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彈簧、預載、SAG 值是什麼?!你的觀念正確嗎?!

来源: 懸吊 s121212 2023-12-8 11:43 顯示全部回文 |閱讀模式
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懸吊系統到底在做什麼?你的避震器上可以轉的那些旋鈕到底都是在調什麼?調整這些功能之後,對車輛的動態又有什麼影響呢?這次筆者會盡力深入淺出的說明,讓你知道自己的愛車懸吊調整應該從何著手!
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避震器構成

首先要從構成一支避震器的構造說起,基本上現代常見的車輛用避震器,都具備四大項,分別是:
 
1. 彈簧
2. 預載
3. 阻尼
4. 桶身
 

當然,並非所有避震器都有上述機構,也存在非常基本的避震器,例如板式彈簧,不過板式彈簧設計由於體積關係並不常見於摩托車上,故此不討論,而古早時期的避震器只有彈簧,並沒有阻尼系統,單純的透過金屬彈性來應付顛簸的石板路(甚至是沒有路的環境),根據歷史研究,最早的避震器可能可以追溯到西元前 1300 年的古埃及戰車上,當時就已經有工匠透過彈性材料來達到類似懸吊系統的功能,進而協助國王的戰車保持穩定。
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Photo:Egyptian Museum

隨著工業發展與材料進步,具備彈簧與阻尼的避震系統,直到 19 世紀才首度搭載到以引擎為動力的現代化車輛上,而發展較晚的摩托車最早甚至沒有避震器,更多的是許多手工車愛用的彈簧式多連桿前懸吊,甚至直接放棄後懸吊系統,採用硬尾 Hard Tail 設計,只幫坐墊裝個彈簧權充緩衝,嚴格說起來就是台不需要自己踩的腳踏車。
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Photo:Mecum Auctions

而時間來到 1950 年代,這時候摩托車才開始出現真正意義上的前後避震器,比起汽車晚了半個世紀以上才進入現代化的歷程,而這也是現代摩托車避震器系統的最原始形式,現在流行的倒叉、單槍避震器、多連桿系統等等,都是相當近代的事情,太古早的故事提到這邊就好,接下來聊聊現代避震器中各個零件的功能吧!
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Photo:Mecum Auctions

避震器的核心零件:彈簧

避震器中負責提供支撐力的就是「彈簧」,最常見的彈簧型態,是由金屬製成並且外部採用塗裝等表面處理,造型呈現螺旋狀,上下兩端切平的零件,藉由金屬本身的彈性與剛性所帶來的抗變型能力(回復力)在車輪與車身間提供承重的功能。
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Photo:Ohlins

彈簧可說是一支避震器的根本,太硬的彈簧難以壓縮,太軟的彈簧又無法充分支撐住車身重量,也無法有效的承受來自路面的衝擊,因此彈簧的設定與選擇是非常重要的事情,在不對的承重條件下,避震器將不能以預設的條件運作,輕則影響路感,重則造成危險。
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Photo:MotoGP

那如何知道彈簧軟硬?彈簧的硬度有特定的數值,稱為彈簧係數(Spring Rate),通常以 K 值稱呼(有些廠商會以磅數稱呼),並以 N/m 或是 Kgf/mm 表示,意味著「每壓縮一個單位的距離,需要多大的力量」,而製造彈簧過程中使用的鋼材、粗細、圈數、內徑等等,都會影響到彈簧在運作過程中的特性。
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例如前叉彈簧的間距如果做成超疏(同 K 值、同長度下,圈數更少),則彈簧在壓縮過程中,可能會因難以維持彈簧線性運作使得避震器運作不良,或是彈簧圈數過多導致壓縮時因彈簧間距「密著」而不能提供有效的壓縮行程,因此懸吊廠通常會以車廠給定的 K 值與長度為基礎,量測避震器桶身及避震器周邊的空間(彈簧內外徑)並算出合理的彈簧圈數。
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彈簧雖然是避震器結構中最為重要的一環,但避震器彈簧取得拆裝、不易(特別是後懸吊),對一般使用者來說要去改彈簧實在有些難度,因此車廠在設定時多會採用一個特定的標準進行設定,以日系廠本田為例,開發時多採用裝備重 75kg 為基準進行設定(不同車款可能有差異)。
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Photo:Honda

