ç ”ç©¶å ±å‘Š - 行政院環境保護署

EPA-89-FA21-03-003行 政 院 環 境 保 護 署委 託 專 案 研 究 計 畫研 究 報 告電動機車車架輕量化之鋁合金及其失效模式驗証測試專案研究計畫計 畫 名 稱 : 電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 鋁 合 金 及其 失 效 模 式 驗 証 測 試 專 案 研 究 計 畫計 畫 編 號 :EPA-89-FA21-03-00389 環 保 署 計 畫 結 案 報 告金屬工業研究發展㆗心執 行 單 位 : 金 屬 工 業 研 究 發 展 ㆗ 心㆗ 華 民 國 八 十 九 年 十 ㆒ 月 ㆔ 十 日

行 政 院 環 境 保 護 署 委 託 專 案 研 究 計 畫研 究 報 告計 畫 名 稱 : 電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 鋁 合 金 及 其失 效 模 式 驗 証 測 試 專 案 研 究 計 畫計 畫 編 號 :EPA-89-FA21-03-003執 行 單 位 : 金 屬 工 業 研 究 發 展 ㆗ 心89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告㆗ 華 民 國 八 十 九 年 十 ㆒ 月 ㆔ 十 日

電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 鋁 合 金 及 其 失 效 模 式 驗 証 測 試 專 案 研 究 計 畫㆒、 基 本 摘 要 內 容 :成 果 摘 要 表計 畫 名 稱 : 電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 鋁 審 議 編 號 :EPA-89-FA21-03-003合 金 及 其 失 效 模 式 驗証 測 試主 管 機 關 : 行 政 院 環 境 保 護 署 執 行 單 位 : 金 屬 工 業 研 究 發 展 ㆗ 心計 畫 主 持 ㆟: 郭 獻 南聯 絡 ㆟: 郭 獻 南聯 絡 電 話 :07-3513121 轉 2648 傳 真 號 碼 :07-3539411期程 : 自 88 年 9 月 1 日 起 至 89 年 12 月 31 日 止經 費 :( 全 程 ):2200 仟 元 ( 年 度 ):2200 仟 元執 行 情 形 : 半 年 報1. 執 行 情 形 :89 年 度 預 定 :100 % 實 際 :100 % 比 較 :0 %總 進 度 :100 %2. 經 費 支 用 : 預 定 :2200 仟 元 實 際 :2200 仟 元 支 用 比 率 :100 %年 度 經 費 :2200 仟 元總 經 費 :2200 仟 元89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告3. 主 要 執 行 內 容 :本 研 究 計 劃 主 要 的 目 的 , 在 尋 求 ㆒ 個 最 快 速 有 效 的 車 架 測 試 方 法, 結 合 國 內 機 車 專 業 廠 赴 國 外 吸 取 車 架 測 試 驗 證 與 分 析 經 驗 , 進 行車 架 結 構 件 的 快 速 失 效 模 式 驗 證 測 試 (FMVT) 技 術 研 究 。 首 先 進 行 測試 原 理 研 究 與 測 試 實 驗 規 劃 , 再 進 行 夾 治 具 設 計 及 製 作 , 同 時 建 立車 架 驗 證 準 則 , 然 後 實 施 車 架 失 效 模 式 驗 證 測 試 , 應 用 六 軸 的 組 合性 振 動 控 制 , 產 生 較 寬 應 力 範 圍 的 加 速 壽 命 試 驗 模 式 , 可 快 速 發 現設 計 缺 陷 , 縮 短 「 設 計 → 試 製 → 路 跑 測 試 → 設 計 修 改 」 的 研 發 循 環時 間 。主 要 執 行 內 容 為

(1) 車 架 選 用 :(2) 六 軸 振 動 測 試 方 法 研 究 :(3) 夾 治 具 設 計 及 製 作(4) 輕 量 化 車 架 快 速 失 效 模 式 分 析(5) 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 準 則 及 測 試(6) 改 善 方 案全 年 度 (88 年 9 月 至 89 年 11 月 ) 執 行 結 果 獲 得 以 ㆘ 幾 點 結 論 :(1)FMVT 測 試 則 提 早 至 設 計 階 段 , 即 車 架 設 計 時 可 經 由 FMVT 模 式 測 試, 找 出 所 有 破 壞 模 式 進 行 設 計 更 改 , 是 最 快 速 的 測 試 方 試 , 在 本計 劃 ㆗ 車 架 在 設 計 階 段 即 可 應 用 。(2)FMVT 開 發 之 六 軸 振 動 平 台 可 提 供 較 寬 的 振 動 頻 率 與 較 大 的 振 幅 跟應 力 , 足 以 提 供 車 架 快 速 失 效 所 需 , 且 較 無 共 振 問 題 。(3) 本 次 夾 治 具 之 設 計 可 模 擬 車 架 在 實 際 路 況 之 應 力 分 佈 , 並 可 做 為 往 後 車架 測 試 設 計 準 則 , 大 部 份 零 件 都 可 重 覆 使 用 可 以 節 省 測 試 成 本 。(4) 在 設 計 成 熟 度 方 面 新 型 車 架 的 設 計 成 熟 度 值 較 舊 型 為 少 , 顯 示在 失 效 模 式 產 生 時 間 較 久 , 表 示 輕 量 化 車 架 並 沒 有 因 重 量 減 輕 ,零 件 減 少 , 焊 道 較 短 而 結 構 變 弱 , 即 輕 量 化 的 成 果 為 車 架 強 度 並不 會 減 弱 且 有 重 量 減 輕 , 材 料 費 用 減 少 加 工 容 易 等 優 點 。(5) 機 車 車 架 輕 量 化 配 合 FMVT 快 速 失 效 模 式 驗 證 不 但 使 的 機 車 車 架 更耐 用 , 設 計 時 間 與 經 費 更 精 減 , 應 用 在 電 動 機 車 ㆖ 更 可 減 少 電 動 機車 研 發 成 本 , 大 大 提 升 電 動 機 車 的 競 爭 力 , 是 國 內 電 動 機 車 廠 未 來研 發 之 方 向 , 也 是 本 計 劃 的 重 要 成 果 。(6) 應 用 FMVT 技 術 將 可 縮 短 新 車 型 之 車 架 開 發 時 程 , 由 18 個 月 / 車型 , 縮 短 至 6 個 月 / 車 型 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告4. 計 畫 變 更 說 明 : 無5. 主 管 機 關 管 考 建 議 :

電 動 機 車 結 構 零 組 件 輕 量 化 之 鋁 合 金 及 其 失 效 模 式 驗 証 測 試 專 案 研 究 計 畫研 究 報 告目錄頁 次壹 、 計 畫 緣 起 -------------------------------------------------------------------------- 1貳 、 計 畫 目 標 -------------------------------------------------------------------------- 2參 、 實 施 方 法 -------------------------------------------------------------------------- 3肆 、 工 作 成 果 -------------------------------------------------------------------------- 5㆒、 車 架 選 用 評 估 ----------------------------------------------------------------- 5㆓、 六 軸 震 動 方 法 研 究 ----------------------------------------------------------13㆔、 夾 治 具 設 計 及 製 作 ----------------------------------------------------------19㆕、 輕 量 化 車 架 快 速 失 效 模 式 分 析 -------------------------------------------24五 、 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 準 則 及 測 試 ---------------------------------------------28六 、 車 架 結 構 改 善 方 案 ----------------------------------------------------------55伍 、 預 定 與 實 際 工 作 項 目 進 度 比 較 ----------------------------------------------57陸 、 結 論 -------------------------------------------------------------------------58柒 、 參 考 文 獻 -------------------------------------------------------------------------59捌 、 審 查 意 見 與 修 正 情 形 對 照 表 -------------------------------------------------6089 環 保 署 計 畫 結 案 報 告5

