懸吊種類、內部結構、上/下懸吊及簧下重量|機車懸吊系統 part2

上一篇文章中,我們理解到懸吊並非車輛的必要架構,但針對操控性與舒適性,懸吊卻扮演重要的腳色,不論是前懸吊或是後懸吊系統,亦或是潛望鏡式懸吊,以及HONDA Unit Pro-link多連桿設計等任何形式的懸吊,我們都可以將其區分三大元素!分別為「懸吊機構」、「彈簧」與「阻尼器」,其中彈簧與阻尼器的結合,便是我們一般常說的避震器,在與懸吊機構做搭配,才能組成完整的懸吊系統,發揮功效。除此之外,前輪的懸吊機構還必須具備能使輪胎轉向的功能,才能達到轉向的目的。


懸吊可分為「懸吊機構」、「彈簧」與「阻尼器」三大機構。

懸吊機構

懸吊機構指的便是負責導引輪胎作動的機械結構,通常擁有一個自由度,也就是說,懸吊機構可以使輪胎在特定曲線或是直線上來回運動。例如一般常見的潛望式懸吊機構,便可以透過內、外管的組合,進行伸縮,使輪胎可以沿著直線作來回的運動,進而緊貼地面。而常見的多連桿懸吊,則利用連桿組合加上後搖臂,限制輪胎在一定的範圍內作動。


潛望式懸吊機構。

懸吊機構不但要能使輪胎有限制地運動,更必須擔負輪胎來自各方向所被施予的力量。例如輪胎在過彎時,地面會給予輪胎反饋的力道,懸吊機構就必須妥善的將力量傳遞給車架,再將反饋的力量緩衝,維持整車的穩定。如果懸吊機構的剛性不夠,在受力的過程中便會產生過大的變形,進而發生扭轉及晃動,降低車輛操控性能。


HONDA Pro-Link多連桿機構。

另外針對潛望式懸吊在車輛運行時需吸收來自路面的起伏,又要負擔車輛轉向或煞車時產生的橫向以及縱向力的問題,進而衍生不同的懸吊機構,如HOSSACK前懸吊系統,讓「轉向」與「避震」皆為獨立運作,當今採用這種懸吊設計的,便是BMW擁有專利的Duolever前懸吊。


HOSSACK前懸吊系統。
 

BMW Vision DC Roadster電動概念車就搭載Duolever前懸吊。

當然,其他廠家也有著自有的秘密武器,搭載於Moto2廠車的VYRUS 986 M2的前懸吊採搖臂式機構的Tesi系統,與新世代Goldwing所搭載的雙橫樑式前懸吊,兩者皆透過連桿與龍頭作動進行轉向。


前懸吊採搖臂式機構的Tesi系統。
 

雙橫樑式前懸吊是新世代Goldwing最令人矚目的特色之一。

然而前懸吊也有著單搖臂的設計,最為人所知的莫過於VESPA的「飛機鼻輪式單槍懸吊系統」,YAMAHA出品的RADD系統也在前單搖臂的範疇之內,這些懸吊系統皆是為了解決傳統潛望式前叉既有的問題:在車輛運行時,因為吸收路面衝擊而產生的伸縮。讓前懸吊不需同時承受「轉向時所產生的橫向力道」與「煞車時所產生的縱向力道」,只需專心做好前者就夠了。


可同時展現外觀與行車舒適度的單搖臂前懸吊設計,是VESPA獨樹一格的商標。
 

YAMAHA GTS1000單搖臂RADD懸吊機構。

上懸吊

上懸吊設計為引擎吊架位於引擎上方,其優勢在於抗扭轉剛性強且減震效果優異,在騎乘時較不會感受到車子的震動,就長途騎乘來說較不會感到疲憊,但上吊架設計因重心偏高,會導致過彎時穩定度表現較差。


YAMAHA XMAX採用了上懸吊的設計。

下懸吊

反之,下吊架設計為引擎吊架位於引擎下方,其重心相對低許多,因此在過彎時的車身穩定度表現非常亮眼,如果你喜歡享受山路殺彎的快感,下懸吊設計非常適合你,但下吊架設計類似用「撐」的方式去支撐引擎,在抗扭轉剛性方面較弱。


下懸吊設計在過彎時有較佳的穩定性。

零後仰懸吊系統A.L.E.H.

