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研究生:廖友志
研究生(外文):You-Jhih Liao
論文名稱:運用田口方法於多輪獨立懸吊系統之車輛搖滾角模擬與分析
論文名稱(外文):The Roll Angle Analysis of Multi-Wheeled Independent Suspension System by Taguchi Method
指導教授:鄭俊誠鄭俊誠引用關係
指導教授(外文):Jyun-Cheng Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:液氣式承載動態模擬獨立懸吊系統田口方法
外文關鍵詞:dynamic simulationhydropeneumaticindependent suspension systemTaguchi Method
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本研究主要是針對多輪的車輛搖滾角進行模擬分析,以重心位置前置,重心位置中置以及重心位置後置,模擬車輛在行經變換車道時所產生的車輛搖滾角變化,並以車輛搖滾角做為判斷行駛於路面時車體晃動的變化程度。本研究以八車輪的懸吊系統之彈性係數與阻尼值作為主要的參數變化,並配合田口方法的運用,找出在不同重心位置以及不同車速之下對於車輛搖滾角有最大影響的懸吊系統參數,進而使其行駛於路面時車輛的穩定性能得以提升。
This research focus on roll angle analysis of Multi-Wheeled independent hydropeneumatic suspension system. We will simulate the vehicle roads changing that it will change roll angle of the vehicle , and use roll angle to estimate the steering of the vehicle in the different mass center positions (Front , Middle , Rear). The major parameters of steering are coefficient of elasticity and damping for Multi-Wheeled independent suspension. Using Taguchi Methods to find the most influent parameters of suspension system in different locations of mass center and speeds, and to improve the driving stability of the vehicle.
目錄
頁次
中文摘要…………………………………………………………………………..... i
英文摘要……………………………………………………………………………. ii
誌謝…………………………………………………………………………………. iii
目錄…………………………………………………………………………………. iv
表目錄………………………………………………………………………………. vi
圖目錄……………………………………………………………………………..... viii
符號說明……………………………………………………………………………. x

一、 緒論…………………………………………………………………………... 1
1.1 前言…………………………………………………………………….. 1
1.2 研究動機……………………………………………………………….. 2
1.3 文獻回顧……………………………………………………………….. 3
1.4 論文架構……………………………………………………………….. 4

二、 懸吊系統之運動構造與參數介紹…………………………………………... 5
2.1 汽車懸吊系統介紹…………………………………………………….. 5
2.1.1 懸吊系統之基本功能與構造…………………………………….. 5
2.1.2 懸吊系統之種類差異…………………………………………….. 7
2.2 汽車之基本原理……………………………………………………….. 12
2.2.1 輪胎定位………………………………………………………….. 12
2.2.2 相關運動性質…………………………………………………….. 16
2.3 汽車操控安定性概要………………………………………………….. 17

三、 獨立懸吊系統理論模型與實體建構………………………………………... 19
3.1 理論模型建構與分析………………………………………………….. 19
3.1.1 數學模型建構及運動方程式之推導…………………………….. 19
3.1.2 行經規則凸起路面之暫態反應………………………………….. 20
3.2 實體建構與模擬分析………………………………………………….. 23
3.2.1 懸吊系統模型建構……………………………………………….. 23
3.2.2 懸吊系統之模擬分析…………………………………………….. 29
3.3 理論模型與實體建構之分析驗證…………………………………….. 34
四、 田口方法於多輪獨立懸吊系統之參數分析………………………………... 35
4.1 液氣式承載多輪獨立懸吊系統車輛實體之建構…………………….. 35
4.2 模擬運動參數定義與行駛路面之建構……………………………….. 41
4.3 田口方法於多輪獨立懸吊系統參數之設計流程…………………….. 45
4.4 田口方法於不同重心位置在車速30km/hr行駛變換車道之模擬…… 50
4.4.1 重心前置於車速30km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 50
4.4.2 重心中置於車速30km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 58
4.4.3 重心後置於車速30km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 64
4.5 田口方法於不同重心位置在車速50km/hr行駛變換車道之模擬…… 70
4.5.1 重心前置於車速50km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 70
4.5.2 重心中置於車速50km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 78
4.5.3 重心後置於車速50km/hr行駛變換車道之參數設計…………… 84
4.6 液氣式承載多輪獨立懸吊系統之車輛搖滾角探討比較…………….. 90
4.6.1 原始懸吊系統之車輛搖滾角……………………………………... 90
4.6.2 車輛搖滾角之改良比較…………………………………………... 92

