改装入门系列十一] 弹簧工作原理与改装

  言 悬吊系统存在的意义有二：隔离路面的不平使行驶更舒适；行经不平路面时保持轮胎与路面接触。而改良悬吊对‘车狂人’来说只有一个目的是改善操控性。 弹簧的工作原理及改 现行悬吊系统的弹簧以圈状弹簧最常用，原因是容易制作、性能效率高、价格低。弹簧在物理学上的定义就是储存能量，当我们施一固定的力于弹簧，它会发生变形，当我们移开施力则弹簧会有恢复原状的趋势，但弹簧在回弹时震荡的幅度往往会超过它原来的长度，直到有磨擦阻力的出现才会减缓弹簧回弹后造成的自由震荡，这减缓弹簧自由震荡的工作通常是避震器的任务。 一般的弹簧是所谓的‘线性弹簧’，也就是弹簧受力时它的压缩变形量是遵循物理学上的‘虎克定律’：F=KX，其中F为施力，K为弹力系数，X则为变形量。举例来说有一线cm的压缩，之后每增加50Kg的施力2cm一定会增加的压缩量。将此一弹簧装在一部车上，假设其承受的重量为250Kg，则在车子静止时它会产生10cm的压缩量，当这部车行经崎岖路面时，弹簧除了承受车子的重量外还要承受来自路面的冲击，有了这些冲击的存在将使弹簧的压缩量大于原来的10cm，而这冲击所造成的压缩量的增加，将以悬吊碰到‘缓冲止挡器’（Bump Stop）为上限，假设这个范围也是10cm。那么两项总和20cm就称为‘弹簧的行程’（Spring Travel）。而整个弹簧的行程从0到20cm正表示弹簧的受力为0到500Kg。事实上悬吊的弹簧还有别的的压力存在，即使弹簧完全伸展时弹簧仍会受到压力以便让弹簧本身固定在车上，所以以上述的例子来说弹簧也许是受力范围也许是100到600Kg。 在传统弹簧、吸震筒式的悬吊设计上，弹簧扮演支持车身和吸收不平路面和其它施力对轮胎所造成的冲击，而这里所谓的其它施力包含了加速、减速、刹车、转弯等所对弹簧造成的施力。更重要的是在震动的消除过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车子的循迹性。而改善这轮胎与路面的接触是我们改善操控性的首要考虑。 弹簧的最基本功能就是维持车子的舒适性和保持轮胎完全与地面接触，用错了弹簧会造成行车品质和操控性都有负面的影响。试想如果弹簧是完全僵硬的，那悬吊系统也就发挥不了作用。遇到不平的路面时车子跳起，轮胎也会完全离开地面，若这样的一种情况发生在加速、刹车或转弯时，车子将会失去循迹性。如果弹簧很软，则很容意出现‘坐底’的情况，也就是将悬吊的行程用尽。假如在过弯时发生坐底情况则可视为弹簧的弹力系数变成无限大（已无压缩的空间），车身会产生立即的重量转移，造成循迹性的丧失。如果这部车有著很长的避震行程，那么或许可以避免‘坐底’的情况出现，但相对的车身也会变得很高，而很高的车身意味著很高的车身重心，车身重心的高低对操控表现有决定性的影响，所以太软的避震器会导致操控上的障碍。假如路面是绝对的平坦，那我们就不需要弹簧和悬吊系统了。如果路面的崎岖度较大那就需要比较软的弹簧才能确保轮胎与路面接触，同时弹簧的行程也必须增加。 弹簧的硬度选择是要由路面的崎岖程度来决定，越崎岖要越软的弹簧，但要多软则是个关键的问题，通常这需要经验的累积，也是各车厂及各车队的重要Know-How。 一般说来软的弹簧能够给大家提供较佳的舒适性以及行经较崎岖的路面时可保持比较好的循迹性。但是在行经一般路面时却会造成悬吊系统较大的上下摆动，影响操控。而在配备有良好空气动力学组件的车，软的弹簧在速度提高时会造成车高的变化，造成低速和高速时不同的操控特性。