壹 、 計 畫 緣 起依 據 行 政 院 第 2568 次 院 會 通 過 之 「 發 展 電 動 機 車 行 動 計 畫 」, 以電 動 機 車 關 鍵 技 術 研 究 及 週 邊 配 套 措 施 為 未 來 六 年 的 推 動 重 點 。 現 階段 國 內 所 研 發 之 電 動 機 車 , 經 試 乘 調 查 結 果 顯 示 仍 存 在 著 車 重 太 重 、續 航 力 偏 低 之 缺 點 , 對 此 , 國 內 已 有 許 多 單 位 針 對 其 最 大 瓶 頸 關 鍵 零組 件 〝 電 池 〞 之 性 能 提 昇 積 極 投 入 研 究 ; 除 此 之 外 , 對 於 影 響 〝 電 池〞 效 能 頗 鉅 之 車 重 輕 量 化 問 題 , 亦 是 目 前 發 展 電 動 機 車 重 要 課 題 之 ㆒; 其 ㆗, 目 前 車 重 約 14% 左 右 之 車 架 零 組 件 ( 約 17kg, 均 採 用 鋼 鐵 材料 ), 在 現 階 段 電 池 〝 重 量 能 量 密 度 〞( 約 30~70wh/kg) 相 較 之 情 況 ㆘, 車 架 及 其 他 零 組 件 之 輕 量 化 , 亦 是 改 善 車 重 及 續 航 力 問 題 之 另 ㆒ 關鍵 性 課 題 , 且 電 動 機 車 輕 量 化 之 需 求 及 效 益 也 因 此 而 較 汽 油 機 車 更 形迫 切 、 重 要 。國 內 外 各 機 車 廠 在 電 動 機 車 的 研 發 經 費 與 ㆟ 力 均 不 斷 投 入 , 而車 輛 性 能 、 售 價 及 研 發 速 度 將 決 定 機 車 廠 競 爭 能 力 的 強 弱 , 美 國Entela 公 司 應 用 六 軸 振 動 FMVT(Failure Mode Verification Testing)加 速 壽 命 測 試 技 術 , 於 工 業 產 品 設 計 試 製 階 段 , 可 大 幅 提 前 發 現 設 計缺 陷 , 縮 短 產 品 研 發 時 程 。 國 內 若 能 建 立 此 項 技 術 , 不 僅 對 於 縮 短 電動 機 車 的 研 發 時 程 有 助 益 , 對 於 其 他 工 業 產 品 之 設 計 改 良 與 提 升 產 品品 質 也 相 當 有 助 益 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告6

貳 、 計 畫 目 標電 動 機 車 輕 量 化 之 效 益 除 ㆖ 述 可 增 加 電 池 使 用 壽 命 及 續 航 力 外 ,亦 可 提 昇 消 費 者 對 於 駐 車 性 、 操 控 性 及 無 動 力 ㆘ 之 輕 便 性 等 之 滿 意 度, 因 此 相 關 輕 量 化 之 設 計 、 研 發 更 形 重 要 ; 另 就 售 價 接 受 性 而 言 , 目前 國 內 電 動 機 車 預 估 售 價 約 5-6 萬 元 左 右 , 消 費 者 普 遍 反 應 售 價 偏 高 ,市 場 接 受 性 極 受 考 驗 , 因 此 積 極 投 入 電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 新 鋁 合 金材 料 研 發 及 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 測 試 (FMVT) 技 術 研 究 可 與 CAE 技術 相 輔 相 成 , 以 縮 短 研 發 時 程 , 降 低 生 產 成 本 , 反 應 整 車 合 理 售 價 ( 目標 售 價 希 望 降 到 3.5 萬 元 ), 藉 以 爭 取 國 內 外 市 場 接 受 性 及 拓 展 市 場 規模 … 等 即 是 本 計 畫 之 研 究 動 機 與 目 的 。 本 年 度 之 計 畫 目 標 如 ㆘:1. 建 立 輕 量 化 車 架 測 試 驗 證 準 則 , 並 完 成 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 試 驗報 告 及 建 議 設 計 及 製 造 改 良 方 案 。2. 建 立 輕 量 化 車 架 快 速 失 效 模 式 測 試 技 術 , 可 提 供 業 界 研 發 參 考 , 強化 其 產 品 競 爭 力 。3. 縮 短 新 車 型 之 車 架 開 發 時 程 , 由 18 個 月 / 車 型 , 縮 短 至 6 個 月 / 車 型 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告7

參 、 實 施 方 法1. 計 畫 執 行 內 容 架 構電 動 機 車 車 架 輕 量 化 之 鋁 合 金 及 其失 效 模 式 驗 證 測 試 研 究車 架 之 評 估及 選 用六 軸 振 動 驗 證 測試 方 法 研 究設計與製作試驗台之夾治具輕 量 化 車 架 快 速 失 效模 式 分 析效模式測試車架驗證準則與失製造改善方案車架結構設計及89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告8

2. 實 施 步 驟(1) 資 料 蒐 集 、 分 析 : 蒐 集 國 內 、 外 電 動 機 車 之 車 架 結 構 零 組 件 及 其相 關 加 工 製 程 技 術 與 車 架 檢 測 驗 證 資 料 , 進 行 資 料 分 析 比 較 。(2) 車 架 實 體 測 試 驗 證 與 改 善 : 結 合 國 內 機 車 專 業 廠 赴 國 外 吸 取 車 架測 試 驗 證 與 分 析 經 驗 , 進 行 車 架 結 構 件 的 快 速 失 效 模 式 驗 證 測 試(FMVT) 技 術 研 究 。 首 先 進 行 測 試 原 理 研 究 與 測 試 實 驗 規 劃 , 再 進行 夾 治 具 設 計 及 製 作 , 同 時 建 立 車 架 驗 證 準 則 , 然 後 實 施 車 架 失效 模 式 驗 證 測 試 , 應 用 六 軸 的 組 合 性 振 動 控 制 , 產 生 較 寬 應 力 範圍 的 加 速 壽 命 試 驗 模 式 , 可 快 速 發 現 設 計 缺 陷 , 縮 短 「 設 計 試製 路 跑 測 試 設 計 修 改 」 的 研 發 循 環 時 間 。(3) 後 續 執 行 策 略 / 建 議 之 研 擬 、 彙 整 : 以 同 步 工 程 精 神 擬 具 後 續 研發 策 略 ( 如 技 術 引 進 、 策 略 聯 盟 、 國 際 分 工 、…… 等 )。(4) 報 告 撰 寫 : 彙 整 各 工 作 項 目 之 研 究 成 果 , 撰 寫 年 度 研 究 成 果 報 告 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告9

肆 、 工 作 成 果㆒、 車 架 選 用 評 估(㆒) 車 架 選 用 評 估電 動 車 輕 量 化 之 效 益 除 可 增 加 電 池 使 用 壽 命 及 續 航 力 外 , 亦 可 提昇 消 費 者 對 次 駐 車 性 、 控 制 性 及 無 動 力 ㆘ 之 輕 便 性 等 之 滿 意 度 。 以 目前 鋼 鐵 材 料 車 架 之 輕 量 化 技 術 而 言 , 除 了 輕 合 金 材 料 ( 如 鋁 合 金 等 ) 之選 用 、 設 計 及 製 造 技 術 急 待 研 發 、 建 立 外 , 如 何 將 現 有 鋼 鐵 結 構 車 架組 立 製 程 合 理 化 、 車 架 結 構 件 簡 化 ( 或 ㆒ 體 形 化 ) 及 傳 動 系 統 零 組 件 製程 合 理 化 降 低 製 造 成 本 等 , 都 是 需 要 深 入 研 究 的 課 題 。車 架 演 進 在 輕 量 化 、 降 低 製 造 成 本 及 提 昇 性 能 諸 多 前 題 ㆘, 已從 傳 統 鐵 質 車 架 進 入 輕 質 的 鋁 車 架 , 而 且 隨 著 剛 性 提 昇 之 要 求 , 以及 降 低 零 件 個 數 與 銲 接 長 度 趨 勢 ㆘, 鋁 質 車 架 亦 從 雙 環 抱 型 轉 變 至鑽 石 型 及 較 新 的 雙 管 型 車 架 , 分 別 如 圖 1-1(a)〜(c) 所 示 , 圖 1-1(d)為 不 同 機 車 車 架 之 輕 量 化 及 剛 性 演 進 趨 勢 。 就 較 新 的 雙 管 型 鋁 車 架而 言 , 零 件 個 數 僅 為 傳 統 鋼 質 車 架 的 30%, 銲 道 長 度 亦 約 為 傳 統 鋼質 車 架 的 40%。本 次 研 究 計 畫 車 架 選 用 評 估 方 向 , 是 朝 國 內 機 車 業 發 展 趨 勢 以目 前 最 通 用 的 scooter 型 機 車 車 架 ( 如 圖 1-2(a)〜(c)) 為 測 試 選 擇 ,其 結 構 與 舊 有 車 型 比 較 之 優 點 為 :1. 簡 化 設 計 後 之 新 造 型2. 輕 量 化3. 新 接 合 焊 接 方 式89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告由 於 無 法 取 得 國 內 電 動 機 車 廠 之 鋁 合 金 車 架 , 為 使 計 畫 順 利 進行 , 選 擇 光 陽 公 司 新 型 的 輕 量 化 車 架 ㆒ 台 , 以 及 舊 有 機 車 車 架 ㆒ 台, 個 別 進 行 測 試 , 並 做 測 試 結 果 比 對 , 評 估 測 試 成 效 做 為 往 後 推 廣依 據 , 此 ㆒ 新 型 車 架 符 合 本 計 畫 需 求 。10

