《小灰自習室》懸掛基礎中的基礎：彈簧與減震器
本文已得到原作者@小灰陽哥 授權，其他平台未經原作者本人許可不得轉載。
————————————————————————
汽車的懸掛系統可以說是汽車知識里最為深奧的一個理論，也是很多車迷朋友一直抱有很多疑問的，包括很多廠家也在不同的媒體層面去宣傳所謂身世獨立懸架或者是非獨立懸架以及所謂舒適性、操控性還有推頭甩尾，小灰覺得有必要以比較長的篇幅去為大家解釋這些問題的所在。希望大家看完今後的幾期欄目也能對汽車的懸架知識有一個系統的認知，我們也會將建立汽車所謂的suspension geometry的概念，當然也包括說如何去正確改裝的問題。
首先我們要從不同的懸掛組件的功能開始說起，最早的汽車上是沒有所謂懸掛這個概念的，車架和軸基本上是屬於硬性連接的結構，隨著人們對駕駛舒適性的要求提高除了橡膠輪胎的應用，人們還嘗試將車架和車軸去分離，將一些組件加入在其中，於是就有了汽車懸掛的概念。
說白了，懸掛就是起到減震作用的，為了實現減震的效果，人們又將一些零件加入到了懸掛組件中間，比如說最顯而易見的就是彈簧、橡膠塊一些常規的組件。
我們先來看汽車的彈簧，在這裡我們先要擊破一個誤區，就是彈簧根本沒有辦法來起到減震的作用，而彈簧的作用而是緩衝，緩衝和減震的區別在於彈簧不會減少汽車的震動，彈簧只不過是延長汽車受到的衝擊的作用時間，就是在單位時間裡的受力變小，從而形成所謂緩衝的作用，那大家想想如果一台車沒有彈簧受到衝擊的感覺應該是怎樣的呢？車輛就是以一種很大的力量和地面形成一種強烈的衝擊，如果有了彈簧，車輛上的衝擊就會被緩解掉許多。
所以說一台汽車在車架和車軸之間只有彈簧在作用的話，車輛的行駛狀態就是不停的去跳動，從理論上來說彈簧在發生壓縮和延展時如果沒有一個外力去抑制的話，彈簧會在車輛行駛中發生永久的震動。一樣車輛行駛的舒適性也不會得到什麼改善，於是後來人們給車的懸架組件上加上了另外一個零件就是減震器。
在以上這些彈簧種類中，應用最廣泛的一種就是螺旋彈簧，因為這種彈簧具備一下這些有點，重量小、結構簡單、製造成本低、可靠性強等等。螺旋彈簧對車輛的性能提升在於勁度係數很相對比較均勻，簡單來說彈簧受到的壓縮力越大，它的形變數或者說釋放出來的力也是比較線性的。這些特性就決定了它在民用車、乘用車、甚至賽車上一些廣泛的應用。
第二種就是空氣彈簧，其實說的簡單一點，空氣彈簧就是兩個氣囊組成的一個結構，這意味著充氣量越大它的力特性就表現的越硬，外形也就越長。它的優點就在於隨著充氣量的大小或者說壓力，可以比較自由的調節彈簧的軟硬和彈簧的高度。其實空氣彈簧最早被應用在一些商用車上面，比如一些卡車和大型客車，一些大型客車在使用了空氣彈簧了後可以實現快速的升高和降低底盤，就比如可以輔助一些老弱病殘人員方便的上下車輛。
但是我們在這裡必須指出的是原廠車的空氣彈簧的內部結構是十分複雜的，會分成很多的氣室和氣體流動腔，這個結構和改裝店裡的單氣囊或者說單氣室的空氣彈簧有著本質性區別的。同時空氣彈簧內部的充氣量或者說彈性係數等等，也都是根據車輛本身重量行駛特性一些複雜的原因做了很複雜的調校。
第三種懸架結構是葉片式彈簧，一般車友稱其為鋼板彈簧，但是這種彈簧的材質不僅僅是鋼製，還有些是複合材料製成的，某些車輛就是在使用的橫置複合彈簧結構。
