摩托车车架与悬挂的那些事 (上)

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由于弹簧只是单纯地吸收及释放能量,并不能使震荡趋缓,所以,避震器中便需要阻尼器来担负起吸收震荡能量的功能。阻尼器中的关键便是阻尼油,试想,阻尼器中的阻尼油在压缩时,会经由一个小孔从阻尼器的一端流至另一端,拉伸时便会自小孔流回原本的那一端,而流动时产生的阻力便是阻尼的来源,当油的粘度越高,孔越小,阻尼油便越难流至另一端,相对地使得阻尼器难以压缩或是伸长,如此便可以缓和震荡。目前常见的可变阻尼避震器其实就是改变小孔的大小来立即改变阻尼的效果;若是更换阻尼油来改变黏度,也可以获得直接调整阻尼的效果。

摩托车车架与悬挂的那些事 (上)

阻尼油小常识

不论是潜望镜式悬挂或是后避震器中的阻尼油,在经过长期的使用之后,效能都会降低,而需要更换。潜望镜式悬挂的阻尼油是可以经由简单的工具进行更换的,相对的,后避震器的阻尼油则需要较复杂的工具及专业的机具进行更换。阻尼油最重要的标示就是粘度,常见的标示单位为WT,号数则从0、10、20至60、70都有,数字越大,代表油的黏度越高,能提供的阻尼效果也越大。阻尼油的作用就是将悬挂上、下作动的能量,转变成为油的热量,将震动吸收。行驶之中,油的温度必会慢慢增高,而阻尼油温度增高之后,粘度也会逐渐下降,阻尼效果将会变差。因此,避震器在经过长途操驾之后,会有性能降低的问题,正是来自于此。长期下来,阻尼油在温度升高及下降中来来回回,也会造成阻尼油变质的结果,所以必须定期更换阻尼油。

前悬挂

摩托车车架与悬挂的那些事 (上)前叉的内管越粗,能承受的力量便越大,但成本及重量也会跟着增加

前悬挂最重要的作用在于稳定前轮,使得前轮能够在颠簸的路面及弯道中维持贴地以提供抓地力,另外,前悬挂在重刹的情况下,则是首当其冲地承受轮胎传来的减速力量,因此前悬挂在结构上也必须拥有足够的刚性,承受车重在急减速时所产生的力量。目前车厂在前悬挂部份经常采用潜望镜式系统(也就是常称的前叉),其构造简单是主要的优点,在进化后又衍生出倒立式的潜望镜式悬挂,常称为倒叉悬挂。除了潜望镜式悬挂之外,也有许多实验型式的悬挂系统,但都未能形成气候。

潜望镜式悬挂

摩托车车架与悬挂的那些事 (上)

若从构造来细说的话,潜望镜式悬挂包含了上、下三角台、外管、内管、弹簧、阻尼器及阻尼油。上、下三角台以珠碗和车架结合(所谓的珠碗其实就是组装式的轴承),使得三角台可以对车架产生自由的旋转,以利转向;上、下三角台的另一端则分别锁住了两支内管的上端。外观上,内管下端连接着外管,最后由外管锁住前轮,内、外管内则装着阻尼器、阻尼油及弹簧。阻尼器上钻了小孔,使前叉在作动时,阻尼油可以流过小孔提供阻力。一般而言,潜望镜式悬挂最重要的两个尺寸是内管直径及作动行程。一般的小排气量跑车,大约使用直径31mm至33mm的内管,直到公升级跑车才会使用到直径43mm的内管,甚至有些大排气量的街车会使用直径46mm的内管。内管越粗,能承受的力量便越大(或说所谓的刚性),但成本及重量也会跟着增加,因此还必须配合车架、三角台等等的设计,找出平衡点。而作动行程则是指前叉内、外管在不接触到其他零件之下,可以有效运动的范围,若是越野车辆,所需要的行程范围通常比一般街车或是仿赛车款更多。

