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參加 2006 SAE 年會 - 與會心得報告

臺灣大學機械工程系所黃元茂教授

2007-01-08

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• 會議時間 : 95 年 4 月 3 日 至 95 年 4 月 6 日

• 會議地點 : Cobo Center, Detroit, Michigan, USA

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一 . 美國自動工程學會 2006 世界會議與研討會• 專題演講與討論• 有關自動工業之創新、混合動力車、各式引擎、能源、安全、車輛電子化、奈米化、廢氣排放與環境、動力與傳動系統、材料與測試• 有超過千篇論文發表，共同分享研究資訊與活動

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二、重點整理混合動力車輛與煞車A. 混合動力車輛

• 全球面臨環境危機、暖化與石化燃料減少等問題• 1. 混合系統定義

– 一個系統有混合兩個或以上推動之工作原理– 系統將依許多因素而定，例如駕駛環境、車輛速度和所需之駕駛性能與駕駛舒適

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• 2. 發展– 1997

Toyota - 可謂為世界混合動力車之領導者• 世界第一量產混合動力客車出現於市場上• Pirus• 零化 - 朝向對環境零負衝擊、零事故與零交通阻塞• 最佳化 - 致力於增進舒適、趣味與刺激

– 2003 年以來• 有顯著上升的環保、性能與行駛表現

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• 3. 混合系統之分類– 分為三大類 : 串聯混合系統、並聯混合系統、串聯與並聯混合系統a. 串聯混合系統

• 一個引擎帶動一個發電機，產生與提供電力到馬達，帶動輪子，動力輸出到輪子是串聯• 優點 : 能維持低之排放廢氣• 缺點 : 需相當大與重之電 池，故會影響車輛之表現與燃料經濟

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b. 並聯混合系統• 引擎與馬達帶動輪子，動力輸出到輪子為並聯• 利用調整馬達作為發電機，充電電池• 此電池之電力用以帶動輪子• 優點 : 結構簡單• 可維持高效率• 缺點 : 不能同時馬達帶動 輪子又充電，因為只 有一個馬達熱機時導至高廢氣排放

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• c. 串聯與並聯混合系統– 引擎之動力經動力分配器分為二– 其一為輸出軸聯結到馬達– 另一則聯結到發電機，充電電池– 動力同時從引擎與馬達輪子– 同時用發電機產生電– 優點 : 高效率　　　 不需一個大與重之電池　　 若有需要，系統之馬達能帶 動輪子　　 有穩定與最佳之引擎操作 　　 有甚低之廢氣排放目前之主流 : 內燃機引擎和電動馬達混 合系統依其輔助動力與電壓分為兩類：低電壓 與高電壓

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4. 研究主題a. 各種混合動力車

• 4x4 Hybrid• Mild Hybrid• Diesel Hybrid• Hybrid Synergy Drive• Fuel Cell Hybrids

b. 動力控制器• 用低電流提供動力於馬達可增加效率• 動力等於電壓乘以電流• 若馬達所需之動力保持不變 , 電壓提高一倍，電流則可降低為一半• 所產生之熱損失為電流之平方乘於電阻• 若電阻保持不變，則動能損失為熱可以減少為四分之一，效率因而提高

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• c. 混合變速器• 沒有離合器或扭力轉換器• 有無數變化之變速比• 不論引擎停止或運轉，車輛停止或移動皆可用

• d. 混合電池與應用於汽車超級鋰離子電池• e. 燃料電池之低溫操作• f. 改善燃料的經濟效率與操控性• g. 降低 COx 之發生

• 汽油引擎必須改造 • Honda正用可變汽缸管理與可變之壓縮比之技術

• h. 降低 NOx 之排放• i. 氫氣之使用

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• j. 安全系統• k. 最佳效率• l. 增加或回收再生能源，減輕重量• m. 並聯式混合電力車的速度與節氣閥位置 的預測• n. 電動起步 • o. 並聯運作與煞車發電

