底盤達人開講!深論彈簧與操控的關係

【 Carnews Grand 】

文、圖:Grand
取材協力˙無與輪比(02)2658-7123
達人/孫興

大家都知道一部車要好開,除需擁有強大的動力輸出外,優秀的底盤設定也是不可或缺的條件,如此一來車主才能隨心所欲掌控車輛,並從中獲得操控樂趣,而在所有的底盤設定中,彈簧的彈力表現則是影響操控表現至關重要的環節之一,本單元的目的就是透過介紹這層關係,讓大家能更熟悉在強化愛車底盤時,應須注意的事項有哪些。

彈簧的主要功能
承托與吸收兩種

不知大家有沒有想過,車輛行駛於各種不同的路面時,為何能在保持車身平衡的同時,還能吸收來自路面的衝擊呢?使車上乘客不會因車身的傾斜或震動而感到不適呢?關於這點得歸功於彈簧的發明。彈簧的功能就如同上述所提般,主要可分成承托車重維持車身平衡,與緩衝路面衝擊兩種。前者是透過彈簧本身的支撐剛力,將車身承托在與懸吊未接觸的懸空狀態,並透過前後彈性系數的不同,調整前後車身高度,使其維持平衡,不過彈性係數並不能代表彈簧全部的彈力反應,關於這點文後會有說明。

至於後者同樣是利用彈簧彈力能吸收衝擊的特性,將輪胎傳遞上來的震動予以吸收,並阻絕其傳遞到車身上的震動路徑,如此車內乘客便會不感受到過度的震動,並隨時保持車身的平衡。也由於彈簧對於抑制震動,與維持車身平衡有絕大的功效,因此從汽車發明之初便已有相類似功能的發明存在,如鋼板彈簧,到現在最新的氣壓式彈簧等,都是具有承托車重與緩衝震動的功能。

彈簧的功能除承托車身重量,維持前後平衡外,緩衝路面衝擊也是由彈簧所提供,因此要使車輛擁有絕佳的操控性能,先搞定彈簧的搭配後,才能決定其他的要素。

不過難道彈簧的作用只有這麼單純的關係嗎?事實並不然,因為除彈性系數外,不同的彈簧形狀與類型,也會影響彈簧作動的效果,畢竟彈簧作動行程乃是一個連續的應力過程,途中某些條件改變後,其作動的反應特性自然會跟著改變,例如可變彈性係數的彈簧便是最好的例子,綜合這些條件後才是所謂的實際彈力表現!

由於彈簧能將車身承托在不與懸吊結構發生直接接觸的高度上,因此來自路面的衝擊才不會直接傳遞到車身與乘客上。

Kg數不等於彈力
反應效果才是王道

筆者上述所提的彈簧系數所代表的意涵,指的是彈簧壓縮1mm長度時,所需的力。例如:K=4kg/mm的彈簧,壓縮1mm長度所需的力為4kg,因此彈簧系數愈大的彈簧,實際表現出來的「硬度」就愈高,這也是目前大部分車迷,在改裝避震器時,選擇前後彈簧搭配的唯一參考數據。不過選購避震器時真的只需注意K值表現即可放心了嗎?同樣K值的彈簧,可能會因不同的形狀、設計與類型而有不同的彈簧作動效果,關於這一點大家是否都知道嗎?

一般避震器上常見的彈簧多為螺距較小的直捲彈簧,即是螺旋方向一樣,線徑、螺距從頭到尾亦相同,該種避震器的優點從物理性上來說,就是彈簧系數的表現,不論何時或何種衝擊下皆相同,加上安裝後的車高表現易於掌握,因此相當適合用於競技場合,因為在賽車場上多急彎跑道,通常加諸於彈簧上的重量會因過彎而急劇提高,為使車輛在過彎時的側傾與操控表現趨於穩定,使用彈性係數固定的彈簧是有其必要性的,加上其作動反應迅速,因此更加適合用載比賽場合裡。

直捲彈簧的優點在於擁有固定的彈性係數,在競技場合時能提供車手穩定的懸吊反應,使其更易於掌控車輛。

不過此種彈簧用在一般道路上卻又是另外一種表現了,由於螺距小一下子就可能壓縮在一起,所能提供給筒芯的作動長度也相對較短,因此通常使用的K值較高的彈簧設定,以避免發生「密著」情形,反應在實際作動上時則便會偏向硬調表現,為解決此問題市面上才會出現所謂的可變彈性係數彈簧。

