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2007年6月17日 星期日

懸吊系統(補連結網址)

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B94611003

懸吊系統



懸吊系統是典型的連桿結構,最近市面上主流的懸吊系統是五連桿型式,因其擔任交通工具與地面接合間的重大任務,包括了可以使乘車舒適等等,但最主要的功能,則是將輪胎貼緊地面,不會因細微的凸起而飛車,造成側向的平移進而使車體失控,越偏向賽車的車身重心較低且懸吊系統的行程較小,而越野車的懸吊系統則非常顯眼,因在崎嶇的地面上,車體唯一剛體,輪胎與地面的距離不同時只有靠懸吊來支撐,不能觸地的輪胎不能提供前行的動力,所以無法控制車子的方向等等,這常常是造成翻車的重要原因,而舒適則是次要的目標,一般懸吊系統會有伸縮桿件,可能是由彈簧或油氣壓等可壓縮缸體來達成。以下就僅一些細部資料來提供有關懸吊系統的資料。

因為車身下方的空間使汽車看起來好像是懸浮在半空中,要如何將看似懸浮在半空中的車身與接觸地面的車輪結合呢?這個結合的裝置就是懸吊系統。懸吊系統除了要支撐車身的重量之外,還負有降低行駛時的震動以及車輛行駛的操控性能等重責大任。
懸吊系統中包含了避震器、彈簧、防傾桿、連桿等機件。
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汽 車在行駛當中會因為路面的不平整而產生震動或是傾斜;汽車在轉向時因離心力的作用而使車身發生程度不一的傾斜;為使汽車在行駛當中能夠獲得適當的操控性與 舒適性,則必須裝設的避震裝置,各種彈簧也因此被應用做為懸吊系統中的避震裝置,利用彈簧的變型以吸收能量,來緩和汽車在行駛時產生的震動和傾斜。由此可 見彈簧在汽車中擔負著多麼重要的角色。
懸吊系統中所使用的彈簧,有以下3種類型:片狀彈簧、圈狀彈簧、扭桿彈簧。

片狀彈簧:
片 狀彈簧大多使用在非獨立式懸吊系統上面;片狀彈簧在懸吊系統中除了擔任彈簧的角色之外,由於彈簧的剛性使之成為懸吊系統的構件之一,片狀彈簧是以多片長條 形的彈簧鋼板組合而成;主片彈簧的長度最長,且在二端有裝設彈簧眼,為增大彈力而在主片的下方有補助片彈簧,補助片彈簧的長度則是逐片減短,並以彈簧夾將 各彈簧片固定以防止滑動。
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片狀彈簧在受力後會做彎曲變形。因各鋼板之間的磨擦作用使振幅數增大,而不在使用於乘用車,由於片狀彈簧的載重大因而仍被普遍的使用在大型貨車上面。

圈狀彈簧:

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圈 狀彈簧大多被使用在獨立式懸吊系統,以及採用非獨立式懸吊系統的房車上面。圈狀彈簧通常被當做壓縮彈簧來使用,圈狀彈簧可因彈簧的各個尺寸的不同而改變圈 狀彈簧的性能(特性),因此圈狀彈簧被廣泛的使用在汽車上。圈狀彈簧以彈簧鋼捲成螺旋狀,外型則以直筒的圓柱形式居多。圈狀彈簧在伸縮時沒有摩擦的阻力, 使圈狀彈簧有較佳的彈性,而且彈簧線圈大部份是受剪應力,使相同重量的圈狀彈簧可以吸收等重量鋼板2倍以上的能量。圈狀彈簧的變形量較大,可使乘坐的舒適 較佳,因此被大量的使用在乘用車與大客車上面。由於圈狀彈簧水平方向的剛性不足,使用在非獨立式懸吊系統時必須加設連桿。

