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Monday, February 4, 2008

前叉的種類: Damping Rod和Cartridge

在進入主題之前,先談談前幾天提到的改NSR前叉計劃。

網路上的消息,可以用的前叉版本是MC21和MC28,這兩代都有cartridge式的前叉版本(後面再來談什麼是cartridge),如果套用到VTR250上,就可以得到分開調整壓縮、回彈阻尼的效果了:利用更換前叉油控制壓縮阻尼,再用閥門直接調整回彈阻尼。

不過稍微在日本Yahoo搜尋之後,看到的前叉組平均大概都還是要20000-30000日圓上下,外觀看起來實在也不怎麼樣,土封裂開、旋鈕生鏽,這樣實在不敢賭下去;此外,雖然都是Honda的車款,但是天曉得前輪軸能否通用,若不能通用前輪可能就要換掉,而且原廠浮動式卡鉗肯定是不能用了,需要換成固定式的卡鉗,這麼一來碟盤也是八成不能用...這樣下去乾脆車頭換掉還比較保險,還是乾脆換車算了(爆)。

至於為什麼要用cartridge式的前叉呢?VTR250原廠的前叉是什麼型式?兩者之間有何不同?
(資料來源:
 http://www.fjmods.btinternet.co.uk/emulators.htm
 http://www.racetech.com/articles/CartridgeForks.htm

早期使用正立式前叉的車種,或像VTR250這種便宜的車款,前叉內部使用的阻尼器稱做damping rod(阻尼棒),其產生阻尼的原理為強迫具黏性的前叉油流過小孔,產生阻力,以達到吸收彈簧能量使避震器作動停止的效果(沒有阻尼彈簧就一直晃~)。阻尼棒位於前叉的最下端,棒上有二組小孔,一組位在最下端用來控制壓縮阻尼,另一組則位於阻尼棒的頂端,用來控制回彈阻尼。前叉內管底部有活動閥門(英文叫做check valve),在壓縮和回彈行程時會在不同位置,強迫前叉油從不同的小孔流過,因此達到分開設定兩種阻尼的能力。

到目前為止,damping rod前叉都還沒有什麼問題:問題出在流體的特性,當流體(前叉油)從小孔流過時,流動速度愈快,產生的阻力就愈大;事實上,當流速增為兩倍,阻力會增加為四倍。這表示當前叉活動速度增加,阻尼會增加得更快,而不是線性的關係。當活動速度快到一個程度,大幅增加的阻尼會讓前叉瞬間好像變成一支鐵棒(這種現象稱做hydraulic lock)。現在來考慮前叉的目的:我們希望前叉在剎車及過彎時要穩定,也就是不要有劇烈的壓縮、回彈-換句話說,我們希望前叉阻尼要強;同時,我們又希望前叉在遇到路面突起時能夠吸收掉衝擊,也就是阻尼又不能太強。damping rod在前面的情況下,因為這時前叉屬於較緩慢的作動,結果表現出相對較弱的阻尼;在後面的情況,這時因為是快速的作動(踩到突起),結果反而表現出相對較強的阻尼。綜合起來,這樣的前叉表現出的是在過彎、剎車時太軟,在踩到坑洞時又太硬的矛盾情形,基於這樣的先天限制,在使用damping rod的前叉上設定阻尼就勢必要做很多妥協,好在穩定性與舒適性上達到平衡。

Cartridge(卡匣)式的前叉,就是為了解決這個兩難而生的。
這種前叉同樣是使用具黏性的前叉油來產生阻尼,但阻擋油的不是小孔,而是簧片。簧片在平時覆蓋著活塞上的孔道(比起damping rod的孔,這裡的孔當然是大多了),當前叉活動的時候,被強迫流動的前叉油會經由孔道把簧片擠開,從打開的一點空隙流過同時產生阻力。重點在於,前叉活動速度愈快,簧片被開啟的量就愈大,因而允許更多的油流過,最後得到的就是線性的阻尼效果:阻尼大小與前叉活動速度成正比。比起damping rod前叉會突然增加的阻尼,cartridge前叉的先天特性更能達到同時具備穩定與舒適-也就是「硬中帶軟」的感覺。此外,透過搭配不同的簧片及調整壓縮簧片的彈簧,不僅可以改變阻尼,甚至可以只針對特定特定速率的阻尼特性做修改(這裡的速率是指前叉移動速率);相較之下,damping rod的阻尼只能靠封死或開新的孔來改變,不僅麻煩,也很難做細微的調整。

簡單說,除了成本之外,cartridge前叉是大獲全勝。
就算我忽略它不會造成hydraulic lock的先天優勢,光是可以分開調整壓縮、回彈阻尼,就對我現在的實驗有很大的幫助。

不過在研究這兩種前叉的過程之中,我發現了一個有趣的東西:美國一家改裝廠Race Tech,開發出了一個名為Cartridge Emulator的東西,針對damping rod前叉壓縮阻尼的問題提出了解決方案。簡單說,這個"Emulator"是一個使用簧片的閥門,把它放在damping rod上面,然後挖大原有的壓縮阻尼孔令其失去效能,讓這個新的閥門來控制壓縮阻尼。這個閥門使用簧片、又具有可以調整的彈簧,就像是在模仿cartridge前叉的原理,因此被稱做cartridge emulator。

如果使用這東西,VTR250的前叉不但能得到分開調整壓縮、回彈阻尼的能力,而且還可以解決damping rod前叉的先天不足?這聽起來真是太完美了。不過我也必須老實說,上面對於這兩種前叉的介紹,都是與cartridge emulator有關的網頁;換句話說,會把damping rod前叉批評的體無完膚也是理所當然的(不然怎麼推銷emulator,是吧?)。不過就理論上來說,Race Tech所說的問題與解法都相當有道理,而且與我自己最近的感覺一致:明明覺得阻尼還不強,但過坑洞又硬的讓人無法忍受。加上emulator的價錢遠低於換一組NSR的前叉組,唯一的風險就是要在原廠的damping rod上鑽洞(意味著沒有回頭路了),這似乎是一個非常值得一試的產品。等到過完年回台北,先去找車行問問他們的意見,再來分解前叉看看VTR250的規格到底是否能使用cartridge emulator。

另外,我在google上搜尋台灣網頁,沒有找到有人在討論這個東西。該不會繼VTR250裝RPM後避震之後,我又要做一次「台灣第一」了吧?

有搞頭...

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