零後仰懸吊系統A.L.E.H.(Anti-Lift Engine Hanger System)是國產車廠SYM獨創的技術,使車輛在步加速時,能有效防止引擎下沉抑制懸吊後仰,達到前叉、後避震以及引擎吊架的三方面平衡。這樣的設計除了有助於騎士綠燈起步時的穩定表現外,車輛再加速時減少多餘的扭動,尤其是出彎補油時ALEH系統帶給騎士更充足的信心。


零後仰懸吊系統A.L.E.H.技術,讓車輛達到最佳的動態平衡。

彈簧

彈簧是支撐車體重量的主要結構,在受力時會從原本的自然長度壓縮至一定長度,這也就是為什麼每次騎士跨上車時,車高會比原本高度要低,而當騎士起身時,車輛又會回復到原本沒有載人的高度,皆是因為彈簧的特性。在常見潛望式懸吊上,彈簧是被隱藏在內、外管中的,並泡在阻尼油裡,外觀上無法直接看到彈簧。在後懸吊系統中,彈簧通常與阻尼器整合為避震器,便可以看到外露的彈簧了。

彈簧的材質是經過特殊處理的鋼材,捲曲加工而成,所使用鋼條的粗細便是重要的設計參數。以同樣材質,同樣加工方法來說,鋼條直徑越粗、所製造出來的彈簧越硬,直徑越細則越軟。所謂的軟硬則是同樣受力之下,較硬的彈簧壓縮量較少,較軟的彈簧則壓縮量較大。在懸吊調校上,彈簧的預載是調整的一大學問,必須依照騎士的重量及騎乘路況作調整。在高等級的後避震器會配備電子預載調整,設雙載或是搭載行李箱等模式,以因應不同的路況及不同的載重情形。

後懸吊系統中,彈簧與阻尼器整合為避震器,外觀上可以明顯看的到彈簧。

目前懸吊系統所採用的彈簧,還能根據「線距」細分為三種,分別是等線距、雙線距以及漸進式線距,這裡的線距指的就是彈簧本身疏密度的變化,進而造成不同的軟硬表現,而這三種彈簧在功能上最大的不同就是隨著荷重的增加,彈簧壓縮量會有所不同。

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等線距(左)、雙線距(中)、漸進式線距(右)。


彈簧本身疏密度的變化,進而影響不同的軟硬表現。

 

阻尼器

能使車輛回復穩定,達成操控的目的,便是靠著避震器中的另一重要環節「阻尼器」。阻尼器除了應用在車輛的避震系統上之外,在日常生活中也經常可以看見,例如逃生門通常會利用阻尼器來作為緩衝,可以做一個簡單的小實驗,當用力推動逃生門時,門也會相對地變的比較重手,當輕輕地推動門時,雖然開啟的速度慢,卻輕盈很多。以上所述,便是阻尼器的基本特性,當阻尼器的運動速度越快時,所產生的阻力便越大,運動速度較慢時,阻力也就越小。此外,阻力所產生的方向必定是與運動的方向相反,因此阻尼器可以減緩運動,達到恢復平穩的功能。

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藏身於前叉內管的阻尼棒。
 

後避震阻尼器。

在較為注重性能表現的車款上,車廠大部分會配備可調式阻尼,可分為單一回彈阻尼可調,以及壓縮、回彈可調的設計,甚至推出依照高、低速調校的阻尼器。在摩托車上,阻尼器除了使用在避震器之外,也用於轉向穩定。所謂的防甩頭Steering Damper便是安裝阻尼器於龍頭旋轉軸,達到穩定龍頭的功效。正因如此,通常知名的避震器大廠,也會生產防甩頭產品,其設計原理是相同的。

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高階避震器通常設有預載、壓縮以及回彈獨立可調之設計。


防甩頭的原理與避震器相同。

簧下質量

若將懸吊系統簡化來看,便會成為圖中的幾個部分,m是指輪胎及前叉下半部的質量,由於這部分的質量屬於彈簧以下,因此又稱為簧下質量。M是指彈簧以上,包含懸吊上半部的結構及車身重量。如此的簡圖便可以代表整個懸吊系統的作用,也經常被用來討論避震器的調校與反應。以懸吊反應的觀點來討論M/m質量比例,會希望拉大M質量與m質量的差異,將車重與輪胎、輪框的差異越大越好。

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M&m差距越大,懸吊反應越靈敏。

如此一來,懸吊的反應會更靈敏,輪胎的貼地性也會增加。這也是輪框及輪胎必須越輕越好的原因,m質量越小,除了運動更為迅速之外,在作動的過程中對於M的影響就越小,也就是說可以維持M行進的穩定。所以很多車友會將輪框改為輕量化鍛鋁輪框,或是近年來在高階性能車款出現的鍛鎂以及碳纖維輪框,皆是為了降低m簧下質量而設計!


碳纖維輪框能有效減輕簧下質量,讓懸吊的反應會更靈敏。

授權轉載自:Moto7

原文:懸吊種類、內部結構、上/下懸吊及簧下重量|機車懸吊系統 part2

 

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