本章首先針對二自由度懸吊系統為基礎架構，利用機構拓樸討論可得到懸吊 系統的功能圖。接著根據第三章的振動分析，可知具動態減振之輪內電動車所使 用的第二懸吊，可改善輪內馬達電動車的振動問題，故在二自由度懸吊系統的功 能圖中加入第二懸吊系統。加入第二懸吊後，若減振質量為輪內馬達時，會造成 與輪框有偏心距使得需加入偏心聯軸器系統。以二自由度懸吊來看需加入第二懸 吊與偏心聯軸器等兩項系統才可完成三自由度並聯式懸吊系統之功能圖，經過拓 樸討論可得多種三自由度並聯式懸吊系統之功能圖方案。若輪內馬達電動車的簧 上質量與簧下質量比約3.75 時，利用第二懸吊與偏心聯軸器將簧下質量轉移 60%
以上至減振質量時，其減振效果可優於一般型態電動車，以此為概念透過三菱的 Colt Plus 懸吊元件質量為例，從多種方案篩選出實現轉移比例 60%以上的方案。
最後因為獲得轉移比例60%以上之方案後，針對方案中所需的次系統，輪內 馬達、煞車、馬達、第二懸吊等探討適合輪內系統的機構。再將各次系統的機構 依照功能圖，組裝成多種輪內馬達懸吊系統之概念設計方案，再藉由概念設計方 案的配置討論，可了解不同方案的空間配置情況，以方便實務設計的使用。
4-1 二自由度懸吊系統之功能圖
一般型態的懸吊系統是多個次系統組合，可以藉由機構拓樸討論，將系統內 的不同次系統進行定義，可根據定義分割得到多個次系統單元，各次系統單元彼 此之間仍有連結關係，該連結關係本研究令其代表為實體連結，最後將各系統彼 此實體連結關係繪製成一般型態的懸吊系統之功能圖。
首先以一般型態懸吊系統(圖 4-1a) 為例，根據不同次系統的定義如下:
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(a) 一般 2DOF 型態懸吊系統 (b)輪內馬達電動車的懸吊系統[3]
圖 4-1 懸吊系統之機構圖
Frame(車架)—具備高剛性之剛體載體，負載乘客及物體等。
SUS(懸吊)—在兩對手件位移過程中利用彈簧與阻尼之減振系統。
Steer(轉向)—轉向機構使得車輪對轉向軸(Kingpin)產生轉向。
Arm—與 Frame 連接，並產生近似直線機構之懸吊機構，如拖曳臂、麥花臣 等之搖臂。
Transmission—傳動系統從車身傳遞動力，例如萬向接頭等。
Brake—煞車系統，例如碟煞、轂煞、馬達煞車等。
Hub Bearing—輪轂軸承，車輪與懸吊系統之間的迴轉對。
Wheel Rim—輪圈，車輪承受車體重量以及衝擊之環狀剛性體。
Tire—輪胎，具有高剛性以及極小阻尼之性質。
當引擎車變為輪內馬達電動車(圖 4-1b)時，不需要傳動系統，但需新增一輪 內馬達。輪內馬達本身除了有馬達功能外，也可同時擁有發電機功能，可視為一 種發電與發動的電機系統。以下是電機系統的定義:
M/G—Motor/ Generator，具有馬達與發電機功能之電機系統。
Tire
Transmission
Steer SUS
Wheel Arm Brake
Hub Bearing
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接著將一般型態懸吊系統(圖 4-1a)的各次系統單元分別切割出來，根據實體 連結關係可繪製出二自由振動模型的原型功能圖，如圖 4-2。當引擎車變為輪內 馬達電動車(圖 4-1b)時，不需要傳動系統，故刪除 Transmission，接著需新增一 輪內馬達在Kingpin 與 Wheel Rim 之間，加入輪內馬達後其功能圖，如圖 4-2b。
最後因為Steer 與 kingpin 必須連結在 Arm 上，故可再重新將其合併成 Steer+Kingpin+Arm 的一個次系統單元；同理在 Wheel Rim 與 Tire 其連結關係為 必須，故合併成 Wheel Rim+Tire 的一個次系統單元。二自由度振動模型的輪內 馬達的懸吊之功能圖(圖 4-2a)經過部分擔元合併後，可得到簡化之功能圖，如圖 4-2c。
