車輛懸吊系統(tǒng)之回顧及分析

1、本研究將所搜集之相關車輛懸吊系統(tǒng)之文獻，先區(qū)分為電子式與機械式兩大類，而其中機械式又可分為整體式懸吊系統(tǒng)及獨立式懸吊系統(tǒng)。   電子式   此型懸吊系統(tǒng)（劉崇富，民86 年）可采用電子式行駛平順性控制或可變阻尼懸吊，其四輪之避震器均以電子方式調(diào)整軟、硬程度，當駕駛者按下控制避震器軟或硬的開關時，電子控制組件會發(fā)出信號至每一避震器上方的電子線圈或小電動馬達，馬達會稍微轉動并打開或關閉活塞上不同尺寸的流口，以改變避震器內(nèi)液體流動的阻力；亦可於車輪前方設置聲納感測器，其原理為感測器發(fā)出一段段的聲波脈沖，不斷地偵測車輪前方的路況，當聲波觸及路

2、面再反射回來所經(jīng)之時間被讀入電子控制組件，即可指出車身高度及路面之不規(guī)則性，電子控制組件隨即調(diào)整避震器，即可得到最好的行駛平順性及操控性；或者以空氣彈簧取代螺旋彈簧，此空氣彈簧懸吊系統(tǒng)可控制彈簧之剛性，并提供車身高度及水平之自動控制。此外，另有一種電子式主動懸吊系統(tǒng)，該系統(tǒng)舍棄了一般懸吊系統(tǒng)之彈簧及避震器改以液壓致動器替代之，其原理是以受壓液體之液壓能轉換為懸吊系統(tǒng)之機械動作能量，當車輪上下振動或車輛在轉彎時液壓致動器內(nèi)之感測器會感測到液體壓力之變化，并將此壓力變化訊號傳送至電腦，電腦於接收這些訊號并做適當之處理後，會輸出一控制訊號至一適當?shù)乃欧y，將高壓之液壓油經(jīng)由致動器內(nèi)的電腦控制閥門送出

3、或送入，而使車輪上升或下降，以使輪胎與地面保持相同的接觸力，并維持車身的水平及良好的操控性，上述所有動作幾乎於瞬間發(fā)生，因此駕駛者不易察覺。   機械式   此型懸吊系統(tǒng)為絕大多數(shù)車輛所采用，此類型懸吊系統(tǒng)於車輛行經(jīng)不平整之路面時，車輪受震湯，而造成懸吊系統(tǒng)以被動方式作動，并導致彈簧的壓縮或伸長及懸吊機構之作動。機械式懸吊系統(tǒng)依其懸吊方式可分為下列二大類：（1）整體式懸吊系統(tǒng)，如圖1 所示。（2）獨立式懸吊系統(tǒng)，如圖2 所示。    一、整體式車輛懸吊系統(tǒng)   此型

4、懸吊系統(tǒng)（中國國家標準(CNS)，汽車懸吊裝置名詞）之基本構造系以一支剛性車軸連接左右二輪，其特色為載重量大、構造簡單、成本低廉、維修方便且占用空間較小，但因車身較高，易受地面傾斜影響，對於高速之穩(wěn)定性較差，且車軸連接左右二輪，其運動為連動方式，易發(fā)生橫向振動，以致於乘坐舒適性較差，故現(xiàn)今僅使用於重型車輛及少數(shù)小客車上。整體式懸吊系統(tǒng)可進一步區(qū)分為下列七種類型：   1、板片彈簧式   （i）縱向安裝板片彈簧式   此型懸吊系統(tǒng)（賴耿陽，民80 年）系由一組薄片，一層層的疊置而成，使彈簧於彎曲時不易斷裂，

