研究成果與結論、新系統之優劣討論、未來展望。
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1. 輸入件（input member）：該元件連接動力來源之轉子，一般為引擎或馬達，
將其動力傳遞至離心式離合器中。
2. 離心件（centrifugal member）：該元件連接於輸入件上，隨輸入件之轉速不 同，產生離心力的變化，同時造成離心件的位移或型態上的改變。
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擦塊向外分離的束縛，只有當摩擦塊產生的離心力足以克服彈簧之拉力時，摩擦 塊才可產生徑向的位移。該離心式離合器主要構件之組成圖，可參考圖 2-1。
輸出件(離合器鼓)
離心件(摩擦塊)
彈性件(彈簧) 輸入件
圖 2-1 離心式離合器主要構件之組成
有鑑於該型式之離心式離合器其摩擦塊與輸入件的連接方式，當此離心式離 合器操作於不同旋轉方向時，將有不同的特性與性能。其旋轉方向可定義為相同 於摩擦塊之分離方向，以及相同於摩擦塊之閉合方向，其各自之力學模型建立將 於以下小節進行討論。
2-2-1 摩擦塊分離旋轉方向
以單一摩擦塊分析離合器順摩擦塊分離旋轉方向時之受力情形，如圖 2-2 所 示（依圖示為逆時針旋轉方向）。其中包含摩擦塊受旋轉產生之離心力
F ，摩
clu 擦塊間連接彈簧之彈簧力F
spr，橡膠襯套之摩擦力F
rbr，煞車塊受離合器鼓之正 向力 dN 及與其造成之摩擦力 dN
。
為摩擦塊外側之摩擦材料與離合器鼓之間 的摩擦係數。21
圖 2-2 離心式離合器摩擦塊力學模型之一[24]
當離合器受到輸入軸的驅動力開始旋轉時，其旋轉之角速度定義為
1，於 摩擦塊質心位置將產生一離心力為12
clu cm
F m r
(1)其中，摩擦塊的質量為m，摩擦塊質心位置到旋轉中心的距離為rcm。已知彈簧 彈性係數 k ，彈簧設定之預張量
S
0，當摩擦塊向外接觸離合器鼓時造成彈簧額 外的形變量為 S
，幾何上詳細推導過程可參考王昉晛之研究[24]。則彈簧之作 用力可表示為( 0 )
F
spr k S S
(2)假設作用於摩擦塊上距離轉軸角度
c之單位面積壓力為p
，則此壓力大小 會與至轉軸之垂直距離成正比[24]，其關係式為sin sin
m
c m
p p
(3)22 sin sin cos
c
clu outward c c
m
23 sin sin cos
c
24
25
26
探討滑差與摩擦係數關係的文獻與模型不少，本研究參考 Kiencke 與 Daiss 所提出之滑差模型作為依據[26]。此滑差模型可表示在某種路面下，輪胎與該路 參考 Theory of Ground Vehicles 書中之參數表[27]，作為之後模擬分析之設定參數。
其中，選擇路面包含乾燥柏油路面及濕滑柏油路面，其數據分別為：一、乾燥路
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圖 2-5 車輪滑差與摩擦係數對應關係圖
2-5 煞車效率
煞車效率為一種衡量車輛於某種路面下之煞車使用率，由於不同路面具有不 同的摩擦係數曲線，可提供整車之最大煞車力也不同，因此，藉由計算煞車效率 即可了解車輛於該路面使用煞車的程度。煞車效率
b定義在煞車過程中，車輛 獲得之煞車力與地面可提供之最大煞車力之比值[27]，其式表示為
/
p b
r
a g
f
(24)其中，a為煞車作用造成之車輛減速度；
g
為重力加速度；( / )a g 之值表示單位
重力車輛產生之減速度比例；
p與f 如前所述分別為路面可提供之最大靜摩擦
r係數及車輪之滾阻係數。該式之計算結果位於 0 至 1 區間，若值為 0，表示煞車 未作用，或車輛毫無煞車力產生；若值為 1，表示煞車作用於極限狀態，假使此 時再施予額外的煞車扭力於車輪，則地面將無法提供額外的煞車力促使車輪旋轉，
