底盤達人開講！深論彈簧與操控的關係

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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。

[ 本帖最後由 大2胖 於 2008-12-31 01:20 編輯 ]

大大得這篇文章受益良多　　感謝大大

好寶貴的知識　上了一課
謝謝大大的分享:emo 019:

我也覺得底盤滿重要的
這篇文章讓我收穫不少

我想
在台灣做避震+底盤的技術
是一定沒有外國來的好

因小弟就有看過
伸側+縮側可調避震
阻尼剛好配合彈簧
(這才正確~畢竟彈簧彈力都是靠阻尼在拉~阻尼太大~彈簧發揮不出效果~~~阻尼太小~會過度彈跳)
前六後四RALLY用的避震
山路也是嚇嚇叫
~不過賽道還是不夠用:emo 051:

真的是很讚的文，最近才想換避震器，真是受益良多，謝謝大大分享

感恩
不過聽說....
直接換彈簧效果就不錯了

文章很有用,不過.......
既然這麼在意操控的話,去換法國車比較快
原廠的就很夠用了
雖然法國車維修不是太友善,可是.... 操控真的是不錯
重點是車子的動態協調性很優