車輛中心 技術服務處 蔡起源

前言
自行車的發展由最早的有把手木製腳踢自行車開始，經過約200年的演化，逐漸呈現為目前大家所熟知的結構形狀。在自行車多年的演化過程中，其最大的改變在於最初由腳直接踏觸地板驅動前後輪，進而演變成由腳踏踏板經齒輪與鍊條驅動前後輪。此外，在輪圈方面也演化出鋼絲輪圈，並採用了橡皮充氣輪胎(如圖1)。在車架材質方面，也由最初的木質轉變成鐵質、鋼管及合金鋼、鈦合金及碳纖維等材料。

圖1. 單車結構演化史

資料來源：維基百科

自行車的組成大致可分為車架系統、傳動系統、煞車系統、轉向系統、輪圈系統與其它附件，一般品牌廠商皆自行設計與製造車架，再採購其它系統進行組裝出廠，因為車架為整車的核心，決定了自行車整體的剛性與強度，也影響騎士的舒適性與安全性。車架的材質也由早期的木質、鋼材逐漸發展為鋁合金、鎂合金、鈦合金與碳纖維材質，並追求輕量化、舒適性與安全性之間的平衡。然不管最後設計採用何種材質，車架的設計都得符合銷售國之相關規範，如國內CNS 14976、CNS 15348、CNS 15349；歐洲EN 14764、EN 14765、EN 14766、EN 14781或中國大陸GB 3565-2005等規範。

在眾多的自行車車架材質與設計中，要如何迅速地評估材質與設計的可行性呢？CAE分析技術恰可在設計上扮演其重要的角色。例如：在自行車車架-水平力疲勞測試中，在過去的傳統設計流程中，廠商在面對問題時僅能試誤法(Trial & Error)的方式，藉由不斷的修改模具並進行測試，以驗證產品的性能，如此的設計流程將耗費較多的人時與費用，如能將CAE分析技術納入產品的開發流程中，在產品試作前先以CAE分析技術進行產品特性之模擬驗證，當模擬驗證通過要求時再進行產品試作，此流程可大幅降低修模與驗證所須的時間與成本...閱讀全文