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車輛煞車碟盤試驗之CAE分析技術應用
  • 發布年度:2018
  • 主要類別:CAE技術
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 技術服務處 許新村

    對於一般用車的人來說,汽機車所必須具備的兩個基本功能為加速移動和減速停止;當車輛在行駛時,若需要減速甚或停止則要靠煞車系統的正常作動,才能讓行進中的車輛停止下來;在遇到緊急情況時,若煞車系統無法正常作動,往往會造成嚴重的人員傷亡和財力損失,因此良好的煞車系統是極為重要的。

    目前煞車系統的主流為碟式煞車,其主要組成為碟盤、卡鉗與油壓系統。當煞車系統需要作動時,駕駛者踩踏煞車踏板,並且透過油路將油壓傳遞至卡鉗內的活塞上,利用活塞推擠來令片使其夾緊煞車碟盤,過程中透過摩擦的方式將車輛的動能轉換成熱能,進而使車輛減速或停止;因此煞車過程除了卡鉗夾持力所造成的機械負載之外,也會因此產生大量的熱負載,如此將會在煞車碟盤上產生高溫,若碟盤上的高溫沒有適當的冷卻,將會造成煞車性能衰退;因此市面上常常可以看到具有散熱孔或是通風槽之設計的煞車碟盤,其相關設計除了可以減輕煞車碟盤的重量之外,也可以增加散熱面積和空氣的流動,進而提高煞車過程之散熱效果,請參考圖1、圖2。

    圖1. 煞車碟盤與卡鉗組(From wilwood)
    圖2. 煞車原理示意圖(From n-powered)

    由於煞車裝置使用時密切關係到人的生命安危問題,因此開發者在設計時也必須格外的小心謹慎。為了保障使用者的安全,交通部對於車輛的靜態與動態煞車性能都有規範要求(車輛安全檢測基準第4及42項)。此外對於小客車的煞車裝置也有CNS 8565規範煞車裝置在各種試驗條件下的試驗方法,包括各減速度下之效能、緊急煞車試驗(請參考圖3)、熱衰退試驗與浸水回復試驗;而除了要對應規範的要求之外,尚需要考慮到結構強度、輕量化、耐久性、散熱性、振動與噪音等問題。若要等到實際產品製作出來才評估與調修成品的性能,往往會增加開發成本或造成開發時程的延宕。目前電腦輔助工程分析(CAE)技術已經相當成熟,可以在產品設計初期即先以電腦模擬方式進行虛擬測試,以輔助開發者進行煞車裝置的設計。

    圖3. 煞車試驗圖(From energyeducation)

    圖4為利用結構分析軟體進行煞車熱分析的溫度分布圖,其可用來評估煞車過程所產生的高溫和變形,圖5為利用熱流分析軟體(CFD)進行煞車裝置的散熱性分析圖,其可用來評估不同通風設計的散熱效果,圖6為利用結構分析軟體進行煞車裝置的異音分析圖,其可用來評估煞車裝置是否有因為不同模態振形之間產生耦合而發生異音的可能;當然,除了前述所提及的分析之外,大部分的測試項目也都可以透過CAE分析方法,快速的提供模擬分析結果供開發者參考,加快業者在產品開發時程掌握與產品銷售競爭力。

    圖4 煞車熱分析
    圖5 煞車散熱性分析(From elsevier)
    圖6 煞車異音分析(From technet alliance)

    若需要進一步瞭解相關內容細節,歡迎洽詢車輛中心技術服務處工程分析中心許新村工程師(04-7811222ext.3309、hthsu@artc.org.tw

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