第一章 緒論
1-1 前言
煞車於車輛系統中為非常重要的一環，近年來的研究，更是著重於防鎖死煞 車系統 ABS（Anti-lock Braking System）。車輛於行進間難免遭遇不可預期之突 發狀況，使駕駛者不自主地過度操作煞車，即施加過大的煞車操作力於煞車踏板
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車輪之轉速作為是否作動 ABS 之參考指標。另外控制電磁閥之開閉調節煞車液 壓，調變輸出到車輪之煞車扭力。圖 1-1 為該系統於煞車增壓過程之狀況，駕駛 者踩下煞車踏板之力道經倍力器放大後，透過煞車油將力量傳遞至煞車卡鉗，卡 鉗上之摩擦塊受壓而推擠碟盤產生煞車力，使車輛獲得制動力。
圖 1-1 電子液壓防鎖死煞車系統之增壓過程[11]
圖 1-2 分別為該系統之恆壓過程與減壓過程。如圖 1-2 (a)，當 ABS 開始作 動時，電磁閥受控制向上壓縮，使原來自煞車總泵傳來之煞車油被阻斷，此時車 輪端之液壓管路容積固定，以致於維持固定之煞車壓力。然而，若車輪依然趨向 鎖死，此時電腦將控制電磁閥持續向上壓縮，如圖 1-2 (b)所示，打開回流通道使 煞車油流向儲存槽，煞車力因而降低。
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(a) (b)
圖 1-2 電子液壓防鎖死煞車系統之 (a)恆壓過程 (b)減壓過程[11]
B. 機械式液壓防鎖死裝置
英國 Lucas Girling 公司設計之機械式防鎖死系統[11]，與前述之系統最大的 差異在於其防鎖死系統是否作動之檢測機制為機械式構造。作動方式如圖 1-3 至 圖 1-5 所示，當車輪轉速快速下降時，裝置內部之離合器提供向外的摩擦力不足 以帶動飛輪，造成飛輪與車輪軸產生相對運動，此時，滾珠受傾斜角度之珠槽影 響將飛輪向左推移，進而打開卸壓閥與低壓儲油槽，使煞車端分泵液壓下降。
圖 1-3 機械式液壓防鎖死裝置—ABS 未作動階段[11]
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圖 1-4 機械式液壓防鎖死裝置—ABS 作動階段[11]
然而，當車輪轉速回升與飛輪轉速相近後，恢復彈簧使兩者重新接合，卸壓 閥回復，而此時回油泵仍持續泵油，將卸壓活塞下推並再次打開截斷閥，此時分 泵壓力與總泵壓力相等，系統恢復 ABS 作動前之狀態。
圖 1-5 機械式液壓防鎖死裝置—ABS 停止而回復階段[11]
C. 楔型機構煞車系統
圖 1-6 為 Siemens 公司於 2006 年發展之煞車裝置[12]，相較於傳統液壓式煞 車系統截然不同，其大多使用電子元件及馬達，另包括一斜面機構。基本構造不 同使其 ABS 之操作模式也有所不同，雖然判定 ABS 是否作動同樣藉由輪速感知
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器及電腦，然而調變煞車力之機制則改由馬達直接控制，系統可直接控制輸入該 馬達之電壓與電流改變煞車力道。因此，該系統不需額外液壓設備，煞車力之傳 遞不再透過液壓油，而是藉由駕駛者踩壓踏板之角度，經運算後轉為電子訊號輸 出至控制馬達，進而調變其煞車力。
圖 1-6 楔型機構煞車系統[12]
D. 磁流變液防鎖死煞車系統
圖 1-7 為 S.-B. Choi等人提出之磁流變液防鎖死煞車系統[13]。該系統包含兩 條管路，其一為一般煞車之油路，另外則是控制迴路。該控制迴路中裝載一種可 控之液體，稱為磁流變液，系統可藉由改變電流造成磁場的變化控制該液體之黏 滯性，間接控制兩管路共同之活塞位移，進而改變輸出至車輪之煞車力。
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圖 1-7 磁流變液防鎖死煞車系統[13]
E. 油壓式容積調變液壓控制系統
此類系統利用改變液壓槽之容積，達到調變輸出煞車力之功能。圖 1-8 為一 種容積調變式之煞車系統構造[14]，其操作方式藉由另一組液壓系統控制主系統 液壓槽之容積變化。當 ABS 未作動時，由煞車總泵傳來之液壓注入 4a 前油室，
推動活塞 4b 向左移動，使得煞車壓力室 4c 容積減小而增加煞車液壓。而當車輪 趨向鎖死時，系統控制洩壓電磁閥 6，使切斷背壓室 4e 之流出管道而造成活塞 無法移動，此時 4c 之容積得以維持固定，煞車力不再增加。隨後系統亦激磁增 壓電磁閥 7，使油室 4e 壓力上升而驅使活塞軸向右移動，此時煞車壓力室 4c 之 容積增加因而降低輸出至車輪端之煞車力。
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圖 1-8 油壓式容積調變液壓控制系統[14]
F. 行星齒輪組防鎖死煞車系統
