既然问到这里,那我们就来聊一聊BMW驾驶体验的事。关于座椅和转向的内容在之前的文章中我们都提过,有兴趣的朋友可以点击下面的链接去了解关于座椅以及转向系统对驾驶体验的影响。说之前还是要提一句,驾驶体验或者是所谓驾驶乐趣绝不是只看发动机输出功率。
宝马中国:“驾驶乐趣”究竟是什么东西——座椅篇宝马中国:“驾驶乐趣”究竟是什么东西——转向篇
我们在驾驶时,加速以及制动都是靠踏板控制的,当然还有所谓的发动机制动和离合器踏板的控制,这与变速机构有很大关系,咱们暂不讨论。首先来说加速踏板。各位可能都听过,“动力随叫随到”,“加速灵敏”等等这些描述。这些描述实际上都是形容加速踏板的踩踏深度与节气门位置的关系。技术发展到现在,驾驶体验究竟好不好实则看得是两个字——调校。
随着汽车的普及,很多车主也都对汽车基础知识有了更多了解,大家都知道加速踏板我们习惯称为“油门”,然而,它却不是控制喷油量的。汽油机的“油门”控制的其实是节气门开度,即进气量(柴油机暂不讨论)。即使是以前“拉线油门”的车辆也是这样。那时,加速踏板对节气门开度的控制是靠一根拉线传递。
拉线传递的优势就是“踩多少节气门开多少”,比较直观。可与之背道而驰的事情就是“拉线油门”的传动比例固定,没办法在发动机任何负载以及工况下都能达到14.7:1的理论空燃比,无法有效的让每一滴燃油都能发挥作用。直到后面有了后面的电子加速踏板。
汽车系统中不论什么系统,只要和“电子”挂钩,也就意味着更加复杂和精密的调试工程。即使是硬件全部相同的两辆车,不同的调校方案也会导致完全不同的驾驶体验。
电子加速踏板的组成,主要由踏板、踏板位移传感器、ECU、数据总线、伺服电机和节气门执行机构组成。也就是说,踏板直接成为了纯粹的信号输出装置。传感器把位移信号递给ECU,此时的ECU可不仅单分析踏板位置这一个信号源,还要包括变速箱挡位、发动机转速、车速、发动机负载等等信号,计算出一个节气门开启角度,控制电机驱动执行机构完成节气门的位置调整,以此来尽可能达到理想空燃比状态。
驾驶过BMW车型的朋友可能会感觉到,BMW的车型有一个共同的特点,就是刚刚说所的“动力随叫随到”。这并不是完全因为发动机功率普遍比较大,在日常行走中,更重要的还是电子系统的设定。随叫随到的动力也并不是为了飙车,而是更加安全。
加速踏板灵敏、线性带来的是安全。超车时动力输出如果不够快,就会错失在这转瞬即逝的超车机会或空当。更为高阶一点,驾驶员完全可以通过对踏板的掌握来决定传递到驱动轮上的转矩,通俗一点来说,就是车听人话。所以,BMW对此的调校方案就是要保证加速要迅捷和平顺。
加速踏板的每一个细小的位移都要被传感器所捕获,同时ECU还要做出相应指令。还要兼顾平顺,除了乘客的舒适性有提升,前后轴荷的转移速度也不会过快,提高行驶稳定性。那么涡轮迟滞现象如何改善呢?最终的目的是涡轮更够在更低的转速下建立起压力,提早涡轮介入的时间。因此,BMW在涡轮的调校上也尽可能偏低转速,在日常行驶工作转速区间中,涡轮始终能够参与工作。
所以即使在有涡轮加持的情况下,动力依然要平顺线性,那么对踏板行程前期与后期的调校都要很细心,BMW的工程师们也是在此问题上花了很多心血,这才保证了加速踏板既能够迅捷还可以平顺。这里还要提一句,踏板灵敏度对变速箱的影响。
实际上,越灵敏的踏板,就意味着要有更灵敏的传感器。并且ECU不光计算踏板位移量,还会重视位移的速度以便更好的控制变速箱进行传动比的匹配,反应快,系统思路清晰,才能在需要动力爆发的时候迅速降档,这也就是我们常说的“换挡逻辑”。不过换挡逻辑还与很多其他因素相关,但换挡“发起者”还是加速踏板。
