防倾杆

又称防倾杆,是汽车悬架中的一种辅助弹性元件。

防倾杆(英语:anti-roll bar (ARB)anti-sway barsway barstabilizer bar),又称横向稳定杆平衡杆,是汽车悬挂系统中一种重要的部件,作用是舒缓汽车在高速过弯,或通过不均匀路面时的侧倾现象。防倾杆的主要结构由扭杆弹簧组成,透过两端的杆臂将两边的车轮连接起来。防倾杆能增加悬挂系统的侧倾刚度(侧倾刚度是指汽车对抗侧倾的能力)。

图中为保时捷尾部的防倾杆(呈黑色),横贯于汽车底部。当车辆转弯时,防倾杆会扭转,从而防止车身侧倾。

在第二次世界大战前,防倾杆的使用率并不普遍,因为当时的汽车大多使用较硬的悬挂系统,人们也习惯了汽车倾侧的现象。自50年代起,人们开始于量产车上采用防倾杆,特别是用于悬挂较软的汽车上。

防倾杆横置于汽车底部。
安装于汽车前轴附近的防滑杆。

防倾杆的作用是逼使两边的车轮(包括减震器、弹簧及悬挂杆)下降或上升到接近的水平,减低汽车经过各种弯道及颠簸路面时产生的侧倾。没有防倾杆,汽车可倾侧的程度就越大。尽管防倾杆在设计上有很大变化,但功能大致相同。

如果没有防倾杆,当汽车快速过弯时,由于有更多的负荷施加于外轮,会导致车体压向外轮,外悬挂因而被压缩。内轮亦由于部分负荷被转移至外轮而升起,其悬挂因此而放松。防倾杆的介入令内轮推向车体,使内轮更贴近地面,令汽车的稳定性得到维持。汽车出弯后,这股向下推力便会减少,外轮及内轮便会恢复相同的高度。

由于每一对车轮都有防倾杆连系,彼此的运作消除了前后的倾侧,使汽车的四轮能维持相若的水平位置。

原理

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原则上,防倾杆是一个圆柱形的钢制扭杆弹簧,形状呈“U”形,横置于汽车的前端和后端,连结左右两轮的悬挂。它透过两端灵活的节点连接到两边的悬挂,使到其中一边的力可以传递到另一边车身。

当两边车轮垂直移动的幅度是一致时,由于两轮的水平高度相同,防倾杆不会发生扭转并发挥作用;当两轮移动的幅度不一致时(如汽车转弯时),两端的悬挂因走向不同的方向而对杆身施加扭力。防倾杆的硬度能对抗这股扭力,令两轮与车身的高度处于相若水平。[1][2]

对抗杆身扭转的程度要视乎防倾杆的硬度。防倾杆的硬度与杆身的长度成反比,与杆身的直径及杆臂的长度成正比(即杆臂越短,防倾杆的硬度越高)。防倾杆越硬,两边悬挂就越同步,促使车身倾侧所需的力就越大。

主要功能

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防倾杆主要有两个功能,第一是减轻车身横向的侧倾。其缓解的程度取决于汽车整体的侧滚劲度〈英语:roll stiffness)。提升侧滚劲度只会减轻车身的侧倾,并不会改变车轮之间的横向负荷转移。汽车质心的高度和轮距才是横向负载转移的决定因素。

防倾杆的另一个功能就是调整汽车的操控平衡。通过改变前后车轴之间侧滚劲度的比例,令汽车产生转向过度及转向不足。增加前轮轴侧滚劲度的比例〈提升前轮防倾杆的硬度)及减少后轮轴侧滚劲度的比例〈降低后轮防倾杆的硬度),会导致前轮的偏滑角较后轮的偏滑角大〈车胎因变形行走的轨迹偏差称为滑动角(slip angle)),即所谓的转向不足。相反,将后轮轴侧滚劲度的比例提升至比前轮高的水平,会导致转向过度。

使用缺点

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过硬的防倾杆缺点分两方面,其一是舒适性。由于防倾杆将两边的悬挂连在一起,当其中一个车轮驶过颠簸的路面时,会将施加于车轮的力传递到另外一边的车轮。在过程中,防倾杆会使汽车产生震动和左摇右摆的感觉,随著增加防倾杆的粗度及硬度,这些感觉会越加强烈,乘容可能会因此有不良的体验。不过通过对其他悬挂调整也可以延迟或减弱这些效应。北欧和德国车喜欢用偏硬的防倾杆,因为他们境内高速公路多,相反在山路蜿蜒的南欧,车厂喜欢将防倾杆设定得软一点。

侧滚劲度过高〈一般是由于对防倾杆的调较过于激进)会导致内轮在转急弯时离开地面,令外轮失去抓地力。但这一点对于部分汽车来说可能有好处,例如,一些汽车生产商将前轮驱动汽车〈英语:Front-wheel-drive〉的后轮调较成足够硬。

当汽车在过高速弯时,较多的负载会往后外轮转移,弹簧伸缩会吸纳了一部份,馀下的会引致车胎变形,若防侧杆太硬,车身倾侧不了,弹簧无法伸缩,重力转移大部份由外弯车胎承受,车胎大幅度变形抓地力就会下降;另一边轮〈后内轮〉因防倾杆过硬无法压向地面而失去抓地力。[3]对比后轮胎组一个负荷过多且一个悬空的状况而言,前轮胎组的负载更均衡所以有著更多的抓地力,令汽车产生转向过度,以对抗转向不足。

可调式防倾杆

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两种可调式防倾杆

可调式防倾杆一般可分为两种,一种是通过调较赛车杆臂的长度来改变防倾杆的硬度;一种是通过转动偏平的杆臂来改变防倾杆的硬度。一些赛车用的可调式防倾杆,它容许人员在加油维修站快速调较倾杆的硬度,而一些防倾杆则容许车手在赛车内调较倾杆的硬度,例如日本的超级GT赛车。

参考资料

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  1. ^ Platform stabilisation, Heave dampers, Anti roll bars. [2023-08-08]. (原始内容存档于2023-08-11) (英语). 
  2. ^ How does Sway Bar work? | What is an Anti-roll Bar?. [2023-08-08]. (原始内容存档于2023-08-11). 
  3. ^ 龙庆祥. 懸掛好幫手 解構防傾桿. 2021-12-15 [2023-08-08]. (原始内容存档于2023-08-10).