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

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

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

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

2. 發展 1997 Toyota - 可謂為世界混合動力車之領導者 2003年以來 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

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

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

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

4. 研究主題 a. 各種混合動力車 b. 動力控制器 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

c. 混合變速器 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 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

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

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

三、 本人發表之文章 標題: 獲SAE2006主席之一認知狀，作為永久之記念 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

Schematic drawing of disk brake A. Introduction disk pad long vane long vane short vane Schematic drawing of disk brake

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

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

B. Method 1. Generate disk model 2. Establish three-dimensional finite element model 3. Simplify model with assumptions 4. Use operating conditions 5. Consider boundary conditions

C. Result Using ANSYS may generate a default finite element model

auto mashed grid points of original brake B

darker area stands for higher temperature unit: oC brake model B

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

highest temperatures of various disks versus time

highest temperatures of various disks versus stop

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

effect of changing thickness of support portion on temperature of brake is insignificant SAE2006-01-0692

effect of changing fillet radius on temperature of brake is significant *lower about 30oC SAE2006-01-0692

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

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

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

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

七、 建議 Micro-Baja車輛設計競賽對學生為非常好之機會 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 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