五、 結論與未來展望……………………………………………………………... 95
5.1 結論…………………………………………………………………….. 95
5.2 未來展望……………………………………………………………….. 96

參考文獻 …………………………………………………………………………... 98
附錄 道路交通安全規則……………………………………………………... 100
簡歷 …………………………………………………………………………... 102


表目錄
頁次
表2-1 操安性以人的觀點而言………………………………………………….. 18
表4-1 第一與第二車軸獨立懸吊系統運動拘束關係表……………………….. 39
表4-2 第三與第四車軸獨立懸吊系統運動拘束關係表……………………….. 40
表4-3 轉向機構運動拘束關係表……………………………………………….. 40
表4-4 各種行車狀態下避震器活塞線速度與位移振幅分佈關係…………….. 47
表4-5 各控制因子水準範圍數據表…………………………………………….. 50
表4-6 L27 ( 313)直交表…………………………………………………….... 51
表4-7 重心前置於車速30km/hr模擬實驗配置結果…………………………... 52
表4-8 重心前置於車速30km/hr模擬之S/N比回應表……………………….... 53
表4-9 重心前置於車速30km/hr確認模擬實驗水準表………………………... 55
表4-10 重心中置於車速30km/hr模擬實驗配置結果………………………….. 58
表4-11 重心中置於車速30km/hr模擬之S/N比回應表………………………... 59
表4-12 重心中置於車速30km/hr確認模擬實驗水準表………………………... 61
表4-13 重心後置於車速30km/hr模擬實驗配置結果…………………………... 64
表4-14 重心後置於車速30km/hr模擬之S/N比回應表……………………….... 65
表4-15 重心後置於車速30km/hr確認模擬實驗水準表……………………..... 67
表4-16 各控制因子水準範圍數據表…………………………………………….. 70
表4-17 L27 ( 313)直交表………………………………………………………… 71
表4-18 重心前置於車速50km/hr模擬實驗配置結果…………………………... 72
表4-19 重心前置於車速50km/hr模擬之S/N比回應表……………………….. 73
表4-20 重心前置於車速50km/hr確認模擬實驗水準表………………………... 75
表4-21 重心中置於車速50km/hr模擬實驗配置結果…………………………... 78
表4-22 重心中置於車速50km/hr模擬之S/N比回應表……………………….. 79
表4-23 重心中置於車速50km/hr確認模擬實驗水準表……………………….. 81
表4-24 重心後置於車速50km/hr模擬實驗配置結果…………………………... 84
表4-25 重心後置於車速50km/hr模擬之S/N比回應表………………………… 85
表4-26 重心後置於車速50km/hr確認模擬實驗水準表……………………….. 87
表4-27 車速30km/hr行駛變換車道之車體搖滾角變化比較…………………... 91
表4-28 車速50km/hr行駛變換車道之車體搖滾角變化比較…………………... 91
表4-29 車速30km/hr不同參數之車體最大搖滾角比較表……………………... 92
表4-30 車速50km/hr不同參數之車體最大搖滾角比較表……………………... 92
表4-31 不同實驗之最佳參數組合比較表……………………………………… 93