5、其設置於車身之縱向，并以U 型螺栓結合至車軸。最長板片的前端卷曲成彈簧銷孔，此銷孔藉螺栓與吊耳互相連接，吊耳之作用為吸收因震湯所導致板片彈簧撓曲的長度變化，而螺栓與吊耳間置以橡膠襯套，用以吸收震動，而不致於影響車身與吊耳；其後端也制成彈簧銷孔，此銷孔藉由?環(huán)與車身互相連接。此型懸吊系統(tǒng)依結合車軸之位置不同，可分為輪軸上方懸吊式(over slung type)與輪軸下方懸吊式(under slung type)，一般小客車為減小底盤與車軸之高度差，常采用輪軸上方懸吊式。此型懸吊系統(tǒng)之特色為構造簡單及成本較低，但板片彈簧本身的重量較重、觸地性差，較不利於操控性及舒適性，如圖3 所示。 

6、  （ii）橫向安裝板片彈簧式   此型懸吊系統(tǒng)（Lahu, 1996）與縱向安裝板片彈簧式之原理大同小異，其不同之處在於此型之板片彈簧與車軸呈平行設置，因此只需一付彈簧，然而，其缺點為水平方向的剛性較差，需加設懸吊臂以保持車軸之位置，如圖4 所示。      2、連桿式   此型懸吊系統(tǒng)（Brandt, 1995）之標準型為四連桿型。連桿式懸吊系統(tǒng)系以四支連桿連接剛性車軸與車身，使車身定位，其上連桿呈八字形，而下連桿呈平行設置。各連桿需承受驅動力、制動力

7、、縱向力及橫向力。驅動力及制動力所造成之扭力及縱向力由上、下連桿共同承受；而橫向力則由上連桿獨自承受。避震器及彈簧僅具緩沖效果并無定位機能，如圖5 所示。   3、扭矩管驅動式   此型懸吊系統(tǒng)（黃靖雄，民69 年）系將後差速箱總成以管向前方延伸，傳動軸則裝置於扭矩管中；并藉一球型接頭安裝於變速箱後端，而剛性車軸貫穿後差速箱以連接二車輪。螺旋彈簧與避震器設置於剛性車軸上，橫向桿則置於車軸與車身橫向，以抵抗車身之橫向反力，加強橫向定位，再配合拖曳臂加強縱向定位，如圖6 所示。     &

8、#160; 4、雙軸式    此型懸吊系統(tǒng)（Laidely, 1989）可視為縱向安裝板片彈簧式的改良，將板片彈簧以串聯(lián)的方式相接，采用二支車軸以減輕路面之壓力及增加牽引力之懸吊方式，另設置平衡器以使二車軸之負載比率趨於一定值，如圖7 所示。    5、德迪翁式   此型懸吊系統(tǒng)（賴耿陽，民87 年）早在二十世紀之前即已開發(fā)成功。此型懸吊系統(tǒng)系將後差速箱總成裝置於橫梁或車體上，由連結左右車輪之固定車軸懸吊之，如圖8 所示。      &

9、#160;  6、扭力梁車軸式   此型懸吊系統(tǒng)（Shimatani, 1999）系以一支扭力梁來連接左右車輪，該梁之二端設置拖曳臂與扭力梁成剛性配合，拖曳臂具有足夠的剛性可抵抗縱向力，達成縱向定位；而扭力梁則用以調(diào)整車輛晃動之剛性；并利用橫向桿以抵抗橫向力與橫向位移；并於扭力梁二端設置彈簧與避震器，以加強車輛乘坐之舒適性，但由於該型僅具拖曳臂前方二接點與車身結合，因此結合處的橡膠襯套之剛性格外重要，而其襯套常因受橫向力作用而產(chǎn)生撓曲現(xiàn)象，因而導致懸吊系統(tǒng)失去平衡，如圖9 所示。   7、多連桿梁式 &#

