懸吊系統

**懸吊系統**，亦稱為**懸掛系統**或**懸載系統**（英語：**Suspension**），乃是一種由彈簧、減震筒和連桿所構成的車用系統，用於連接車輛與其車輪，一台車輛的前輪與後輪懸吊設計有可能會使用不同設計。懸吊系統扮演雙重的角色，讓車輛的操控與煞車合乎良好的動態安全與操駕樂趣，並保持車主的舒適性及隔絕適當的路面噪音、彈跳與震動。這些特性通常都互相牽制，因此懸吊的調整就必須找到兩者兼顧的設定。懸吊系統同時也保護車輛本身或車上的貨物行李，避免因顛簸而磨耗或損壞。

這篇條目主要是有關四輪（或多輪）車輛的懸吊。若需要兩輪車輛懸吊的相關資料，可參閱機車懸吊、單車懸吊。

## 歷史

在古早的埃及，就已經出現過板式彈簧的蹤跡。古代的兵工學家使用板式彈簧，以彎曲的板狀材料加強他們的攻城武器，起初的效果還不錯。後來在投石器上所使用的板式彈簧更為精密，而且可以使用好幾年。彈簧不一定由金屬製造，也可使用堅硬的樹枝組合，當作彈簧，就像製弓一樣。

### 網站閱讀

* 懸吊系統比較扭力樑、雙 A 臂、麥花臣、多連桿差在哪裡？

### 馬車

在 19 世紀早期，大部分的英國四輪馬車都有配備彈簧；木製彈簧用於輕型單馬車輛來避震，而較大的馬車彈簧則採用鐵製。這些鐵製的彈簧由低碳鋼製成而且通常疊成多層成為板式彈簧。

英國的鐵製彈簧不適用於當時美國大陸粗糙不平的路面，轉彎過快時甚至會導致馬車解體。在 1820 年代，新罕布夏州康科特市的 Abbot Downing 公司開發出一種系統，藉此讓驛馬車的車體能夠支撐在稱作「thoroughbraces」的皮帶上，這樣車廂的動態可改善成擺蕩的動作，而不是像彈簧懸吊那樣劇烈的上下震動。（有時驛馬車本身也被稱作「thoroughbrace」。）

### 汽車

汽車在早期開發時，視為自身動力推進的馬車。但是相對來講，馬車是設計用來低速行駛的，因此它們的懸吊並不適用於內燃機引擎所能產生的高速行駛。

1903 年，德國的 Mors 汽車公司首次將車輛安裝了減震筒。1920 年，Leyland 汽車公司在懸吊系統中加入了扭桿裝置。1922 年，Lancia Lambda 開創先例地使用獨立前輪懸吊，在 1932 年以後的市售車輛上更為常見。

## 重要屬性

### 彈簧剛性

彈簧剛性（或稱懸吊剛性）是懸吊伸縮時，用來設定車高或其定位的要素之一。車輛載重大的通常會搭配更硬的懸吊來抵銷額外的重量負載，否則可能在途中（或彈跳時）壓毀了車輛。較硬的彈簧通常也用於性能用途，因為這時候懸吊在彈跳時是經常性下壓的，這時會導致可用的彈跳伸縮量變少，造成破壞性的下壓力。

彈簧太硬或太軟都會造成車輛失去懸吊性能。一般來說，比較經常性載重的車輛具備較重或較硬的彈簧，其彈簧剛性接近車重的上限值。這樣讓車輛可以在控制性受載重慣性的限制下，正常地載貨並操駕行駛。駕駛一台空的載貨用卡車可能會對乘客感到較不舒適，是因為與車重相關的高彈簧剛性。賽車可以說是具備較硬的彈簧，而且會呈現不舒適的顛簸。然而，雖然兩者均具備硬彈簧，但實際上一台 2000 磅的賽車與一台 10000 磅的卡車，其兩者的彈簧剛性則是全然不同的。高級房車、計程車或客運巴士通常可以說是具備較軟的彈簧。車輛的彈簧若是老化或損壞，行駛時容易貼近地面，懸吊的總壓縮量會降低，車體也容易側傾。性能跑車的彈簧剛性有時不只是為了車重或載重的需求。

#### 彈簧剛性的數學應用

彈簧剛性是一個比值，用來測量一個彈簧在偏斜時被壓縮或伸展時的阻抗。按照虎克定律，彈力強度隨著偏斜增加而增加。簡單來講，這個現象可以由下列公式所述：

　
: $F=-kx\,$

其中

　
: _F_ 為彈簧的施力

　
: _k_ 為彈簧的剛性

　
: _x_ 為靜力平衡時的位移量，其長度為彈簧壓縮或延展時。

由於本身車重、車輛載重、懸吊系統的空間限制或性能需求等因素下，彈簧剛性會受限在一段狹小的分佈區段。

彈簧剛性的單位通常由 N/mm 表示（或 lbf/in）。例如一個線性的彈簧剛性表示為 500 lbf/in，其代表彈簧每壓縮一英吋，它可以施壓 500 磅力。而一個具有非線性的彈簧剛性，代表它的壓縮力與施力的關係無法適當地對應於一個線性模型。例如，第一英吋會施壓 500 磅力，第二英吋會施壓額外的 550 磅力（因此總共是 1050 磅力），第三英吋則會施壓另外 600 磅力（總共達 1650 磅力）。相較之下，一個 500 lbf/in 的線性彈簧壓縮了三英吋之後的施壓力則只有 1500 磅力。

