制線路。

 

電子避震器目前仍以減震筒內的閥門可變設計為大宗,M.Benz更輔以氣壓彈簧造就Airmatic聲名遠播。

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降低車高不只是好看
目的是均衡四輪配重

多數人對於車身高度的看法只在於視覺,總覺得車身降得不夠低、看起來不夠殺,這當然是錯誤的觀念,正確來說,調整車身高度的主要用意是營造理想的四輪配重、增進操控。由於每種車款的引擎位置、驅動方式不同,藉由車高調整可以改變先天車頭或是車尾配重不均的問題。

一般的調整方式是盡量縮小前後車身的配重差距,但這只是靜態配重,動態配重可就複雜了。比方說,上坡時的車頭荷重減輕,前輪抓地力不足,也就造成了轉向不足(推頭);下坡時,前輪的荷重偏高,後輪卻是空空如也,假如能讓四輪配重長時間維持在均衡狀態,操控也就更加穩當。

目前電子避震器的車高調整作用,升高車身高度多半是為了增加進入惡劣環境的,像是Land Rover的EAS強調越野功能的SUV所採用。房車或是跑車亦有相關功能,作用在於降低高速行駛時的底盤上揚力,當然,這還可降低進出停車場時磨擦底盤的風險。

懸吊電子化的首要優點,是讓汽車迅速適應各種環境,M.Benz的Airmatic電子氣壓避震器發展純熟,確保不同路況的功能性。

彈簧磅數難行車調整
氣壓/液壓最佳選擇

彈簧在靜態的作用是維持車高,動態則是抗拒側傾、維持車身平穩。如何設定彈簧?

簡單來說就是更換不同磅數的彈簧,然而裝在車上的避震器只有一套彈簧,在無法當場拆裝的前提之下,如何在行車狀態中改變彈簧的磅數?由於絕大多數的彈簧採用金屬材質,這種彈簧並無法在行車時變更磅數。

不過,我們可以在避震器上裝置氣墊式氣壓筒,運用高壓的力量達成維持車身高度、抗拒側傾的功效,這不也是另一種型式的彈簧嗎?既然是壓力大小的遊戲,只要利用高壓泵浦就可以調整氣壓或液壓,也就能隨時在車上調整彈簧的磅數。

這種以氣壓/液壓取代金屬彈簧的市售車,運用最純熟、最具知名度者非M.Benz的Airmatic莫屬,主要是採用在高級房車E-Class與S-Class 之上,對於乘坐舒適性極有幫助。

至於電子式液壓避震系統,仍要推舉M.Benz的ABC(Active Body Control),由於液體具有不可壓縮的物理特性,透過高壓泵浦將液壓油強制送到彎外端,如此不只具有卓越的降低側傾功效,又能保持高度的舒適,這也是造價不菲的配備。

在液壓油內加入磁性成分,再利用電流改變磁性吸附的原理發展出的電磁避震器,因造價高昂大多運用在跑車等級。

所有資訊透過整合
最終完成各個動作

瞭解電子避震器的機械原理之後,最後要談的是車身動態系統的整合,這是最複雜、卻也是說明文字最簡短的部分。簡言之,之所以成為「電子」系統,就是融入了電子偵測、電腦判斷的過程,與動態控制系統相同,要如何取決哪個角落避震器的阻尼軟硬、車身高低,需要透過車內的感測系統,像是行車速度、加速G力、轉向舵角、油門、煞車…等行車資訊,將這些訊息送至電腦進行判斷,再驅動避震器的作動。

電子避震器亦有車高調整功能,大多運用在SUV越野時,Land Rover EAS系統即為代表。

 

電子避震器必須與電腦、感應器、線路一一整合,與動態控制系統有異曲同工之妙。

這一連串的過程與ESP動態控制系統如出一轍,均隸屬於汽車網路的整合範圍內。至於在哪個時候要讓避震器變軟還是硬?該高或是低?我們不再進一步說明,這是車廠工程師的專業所在,也就是所謂的調校。透過調校,才得以呈現屬於每個車廠的自我精神。

隨著跑車的馬力巨幅成長,愈顯電子避震器的重要性。

 

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