问题

汽车悬架的复原阻尼比压缩阻尼大一些是否更有利?

回答
关于汽车悬架的复原阻尼和压缩阻尼的比例问题,这是一个相当技术化但又非常影响驾驶感受的议题。简单地说,两者之间的平衡非常重要,并不能简单地说哪一个“更大”就一定“更有利”,而是要看具体的需求和调校方向。

为了深入理解,我们先来拆解一下这两个概念:

压缩阻尼 (Bump Damping / Compression Damping): 当车轮受到路面冲击,例如压过减速带、坑洼或者在刹车时车身前倾时,悬架弹簧会被压缩。压缩阻尼就是在这个弹簧被压缩的过程中,减震器内部的油液流动受到阻碍,从而吸收和抑制压缩的速度。它主要控制车轮下压的幅度、速度以及车身在受到冲击后的“下沉”动作。
作用: 帮助轮胎更紧密地贴合地面,防止车身过度下沉导致触底,提升刹车和转弯时的稳定性。
过大: 可能会导致车身感觉生硬,舒适性下降,在连续颠簸路面上,车轮可能无法及时回弹,导致车轮跳动,影响抓地力。
过小: 车身在压缩时会显得过于“软”,容易发生大幅度的俯仰,降低操控稳定性,甚至可能触底。

复原阻尼 (Rebound Damping / Extension Damping): 当车轮和车身受到冲击后,弹簧会储存能量并试图将车轮“推”回原来的位置。复原阻尼就是在这个弹簧被拉伸、车轮试图回弹的过程中,减震器内部的油液流动受到阻碍,从而吸收和抑制弹簧拉伸的速度。它主要控制车轮在被压缩后“弹起来”的幅度、速度以及车身在冲击后“回升”的动作。
作用: 防止车轮在回弹时速度过快,避免车轮“飞”离地面,确保轮胎始终与地面保持接触,这对抓地力和操控性至关重要。同时,它也能控制车身在压缩后的回弹速度,避免产生不必要的晃动。
过大: 可能会导致车轮在被压缩后回弹过慢,在连续颠簸路面上,车轮可能无法及时跟上路面变化,导致车轮被“压”在路面下,影响舒适性,甚至可能让车身感觉“卡住”,影响转向响应。
过小: 车轮回弹过快,可能导致车身出现不必要的“弹跳”或者“抬头”动作,影响轮胎的抓地力,在高速过弯时容易出现侧倾过大,甚至失控。

那么,复原阻尼比压缩阻尼大一些是否更有利?

答案是:在很多情况下,尤其是追求良好操控性和稳定性的车型上,复原阻尼确实需要比压缩阻尼设置得更强一些。但这并不是一个绝对的规则,而是需要根据车辆的定位、悬架类型以及期望的驾驶体验来权衡。

让我们从几个角度来分析为什么“复原阻尼稍大”在某些场景下是优选:

1. 确保轮胎贴地性与抓地力:
想象一下,当你的车压过一个坑洼时,车轮会被快速向下推(压缩),弹簧被压缩。一旦车轮离开坑洼,弹簧会试图将车轮“弹”回来。
如果复原阻尼过小,弹簧会以极快的速度将车轮“推”出,车轮可能无法及时接触到路面,甚至会短暂“飞”起来。这会导致轮胎的抓地力瞬间丧失,特别是在高速行驶、刹车或者过弯时,后果可能非常严重,比如刹车距离变长、转向反应迟钝或失控。
设置稍强的复原阻尼,能够有效地“控制”弹簧的回弹速度,让车轮更平稳、更快速地重新接触路面,从而最大限度地保证轮胎的抓地力,提升车辆的稳定性和操控性。

2. 抑制车身回弹与俯仰:
当车辆通过减速带或刹车时,悬架会经历压缩和回弹过程。压缩阻尼控制车身下沉的速度,而复原阻尼则控制车身回升的速度。
如果复原阻尼不足,车身在压缩后可能会出现比较剧烈的“弹跳”或“抬头”动作,这不仅影响舒适性,也可能让驾驶员感到不安,因为车身姿态不稳定。
适当增强复原阻尼,可以有效地“拉住”车身的弹起,使车身姿态更平稳,减少不必要的晃动,提升驾驶的信心。

3. 与弹簧特性的协同作用:
弹簧的硬度(刚度)是悬架系统的一个重要参数。硬弹簧储存的能量更大,回弹的趋势也更强。
为了配合硬弹簧,通常需要更强的阻尼来控制能量的释放。而复原阻尼在控制弹簧回弹能量方面起着关键作用。
如果弹簧很硬,而复原阻尼很弱,那么压缩阻尼再强也难以完全抵消弹簧回弹带来的剧烈动作。

那么,有没有复原阻尼不比压缩阻尼大的情况?