線圈彈簧的彈簧剛性可由簡單的代數方程來計算求得，或是由彈簧測試機來測量。彈簧常數 _k_ 可由下列公式計算：

　
: $k={\frac {d^{4}E}{8ND^{3}}}\,$

其中 _d_ 為線材直徑，E 為彈簧的彈性係數（例如鋼鐵的係數大約為 30,000,000 lbf/in² 或是 207 GPa），_N_ 為線圈的纏繞次數，而 _D_ 為線圈直徑。

### 懸架剛性

懸架剛性為針對車輛輪架所測量出有效的彈簧剛性，但不只是單獨對彈簧剛性做測量而已。

懸架剛性通常等於或小於彈簧剛性。一般來說，彈簧會固定在控制臂、搖臂或某些其他種類的樞軸支承機構上。假設前述例子中的彈簧剛性計算出為每吋 500 磅力，如果將車輪垂直移動一英吋（車輛是靜止的），則彈簧可能僅壓縮了一小部份的量。假設彈簧只移動了 0.75 英吋，槓桿臂比率可能為 0.75 到 1，則懸架剛性可由彈簧剛性比值的平方倍（0.5625）而求得。將比值做平方倍的目的在於它對於懸架剛性有兩個作用存在，這個比值同時影響了施力大小與位移量。

獨立懸吊系統下的懸架剛性就非常簡單明瞭，但對於某些非獨立懸吊系統的設計就必須考量到一些特殊狀況。以車軸的縱向角度來看，若由前方或後方來看，懸架剛性可以由前述的方式去測量得出。然而由於輪架並非獨立的，在加速或減速時側向來看，支點會位在無限遠的位置（因為前後輪都移動了）。過彎與加減速時的有效懸架剛性也往往有不一樣的結果，將彈簧的定位盡可能地靠近車輪可以將懸架剛性的差異降到最小。

### 側傾力耦百分比

在車輛搖晃時，側傾力耦百分比為車身各軸線上發生的有效懸架剛性數值，為車輛總側傾率的某個比值。側傾力耦百分比在精確平衡車輛的操控上是非常關鍵的因素。

一台側傾力耦百分比 70% 的車輛，在過彎時會將本身 70% 的懸吊載重轉移到車輛前方。

### 重量轉移

重量轉移通常針對單一車輪在過彎、加速或煞車等狀況下，相較於該輪淨重時的情形。過彎的輪載重必須先得知靜止時的輪載重，並依照每個輪架的簧上載重、簧下總重，或是頂舉力的大小來增減。有些賽車業界會使用一些假名詞，或是將頂舉力和懸吊載重轉移等因素統一用一個片語名詞來稱呼，例如「side bite」。通常會這樣做的理由在於，他們可能沒必要知道這麼詳細，或是刻意混淆對手而不讓對方得知車輛的性能，因此使用一般人容易接受的擬人詞彙。

#### 非承載重量轉移

非承載重量轉移是由非懸吊支撐的車輛元件重量所計算求得，這些元件包含了輪胎、輪圈、煞車、輪軸、控制臂一半的重量，以及其他的元件。這些連接於車身的元件會假設成無重量（便於計算用途），然後放在同樣的動態負載。過彎時，前輪的重量轉移會等於：前輪非承載總重 × 重力 × 前輪非承載重心高度 ÷ 前輪車軸寬度。此算法同樣適用於後輪。

## 懸吊系統類型

**獨立式懸吊（懸吊）系統包含了以下系統：**

 
**非獨立式懸吊（懸吊）系統包含了以下系統：**

 
  

汽車底盤採獨立懸吊系統可使各個車輪輪胎獨立跳動起伏，不會互相拉扯影響車輛行駛平衡，增加操控性與舒適性，只是成本較非獨立懸吊（如固定軸懸吊 Solid Axle）高。

## 裝甲戰車懸吊系統

早期戰車底盤為固定懸吊，震動大機動性差，後來採用農耕機葉片彈簧懸吊，但改善有限。
1930 年代美國人 John Walter Christie 發明坦克用全輪獨立懸吊系統，但與美國軍方因規格問題未達成協議，蘇聯買去這技術專利，讓蘇聯發展出行駛惡劣路面如履平地的 BT-7 與 T-34 坦克，越野機動能力遠勝納粹坦克，成為擊敗納粹德國主力軍隊改寫歷史的發明。英國另有一種 Horstmann 坦克懸吊是 Christie 懸吊系統的變異版，但故障率較高。

另一種二戰後沿襲至今的坦克懸吊系統為扭力桿（Torsion-bar）懸吊，避震行程不如 Christie 懸吊，但佔空間比 Christie 懸吊系統小，可容納大車輪與重裝甲，也可裝避震器（減震筒），今日重裝甲坦克常用。1991 年的英國挑戰者 2 坦克則使用類似雪鐵龍汽車的液壓氣動式懸吊系統。

根據形式，履帶車輛的懸掛系統可分為：

* 平衡懸掛
* 混合懸掛
* 獨立懸掛

根據彈性元件分類：

* 螺旋彈簧懸掛
* 蝶形彈簧懸掛
* 扭杆懸掛：美、蘇、德、中的第三代主戰坦克都採用；
* 液氣懸掛：自走炮採用，調節車體俯仰，補充火炮高低射角。
* 板簧懸掛
* 橡膠彈簧懸掛
* 空氣懸掛
* 混合式懸掛：首、尾採用可調式液氣懸掛以調節車體俯仰，中間採用高強度扭杆。

是否預測到地面情況分為：

* 被動懸掛
* 半主動懸掛
* 主動懸掛

## 參考資料

* 懸吊系統基礎

## 外部連結

* 懸吊系統基礎
* 車輛多連桿懸吊系統之分析