TWI483859B - 懸吊系統 - Google Patents

Description

懸吊系統

本發明係關於一種懸吊系統，尤指一種適用於車輛之避震器總成。

當無懸吊裝置之車輛要越過粗糙表面，每一次經過凸塊時車輛整體必須歷經上升與下降過程。車輛移動越快，這種上下運動變的更為急促。在高速下之凸塊會將車輛向上猛推，並藉由重力快速落回。因此即使在適當速度下，車輪也會離開地面而橫越凸塊頂端。此時懸空的車輪無法抓地。

目前已有提供大能量之技術，但仍須輪胎牢固接觸於路面之配合。現代之車輛懸吊是利用氣動輪胎使車輛連同駕駛者、負重不受到上述之垂直力量。上述懸吊裝置抑制了因橫越不平坦地形或進行急速運動如加速、煞車、或轉彎所引起之垂直震盪。

習知懸吊系統通常是經過折衷的，其著眼於達成以下兩項相對立之功能； (a)駕駛舒適性。係使駕駛者與負重不受到垂直震盪。此通常是透過像是豪華汽車所用之低彈簧特性來達到，其一般具有約3比1的靜動(static to bump)彈簧比，常為長車輪型，且需硬質防傾桿以平衡固有的操控動力性。

(b)進行急速車輛運動時安全的動力操控。此通常透過用在多數跑車/賽車之高彈簧特性來達到，其一般具有約5比1的靜動彈簧比，在某些情形會超過9比1。此比例受限於駕駛者的不舒適度。

折衷方式為，提升駕駛舒適性而降低動力操控性；或者提升動力操控性而降低駕駛舒適性。

上述情形又因安全的動力操控是可量化，駕駛舒適性卻不行而更為複雜。駕駛舒適性是個人感覺，每個人的容忍度與極限都不同，因為那是許多因素包括人類觀感的總和結果。

設計用於日用車輛之懸吊系統通常並非艱鉅的任務，因舒適性對於動力操控性之等級通常落在合理的界線內而非在極端上。但當上述等級達到極端時，問題便會產生，例如越野車、跑車、賽車的場合，此時動力操控受限於個別駕駛者的不舒適度(即疲勞度)。

懸吊系統通常可利用經驗證之數學模型，並使用習知技術來求出已經過折衷設計之解，進而加以公式化。因彈簧與阻尼特性是以下各項直接組合的結果： (i)由每一車輪所支撐之質量範圍，也就是從空載到滿載(與車輛有關)。

(ii)適當的車輪垂直行程(與地形有關)。

(iii)越過地形的速度(與駕駛者舒適度有關)。

(iv)車輛類型，例如豪華車、道路車、跑車、賽車(與駕駛者舒適度/車輛動力操控性有關)。

為彌補此種折衷需求，必須將輔助懸吊平衡器整合進來，像是防傾桿(anti-roll bar; sway bar)，用來限制車軸連接。對於合理駕駛舒適性及良好動力操控性持續的需求也促使許多懸吊方面論文產生，主要著眼於限制車體垂直運動、並降低俯仰與滾翻(pitch and roll)。

大多數習知懸吊系統基本上屬於非可調整式。有些為賽車訂製的懸吊系統可進行有限的調整。但此種調整目前仍侷限於： (a)底盤高度(ride height)，係透過機械機構(例如以螺旋彈簧抵頂於圈狀避震器)。

(b)低流率衝擊阻尼(low flow rate bump damping)，係透過針閥獨立調整衝擊(bump，美式稱呼為jounce，指車輪上抬)期間產生之低流率阻尼力。

(c)低流率回彈阻尼(low flow rate rebound damping)，同樣是透過針閥獨立調整回彈(指車輪下降)期間產生之低流率阻尼力。

(d)高流率衝擊阻尼，只有專業級賽車能。

(e)高流率回彈阻尼，通常只有專業級賽車能。

雖上述(a)、(b)項之衝擊與回彈期間調整主要影響低流率阻尼力，但仍微量改變高流率阻尼特性。

高流率阻尼特性之斜率與形狀是由避震墊圈(shim)所定義及改變。但只能由專業人員(例如製造商或授權之代理商)改變，並非駕駛者可進行調整者。

需注意的是，現代賽車用避震器通常是特定於車輛前 輪或後輪，無法從前輪將之移到同一車輛之後輪上，不同車輛之間的移動調整更是如此。

空氣、及液壓氣動式懸吊系統是透過調整下列各項來調節車輛的底盤高度： (i)空氣壓力，此類車輛例如HGVs、Range Rover、Mercedes Benz、Rolls Royce、或Harley Davidson。改變同一腔室容積之空氣壓力會使彈簧勁度產生變化。但靜動彈簧特性通常是線性的，與充填之壓力保持一定關係(約3比1)。這種系統使用了橡膠氣囊，其最大工作壓力限於約100psi，通常具有大徑長(力=壓力x面積)，容易因路面碎石而受損。也需要一些輔助設備才能發揮作用，像是壓縮泵、蓄積器、閥、固定及可彎曲的管線系統(pipework)。如此限制了工作媒體只能是空氣，故也必須排除濕氣的進入(會引起鏽蝕及液壓鎖緊)。

(ii)液壓流體容積，車輛如Citroen。為補償氣體容積之變化而調整液壓油容積也會改變車輛高度，但不會影響彈簧特性。

申請人瞭解到目前存在著對於懸吊總成之迫切需求，以求在各種條件下，如車重(從空載到滿載)、及駕駛者的競速風格，可迅速調整而適配於特定賽道、環形競車道(circuit)。