说完加速踏板,就来说说制动踏板,我们通常叫做“刹车”。我们平时听到的所谓“刹车软硬”并不能说明刹车的性能优劣,更不能代表最大制动力的强弱。所谓的软硬也不过是不同的调教方式,也包括不同的踏板行程,其实各有利弊。
制动踏板的操作体验是特别看初段“脚感”的。第一脚的踩踏力度能够带来怎样的制动力度,对驾驶员后续控制有很强的指导效果。
我们熟悉的制动踏板制动力分布大多分为两种:
1. 前中段制动力较小,这是由于设计时考虑了市区行驶时经常走停的情况,这样可以在市区内跟车的时候更容易把控制动力度。缺点是在高速突发情况下,驾驶员无法及时将制动踏板踩到底,一般还是会留大概五分之一的行程没有用到,而且这样的调校方式一般会带来较长的踏板行程。
2.前中段制动力较大,初段踏板制动力比较强,制动感觉会更提前,不用深踩就能获得不错的制动效果。但在低速跟车时会给乘客带来非常不好的乘坐体验,轻踩踏板就会出现“点头”的急制动状态。而驾驶员也需要一段时间才能适应,对新手很不友好。
BMW制动调校的原则和加速踏板一样——要线性。制动力度能够随着踏板位置的不断变化逐渐调整制动力。不会出现力的突变。驾驶员始终都能明白,踩下的踏板会带来怎样的制动力度。随着踏板不断向下移动,制动力也会不断加大,直至到底时产生最大制动力。
踏板的操作对于驾驶者来说,很大程度上是看驾驶习惯和适应程度的。然而,一辆车硬性的行驶能力很看重底盘以及悬架的调校。
底盘和悬架大面上主要看两项——布局以及结构。
首先就是BMW一直以来传承的50:50的前后轴荷,这个与悬架的调校密切相关,我们一会儿再说悬架调校的事情,先说说50:50的优点。
为什么要说是轴荷?因为车辆的所有重量都是通过“轴”分散到各个车轮上的,轴重直接关系到了轮胎对地面的附着力。车辆在行驶过程中,整车的重量分布并不是一成不变的,它会根据车身姿态相应转移。举个例子,当车辆从静止开始加速时,重量会向后转移(与此同时,加速度也会导致驾驶员的身体跟随后移被坐椅背支撑住,也就是我们常说的推背感)。
这个时候,后轴上由于载荷的转移会得到更多负重,两个后轮也会被赋予更多的附着力,前轴也会因此失去一部分载荷,两个前轮附着力减少,这也是为什么前驱车型一般在起步时驱动轮会更容易打滑,只要打滑,相当一部分动力就损失掉了。这个在之前的文章中也提到过。
而后驱车型在起步时,驱动轮会获得更多附着力,起步自然也就更稳。不过如果马力过剩,后驱车在起步时若是得到了太多动力,当车轮转矩大于地面与轮胎的静摩擦力时,后驱车一样会打滑(赛车手在起步时对发动机转速的控制也是由于这个原因)。
加速如是,制动同理。当制动时,车头会“变重”,前轴制动力会比后轴大出很多,前轴负荷激增,甚至会有车尾翘起的情况发生。一般来说,这样的情况都是因为车身静止时前后重量分配就不平衡导致,车头过于沉重。对于前置前驱车型来讲,轮胎的负担会比较大,因为不论加速还是制动,都是前轮在承受相当一部分力。
F1赛车之所以采用后驱而不使用四驱的原因,除了四驱复杂的机构和重量以及配平所需要的额外重量,轮胎磨损也是原因之一。如果是四驱的话,前轮会承受太多负担(加速和制动)。这就好像一个水桶装水那样,能装多少水,看得不是最长的那块木板,而是最短的那块。前轮磨损严重,不论后轮是否正常,都要进站换胎。