可變彈性係數彈簧
兼顧舒適操控表現

此彈簧的外型多半為鋼絲直徑不等,或螺紋間距不等的設計,其特點在於彈性係數可隨著負載加大而增高,壓縮力道愈強,所反應出來的K值愈強,因此來自路面的衝擊較小時,是先由細(或密)的部分來承受,此時可獲得較佳的舒適性;而衝擊變大時則是由粗(或疏)的一邊負擔,如此也可在激烈操駕時,提供足夠的支撐彈力,供車主使用,不過由於此種彈簧的作動行程較長,相對其變形量亦較大,因此需使用等級較高的線材與融合特殊氣體加以製造,才能延長使用壽命。

採用可變彈性係數設計的彈簧,優點在於衝擊小時,由螺距較疏的一端吸收震動,此時彈性係數小乘坐感較為舒適,不過一旦遇到衝擊大時則是較密的一邊負擔,如此車輛也能同時擁有不錯的操控性能。

而此種彈簧的缺點在於車輛側傾狀況會較直捲彈簧更為嚴重,且不易掌握的彈性係數,多少也會增加車主掌控車輛極限的困難度。因此讀者們不妨考量自身需求,在選購改裝避震器時多挑選適合自己的彈簧類型來使用,而不要單純迷思於彈性係數的表現上。

圖中呈現橢圓狀的彈簧,主要是應用在彈簧壓縮行程短的後輪懸吊上,如此當後輪遇強大衝擊,彈簧整個壓縮在一起時,鋼條不會重疊在一起,發生密著問題,而使衝擊直接傳遞到車身上。

市面上高低可調避震器中,有不少產品都配有輔助彈簧的設計(裝上方或下方都可以),其用意是在於撐住主彈簧防止筒芯伸張時晃動,避免筒芯壓縮時因角度偏移,而傷害到油封與活塞壽命。

 

減震筒分兩種
單筒複筒的差異

除彈簧外,名為「彈簧控制器」的減震筒,也是影響操控的重要零件之一,筆者在此針對單複筒間的結構差異,所帶來優缺點進行說明。A圖為單筒設計、B為複筒設計,圖中可以清楚的看見單、複筒構造的不同點,就是在構造上的貯油筒單雙筒的差異,單筒式的筒身內側就是活塞活動的空間,通常底部都會封入高壓氣體,作為緩衝空間之用,複筒式就是在筒身中另外有一個筒身,內部筒身才是活塞真正作動的空間,外部筒身是讓內部筒身的阻泥油能往外移動的緩衝空間,其他在構造上最大的不同還有單筒式的氣室與儲油室是完全分開的,但複筒式的多半並沒有區分開來,綜合以上各點,單、複筒的彼此間的差異不只筒數不同,內部構造上也大大不同。

A圖

B圖


●單筒式的優缺點
優點:

阻尼油容量大,熱交換率佳,提高衰減力的穩定性。
較大的活塞閥體可對應更小的衰減力差異。
麥花呈倒立式筒身有更高的橫向剛性及減少簧下重量。
阻尼油與封入氣體並未混合,避免阻尼表現不穩定現象。

缺點:
油室與氣室為直列配置,行程受限制。
封入氣體壓力高,舒適性較差。
活塞側邊受力大,磨擦係數高,活塞品質要求高。
當跳石造成筒身凹陷時,會影響內部活塞的作動。
各項零件精度要求較高,加工成本較高。

 

圖為單筒避震器的活塞設計,由於面積較大,因此相對作動速度亦較快,面對競技場合時較為有利,不過由於高壓氣體壓力較高,加上作動行程短,因此舒適性較差,零件精密度需求亦較高,好的產品製作成本不低。

 

 

●複筒式的優缺點
優點:

油室與氣室非直列配置,有更長的作動行程。
由於封入氣體壓力低,有較佳舒適性。
封入氣體壓力低,減低活塞做動阻力。
外筒身凹陷不會影響活塞作動。

缺點:
阻尼油量較少,無法增加阻尼油的穩定性。
無法比單筒式有更大的活塞徑。
無法採用倒立式設計。
阻尼油與空氣並未分開,較有油氣混合問題。

 

圖為單筒式避震器內作為油氣分離之用的自由活塞,由於填充的氣體壓力高,活塞側面受力強,因此沒有好的活塞,避震器壽命很快就會結束,這也是國內避震器掛點的主要原因之一。

    全站熱搜

    alpine3333 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()