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高考申論題 108年 [汽車工程] 汽車底盤

第 一 題

📖 題組:
車輛轉向幾何之設計大多以阿克曼轉向幾何(Ackermann steering geometry)為基礎。(每小題 10 分,共 30 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請以內、外側輪轉向角度的差異以及內、外側輪旋轉軸線之交點位置,說明何謂阿克曼轉向幾何?

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看到「阿克曼轉向幾何」,應先聯想到車輛過彎時,四輪必須維持「純滾動」以避免輪胎側滑。解題時直接針對題目要求的「轉向角度差異」與「旋轉軸線交點」進行定義,並點出三線共點的幾何原理。

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【破題】 阿克曼轉向幾何(Ackermann steering geometry)是一種為了確保車輛轉向時,四個車輪都能以「純滾動」方式繞行同一個瞬時轉向中心,從而避免輪胎側滑磨耗的底盤幾何設計。 【論述】

小題 (二)

請配合簡圖,並利用內、外側輪轉角δi與δo、軸距 L 以及輪距 B 描寫阿克曼轉向幾何。

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看到阿克曼轉向幾何,首先要在腦海中建構車輛轉彎時的幾何圖形,確認『所有車輪軸線交於同一瞬時轉向中心』的核心概念。接著,利用三角函數(餘切 cot)將內外側輪轉角(δi, δo)、軸距(L)與輪距(B)連結,推導出標準阿克曼方程式,並適時補充其物理意義與優缺點以獲取高分。

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【破題】 阿克曼轉向幾何(Ackermann steering geometry)的核心目的在於確保車輛轉彎時,所有車輪皆能繞著同一個瞬時轉向中心旋轉,達成純滾動而避免輪胎產生側滑(Scrubbing)與異常磨耗。 【論述】

小題 (三)

當車輛之軸距加大或是輪距減小時,請問內、外側輪轉向角度的差異會如何變化?

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遇到阿克曼轉向幾何題型,首要寫出其核心數學關係式:cot(外輪角) - cot(內輪角) = 輪距/軸距。接著依據題目給定的條件代入公式判斷等式右側比值的增減,再配合餘切函數(cotangent)的遞減特性,即可推導出角度差異的變化。

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【解題思路】利用阿克曼轉向幾何的核心數學關係式,進行變數增減的邏輯推導。 【詳解】 已知:阿克曼轉向幾何之理論基礎

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