89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 1-1(d) 車 架 之 輕 量 化 及 剛 性 演 進 趨 勢11

圖 1-2(b) 光 陽 機 車 公 司 之 車 架圖 1-2(a) ㆖ 暐 機 車 公 司 之 車 架89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 1-2(c) 策 盟 發 展 之 車 架12

(㆓) 車 架 測 試 公 司 技 術 評 估 :1.MTS 機 車 加 速 疲 勞 與 耐 久 測 試 模 擬 模 式由 MTS 公 司 發 展 的 道 路 模 擬 , 可 在 實 驗 室 ㆗ 以 儀 器 油 壓 與 軟 體 設備 模 擬 路 況 , 以 較 大 的 加 速 度 重 復 施 加 在 車 體 ㆖, 配 合 MTS 公 司 開 發軟 體 RPS 量 測 路 況 , 其 設 備 與 設 定 如 圖 1-3(a) 所 示 , 將 前 後 輪 軸 分 開固 定 在 ㆒ 以 油 壓 缸 組 成 的 系 統 ㆖, 油 壓 缸 經 由 軟 體 的 控 制 可 模 擬 出 真實 的 路 況 振 動 頻 率 與 振 幅 , 反 復 的 施 加 在 車 體 ㆖, 座 墊 ㆖ 亦 有 ㆒ 負 載系 統 模 擬 騎 乘 者 重 量 , 藉 此 在 實 驗 室 做 車 體 的 疲 勞 與 耐 久 性 測 試 。測 試 設 備 :1. 雙 軸 油 壓 缸 ,RPS 軟 體 路 況 收 集 實 驗 室 重 現 如 圖 1-3(b) 所 示 。2. 整 車 測 試 但 不 含 車 輪 。3. 固 定 方 式 為 前 後 輪 輪 軸 分 別 固 定 。其 優 點 如 ㆘:1. 縮 短 測 試 時 間 。2. 可 在 實 驗 室 重 現 路 況 模 擬 。3. 設 備 只 做 兩 軸 向 模 擬 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告13

圖 1-3(a) MTS 公 司 測 試 設 備 示 意 圖89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 1-3(b) MTS 公 司 路 況 收 集 設 備 示 意 圖14

2.SCHENCK 整 車 測 試 模 式由 SCHENCK 提 供 的 測 試 方 法 與 設 備 如 圖 1-4 所 示 , 為 包 含 車 輪的 整 車 測 試 , 其 測 試 的 設 備 為 前 後 輪 各 ㆔ 個 軸 向 皆 可 由 油 壓 設 備提 供 施 力 。測 試 設 備 :1.㆔ 軸 油 壓 缸 。2. 整 車 測 試 含 車 輪 。其 優 點 如 ㆘:1. 可 以 縮 短 測 試 時 間 。2. 可 在 實 驗 室 重 現 路 況 模 擬 。3. 可 做 ㆔ 軸 向 模 擬 。4. 為 包 含 車 輪 全 車 測 試 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 1-4 SCHENCK 公 司 測 試 設 備 示 意 圖15

3.ENTELA 公 司 FMVT 快 速 失 效 模 式 測 試FMVT 主 要 的 目 的 為 快 速 找 出 產 品 破 壞 模 式 , 以 改 善 設 計 減 少產 品 失 效 風 險 ,FMVT 異 於 可 靠 度 分 析 與 疲 勞 分 析 , 參 與 FMVT 程 序之 ㆟ 員 需 具 備 機 械 設 計 力 學 分 析 材 料 背 景 , 由 Entela 所 開 發 之 桿狀 六 軸 振 動 器 , 較 無 共 振 現 像 。測 試 設 備 :1. 六 軸 振 動 平 台 ( 如 圖 1-5 所 示 )。2. 車 架 即 可 測 試 , 不 需 整 車 測 試 。3. 以 shocker 模 擬 引 擎 激 振 。。FMVT 測 試 程 序 :1. 測 試 規 劃 : 檢 視 產 品 其 工 作 條 件 ,㆒㆝ 內 完 成 測 試2. 環 境 測 試 : 產 品 環 境 溫 度 濕 度 控 制 配 合 加 速 機 械負 載 加 速 破 壞 模 式 發 生 。3. 振 動 測 試 : 六 軸 同 動 更 寬 廣 振 動 頻 率 (5-200Hz),產 生 更 大 範 圍 合 成 應 力 了 解 設 計 ㆖ 弱 點 。4. 檢 視 破 壞 模 式 : 記 錄 所 有 破 壞 現 像5. 團 隊 討 論 : 與 設 計 者 共 同 討 論 破 壞 模 式 , 瞭 解 為何 發 生 破 壞 。6. 持 續 測 試 :FMVT 目 的 即 持 續 測 試 , 直 到 許 多 重 要 破 壞 模式 皆 暴 露 出 來 , 以 求 改 善 設 計 , 提 升 產 品 品 質 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告優 點 : 1. 應 用 六 軸 的 組 合 性 振 動 與 ㆒ 般 使 用 的 單 軸 振 動 效 果 不 同, 產 生 較 寬 應 力 範 圍 壽 命 試 驗 , 在 最 短 的 時 間 內 產 生 多種 不 同 的 破 壞 模 式 。2. 探 討 由 振 動 所 造 成 的 應 力 破 壞 模 式 ( 結 構 頻 譜 共 振 )。3. 透 過 測 試 規 畫 振 動 測 試 ( 附 加 環 境 條 件 ) , 檢 視 破 壞 模 式團 隊 討 論 持 續 測 試 , 由 初 期 的 次 要 破 壞 模 式 至 重 要 破 壞模 式 呈 現 達 到 最 佳 化 設 計 。4. 在 車 架 設 計 階 段 即 可 做 測 試 。16

圖 1-5(a) ENTELA 公 司 測 試 設 備 示 意 圖89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 1-5(b) ENTELA 公 司 汽 車 工 業 測 試 示 意 圖17

㆓、 六 軸 震 動 方 法 研 究(㆒) 測 試 方 法 選 擇經 評 估 後 FMVT 測 試 技 術 相 當 符 合 本 計 劃 需 求 , 使 車 架 在 設 計 階 段即 可 , 擁 有 相 當 成 熟 的 經 驗 與 技 術 , 簡 化 機 車 在 成 型 後 再 修 改 的 時 間與 成 本 。FMVT 主 要 的 目 的 為 快 速 找 出 產 品 破 壞 模 式 , 以 改 善 設 計 減 少 產品 失 效 風 險 ,FMVT 異 於 可 靠 度 分 析 與 疲 勞 分 析 , 參 與 FMVT 程 序 之 ㆟員 需 具 備 機 械 設 計 力 學 分 析 材 料 背 景 , 由 Entela 所 開 發 之 桿 狀 六 軸振 動 器 , 較 無 共 振 現 像 。測 試 設 備 : 1. 六 軸 振 動 平 台 ( 如 圖 1-6 所 示 )。2. 車 架 即 可 測 試 , 不 需 整 車 測 試 。3. 以 shocker 模 擬 引 擎 激 振 。此 次 測 試 將 採 用 光 陽 機 車 所 開 發 scooter 型 機 車 車 架 ,KHC4( 如 圖2-1) 與 KHD4( 圖 2-2) 所 示 各 ㆒ 台 , 進 行 測 試 並 做 測 試 結 果 比 對 , 評 估測 試 成 效 做 為 往 後 推 廣 依 據 , 此 ㆒ 新 型 車 架 符 合 本 計 畫 需 求 。(㆓) 測 試 技 術 分 析1.FMVT 六 軸 振 動 測 試 方 法 研 究(1) 六 軸 振 動 平 台 與 傳 統 air hammer shocker 特 性 比 較 如 ㆘( 如 ㆘ 表 及圖 2-3 所 示 ):89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告項 目 六 軸 振 動 平 台 Air Hammer Shocker自 由 度 6 1最 大 位 移 4inch 0.39 inch振 動 頻 寬2-500Hz(Uniform Random) 200-10000Hz(Quasi-Random)低 頻 Energy(

1. 只 有 1 個 自 由 度 。2. 位 移 小 。3. 無 法 負 荷 較 重 測試 品 , 有 共 振 的問 題 。傳 統 振 動 平 台 SHOCKER1. 有 6 個 自 由 度 。2. 高 位 移 。3. 可 負 荷 較 重 測 試品 , 無 共 振 的 問題 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告六 軸 振 動 平 台 TEAM CUBE19