(a)一般型態懸吊系統之功能圖
(b) 輪內馬達的懸吊系統之功能圖
(c) 簡化後輪內馬達的懸吊系統之功能圖 圖 4-2 懸吊系統功能圖
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將二自由度的輪內馬達之懸吊系統利用拓樸討論，根據次系統定義與連結關 係繪製成功能圖，經過簡化後可得簡化後的功能圖。在這簡化後的功能圖中，屬 於簧下質量的次系統單元剩下五個。下一節將在這五個次系統單元之間連接加入 第二懸吊與聯軸器等兩項次系統。
4-2 三自由度懸吊系統之功能圖
在4-1 節中將二自由度的輪內馬達之懸吊系統利用拓樸討論，經過簡化後獲 得的二自由度輪內馬達之懸吊系統功能圖。本節在此懸吊功能圖加入第二懸吊與 聯軸器等兩項次系統之前，先將簧下質量的各次系統討論其他合併的可能。接著 從多種的合併方式中加入第二懸吊與聯軸器等兩項次系統，完成三自由度的懸吊 系統。這三自由度懸吊系統的功能圖，經過排列組合可獲得並聯式或串聯試的多 種功能圖方案。最後以Colt Plus 的元件重量為範例，計算各種功能圖方案下的 簧下質量與減振質量，並根據減振質量與原簧下質量比例可得各種方案的轉移比 例，之後從中找出比例超過60%的有效減振方案，在 4-2-3 討論後得 4 組方案。
4-2-1 次系統合併
在4-1 節所得的簡化後輪內馬達之懸吊系統功能圖(圖 4-2c)進行次系統合併 討論。加入第二懸吊、聯軸器等兩項次系統前必須先設定次系統合併的原則，因 為第二懸吊兩端為不迴轉的近似直線運動，故必須介於兩端固定端；聯軸器本身 為傳動扭力的裝置，故必須兩端皆為迴轉端。依此固定端與迴轉端來探討各單元 件的連接關係。Steer+Arm+Kingpin 屬於固定不隨輪胎迴轉的次系統單元，Wheel Rim+Tire 為驅動車輛時會迴轉的次系統單元，在這兩次單元系統間有兩個次系 統單元分別為M/G、Hub bearing、Brake 皆具有固定端與迴轉端的次系統，但 Brake 必須依靠具有 M/G 或 Hub bearing 迴轉對功能的次系統，故在合併時需注
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意不可獨立存在。
接著根據固定端與迴轉端的關係可得到合併原則。為方便討論合併過程說明，
利用代碼來簡化稱呼次系統單元。例如次系統Steer、Kingpin、Arm 進行組合，
予以簡化後次系統代碼為『A』。次系統Wheel Rim、Tire 進行組合，予以簡化後 次系統代碼為『W』。以下討論合併方案，方案中利用『,』代表功能分界:
1. 若 M/G、Brake、Hub bearing 組合，代碼為『MBH』。
2. Brake 與 Hub bearing 組合與馬達並聯，代碼為『M,BH』。
3. M/G 與 Brake 組合與 Hub bearing 並聯，代碼為『MB,H』。
最後次系統合併的三個方案，加上功能圖上其他的次系統後，將全部懸吊系 統進行編碼，如表 4-1。以下將簡略說明功能圖方案的編碼原則，以 F-A,MBH,W 為例。
將圖 4-2c，進行功能圖合併後得到三種合併方案，分別編碼為 F-A,MBH,W、
F-A,M,BH,W 、F-A,MB,H,W，所對應的懸吊系統功能圖如表 4-1。
次系統代號 次系統單元
F Frame
M M/G
MBH M/G+Brake+Hub bearing MB M/G+Brake
BH Brake+Hub bearing H Hub bearing W Wheel+Tire
A Steer+kingpin+Arm
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表 4-1 二自由懸吊功能圖初步分類
編號 功能圖
原型
次系統合併後
F-A,MBH,W
F-A,M,BH,W
F-A,MB,H,W
4-2-2 簧下質量轉移
在4-2-1 節針對第二懸吊與聯軸器加入前的次系統合併討論，分成三種方案。
