防傾桿的工作原理與改裝

[胡錦濤]

前言
對很多人來說防傾桿只是一支不起眼的鐵桿子，但你也許不知道這鐵桿子將對你的車產生重大的影響，只是你從未真正了解它的功用，現在我們就將帶您一探這底盤下的祕密。 Anti-Roll Bar通常翻譯成防傾桿，若要通俗一點則可叫它『下拉桿』。改裝前後兩支防傾桿雖然要花上您超過萬元的預算，但是它所獲得對操控改善的經濟效益可說是所有改裝項目中最高的。一般的量產車都會裝上防傾桿但大多只限於前輪，目的是用來達成操控與舒適的妥協。防傾桿通常是固定在左右懸吊的下臂，車子在過彎時離心力會作用在車的滾動中心造成車身的側傾，導致彎內輪和彎外輪的懸吊拉伸和壓縮，造成防傾桿的桿伸扭轉，利用桿身被扭轉產生的反彈力來抑制車身側傾。這裡所說的『側傾』和我們以前所提的『車身滾動』（Roll）是相同的；所謂『滾動』從車頭方向看去就如同把車子架在一根縱向從車頭穿過車尾的軸，然後做旋轉。當然這種旋轉是小幅度的，若旋轉的角度太大就會翻車，那就是真的滾動了。
　
防傾桿的作用
當左右兩輪行經相同的路面凸起或窟窿時，防傾桿並不會產生作用。但是如果左右輪分別通過不同路面凸起或窟窿時，也就是左右兩輪的水平高度不同時，會造成桿身的扭轉，產生防傾阻力（Roll Resistance）抑制車身滾動。也就是說當左右兩邊的懸吊上下同步動作時防傾桿就不會發生作用，只有在左右兩邊懸吊因為路面起伏或轉向過彎造成的不同步動作時防傾桿才產生作用。防傾桿只有在作用時才會使行路性變硬，不像硬的彈簧會全面的使行路性變硬。如果要完全靠彈簧來減少車身的側傾那可能需要非常硬的彈簧，更要用阻尼係數很高的避震器來抑制彈簧的彈跳，這樣一來我們就必須去承受硬的彈簧和避震器所造成諸如行路性、行經不平路面時循跡性不良的後遺症。但是如果配合適當的防傾桿不但可以減少側傾，更不必犧牲應有的舒適性和循跡性。因此，防傾桿和彈簧的搭配是達成行路性和操控性妥協的最可行方法。
　
防傾桿的特性
防傾桿和彈簧所提供的的防傾阻力是相輔相成的，而且防傾阻力是成對發生的，也就是說車頭的防傾阻力是和車尾的防傾阻力伴隨發生，但是由於車身配重比例以及其他外力的作用的關係會使得前後的防傾阻力並不平衡，如此一來便會直接影響車身重量的轉移和操控的平衡。假如後輪的防傾阻力太大會造成轉向過度（Oversteer），反之如果前輪的防傾阻力太大會造成轉向不足（Understeer）。為了改善操控我們不但可利用防傾桿來控制車身的滾動更可以用來控制車身防傾阻力的前後比例分配。 防傾桿最重要的功能就是達成操控的平衡和限制過彎時的車身側傾以改善輪胎的貼地性。過彎時彎內輪的懸吊伸長而彎外輪的懸吊被壓縮，這時防傾桿就會產生扭轉抑制這種情況。它會對彎外輪的懸吊施一個向下壓的力量，而對彎內輪的懸吊施一個抬起的力量，施予左右懸吊的作用力是大小相等方向相反相互牽制的。太軟的防傾桿在獨立懸吊的車會造成過彎時過多的外傾角，減少輪胎的接地面積，太硬則是會造成輪胎無法緊貼地面，影響操控性。對彎內輪來說，防傾桿對車輪施的力和彈簧對車輪施的力是方向相反的，彈簧產生的力可把車輪壓回地面，而防傾桿卻會使它離開地面。假如防傾桿太硬會減少把車輪壓回地面的力，如果這種情況發生在驅動輪，可能會使得出彎加油時彎內輪的抓地力變小，造成輪胎的空轉。這對擁有大馬力卻沒有LSD的車來說是相當危險的，最理想的狀態是把防傾桿所提供的防傾阻力控制在佔總防傾阻力的20%~50%之間。假如總防傾阻力太強的話可能會造成過彎時彎內輪的離地，如此會造成100%的重量轉移，這種情況通常發生在彎內的非驅動輪。我們常可看到Porsche 911過彎時前彎內輪離地的情況，同樣的情況也會發生在前驅車的後彎內輪。車輪離地並不是好現象，但有時為了整體懸吊設定上的需要卻也無法避免。 車身的滾動會降低循跡性或轉向的靈敏度。一部有最佳懸吊幾何設定的車就是有低的滾動中心、同時由彈簧所提供的防傾阻力可將車身的滾動限制在合理的範圍內。彈簧會影響輪胎的貼地性，同樣的彈簧所提供的防傾阻力對輪胎的貼地性也有很大的影響。對一部有既定的懸吊幾何、重心高度和車重的車來說，改變防傾阻力會改變極限過彎時車身的側傾程度。
　
防傾桿的設定