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B. 煞車• 1. 研究主題

a. 轉子鑽孔對煞車性能之效應b. 濕煞車能力與煞車磨損率c. 增加來令片緊抓轉子d. 有孔與無孔之性能，煞車之能力、冷卻、損毀e. 來令片材料與孔互相作用對煞車性能之影響f. 孔對單一來令片材料之效應g. 煞車冷卻性能h. 降低煞車轉子溫度，減少煞車損壞與熱抖振i. 煞車系統與環境之改變對煞車之影響j. 煞車碟盤設計與材質對共振頻率與熱撓度之效應

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三、 本人發表之文章• 標題 :

• 煞車碟盤設計參數對冷卻表現之研究• Analytical Study of Design Parameters on Cooling

Performance of a Brake Disk

• 獲 SAE2006 主席之一認知狀，作為永久之記念

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A. Introduction

pad

disk

long vane short vane long vane

Schematic drawing of disk brakeSchematic drawing of disk brake

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• 1. Operation• a. vehicle• b. brake• c. friction• d. high temperature• e. braking performance• 2. Surface condition• a. discontinuous contact• b. non-uniform pressure• 3. High cost of measurement• a. temperature distribution• b. thermal state

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• 4. Purpose• a. study effect of design parameters• * such as disk dimensions and

boundary conditions• b. simulate thermal effect by utilizing

CAE• *analyze temperature distribution• c. model dimensions can be revised to

reduce cost of testing

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B. Method

• 1. Generate disk model• 2. Establish three-dimensional finite el

ement model• 3. Simplify model with assumptions• 4. Use operating conditions • 5. Consider boundary conditions

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C. Result

• Using ANSYS may generate a default finite element model

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auto mashed grid points of original brake B

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• darker area stands for higher temperature

brake model B

unit: oC

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• Compare various models• a. effects of supporting portion and

fillet radius on thermal sensitivity • b. five models including original brake

model B are constructed• *similar to brake disk A of which

data is available for comparison

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highest temperatures of various disks versus time

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highest temperatures of various disks versus stop

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• highest temperature of various disks• *deviation of temperature calculated and

reference is about 6%• - deviation is acceptable• - reason is different boundary

conditions• - experimental equation may generate

certain error• *occurs at middle location of disks

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effect of changing thickness of support portion on temperature of brake is insignificant

SAE2006-01-0692

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effect of changing fillet radius on temperature of brake is significant

• *lower about 30oC

SAE2006-01-0692

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D. Conclusion

• 1. This analysis provides temperature distributions for various brake disks

• 2. Results are compared and show good agreement with available data

• 3. Calculated results are acceptable• 4. Model can be used as a design

tool for designing brake disks

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四、展示會• 研討會與展示期中，有許多廠商參展• 展示很多新設備與新設計之產品

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五、 Micro-Baja 車輛設計競賽1. 參賽者將市售之遙控車輛修改• 行駛於設計之全部路程• 修改之車輛需通過性能與設計等比重之兩種競賽2. 性能競賽為計時，行駛於彎曲之各種狀況路面，包含斜坡、水澤、沙灘和石堆3. 此對學生為非常好之機會，手動實作，學習工程原理、設計概念、問題解決與團隊合作4. 此為 SAE底特律區利用此大會主辦，參加之學校只為臨近地域性之學校，也只有十八輛學生所設計之車輛參加競賽

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六、與會心得• 此次參加研討會增加了解世界研究之潮流與方向• 獲取許多最新之知識• 參觀廠商之展覽，增加許多新產品之概念• 獲益良多• 對自己將來之研究更有鼓舞之作用• 會議帶給主辦者直接與間接之經濟利益

– 包含參與者之費用、住宿、飲食與其它旅行之支出，稅收與增加工作機會

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七、 建議• Micro-Baja 車輛設計競賽對學生為非常好之機會

– 只要有廠商或政府相關單位願意提供經費贊助– 相信在臺灣必能哄動– 鼓舞學生之創意– 我們應能作得更好，只要我們願試

• 應多多鼓勵國內各機構舉辦類似之研討會，不但出名，且又實惠• 希望能有更多之經費，獎勵與補助出國參加研討會，以了解世界研究之潮流與方向，獲取最新之知識