扭桿彈簧:
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除少部份車廠的設計之外,現在扭桿式彈簧在車輛的懸吊系統之中,大多做為防傾桿之用。扭桿彈簧是一種形式很簡單的彈簧,它是利用桿的扭轉彈性來承受力量。將彈簧鋼製圓桿的一端固定,而另外一端受力量產生的扭轉。把扭桿彈簧的一端固定在車體上,另一端利用力臂連接車輪,汽車在行駛時產生的震動就以桿的扭轉彈性來吸收。因扭桿彈簧全部受剪應力,使相同重量的圈狀彈簧可以吸收等重量鋼板2倍以上的能量。扭桿彈簧在汽車上的使用方式分為縱向裝置與橫向裝置二種,其中以橫向裝置的使用為多數。縱向裝置的方式是以扭桿來替代較佔空間的片狀彈簧和圈狀彈簧,例如在Toyota Hiace、Zace、Surf車型的前懸吊,就是以扭桿彈簧搭配雙A臂式懸吊系統。橫向裝置的扭桿除了少數車型是用來替代圈狀彈簧之外,其他橫向裝置的扭桿都是用做平衡左右車輪的受力,做為防傾平衡桿之用。

避震器的功用
從避震器這個名稱看來,好像車輛的震動主要是由避震器來吸收,其實不然。車輛在行經不平路面之震動所產生的能量主要是由彈簧來吸收,彈簧在吸收震動後還會產生反彈的震盪,這時候就利用避震器來減緩彈簧引起的震盪。
當避震器失效時,車子在行經不平路面就會因為避震器無法吸收彈簧彈跳的能量,而使車身有餘波盪漾的彈跳,影響行車穩定性及舒適性。簡單的說,避震器最主要是要抑制彈簧的跳動,迅速弭平車身彈跳。
當避震器性能不佳時,車子在行經不平路面就會因為避震器無法吸收彈簧彈跳的能量,而使車身有餘波盪漾的彈跳;行駛在崎嶇路面時,彈跳的情形將會更嚴重;在過彎時會因為彈簧的震盪使車輪晃動而降低輪胎的抓地力和循跡性。最好是避震器能夠把彈簧的彈跳次數抑制在一次。

阻尼



「阻 尼」這個詞我們可能很常聽到,但是究竟何謂阻尼呢?簡單的說,阻尼是作用於運動物體的一種阻力,而且阻力通常與運動速度成正比。就拿一般人常見的門弓器來 說,當你輕輕開門時,門弓器內的油壓缸所產生的阻力很小,很輕鬆就能把門推開;但是當你用力推門時,反而會因阻力較大而不好推。同樣原理應用於汽車避震 器,當彈簧受到較大的伸張或壓縮力時,避震器會因阻尼效應而給予較大的抑制力。

避震器之所以會產生阻尼效應,是因避震器受力而壓縮或拉伸 時,內部的活塞在移動時會對液壓油或高壓氣體加壓使之通過小孔徑的閥門,當液壓油或高壓氣體通過閥門時會產生阻力,此一阻力就產生阻尼;而閥門的孔徑大小 和液壓油的黏度都會改變阻尼的大小。一般阻尼較大的避震器就是所謂較硬的避震器,阻尼越大則避震器越不容易被壓縮或拉伸,所以車身的晃動也會越小,並增加 行經不平路面時輪胎的循跡性,然而卻會降低行駛時的舒適性。

可調式避震器
可調式避震器可分為阻尼大小可調式避震器和彈簧位置高低可調式避震器,以及阻尼大小和彈簧位置高低都可調整的避震器。
阻尼大小可調式:
在避震器的內部使用可以調整孔徑大小的閥門,在將閥門的孔徑變小之後,避震器的阻尼也會跟著變硬。調整避震器的阻尼大小的方式可分為有段與無段的方式。以電子控制方式改變阻尼大小的避震器,則是採取有段調整的方式。
彈簧位置高低可調式:
在避震器的筒身有螺牙並套上特製的螺帽與彈簧拖架,藉著螺帽的移動來調整彈簧拖架的高低位置。把彈簧拖架向下調整會讓彈簧往下移動,可以在不影響避震效果下,降低車身的高度。


