乘坐舒适性的关键─悬挂系统

因为车身下方的空间使汽车看起来好像是悬浮在半空中，要如何将看似悬浮在半空中的车身与接触地面的车轮结合呢？这个结合的装置就是悬挂系统。

悬挂系统除了要支撑车身的重量之外，还负有降低行驶时的震动，以及车辆行驶的操控性能等重责大任。

悬挂系统是如何神奇的发挥功能去降低行驶时的震动，以及车辆行驶的操控性能呢？原来就是在悬挂系统中包含了避震器、弹簧、防倾杆、连杆等机件。

一、弹簧：

用来缓冲震动的装置。利用弹簧的变型来吸收能量。常见的弹簧型式为「圈形弹簧」，其他被使用在汽车上的弹簧还有「板片弹簧」和「扭力杆弹簧」二种。

二、避震器：

用来缓冲震动，并且吸收能量的装置。避震器内部藉由液体或气体产生压力来推动阀体，以吸收震动的能量，并且减缓震动的作用。采用气压方式的避震器，其价格一般都比采用油压方式者高。少部份高价位的避震器会采取液、气压共用的设计。

三、防倾杆：

将类似ㄇ字形的杆件的二端分别连结在左、右悬吊装置上面，当左、右侧的轮子分别上下移动时，会产生扭力并使杆件自体产生扭转，利用杆件受力所产生的反作用力去使车子的左、右二边维持相近的高度。

因此「防倾杆」亦称为「扭力杆」、「防倾扭力杆」、「平衡杆」、「扭力平衡杆」、「平稳杆」等等名称。

四、连杆：

用来连结车轮与车身的杆子。连杆的形状可以是一支外形简单的圆杆，也可能是以钢板制成的一个结构体。

抚平一切跳动─弹簧

汽车在行驶当中会因为路面的不平整而产生震动或是倾斜；汽车在转向时因离心力的作用而使车身发生程度不一的倾斜；为使汽车在行驶当中能够获得适当的操控性与舒适性，则必须装设的避震装置，各种弹簧也因此被应用做为悬吊系统中的避震装置，利用弹簧的变型以吸收能量，来缓和汽车在行驶时产生的震动和倾斜。由此可见弹簧在汽车中担负着多么重要的角色。

在汽车的悬吊系统中所使用的弹簧，有以下4种类型：片状弹簧、圈状弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧。

片状弹簧：

片状弹簧大多使用在非独立式悬吊系统上面；片状弹簧在悬吊系统中除了担任弹簧的角色之外，由于弹簧的刚性使之成为悬吊系统的构件之一，片状弹簧是以多片长条形的弹簧钢板组合而成；主片弹簧的长度最长，且在二端有装设弹簧眼，为增大弹力而在主片的下方有补助片弹簧，补助片弹簧的长度则是逐片减短，并以弹簧夹将各弹簧片固定以防止滑动。

片状弹簧在受力后会做弯曲变形，借以吸收外界的冲击力道。而因为各钢板之间的摩擦力作用，让片状弹簧能在很小的形变量之下，吸收极大的力量，因而使得其适合高负重的使用，但在乘坐的舒适性上便显得太硬而不符合现代汽车使用的需求。因此目前片状弹簧大多使用在大型货车上面。

圈状弹簧：

圈状弹簧是以特殊钢材卷成螺旋状而成，外形一般均为圆柱形式。而为了在不同状况之下提供不同的表现，市面上亦可看到组合不同线径、不同圈径、不同圈距的圈状弹簧。

在两端受力之时，圈状弹簧的钢线受到剪应力变形而产生弹力，以抵消两端之外力。一般而言，圈状弹簧受够吸收等质量钢材2倍以上的能量。与片状弹簧相比，圈状弹簧在伸缩时没有摩擦阻力，同时有较大的变形量，可以降低运作的噪音以及提高乘坐的舒适性，因此广泛地使用在现代汽车产品之中。不论是独立悬吊系统或是非独立悬吊系统，都可以看到圈状弹簧应用的实例。由于圈状弹簧水平方向的刚性不足，使用在非独立式悬吊系统时必须加设连杆，以补强结构在水平方向的强度。