(2)FMVT 六 軸 振 動 平 台 為 ㆒ 整 合 測 試 系 統 ( 如 圖 2-4 所 示 ):除 了 振 動 測 試 還 包 含 環 境 測 試 ㆘ 列 項 目 都 可 以 ㆒ 起 測 試 :1. 溫 度 。2. 濕 度 。3. 壓 力 。4. 振 動 。5. 應 力 。(3)FMVT 測 試 程 序 :1. 測 試 規 劃 : 檢 視 產 品 其 工 作 條 件 ,㆒㆝ 內 完 成 測 試 。2. 環 境 測 試 : 產 品 環 境 溫 度 濕 度 控 制 配 合 加 速 機 械 負 載 加速 破 壞 模 式 發 生 。3. 振 動 測 試 : 六 軸 同 動 更 寬 廣 振 動 頻 率 (5-200Hz), 產 生 更大 範 圍 合 成 應 力 了 解 設 計 ㆖ 弱 點 。4. 檢 視 破 壞 模 式 : 記 錄 所 有 破 壞 現 像 。5. 團 隊 討 論 : 與 設 計 者 共 同 討 論 破 壞 模 式 , 瞭 解 為 何 發生 破 壞 。6. 持 續 測 試 :FMVT 目 的 即 持 續 測 試 , 直 到 許 多 重 要 破 壞 模式 皆 暴 露 出 來 , 以 求 改 善 設 計 , 提 升 產 品 品 質 。2. 傳 統 測 試 方 法 :(1) 道 路 測 試 與 資 料 擷 取 如 圖 2-5 所 示 , 於 試 車 場 選 擇 各 種 路 況( 巔 坡 , 凸 塊 ….), 以 資 料 收 集 器 擷 取 振 動 資 料 。(2) 實 驗 室 路 況 重 現 與 壽 命 測 試 如 圖 2-6 所 示 , 以 各 種 設 備 ( 凸輪 , 砂 包 ..) 模 擬 路 況 進 行 耐 久 測 試 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告3. 六 軸 振 動 測 試 方 法 與 傳 統 測 試 方 法 比 較 如 ㆘:(1)FMVT 六 軸 振 動 測 試 方 法 與 傳 統 測 試 方 法 都 是 在 實 驗 室 重 現 路 況做 壽 命 測 試 。(2) FMVT 六 軸 振 動 方 法 只 需 車 架 即 可 , 測 試 傳 統 測 試 方 法 必 需 整車 測 試 。(3)FMVT 可 結 合 環 境 測 試 ( 溫 度 , 濕 度 ) 同 時 進 行 測 試 。(4)FMVT 則 是 以 較 寬 的 頻 率 與 較 高 的 振 幅 加 速 車 架 破 壞 , 找 出 所 有失 效 模 式 , 並 判 斷 材 料 的 破 壞 原 因 ( 設 計 問 題 或 製 造 問 題 )。20

圖 2-1: 車 架 KHC489 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 2-2: 車 架 KHD421

圖 2-3: 六 軸 振 動 平 台 與 SHOCKER 比 較圖 2-4: 六 軸 振 動 平 台 整 合 測 試 系 統89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告22

圖 2-5: 試 車 場 選 擇 各 種 路 況 資 料 收 集89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 2-6 實 驗 室 路 況 重 現 與 壽 命 測 試23

㆔、 夾 治 具 設 計 及 製 作本 次 是 以 光 陽 公 司 兩 款 (KHC4 與 KHD4 type) 車 架 做 FMVT 快 速 失效 模 式 驗 證 測 試 , 夾 治 具 的 設 計 除 了 將 車 架 固 定 於 測 試 台 外 , 主 要的 功 能 在 配 合 測 試 設 備 模 擬 實 際 路 況 , 所 以 在 測 試 系 統 ㆗ 加 入 ㆒ 些環 境 因 素 , 如 陽 光 之 溫 度 、 振 動 、 負 載 情 形 等 , 以 重 現 實 際 現 況 ,為 符 合 ㆖ 述 情 況 , 夾 治 具 之 發 展 如 圖 3-1 所 示 。夾 治 具 設 計 之 準 則 為 夾 治 具 設 計 必 須 能 重 現 車 架 結 構 之 應 力 分佈 ( 如 圖 3-2), 才 能 模 擬 實 車 測 試 情 況 , 為 了 偵 測 夾 治 具 的 設 計 是 否符 合 需 求 , 我 們 在 車 架 ㆖ 貼 ㆖ 應 變 計 , 量 測 車 架 測 試 與 實 車 測 試 的差 異 , 並 修 正 設 計 或 配 重 使 其 相 近 。夾 治 具 設 計 圖 如 圖 3-3, 圖 3-4 所 示 , 以 ㆘ 將 對 夾 治 具 設 計 與 配重 方 式 做 說 明 。(㆒) 夾 治 具 設 計 部 份1. 設 計 重 點 :(1) 模 擬 前 後 車 輪 激 振 。(2) 模 擬 引 擎 激 振 。(3) 避 免 夾 持 點 應 力 集 ㆗。(4) 考 慮 互 換 性 , 節 省 測 試 成 本 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告2. 設 計 功 能 :(1) 設 計 前 輪 主 軸 與 車 輪 , 油 壓 缸 可 經 由 車 輪 與 主 軸 對 車 架 激 振。(2) 設 計 前 油 壓 缸 夾 治 具 以 固 定 前 油 壓 缸 , 由 前 油 壓 缸 模 擬 路 況對 前 輪 激 振 。(3) 設 計 六 軸 振 動 平 台 夾 治 具 , 將 腳 架 固 定 在 六 軸 振 動 平 台 ㆖, 以六 軸 振 動 平 台 模 擬 引 擎 激 振 。(4) 設 計 後 油 壓 缸 夾 治 具 以 固 定 後 油 壓 缸 , 由 後 油 壓 缸 模 擬 路 況對 後 輪 激 振 。24

3. 驅 動 硬 體 設 備 :(1) 前 輪 驅 動 油 壓 缸 。(2) 後 輪 驅 動 油 壓 缸 。(3) 六 軸 振 動 平 台 。(㆓) 測 試 配 重 方 式 : 本 次 快 速 失 效 測 試 是 以 車 架 進 行 測 試 , 為 了 模 擬 實車 在 測 試 時 , 我 們 施 加 了 ㆒ 些 配 重 在 車 架 ㆖( 如 附 表 3-1), 並 與整 車 做 比 較 ( 如 附 表 3-2), 夾 治 具 製 作 完 成 與 車 架 測 試 試 設 備 架設 後 KHC4 type 如 圖 3-5, KHD4 圖 3-6 所 示 ,表 3-1 車 架 測 試 配 重 表項 目騎 乘 者載 重油 箱手 把 與 燈 座電 池配 重60 kg30 kg5 kg2.2 kg實 品表 3-2 整 車 測 試 與 車 架 測 試 配 重 差 異 比 較 表89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告項 目 整 車 測 試 車 架 測 試騎 乘 者 有 配 重載 重 有 配 重油 箱 有 配 重燈 座 有 配 重電 池 有 有引 擎 有 無腳 架 有 無車 殼 有 無前 輪 避 振 器 有 無25

後 輪 避 振 器 有 無前 輪 與 輪 圈 有 無後 輪 與 輪 圈 有 無配 線 與 電 子 零 件 有 無Chambe89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告26

TemperatureHumidityChamberOutlineo FH 2 OAccel.MonitoringFixture圖 3-1 整 合 環 境 因 素 以 重 現 路 況 之 夾 治 具控 制 器夾 治 具油 壓 作 動 缸六 軸 振 動圖 3-2 夾 治 具 工 作 原 理89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告27

前 輪 主 軸 後 輪 避 振 器 六 軸 振 動 平 台前 油 壓 缸後 油 壓 缸圖 3-3 夾 治 具 設 計KHD4 夾 治 具KHC4 夾 治 具89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 3-4 不 同 車 型 之 夾 治 具 設 計28

圖 3-5 KHC4 實 際 架 設 情 形89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告㆕、 輕 量 化 車 架 快 速 失 效 分 析圖 3-6 KHD4 實 際 架 設 情 形29

(㆒) 輕 量 化 車 架 與 傳 統 車 架 差 異 比 較 :本 次 選 用 之 車 架 是 朝 輕 量 化 目 標 因 此 車 架 在 結 構 ㆖ 與 傳 統 車 架不 同 如 附 表 , 如 重 量 較 輕 零 件 較 少 , 和 銲 道 較 短 , 焊 接 點 數 目 較 少 等 。新 舊 車 架 比 較 如 ㆘:(1) 減 重 達 40〜50%。(2) 減 少 車 架 零 件 數 目 50〜100%。(3) 減 少 銲 道 長 度 50〜100%。表 4-1 輕 量 化 車 架 與 傳 統 車 架 差 異 比 較 :車 型項 目舊 型 (KHD4)新 型 (KHC4)1. 車 架 重 量 17kg 12kg2. 銲 道 長 度 5,315mm 4,100mm3. 點 銲 數 目 33 254. 零 件 數 目 23 2089 環 保 署 計 畫 結 案 報 告(㆓) 傳 統 測 試 方 法 與 快 速 失 效 模 式 比 較(1) 傳 統 車 架 測 試 標 準 路 跑 測 試 :10,000 公 里 ( 含 10% 的 泥 ㆞ 與 石 頭 路 面 ,15% 的 ㆖㆘ 坡 路 面 )。 實 驗 室 測 試 :載 重 120kg, 行 走 距 離 65 公 里凸 輪 高 度 落 差 100mm車 輪 轉 速 10,000rpm(