在本發明一較佳實施例中，懸吊總成包括下列可調功能： (a)能產生近似線性、或真實非線性之彈簧特性。

(b)能設定、調整靜動彈簧比，從低於3:1到高於9:1。

(c)能控制彈簧上升之變率，以漸進或突變方式。

本發明另一較佳實施例中，懸吊總成具有動態滾翻控制之功能。安裝在每一轉向輪上，可連結二個上述懸吊總成來減弱或引致轉彎期間之動態滾翻控制。連接到轉向輪的懸吊總成其彈簧特性及底盤高度在轉彎期間會被自動改變以減弱或引致動態滾翻控制，故改善了車輛的動力操控性。

本發明又一較佳實施例中，懸吊總成安裝至每一車輪台架(wheel station)，且懸吊總成之間相互連結，藉此提升車輛進行急速運動如加速、煞車或轉彎時動力操控之安全性。此有助於提供動態俯仰與滾翻之自動控制。

前述之俯仰與滾翻控制裝置不同於動態滾翻控制裝置，因前者是影響所有車輪台架的懸吊總成，重新分配車輛運動產生的力，藉此改變彈簧特性及底盤高度，也進而降低車體之俯仰與滾翻度，改善了車輛的動力操控性。

上述之懸吊總成較佳可控制車輛姿態，並具有在車輛運動時降低整體重心之能力，使車輛能夠更快速過彎。可調整功能較佳允許下列各項： (a)靜動彈簧特性之粗調，使調整得以適配於道路/賽道、或道路/越野，反之亦然，例如從低於3:1到高於9:1。

(b)靜動彈簧特性之細調，使懸吊能被微細調校而適配於下列各項變化： (i)車輛質量，從空載到滿載。

(ii)重心。

(iii)個人駕駛技巧。

(iv)不同賽道條件等。

懸吊總成較佳可安裝至任何車輛以提供不同懸吊參數，例如日用車、摩托車、跑車、及訂製之高性能車輛。

彈簧率之調整可比喻成調整大多數日用車上之頭燈。頭燈被重新定位以補償因乘客及/或行李所造成車重之變化。類似的控制裝置可用於動態改變彈簧特性，並將車輛舒適性與動力操控性回復至可接受的程度，或用來改變彈簧特性，即從跑車舒適模式或某種跑車模式變化至另一種模式。這種控制特徵理想上適用於摩托車，因其舒適性/駕駛動力性在空載與負載時變化很大。也可以讓跑車及高性能車輛之舒適性/動力操控性設定為適合道路/賽道、道路/越野、或道路/賽道/越野之用途。

為達到上述新的功能與選擇，新的懸吊單元較佳整合了以下兩項新技術： (1)分隔活塞與減震閥。

(2)裝入浮動式減震板。

將閥重新定位使其遠離活塞，如此可增加壓縮氣體之施力。這額外的力量是用來建立非線性靜動彈簧特性。此改變也使通過減震閥的液壓油流率升高，產生較大的阻尼力量。

利用浮動式避震器板能輕易調整高流率衝擊及回彈阻 尼力。

因懸吊系統是考慮介於駕駛舒適性與動力操控性之折衷，已以存在有已確立、世界性的大市場是針對那些想修改車輛懸吊系統以適用於街道、賽道、環形競車道、或競賽場合的人。從基層的業餘者、自助式愛好者到國際性專業級賽車團隊都有，全部人也都在追求駕駛性能的極致。

目前來講，改變對於量產型車輛的折衷牽涉到需在物理上改變現存之彈簧與避震器。通常是以下四個範疇： (a)保留現有彈簧，將避震器改成更硬的或可調整。如此將使得乘坐舒適性稍減、但提升了操控性。這種設定一般是用在街道用途。

(b)改成較硬的彈簧且避震器改成可調整，通常伴隨降低底盤高度約25/40公釐，並安裝較硬的防傾桿及偏平胎(low profile tyre)。如此將大為減少乘坐舒適性、但也大幅提升操控性。有很多不同等級的這類設定常用於街道、賽道、環形競車道、及競賽用途。

(c)彈簧改成空氣懸吊，可具有較柔軟乘坐性，並具有調整或維持底盤高度(自我平位)功能。如此相較於一般標準有更柔軟、舒適的乘坐性，但會降低動力操控性。這種設定一般用於豪華車輛、街道使用、或作為助力彈簧以對小貨車或小卡車之後車軸發揮自我平位功能。

(d)將彈簧與避震器改成液壓氣動式懸吊系統，可讓 車輛具動態運動，相較於一般標準有稍好的乘坐舒適性但使動力操控性稍減。這種設定一般也是用在街道用途。

需注意的是，(c)項已經是常見的解決方案，因其可調整底盤高度、亦具備自我平位功能。另外，其相對於變動之靜態車輪負載還具有維持固定的靜動比的能力。然而，需有輔助設備及動力源才能執行這些功能。

無論哪一類懸吊範疇，結果通常會是有限的，即只能在特定用途上使用，例如只能用在一個範疇，在該範疇中也只允許有限的調整。

此外，現有的替代避震器其減震閥尺寸需適配於特定車輪負載。某些避震器甚至是特定於車型者，即Audi TT或Honda S2000，且具有對於衝擊與回彈之有限且獨立之調整能力。若車輛改變其參數大多(因減重所致車輪負載)，減震閥需被重新改變大小。

