车辆悬吊系统之回顾与分析
徐正会*
张庆瑞**
国立台北科技大学制造科技研究所
副教授*
研究生**
中文摘要
本研究系将所有搜集自学术期刊和专利公报 的相关文献,经仔细地分析整理后,将车辆悬吊系 统作一完整的文献回顾与分析, 其中有些车辆悬吊 系统已被时代淘汰,现今已鲜少被市售车所采用, 有些则为现今车辆悬吊系统之主流, 而有些则是在 学理上尝试去改善现今车辆悬吊系统之缺失, 企图 设计一理想的车辆悬吊系统. 本研究首先将所搜集 之相关车辆悬吊系统之文献区分为电子式与机械 式两大类, 而其中机械式又可分为整体式悬吊系统 及独立式悬吊系统. 各种类型之悬吊系统都有详细 的说明与分析. 关 键 字 : 车辆,电子式,机械式,整体式悬吊系 统,独立式悬吊系统
车辆悬吊系统之回顾与分析
本研究将所搜集之相关车辆悬吊系统之文 献,先区分为电子式与机械式两大类,而其中机械 式又可分为整体式悬吊系统及独立式悬吊系统. 一. 电子式 此型悬吊系统(刘崇富,民 86 年)可采用电 子式行驶平顺性控制或可变阻尼悬吊, 其四轮之避 震器均以电子方式调整软,硬程度,当驾驶者按下 控制避震器软或硬的开关时, 电子控制组件会发出 信号至每一避震器上方的电子线圈或小电动马 达, 马达会稍微转动并打开或关闭活塞上不同尺寸 的流口,以改变避震器内液体流动的阻力;亦可於 车轮前方设置声纳感测器, 其原理为感测器发出一 段段的声波脉冲,不断地侦测车轮前方的路况,当 声波触及路面再反射回来所经之时间被读入电子 控制组件,即可指出车身高度及路面之不规则性, 电子控制组件随即调整避震器, 即可得到最好的行 驶平顺性及操控性;或者以空气弹簧取代螺旋弹 簧,此空气弹簧悬吊系统可控制弹簧之刚性,并提 供车身高度及水平之自动控制.此外,另有一种电 子式主动悬吊系统, 该系统舍弃了一般悬吊系统之 弹簧及避震器改以液压致动器替代之, 其原理是以 受压液体之液压能转换为悬吊系统之机械动作能 量, 当车轮上下振动或车辆在转弯时液压致动器内 之感测器会感测到液体压力之变化, 并将此压力变 化讯号传送至电脑, 电脑於接收这些讯号并做适当 之处理后,会输出一控制讯号至一适当的伺服阀, 将高压之液压油经由致动器内的电脑控制阀门送 出或送入,而使车轮上升或下降,以使轮胎与地面 保持相同的接触力, 并维持车身的水平及良好的操 控性,上述所有动作几乎於瞬间发生,因此驾驶者 不易察觉. 二. 机械式 此型悬吊系统为绝大多数车辆所采用,此类型 悬吊系统於车辆行经不平整之路面时,车轮受震 荡,而造成悬吊系统以被动方式作动,并导致弹簧 的压缩或伸长及悬吊机构之作动. 机械式悬吊系统
前言
最早的车辆悬吊系统可追溯至昔日的马车时 代, 当时的悬吊系统即已利用弹簧来连接车身与车 轴,以改善舒适性与耐久性.车辆悬吊系统主要由 弹簧,连杆机构,避震器及不同种类之零件相配 合,而悬吊系统之功能,简单的说,便是用於支撑 车身,车架,乘客与货物等,并且达到车辆行驶时 能吸收路面不平整, 所导致车轮上下的不当振动能 量,而能将此振动能量减至最低程度传给车身,藉 而令车内乘客感到舒适, 也能减小车身各机件受振 动而造成的损伤,并改善行驶之安全性.所以理想 的车辆悬吊系统应该是能够将路面不平整造成的 不当振动迅速吸收,回复正常行驶状态,不过事实 上是很难达成的, 因为悬吊系统中若使用软弹簧可 使乘客感到舒适,但太软的弹簧,若遇路面不平的 振动会产生大位移,影响车辆之操控性,若改用太 硬的弹簧则吸收振动的能力较差,且乘坐较不舒 适,所以一般来说,弹簧的软硬程度与减震器需有 适当的配合.而近年来,人们不断对高速及舒适性 作要求,也因此对悬吊系统的要求相对提高,而除 以上弹簧与避震器之相配合因素会影响乘坐舒适 性之外, 最具影响悬吊系统优劣的关键便是所使用 的连杆机构.
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依其悬吊方式可分为下列二大类:(1)整体式悬 吊系统,如图 1 所示.(2)独立式悬吊系统,如 图 2 所示.
片弹簧与车轴呈平行设置,因此只需一付弹簧,然 而,其缺点为水平方向的刚性较差,需加设悬吊臂 以保持车轴之位置,如图 4 所示.
图 1 整体式悬吊系统 (1)整体式车辆悬吊系统
图 2 独立式悬吊系统
此型悬吊系统(中国国家标准(CNS),汽车悬 吊装置名词) 之基本构造系以一支刚性车轴连接左 右二轮,其特色为载重量大,构造简单,成本低廉, 维修方便且占用空间较小,但因车身较高,易受地 面倾斜影响,对於高速之稳定性较差,且车轴连接 左右二轮,其运动为连动方式,易发生横向振动, 以致於乘坐舒适性较差, 故现今仅使用於重型车辆 及少数小客车上. 整体式悬吊系统可进一步区分为 下列七种类型: (a)板片弹簧式 (i)纵向安装板片弹簧式 此型悬吊系统(赖耿阳,民 80 年)系由一组 薄片,一层层的叠置而成,使弹簧於弯曲时不易断 裂,其设置於车身之纵向,并以 U 型螺栓结合至 车轴.最长板片的前端卷曲成弹簧销孔,此销孔藉 螺栓与吊耳互相连接, 吊耳之作用为吸收因震荡所 导致板片弹簧挠曲的长度变化, 而螺栓与吊耳间置 以橡胶衬套,用以吸收震动,而不致於影响车身与 吊耳;其后端也制成弹簧销孔,此销孔藉由 环与 车身互相连接. 此型悬吊系统依结合车轴之位置不 同,可分为轮轴上方悬吊式(over slung type)与轮轴 下方悬吊式(under slung type),一般小客车为减小底 盘与车轴之高度差,常采用轮轴上方悬吊式.此型 悬吊系统之特色为构造简单及成本较低, 但板片弹 簧本身的重量较重,触地性差,较不利於操控性及 舒适性,如图 3 所示.

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