圖 1-9 為 T. Wakabayashi 等人發展之行星齒輪組防鎖死煞車系統[15]。類似 於上述之楔型機構煞車系統，利用馬達控制輸出之煞車力。煞車力之傳遞亦不透 過液壓油路，而是單純由鋼線傳遞。當 ABS 作動時，防鎖死馬達啟動，驅使行 星齒輪帶動傳動盤而拉動傳動鋼線，使輸出至車輪端之煞車力下降而達到車輪防 鎖死功能。
圖 1-9 行星齒輪組防鎖死煞車系統[15]
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G. 防鎖死煞車結構
上述之各系統裝置皆適用於汽車或機車，其中多使用電子設備並搭配液壓系 統做為力的傳遞介質。然而，對於自行車來說，加上電子設備與液壓系統顯然不 符成本，因此，科權公司於 2008 年發展一種專為自行車設計之防鎖死裝置（SABS）
[16]，以機械式構造達到 ABS 之功能。如圖 1-10 所示，該裝置之作動原理與一 般熟知的 ABS 有所不同，並非透過頻率式的增壓與減壓控制煞車力，而是藉由 機構限制最大煞車力使車輪免於鎖死。關於此裝置詳細的作動方式及原理，完整 之力學模型建立以及相關的模擬與分析，可參考我們在 2013 年發表之研究[17]。
圖 1-10 防鎖死煞車結構（SABS）[16]
H. 兩輪車車輪煞車順序控制裝置
呂春明等人於 2011 年設計此裝置其產品名稱為 BiABS [18]，圖 1-11 為裝置 本體於 ABS 作動前後之示意圖。裝置初始型態如圖 1-11 (a)所示，上方兩條煞車 線分別連接左右煞車拉桿，下方兩條煞車線左側連接前輪煞車，而右側連接後輪 煞車。當煞車作用時，如圖 1-11 (b)，煞車線向上拉動連接滑塊，驅動其拉動下 方之煞車線，此時裝置內部之防鎖死彈簧限制傳遞至前輪之煞車力，故能達到防
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止車輪鎖死的功能。此外，受到防鎖死彈簧之影響，延遲煞車力傳遞至前輪的時 間，使造成車輛前、後輪有煞車作用順序之效果。
(a) 煞車未作動 (b) 煞車作動
圖 1-11 兩輪車車輪煞車順序控制裝置（BiABS）作動示意圖[18]
I. 自行車用之防鎖死煞車裝置
徐正會等人於 2002 年設計一種適用於自行車之防鎖死煞車裝置[19]，然而 與上述兩種系統，SABS 與 BiABS，差異在於 ABS 是否作動不取決於煞車力，
而是利用車輪之轉速。圖 1-12 為該裝置之作動示意圖，圖中煞車拉桿與車輪端 煞車器間連接一機構，下方主動輪與車輪同軸，故其轉速同等於車輪轉速。圖 1-12 (a)顯示為駕駛者按下煞車拉桿後，煞車線拉動壓桿進而傳遞至煞車端連桿 產生煞車力，若此時車輪轉速不高，則車輪即可煞停。然而，若車輪轉速較快時，
如圖 1-12 (b)，被動輪受主動輪的牽引向左方移動，並滑至撥爪內側扣住第二拉 桿，當車輪即將鎖死之時，主動輪轉速快速降低，而被動輪則受彈簧的恢復力向 右拉回，同時推動第二拉桿將煞車端連桿下拉並放鬆煞車力道，此時主動輪重新
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開始旋轉，裝置回復至 ABS 未作動前的階段，如此重複之動作使車輪達到防鎖 死之功能。
(a) 按壓煞車而ABS未作動 (b) ABS作動狀態
11 壓桿 13 主動輪 14 第二拉桿 15 被動輪
16 彈簧 22 連桿 142 撥爪
圖 1-12 自行車用之防鎖死煞車裝置作動示意圖[19]
J. 煞車之點煞結構
黃俊宏於2006年設計一種碟式煞車防鎖死之裝置[20]，有別於其他防鎖死系 統，該裝置並無判斷ABS是否作動之機制，即煞車過程中其防鎖死之功能將持續 作動直到車輛煞停為止。如圖1-13所示，該碟盤上設計多個凸點，當碟盤隨車輪 旋轉時，此凸點將推動卡鉗內部之滾珠來回振動，使得控制煞車油之閥門產生間 歇性開闔，導致煞車液壓之變化，煞車力因此不會瞬間激增以致於車輪鎖死。
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圖 1-13 煞車之點煞結構[20]
1-3 防鎖死煞車系統分類
在搜尋 ABS 相關文獻時，發現少有文獻將防鎖死煞車系統或其裝置做分類 討論。一般而言僅著重於系統作動 ABS 之機制，以及煞車力之傳遞方式。例如 我們最熟知的 ABS，如 1-2 論及 Bosch 之防鎖死煞車系統，使用液壓系統並搭配 電子設備（控制電腦、輪速感知器等）。然而，如此粗略之分類無法深入辨別各 種 ABS 在其原理或機構設計上之差異，因此，本研究將針對 ABS 之操作模式或 作動原理，以及煞車力之傳遞方式與其機構做出較完整的分類。另外，透過此分 類方法，將本文 1-2 文獻回顧之系統與裝置做進一步分析及整理。
依 ABS 之作動策略及煞車力之傳遞方式可分為四大單元：決策單元、決策 目標、煞車力調節單元及煞車力傳遞單元。詳細說明如下：
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