114 高普考高考三級 汽車工程 汽車底盤 考古題詳解

核心觀念

煞車力衰退（brake fade）是指煞車連續或高負荷使用後，因熱或摩擦狀態改變，造成煞車扭矩降低、踏板需求增加，或煞車效能喪失的現象。判斷題目時，先依衰退發生的位置區分，再說明熱如何影響摩擦係數、液壓傳遞或接觸狀態。

常見分類可整理為：

• 摩擦材料衰退（摩擦衰退，friction fade）：來令片或煞車蹄片過熱，摩擦材料與摩擦面間的摩擦係數下降，煞車扭矩隨之降低。
• 煞車油衰退（fluid fade）：煞車油過熱、沸騰並產生氣泡。氣體可壓縮，造成踏板行程變長、踏感變軟，液壓無法有效傳至輪缸或卡鉗。
• 鼓式煞車熱衰退（drum fade）：制動時鼓體受熱膨脹，內徑增大，使煞車蹄片與煞車鼓間隙增加、接觸壓力下降，因而降低制動力。部分教材將此單列為一種衰退，亦有教材將它歸入熱造成的機械接觸衰退。

解題方法

本題分兩步作答：第一小題列出常見衰退類型及其成因；第二小題比較鼓式與碟式煞車對這些衰退的敏感程度。比較時要分清楚「摩擦材料本身受熱」與「煞車機構受熱後變形」兩種效應。

煞車扭矩可概念性表示為：

其中 $\mu$ 為摩擦係數、$N$ 為摩擦正向力、$r$ 為有效摩擦半徑。摩擦材料過熱使 $\mu$ 降低，或鼓體膨脹使接觸力 $N$ 降低，都會使煞車扭矩減小。煞車油沸騰則是液壓傳遞失常，不能單以摩擦係數變化解釋。

（一）煞車力衰退的類型與形成原因

1. 摩擦材料衰退

長時間煞車或連續下坡會使來令片、蹄片及摩擦面溫度升高。高溫可能使摩擦材料表面性質改變、摩擦係數降低，或使材料中揮發性成分逸出，在摩擦面形成氣體或薄膜，降低實際摩擦效果。結果是相同踏板力下制動力下降。

2. 煞車油衰退

核心觀念

四輪轉向系統（four wheel steering, 4WS）的關鍵，是依車速改變後輪轉向方向，使車輛在低速時更容易轉彎，在高速時轉向反應更穩定。

設前輪轉角為 $\delta_f$、後輪轉角為 $\delta_r$，車輛軸距為 $L$。以低速、輪胎側滑可忽略的簡化自行車模型表示，車輛的等效轉向角約為：

車輛轉彎半徑近似為：

解題方法

低速：前、後輪反向轉向，縮小迴轉半徑

低速轉彎時，後輪與前輪朝相反方向轉動。例如前輪向左、後輪向右，兩者轉向效果相加，使等效轉向角 $\delta_{\mathrm{eq}}$ 增大。

核心觀念

本題考查兩種後輪獨立懸吊的車輪導引方式、轉向軸線方向，以及懸吊運動時車輪定位角的變化。拖曳臂式與半拖曳臂式都以連接車身與車輪的擺臂導引車輪，主要差異在於擺臂樞軸軸線相對於車身縱向的方向。

解題方法

先說明兩者共通的構造：每側車輪由擺臂支承，擺臂內端透過橡膠襯套或軸承與車身相連，外端連接輪轂或承載車輪；彈簧與減振器控制車身和車輪間的相對運動。再比較樞軸軸線方向及因此造成的定位角變化，即可完整回答構造與特點。

拖曳臂式（Trailing arm type）

**構造：**每側車輪連接於一支向車輛前方延伸的縱向擺臂；擺臂前端以橫向樞軸支承在車身或副車架上，樞軸軸線大致沿車輛左右方向。車輪上下跳動時，擺臂繞此橫向軸線擺動。

特點：

• 結構簡單、零件數少，製造及維修容易。
• 車輪主要沿圓弧上下運動，懸吊壓縮與回彈時，外傾角變化通常較小。
• 車輪前後位置受縱向擺臂導引，具有承受縱向力的能力；煞車與路面衝擊力會傳至車身。
• 懸吊行程中，車輪前束變化通常不大，但實際變化仍受臂件幾何與襯套彈性影響。
• 擺臂及其樞軸需要占用車身縱向空間；若採左右連接的扭力樑形式，兩側車輪的運動會部分互相影響，並非完全獨立。