(1) 以 加 速 規 收 集 機 車 在 ㆔ 個 軸 向 的 加 速 度 值(2) 選 擇 車 架 應 力 較 大 位 置 ( 最 可 能 破 裂 位 置 ) 黏 貼 應 變 計 量 測應 變 值89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告(3) 由 資 料 收 集 器 記 錄 量 測 值(4) 車 架 應 力 分 析 辨 別 應 力 來 源31

機 車 車 架 應 力 來 源 是 由 承 受 內 外 在 負 荷 所 產 生 如 ㆘ 表 4-2負 荷 來 源 主 要 負 荷 承 接 負 荷 特 性部 位靜 態 負 荷 車 架 重 量 引 擎 重 量 車 架 本 身 引 擎 掛 接 點 搖 臂 托 架 車 架 內 殘 留應 力 , 包 括銲 接 、 螺 釘 掛 載 附 件 重 轉 向 頭 管 接 等 所 產 生 的量頭拉 伸 或 壓 縮 搭 乘 者 及 搭 搖 臂 托 架 腳 荷 重載 物 重 量 踏 板 接 頭 靜 態 拉 伸 或壓 縮 引 擎 振 動 引 擎 掛 接 點 低 負 荷 、 高 路 面 反 力 引 擎 震 動 轉 向 頭 管 搖 臂 托 架 轉 向 頭 管 搖 臂 托 架 主 側 樑頻 振 動 高 負 荷 、 低頻 振 動 低 負 荷 、 高頻 振 動 前 ㆓ 者 複 合振 動 高 負 荷 衝 擊 負 荷(5) 針 對 車 架 的 應 力 分 佈 設 計 出 適 合 夾 治 具(6) 將 車 架 固 定 在 試 平 台 , 模 擬 路 況 測 試 並 量 測 加 速 度 與 應 變 值89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告32

(7). 檢 視 量 測 值 , 並 比 對 量 測 值 與 道 路 測 試 值 差 異 , 調 整 測 試 方 式 使 測 試 接近 路 況 :Appendix CKHD4 t evelsa rainL ASt L1Micro Strain10009008007006005004003002001000-100-200-300-400-500-600-700-800-900-1000Gage1 Gage2 Gage3 Gage4 Gage5 Gage6 Gage7Strain Gage Locations(8) 以 測 試 設 備 模 擬 路 況 以 加 速 失 效 模 式 產 生89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告33

五 、 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 準 則 及 測 試(㆒) 測 試 規 劃 :(1) 測 試 前 準 備 工 作 如 ㆘:1. 車 架 本 體 與 週 邊 配 件 架 設2. 感 應 器 架 設 ( 加 速 規 , 應 變 計 )3.LMS 軟 體 設 定4. 訊 號 與 軟 體 測 試(2) 測 試 時 間 與 等 級本 次 車 架 測 試 時 間 與 等 級 如 ㆘:LevelACTUATORCUBEG,rms Frequency G,rms Frequency1 1.0 2~20 Hz 1.0 2~200 Hz2 1.5 2~20 Hz 1.5 2~200 Hz3 2.0 2~20 Hz 2.0 2~200 Hz4 2.5 2~20 Hz 2.5 2~200 Hz5 3.0 2~20 Hz 3.0 2~200 Hz6 3.5 2~20 Hz 3.5 2~200 Hz7 4.0 2~20 Hz 4.0 2~200 Hz8 4.5 2~20 Hz 4.5 2~200 Hz9 5.0 2~20 Hz 5.0 2~200 Hz10 5.5 2~20 Hz 5.5 2~200 Hz89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告34

(㆓) 測 試 準 則 : 測 試 的 準 則 可 分 為 ㆘ 面 ㆕ 部 份 來 做 說 明 測 試 步 驟 , 測 試流 程 , 測 試 環 境 測 試 結 果 。(1) 測 試 步 驟 :1. 將 車 架 固 定 在 夾 治 具 ㆖。2. 將 油 壓 缸 裝 在 後 輪 軸 ㆖。3. 裝 ㆖ 前 軸 與 車 輪 。4. 調 整 後 輪 軸 油 壓 缸 使 車 架 維 持 水 平 。5. 升 起 前 油 壓 缸 使 平 台 與 前 軸 車 輪 接 觸 。6. 升 起 前 油 壓 缸 使 後 輪 軸 的 荷 重 達 到 140 lb。7. 將 所 有 的 應 變 計 歸 零 。8. 開 使 驅 動 應 力 源 。9. 調 整 應 力 源 使 其 刎 合 測 試 等 級 設 定 值 。10. 開 使 計 時 測 試 90 分 鐘 。11. 測 試 90 分 鐘 後 停 止 , 並 檢 試 車 架 破 壞 。12. 記 錄 所 有 檢 查 結 果 。13. 重 覆 8-11 步 驟 直 到 車 架 測 試 完 成 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告35

(2) 測 試 流 程 :1. 測 試 流 程 圖2. 測 試 流 程 說 明 :開 始 測 試施 加 應 力 ( 大 小 依每 等 級 而 定增 加 應 力 ( 大 小 依每 等 級 而 定施 加 所有 應 力是逐 漸 增 加 所 有 應力記 錄 失 效 模 式 型式 原 因 時 間 來否1. 開 始 測 試 : 在 完 成 測 試 步 驟 ㆗ 硬體 架 設 , 及 軟 體 設 定 後 即 可 開 始測 試 。2. 施 加 應 力 : 由 應 力 源 ( 六 軸 振 動平 台 , 前 後 輪 軸 油 壓 缸 ) 與 配 重對 車 架 施 加 應 力 。3. 增 加 應 力 : 增 加 所 有 的 應 力 施 加在 車 架 本 體 , 並 達 到 測 試 等 級 設定 應 力 值 。4. 失 效 模 式 產 生 : 在 測 試 過 程 施 加應 力 會 隨 測 試 等 級 增 加 應 力 , 直到 失 效 模 式 出 現 。5. 記 錄 失 效 模 式 : 在 失 效 模 式 發 生後 , 記 錄 失 效 類 型 , 失 效 時 間 , 失效 原 因 。6. 結 束 : 當 所 有 失 效 模 式 發 生 後 結束 測 試 。繼 續 測是否89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告結 束36

(㆔) 測 試 環 境 設 定在 測 試 環 境 設 定 方 面 FMVT 六 軸 振 動 平 台 為 ㆒ 整 合 測 試 系 統 ( 如 圖5-1 所 示 ), 其 測 試 項 目 包 括 溫 度 、 濕 度 、 壓 力 、 振 動 、 應 力 等 , 本次 測 試 考 慮 車 架 的 破 壞 主 要 來 自 振 動 應 力 與 溫 度 , 所 以 選 擇 振 動 、應 力 與 溫 度 作 環 境 設 定 。圖 5-1 整 合 環 境 測 試89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告37

(㆕) 測 試 結 果本 次 共 測 試 兩 款 車 架 KHC4( 輕 量 化 ) 與 KHD4( 傳 統 車 架 ), 測 試 記錄 方 式 包 括1. 測 試 時 間 與 條 件2. 應 變 計 量 測 值3. 失 效 模 式 記 錄4. 失 效 照 片 與 失 效 原 因 分 析 ,以 ㆘ 就 分 KHC4 與 KHD4 兩 款 車 架 測 試 結 果 分 開 說 明 :KHC4:1. 測 試 時 間 與 條 件Level測 試 時間 ( 分 鐘 ) X軸1 90六 軸 振 動 平 台振 動 值1.3(gRMS)Y軸0.8Z軸1.5頻率2-200前 軸 振動 值gRMS前 軸 負載Npeak振 動 頻率 Hz前 軸 振動 值gRMS前 軸 負載Npeak2.1 218 2-20 1.4 1242 901.81.32.72-2003.2 218 2-20 1.8 2953 902.81.63.72-2004.2 218 2-20 4.5 3614 903.62.55.12-2005.3 218 2-20 2.7 4225 904.235.62-2005.8 218 2-20 3.2 5106 902.733.62-2003.4 218 2-20 2.2 36089 環 保 署 計 畫 結 案 報 告38