Anti-Roll Bar通常翻譯成防傾桿。防傾桿是利用扭力桿彈簧的作用,來達成減少車身傾斜的目的,所以又以扭力桿、平衡桿、平穩桿等名詞做稱呼。防傾桿是一支附在懸吊 系統上的桿子;對很多人而言它只是一支不甚起眼的鐵桿而已。現在就將帶您一探「防傾桿」這個位在底盤下方不起眼的裝置的奧秘。
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防傾桿的作用
防 傾桿的二端透過連桿固定在懸吊系統的下支臂或是避震器上面;在距離桿子的左、右二端約1╱3長度的位置會有一個與車身連結的接點。當車子在過彎時因離心力 的作用使車身發生滾轉,其情況就是使車身往彎外側傾斜。這個滾轉的動作就如同轉動烤肉架上的肉串。滾轉的幅度大約在7∼9度之間;若旋轉的角度太大時就會 發生翻車。過彎時因防傾桿的做用而降低車身側傾的程度,並改善輪胎的貼地性。側傾程度減少會使外側車輪的承受的荷重減少;且降低內側車輪荷重減少的量。
防 傾桿的桿身發生扭轉時會產生反彈的力量,這個力量就稱為反力矩;防傾桿是利用反力矩來抑制車身的側傾。當左、右輪上下同步動作時,防傾桿就不會發生作用。 在左右輪因路面起伏造成不同步跳動,或是在轉向時車身發生傾斜,使防傾桿發生扭轉時才會產生作用。防傾桿只有在作用時才會使行路性變硬,不像換用較硬的彈 簧會使行路性全面的變硬。如果以彈簧來減少車身的側傾,則需要換用非常硬的彈簧,以及使用阻尼係數很高的避震器。這樣一來就會造成舒適性與循跡性不良。如 果使用適當扭矩的防傾桿則可以在不犧牲舒適性和循跡性的情形下,減少車身在過彎時的傾斜程度。
防傾桿的特性
防 傾桿與彈簧二者力量的總合稱為防傾阻力。側傾時車頭和車尾的防傾阻力會同時發生,由於車身前後的配重比例以及重心位移的關係,使得前、後軸的防傾阻力會各 不相同,這樣便會影響車子的操控性能。如果後輪的防傾阻力過大,則使車子有轉向過度的傾向。如果前輪的防傾阻力過大,則使車子有轉向不足的傾向。防傾桿可 用來控制車身的滾動之外,還可以利用防傾桿來控制前、後軸的防傾阻力戒以改變車子的操控性能。

接下來是連桿的重點
非獨立懸吊系統

非獨立懸吊系統是以一支車軸(或結構件)連結左右二輪的懸吊方式,因懸吊結構的不同,以及與車身連結方式的不同,使非獨立懸吊系統有多種型式。常見的非獨立懸吊系統有平行片狀彈簧式' 、扭力樑車軸、扭力樑式三種。

平行片狀彈簧式:
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平 行片狀彈簧式是用二組平行安裝的片狀彈簧支撐車軸,片狀彈簧當做避震裝置的彈簧,也做為車軸的定位之用。由於這種懸吊方式的構造非常的簡單,使製造成本減 少,因片狀彈簧的強度高而有較高的可靠度,以及可以降低車身底板的高度。使用在車身重量變化大的汽車上,可以在車身高度降低時還不容易改變車輪的角度,使 操控的感覺保持一致,因而保持不變的乘坐舒適性。例如Toyota Zace、Surf車型的後懸吊即採用平行片狀彈簧式。