国产的黄龙600是国内少数采用倒立式前叉的街跑车


正立式前叉与倒立式前叉之比较

倒立式前叉

倒立式潜望镜前悬挂简称倒叉,从英文名称来看(Up-Side-Down Fork),就是上下颠倒的前叉。主要差异是将原本在下的外管及上端的内管整组颠倒过来,变为外管在上而内管在下,由外管与上、下三角台连结,以内管锁住轮胎。倒叉悬挂其实是正立式前叉的一种演进,由于前叉是靠内管及外管的滑动接触来产生上下作动,若是受力时,也是依靠内管及外管的接触来承受力量。若是内、外管接触长度不够的话,受力较大时,就容易产生变形。若以原本的正叉设计,想要增加内、外管的接触长度,在不改变整体前叉长度的要求之下,则必须增加外管的长度,但增加范围有个极限,就是受到下三角台的限制,外管增长过多则有可能会在作动时撞到下三角台,减少可用行程。

摩托车车架与悬挂的那些事 (上)

为什么高档的大排量摩托车均采用倒立前叉?倒立前叉有什优缺点?我们从结构来看,倒立前叉的外筒位于上端,与三角台紧密结合在一体,如此设计的好处是刚性提升,可以承受更高的动力与冲击。再从质量重心分布来看,上重下轻的倒立前叉,它的质量重心是不是比较接近龙头?当质量重心集中,操控性能自然随之提升。

当然,倒立前叉还是有一些缺点(要不然,正立前叉哪来的生存空间?),如果想要压低售价,结构复杂、成本偏高的倒立前叉就不是好选择。还有,倒立前叉的油封负担颇重,除了要对付液压油的压力,更要对付地心引力,因此较容易漏油,维修周期偏短,整体成本更是高于正立前叉。两种前叉各有优缺点,简单而言,倒立前叉适合高动力、高档次的车种,正立前叉则适合一般大众使用。

绝大多数讲究操控性能的跑车多采用倒立式前叉

降低簧下重量好处多多

倒立前叉将重量较轻的内管设在下端,就像改装轻量化轮框或锻造铝合金悬挂支臂一样,可以减低簧下重量,当往复重量变轻,车子的操控当然更上层楼。

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BMW Duolever悬挂:

BMW在推出K1200S跑车时,发表其新式的前悬挂系统—Duolever,Duolever结构与潜望镜式悬挂完全不同,几乎是针对潜望镜式悬挂的缺点而来。首先,潜望镜式悬挂采用两支内、外管组,在一般的设计中,各有阻尼器及弹簧在其中,等于是两支独立的避震器,因此有可能会造成彼此调校不同、作动不同步的缺点。第二,潜望镜式悬挂的内、外管组不但必须负责弹簧及阻尼力量,还必须同时提供支撑减速时或是过弯时的刚性,当前叉产生微微弯曲变形时,便会影响到内、外管的作动及悬挂性能。

Duolever采用类似汽车悬挂中的双A臂设计,利用两支A字形的摇臂抓住夹持轮胎的叉型结构,最后在下A臂及车架之间加上提供弹簧力及阻尼力的避震器。如此一来,只有两支A臂及夹持轮胎的叉型结构在负担前悬挂的刚性,避震器只需要提供弹簧及阻尼力,不必因为同时要提供刚性而影响作动。整体而言,BMW Duolever改进了许多潜望镜式前悬挂的缺点,但在结构上则增加了许多复杂度,若是各连杆之间产生了间隙,则会大大影响悬挂性能,在实际骑乘感受上,虽然反应不如潜望镜式悬挂灵敏,但也较为沉稳,适合高速巡航。

Duolever悬挂作动原理

由BMW开发的Duolever悬挂,目前搭载于BMW旗舰K1200及K1300车系上

BMW Duolever悬挂由于结构较复杂,维护成本也较一般悬挂来得大

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