四輛轉向(4ws)

四輛轉向(4WS)

在一般汽車,以操縱方向盤使前輪的輪胎轉向發揮轉彎機能,但四輪轉向是後輪的輪胎也可轉向之系統。四輪轉向(4WS:4wheelsteering)之目的,在低速行駛時作逆相轉向(前輪與旋轉方向為逆向)使旋轉時小轉彎性能良好,中高速時為同相轉向(前輪與旋轉方向為同方向),以提高在高速時之車道變換或旋轉時操縱穩定性。


(1)4WS車之小轉彎能

汽車在低速旋轉時,車輛行進方向與輪胎方向大概可視為一致,在各輪大部份不會產生旋轉向心力(cornering force )。四輪行進方向的垂直線會交於一點,車輛就以該點為中心(旋轉中心)旋轉。

請參閱圖A 低速旋轉時之行車軌跡,二輪轉向(2W5)車(前輪轉向)時,因為後輪不轉向,旋轉中心差不多在後軸的延長線上。


圖A

 

 

 

4WS車的情形,是把後輪逆相轉向,旋轉中心比2WS車更靠近車輛,亦即迴轉半徑較小。在低速旋轉,前輪轉向角若相同,則4WS車的迴轉半徑可較小,小轉彎性能良好,內輪差也可縮小。在轎車時,後輪逆相轉向
s度,則最小迴轉半徑約為50公分,內輪差可減少10公分。

 

 

(2)4WS車在中高速之旋磚性能

直向行進之汽車轉彎時,由車輛的重心點變化行進方向的公轉,與該重心點周圍的車輛自轉之兩種運動合成來進行。圖B 表示2WS車高速旋轉時之車輛狀況。首先,若前輪進行轉向,前輪胎就產生滑動角α,並產生旋轉向心力,車身開始自轉。結果,使車身偏向後輪也產生滑動角β,後輪也產生旋轉向心力,四輪的力量就分擔自轉與公轉力,隨著取得平衡進行旋轉。可是速度愈高向心力增大,因此與其取得平衡之旋轉向心力也不得不增大,給與前輪更大的滑動角不得不產生大的旋轉向心力,而且,因為後輪也會給與相似的滑動角,就發生使車身產生更大的自轉運動之必要性。可是,速度愈高更增加車身自轉運動之不穩定性,容易產生車輛旋轉(spin)或橫滑。

C



理想的高速度旋轉運動,應使車身方向與車輛行進方向儘量一致,以抑制多餘的自轉運動,使前後輪能產充分的旋轉向心力。如圖C 所示,在4WS車中,使後輪同相轉向後輪也產生滑動角α,使與前輪的旋轉向心力平衡以抑制自轉運動。結果,使車身方向與車輛行進方向一致就可期待穩定的旋轉。