那麼,如果騎士的裝備重量超出 75kg 的範疇太多,就會出現兩種體感上的差異:


1. 騎士體重太輕,避震器因不易壓縮而路感過於硬調,騎乘時安定感下降。
2. 騎士體重太重,避震器過度壓縮,路感較為模糊,騎乘時安定感甚好,但因懸吊行程不足,左右傾角量會因為彈簧過度壓縮而受限。

要根本性的解決問題,就是替換一條能正確對應車重、體重的彈簧,因此在高級改裝懸吊上,改裝廠通常會提供多種彈簧規格讓車主選擇,雖說「正確的彈簧才能提供正確的騎乘感」,但在一般市售車上,還是會透過預載來讓車主可以快速對應如雙載、載物等致使車輛荷重設定改變的狀況。 彈簧、預載、SAG 值是什麼?!你的觀念正確嗎?!3042

彈簧壓縮觸發條件:預載

與彈簧直接相關的,就是預載(Preload),預載用英文解釋比較容易說明,簡單來說就是「預先(Pre)加上去的負載(Load)」,調整時通常以格、響或者 mm 來表示調整量,而車上的避震器「必須」有預載量,一方面是避免彈簧因無壓力而發生彈簧自旋,二是預載可在一定程度上過濾路面衝擊。
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Photo:WP

道路車及一般使用者,其實不太會刻意去更換彈簧,所以原廠為了在「不更換彈簧」的前提下保持正常的騎乘性,多半會提供預載可調機構,讓車主可以自行調整,而預載通常有兩種調整方式,一種是旋鈕式,一種是預載環式,通常旋鈕在標示上會以 H<–>S 標示之(Hard、Soft),由於原廠懸吊的預壓量通常是配合彈簧設定時的裝備重量為基準進行設定,因此體重超過或少於基準裝備重,都還有空間可以調整。
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雖然預載調整多以「Hard/Soft」標示,但增加預載是否真的會讓彈簧「變硬」呢?在「單 K 值」彈簧(等間距彈簧)上是不會的,彈簧本身的 K 值變化並不會因為增加預壓量而改變,騎士會覺得調整了預載變硬有兩個原因:

 
1. 預載調整中的副產物:避震器筒身上移致使避震器上座上移(變高)。
2. 前後車高(Ride Height)變化,彈簧荷載量變化。
 

直接上圖說明,避震器會因為活塞與桶身的機械限制而存在所謂的總長度(不是行程),總長度在沒有受到外力的情況下,不論怎麼轉預載都不會變化,但是彈簧在受到壓力時會產生符合虎克定律的下壓量(位移量),這時候如果受壓條件固定,調整預載時桶身會被向上推移,但彈簧本身壓縮量因為壓力條件固定的關係,並不會調整預載而再度壓縮,然而注意下圖最右邊的避震器,桶身似乎還有一點空間沒有用到對吧?如果這時候再去轉預載的話會不會壓縮呢?
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答案是「會」,彈簧之所以在固定受壓的情況下不會再壓縮,是因為彈簧的壓縮量與受到的力量相關,而由兩者關聯所繪製出來的斜線,就是所謂的 K 值,在彈簧受到外力壓縮的同時,彈簧本身也會因為機械特性產生「回復力」來對抗壓力。

預載就是透過直接壓縮彈簧來產生對應的回復力,如果在上圖最右的情況下再增加預載,則彈簧的回復力也會相應增加,這時候彈簧的初始壓縮條件變成需要更大的力量才會作動,這也是調整預載之後會感覺避震器變硬的原因,且行程回復後活塞較不易觸底,對騎乘穩定性有正面幫助,而「車高變高」反而是桶身位置移動的副產物。
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由於摩托車上的空間較小,且通常不需要刻意調整 Ride-height(前後車高),因此較為少見,但在部分汽車避震上,確實存在 Ride-height 跟預載可以分開調整的避震器,分別調整能更細節的控制車輛幾何。
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現在我們知道預載可以影響避震器行程量,還可以用來應對車輛荷載變化,也會影響車高,藉由調整預載,可以讓懸吊的幾何設定維持在原廠的設計範圍中,不過還有一項預載非常重要的功能沒有提到,那就是「控制彈簧壓縮時機」,由於預載相當於「預先壓下彈簧」,參照前面的 K 值圖形,這意味著任何低於預載設定的力量,都不會觸發彈簧壓縮。
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預壓量會決定要多大的力量才會使避震器彈簧壓縮,依照前述設定,我們假定預壓力為 15kg,這時候如果輾到一個小凸起,避震器承受了 15kg 以下的力量,則彈簧不會壓縮,如此一來就能過濾掉部分路面衝擊,讓避震器只對高於這個設定值的減速力道或者撞擊有反應,同時也可以用來檢視避震器彈簧與預載的交互關係。
 