是故，若欲改變懸吊設定像是從道路使用變至賽道使用，並無法迅速達成，因為習知懸吊總成只允許改變成避震器低流率衝擊與回彈設定。為了從道路變為適配於賽道，反之亦然，或為求適於不同賽道之彈簧特性轉變也當然同理，並不存在有以改變靜動彈簧特性來達成之方式。

圖1顯示目前一般車輛之圈狀避震器總成。其包括一圈狀彈簧，避震器在中間。避震器可以是單管或雙管設計，二者皆使用關於車體運動控制及系統阻尼之相同技術。提供此種一般單管式避震器總成的廠家有Ohlins、Bilstein、 Monroe、或Koni。

避震器總成一端固定在車體，另一端固定在車軸。圈狀彈簧置於連桿與缸體之凸緣間。車輛的垂直運動使連桿在缸體內運動。此運動會造成： (a)壓縮或拉伸圈狀彈簧，儲存或釋放圈狀彈簧內之能量以提供車身運動控制。

(b)活塞與閥總成在缸體內運動，壓迫流經閥總成之液壓油，提供了阻尼力使輪胎保持接觸路面。

一分隔活塞與氮氣補償從活塞一側到另一側所需之液壓油量差。系統於是被增壓，介於12至30 bar，藉此阻止在動態條件下液壓油之曝氣與空蝕。

因增壓之液壓油作用在活塞兩側，其工作面積限制在兩區域面積之差，亦即連桿直徑。作用在這塊小面積上的氣體壓力仍足以使避震器在自車輛移出時呈全開。

圈狀彈簧提供懸吊系統大部分的支撐力量，而氮氣只提供殘餘力量。圈狀彈簧在靜動彈簧特性上通常傾向線性的。非線性彈簧特性可藉由下列方式得到： (i)將彈簧材料直徑漸縮。

(ii)改變線圈節距。

(iii)改變線圈半徑。

(iv)堆疊不同額定值之彈簧，以疊在另一個的頂端之方式。

不論何種方式，非線性度的量值範圍及相關靜動彈簧特性有限，主要是因線圈的綁紮(線圈間相接觸)。

圈狀彈簧存在有一個大問題就是，一旦製造出來就非常難改變其靜動彈簧特性。只能以物理上改變彈簧參數的方式來達到，例如材料的機械性質、線圈直徑、線圈半徑、線圈節距。以不同彈簧特性之彈簧進行改變取代。

活塞具有一環，環上穿設有兩組孔洞可讓液壓油自一側外緣流進另一側內部。對活塞任一側而言，內部孔洞被以內緣或外緣固定在活塞、另一緣則為自由端之薄墊片所覆蓋。在上述墊片頂端可堆疊其它墊片或間隔器，藉此修改其勁度。在衝擊阻尼期間使用一組堆疊墊片，而在回彈阻尼期間則使用其它組堆疊墊片。

在低流動率下，衝擊阻尼力是由被迫流經一旁通孔之液壓油所產生，如圖2之物件3所繪示。所建立之油壓並不足以使活塞底之墊片撓曲以使液壓油流經活塞之孔隙。

在較高流動率下，例如當車輛駛過一凸塊，所建立之油壓以足夠力量推動並撓曲墊片，使稍呈圓雖狀。如此將使液壓油通過低流率孔口、阻尼孔洞，且自墊片經撓曲之一緣底下流出，如圖2之物件2與物件3所繪示。上述墊片可比擬成一種圓形硬質舌閥。活塞運動越快，堆疊墊片撓曲而增加的孔口面積越大。

在衝擊期間，當車輪質量與圈狀彈簧迫使避震器再次伸張，液壓油以反向流動，如圖3所示。其使用相同的低流率旁通阻尼，墊片則是活塞頂端的，而非底部的。

阻尼力之特性可透過改變墊片尺寸(數目、厚度、直徑)來改變。因此，改變活塞任一側之堆疊墊片可獲致不同的 衝擊及回彈阻尼力特性。然而，這只能由經避震器廠商授權的服務中心來進行。

最初的可調整避震器使用了設於活塞中心的針閥，如圖2與圖3之物件3所示。這使得衝擊與回彈之低流率可以調整。此種調整只能用於低速運動控制，亦即用來防止打滾(wallowing)。上述調整也稍微改變了由減震閥產生之較高速之阻尼。

以相同方式調整低流率衝擊及回彈阻尼以防止打滾會造成一困境，即阻尼太大，引致跳動(hopping)及擺動(wobbling)。為阻止上述跳動及擺動，理想設定是衝擊阻尼力約為防止打滾所需回彈阻尼的20%至25%。

這項條件使得某些避震器會具有互為獨立的衝擊及回彈阻尼力調整。這些調整器同樣只能作用在低液壓油流率情況，也用於調整低速運動控制。上述調整也一樣稍微改變由減震閥產生之相關的較高速衝擊及回彈阻尼力量。

概要地說，可看出習知圈狀避震器包括用來支撐車輛質量之圈狀彈簧、及用來產生減少車輛震盪所需力量之避震器。這些單元只依靠調整阻尼力來補償駕駛舒適性、及動力操控性間之折衷。