圖目錄
頁次
圖 2-1 連桿式懸吊系統之機構…………………………………………….. 6
圖 2-2 彈簧……………………………………………………………………... 6
圖 2-3 避震器…………………………………………………………………... 7
圖 2-4 整體式懸吊系統………………………………………………………... 7
圖 2-5 獨立式懸吊系統………………………………………………………... 7
圖 2-6 全拖動臂式懸吊系統……………………………………………...... 9
圖 2-7 半拖動臂式懸吊系統………………………………………………….. 9
圖 2-8 麥花臣支柱式懸吊系統……………………………………………….. 10
圖 2-9 雙A臂式與麥花臣式懸吊的比較……………………………….. ... 11
圖 2-10 雙A臂式懸吊………………………………………………………….. 11
圖 2-11 多連桿式懸吊………………………………………………………….. 12
圖 2-12 後傾角…………………………………………………………………... 13
圖 2-13 轉向前展……………………………………………………………….. 13
圖 2-14 外傾角………………………………………………………………….. 14
圖 2-15 前束角…………………………………………………………………… 15
圖 2-16 獨立懸吊系統之翻滾中心分析………………………………………… 16
圖 2-17 雙A臂式懸吊系統之翻滾中心………………………………………... 17
圖 2-18 操控安定性之優劣……………………………………………………... 18
圖 3-1 獨立懸吊系統數學模型………………………………………………... 19
圖 3-2 運動方程式模擬分析流程圖……………………………………….... 21
圖 3-3 Simulink系統方塊圖……………………………………………………. 21
圖 3-4 半正弦波凸起路面時間位移圖………………………………………... 22
圖 3-5 承載質量理論垂直加速度反應圖…………………………………….. 22
圖 3-6 下A臂之單接頭……………………………………………………….. 23
圖 3-7 液氣壓承載器之偏位………………………………………………….. 24
圖 3-8 雙A臂式懸吊系統實體模型上視圖………………………………….. 24
圖 3-9 雙A臂式懸吊系統實體模型前視圖………………………………….. 25
圖 3-10 雙A臂式懸吊系統實體模型等角視圖………………………………… 25
圖 3-11 二個自由度之雙A臂式懸吊系統圖…………………………………... 26
圖 3-12 一個自由度雙A臂式懸吊系統圖……………………………………… 27
圖 3-13 拖動臂式懸吊系統實體模型等角視圖………………………………… 27
圖 3-14 拖動臂式懸吊系統實體模型上視圖………………………………….. 28
圖 3-15 一個自由度拖動臂式懸吊系統圖…………………………………….. 28
圖 3-16 單輪模型建構與模擬分析流程圖…………………………………….. 29
圖 3-17 半正弦波凸起路面示意圖…………………………………………... 29
圖 3-18 單輪雙A臂式懸吊系統運動拘束圖………………………………..... 30
圖 3-19 單輪雙A臂式懸吊系統動態模擬行駛速度曲線圖……………………. 31
圖 3-20 單輪雙A臂式懸吊系統動態模擬車體垂直加速度曲線圖…………... 31
圖 3-21 單輪拖動臂式懸吊系統運動拘束圖……………………………….... 32
圖 3-22 單輪拖動臂式懸吊系統動態模擬行駛速度曲線圖…………………. 33
圖 3-23 單輪拖動臂式懸吊系統動態模擬車體垂直加速度曲線圖…………. 33
圖 3-24 理論模式與動態模擬車體垂直加速度曲線比較圖…………………. 34
圖 4-1 液氣壓承載器剛性曲線圖……………………………………………… 35
圖 4-2 液氣壓承載器阻尼曲線圖……………………………………………… 36
圖 4-3 八輪獨立懸吊系統車輛前視圖………………………………………… 36
圖 4-4 八輪獨立懸吊系統車輛右側視圖……………………………………… 37
圖 4-5 各轉向輪實際轉向角度示意圖………………………………………… 37
圖 4-6 車輛運動自由度………………………………………………………… 38
圖 4-7 八輪獨立懸吊系統運動拘束等角視圖………………………………… 38
圖 4-8 車輛單側承載器最大壓縮行程時車體傾角…………………………… 42
圖 4-9 車體重心配置差異性比較圖…………………………………………… 43
圖 4-10 變換車道規範圖………………………………………………………… 44
圖 4-11 衰減力特性曲線圖……………………………………………………… 48
圖 4-12 田口實驗參數模擬設計流程…………………………………………… 49
圖 4-13 變換車道模型圖………………………………………………………… 50
圖 4-14 重心前置於車速30km/hr S/N比回應圖………………………………. 54
圖 4-15 重心前置於車速30km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 55
圖 4-16 重心前置於車速30km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 56
圖 4-17 重心前置於車速30km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 57
圖 4-18 重心中置於車速30km/hr S/N比回應圖……………………………….. 60
圖 4-19 重心中置於車速30km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 61
圖 4-20 重心中置於車速30km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 62
圖 4-21 重心中置於車速30km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 63
圖 4-22 重心後置於車速30km/hr S/N比回應圖……………………………….. 66
圖 4-23 重心後置於車速30km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 67
圖 4-24 重心後置於車速30km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 68
圖 4-25 重心後置於車速30km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 69
圖 4-26 重心前置於車速50km/hr S/N比回應圖……………………………….. 74
圖 4-27 重心前置於車速50km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 75
圖 4-28 重心前置於車速50km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 76
圖 4-29 重心前置於車速50km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 77
圖 4-30 重心中置於車速50km/hr S/N比回應圖……………………………….. 80
圖 4-31 重心中置於車速50km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 81
圖 4-32 重心中置於車速50km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 82
圖 4-33 重心中置於車速50km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 83
圖 4-34 重心後置於車速50km/hr S/N比回應圖……………………………….. 86
圖 4-35 重心後置於車速50km/hr之最佳水準組合模擬實驗圖………………. 87
圖 4-36 重心後置於車速50km/hr之實驗一模擬實驗圖………………………. 88
圖 4-37 重心後置於車速50km/hr之實驗二模擬實驗圖………………………. 89
圖 4-38 車速30km/hr行駛變換車道之車體搖滾角變化比較…………………. 90
圖 4-39 車速50km/hr行駛變換車道之車體搖滾角變化比較…………………. 91