10、160; 此型懸吊系統(tǒng)（Kato, 1995）系以數(shù)支連桿組合而成之新型懸吊系統(tǒng)。其主要特色為采用由控制桿、扭力梁與橫向桿所組成之史考特羅素機構(Scott-Russel mechanism)為主要架構，其中，扭力梁為地桿；控制桿一端連接於扭力梁，另一端則連接於橫向桿之中央；而橫向桿一端連接於車身，另一端呈滑塊運動連接於扭力梁處。當車輪上下運動時，其僅呈垂直運動，而車軸不發(fā)生橫向偏移，同時也消除傳統(tǒng)整體式懸吊系統(tǒng)之剛性車軸受橫向力所造成頂起力及下壓力的問題，如圖10 所示。      二、 獨立式車輛懸吊系統(tǒng) &#

11、160; 此型懸吊系統(tǒng)（中國國家標準(CNS)，汽車懸吊裝置名詞）之左右車輪能各自獨立作動，因此任一車輪上下跳動時，不致影響另一車輪，車身亦不致傾斜，且彈簧以下之非承載重量較輕，車輪的觸地性良好，具有較佳的乘坐舒適性及操控安定性。其缺點則為零件數(shù)增多、成本較高及構造較復雜，且常需較大的設置空間，故現(xiàn)今多用於重視乘坐舒適性之小客車。   1、雙叉骨式   此型懸吊系統(tǒng)（Knowles, 1995）之特色在於具有上下控制臂，因控制臂呈型故取其名，如圖11 所示，控制臂的樞點位於車體或車架上，另一端以球型接頭樞接於轉向關節(jié)，而螺旋

12、彈簧常置於上下控制臂之間，并與避震器組合使用；同時為減少車身滾動，而采用防傾桿以求車身安定。當車輛行駛遇路面不平時，控制臂之作動使車輪以接近垂直於地面的方向上下運動，故其乘坐舒適性良好，操控性亦相對提高。一種采取焊接方式將第一臂與第二臂(皆為輕薄金屬板構件)相結合構成之下控制臂設計，可達到輕量化之目的，且整體構件之剛性并無受損，已發(fā)表於（Mukai, 1986）。一種可控制前展、零前展及前束之懸吊系統(tǒng)設計已發(fā)表於（Shibahata, 1988）。一種設置中間構件以置放彈簧之設計使彈簧連接於車架及上橫導桿之間，以增加彈簧之最佳性能，已發(fā)表於（Schaible, 1989）中。為保持車輛受縱向力

13、及橫向力時前束之穩(wěn)定性，而以前、後低桿取代下控制臂，且拖曳臂改以縱向設計，可增進乘坐之舒適性及操控之安全性（Lee,1994）。為修正外傾角曲線、改善胎面磨損以及增進轉向性能，因而將大王銷之上接點改為較上控制臂之接車身點為高之新設計已發(fā)表於（ Butler,1999）。一種上控制臂短、下控制臂長之懸吊系統(tǒng)，可減少輪胎磨耗、增進操控性及舒適性，并減少外傾角變化量之設計，已發(fā)表於（Kuhn, 1998）。綜上所述，此型懸吊系統(tǒng)已使用於較講求舒適性的小客車，且已發(fā)展出數(shù)種改良型的雙叉骨式懸吊系統(tǒng)，但皆符合此型懸吊系統(tǒng)之基本構型。   （i）上下不等臂式 

14、60; 此型之下控制臂較上控制臂為長，如圖12 所示。當車輪上下跳動造成控制臂作動時，僅產(chǎn)生極少量之側滑，使輪距幾乎保持不變，但卻無法抑制車輪之偏轉現(xiàn)象。         （ii）平行連桿式   此型之上下控制臂互相平行且長度相等，如圖13 所示。當車輪上下跳動時，外傾角不會改變，因此車輪不會產(chǎn)生偏轉現(xiàn)象，但是卻會產(chǎn)生明顯的側滑現(xiàn)象，造成左右輪距改變，輪胎易於磨損。   2、麥花臣式   此型為現(xiàn)今懸吊系統(tǒng)