当然,除了纵向的重量转移外,在驾驶时还会出现很多横向的重量转移。这里再举个例子,比如驾驶一辆BMW M去跑赛道,在赛道中即将过一个右回头弯,在入弯之前到了刹车区,一脚重刹下去同时做档位,控制好车速以后开始转向。这个时候车辆的重量会向左侧移动,左侧的前后车轮会受到更多压力,而 50:50的前后轴重会尽可能让同侧车轮获得更为接近的附着力。
车辆在过弯的时候,尤其是高速过弯时是很不稳定的。四轮对地面的摩擦力完全不同,甚至差距很大,当这种差距到达零界点的时候。车身便会失控,可怕的是会以怎样的方式失控,没有人知道。左右瞬时载荷的不同最终影响的都是前后载荷,当车头或车尾重量分布达到最大不平衡态时,结果无法预测。
简单来说,50:50 的前后轴重在应对重量转移时都比较自如的,适用于大多数情况。在驾驶时有更大的余地和更高的极限,很大程度上可以避免很多无法控制的情况发生。说完“平衡”的好处,接下来就是如何达到平衡。
首先,前后平衡要看整车的部件布局,随后就要靠悬架系统的调校来进行最终的调试。对BMW有所了解的朋友可能都会发现,BMW车型前轴的轴前距离比较短,也就是说前轴比较靠前,这不但为了满足BMW各个发动机修长的身材,也是为了保证前后轴重的平衡分配。
不同悬架的结构类型,我们就不多说了,汽车知识普及以后,很多车主也都能说出一二来。强调一下,车辆的悬架结构类型并不能说明悬架的优劣,有优点也会有缺点,要看具体的使用环境。
悬架的调教有很多项内容,比如倾角,束角等等。现在,我们讨论的就是悬架系统中很重要的部分——避震系统。之前的回答里些许提到了一些关于避震的话题,有兴趣的朋友可以稍稍了解一下。
避震系统主要由两大元件组成,弹性元件和阻尼器。根据不同的悬架类型,避震系统的结构也并不相同。我们就以目前最为常见的螺旋弹簧+液压阻尼器来举例。
为我们整车提供支撑的其实是螺旋弹簧,说白一点,弹簧被压缩就会反弹,压缩量越大,反弹也就越厉害,并且余震会持续很久。所以,就需要阻尼器来减缓弹簧的运动。根据能量守恒定律,弹簧的弹性势能会转化为液压阻尼器中油液的热能,最终散出。
决定车身高度的是螺旋弹簧的长度以及预压缩量,这个预压缩量与弹簧的弹性系数(叫法有很多,刚度系数、劲度系数、屈服系数、倔强系数等)“K”值相关。K值越大,就说明要使弹簧压缩某一固定位置的力就越大。这个力最直观的表达就是当车辆转弯时,重量的转移会使弹簧压缩多少。也就是我们所说的车身“侧倾”。
除此之外,螺旋弹簧的线距也决定了不同的K值,一般分为等线距弹簧、双线距弹簧以及渐进式线距弹簧。这是为了保证在不同荷重的情况下,弹簧的压缩量会有所区别,这个就不细讲了。
避震系统中的阻尼器的长度也要和弹簧长度相匹配,因为液压阻尼器中的活塞行程是有限的,如果阻尼器活塞行程过长,而弹簧过短,那么在弹簧压缩的过程中,阻尼器中的活塞杆就会有触底的风险,导致活塞杆弯曲。
液压阻尼器,顾名思义当然要有阻尼系数“D”。而阻尼的作用正是阻止弹簧单位时间内的形变量。也因此,液压阻尼器的阻尼分为压缩阻尼和回弹阻尼(两者阻尼系数不相等)。压缩阻尼也就是阻止弹簧压缩的,回弹阻尼也就是阻止弹簧回弹的(废话)。如果压缩阻尼很大,那么直观感受就是弹簧的压缩时间变长,会感觉弯道支撑更好。而回弹阻尼很大,弹簧复位的时间就更长,会感觉不够“硬朗”。当然,这都是针对驾驶员而言的感受。
也就是说,避震系统所谓的“软硬”与弹簧的K值和阻尼器的D值都相关。但是,避震系统绝不是越“硬”,车辆的操控就越好。我们在之前的回答里就提到过。理论上来讲,避震系统阻力越大(阻止车身倾斜的力),倾斜一侧的车轮所得到的机械抓地力就越小。这是因为,车身受到的侧向力无法有效的被避震系统缓解,于是压力就都转到了轮胎上,会增大轮胎的静摩擦力,一旦突破极限,就会打滑。