以上的結構圖說明了橫置葉片彈簧與懸掛和擺臂的連接，當這些組件上下運動時也就推動了彈簧（彈簧和車身也是有連接的）。當然橫置葉片彈簧也是有缺點的，因為這種彈簧外觀看上去就是一個金屬片材，如果彈簧被固定在車身左右兩側的話，左側一頭被彎曲的話右側也會被彎曲，這也驗證了金屬形變的對稱性概念。所以這種形式的彈簧結構可能會導致車輛左右懸掛著有比較大和複雜影響和跳動感，當然並不是說汽車用了橫置葉片彈簧操控就一定不好，這是取決於廠家工程師對車輛的橫置葉片彈簧的勁值係數調校而定的，這裡最顯著的例子就是克爾維特C6 Z06。
但是葉片彈簧還有一個比較好的優點就是不會佔據車輛太多的縱向空間，這意味著工程師可以把一台車懸架設計的比較扁平，說回克爾維特C6的後背箱其實就特別大，因為懸掛不會佔據車身太多的內部空間。
有橫置葉片彈簧的構造，還有縱置結構，一般會被用在整體式車橋相匹配，這裡的例子基本上就是硬派的越野車或者說是載重的卡車。縱置葉片彈簧的優勢在於可以承受最大載重，一般我們可以在國內的可以很清晰的卡到這樣的結構，一般老司機俗稱它為"工"字板，經常可以看到一些超載的卡車或者渣土車就是用這類的結構。再來的一個優勢就是彈簧本身能實現一種所謂導向的作用，因為彈簧首尾連接點的問題，本身也起到了一個類似連桿的作用，所以這種彈簧上可以被直接固定上整體橋結構，不用再去增加導向連桿裝置，但是如果我們用其它三種形式的彈簧的話哪怕橫置葉片彈簧都是要給懸掛安裝導向零件的。還有就是多片式縱置葉片彈簧上下運動受力的時候彈簧片之間也會產生摩擦，摩擦的物理特性也能吸收一部分顛簸所產生的能量，在更早的時候使用這類懸掛結構的汽車是不配備減震單元的，就是利用葉片之間的運動和摩擦來實現減震作用的，我們可以從一些輕型的載重車的後橋只有葉片彈簧卻沒有減震器的結構，就是用彈簧來輔助實現減震。
但是縱置葉片彈簧和空氣彈簧都有一個巨大的硬傷，就是它們的彈性係數或者說勁值係數是會有變化的，這兩種彈簧結構不太適用於極端強調於性能取向的車輛，而且自身重量也非常大，一般這類結構只被用在商用和越野車上面使用。
此外還有還有一種結構，彈簧結構被稱之為扭桿式彈簧，通俗來說就是通過一根金屬桿的扭動來實現彈力，這種結構就基本只被在坦克或者軍用車上使用，民用車上就有陸地巡洋艦100。這種懸掛比較好的優點就是節省空間，概念等同於橫置葉片彈簧結構不用佔用太大的縱向空間。但是從目前來看，這種結構基本不太被使用了。當然還有極少數的法國車輛的後橋還在應用這種結構，類似於扭力管的結構，我們就不在這裡贅述了。但是目前民用車運用的比較多的彈簧結構就是螺旋彈簧、空氣彈簧、葉片彈簧三種類型。
本期欄目剛剛開始的時候我們提到彈簧的作用是緩衝，但是它沒有辦法吸收能量的，或者說彈簧只能暫時把動能儲存後變成勢能，而之後因為結構的原因還要將力完全釋放，假設一台車只有彈簧的話，那麼車在行駛中只要遇到一個顛簸後車輛會一直震動下去而且不會聽。所以呢人們就發明了減震器，減震器的作用有效的吸收車輛顛簸的能量，其原理就是把車輛所產生的衝擊動能幻化成減震器的熱能，我們可以看看減震器內部的結構。
原理其實並不複雜，減震器內部其實是充滿了油液的，減震器的活塞頭上是有鑽孔的，可能是一個或者更多，當減震器上下運動時腔體里的油液通過活塞頭上的小孔在上端腔和下端腔之間來回的去流動，因為油液是有粘性的，同時也會釋放大量的熱量，相當於把車輛因顛簸所產生的動能轉化成了熱能。