15、的主流（Muhr, 1994），以支柱取代上控制臂，故可增大車內(nèi)空間，如圖14 所示。支柱總成上端以橡膠絕緣體固定於車身，下端與轉向關節(jié)相連接，并設置張力桿以加強橫向定位。一種可使用於支柱上的伸縮套筒型避震器已發(fā)表於（Pflughaupt, 1981）。此外，針對懸吊臂進行改良，以使懸吊臂之內(nèi)部應力均一，可增強懸吊臂之耐久性（Takeuchi, 1994）。與其他獨立懸吊系統(tǒng)相較，此型具有構造簡單、成本低廉、性能良好以及占用較少空間之優(yōu)點，其缺點則為支柱軸、輪胎觸地點及支柱上安裝點三者不共線，導致支柱上產(chǎn)生彎矩，故需使支柱軸與螺旋彈簧偏置或在支柱內(nèi)使用低摩擦襯套，以克服彎矩所造成之負面影響。&

16、#160;     3、擺動軸式    此型懸吊系統(tǒng)（Lahu, 1996）系藉驅動軸及控制臂以懸吊車輪，該驅動軸自差速器延伸至左右車輪，其功能除了傳輸扭矩之外，亦需支撐車重，并抵抗制動時的反作用力，故輪軸需有足夠強度。另於車軸上設置避震器及螺旋彈簧，以增加乘坐舒適性。當車輪上下振動時，擺動軸以萬向接頭為中心作圓弧形擺動，易產(chǎn)生側向滑動，加速輪胎磨損。又因其外傾角的變化，以致於造成轉向不足或轉向過度的問題，不利於車輛之操控性。為改善此一缺點，可適度增長驅動軸之長度或降低萬向接頭之位置，如圖15 所示。而另一種控制臂

17、之樞軸與驅動軸內(nèi)側接頭在同一線上者屬斜擺動軸式，如圖16所示。          4、拖曳臂式   （i）全拖曳臂式    此型懸吊系統(tǒng)（Lahu, 1996）之特色在於拖曳臂之樞軸與輪軸相互平行，而該拖曳臂藉樞軸與車身相連接，如圖17 所示。當車輪上下振動時，經(jīng)由拖曳臂將振動之能量傳遞至彈簧，并由彈簧吸收之，以避免影響車輪之縱向及橫向定位。此型懸吊系統(tǒng)之優(yōu)點為占用空間較少，可使車內(nèi)空間加大，適用於小型車輛。    

18、（ii）半拖曳臂式    此型懸吊系統(tǒng)（賴耿陽，民87 年）之特色在於拖曳臂之樞軸不與輪軸平行，而是呈傾斜設置，主要應用於後輪驅動或四輪驅動之小客車，如圖18所示。該拖曳臂連接於懸吊橫梁，而該橫梁系透過橡膠絕緣體安置於車身。另采用防傾桿以減少車身傾斜及輪胎跳動。該懸吊橫梁與拖曳臂間之旋轉軸線傾斜角度稱之為後退角，若後退角愈小，則愈接近全拖曳臂式之特性；反之，後退角愈大，則愈接近擺動軸式之特性。          （iii）雙拖曳臂式   此型懸吊

19、系統(tǒng)（Lahu, 1996）系以二支呈上下平行之拖曳臂加強車輪之縱向及橫向定位，其余構型與全拖曳臂式懸吊系統(tǒng)完全一致，現(xiàn)今多應用於高承載之車輛，如圖19 所示。   5、後導引臂式    此型懸吊系統(tǒng)（中國國家標準(CNS)，汽車懸吊裝置名詞）為拖曳臂式之改良型，其樞軸設於輪軸後方且與輪軸相互平行，而該導引臂也可上下擺動傳遞振動能量於彈簧及避震器，如圖20 所示。此型懸吊系統(tǒng)需裝置防傾桿，以加強車身穩(wěn)定。       6、搖臂式    