本發明之一目的在於通一種避震器總成，其包括有一活塞與缸體裝置、一阻尼液腔室、及設於阻尼液腔室內之一減震閥裝置，其中減震閥裝置將腔室分隔成兩個子腔 室，且避震器總成中，閥裝置調節二子腔室間之流體流量。

本發明另一目的在於提供一種避震器總成，其包括有一活塞與缸體裝置、將活塞彈性推移之一彈性構件、一阻尼液腔室、及內裝有氣體之一氣體腔室，且避震器總成中，活塞與阻尼液腔室中的阻尼液會互相作用，且氣體腔室之氣體會作用在阻尼液上。

以下將配合參考圖式以描述本發明之各種實施例。

參考圖4，圖中顯示一圈狀避震器總成，其中減震閥已自活塞分離，並安裝在液壓油腔室，藉此將液壓油腔室分隔成兩個子腔室。如此會改變從連桿位移到實心活塞(液壓油只被保持在一側)產生之氣體彈簧。避震器總成還包括與液壓油腔室分隔開、但施加壓力於液壓油腔室油體之氣體腔室。

這樣的配置使氣體腔室之氮氣只作用在活塞右側之全部面積上。左側部分可對大氣開放或者處於真空，故在兩側之間提供了最大的壓差。

如此一來，相較於習知額定避震器總成，會提高由氮氣產生的支撐力量所佔的比率，而相應降低圈狀彈簧力量的比率。

上述安排並非必要將減震閥整合進去，故可降低圈狀彈簧質量、尺寸、及重量，但會增加氮氣腔室容積、及通過減震閥之液壓油流率(對相同活塞位移而言)。

如上所述，圈狀彈簧通常為線性或近似線性之特性，而壓縮氮氣方式卻可提供真實非線性之彈簧特性。圖5顯示來自兩種彈簧類型之組合可能的彈簧特性。

由近似線性到非線性之彈簧特性改變可以藉由調整氣體腔室容積的方式來達到。其允許單一避震器總成依需求產生近似線性彈簧特性而用於道路路況、或是真實非線性彈簧特性用於賽道或越野路況。

此外，改變圈狀彈簧與氮氣力量之間的比率提供了對於舒適性及動力操控性之間轉換速率的控制能力，可以是突然的變化，如圖6所示；也可是漸進的變化，如圖7所示。

能夠產生近似、真實非線性彈簧特性的能力理想上適合用來改善駕駛舒適性與動力操控性間之折衷。

因非線性彈簧特性在接近靜態時提供了一種低彈簧特性，其改善駕駛舒適性、但因懸吊系統更猛烈的作用變得更為剛硬，亦提升動力操控性。

由圖7可以看出，相較於高圈狀彈簧配低氣體彈簧、或者標準圈狀彈簧，低/無圈狀彈簧配高氣體彈簧特性造成較高的回彈力量。這讓車輛具有較大的回彈行程、及更為平均的平衡地面力，因而有更好的動態穩定度。

此外，近似/非線性彈簧特性，相較於習知懸吊，也讓更多能量被懸吊系統吸收。懸吊系統吸收的能量越多，則只需花費引擎較少的能量來推動承載車身質量(sprung mass)越過地形。這多出的引擎能量可被用來推動車輛以更快速度越過相同地形，理想上適用於拉力賽(rallying)及越 野車輛。

由此可看出新的避震器總成適合於多樣的彈簧特性，因其具有調整下列各項之能力： (a)圈狀彈簧對氣體力量的比率(改變從舒適性到動力操控性之轉換)。

(b)油壓缸直徑(改變液壓油流率)。

(c)氣壓缸直徑(改變靜態充填壓力)。

(d)氮氣腔室容積(改變近似線性至非線性特性或於相同力量條件下自靜態開始之車輪垂直位移)。

(e)氮氣充填壓力(改變氣體力量及靜態底盤高度)。

如上所述，僅改變氮氣腔室容積會改變避震器總成近似線性至非線性之彈簧特性，或者相同力量條件下自靜態開始之車輪垂直位移。此僅需透過改變氮氣充填壓力或氣體腔室之物理容積便可達成。

(a)改變充填壓力會改變腔室內氮氣質量。腔室容積會調整直到支撐質量、線圈、及氣體力量之間達到平衡，故也改變了近似線性至非線性之彈簧特性、並對應改變靜態底盤高度及自靜態開始之車輪垂直位移。降低充填壓力使氣體力量減少，造成氣體腔室在支撐質量、線圈、及氣體力量達平衡時容積增加。此使得底盤高度降低，也因而提高圈狀彈簧對氣體力量之比率、及彈簧特性的非線性度。此理想上適用於降低避震器總成之彈簧特性，例如從越 野-道路-賽道路況之變換。升高充填壓力使氣體力量加大，造成氣體腔室在支撐質量、線圈、及氣體力量達平衡時容積增加。此使得底盤高度升高，也因而提高圈狀彈簧對氣體力量之比率、及彈簧特性的非線性度。此理想上適用於提高避震器總成之彈簧特性，例如從賽道-道路-越野路況之變換。

(b)物理上改變氮氣腔室容積會使得在支撐質量、線圈、及氣體力量之間達到平衡時充填壓力發生變化，故也改變了近似線性至非線性之彈簧特性、靜態底盤高度、從靜態開始之車輪垂直位移也對應變化。增加額外氣體腔室容積會使現有之氣體力量、及氣體腔室容積降低，使圈狀彈簧對氣體力量比率增加，使底盤高度降低，使彈簧特性的非線性度增加。此理想上適用於降低避震器彈簧特性，例如從越野-道路-賽道路況之變換。減少額外氣體腔室容積會使現有之氣體力量、及氣體腔室容積加大，使圈狀彈簧對氣體力量比率減少，使底盤高度升高，使彈簧特性的非線性度減少。此理想上適用於提高避震器彈簧特性，例如從賽道-道路-越野路況之變換。