以致於車輪產生鎖死情形。
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2-6 整車動態力學模型
當二輪車輛於煞車作用時，前、後車輪與地面之接觸面將產生煞車力，此外 亦包括輪胎滾動造成的滾動阻力，以及車輪與地面之正向力。另外，車輛行進間 車身前視面積造成的空氣阻力，定義作用於車輛質心處，且作用力方向為平行地 面。圖 2-6 表示為二輪車輛在一具有坡度之路面作用煞車之動態力學圖。
圖 2-6 二輪機車於煞車作用時之力學圖
其中，車輛前、後輪之作用力分別具有滾動阻力
R
rf 與R
rr，正向力N
f 與N ，以
r及煞車作用時產生之煞車力
F
bf 與F 。車身前方受一空氣阻力
brR ，車輛質心處
a具有一整車重力
Mg
。受以上作用力之影響，使車輛產生一向後方之加速度a， 即整車煞車之減速度。另外，圖中標示之符號L
1、L
2分別表示前輪軸及後輪軸29
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2-7 小結
本章建立各元件或系統之理論基礎，其中包含：一、離心式離合器力學模型。
推導該元件於不同旋轉方向可傳遞之扭力關係式。二、車輪力學模型。在煞車過 程中車輪受到一煞車扭力作用，同時產生地面對車輪之煞車力，藉由轉動力學式 即可求得車輪之角速度或受力等變化。三、車輪滑差模型。當煞車作用時，車輪 與地面產生滑差現象，本研究參考 Kiencke 與 Daiss 所提出之滑差模型作為依據，
求得滑差值對應摩擦係數之關係式，進而得知車輪受力之狀況。四、煞車效率。
參考 Theory of Ground Vehicles 書中煞車效率之定義，做為本研究於模擬階段評 估該煞車系統優劣之依據。五、整車動態力學模型。建立整車之自由體圖，加入 影響整車動態之因素，如車輛重心轉移、車身前視面積造成之空氣阻力等，進而 推導必要之力學方程式。
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（Centrifugal Antilock Braking System），簡稱為 C-ABS。以下承接離心式離合 器之理論模型與力學關係式，進而分析該元件之特性。
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恆大於正向力產生之力矩
M
n，此現象稱之為自減力（self-deenergizing）效應[29]。圖 3-1 為此離心式離合器轉速與輸出扭力之模擬結果。圖中粗線表示摩擦塊與離
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圖 3-1 摩擦塊分離(自減力)旋轉方向轉速與扭力關係
另外討論摩擦塊閉合旋轉方向，由式(10)可知
F r
clu 2 F r
spr s1 F r
spr s2 F r
rbr 3恆小於正向力產生之力矩
M
n，此現象稱之為自添力（self-energizing）效應[29]。然而，當離心式離合器之幾何尺寸或摩擦係數影響使得
M
n M
t
0時，則表示2 1 2 3
0
clu spr s spr s rbr
F r F r F r F r
，此為不合理之情形，即發生自鎖（self-locking）。此現象將導致離合器功能失效，同時也容易造成零件受損。圖 3-2 顯示該離合器 於自添力旋轉方向的扭力輸出性能曲線。由模擬結果可知，不同的旋轉方向不影 響離心式離合器之接合轉速，然而自添力旋轉方向將大幅提升離合器之輸出扭力 值，此外，可傳遞之最大靜摩擦扭力與動摩擦扭力的差值也較大。