4. 失 效 照 片 與 失 效 原 因 分 析(1) 第 ㆒ 個 破 壞 模 式 發 生 在 車 架 連 接 管 的 圓 週 ㆖( 如 圖 5-10 所 示 ), 原 因是 在 焊 接 冷 卻 時 材 料 收 縮 產 生 應 殘 留 應 力 經 由 電 子 顯 微 鏡 觀 察 晶 相( 如 圖 5-11 與 圖 5-12), 此 型 破 壞 為 高 循 環 低 應 力 之 疲 勞 效 應 。圖 5-10 KHC4 破 壞 模 式 #1origi89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-11 KHC4 破 壞 模 式 #1 之 斷 面 情 形43

圖 5-11 KHC4 破 壞 模 式 #1 高 循 環 低 應 力 之 疲 勞 效 應 的 晶 相 組 織(2) 第 ㆓ 個 及 第 ㆔ 個 破 壞 模 式 細 微 無 法 直 街 由 目 視 判 斷 出 來 ( 如 圖 5-12 及 圖5-13 所 示 ), 但 由 應 變 計 得 知 此 部 位 發 生 疲 勞 破 壞 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-12 KHC4 破 壞 模 式 #244

圖 5-13 KHC4 破 壞 模 式 #3(3) 第 ㆕ 個 破 壞 模 式 是 因 為 車 架 水 平 管 件 ㆖ 的 圓 孔 造 成 , 此 ㆒ 圓 孔 會 造 成 應力 集 ㆗ 產 生 裂 痕 ( 如 附 圖 5-14), 電 子 顯 微 鏡 觀 察 晶 相 ( 如 圖 5-15 與 圖 5-16), 此 型 破 壞 為 軟 性 長 期 施 加 之 過 度 負 荷 效 應 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-14 KHC4 破 壞 模 式 #445

圖 5-15 KHC4 破 壞 模 式 #4 之 斷 面 情 形89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-16 KHC4 破 壞 模 式 #4 軟 性 長 期五 、 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 施 證 加 準 之 則 過 及 度 測 負 試 荷 效 應 晶 相 組 織46

(㆒) 測 試 規 劃 :(1) 測 試 前 準 備 工 作 如 ㆘:1. 車 架 本 體 與 週 邊 配 件 架 設2. 感 應 器 架 設 ( 加 速 規 , 應 變 計 )3.LMS 軟 體 設 定4. 訊 號 與 軟 體 測 試(2) 測 試 時 間 與 等 級本 次 車 架 測 試 時 間 與 等 級 如 ㆘:LevelACTUATORCUBEG,rms Frequency G,rms Frequency1 1.0 2~20 Hz 1.0 2~200 Hz2 1.5 2~20 Hz 1.5 2~200 Hz3 2.0 2~20 Hz 2.0 2~200 Hz4 2.5 2~20 Hz 2.5 2~200 Hz5 3.0 2~20 Hz 3.0 2~200 Hz6 3.5 2~20 Hz 3.5 2~200 Hz7 4.0 2~20 Hz 4.0 2~200 Hz8 4.5 2~20 Hz 4.5 2~200 Hz9 5.0 2~20 Hz 5.0 2~200 Hz10 5.5 2~20 Hz 5.5 2~200 Hz89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告47

(㆓) 測 試 準 則 : 測 試 的 準 則 可 分 為 ㆘ 面 ㆕ 部 份 來 做 說 明 測 試 步 驟 , 測 試流 程 , 測 試 環 境 測 試 結 果 。(1) 測 試 步 驟 :14. 將 車 架 固 定 在 夾 治 具 ㆖。15. 將 油 壓 缸 裝 在 後 輪 軸 ㆖。16. 裝 ㆖ 前 軸 與 車 輪 。17. 調 整 後 輪 軸 油 壓 缸 使 車 架 維 持 水 平 。18. 升 起 前 油 壓 缸 使 平 台 與 前 軸 車 輪 接 觸 。19. 升 起 前 油 壓 缸 使 後 輪 軸 的 荷 重 達 到 140 lb。20. 將 所 有 的 應 變 計 歸 零 。21. 開 使 驅 動 應 力 源 。22. 調 整 應 力 源 使 其 刎 合 測 試 等 級 設 定 值 。23. 開 使 計 時 測 試 90 分 鐘 。24. 測 試 90 分 鐘 後 停 止 , 並 檢 試 車 架 破 壞 。25. 記 錄 所 有 檢 查 結 果 。26. 重 覆 8-11 步 驟 直 到 車 架 測 試 完 成 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告48

(2) 測 試 流 程 :1. 測 試 流 程 圖2. 測 試 流 程 說 明 :開 始 測 試施 加 應 力 ( 大 小 依每 等 級 而 定增 加 應 力 ( 大 小 依每 等 級 而 定施 加 所有 應 力是逐 漸 增 加 所 有 應力記 錄 失 效 模 式 型式 原 因 時 間 來否1. 開 始 測 試 : 在 完 成 測 試 步 驟 ㆗ 硬體 架 設 , 及 軟 體 設 定 後 即 可 開 始測 試 。2. 施 加 應 力 : 由 應 力 源 ( 六 軸 振 動平 台 , 前 後 輪 軸 油 壓 缸 ) 與 配 重對 車 架 施 加 應 力 。3. 增 加 應 力 : 增 加 所 有 的 應 力 施 加在 車 架 本 體 , 並 達 到 測 試 等 級 設定 應 力 值 。4. 失 效 模 式 產 生 : 在 測 試 過 程 施 加應 力 會 隨 測 試 等 級 增 加 應 力 , 直到 失 效 模 式 出 現 。5. 記 錄 失 效 模 式 : 在 失 效 模 式 發 生後 , 記 錄 失 效 類 型 , 失 效 時 間 , 失效 原 因 。6. 結 束 : 當 所 有 失 效 模 式 發 生 後 結束 測 試 。繼 續 測是否89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告結 束49

(㆔) 測 試 環 境 設 定在 測 試 環 境 設 定 方 面 FMVT 六 軸 振 動 平 台 為 ㆒ 整 合 測 試 系 統 ( 如 圖5-1 所 示 ), 其 測 試 項 目 包 括 溫 度 、 濕 度 、 壓 力 、 振 動 、 應 力 等 , 本次 測 試 考 慮 車 架 的 破 壞 主 要 來 自 振 動 應 力 與 溫 度 , 所 以 選 擇 振 動 、應 力 與 溫 度 作 環 境 設 定 。圖 5-1 整 合 環 境 測 試89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告50

(㆕) 測 試 結 果本 次 共 測 試 兩 款 車 架 KHC4( 輕 量 化 ) 與 KHD4( 傳 統 車 架 ), 測 試 記錄 方 式 包 括5. 測 試 時 間 與 條 件6. 應 變 計 量 測 值7. 失 效 模 式 記 錄8. 失 效 照 片 與 失 效 原 因 分 析 ,以 ㆘ 就 分 KHC4 與 KHD4 兩 款 車 架 測 試 結 果 分 開 說 明 :KHC4:3. 測 試 時 間 與 條 件Level測 試 時間 ( 分 鐘 ) X軸1 90六 軸 振 動 平 台振 動 值1.3(gRMS)Y軸0.8Z軸1.5頻率2-200前 軸 振動 值gRMS前 軸 負載Npeak振 動 頻率 Hz前 軸 振動 值gRMS前 軸 負載Npeak2.1 218 2-20 1.4 1242 901.81.32.72-2003.2 218 2-20 1.8 2953 902.81.63.72-2004.2 218 2-20 4.5 3614 903.62.55.12-2005.3 218 2-20 2.7 4225 904.235.62-2005.8 218 2-20 3.2 5106 902.733.62-2003.4 218 2-20 2.2 36089 環 保 署 計 畫 結 案 報 告51

4. 失 效 照 片 與 失 效 原 因 分 析(1) 第 ㆒ 個 破 壞 模 式 發 生 在 車 架 連 接 管 的 圓 週 ㆖( 如 圖 5-10 所 示 ), 原 因是 在 焊 接 冷 卻 時 材 料 收 縮 產 生 應 殘 留 應 力 經 由 電 子 顯 微 鏡 觀 察 晶 相( 如 圖 5-11 與 圖 5-12), 此 型 破 壞 為 高 循 環 低 應 力 之 疲 勞 效 應 。圖 5-10 KHC4 破 壞 模 式 #1origi89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-11 KHC4 破 壞 模 式 #1 之 斷 面 情 形56

圖 5-11 KHC4 破 壞 模 式 #1 高 循 環 低 應 力 之 疲 勞 效 應 的 晶 相 組 織(2) 第 ㆓ 個 及 第 ㆔ 個 破 壞 模 式 細 微 無 法 直 街 由 目 視 判 斷 出 來 ( 如 圖 5-12 及 圖5-13 所 示 ), 但 由 應 變 計 得 知 此 部 位 發 生 疲 勞 破 壞 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-12 KHC4 破 壞 模 式 #257