需注意的是，改變氮氣充填壓力需使用充填套件，其附有壓力規、及氮氣源(瓶裝壓縮氣體)。此外，氮氣可改以 壓縮空氣、輔助壓縮機、蓄積器、管線系統、及調節與平位閥。

改變氮氣腔室之物理容積可透過例如整合一封閉系統來達成，此系統包括有一額外氮氣腔室、分隔活塞、及旁通孔口/傳送埠。圖8即繪示出此範例。

可以將這些額外物件確切地安排使其配合特定的安裝條件，也就是平行配置、透過連結管遠距相隔、或者如圖示之串接配置。旁通孔口/傳送埠控制氣體從一氣體腔室流到另一腔室。此可透過一孔口埠漸進達成、或者透過手動或動力驅動閥提供不受活塞速度影響、保持不變的氣體容積達成。

使用孔口埠是較佳的方法，因其使彈簧率得以依照與車輪垂直速度之關係自動改變。物理調整氣體容積的方法，也就是以在額外腔室內移動額外分隔活塞之方式，可以透過許多媒介來達成，例如下列各項，但並不限於此： (i)機械式，亦即螺絲、水平儀、棘輪等。

(ii)電機式，亦即馬達驅動導螺桿、致動器等。

(iii)液壓式，亦即動力分導(power take-off; PTO)泵、動力轉向連桿組等。

(iv)氣動式，亦即輔助壓縮機、蓄積器、閥、及管線系統等。

概要地講，改變充填壓力及/或氣體腔室容積可讓避震器總成之彈簧特性受調整以適配於多樣的舒適性與動力操控性條件，也就是從賽道-路面-越野路況設定轉換。舉例而 言，裝有所述新式避震器之車輛能夠： 自公路換至賽車場地行駛，且可輕易、快速地轉成賽車設定。避震器也包括有用來依狀況細調懸吊系統以配合不同賽道、道路、或越野路面設定之設施。此理想上適用在跑車/高性能類型之車輛；具有安裝至轉向輪之標準新式避震器，及可調整之氣體腔室容積避震器，整合了自我平位功能，安裝在後輪上，理想上適用在負載型車輛例如摩托車(俯仰控制)、輕便小貨車(pick-up)、有蓋小貨車(van)、及輕/中/重型負荷卡車等。

對額外氮氣腔室、分隔活塞與旁通孔口/傳送埠而言，另一種配置方式繪示於圖9。

移動額外分隔活塞之位置會限制現有分隔活塞之運動，車輪垂直行程亦同。但因氣體在動態條件下被限制而無法從現有腔室透過旁通孔口傳送到額外腔室，峰值負載是維持不變的。

其影響為，當系統為靜態時，二室可達相等，且可使現有腔室在車輪行程縮減下達到峰值壓力，可用來使懸吊更硬，讓車輛更穩定。此理想上是用在跑車/高性能型車輛。

避震器總成之減震閥總成繪示於圖10，包括

(a)孔口板，包括有一孔口、及旁通流通孔。

(b)一支撐板，包括有一通孔。

(c)一圓頂彈簧組，包括有一個或相互串聯或並聯堆疊之多個圓頂彈簧。

孔口板與支撐板間之距離是不變的。圓頂彈簧夾設於 孔口版與支撐板間，且其邊緣形成與各板間之密封，也就是指圓頂彈簧與孔口板之間、及圓頂彈簧與支撐板之間密封。

在低流動率下，衝擊與回彈阻尼力是由被推擠穿過孔口之液壓油產生。所建立的油壓並不足以使圓頂彈簧撓曲、讓液壓油流過彈簧、經過支撐板上之穿孔。

在高衝擊流動率下，例如當車輛駛過凸塊，建立的油壓以足夠的力量推動圓頂彈簧，使其撓曲成稍平坦之型態。如此可使液壓油流經孔口、經過彈簧外側部位撓曲之邊緣下方、以及通過支撐板上的孔隙，如圖11所示。活塞移動越快，圓頂彈簧組之撓曲及增加之孔口面積越大。

在高回彈流動率下，例如當車輪質量與圈狀彈簧迫使避震器再次伸張，建立的油壓以足夠的力量推動圓頂彈簧，使其撓曲成稍平坦之型態。如此可使液壓油流經孔口、越過彈簧內側部位已撓曲之邊緣、以及通過支撐板上的通孔，如圖12所示。活塞移動越快，圓頂彈簧組之撓曲及增加之孔口面積越大。

阻尼力之特性由下列各項定義： (i)圓頂彈簧參數： (a)外徑

(b)內徑

(c)厚度

(d)自由高

(e)材料性質

(ii)彈簧並聯數目。

(iii)彈簧串聯數目。

(iv)施於彈簧組之預負載(總成高度)。

(v)彈簧之定向。凹面彈簧在衝擊期間產生低衝擊、高回彈力量，亦即對道路及賽車路面為理想。凸面彈簧在衝擊期間產生高衝擊、低回彈力量，亦即對快速型越野路面為理想。

圖13繪示典型衝擊及回彈阻尼力特性曲線圖。此圖表顯示關於衝擊與回彈二種情況下，低流率孔口阻尼力特性是相同的，且隨車輪速度增加而呈指數上升。指數上升速率是由孔口直徑所定義，也就是孔口直徑越大，指數上升速率越慢、要破開圓頂彈簧組所需之車輪速度越大。