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圖 3-2 摩擦塊閉合(自添力)旋轉方向轉速與扭力關係
由離心式離合器於兩種旋轉方向之模擬結果可歸納以下特性與差異：
1. 離心式離合器之接合轉速與其旋轉方向無關。由圖 3-1 與圖 3-2，大約於 1200rpm 時，離心式離合器之摩擦塊將與離合器鼓接觸並開始傳遞扭力，而 在此之前皆無扭力輸出。
2. 離心式離合器之最大靜摩擦扭力與動摩擦扭力皆隨轉速上升而增加。
3. 離心式離合器於自添力旋轉方向之輸出扭力高於自減力旋轉方向之輸出扭 力。由圖 3-1 及圖 3-2，比較兩者於相同轉速時，自添力旋轉方向之最大靜 摩擦扭力與動摩擦扭力皆高於自減力旋轉方向，並且在轉速越高時差異越為 明顯。
4. 離心式離合器於不同旋轉方向，其最大靜摩擦與動摩擦之扭力差值不同。由 圖 3-1、3-2 所示，比較在相同轉速時，自添力旋轉方向之兩曲線差值大於 自減力旋轉方向，並且在轉速越高時差異越為明顯。
由以上的分析結果，可判定適合於本研究之防鎖死煞車系統之離心式離合器，
其旋轉方向應選擇自減力旋轉方向。其主因為：一、自添力旋轉方向受到離合器 內部零件幾何尺寸的影響，可能造成自鎖現象而使得裝置失效或機件受損的情形。
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二、自添力旋轉方向之最大靜摩擦與動摩擦扭力差值過大，若煞車系統在動靜摩 擦區間震盪，則有大幅度的輸出扭力變化，此並非良好之設計。
3-4 離心防鎖死煞車系統之設計與配置
縱使離心式離合器具有隨轉速調變輸出扭力之特性，然而如何應用於煞車，
使建構成一防鎖死煞車系統，仍需搭配其他必要之元件。此外，該元件之間必須 有合適之連結方式，才得以使系統發揮煞車防鎖死功能。本研究設計以一離心式 離合器，搭配一煞車外盤及一滾珠軸承，構成一組離心煞車裝置（Centrifugal Braking Device），簡稱為 CBD，以作為 C-ABS 之核心裝置。該裝置構型可參考 示意圖 3-3。
1 煞車外盤 2 離心式離合器 3 滾珠軸承 4 傳動軸
圖 3-3 離心煞車裝置（CBD）示意圖
該裝置之設計構想為透過傳動軸的轉速決定離心式離合器的接合狀況及可 傳遞之扭力值，因此，當煞車外盤接收外來之扭力時，無法直接傳遞該扭力進入 傳動軸，必須經由離心式離合器間接傳遞。由於離合器可傳遞之扭力隨轉速上升 而增加，轉速下降則扭力降低，即該裝置可透過轉速自動調節輸入至輸出的扭力
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值。我們可將此 CBD 之傳動軸連接至車輪端，而煞車外盤連接煞車卡鉗，達到 煞車扭力可調變之功能。然而，單就此 CBD 裝配於車輛，則會產生兩個問題：
1. 車輪轉速不高，不足以使 CBD 之離心式離合器接合而產生效果。由圖 3-1 之模擬結果顯示，離心式離合器之接合轉速約為 1200 rpm，若換算一般 12 吋之車輪於時速 60 公里之轉速尚未及 700 rpm，無法使 CBD 產生作用。因 此，CBD 之傳動軸於連接車輪端之前，必須加以增速，使其中之離心式離 合器達到理想的轉速作用範圍，故可使用簡單的齒輪組達到此需求。
2. 車輪轉速漸慢以致於 CBD 之離心式離合器分離後，車輛將失去煞車力。雖 然離心式離合器於接合狀態時可隨轉速自動調變傳遞之扭力，然而當轉速低 於其接合轉速後，離合器之摩擦塊不再與煞車外盤接觸，此時傳遞至車輪之 煞車扭力遭切斷，使得車輛失去煞車。為解決此問題，本系統需搭配另一組 煞車，即利用原車之煞車，可在 CBD 失效後持續提供車輛之煞車力。當然，
此組煞車在作用力的參數設計上必須有所調整，兩組煞車間輸出比例之關係
此組煞車在作用力的參數設計上必須有所調整，兩組煞車間輸出比例之關係