扭力樑車軸式:
扭 力樑車軸式主要使用在前置引擎前輪驅動(FF)的車。有一連結左右輪的樑,在樑的二端有用來做為前後方向定位的拖曳臂,整個懸吊系統以拖曳臂的前端與車身 連結,在樑的上方有用來做為橫向定位的連桿。在車身傾斜時因扭力樑車軸的扭曲,使車輪的傾角會有變化。由於扭力樑車軸式的構造簡單,以及佔用車底的空間較 小,相對的車室空間就可以加大,因此大多使用在小型車;例如使用在Toyota Tercel車型的後懸吊。

扭力樑式:
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扭 力樑式在左右拖曳臂的中間設置扭力樑,使懸吊的外形類似H型,懸吊系統以拖曳臂的前端與車身連結。因左右拖曳臂的剛性大,所以不需要裝設橫向連桿。在車身 傾斜時因扭力樑車軸的扭曲,會使車輪的傾角發生變化。在Toyota 的ETA Beam系統中加入可控制方向的襯套(Toe-Control Bushing),使懸吊在車身傾斜時有較佳的指向性。目前ETA Beam被使用在Toyota Corolla Altis、Vios、Wish車型。

非獨立懸吊系統的優點:
1.左右輪在彈跳時會相互牽連,輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗小。
2.在車身高度降低時還不容易改變車輪的角度,使操控的感覺保持一致。
3.構造簡單,製造成本低,容易維修。
4.佔用的空間較小,可降低車底板的高度,增加車室空間。
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後話
懸吊作動原理及型式各有優劣取向不同


汽車懸吊系統 ( suspension ) 系支持車身重量,並緩和及吸收路面不平整所導致的上下振動,且防止不當振動傳入車身,藉此令使用者乘坐舒適,保護載貨,亦需減低車身各部分的動性應力,並 抑制車輪振動,改善行駛操控之安全性。為達到此上述機能,車身與中輪之間需要配置適當的彈力之懸吊彈簧,而消除彈簧作用之波動頻率,則由避震器負起全責。
懸吊系統的運作,必需將車輪與路面間發生的驅動力、制動力、橫向G力,等各種路面反應力傳給車體,以維持車輛良好的運動性,為此,車輪與車體間需要使用對前後、左右、方向有適度剛性的連桿結構。綜合上述三大要素即構成一個基本的懸吊系統。
懸吊系統的基本型式分別有二種,一是以一支車軸連結左右車輪的剛性車軸 ( rigid axle ) 懸吊,另一種是左右車輪可獨立運動的獨立 ( independent ) 懸吊。剛性車軸懸吊 ( 非獨立懸吊 ) 因左右兩輪同時依附在同一車軸上所以車輪在上下運動時,幾何角度 ( algnment ) 變化較少,輪胎的磨秏也相對減少,且因構造簡單,成本低,相對的對底盤空間的佔有率可大幅減小,所以可以減低車身底板高度。其相對產生的缺點為,同固定車 輪彈簧下重量重,相對慣性高,左右輪的運動連動產生橫振動,有礙乘坐舒適性,且危及操控之安定性,而構造簡單,就件角度的設計自由度小,操控安定性也無調 整的空間。獨立式懸吊因左右輪獨自分開,不因位移而受影響,所以獨立式懸吊,彈簧下重是輕,車輪之觸地性良好,乘坐之舒適性與操控安定性佳,且懸吊幾何角 度的設計自由度大,有利於改善操駕的安定性,而噪音及震動的抑制也有相當大的改善,雖然獨立式懸吊有著較多的優點,但有利必有弊,獨立懸吊因為零件數量 多,精度高相對成本也提高,而幾几角度較大,變化之下有時較不利於輪胎的磨秏,更由於複雜的接點及角度,各角度須微妙調諧,造成底盤維修,調校時的困難 度。

連結網址,參考網址:
http://tech.toyota.com.tw/techdetail.asp?tm=34
http://www.mobile01.com/print.php?f=264&t=243915
http://www.valueparts.com.tw/articles/general_suspension-R.html

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