因此，改變阻尼孔口直徑可產生不同的低衝擊及回彈流率阻尼力特性。此可藉由使用類似現有避震器那樣的技術來達到，例如可調整針。

要破開圓頂彈簧組所需阻尼力大小是由彈簧組之預負載大小所決定。預負載越大，要破開圓頂彈簧組所需阻尼力也越大。圖表也顯示出，在相同總成高度下，衝擊及回彈之高流率破開力量與阻尼特性是不同的。

此外，這些高流率阻尼力量也隨車輪速度增加而呈指數上升。指數上升速率是由彈簧組裡的每一圓頂彈簧特性、及串、並聯彈簧之數目所定義。彈簧組的彈簧率越小，指數上升速率越低。

改變圓頂彈簧組及其組件高度可分別產生不同的高流 率衝擊及回彈阻尼力特性、及破開力量。圖13繪示出此種情形，代表近似線性高流率之範例。圖14則為非線性高流率之範例。需注意的是，改變圓頂彈簧組只能由避震器廠商或受認可的工廠來進行。

如上所述，圓頂彈簧之定向很重要，因其提供不平均的衝擊及回彈阻尼力量。這些不同的力量可在使用較重型懸吊時用來改變車輛的底盤高度，也就是橫過粗糙地形時。

在衝擊期間，凹面彈簧定向會產生比回彈還低的衝擊力量。這種不平衡狀態促使車輛降低，因此對於快速型道路及賽車場合是理想的，如圖10所示。

在衝擊期間，凸面彈簧定向會產生比回彈還高的衝擊力量。這種不平衡狀態促使車輛抬升，因此對於快速型越野路況是理想的，如圖15所示。

如上所述，改變圓頂彈簧組的總成高度也會改變高流率破開力量。將支撐板與彈簧間隔器固定，就可透過降低間隔器高度、或升高上部孔口板止擋而輕易獲致孔口板底部與彈簧間隔器頂部之間的間隙。如此便可讓孔口板在二者間浮動，如圖16所示。

衝擊破開力可由上部孔口板止擋的位置來設定。相較於標準阻尼總成，升高止擋會讓彈簧組預負載變小，故也會讓破開圓頂彈簧組所須之衝擊阻尼力降低。

回彈破開力可由彈簧間隔器高度來設定。相較於標準阻尼總成，降低間隔器高度會讓彈簧組預負載變大，故也會讓破開圓頂彈簧組所須之回彈阻尼力增加。

結合上述圓頂彈簧特性、上部孔口板止擋位置、及彈簧間隔器高度各參數，也就是浮動的大小，便可讓衝擊、及回彈破開力量之間是獨立不相關的。可用來調整避免打滾所須之高流率回彈阻尼力，還可降低高流率衝擊阻尼力至較佳大約是回彈力量的20%至25%。

在低流動率下，基本上是維持在與標準阻尼總成相同，也就是衝擊及回彈阻尼力是由被強迫流過孔口之液壓油所產生。雖然在衝擊期間油壓可建立起足夠的力量驅使孔口板移至彈簧組、並將圓頂彈簧撓曲成較平坦型態直到孔口板碰觸彈簧間隔器。在此階段時，所建立之油壓不足以撓曲圓頂彈簧至使液壓油流經彈簧並穿過支撐板之穿孔。

高衝擊流率同樣也可維持與標準阻尼總成相同'也就是當駛過凸塊時，所建立之油壓以足夠力量推動圓頂彈簧使其撓曲為稍平坦之型態。因此可使液壓油流過孔口、經過彈簧外部已撓曲邊緣之下方、並穿過支撐板上的孔隙，如圖17所示。活塞移動越快，圓頂彈簧組之撓曲及增加的孔口面積越大。圖17a顯示出彈簧間隔器及已位移之浮動板。

在高回彈流率下，例如當車輪質量及圈狀彈簧迫使避震器再次伸張，所建立之油壓以足夠力量推動孔口板使圓頂彈簧撓曲成稍平坦之型態。因此可讓液壓油流過孔口、越過彈簧內部已撓曲邊緣、並穿過支撐板上的孔隙，如圖18所示。活塞移動越快，圓頂彈簧組之撓曲及增加的孔口 面積越大。

圖19繪示一典型浮動板衝擊及回彈阻尼力特性曲線圖。

如上所述，上部孔口板止擋之位置及彈簧間隔器高度，也就是浮動的大小，使得衝擊、回彈破開力量相互獨立不關聯。讓這幾點為可調整便可使衝擊、回彈破開力量獨立不相干，如圖20所繪之曲線圖。