符號說明


Kt : 輪胎彈性係數
Ks : 彈簧常數
Cs : 阻尼常數
Mu : 非承載質量
Ms : 承載質量
Zs : 車體位置
Zu : 輪軸位置
Zr : 路面位置
Xi : 狀態變數
Xi : 狀態變數微分
h : 路面高度
w : 角頻率
t : 時間
N : 連桿數目
J1 : 一個自由度的接頭
J2 : 二個自由度的接頭
J3 : 三個自由度的接頭
α : 常數
D : 常數
S/N : 平訊號雜訊比
參考文獻

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of Automotive Engineers, Warrendale, PA., USA.
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International Journal of Vehicle Design, Vol.4,No.5, pp.436-472
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碩士論文。
11.張記函,2003,汽車懸吊避震器於規則路面之舒適性分析,國立雲林科技大學,
碩士論文。
12.周振華,2004,汽車獨立式懸吊避震器阻尼參數分析,國立雲林科技大學,碩士
論文。
13.許自男,2005,“汽車操控行為下之避震器阻尼分析”,國立雲林科技大學,碩
士論文。
14.陳民哲,2005,“汽車半主動式懸吊系統之最佳阻尼值與下控制臂應力分析”,
國立雲林科技大學,碩士論文。
15.楊振翊,2007,偏位式單接頭液氣式承載多輪獨立懸吊系統之動態模擬與分析
,國立雲林科技大學,碩士論文。
16.謝昆儒,2008,多軸車輛操控安全性模擬與分析,國立雲林科技大學,碩士論
文。
17.張嘉平,2005,重型軍用輪型車輛轉向性能模擬與分析,國防大學中正理工學
院,碩士論文。
18.邱澄彬,1989,汽車原理,三版,三民書局股份有限公司,台北。
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