空气弹簧：

空气弹簧是将空气封入可变形的容器中，利用空气的可压缩性来获得弹簧的作用。与金属弹簧相比较，空气弹簧的弹性好，而且能够随着载重量的变化而调整空气压力，使汽车在行驶时获得优良的乘坐安定性。空气弹簧能够良好隔离高周率的震动，增加乘坐的舒适感并降低噪音，以及增加机件的寿命。空气弹簧没有水平方向的刚性，使用在非独立式悬吊系统时必须加设连杆，使用在独立式悬吊系统时则放在圈状弹簧的位置。由于空气弹簧的制作成本高，因此目前仅装置在高级豪华房车，以及大型客车和铁路车辆上面。藉由电子控制的方式，可以使悬吊在处理不平路面引起的震振动时显得平顺自然，以及提供避震装置做多种阻尼的设定，以实现性能优异的车辆在剧烈操控时也能保有乘坐的舒适性。

扭杆弹簧：

扭杆弹簧是一种形式很简单的弹簧，它是利用杆的扭转弹性来承受力量。将弹簧钢制圆杆的一端固定，而另外一端受力量产生的扭转。把扭杆弹簧的一端固定在车体上，另一端利用力臂连接车轮，汽车在行驶时产生的震动就以杆的扭转弹性来吸收。因扭杆弹簧全部受剪应力，使相同重量的圈状弹簧可以吸收等重量钢板2倍以上的能量。扭杆弹簧在汽车上的使用方式分为纵向装置与横向装置二种，其中以横向装置的使用为多数。纵向装置的方式是以扭杆来替代较占空间的片状弹簧和圈状弹簧，横向装置的扭杆除了少数车型是用来替代圈状弹簧之外，其他横向装置的扭杆都是用做平衡左右车轮的受力，做为防倾平衡杆之用。

抓住弹簧的跳动—避震器

避震器的功用

从避震器这个名称看来，好像车辆的震动主要是由避震器来吸收，其实不然。车辆在行经不平路面之震动所产生的能量主要是由弹簧来吸收，弹簧在吸收震动后还会产生反弹的震荡，这时候就利用避震器来减缓弹簧引起的震荡。

当避震器失效时，车子在行经不平路面就会因为避震器无法吸收弹簧弹跳的能量，而使车身有余波荡漾的弹跳，影响行车稳定性及舒适性。简单的说，避震器最主要是要抑制弹簧的跳动，迅速弭平车身弹跳。

阻尼

避震器的内部就是使用高黏滞系数的流体以及小尺寸的孔径，来进行阻尼的设定。

「阻尼」这个词我们可能很常听到，但是究竟何谓阻尼呢？简单的说，阻尼是作用于运动物体的一种阻力，而且阻力通常与运动速度成正比。就拿一般人常见的门弓器来说，当你轻轻开门时，门弓器内的油压缸所产生的阻力很小，很轻松就能把门推开；但是当你用力推门时，反而会因阻力较大而不好推。同样原理应用于汽车避震器，当弹簧受到较大的伸张或压缩力时，避震器会因阻尼效应而给予较大的抑制力。

避震器之所以会产生阻尼效应，是因避震器受力而压缩或拉伸时，内部的活塞在移动时会对液压油或高压气体加压使之通过小孔径的阀门，当液压油或高压气体通过阀门时会产生阻力，此一阻力就产生阻尼；而阀门的孔径大小和液压油的黏度都会改变阻尼的大小。一般阻尼较大的避震器就是所谓较硬的避震器，阻尼越大则避震器越不容易被压缩或拉伸，所以车身的晃动也会越小，并增加行经不平路面时轮胎的循迹性，然而却会降低行驶时的舒适性。

可调式避震器

可调式避震器可分为阻尼大小可调式避震器和弹簧位置高低可调式避震器，以及阻尼大小和弹簧位置高低都可调整的避震器。

阻尼大小可调式：

在避震器的内部使用可以调整孔径大小的阀门，在将阀门的孔径变小之后，避震器的阻尼也会跟着变硬。调整避震器的阻尼大小的方式可分为有段与无段的方式。以电子控制方式改变阻尼大小的避震器，则是采取有段调整的方式。

弹簧位置高低可调式：

在避震器的筒身有螺牙并套上特制的螺帽与弹簧拖架，借着螺帽的移动来调整弹簧拖架的高低位置。把弹簧拖架向下调整会让弹簧往下移动，可以在不影响避震效果下，降低车身的高度。