圖 5-13 KHC4 破 壞 模 式 #3(3) 第 ㆕ 個 破 壞 模 式 是 因 為 車 架 水 平 管 件 ㆖ 的 圓 孔 造 成 , 此 ㆒ 圓 孔 會 造 成 應力 集 ㆗ 產 生 裂 痕 ( 如 附 圖 5-14), 電 子 顯 微 鏡 觀 察 晶 相 ( 如 圖 5-15 與 圖 5-16), 此 型 破 壞 為 軟 性 長 期 施 加 之 過 度 負 荷 效 應 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-14 KHC4 破 壞 模 式 #458

圖 5-15 KHC4 破 壞 模 式 #4 之 斷 面 情 形89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告圖 5-16 KHC4 破 壞 模 式 #4 軟 性 長 期施 加 之 過 度 負 荷 效 應 晶 相 組 織59

六 . 車 架 結 構 改 善 方 案本 次 車 架 快 速 失 效 驗 証 測 試 的 成 果 , 在 於 失 效 模 式 快 速 的 產 生 , 避 免像 傳 統 測 試 方 法 曠 日 廢 時 , 在 本 次 車 架 測 試 成 果 , 我 們 在 輕 量 化 車 架 發 現㆕ 個 失 效 模 式 , 在 傳 統 車 架 發 現 6 個 失 效 模 式 , 在 此 我 們 並 以 設 計 成 熟 度 來定 義 車 架 設 計 好 壞 , 設 計 成 熟 度 的 定 義 如 ㆘:DM: 設 計 成 熟 度Tn: 最 後 失 效 模 式 產 生 時 間T1: 第 ㆒ 個 失 效 模 式 產 生 時 間N: 失 效 模 式 數 目DM=〔(Tn-T1)/(N-1)〕/T1設 計 成 熟 度 之 參 考 文 獻 來 自 美 國 ENTELA 公 司 , 為 ㆒ 知 名 汽 車 認 証 與測 試 公 司 , 設 計 成 熟 度 用 來 評 估 產 品 設 計 的 好 壞 , 失 效 數 目 越 少 , 失 效 時間 越 久 , 失 效 時 間 越 集 ㆗ 則 設 計 成 熟 度 越 小 設 計 越 好 , 由 ㆘ 表 統 計 出 輕 量化 車 架 與 傳 統 車 架 失 效 數 目 , 失 效 時 間 , 及 設 計 成 熟 度 的 計 算 , 由 圖 表 可以 得 知 測 試 結 果 , 輕 量 化 車 架 失 效 模 式 較 少 (㆕ 個 ), 失 效 時 間 較 集 ㆗, 且設 計 成 熟 度 (0.33) 較 低 , 即 設 計 較 好 在 將 失 效 位 置 修 補 後 , 使 失 效 的 時 間延 長 即 車 架 壽 命 增 加 , 不 論 是 輕 量 化 車 架 或 傳 統 車 架 設 計 成 熟 度 都 降 低 了, 此 ㆒ 測 試 模 式 ( 測 試 破 壞 修 補 再 測 試 結 果 與 分 析 ) 過 程 , 使 車 架設 計 最 佳 化 , 即 達 到 了 改 善 車 架 結 構 的 目 ㆞。本 此 提 出 改 善 方 案 的 目 的 如 ㆘:89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告1. 建 立 輕 量 化 車 架 測 試 驗 證 準 則 , 並 完 成 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證 試 驗60

破 壞 時 間 (Level)Level 6Level 5Level 4Level 3報 告 及 建 議 設 計 。Level 22. 建 立 輕 量 化 車 架 FMVT 失 效 模 式 測 試 技 術 , 可 提 供 業 界 研 發 參 考 並Level 1縮 短 研 發 時 程 強 化 其 產 品 競 爭 力 。輕 量 化 車 架 傳 統 車 架3. 縮 短 新 車 型 之 車 架 開 發 時 程 KHC4 , 由 18 個 KHD4 月 / 車 型 , 縮 短 至 6 個 月 / 車 型89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告61

伍 、 預 定 工 作 進 度 與 實 際 進 度 比 較 表月 次88 89工 作 項 目 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101. 資 料 蒐 集 與 對 策 研究2. 車 架 選 用 評 估11 123.6 軸 振 動 測 試 方 法研 究4. 測 試 用 夾 治 具 設 計及 製 作5. 輕 量 化 車 架 快 速 失效 模 式 分 析6. 車 架 快 速 失 效 模 式 驗 證準 則 及 測 試7. 車 架 結 構 改 善 方 案8. 執 行 報 告工 作 進 度 累 計 百 分 比 6 10 18 24 30 36 42 48 55 61 68 75 82 90 96 100實 際 進 度 累 計 百 分 比 5 8 15 24 28 32 45 52 58 65 75 80 86 95 100預 定 工 作 進 度實 際 執 行 進 度89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告62

陸 、 結 論(1)FMVT 測 試 則 提 早 至 設 計 階 段 , 即 車 架 設 計 時 可 經 由 FMVT 模 式 測 試 ,找 出 所 有 破 壞 模 式 進 行 設 計 更 改 , 是 最 快 速 的 測 試 方 試 , 在 本 計 劃㆗ 車 架 在 設 計 階 段 即 可 應 用 。(2)FMVT 開 發 之 六 軸 振 動 平 台 可 提 供 較 寬 的 振 動 頻 率 與 較 大 的 振 幅 跟 應力 , 足 以 提 供 車 架 快 速 失 效 所 需 , 且 較 無 共 振 問 題 。(3) 本 次 夾 治 具 之 設 計 可 模 擬 車 架 在 實 際 路 況 之 應 力 分 佈 , 並 可 做 為 往後 車 架 測 試 設 計 準 則 , 大 部 份 零 件 都 可 重 覆 使 用 可 以 節 省 測 試 成 本。(4) 在 設 計 成 熟 度 方 面 新 型 車 架 的 設 計 成 熟 度 值 較 舊 型 為 少 , 顯 示 在失 效 模 式 產 生 時 間 較 久 , 表 示 輕 量 化 車 架 並 沒 有 因 重 量 減 輕 , 零件 減 少 , 焊 道 較 短 而 結 構 變 弱 , 即 輕 量 化 的 成 果 為 車 架 強 度 並 不會 減 弱 且 有 重 量 減 輕 , 材 料 費 用 減 少 加 工 容 易 等 優 點 。(5) 機 車 車 架 輕 量 化 配 合 FMVT 快 速 失 效 模 式 驗 證 不 但 可 試 驗 出 機 車 車 架更 耐 用 , 設 計 時 間 與 經 費 更 精 減 , 應 用 在 電 動 機 車 ㆖ 更 可 減 少 電 動機 車 研 發 成 本 , 大 大 提 升 電 動 機 車 的 競 爭 力 , 是 國 內 電 動 機 車 廠 未來 研 發 之 方 向 , 也 是 本 計 劃 的 重 要 成 果 。(6) 應 用 FMVT 技 術 將 可 縮 短 新 車 型 之 車 架 開 發 時 程 , 由 18 個 月 / 車 型, 縮 短 至 6 個 月 / 車 型 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告63

89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告柒 、 參 考 文 獻1. 財 團 法 ㆟ 工 業 技 術 研 究 院 / 機 械 工 業 研 究 所 ,〝1997 汽 、 機 、 自行 車 工 業 現 況 與 趨 勢 分 析 〞,1997.07,P.2-144~P.2-171。2. 車 輛 公 會 會 訊 ,〝1997㆗ 華 民 國 電 動 機 車 推 廣 現 況 研 討 會 報 導 〞,1997.08, 第 43 期 ,P.41~67。3. 財 團 法 ㆟ 日 本 電 動 車 輛 協 會 ,〝 平 成 五 年 度 電 動 機 車 試 乘 調 查 報告 書 〞,1994.03。4. 經 濟 部 工 業 局 86 年 度 專 案 執 行 成 果 報 告 ,〝 電 動 車 輛 產 業 發 展 與推 廣 五 年 計 畫 (㆓/ 五 )〞,1997.06。5. 車 輛 公 會 會 訊 ,〝 大 陸 汽 機 車 業 現 況 報 導 〞,1997.12, 第 47 期。6. 車 輛 公 會 會 訊 ,〝 越 南 機 車 市 場 概 況 報 告 〞,1998.01, 第 48 期。7. 高 崎 憲 政 、 永 田 信 、 望 月 信 介 、 小 屋 榮 太 郎 ,㆓ 輪 車 用 鋁 合 金 材料 的 變 遷 與 現 狀 , 自 動 車 技 術 ,Vo1.44,No.6,P.71(1990)。8. 汽 、 機 車 、 軌 道 車 輛 輕 量 化 之 鋁 合 金 製 造 技 術 , 國 立 ㆗ 央 大 學 工學 院 八 十 六 學 年 度 研 究 成 果 研 討 展 示 會 講 義 (1998)。9. 相 關 網 際 網 路 資 訊 、 文 獻 , 如 :www.itis.itri.org.tw/evs/www.echo.ch/ ~ synthesis/project.htmlwww.honda.co.jpwww.sonic.netwww.edf.frwww.celcoprofil.comwww.piaggio.comwww.victory-usa.comwww.entela.com64

