[改裝入門系列十一] 彈簧工作原理與改裝

　　前言 　　懸吊系統存在的意義有二：隔離路面的不平使行駛更舒適；行經不平路面時保持輪胎與路面接觸。而改良懸吊對‘車狂人’來說只有一個目的就是改善操控性。 　　彈簧的工作原理及改 　　現行懸吊系統的彈簧以圈狀彈簧最常用，原因是容易制作、性能效率高、價格低。彈簧在物理學上的定義就是儲存能量，當我們施一固定的力于彈簧，它會產生變形，當我們移開施力則彈簧會有恢復原狀的趨勢，但彈簧在回彈時震蕩的幅度往往會超過它原來的長度，直到有磨擦阻力的出現才會減緩彈簧回彈后造成的自由震蕩，這減緩彈簧自由震蕩的工作通常是避震器的任務。 　　一般的彈簧是所謂的‘線性彈簧’，也就是彈簧受力時它的壓縮變形量是遵循物理學上的‘虎克定律’：F=KX，其中F為施力，K為彈力系數，X則為變形量。舉例來說有一線性彈簧受力50Kg時會造成2cm的壓縮，之后每增加50Kg的施力2cm一定會增加的壓縮量。將此一彈簧裝在一部車上，假設其承受的重量為250Kg，則在車子靜止時它會產生10cm的壓縮量，當這部車行經崎嶇路面時，彈簧除了承受車子的重量外還要承受來自路面的沖擊，有了這些沖擊的存在將使彈簧的壓縮量大于原來的10cm，而這沖擊所造成的壓縮量的增加，將以懸吊碰到‘緩沖止擋器’（Bump Stop）為上限，假設這個范圍也是10cm。那么兩項總和20cm就稱為‘彈簧的行程’（Spring Travel）。而整個彈簧的行程從0到20cm正表示彈簧的受力為0到500Kg。事實上懸吊的彈簧還有其他的壓力存在，即使彈簧完全伸展時彈簧仍會受到壓力以便讓彈簧本身固定在車上，所以以上述的例子來說彈簧也許是受力范圍也許是100到600Kg。 　　在傳統彈簧、吸震筒式的懸吊設計上，彈簧扮演支持車身以及吸收不平路面和其它施力對輪胎所造成的沖擊，而這里所謂的其它施力包含了加速、減速、剎車、轉彎等所對彈簧造成的施力。更重要的是在震動的消除過程中要保持輪胎與路面的持續接觸，維持車子的循跡性。而改善這輪胎與路面的接觸是我們改善操控性的首要考慮。 　　彈簧的最主要功能就是維持車子的舒適性和保持輪胎完全與地面接觸，用錯了彈簧會造成行車品質和操控性都有負面的影響。試想如果彈簧是完全僵硬的，那懸吊系統也就發揮不了作用。遇到不平的路面時車子跳起，輪胎也會完全離開地面，若這種情況發生在加速、剎車或轉彎時，車子將會失去循跡性。如果彈簧很軟，則很容意出現‘坐底’的情況，也就是將懸吊的行程用盡。假如在過彎時發生坐底情況則可視為彈簧的彈力系數變成無限大（已無壓縮的空間），車身會產生立即的重量轉移，造成循跡性的喪失。如果這部車有著很長的避震行程，那么或許可以避免‘坐底’的情況發生，但相對的車身也會變得很高，而很高的車身意味著很高的車身重心，車身重心的高低對操控表現有決定性的影響，所以太軟的避震器會導致操控上的障礙。假如路面是絕對的平坦，那我們就不需要彈簧和懸吊系統了。如果路面的崎嶇度較大那就需要比較軟的彈簧才能確保輪胎與路面接觸，同時彈簧的行程也必須增加。 　　彈簧的硬度選擇是要由路面的崎嶇程度來決定，越崎嶇要越軟的彈簧，但要多軟則是個關鍵的問題，通常這需要經驗的累積，也是各車廠及各車隊的重要Know-How。 一般說來軟的彈簧可以提供較佳的舒適性以及行經較崎嶇的路面時可保持比較好的循跡性。但是在行經一般路面時卻會造成懸吊系統較大的上下擺動，影響操控。而在配備有良好空氣動力學組件的車，軟的彈簧在速度提高時會造成車高的變化，造成低速和高速時不同的操控特性。