作者: jwchao (小掐) 站內: bike
標題: 淺談單車避震之五
時間: Fri Nov 12 20:38:46 2004
避震器的頻率共振
如果我們把一個物體放在一個彈簧上面，讓這個物體在沒有摩
擦力的情形之下，可以自由地上下跳動（而且先假設它只會上
下跳動），接著，我們拿個榔頭往這個物體上面敲一下，我們
會發現這個物體會以某個固定的頻率上下跳動，而這個物體自
然跳動的頻率就稱為「自然頻率」， 這個自然頻率會受到彈
簧的彈力值以及物體的質量影響而改變：物體質量愈大，自然
頻率愈低；物體質量愈小，自然頻率愈高；彈簧愈硬，自然頻
率愈高；而彈簧愈軟，自然頻率當然也就愈低了。
接下來做個有趣的實驗，我們設法讓這個彈簧的底部上下跳動
（也許是用手拿著晃），當我們用非常非常慢的速度上下搖晃
這個彈簧時，我們會發現彈簧上面物體的垂直移動距離，幾乎
跟上下晃動的幅度差不多，這就像是一台有避震的車子，用很
慢的速度經過大型起伏的路面一樣。接著，我們慢慢把上下晃
動的速度加快（就好像單車騎士加快速度一樣），我們會發現
在某個晃動頻率的時候，彈簧上的物體會瘋狂地劇烈搖動，而
該物體上下晃動的距離遠遠超過彈簧底部晃動的範圍，這種情
形就稱為「共振」，而發生共振的搖晃頻率就是該彈簧組的自
然頻率。當然，對於單車騎士來說這真是個壞消息，要解決這
個問題，就必須要靠大量的阻泥。在沒有阻泥、自然頻率的晃
動之下，假設彈簧上物體以五倍的移動量上下晃動，那麼我們
只要增加足夠的阻泥，假設是一個單位吧，就可以使得這個晃
動減少到1.2倍左右，就算我們只增加半個單位的阻泥量，也可
有效地將晃動減少到1.5倍之低，很不可思議吧！這就是阻泥的
功效，共振的現象被減到最低了。當然，你可以做許多平常被
視為不好的事情來避免共振：增加大量的預載、縮短避震的行
程、或是在避震器中內建大量的摩擦力。當障礙物以自然頻率
的間隔出現時，如果這些障礙根本不足以跨過避震器的預載門
檻，那麼一個有大量預載的避震甚至根本不會晃動；而對一個
避震行程較短的避震器來說，再怎麼共振也就只是讓避震器觸
頂再觸底而已，雖然會很吵，但不會造成太大的晃動。摩擦力
就不用講了，這些雖然都是可以防止自然頻率共振的方法，可
是實在太蠢了，我們還是用阻泥吧！
在彈簧底部的晃動頻率達到自然頻率之後，如果我們繼續加快
晃動的頻率，那麼彈簧上面那個物體的晃動會慢慢減緩下來，
很快地，在晃動頻率到達自然頻率的一點四倍時，很神奇地，
彈簧上面物體的垂直移動距離又和彈簧底部的晃動幅度一樣了
，就跟一開始的時候，我們很慢很慢地晃這根彈簧時一樣。接
著我們再把頻率增高，隨著彈簧底部愈晃愈快，當我們晃動彈
簧底部的頻率遠遠高於自然頻率的時候，彈簧上面的物體則幾
乎動也不動了，現在彈簧上的物體和彈簧下的晃動可以說是幾
乎完全隔絕了，這就像是一個騎士高速通過一連串小的、尖銳
的障礙物一樣。然而，如果這個避震彈簧是有阻泥的，那麼這
個避免自然頻率共振的阻泥，卻會在高頻率震動時妨礙彈簧上
物體的獨立性，也就是說，如果我們在這個彈簧上面加上一個
阻泥，那麼雖然在自然頻率時不會產生充滿野性的共振，但是
在高頻率震動的時候，這個阻泥卻會讓震動傳達到彈簧上面的
物體，降低彈簧在高頻率時減震的功效。就理想的境界而言，
一個單車的避震器必須在低頻率（特別是自然頻率）震動時提
供強大的阻泥，但是在超過自然頻率晃動時，卻又能夠提供較
少的阻泥感。（實在是太理想了，哪有那麼銷魂的東西）
講了這麼多，到底代表著些什麼呢？如果我們騎乘的環境是充
滿小的、重複的震動（好像舖水泥的桶後林道），那麼我們會