说俗一点,看似侧倾较大,实则稳如老狗……但避震系统也绝不是越软越好。太软的避震系统会导致车身晃动较大,当单次倾斜过大时,被压一侧避震无法足够提供支撑,很有可能导致侧翻,而且避震支撑不够还容易产生多次回摆,随着回摆次数的增加,加速度方向的反向突变会导致惯性的递增。所以俗话讲,救车回摆超过三次,基本就是听天由命了。并且过软的避震,会让制动系统难以发挥最大制动效果,因为制动前段的力度都被避震压缩吸收,没办法第一时间传递到制动盘上。
根据不同路况和使用环境,全面考量避震系统的调校,才能保证真正的操控性。比如简单但不严谨的说,平坦坚硬的路面适合“硬”一些,坑洼柔软的路面上适合“软”一些。
除了在动态过程中避震系统的调校会有很大影响外,在静止时也会对车辆有很大影响,当然,最后为了动态的驾驶稳定性。这也是之前提到的“前后平衡要看整车的部件布局,随后就要靠悬架系统的调校来进行最终的调试”。避震系统的“软硬”和“高低”会使得车轮有着不同的载荷,这就影响了车身的平衡。
“高低”对平衡的影响就如同流水,水会往低处流动,同理,车身的重量会压在避震较低的一侧。而“软硬”则表示了当避震系统阻力很大的时候,车轮几乎就承受了车辆全部荷重。简单讲,此时在这个轮上的重量分配是比较大的,相反,调校越软的避震会导致轮荷的减小。不过,这些重量分配是相对的,所以如果当你新加入了一些影响车身平衡的部件时,整个调校也要重新进行。这也是BMW所说的“平衡哲学,不仅是50:50”。
说到调校,就在这里多说一些。在进行避震改装时,很多玩家会选择一种名为“Height. Adjustable. Damper”的避震系统,也就是我们俗称的“绞牙避震”。实际上,对于绞牙避震的调校绝不是仅仅调节“高低”、“软硬”、“阻尼”这么简单。
因为原则都是要让车辆动态维持尽可能的平衡,绞牙避震的调校应该是系统、规矩和严谨的。如果无法完成全面的调校,那么宁可不去动工悬架以及避震。可调式的避震都是赛车为了针对不同赛事赛道方便调整而设计研发的,在不需要经常调节情况下,绞牙避震的优势会有很大程度的衰减。当然,如果把调车当成爱好的人群来说,可调式的避震会提供非常多的乐趣。
随着技术的发展以及多功能需求的增加,空气悬架横空问世,就比如全新BMW X5搭载的自适应双轴空气悬架。之前的回答也有提到。
空气悬架的最大特点就在于车身高度、“软硬”实时可调,这就保证了强大的通过性。与螺旋弹簧不同,螺旋弹簧是利用金属形变,而空气悬架利用的是空气的可压缩性。比起螺旋弹簧,空气悬架的另一个特征就是可以获得更好的舒适性能,因为在同等负载下,空气悬架会有更小的振动频率。实时可调的高度在平时行驶时,可以兼顾高速的稳定性和低速通过性。
说了这么多,BMW究竟是如何进行汽车工程调校的就不便多说了。懂的人可能已经明白,BMW的驾驶体验绝不仅仅是使用了某些“黑科技”或者使用了怎样的材料。在BMW工程师的眼中,调校永远都是重中之重。调校的过程是漫长的,但慢带来了平衡,平衡意味着稳定,越稳定就会越快。
如果有机会,列位可以去体验试驾BMW的车型,认真感受BMW不同车型的调校风格以及BMW与其他品牌的区别。BMW,Sheer Driving Pleasure!
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来源:知乎 www.zhihu.com
作者:宝马中国
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