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車輛的轉向原理與穩定性
連仁宗
一、前言
若不考慮路上的交通情況,轉彎時的操作與車輛的穩定性及行車安全有
極密切的關係,因此駕駛人對於車輛的轉向原理應有相當的認知。本文旨在
揭櫫車輛的轉向原理、轉彎半徑、內輪差及轉彎時的穩定性等相關理論以俾
便駕駛人從中了解轉彎時可能發生的危險,進而學習正確的操作以增進行
安全。
二、汽車的轉向原理
(一) 、第五輪轉向
所謂第五輪轉向是在連 兩側大梁的橫樑中心處裝置一轉盤(第五
輪),使前輪軸以該轉盤為中心作轉向動作(如圖 1 所示) 。早期的牛車及
所
目前的全拖 即採用此種轉向原理 ,而半聯結 則在上裝置轉盤 ,再將半
拖車前端的大王銷插入此轉盤中心 ,當曳引車轉彎時,其後軸即當是半拖
車前輪軸進行第五輪轉向,其他現代化汽 則少有採用第五輪轉向的方式
練
進行轉彎。 訓
部
圖1 第五輪轉向示意圖 圖2 阿克曼轉向示意圖
南
(二) 、前輪轉向
為了轉彎時能確保四輪都是純滾動的狀態以減少輪胎磨耗,保持轉向
的協調性,現代車輛大多依阿克曼轉向原理(Ackermann steering geometry) r
進行轉向設計 。
查爾斯˙達爾文(Charles Darwin)的祖父Erasmus Darwin ,於1758~59
最早提出阿克曼轉向原理的想法 ,最後由魯多彿˙阿克曼(Rudolph
Ackermann)修改後在 1817 於英國倫敦申請專利 。阿克曼轉向原理主要在
於解決汽車轉彎時 ,內外轉向輪之轉向中心不同的問題 ,使轉向中四個
輪之路徑均能指向相同的轉向中心 ,其幾何原理如圖2 所示 ,通過兩前輪
公路總局南部訓練所主任講師
輪軸中心的垂直線與後軸中心的延長線相交於一點(O 點) ,而此點則是
輛之轉向中心 。由圖2 可知,汽車轉向時,前軸(轉向軸)內側 輪的轉向
角度必定大於外車輪的轉向角度 ,而轉速則外車輪大於內車輪 ,所以必須
經由差速器的作用才能完成。
(三) 、四輪轉向
為了提升車輛高速行駛時的操縱安定性及轉彎的靈活性,自1985 年
起日本 系相繼推出了四輪轉向的車輛(four wheel steering 簡稱4WS) ,其
主要功能如下:
1 、省去車輛因方向改變後修正後輪使產生橫向力的動作所造成的遲延時
間 ,可以縮短轉彎動作的過程與時間 ,因此大角度轉向時,方向盤不
須轉太多圈。
2 、可減少轉彎時輪胎的滑動與 身的擺動 ,提高穩定性,使車輛能輕巧
靈活的轉向與變換 道。
3 、迴轉半徑較小 、迴轉性佳 ,且可適應較小的停 空間 。
所
4 、可避免方向盤因輪胎跳動或擺動而自轉,提高直線行駛時的穩定性,
減少駕駛人疲勞 。
四輪轉向系 可分為機械式與電子式兩大類。機械式四輪轉向是經由
練
一中心軸將方向盤的旋轉運動傳至後輪,並使後輪隨之轉向 。當汽車於低
速彎時,後輪與前輪產生異相位之轉向,迴轉半徑較小 ;而當汽車於高速
彎時,後輪則與前輪產生同相位之轉向以減少 身的擺動 ,降低翻車的機
訓
會 。電子式四輪轉向的作用原理與機械式相仿 ,不同之處僅
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