需要一個較軟的避震、較少的預載、較弱的阻泥，而且避震彈
簧的自然頻率必須遠低於路面障礙物的出現頻率，這樣的設定
最能夠讓騎士和路面的震動隔絕，也最能夠讓騎士感到舒適，
並且有效地降低騎士的疲勞感。這樣的懸吊設定，就有點像是
舊款的大型美國車那樣，一個字，軟。
如果我們不確定路面障礙物會出現的頻率，而且就像大部分的
騎士一樣，我們會在路面上遇到各種大大小小、而且出現間隔
不同的障礙物，那們我們就一定要有心理準備，我們一定會在
某種狀況下，面臨到避震器自然共振的問題，在這個時候，如
果沒有阻泥的話，那麼會是一件非常悲慘的事情，因此在這種
不確定騎乘狀況的情形之下，我們一定要選擇稍微強一點的阻
泥。如果我們想要避震器能夠應付大一點的坑洞衝擊，那麼在
避震行程有限的情形之下，我們就必須選擇一個較硬調的彈簧
系統，阻泥也要夠強才行，當然，如果有漸進式的彈簧（像是
氣壓彈簧）就更好了，在這種情形之下，避震器對於小而高頻
率的震動處理情形會很差，但是不會有避震器共振的情形，而
且在面臨大坑洞的時候，這樣的設定才能夠保護車子和騎士，
而這樣的設定可以說是單車避震的最基本需求了。
近來的趨勢則偏休閒性，不論是前避震還是後避震的行程都相
當地長，前叉的避震行程大約都有100到120mm，這種避震器可
以設定的軟一點，不用太多的壓縮阻泥，這樣在小震動的處理
上會非常好，而大衝擊就交給長行程去處理了。當然，如此一
來，隨著避震行程的增加，避震器的重量也隨著增加，爬坡的
時候也會晃動地十分厲害，因此這些避震器都是休閒用，無法
用於XC的競賽之中。
最後，超長避震行程常常出現在DH比賽中或是Free-ride的車上
，這些車種不論是前後避震大約都有150mm的避震行程，什麼重
量、爬坡效率都先放到一邊去了，這類避震的唯一考量就是吸
收超大的撞擊力道，還有就是讓騎士在高速通過惡劣地形依然
能夠保有良好的操控性，這一類單車通常都重四十磅以上，而
且只供下坡賽使用。
無避震部分的影響
還記得我們做的那個實驗？放在彈簧上面的那個物體？假如，
我們把這個實驗延伸下去，我們把一個比較小的物體（我們暫
且稱為無避震部分）加在彈簧的底部，然後在這個小物體的底
部再加上一個小彈簧，如此一來，我們就會有兩個自由上下晃
動的物體，而且我們得開始煩惱兩個自然頻率了。這個實驗模
型，其實就是一般常見的避震單車，最上面的物體代表著單車
騎士的重量，加上單車所有位於避震彈簧上面的重量，上面那
個彈簧的硬度就代表著避震彈簧的硬度，而我們新加入到彈簧
底部的那個小物體，就代表著在單車避震器下方的物體，包括
避震外管、花鼓、鋼絲、輪圈等，而最下面的那個小彈簧則代
表著輪胎。這個時候，不論我們衝擊那個物體，兩個物體都會
以不同的頻率同時上下晃動，如果我們以某個速度前進，恰好
達到了下面那個彈簧，也就是輪胎的自然頻率，那麼所謂的無
避震部分就會劇烈晃動，連帶地影響到最上方的物體，也就是
單車主體和單車騎士。如果在上下兩個物體之間的彈簧、也就
是單車的避震器上面加入足夠的阻泥，那麼這個阻泥理所當然
地可以抑制上方物體的共振，神奇的是，接著下方無避震部分
的共振也會被降低，無避震部分的共振將幾乎不會發生。
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╰╮ Modify: 04/11/12 20:45:59
→ auxo 推：推！這些都是很棒的避震知識！ 04/11/12
→ tommars 推：可是大家都忽略~都用"自以為的方式"調整 04/11/13
→ tommars 推：單車由於體積小, 東西精密度更高~ 04/11/13