1. 彈簧太軟、預載太強:經過小坑車輛嚴重彈跳、撞到大坑避震器瞬間頂飛後馬上觸底
2. 彈簧太硬、預載太強:經過小坑車輛嚴重彈跳、撞到大坑避震器直接將騎士頂飛
3. 彈簧太軟、預載太弱:經過小坑懸吊馬上壓縮、撞到大坑直接觸底
4. 彈簧太硬、預載太弱:經過小坑壓縮後馬上頂回來、撞到大坑瞬間軟一下然後勉強撐住
 

但這是在「只有彈簧沒有阻尼系統」的前提下,在實際的避震器上,還會因為瞬間大衝擊、持續性小衝擊(俗稱的高低速),以及不同狀態下阻尼油流速等不同的因素而有影響,這邊僅針對預載所帶來的特性之一做解說。
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編按:實際的數值必然遠高於前述舉例。

而這也是為何前面會說所有避震器都「必然有」初始預載,除了裝配時的預壓量之外,還有第二階段的設定預載值,因為過少的預載會導致避震器彈簧過於容易壓縮,進而使得駕駛過程中車輛就像開船一樣大幅度的搖晃,預載太強又容易彈跳,由此可以回推到前述,「調整預載並不能解決避震器彈簧支撐能力不足」,但預載所帶來的影響卻是改變車輛路感與駕馭性的關鍵要素。
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懸吊速度決定安定感:阻尼

最後是阻尼(Damper)系統,阻尼就字面較不易理解,直接從其主要的功能來說,在本文探討的避震器中,所謂的阻尼是指位於避震器桶身內的一組通道結構,藉由控制通道的開闔,讓避震器油通過阻尼系統時減速,藉此來控制彈簧壓縮與伸長的速度。
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其實就避震器設定的邏輯來說,阻尼系統的調整反而該擺在最後,一如前述,一支避震器能良好運作的前提是正確的彈簧設定,再者是預載設定,最後則來到阻尼環節,而阻尼系統通常會有「伸側」以及「壓側」兩種功能可調(可能僅有其一,後避震來說通常為伸側):


 
1. 伸側(Rebound)又稱回彈阻尼,控制避震器彈簧伸長的速度。
2. 壓側(Compression)又稱壓縮阻尼,控制避震器彈簧壓短的速度。
 

概念上很單純,避震器壓縮下去的速度太快,那就增加「壓側」阻尼,如果壓縮速度太慢就減少阻尼,伸側的概念也同樣,然而調整上並沒有絕對的好與壞,比如說原廠車普遍會採用「欠阻尼」的設定,透過較弱的阻尼設定,讓懸吊系統可以更快的應對路面上的複雜路況(坑洞、凸起),但相對之下在需要高穩定性的激烈操駕時就會顯得有些搖晃,這也是為什麼「原廠車」在高車速下的動態表現普遍不盡人意。
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而為了追求更好的接地感,改裝避震器多半提供更高的阻尼感,也就是「過阻尼」,這也是多半車友在改裝避震器以及調整上的偏好,由於避震器運作速度會變的比較和緩,車輛的前後荷重變化也會變小,因此通常可以聽到車友用「很吸、很抓、很貼」之類的形容描述這種阻尼設定。

然而這樣的設定在通過大坑洞時大多無法及時處理,因此通常在路面狀況不理想時,會較為彈跳,因此在路況越一致的環境下,改裝避震器的表現就越好,例如賽道騎乘時就能有更好的發揮。
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調整,是在調什麼?