假如一部車過彎時最極限的車身滾動會導致懸吊系統產生超過2度以上的外傾角（Camber）變化，那麼表示部車需要較多的防傾阻力。車身滾動時有超過2度的外傾角變化，就表示至少需要增加負2度的外傾角，以便使輪胎在極限過彎時維持充分的輪胎貼地性。但是超過2度以上的外傾角設定會減少車子直進時輪胎的接地面積（Tire Contact Patch），並且會破壞所謂『瞬間循跡性』（Transient Traction），也就是從車子直線到彎道或從平路到傾斜路面的瞬間的循跡性。這對操控平衡、過彎速度、進彎和出彎的的轉向靈敏度都會有負面的影響，更會影響彎中的剎車和加速表現。 限制車身滾動的另一個理由是要限制滾動中心（Roll Center）的縱向和側向的位移變化，這對任何型式的懸吊系統都是很重要的，尤其是對麥花臣支柱氏懸吊系統而言更是如此。滾動中心的位移會導致突然的車身重量轉移變化，造成車身操控平衡的破壞。對賽車來說把車身滾動限制在1.5到2度內就可以把滾動中心的位移變化限制在可控制的範圍內，但是對一般道路用車來說把車身滾動限制在4度以內就算是非常理想的。 對防傾桿的設定來說調整車身滾動的前後比例分配是很重要的，假如我們要完全靠彈簧來抑制車身滾動，那麼必須使用很硬的彈簧，如此一來便會減低行經不平路面的循跡性（請參閱六月號的養車經濟學），如果使用防傾桿則可輕易的調整車身的操控平衡而不影響循跡性。因此在賽車所用的前後防傾桿通常都是可調式的，以便調校出最佳操控平衡，而一般道路用的往往是不可調的。 一般後驅車都將防傾桿裝在前懸吊，如此可增加前懸吊的抗側傾能力，減少過彎時後懸吊的車身重量轉移，這會延緩或消除過彎時驅動輪（彎內輪）的離地現象並增加轉向彎外輪的負荷，增強轉向不足的趨勢。而加粗後防傾桿會增強轉向過度的趨勢，對前驅車來說因為驅動輪在前輪所以需要增加後防傾桿的硬度，如此一來可增加驅動輪的循跡性並減少前驅車固有的轉向不足特性。但如果後輪過彎時會離地或是車身的側傾太嚴重，就應該考慮在前驅車的前輪加粗防傾桿以避免這種現象。但是對一部嚴重轉向不足的車來說，通常只要加粗前防傾桿就可大幅改善轉向不足的現象。
防傾桿的改裝
防傾桿的硬度是由製作的材質、桿身、桿徑、桿臂的長度以及和桿身所成的角度所決定。桿身的長度越長則硬度越軟，反之桿臂的長度越長卻會增加其硬度。受限於車寬所以桿身的長度幾乎不太能改變，但桿徑和桿臂的長度卻是比較容易調整。一般來說防傾桿的材質都大同小異，所以要改變防傾桿的硬度都是由改變桿徑來達成。此外由於槓桿原理的作用，改變懸吊臂與防傾桿臂的的連接點就可改變桿臂的力矩，而可調式防傾桿就是由這裡著手。防傾桿的硬度可表示成： 此外，把固定防傾桿的橡皮櫬墊換成硬的材質會有您意想不到的效果，在實際的測試中，使用一支直徑0.8英吋的防傾桿配上硬質的襯墊和使用直徑1.0英吋的防傾桿配上橡皮襯墊具有同的效果。 防傾桿的效果就表現在過彎時的側傾，要了解側傾的程度最好的方法就是利用照相機拍下極限過彎時的照片，然後在照片上量出側傾角度，更換較硬的防傾桿後在依同樣的方式再拍一次，比較兩次的角度就可判斷出不同。要去計算所需防傾桿的硬度是很複雜的，不但要考慮自身的硬度更要考慮和彈簧的搭配，因此唯有不斷的測試再測試，這是底盤設定上的不二法門。當你決定改裝你的底盤時，除了彈簧和避震器的搭配外，你更應該要好好考慮你的防傾桿，這種學問是建立在科學理論基礎、豐富的經驗和不斷的嘗試上，而改裝的真正樂趣就在這裡。
　
圖說
1 　刊頭
2　Anti-Roll Bar是行路性與操控性妥協的唯一希望。
3　所謂『滾動』是離心力作用在滾動中心所產生車身兩度空間位移。
4　Anti-Roll Bar只有在左右懸吊動作不同步時才產生作用。
5　前後懸吊防傾阻力的比例分配直接影響車身的重量轉移。
6　防傾阻力的平衡會車子影響轉向特性的趨勢。
7　後驅車的防傾阻力太大會造成前彎內輪的離地。
8　FF車為了整體懸吊設定上的需要，後輪離地已是司空見慣。
9　賽車的前後防傾桿是多段可調的，以求得最佳懸吊設定。
10　過高的防傾阻力會造成出彎時驅動輪打滑的潛在危機。
11　F-1是懸吊藝術的最高境界。
12　懸吊的最佳設定就是極低重心和極小的車身滾動
13　對賽車來說合理的側傾是在2度內。
14　對道路用車來說4度內的側傾即屬合理。
15　即使頂級如928GTS，一上了跑道懸吊的設定仍顯得力不從心。
16　防傾桿的彈力係數K=
17　懸吊的設定是決勝的關鍵。
18　防傾桿通常裝在懸吊的下臂。
19　改裝用的防傾桿要比原廠部品來得粗壯。
20　懸吊設定就是在基本的理論基礎下不斷的嘗試再嘗試。

[fernand]

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