侧倾抑制者—防倾杆

Anti-Roll Bar通常翻译成防倾杆。防倾杆是利用扭力杆弹簧的作用，来达成减少车身倾斜的目的，所以又以扭力杆、平衡杆、平稳杆等名词做称呼。防倾杆是一支附在悬吊系统上的杆子；对很多人而言它只是一支不甚起眼的铁杆而已。现在就将带您一探「防倾杆」这个位在底盘下方不起眼的装置的奥秘。

防倾杆的作用

防倾杆的二端透过连杆固定在悬吊系统的下支臂或是避震器上面；在距离杆子的左、右二端约1／3长度的位置会有一个与车身连结的接点。当车子在过弯时因离心力的作用使车身发生滚转，其情况就是使车身往弯外侧倾斜。这个滚转的动作就如同转动烤肉架上的肉串。滚转的幅度大约在7～9度之间；若旋转的角度太大时就会发生翻车。过弯时因防倾杆的做用而降低车身侧倾的程度，并改善轮胎的贴地性。侧倾程度减少会使外侧车轮的承受的荷重减少；且降低内侧车轮荷重减少的量。

防倾杆的杆身发生扭转时会产生反弹的力量，这个力量就称为反力矩；防倾杆是利用反力矩来抑制车身的侧倾。当左、右轮上下同步动作时，防倾杆就不会发生作用。在左右轮因路面起伏造成不同步跳动，或是在转向时车身发生倾斜，使防倾杆发生扭转时才会产生作用。防倾杆只有在作用时才会使行路性变硬，不像换用较硬的弹簧会使行路性全面的变硬。如果以弹簧来减少车身的侧倾，则需要换用非常硬的弹簧，以及使用阻尼系数很高的避震器。这样一来就会造成舒适性与循迹性不良。如果使用适当扭矩的防倾杆则可以在不牺牲舒适性和循迹性的情形下，减少车身在过弯时的倾斜程度。

防倾杆的特性

防倾杆与弹簧二者力量的总合称为防倾阻力。侧倾时车头和车尾的防倾阻力会同时发生，由于车身前后的配重比例以及重心位移的关系，使得前、后轴的防倾阻力会各不相同，这样便会影响车子的操控性能。如果后轮的防倾阻力过大，则使车子有转向过度的倾向。如果前轮的防倾阻力过大，则使车子有转向不足的倾向。防倾杆可用来控制车身的滚动之外，还可以利用防倾杆来控制前、后轴的防倾阻力借以改变车子的操控性能。

独立悬挂系统

独立悬挂系统是左、右轮可以独立运动的悬挂型式。常见的独立悬吊系统有双Ａ臂式、麦弗逊式、多连杆式、拖曳臂式、半拖曳臂式。

双Ａ臂式

Double-Wishbone Type英文直译为双叉骨式或双鸡胸骨式，依构造的形状又称为双Ａ臂式。采用双Ａ臂式独立悬挂系统的车辆总是给人有高级和性能化的感觉。双Ａ臂式悬挂因使用目的不同而有多样化的结构型式，上、下控制臂呈Ａ型、Ｖ型或▽型。双Ａ臂式悬挂可以设计成当车轮弹跳或车身倾斜时，左右车轮间的轮距不变或是车轮的倾角不变，一般采用双Ａ臂式悬挂的车型则是取其中间；当车轮弹跳或车身倾斜时，轮距的变化和倾角变化都会比其他的悬挂方式小；因为避震器不会被弯曲使避震器的磨擦阻力小；连杆可以全部装置在副车架上，以阻隔震动和噪音；因此采用双Ａ臂式悬挂容易使汽车拥有突出的转向性能和乘坐舒适性。

麦弗逊式

是演变自双Ａ臂式悬挂的一种悬挂型式。它将双Ａ臂式悬挂的上支臂和转向节与避震器结合在一起，并将弹簧安置在避震器的上段，避震器的上端则与车体结合。麦弗逊式悬挂与双Ａ臂式悬挂使用相同的下支臂。由于麦弗逊式以避震器做为车轮转动时的中心轴，而与荷重的轴线互不重叠，使避震器在伸缩时造成弯矩，而产生磨擦阻力。使用在后轴的麦花臣支柱式悬吊会再加上半径杆以保持前后方向的刚性，舒适性。

