蔡文钧中心臂连杆型转向机构之设计与分析.pdf

中心臂連桿型轉向機構之設計與分析 徐正會 * 蔡文鈞** 國立臺北科技大學製造科技研究所 副教授 * 研究生 ** 中文摘要 1990）等七型；改良型車輛轉向機構可分為多連桿型 （游志德,民國 84; Fahey, 1997; Chicurel, 1999; 本研究係關於中心臂連桿型轉向機構之設計與 謝炎松,民國 88） 、差速機構型（Carcaterra, 1998）、 分析，其主要目的是以運動學的角度來改善現有中心 齒輪機構型（Takashi, 1992；Karl, 1985 ）、變導 臂連桿型轉向機構之幾何尺寸，使車輛於低速轉向行 程螺桿機構型（何晉欽, 2001）等四型，其中，中心 進中能沿著單一的轉向中心作旋轉運動，亦即符合阿 臂連桿型因具對稱性以及製造成本低等優點，因此， 克曼原理（ Ackerman Principle ），以確保車輛轉向之 本研究選擇該型轉向機構作為尺寸合成之類型，如圖 安全性、操控性與舒適性。本研究主要採用瓦特二型 1所示。 （Watt- Ⅱ）六連桿組，藉由解析尺寸合成法設計車 輛轉向機構，並針對該系統作運動分析，以驗證新設 繫桿 拉桿 轉向搖桿 計之轉向性能，此外，亦和一般中心臂連桿型轉向機 構與 FEMM轉向機構之轉向性能作一比較。 關鍵詞：車輛、中心臂連桿型轉向機構、阿克曼原理、 解析尺寸合成法。 前言 中心臂 肘節臂 車輛轉向機構其主要用途在於將 方向盤之轉動 角度轉換成輪胎之偏轉，進而改變車輛行駛方向。車 圖 1中心臂連桿型轉向機構 輛在進行轉向時，因高速和低速而有不同理論，在高 速的情況下，車輪因受到外力之作用而產生側滑角， 此種情形不在本研究之範圍內，而車輛於低速轉向行 符合阿克曼原理兩前輪轉向角之關係 進中，各車輪與地面應保持滾動接觸而無滑動現象， 欲達到此目的，所有車輪在轉向路徑上需沿著共同的 根據阿克曼原理，可將車輛兩前輪轉向角間建立 轉向中心作旋轉運動，亦即各車輪之旋轉軸線必須交 一關係式。如圖 2所示，其中 c點為兩前輪之旋轉 於同一點，此稱為阿克曼原理（Ackerman Principle ） 軸延長線與後輪輪軸延長線之交點， B 為兩前輪各 （Wong, 1993;Heisier, 1998 ）。當前輪轉向時，左右 別之車輪轉向中心之距離（即兩前輪之大王銷的距 前輪之轉軸中心延長線與後軸中心 延長線交於一 離），L 為前後輪之軸距， B ′為內側前輪之轉向中 心至c點之水平距離， 、 分別為左右兩前輪之 α α 點，此點稱為轉向中心，而外側前輪所行經圓弧的半 l r 徑稱為轉向半徑（汪國禎民國, 81 ）。但當改變前輪 轉向角（ steering angle ）。 之轉向角度以矯正行車路徑時，轉向中心之位置亦隨 由圖 2可知 之改變，故其為一瞬時中心。 根據已蒐集之文獻加以分析整理，可將車輛轉向 cot