懸掛好幫手
解構防傾桿

Posted 15/12/21

懸掛的任務,沒有防傾桿助陣又怎能成事呢?

WORDS:龍慶祥

上期在文末給讀者開出了一條問題:為何傳統日式客貨van,例如Hiace 200系日產 Urvan的前懸掛都不採用簡單可靠的麥花臣而是用複雜的雙搖臂?答案很簡單,因為這類日式van前座位設於前輪之上,車輪上方空間狹小,螺旋彈簧都放不下,更不用說麥花臣支柱了,所以通常用雙搖臂和平臥式的扭力桿彈簧。

獨立式前懸掛的unsprung weight輕,能大大改善操控性。唯商用車輛之中只有承載量僅一噸左右的客貨車可以用前獨立、後硬軸非獨立懸掛,重一點的商用車全部都使用前後非獨立式懸掛,背後的原因,看過本欄前面三期介紹的讀者們應該能猜到幾分。不同形式的懸掛,車輪和車身的連桿幾何形狀不同,導致傾側時車輪camber改變的幅度不同,因此車身傾側的動態也會不同。若一輛車的前後懸掛系統幾何不同,傾側時前後輪互不相讓,車身一直會承受很大扭力,大貨車載重幾十噸,是自身重量的幾倍,扭動起來足以弄壞車架,所以最好用前後相同幾何的懸掛。

房車、跑車承重有限,加上工程師設計汽車時考慮到空間、成本和操控性等,前後懸掛通常都不會一樣,拐彎時前後動態輕微的差異由車身承受,但若進一步壓迫,車身不可能像毛巾般扭動,這時候總要分出莊閒,勝負原則是重的一方話事。讀者看近年車書的拐彎動態照片會發現,前驅車總是一個後輪離地,後驅車總是甩尾反軚。幾十年前的車書不是這樣的,當年高性能前驅還未盛行,後驅車為主,動態照通常是篤油出彎時一個前輪撬起,原因就是重的一方主宰了抓地力和車身傾側動態,另一方跟不上被逼一個車輪離地。在頭文字D第一輯,有一次拓海雨中作賽,他叫阿樹坐到後排,阿樹有點生氣問他原因,拓海說不知道,只是覺得這樣會好一點。這一幕很有趣,當年讀者們未必看得懂,讀完本文重看應該有會心微笑。

拐彎時車身傾側往往令人感到不適和懼怕,若前後懸掛幾何差異大,操控更會出現難以掌握的變化。於是有人想出防傾桿anti-roll bar來解決,它是一根U型的桿,大都是用鋼製造。兩端固定於左右懸掛的活動部份,中間卻與車身以活動的方式連接。防傾桿限制了左右兩輪的相對活動,當左右車輪同時上落的時候它卻不會發生作用,這樣既不損害乘坐舒適性,又限制了車身傾側,聽起來好像很完美。事實上大部份乘用車甚至一些商用車都裝置了防傾桿,但世上沒有免費午餐,凡事都會有代價的,防傾桿的硬度要適可而止,絕不是愈硬愈好。

過硬的防傾桿缺點分兩方面,其一是舒適性,路面的凹凸分佈是不均勻的,左右車輪很少會齊上齊落。偏硬的防傾桿,在高速彎表現很好,但遇上不平坦的路面,乘客的脖子是頗受力的。北歐和德國車喜歡用偏硬的防傾桿,因為他們境內高速公路多,相反在山路蜿蜒的南歐,車廠喜歡將防傾桿設定得軟一點,拐彎時煙煙韌韌地讓車身傾側帶動懸掛連桿工作,操控起來別有一番滋味。

還有一點要注意的是,即使拐彎時防傾桿限制車身傾側,但離心力仍然存在,這股力量引致的重量轉移至外彎車輪,透過彈簧伸縮吸納了一部份,餘下的會引致車胎變形,車胎因變形行走的軌跡偏差稱為滑動角(slip angle),若防側桿太硬,車身傾側不了,彈簧無法伸縮,重力轉移大部份由外彎車胎承受,車胎大幅度變形抓地力就會下降。大家可能聽過:前防傾桿太硬會推頭,尾防傾桿太硬會甩尾,原因就在於此。

紅色和黑色是Audi R8 V10的防傾桿,黑色部分罕見地使用碳纖維以作偷輕。
可以想像若世上沒有防傾桿的存在,轉向時外彎車輪受壓而枱高,內彎車輪則相反,令車身大幅傾側。裝設了防傾桿,意味兩邊車輪所產生相反的力量,能互相制衡,減少兩邊車輪的高低落差,車體也較為平穩垂直。
另外防傾桿的軟硬設定主要根據紅色部份的長度而改變,愈長的話,防傾桿愈軟。

原文來自《TopGear極速誌》 2021年7月 第154期