點擊看GIF動圖減震器在壓縮和回彈的時候，都是能夠吸收能量的，壓縮被稱之為壓縮阻尼，回彈的過程也就被稱為回彈阻尼，目前的減震器壓縮和回彈兩個不同的迴路，它們分別是壓縮閥和回彈閥，一般工程師會把壓縮和回彈的阻尼量調的不一樣，目的無非就是在舒適性操控性之間取得一定的平衡。但是減震器也不能獨立存在，因為減震器自身不能起到支撐的作用，所以說減震器如果獨立存在的話，車輛靜止在一處，底盤一定會是保持在最低點。即使行駛起來了也沒有辦法起到減震的作用，所以減震器必須與彈簧配合併協調作用於一台汽車上，等於彈簧壓縮的一個過程和回彈的一個過程同時去吸收能量，但最終彈簧還是會恢復並把車輛支撐到一個正常的高度，現在隨著技術的發展和進步很多減震器已經發展到了可變阻尼的功能，說的直白一點就是減震器可以去改變減震器的軟硬，而且壓縮與回彈的衝程都能去改變，其實原理也不難，就是去調整減震器里活塞上孔的大小，油孔越大油液流動就越快，自然阻尼就越小，等於吸收震動的能力也越差，但是相反如果活塞上的孔徑變小，那油液的流速必然變慢，阻尼也隨之變大，那減震器向下壓縮的動作也就會越緩慢去吸收更多的能量。（以下視頻與本欄目沒有任何商業和其它合作關係，請車友借鑒技術理論即可）
《超級說明書》全新S級 懸掛系統
當然調正和控制減震的方式也有很多種，比如說手動調整，這裡的實際例子就是我們自己改裝的角牙避震，其外部有一個可以手動調整的按鈕，通過這個裝置我們可以調整油孔的大小。還有就是電動調節的，很多原廠車就具備可變懸架（減震器）阻尼功能。
當然還有一種比較先進的技術就是電磁減震器或者叫磁流變減震器，這裡的例子就是通用汽車集團上的一些汽車就配備這項功能，比如凱迪拉克，它的原理不是改變減震器活塞上孔徑的大小，而是將一種叫做磁化油液充進減震器腔體內，這種磁流液是通過改變減震器兩端的電場去控制磁流液的粘性去改變減震器本身的阻尼，也就是說它的阻尼是根據電場力來決定的，所以變化和控制相對來說會變得很快，按照目前通用汽車自己宣傳的第三代MRC電磁懸掛可以在一秒鐘變化一千次左右。
除了彈簧和減震器之外，現在我們能接觸到的懸掛中還有一個部件就是防傾桿，或者我們可以叫它橫向穩定桿，它的左右是聯通車輛的左右兩側的懸架擺臂。顧名思義，防傾桿就是防止車輛側傾的一個裝置，或者說抑制車輛側傾，它的原理就是在U形桿一段翹起時另外一段就會被往地面方向下壓，因為金屬桿自身的扭動後所產生的彈性就會給車輛本身施加一個反向的力，把車輛從側傾放下施加一個反向的拉力，這也就是防傾桿的作用，同時有了這個裝置車輛的操控性也同時得到改善，使得車輛行駛更加的平穩。
當然防傾桿的確能提高車輛在側傾時的車輛操控性，但是弊端在於它連接了左右懸架，使得左右懸架在過顛簸路段的時候產生左右不同顛簸大小的干擾，就等於使得兩個獨立的懸架特性更接近於非獨立懸架。
關於獨立於非獨立懸架的結構我們在下一期的欄目中會有詳細講解，敬請期待。
————————————————————————
關於《小灰自習室》：
除了實(su)用(qi)的用車知識，想要成為真正的」汽(jian)車(pan)達(che)人(shen)」，理論知識也是很重要的，高小強會在專欄里推薦優秀的汽車理論知識文章，標準也是三觀要正，行文深入淺出，能把複雜道理說的簡單易懂的啦。
更多的理性技術知識，可關注《小灰侃車》微信公眾號
推薦閱讀：
※NIO EP9告訴我們，蔚來的未來將會怎樣?
※「半神半人」的較量 | 570S大戰911 Turbo
※男人要的那點自我空間——吳佩試駕林肯MKX
※高逼格高顏值的旅行之選
※《變形金剛5》中的汽車人，現實中都是哪些車型？