当然有。

极端强调舒适性的车型: 有些以舒适性为主打的车型,可能希望悬架对颠簸的过滤更柔和。在这种情况下,可能会适当弱化复原阻尼,让悬架的动作更“柔顺”一些,减少路面信息传递到车内。但即使如此,复原阻尼也不能太弱,否则同样会牺牲操控。
特定的悬架调校策略: 在某些赛车调校或者特定运动型车辆中,可能为了追求极致的转向响应和路感,会选择比较精细的阻尼设定,可能在某个工况下复原阻尼与压缩阻尼的比例有所不同。
某些低速运动: 在低速行驶,比如缓慢爬坡或通过一些缓慢起伏的路面时,对阻尼的需求和高速行驶时可能有所不同。

总结一下:

在大多数量产乘用车,特别是追求运动性能和良好操控响应的车型上,将复原阻尼设置得比压缩阻尼稍强一些,是实现轮胎良好抓地力、抑制车身不必要弹跳、提升整体稳定性和驾驶信心的常见且有效的调校手法。

这就像给弹簧“加个刹车”,防止它“过猛”地弹回来。复原阻尼的“力量”来自于对弹簧能量释放速度的控制,而压缩阻尼则更多的是控制外部冲击能量被弹簧吸收的速度。两者都需要平衡,但如果非要说一个更关键的“比例”,那么在多数情况下,稍强一些的复原阻尼能带来更稳定的驾驶基础。

然而,过犹不及。无论哪个阻尼过强或过弱,都会对车辆的性能和舒适性产生负面影响。现代汽车的悬架调校是一个极其精细的系统工程,涉及到弹簧刚度、阻尼特性(高低速压缩、高低速回弹)、衬套、连杆几何等众多因素的协同优化,以达到在不同路况和驾驶风格下的最佳表现。所以,我们不能孤立地看待复原阻尼和压缩阻尼的比例,而是要将其置于整个悬架系统和车辆的整体设计中去理解。

网友意见

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很有意思的问题,要回答全面细致,需要深厚底盘调校心得,只能调校工程师来讲。作为啥都干过一点的半桶水,我尝试从大方向上聊一聊为什么会是这样。

问题有两个,一个是压缩与复原阻尼力的设定,二是评价指标的体现

第一个问题:压缩与复原阻尼力的设定

实际上,题主想问的是减振器的复原阻尼力比压缩阻尼力大一些是否更有利,毕竟,减振器提供了悬架的绝大部分阻尼。而事实上,我们看到的大多数减振器的复原阻尼力确实是大于压缩阻尼力的。下图是一个典型的减振器速度特性曲线实测图,可以看到复原阻尼力大约是压缩阻尼力的两倍。

那么,汽车悬架的复原阻尼比压缩阻尼大一些是否更有利?这完全取决于你面对的是一台什么类型的车。

如果是消费级家用汽车,主打舒适性,一般减振器阻尼力(复原:压缩)范围在(2:1)~(3:1)左右,我们最常见的都是家用车,所以见到的大多数减振器复原阻尼力都大于压缩阻尼力。

如果是一台小钢炮、性能车,主打操控性,那么很大可能会看到复原与压缩阻尼力相当,甚至于反过来压缩阻尼大于复原阻尼。

家用汽车,使用场景里路况复杂,好路坏路,沟沟坎坎,而我们又需要好的乘坐舒适性。于是,在比较粗糙的路面、路面接缝、过坎等工况时,我们不希望过大的冲击传递上来,于是需要较低的压缩阻尼力,保证基本的舒适。这里说的冲击可以理解为路面突出-轮胎-悬架-车体传递上来的振动感,高的压缩阻尼力(可以假想一下,如果把阻尼力看做一个无穷大的值,那么轮胎与上车体也就成为了一个刚性连接,所有路面振动都会一丝不减地传递上来那么车体就会随着路面不平一起上下晃动;顺着这条思路再假想,随着阻尼力慢慢降低,车体的振动感觉也会减少),让车体内能够感到dong的一下,一般用户会对这一感觉有直观感触;而复原行程,也就是悬架下跳,动作主要在轮胎,用户敏感度没那么高,所以,设置高复原阻尼力既满足耗能需要,又不会让乘客过多的感知。