半拖曳臂式（Semi-trailing arm type）

核心觀念

本題考差速器的構造、動力傳遞路徑，以及直行與轉彎時左右驅動輪轉速如何改變。典型開放式差速器由主減速器大齒輪帶動差速器殼，殼內的行星齒輪（小傘齒輪）與左右半軸齒輪（側齒輪）再將動力傳至左右半軸與驅動輪。

差速器的核心運動關係為：

其中 $n_L$、$n_R$ 分別為左、右半軸轉速，$n_C$ 為差速器殼轉速；在理想對稱差速器中，差速器殼轉速等於左右半軸轉速的平均值。差速器使左右驅動輪能在轉彎時以不同轉速旋轉。

解題方法

作答時先畫出「主減速器大齒輪—差速器殼—行星齒輪與左右半軸齒輪—左右半軸」的關係，再沿動力流向標示元件。原理部分分別說明直行時齒輪相對差速器殼的運動，以及轉彎時內、外側車輪所需的轉速差。

（一）差速器簡圖、主要元件與動力傳遞路徑

 傳動軸
 │
 ▼
 主減速器小齒輪
 │嚙合
 ▼
 主減速器大齒輪（齒圈）
 │固定於
 ▼
 ┌──────────────── 差速器殼 ────────────────┐
 │ │
左半軸 ◄── 左半軸齒輪（側齒輪） 右半軸齒輪（側齒輪） ──► 右半軸
 │ ▲ ▲ │
 │ └── 行星齒輪 ───────┘ │
 │ （小傘齒輪） │
 └─────────────────────────────────────────────┘
 │ │
 ▼ ▼
 左驅動輪 右驅動輪

圖中行星齒輪安裝在差速器殼內的十字軸或行星齒輪軸上；為便於表示，圖示只畫出一組行星齒輪。實際構造可有一組或多組行星齒輪。

動力傳遞路徑：

核心觀念

本題考查前輪定位中的：

1. 主銷內傾角（kingpin inclination, KPI），又稱轉向軸內傾角。
2. 主銷內傾角與車輪中心線在接地面形成的轉向幾何關係，亦即轉向偏置距（scrub radius, steering offset）。

（一）圖中①角度及其功用

1. 角度定義

圖中①為「主銷內傾角」或「轉向軸內傾角」，是以前視圖觀察時：

轉向軸線與車輪中心線之間的夾角。

轉向軸線向車輛內側傾斜，使其延長線與路面交點接近輪胎接地中心。

2. 主要功用

（1）減少轉向阻力

轉向軸線若通過輪胎接地中心，轉向時輪胎接地面的摩擦力矩最小。增大主銷內傾角，可使轉向軸線與路面的交點靠近輪胎中心，減少轉向偏置距，因此降低方向盤操作力。

（2）產生自動回正作用

轉向軸線與路面交點通常位於輪胎接地中心附近。車輪轉向後，車輛前端會因幾何關係產生使車身下降的趨勢；車輛重量使車輪回到直進位置，形成方向盤自動回正作用。

（3）提高直進穩定性

適當的主銷內傾角可減少路面不平、輪胎受力及煞車力對轉向系統的干擾，使車輛較容易保持直線行駛。

（4）減少輪胎磨耗及轉向系統衝擊

轉向偏置距減小後，輪胎接地力所造成的轉向力矩也隨之降低，可減少輪胎偏磨、方向盤回饋震動及懸吊零件所承受的衝擊。

（二）圖中（A）與（B）的差異及行駛影響

1. 圖形差異

判斷方法是觀察：

轉向軸線與路面交點，相對於車輪中心線與路面交點的位置。

• 圖（A）：轉向軸線與路面的交點位於車輪中心線內側，形成正的轉向偏置距。
• 圖（B）：轉向軸線與路面的交點較接近車輪中心線，轉向偏置距較小。

因此，兩圖的主要差異在於轉向軸線的落地位置不同，造成轉向偏置距大小不同；圖（A）的轉向偏置距大於圖（B）。

轉向偏置距可表示為：

2. 對車輛行駛的影響

（1）轉向操作力