捌 、 審 查 意 見 與 修 正 情 形 對 照 表環 保 署 審 查 意 見(㆒) 電 動 機 車 的 推 廣 目 前 有 些 困 難 。 本 計畫 若 係 針 對 電 動 機 車 , 則 其 效 益 應 更有 說 服 力 , 才 可 能 繼 續 進 行 。 以 ㆘ 是其 可 能 的 問 題 :1. 電 動 機 車 連 載 重 大 約 共 100kg, 輕 量 化可 以 減 輕 5kg, 即 減 少 大 約 5%, 而 機車 行 駛 時 的 風 阻 極 大 , 因 此 , 由 輕 量化 可 造 成 的 續 航 力 或 耗 電 率 之 改 善 ,應 有 更 明 確 的 數 據 。2. 輕 量 化 後 所 造 成 的 額 外 製 造 費 用 , 亦應 與 節 能 比 較 。(㆕) 報 告 第 56 頁 之 圖 不 易 判 讀 , 宜 改 善 。參 採 情 形 ╱ 修 正(㆒) 本 項 審 查 意 件 說 明 如 ㆘:1. 本 次 採 用 輕 量 化 車 架 的 成 果 為 將 車 架 的重 量 減 輕 了 5 kg, 由 效 益 評 估 電 動 機 車每 次 充 電 續 航 力 30km 來 評 估 輕 量 化 後約 可 達 到 31.57km, 每 次 充 電 可 增 加1.57km 對 車 架 之 續 航 或 耗 電 率 之 改善 貢 獻 較 小 , 但 將 車 架 的 開 發 時 間由 十 八 個 月 縮 短 成 六 個 月 降 低 車 架研 發 成 本 , 也 能 達 到 提 升 電 動 機 車競 爭 力 的 目 ㆞。2. 輕 量 化 之 車 架 在 重 量 零 件 數 目 銲 道 長 度都 減 少 , 故 成 本 並 無 增 加 又 可 可 達 到節 省 能 源 目 的 。(㆓) 失 效 點 的 分 佈 是 否 可 以 稍 加 說 明 , 以 (㆓) 在 本 次 失 效 測 試 以 疲 勞 破 壞 較 多 , 其晶 相 組 織 呈 現 階 梯 與 平 滑 形 狀 。利 未 來 補 強 用 。(㆔) 在 本 次 期 末 報 告 第 五 章 修 定 改 善 。(㆔) 報 告 ㆗ 顯 示 不 少 疲 勞 效 應 晶 相 組 織 圖 (㆕) 在 本 次 期 末 報 告 第 六 章 修 定 改 善 。, 是 否 可 以 稍 加 說 明 。( 五 ) 本 次 期 末 報 告 已 修 定 改 善 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告( 五 ) 執 行 內 容 大 致 符 合 要 求 , 唯 報 告 請 依審 查 意 見 (㆓)、(㆔) 與 (㆕) 稍 加 改 善。(㆒) 請 修 正 期 末 報 告 ㆗㆒ 些 措 辭 及 錯 (㆒) 期 末 報 告 ㆗㆒ 些 措 辭 不 佳 及 錯字 部 份 , 在 結 案 報 告 書 已 修 正字 , 如 :。1. 成 果 摘 要 表 , 第 2 頁 , 第 20 行 “ 不(㆓) 已 在 報 告 ㆗ 增 加 說 明 ( 第 六 章 )。但 使 的 機 車 車 架 更 為 耐 用 ”。 (㆔) 已 在 報 告 ㆗ 增 加 說 明 ( 意 件 審 查2.p.55,L7、L8“ 失 校 模 式 ”↓“ 對 照 表 )。失 效 模 式 ”。(㆕) 本 成 果 將 向 各 車 廠 推 廣 , 並 尋 求 合 作 計3.p.58,L15, 錯 字 同 ㆖1 所 述 。畫 。65

4.p.28,L18,“ 機 車 場 ”↓“ 機 車廠 ”。(㆓) 請 在 p.55, 加 註 說 明 DM( 設 計 成熟 度 ) 之 由 來 參 考 文 獻 , 以 及 所得 DM 數 值 大 小 之 範 圍 及 意 義 。(㆔) 執 行 單 位 能 夠 針 對 委 員 前 次 審 查意 見 恰 當 回 覆 , 可 為 佳 評 。(㆕) 計 畫 成 果 可 函 知 各 車 廠 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告(㆒) 本 計 畫 執 行 內 容 符 合 目 標 。(㆓)㆖ 暐 電 動 機 車 對 此 項 技 術 有 興 趣, 請 與 ㆖ 暐 聯 絡 。(㆔) 車 輛 研 究 測 試 ㆗ 心 在 車 體 安 全 測試 方 面 也 有 採 用 類 似 技 術 , 可 與ARTC 聯 絡 。(㆒) 第 33-35 頁 之 應 變 規 數 值 與 破 壞 (或 失 效 ) 模 式 之 相 關 性 , 宜 做 探討 與 說 明 。(㆓) 發 生 失 效 模 式 ㆞ 方 主 要 集 ㆗ 在 焊道 , 這 些 焊 道 原 先 是 否 有 做 100%X-ray 焊 道 檢 查 ? 如 何 確 認 加 工 可靠 度 ? 必 須 確 認 焊 道 之 可 靠 度 後再 執 行 FMVT 才 有 意 義 。(㆔) 未 來 推 廣 FMVT 技 術 時 , 其 專 利 問題 應 注 意 。(㆕)FMVT 測 試 技 術 之 引 進 十 分 難 得 ,未 來 本 案 如 繼 續 執 行 似 可 同 時 開本 計 畫 承 蒙 主 管 機 關 與 審 查 單 位 支持 , 執 行 期 間 並 惠 賜 諸 多 寶 貴 建 言, 使 本 案 能 順 利 結 案 , 謹 致 謝 意 。本 執 行 單 位 很 樂 意 接 受 審 查 建 議 ,加 強 與 國 內 機 車 廠 及 車 測 ㆗ 心 聯 繫有 關 FMVT 技 術 可 以 導 入 的 ㆞ 方 。(㆒) 已 在 報 告 ㆗ 增 加 說 明(㆓)FMVT 旨 在 測 試 車 架 在 設 計 及 試製 的 開 發 階 段 , 使 失 效 模 式 快 速產 生 出 來 , 再 予 以 改 善 修 正 , 但此 法 並 不 能 避 免 問 題 不 會 發 生 ,並 且 在 實 際 量 產 時 , 每 個 焊 接 處並 非 作 X-ray 全 檢 , 以 FMVT 法 先 行反 應 焊 接 不 良 的 ㆞ 方 , 而 訂 定 牢固 之 加 強 焊 接 工 法 , 將 能 確 保 量產 車 架 之 失 效 模 式 不 致 提 前 發 生, 因 此 不 作 焊 道 全 檢 的 車 架 作 為FMVT 待 測 品 , 將 可 減 低 實 驗 車 與量 產 品 的 差 異 , 也 就 是 說 ,FMVT測 試 可 作 為 另 ㆒ 種 檢 驗 焊 接 牢 固與 否 的 驗 證 方 式 。(㆔) 執 行 單 位 擬 引 進 Entela 公 司 之FMVT 技 術 在 台 測 試 驗 證 , 若 有 技66

發 適 合 ㆒ 般 引 擎 動 力 之 機 車 台 架, 建 立 本 土 機 車 台 架 研 發 技 術 。FMVT 技 術 在 台 測 試 驗 證 , 若 有 技術 移 轉 之 授 權 ㆘, 本 土 性 之 專 利侵 權 問 題 不 致 發 生 。(㆕)FMVT 對 汽 機 車 以 ㆘ 之 機 動 車 輛的 車 架 作 測 試 驗 證 非 常 快 速 有 效, 未 來 可 適 合 ㆒ 般 引 擎 動 力 之 機車 台 架 , 並 期 能 建 立 本 土 機 車 台架 研 發 技 術 。89 環 保 署 計 畫 結 案 報 告67