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汽車零組件設計 |
| 設計汽車動力方向系統 - 使用 HyPneu |
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◎ |
現代汽車大量使用 Radial Tires
和前輪驅動系統，使汽車大部份重量均落於前輪，因此動力方向系統之需求業愈來愈殷切，甚至有被列為標準配備之驅勢。本期內容將討論汽車動力方向系統之設計及分析。舉一較代表性之設計為例，如圖一所示。 |
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| 系統說明: |
結構上來看汽車動力方向系統主要由以下重要元件組成：方向盤(Steering
Wheel)、旋轉方向閥(Rotary Steering Valve)、動力輔助系統(Pump)、Steering
Cylinder、機械式回授器(Mechanical Feedback)、及輪子。 |
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| 1. |
系統是否能有效控制車子方向？ |
| 2. |
當方向盤轉動時，動力輔助系統如何適當的輔助方向盤產生扭力？ |
| 3. |
方向盤以快速來回旋轉或不正常操作時車子是否會產生不正常之現象(例如:震動或失控)？ |
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說明: |
方向盤由一連桿連接到旋轉方向閥，旋轉方向閥同時也接受
Steering Cylinder 由機械式Rack回授回來之訊號。而動力輔助系統之作動取決於旋轉方向閥之壓力增加。另外以旋轉方向閥驅動
Steering Cylinder 再推動輪子以控制方向。 |
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1. |
將汽車動力方向系統用 HyPneu
繪成迴路圖，如圖二所示。 |
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2. |
因元件數較多，故僅列舉重要之元件資料，如表一所示。 |
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3. |
將各元件之資料填入HyPneu中。 |
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4. |
利用 HyPneu 進行模擬分析。 |
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| 元 件 |
規 格
( 資 料 ) |
| Pump |
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9.5
liter/min at 1000 rpm |
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| Steering Cylinder |
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piston diameter 4.0 cm, rod diameter 1.25 cm, stroke
40 cm |
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| Rotary Steering Valve |
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the combined flow area is assumed to be linear to
valve displancement (Xv) |
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as |
0.065 + 0.01 * (Xv) |
for opening |
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and |
0.065 - 0.01 * (Xv) |
for closing. |
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分析結果: |
將以上之設計參數輸入 HyPneu
並進行模擬分析，結果如圖三、圖四所示。 |
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旋轉方向閥壓力變化分析:
如果將旋轉方向閥至 Steering Cylinder
之接口堵死，則當方向盤旋轉角度漸增時(由 0。到 6。)，其造成旋轉方向閥之開度變化及壓力增加情形如圖三所示。 |
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整個系統操作效能分析:
如果將方向盤在1秒內向右旋轉 180。，再以左右各 100。之幅度、頻率
2Hz 速度來回轉動方向盤，其造成 Steering Cylinder 之 Displacement
變化情行如圖四所示。依圖中所示車子之方向控制良好，但如果增加來回轉動方向盤之頻率，則可能會造成系統之不穩定。 |
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圖三、旋轉方向閥之開度變化及壓力增加情形 |
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圖四、方向盤角度及Cylinder
Displacement 變化圖 |
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結 語: |
設計汽車動力方向系統是個頗複雜之問題，如果要求工程師去計算該系統之定量效能分析，那絕對是個頭痛時間。但有
HyPneu for Windows
這個動態模擬工具，只要你輸入系統中各元件之特性參數，則可分析整個系統之動態或穩態現象，對於工程師在設計分析上有莫大之幫助。 |
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[維美通訊] |