但要達到具有簧下質量轉移功能之三自由度懸吊系統，還須加入第二懸吊、聯軸 器，加入之前需個別定義。加入第二懸吊是因為需要一組減震系統，包含減震質
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量、阻尼器、彈簧等元件，之外還需要直線機構確保在垂直方向上運動。加入聯 軸器的原因是當輪內馬達作為減振質量的一部分，簧下質量的輪框與第二懸吊上 的輪內馬達會產生相對位移。此時馬達與輪框兩軸會因為相對位移造成輸入軸與 輸出軸之間有偏心距離，所以必須透過具有偏心功能的聯軸器來傳遞輪內馬達的 動力至輪框上。此聯軸器機構必須擁有三個自由度，分別為兩個平面移動的自由 度，以及輸入與輸出相同轉速的自由度。以下為第二懸吊與聯軸器的次系統定義
SUS2—第二懸吊為一種直線機構且含減振元件的系統。
Coupling—聯軸器為一種包含轉動與偏心軸距的三自由度機構，同時傳遞扭 力，且輸入與輸出的轉速相當，也可含有減震元件。
定義新加入的次系統後，下五步驟以及相關原則，說明如何透過第二懸吊、
偏心聯軸器的加入，完成簧下質量轉移的拓譜概念設計方案，以及對應的功能 圖。
1. 加入SUS2—在兩端為固定端的次系統中加入第二懸吊。
2. 加入Coupling—在兩端為迴轉端的次系統中加入偏心聯軸器。若兩端除 聯軸器連接外無其他連結，代表缺乏支撐結構，則不加入。
3. 改變SUS 連結—改連結另一質量塊的固定端後，可新增另一組方案。另 一組方案的懸吊模式由原來串聯式變並聯式、並聯式變串聯式。
三步驟後可得全部質量轉移可能方案，但所獲得的方案中有幾項不合理情況將與 以刪除。
4. Coupling 若不傳遞扭力僅轉動，刪除 Coupling。
5. Hub Bearing 若不轉動，則刪除 Hub Bearing。
根據這些步驟完成後進行編碼，編碼原則:S 表示串聯式懸吊，P 表示並聯 式懸吊，排列順序為簧上質量(m2)、第二簧上質量(m3)、簧下質量(m1)，如下所 示:
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以下將針對三種二自由度合併方案分別加入第二懸吊與聯軸器，並且依照上 述五步驟進行:
I. F-A,MBH,W
步驟 1:在A 與 MB 之間加入 SUS2，形成 F-A-MBHW-S，如表 4-2。
步驟 2:無法加入Coupling，因為輪胎將無法支撐車重。
步驟 3: SUS 底端連接改至 Hub bearing，變成 F-A-MBHW-P，如表 4-2。
步驟 4:無Coupling 刪除。
步驟 5: Hub bearing 有轉動不刪除。
最後剩下兩個方案分別為，F-A-MBHW-S、F-A-MBHW-P。兩個方案中皆無 需加入聯軸器，且其中輪轂軸承將與M/G 內部軸承整合。
表 4-2 F-A,MBH,W 之三自由度懸吊功能圖
編號 功能圖 懸吊簡圖
F-A,MBH,W
F-A-MBHW / S
F-A-MBHW / P
[--]表示簧下質量區塊， [..]為第二簧上質量區塊
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II. F-A,M,BH,W
步驟 1:在A 與 M，或 A 與 BH 之間加入 SUS2，有兩種位置。
步驟2:在 M 與 W，或 BH 與 W 之間加入 Coupling，目前 4 種方案，如表 4-3。
步驟 3:SUS 連接改變另一質量塊的固定端後，新增 4 個方案，如表 4-4。
步驟 4: Coupling 有扭力需傳動，故不刪除。
步驟 5: Hub bearing 有轉動，故不刪除。
經過五個步驟後可得四個並聯式方案與四個串聯式方案，總共為八個。
III. F-A,MB,H,W
步驟 1:在A 與 MB，或 A 與 H 之間加入 SUS2，有兩種位置。
步驟 1:在A 與 MB，或 A 與 H 之間加入 SUS2，有兩種位置。