20、此型懸吊系統(tǒng)（中國國家標準(CNS)，汽車懸吊裝置名詞），如圖21 所示，系采用搖臂機構以限制車輪之振動范圍，并以螺旋彈簧緩和車輪之震湯。該搖臂機構因承受極大之應力，所以需有較高之強度。此型懸吊系統(tǒng)之優(yōu)點在於占用空間較小。該搖臂機構結合空氣彈簧及板片彈簧之應用已發(fā)表於（Raidel, 1988）。    7、液體減壓式   此型懸吊系統(tǒng)（Palitto, 1982）系於大王銷(kingpin)上安裝液體彈簧。車輛之轉向扭力可經(jīng)由大王銷傳遞至彈簧及避震器，使車身保持平衡，如圖22 所示。    &

21、#160;    8、多連桿式   此型懸吊系統(tǒng)（Reimpell; Stoll, 1996）具有較大的幾何變化與設計自由度，其系以數(shù)支連桿達成車輪之縱向與橫向定位，與雙叉骨式懸吊系統(tǒng)相似，可視為雙叉骨式的改良型，如圖23 所示。與其他型式之懸吊系統(tǒng)相比較，多連桿式懸吊系統(tǒng)可減少車輪外傾角及車輛滾動中心(roll center)高度的變化，有助於穩(wěn)定方向與控制轉向，可提升車輛的直進性、減少胎面磨損與車輛轉向之頂起現(xiàn)象，屬於一種較先進之懸吊系統(tǒng)，然而其零件較為復雜且更精密，以致於整個懸吊系統(tǒng)之重量、體積及成本均會增加。

22、0;  （i）雙橫梁式   此型懸吊系統(tǒng)（Knowles, 1995）之特色在於具有二支橫梁(I-beam)，分別用以支撐左右前輪，任一橫梁之一端經(jīng)由具橡膠成分之樞軸連接於車架，另一端則連接於輪軸，如圖24 所示，而螺旋彈簧置於橫梁活動端與車架之間，另以半徑臂縱向連接車架與橫梁活動端，以防止車輪之縱向移動。當車輪上下振動時，橫梁之活動端上下移動因而壓縮或伸展彈簧。由於此型懸吊系統(tǒng)可承載較大之重量，故多半用於小卡車。         9、六連桿式 

23、  （i）史帝芬森一型   此型懸吊系統(tǒng)（Shinji, 1994）之基本構造主要系由兩支三元桿與四支二元桿所構成，即一上控制臂與一下控制臂為三元桿而另一上控制臂與一剛性構件為二元桿所組成，如圖25 所示。此型懸吊系統(tǒng)之優(yōu)點在於：因采用二支上控制臂，可以有效控制滾動中心的高度位置，改善外傾角的變化，因而使懸吊系統(tǒng)的設計自由度更為寬廣，以增進車輛之操控性。   （ii）史帝芬森二型   此型懸吊系統(tǒng)（Lee, 1994）之基本構造有別於史帝芬森一型之處在於：其下控制臂與接合臂(conne

24、cting arm)為三元桿，車身、上控制臂、轉向關節(jié)與中心臂(central arm)為二元桿，如圖26 所示。此型懸吊系統(tǒng)之優(yōu)點在於：其連桿配置之獨特性，使得外傾角之變化量得以控制於最小之范圍內(nèi)，可改善車輛之直進性，并減少輪胎之磨耗（Lee,1997）；當車輛轉向時可使外側車輪之外傾角保持負值，以增加輪胎之抓地力，使車輛轉向更加平穩(wěn)（Lee, 1994）；當車輪上下振動時車輛之滾動中心(roll center)的高度變化量較小，使得操控穩(wěn)定性增加（Lee, 1997）。其改良型（Lee, 1995）雖增加一短桿，但基本架構仍為史帝芬森二型。      iii）史帝芬森三型   此型懸吊系統(tǒng)（Lee, 1994）之基本構造有別於史帝芬森一型之處在於：車身與接合臂(connectingarm)為三元桿，上控制臂、下控制臂、轉向關節(jié)與中心臂(center arm)為二元桿，如圖27 所示。此型懸吊系統(tǒng)之優(yōu)點包括：車輪外傾角變化量較?。卉囕v轉向性較佳；引