上述調整可透過多種手段達成，例如下列各項，但不限於此： (i)機械式，亦即螺絲、水平儀、棘輪等。

(ii)電機式，亦即，馬達驅動導螺桿、致動器等。

(iii)液壓式，亦即動力分導泵、動力轉向連桿組等。

(iv)氣動式，亦即輔助壓縮機、蓄積器、閥、及管線系統等。

上部孔口板止擋之位置與彈簧間隔器高度可以透過像是不要加預負載於彈簧組的方式予以調整，如此可提供最小的衝擊及回彈阻尼力。

除了能夠產生近似線性、及非線性彈簧特性之外，新式避震器也可以用來在過彎時減弱或引致動態滾翻控制(排除摩托車的情況)。

要減弱滾翻控制可以透過將避震器交叉耦合來達到，如圖21所示。

要引致滾翻控制可以透過將每一避震器之液壓油容積與車輛轉向幾何相關聯來達到。例如將遠端的額外油壓 缸、或兩獨立之遠距油壓缸(可在阻尼總成之上或之下)連接到轉向連桿組、以及每一轉向輪之避震器，如圖22所示為標準避震器，圖23所示則為可調整避震器。

在過彎期間轉向連桿組運動，由缸體腔室各側流進、及流出適當避震器之液壓油會被計量，此計量會改變每一避震器的油量，故也改變相關的彈簧特性與底盤高度，因而引致車身滾翻控制、提升車輛的動力操控性。

例如，左轉彎會讓右轉向輪的彈簧勁度及底盤高度變大，左轉向輪的則會變小，反之亦然。在直線前進時則為二輪相同。

避震器總成也可用來在進行車輛急速運動時引致安全的動力操控。此包括動態俯仰與滾翻控制，可透過在車輛中對角地進行避震器交叉偶合達成，也就是從活塞頂部之液壓油腔室(在阻尼總成之上或下)到活塞底部之液壓油腔室(預先處於真空或通大氣)，如圖22所示。這種懸吊系統配置是對大型貨車如油罐車。

就已知的避震器類型而言，當一車輪例如右前輪因車輛左轉而抬升時，右前避震器會被壓縮並迫使活塞上方液壓油通過阻尼總成，氮氣也透過分隔活塞被壓縮。避震器持續受壓直到各垂直力量之間達到平衡，亦即壓縮氮氣所生者、及來自阻尼總成抵抗車輛轉彎/煞車所生者。車輛右前部份會降低直到上述平衡達成。右前避震器的活塞上升會有以下兩個影響： (a)提高活塞上方之油壓，讓液壓油流到左後避震器 活塞的下方，以及(b)增加活塞下方液壓油缸體之容積，讓液壓油(未達壓力)自左後避震器活塞上方流出。

上述兩個影響會使左後避震器的活塞上移，造成車量左後部份降低。此作用會與右前部份之降低相互抵消而改變車輛姿態、及降低底盤高度，藉此過彎時會更快。

類似地，在直線煞車期間，所產生的力量會使得前避震器壓縮、後避震器抬升。故抑制了車輛點頭(dive)並降低重心，使車輛更為平穩。

俯仰與滾翻程度是由避震器活塞上、下方之面積差所定義。通常，活塞上、下方若為相同大小的孔面，會得到被動式系統，也就是仍然具有某種俯仰與滾翻。然而，若增加活塞下方面積使其大於上方，則會得到主動式系統，也就是系統為動態的。此可透過將活塞改為頂帽型來達到，如圖25所示。

本創新之避震器可用來取代以下任一種： (a)存在有圈狀彈簧及避震器總成之車輛，或(b)只存在有圈狀彈簧(無減震閥)，或(c)只存在有避震器之車輛(無圈狀彈簧)。

本創新之避震器總成可保留以下現有之調整參數： (i)低流率衝擊避震器設定。

(ii)低流率衝回彈震器設定。

此外，避震器總成可具有下列額外參數： (i)可調之彈簧特性，靜動比率從至少1:3到1:9甚至以 上。

(ii)可調之高流率衝擊衝擊避震器設定。

(iii)可調之高流率回彈避震器設定。

(iv)可調之底盤高度，道路/賽車路況為35公釐、道路/拉力路況為100公釐。

(v)於主避震器失效後，故障防護(failsafe)系統回復至只有圈狀彈簧或氮氣彈簧特性。

依據本發明懸吊系統之一小型化配置之實施例繪示於圖26。更細部繪於圖27。

雖前述單元具有可調整之衝擊及回彈阻尼，有兩個主要特色為： (a)具有一非線性彈簧特性。此允許一約略靜態(around static)之較為舒緩的騎乘性，以吸收直路段上小的道路起伏及衝擊，但會變得更為堅硬，如同懸吊系統在過彎及煞車時更劇烈地作用般。此系統相較於習知圈狀彈簧者，能讓更多能量被吸收。

(b)能夠調整非線性彈簧特性，從道路變到賽道設定，反之亦然。此可讓相同車輛駛過賽道/環形競車道，然後輕易而快速地設定成賽道用途。相同的系統也整合了細調懸吊系統的設施，用於不同情況之車賽設定須求。

舉例而言，對於摩托車騎士主要的賣點在於能夠考量下列各項而調整後懸吊單元彈簧特性： (a)騎乘者個人體重。

(b)路面狀況，亦即巡迴、道路、街道競賽、賽道、環形競車道等。

(c)騎乘者加上後座墊、及/或行李。 本創新之車用懸吊系統亦可具有選擇性之功能：用於汽車之防俯仰與滾翻控制、用於自行車之俯仰控制。這些都是簡單、不花費電力、不須電子設備的，且在加速、煞車、及過彎期間提供了良好的防俯仰/滾翻控制、同時維持較一般為軟的彈簧特性(於標稱底盤高度下)。故使得進行急速車輛運動時姿態控制能力更佳。