多连杆式

多连杆式悬挂是一种衍生自双Ａ臂式悬吊的悬挂型式，此构型看起来与双Ａ臂式悬挂极为相似而不易辨别，因此辨认此型悬挂时多以汽车制造厂所公布的为准；例如Lexus 430的后悬挂下支臂及看似多连杆式，但Toyota宣布其为双Ａ臂式悬挂。多连杆式悬挂的各连杆以不同的长度、角度做连结，以找出最适合的几何变化。近年来由于对于乘坐舒适性和操控性的要求越来越高，因而汽车制造厂纷纷投入从事多连杆式悬挂的研究。

拖曳臂式

托曳臂的枢轴以与车身中心线成直角的关系装置在悬挂架，是一种专门使用在后轮的悬挂系统。由于托曳臂的枢轴与车身中心线成直角，使托曳臂和车轮与车身中心线成平行状态，车轮的行程与地面成垂直。托曳臂式悬挂有倾角变化为0的优点，并使避震器不会弯曲，乘坐舒适性及空间利用率佳。在转向时托曳臂会造成车轮角度呈前展状态，而不利于操控的稳定性。

半拖曳臂式

半托曳臂式悬挂的托曳臂以与车身中心线成一斜角关系的方式装置在悬挂架。由于车轮的行程划出较大的圆弧，半托曳臂式悬挂在转向时，车轮的倾角和轮距变化较托曳臂式小，使车辆在转向时的稳定性极佳。因此半托曳臂式悬挂为多款高级房车和高性能车型采用。

独立悬挂的优点

1.悬挂系统重量较轻，车轮的贴地性良好，乘坐舒适性佳，操控的稳定性良好。

2.车轮角度变化量的自由度大，有利于改善操控的稳定性。

3.悬挂构件之间的自由度是防震的方法，也有利于防止噪音发生。

独立悬挂的缺点

1.零件数量多，零件的精密度要求高，导致成本偏高。

2.因连杆的自由度大，有不利于轮胎磨耗的可能。

3.需要较大的装置空间。

4.悬挂系统的特性必须做仔细的调整。

非独立悬挂系统

非独立悬挂系统是以一支车轴(或结构件)连结左右二轮的悬挂方式，因悬挂结构的不同，以及与车身连结方式的不同，使非独立悬挂系统有多种型式。常见的非独立悬挂系统有平行片状弹簧式 、扭力梁车轴、扭力梁式三种。

平行片状弹簧式

平行片状弹簧式是用二组平行安装的片状弹簧支撑车轴，片状弹簧当做避震装置的弹簧，也做为车轴的定位之用。由于这种悬挂方式的构造非常的简单，使制造成本减少，因片状弹簧的强度高而有较高的可靠度，以及可以降低车身底板的高度。使用在车身重量变化大的汽车上，可以在车身高度降低时还不容易改变车轮的角度，使操控的感觉保持一致，因而保持不变的乘坐舒适性。市面上强调乘载量的商用车型，其后悬吊多采用平行片状弹簧式。

扭力梁车轴式

扭力梁车轴式主要使用在前置引擎前轮驱动(FF)的车。有一连结左右轮的梁，在梁的二端有用来做为前后方向定位的拖曳臂，整个悬挂系统以拖曳臂的前端与车身连结，在梁的上方有用来做为横向定位的连杆。在车身倾斜时因扭力梁车轴的扭曲，使车轮的倾角会有变化。由于扭力梁车轴式的构造简单，以及占用车底的空间较小，相对的车室空间就可以加大，因此大多使用在小型车。

扭力梁式

扭力梁式在左右拖曳臂的中间设置扭力梁，使悬挂的外形类似H型，悬挂系统以拖曳臂的前端与车身连结。因左右拖曳臂的刚性大，所以不需要装设横向连杆。在车身倾斜时因扭力梁车轴的扭曲，会使车轮的倾角发生变化。欧洲小型掀背车之后悬挂，多采用扭力梁式设计。

非独立悬挂系统的优点

1.左右轮在弹跳时会相互牵连，轮胎角度的变化量小使轮胎的磨耗小。

2.在车身高度降低时还不容易改变车轮的角度，使操控的感觉保持一致。

3.构造简单，制造成本低，容易维修。

4.占用的空间较小，可降低车底板的高度。

非独立悬挂系统的缺点

1.左右轮在弹跳时，会相互牵连，而降低乘坐的舒适性及操控的安定性。

2.因构造简单使设计的自由度小，操控的安定性较差。