「彈簧、預載、阻尼」是車上避震器設定與調整的順序,正常的程序應該先確認彈簧是否能提供足夠的支撐力,接著才是調整預載來找到合宜設定,最後才是去調整阻尼系統來控制避震器運作速度,設定沒有絕對,但任何的異常磨耗、不穩定的狀態都可能是設定錯誤的表現,因為要「看懂跡象」,因此豐富的騎乘經驗非常重要。
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那一般道路車該怎麼設定比較好呢?根據筆者個人的見解,由於開放道路路況複雜度高,懸吊要承受加、減速之外,還要承受路面的起伏不平,因此在彈簧設定正確的前提下,以原廠車輛動態為基準,透過減速與路面起伏,抓到「適中偏軟」的預載值,接著透過個人常態性的煞車習慣,將壓側阻尼調整至「適中稍硬」的狀態,伸側則在可接受的範圍內盡可能加強一些,只要不要壓下去彈不回來就是對的方向。
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透過一步一步調整的方式,就能得到比原廠設定略為強化的操駕性能,雖然多少會犧牲一些舒適性,但並不會過於極端,當然,每個人的路感理解並不相同,切勿整本照抄,應以個人需求為基礎進行調整才是正道。
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編按:調整懸吊切勿一次進行大量的調整(阻尼一口氣轉三圈、預載狂加等行為),而是以少量的增減來感受調整方向是否正確,在調整過程中更須避免過於極端的操駕方式,配合懸吊狀態漸進調整。

大家說的 SAG 值又是什麼?

至於懸吊調整中非常常提到的 Sag,通常指稱 Static Sag(靜態下沉量,下稱 Sag),基本概念就是人與車體的總重對懸吊造成的行程壓縮量,透過數據測量將下沉量抓在懸吊總行程(自由行程)的 20~30%,並非定值,也不是絕對值,要讓懸吊在靜態下「沉」多少取決於經驗法則,例如前述的「自由行程的 20~30%」即是一例。
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Photo:網路

而 Sag 的功能不單是調整車輛的前後平衡,更重要的是在測量 Sag 的過程中,可以了解到懸吊系統的設定方向是否正確,例如:彈簧太軟或太硬、預載太多或太少等等。

不過由於測量費時費力,有需求的車友可以尋求專業店家支援,但實際上要怎麼調整才能符合自身需求,還是得先理解到懸吊機構的各項功能,才能發揮測量結果的價值,因為並非本文重點,故不在此細談。
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Photo:Ohlins Racing AB

概念總結

許多騎士在遇到車輛在動態上的不穩定時,往往會先怪罪避震器,或者輪胎,然而就像打電動一樣,你要「Build」一套可行的裝備時,必然會有「目的」以及「基本設定」,以車輛來說,就是先有一個正確的胎壓作為基準,再來是正確的彈簧設定,接著是適當的預載設定,最後才來到阻尼調整階段。
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但是調整並非一蹴可及,預載、阻尼的調整階段往往會往返數次,藉由不斷去調配預載與阻尼間的交互表現,去尋找出能提供最高自信心的路感表現,當然有儀器會更加精準,但要透過儀器來量測數據又須要在特定環境下以穩定的方式駕駛,其實有相當高的複雜度,但是不論如何,先確立調整邏輯的順序,才能讓避震器發揮最大效能,並減少輪胎磨耗、提升穩定性與安心感,如此才能騎得長久!騎得開心啊!
彈簧、預載、SAG 值是什麼?!你的觀念正確嗎?!9487 本文最後由 s121212 於 2024-1-29 16:56 編輯

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  發表於 2024-1-29 14:34
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感謝分享, 實用的懸吊相關資訊.
1991 COROLLA AE-92 4A-FE 5MT 原廠組
alesiX 2024-1-26 22:53 顯示全部回文
感謝分享
學到了...
luke802126 2024-1-26 23:18 顯示全部回文
買好的避震器不如學會調整避震器
2012 07 01 台灣黃牌路權歸還~

值得紀念的日子
Kuolung 2024-1-26 23:37 顯示全部回文
謝謝分享,非常實用的文章
sad0soul 2024-1-27 00:07 顯示全部回文
太神啦 不推不行
阿釧釧 2024-1-27 00:51 顯示全部回文
感謝分享~~~                           
vet05 2024-1-27 06:38 顯示全部回文
感謝分享                                      
maxweb31 2024-1-27 07:06 顯示全部回文
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有夠神 2024-1-27 09:22 顯示全部回文
這個專業 收起來先..