亦可將粗糙、但有效的動態滾翻控制整合進前述車用單元，以提供轉彎時之正滾翻，亦即車輛靠往轉角。

雖然以上所述者為摩托化車輛如汽車、摩托車，但本發明亦可應用在其它類型車輛之懸吊系統上，像是自行車。

在圖26與圖27所示另一實施例中，一可調整之球閥總成設置在傳送通道(於圖27)，藉此讓流體輕易沿一方向流動，但在流體壓力足以克服彈性推移止擋件(例如球)而流過閥後，便可沿相反方向流動。

沿相反方向流動所須的破開力量可藉由調整彈性構件(如彈簧，圖未示)的壓縮度來改變。所以可想像在此實施例中，圓頂彈簧控制了衝擊力量。在又一實施例中，圓頂彈簧裝置是分別用來控制回彈力量、及衝擊力量的。

再另一種避震器總成範例可參考圖28與圖29，隆起的可旋轉調整器設於揹負式氣體腔室殼體頂部，藉以使高、低速阻尼可分別進行調整。

一鎖定(lock out)特徵包括一限制或防止液壓油流過傳送通道之手段。鎖定調整器可包括一手動調整器、或一電性、氣動或液壓式調整器。

圖30繪示不同於上述之另一種避震器總成，鎖定特徵未繪示出。

圖1係習知圈狀避震器。

圖2係出衝擊期間減震閥示意圖。

圖3係回彈期間減震閥示意圖。

圖4係本發明一較佳實施例之圈狀避震器示意圖。

圖5係典型線性及非線性彈簧特性曲線圖。

圖6係高圈狀彈簧低氣體彈簧特性曲線圖。

圖7係低/無圈狀彈簧高氣體彈簧特性曲線圖。

圖8係可調整彈簧特性。

圖9係可調整彈簧特性。

圖10係阻尼總成示意圖。

圖11係阻尼總成衝擊期間示意圖。

圖12係阻尼總成回彈期間示意圖。

圖13係典型阻尼特性曲線圖。

圖14係另一典型阻尼特性曲線圖。

圖15係越野型阻尼總成示意圖。

圖16係浮動板阻尼示意圖。

圖17係浮動板衝擊期間示意圖。

圖17a係彈簧間隔器及已位移之浮動板示意圖。

圖18係浮動板回彈期間示意圖。

圖19係典型高流率阻尼特性曲線圖(賽車場合)。

圖20係典型可調查高流率阻尼特性曲線圖。

圖21係動態減弱滾翻控制示意圖。

圖22係動態引致滾翻控制示意圖(標準)。

圖23係動態引致滾翻控制示意圖(可調整)。

圖24係俯仰與滾翻連接示意圖。

圖25係典型頂帽式活塞避震器示意圖。

圖26係避震器小型化例之示意圖。

圖27係本發明另一較佳實施例之避震器示意圖。

圖28、圖29係本發明又一較佳實施例之避震器示意圖。

圖30係本發明再一較佳實施例之避震器示意圖。

圖31係本發明再一較佳實施例之避震器示意圖。

Claims (6)

1. 一種避震器總成，包括：一活塞與一缸體裝置；一圈狀彈簧，設置於一連桿與該缸體裝置之間，係提供該活塞運動的支撐能量；一阻尼流體腔室；以及一阻尼閥裝置，係設於該阻尼流體腔室內並將其分割成複數子腔室；其中，該避震器總成之該阻尼閥裝置調節該複數子腔室之間流體之流動，該活塞滑動且密封地設置於該缸體裝置內，使得實質上沒有任何阻尼流體可由該活塞之一第一側通過至該活塞之一第二側；該避震器總成，更進一步包括，一第一氣體腔室，該活塞與該缸體裝置的一分隔活塞將該第一氣體腔室與該阻尼流體腔室分離，實質上沒有阻尼流體會通過該分隔活塞，其中，該避震器總成之該阻尼閥裝置調節該阻尼流體腔室內該複數子腔室之間阻尼流體之流動；另包括一額外氣體腔室，設置於該缸體裝置中，並藉由至少一旁通孔口或傳送埠從該第一氣體腔室分離出該額外氣體腔室；其中，該第一氣體腔室的彈簧特性係可調整設定需求，藉由調整可移動之該第一氣體腔室活塞的位置造成該第一氣體腔室與該額外氣體腔室的體積調整與氣體存在比例的調整。
2. 如申請專利範圍第1項所述之避震器總成，其中， 該阻尼閥裝置係可調整設定一流體壓力，係用於使該阻尼閥裝置開放以允許阻尼流體流經該阻尼閥裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之避震器總成，其中，該阻尼閥裝置允許流體沿一第一方向流經該阻尼閥裝置所需閥開放壓力與流體沿一第二方向流經該阻尼閥裝置所需閥開放壓力相互獨立。
4. 如申請專利範圍第2或第3項所述之避震器總成，其中，該阻尼閥裝置包括一彈性可撓曲閥件、及一密封表面部，該閥件之端部能夠密封住該密封表面部，且該阻尼閥裝置係可調整以允許該閥件之端部與該密封部間相對運動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之避震器總成，更包括另一密封表面部，該閥件之另一端部能夠密封住該另一密封表面部，且該阻尼閥裝置係可調整以允許該閥件之另一端部與該另一密封表面部間相對運動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之避震器總成，其中，該阻尼閥裝置包括一可調球閥機構。