Page 60 - 捷運工程叢書 精進版 － 21 捷運電聯車實務
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臺北市政府捷運工程局
第三節 車輛運動動態之穩定性
一、車輛動態性能之設計理念
當電聯車行進時，電聯車分別承受（X、Y、Z）三個方向之作用力，並因此而產生不同
之運動型態，其分別為繞X軸方向（縱向）之滾動（Roll）、繞Y方向（橫向）之俯仰（Pitch），
及繞 Z（垂直）方向的擺動（Yaw）（如圖 4-3-2），一般而言電聯車會因軌道之不規則性質
（Track Irregularity）及粗糙度（Roughness）、坡度（Grade）和彎道曲率（Curve），而造
成上述之運動型態；其中有因特殊的軌道特性及坡度所造成電聯車的俯仰運動；有因彎曲及
軌道方面之缺陷產生了滾動與擺動。由於電聯車車身發生了橫向擺動（Lateral Yaw）及滾動
（Roll）之運動，並加上些微的轉向架運動等因素而造成了所謂的蛇行現象（Hunting），亦
即所謂的電聯車橫向不穩定度（Lateral Unstability）。
電聯車在行駛當中有一段行程會發生蛇行現象（Hunting）Y 位移可由 Math 推導出來。
蛇行現象會導致車輪輪緣之磨耗，甚至讓車輪爬越鋼軌而使電聯車翻覆。相對於車身的擺動
蛇行，轉向架本身也有擺動蛇行之現象，但卻是與車體之蛇行有所不同，在轉向架之擺動裡，
其車輪組與轉向架主樑（Frame）間相互之耦合運動（Coupling）而產生了橫向及垂直向之
擺動（Yaw），當電聯車從速度為 0 km/h 開始慢慢增加速度至某一臨界值之前，整個電聯車
系統均為無阻尼之現象，跟著再增加速度時振動就會發生。如果速度繼續增加上去，就會有
負的阻尼係數（C/Cc）出現，導致整個系統之不穩定。故定義當整個系統到達阻尼係數為 0
時，該時之速度稱為臨界速度（Critical Speed）。
二、影響車輛轉向架穩定之主要因素
穩定度的分析可決定一個臨界的速度叫「臨界速度」、超過該速度電聯車就會有小的
擾動（Perturbation）出現，亦即電聯車系統漸趨於不穩定（Unstable）；臨界速度即為電
聯車穩定性的邊界值；由於電聯車的臨界速度無法與電聯車的轉彎性能（Curving
Performance）兼顧，因此考慮要使車輛有很高的臨界速度之性能時，相對就無法滿足電聯
車能在曲率較小的轉彎路徑行駛之需求。故對於影響設計轉向架臨界速度的幾項重要參數
（Parameter）歸納如下：
( 一 ) 轉向架之主懸吊徑向勁度係數（Primary Longitudinal Suspension Stiffness）。
( 二 ) 轉向架之次懸吊橫向擺動勁度係數（Secondary Yaw Stiffness）。
( 三 ) 車輪的有效錐度（Effective Conicity）。
( 四 ) 車輪輪軸間距（Axle Space）。
( 五 ) 其他因素如次懸吊橫向勁度係數（Secondary Lateral Suspension Stiffness）、車軸
負重（AxleLoad）、車輪半徑、車輪及轉向架結構重量減少，和主懸吊及次懸吊
橫向阻尼（Primary & Secondary Lateral Damping），主懸吊徑向阻尼（Primary
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