而振动能量传递上来终归是需要全部耗散掉的,压缩保了舒适放过一些振动能量,那么在压缩完进入回弹复原时,就要解决掉它,提高复原阻尼力就是为了消耗掉振动能量,如若不然,能量一直存在于系统内得不到有效消除,振动会一直持续,反映到车上的感受就是余振明显;

与此同时,低的压缩阻尼配合高的复原阻尼,也是在操控性上进行一定弥补的需要,比如过弯时,车辆左右两侧是一侧压缩另一侧拉伸(拉伸对应的就是减振器复原行程),压缩侧由于阻尼力较小车身姿态会发生倾斜,这是不好的体验,这时候有较高的复原阻尼,那么同一时刻发生在另一侧的高拉伸阻尼力会起到弥补作用,让车身姿态能够保持到合适水平;在调校时,面对一些沟沟坎坎的坏路面,我们增加复原行程阻尼力,舒适性改善效果也是明显的。

下面这张图可以简单描述一下大阻尼、小阻尼对振动的影响趋势:大阻尼冲击大,衰减快;小阻尼冲击小,衰减慢。调校就是在不同的工况下,对阻尼大小进行调试、取舍。

而性能车,或者赛道车,使用场景都是环线,路况很好,需要的是精准的转向、有力的车体支撑,追求极限速度,操控性为主,所以阻尼力的压缩与复原设定比例与家用车有着较大不同。

第二个问题:评价指标的体现

题主提出的三个指标簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷,是汽车理论或者汽车动力学课本里面平顺性章节中述及参数,是专门用作悬架二自由度模型计算评价的指标簧载质量加速度反映舒适性,轮胎动载荷反映操控性;悬架动挠度是个中间量,更多反映缓冲方面的表现,这里暂不考虑它。那么,咱就跟着汽车理论的知识,建个数学模型,解一下方程。

在做最基础的悬架动力学研究时,通常将车辆简化为一个二自由度模型,如下图所示,在汽车的中心位置摆一道十字,就将汽车分为了左前、右前、左后、右后四个部分。然后,我们把左前悬架部分单独拿出来做例子,就可以把它看做一个二自由度模型,二自由度指的是簧载质量(车身)、非簧载质量(轮胎)两个质量的垂直于地面的垂向自由度。悬架的作用也就是协调好这两个质量的运动,使之协调,进而让乘员感到舒适。下图的二自由度模型参数含义:M表示车身质量;m表示车轮质量;k表示悬架刚度,也可以简答理解为弹簧刚度;c表示悬架阻尼,在这里也可以简单理解为减振器阻尼;kt表示轮胎刚度。

做一般的分析时,上述的减振器阻尼c取一个定值即可,而咱这儿要具体分析复原阻尼力、压缩阻尼力的关系,那就不可以再用定值了。将c值按照压缩、复原两个行程,分别设置两个不同的值。

我们设定三个实例子:1-压缩、复原c值相等;2-高复原低压缩;3-高压缩低复原;三组例子保持总体的等效阻尼一致,随便用MATLAB/Simulink拖了下模型,没注意排版,很丑请见谅。

利用上述三组阻尼方案不同车速跑B级、C级路面,簧载质量加速度与车轮动载荷两个指标的均方根值看不出明显差异

因此,需要利用特殊工况看看结果,再来跑一个50kph过减速带的工况,以簧载质量加速度为例显示如下。第一个波峰是压缩行程,可以看到蓝线为代表的高复原低压缩加速度最小;第二个波峰是复原行程,蓝线为代表的高复原耗散能量能力最好。

但是,总体而言,采用二自由度模型很难定量的解释好题主的问题,因为模型是线性模型,自由度低,只能定性不能定量。

要想用CAE办法弄清楚,还是需要细致的多体模型,轮胎得上F-Tire,慢慢考究。最终,还是需要调校工程师以实车主观评价调试为主,实际中减振器阻尼也不是线性值,一般都会有两段、三段特性,每一个阻尼段的调试都对应到调校场地的不同路况,涉及到在舒适&操控中找平衡,相当繁琐一装活,非三言两语能够说清。

回答中谬误之处,还望指正。

行文不易,感谢关注、点赞。


汽车研发工程师一枚,机械博士文凭,没事写点硬到磕牙的汽车技术干货,也写点汽车保养维修小姿势。

对车感兴趣的老司机们可以关注一波,没事咱凑一起聊聊车呀。

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文章有点多,关注了慢慢看多好。

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