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高速風壓轉換下壓力即時收集系統之設計與評估

為了解決toyota altis規格的問題，作者黃奕中 這樣論述：

指導教授推薦書………………………………………………………..口試委員會審定書……………………………………………………..誌謝……………………………………………………………………...iii中文摘要………………………………………………………………...iv英文摘要………………………………………………………………....v目錄……………………………………………………………………...vi圖目錄……………………………………………………………………x表目錄………………………………………………………………….xiii第一章 緒論……………………………………………………………11.1 研究背景………

………………………………………………11.2 研究動機………………………………………………………11.3 論文內容摘要…………………………………………………21.4 論文設置架構概念……………………………………………2第二章 文獻回顧………………………………………………………42.1 汽車行駛阻力分析……………………………………………42.1.1 滾動阻力 (rolling resistance)…………………………52.1.2 斜坡阻力 (climbing resistance)....………………….....62.1.3 空氣阻力 (air resistance)……………

……………….62.1.4 慣性阻力 (acceleration resistance)…………………...82.1.5 汽車高速行駛阻力之影響……………………………...82.2 汽車空氣動力學(automotive aerodynamics)概論…………..102.2.1 升力(lift force)………………………………………....112.2.2 表面壓力(surface pressure)……………………………132.2.3 空氣力學套件…………………………………………142.3 計算汽車空氣動力學方法…………………………………..16第三章 研究方法…………………

…………………………………..203.1 實驗流程之設置……………………………………………..213.2 實驗儀器與配置……………………………………………..233.2.1 P-Gear加速測試儀…………………………………….233.2.2 GD25-100N薄膜壓力感測器………………………....253.2.3 Arduino UNO R3開發版……………………………...273.2.3.1 連接GD25-100N…………………………….......293.2.3.2 連接HC-05藍芽模組…………………………...303.3 實驗數據處理與流體力學模擬分析………………………

..313.3.1 CFD計算方法…………………………………………333.3.2 有限元素法的求解方法……………………………….343.3.3 有限元素法模型建立方法…………………………….363.3.4 CFD計算優點…………………………………………403.3.5 CFD處理步驟…………………………………………413.3.6 Autodesk CFD軟體簡介………………………………423.3.7 基本假設……………………………………………….453.4 有限元模型的建立…………………………………………..483.4.1 模型建構及修改……………………………………….483.

4.2 模型簡化……………………………………………….503.4.3 建立虛擬風洞及網格劃分…………………………….513.4.4 設置參數與邊界條件………………………………….523.5 實驗數據處理與數值模擬分析……………………………..54第四章 結果與討論…………………………………………………..554.1 實車道路測試結果分析……………………………………..554.1.1 P-Gear加速測試儀…………………………………….554.1.2 GD25-100N薄膜壓力感測器…………………………574.2 CFD計算結果……………………………………………….584.2.

1 CFD計算收斂結果……………………………………584.2.2 CFD計算速度壓力結果………………………………594.3 實驗模擬比較………………………………………………..624.4 空氣阻力係數之比較………………………………………..634.5 空氣阻力係數速度壓力轉換驗證…………………………..65第五章 結論與未來展望……………………………………………..68參考文獻………………………………………………………………..70附錄一 Arduino IDE程式碼…………………………………………..74附錄二 MIT APP Inventor 2程式碼…………………………………

..75圖目錄圖1-1 車輛感測器應用概念圖………………………………………..3圖2-1 作用於上坡車輛的力量……………...………………………...4圖2-2 車輛形狀所造成之壓力差阻力…………………………..........7圖2-3 不同車輛形狀所對應空氣阻力係數.……………………….....7圖2-4 1970 Opel(歐寶)車速與阻力關係................9圖2-5 空氣引起之阻力效應.………………………………………...10圖2-6 阻力與升力……………………………………………………12圖2-7 對稱性形體產生之攻角……………………………………...

.12圖2-8 對稱性形體在不同攻角下的升力係數結果…………………12圖2-9 一般車輛表面壓力分佈………………………………………13圖2-10 空氣力學套件…………………………………………………15圖3-1 系統架構示意圖………………………………………………20圖3-2 薄膜壓力感測器設置位置…………………............................22圖3-3 利用MIT App Inventor 2撰寫App介面……………………22圖3-4 P-Gear加速測試儀產品功能…………………………...........24圖3-5 P-Gear測試數據在手機App呈現

…………………………...24圖3-6 薄膜壓力感測器材料及特性…………………………………25圖3-7 可彎曲超薄型電阻式壓力感測………………………………26圖3-8 輸出的電導(電阻倒數)與施予的力量成正比……………….26圖3-9 Arduino UNO R3開發版……………………………………..28圖3-10 GD25-100N分壓電路……………………………………….29圖3-11 HC-05藍芽模組……………………………………………..30圖3-12 流體力學分析流程圖………………………………………..31圖3-13 一維彈簧系統………………………………………………..

36圖3-14 一個典型的彈簧元素………………………………………..37圖3-15 桁架（truss）元素…………………………………………..37圖3-16 系統剛性矩陣的建構………………………………………..39圖3-17 汽車輪圈受力結果可視圖………………..............................42圖3-18 二維三角形、三維四面體網格……………………………..44圖3-19 流體流經一平板產生不同流層……………………………..46圖3-20 無滑動邊界(no-slip condition)條件…………………………47圖3-21 Toyota 2014

Corolla Altis規格尺寸………………………...48圖3-22 Generative Shape Design (GSD)設計之模型………………..49圖3-23 Imagine & Shape (IMA)設計之模型………………………..50圖3-24 模型匯入Autodesk CFD 2018並建立虛擬風洞…………...51圖3-25 優化模型後進行網格劃分…………………………………..51圖3-26 設置模型部件材料……………………...........................52圖3-27 環境設置……………………………………………………..53圖4-1

P-Gear加速測試儀加速度曲線圖…………………………...56圖4-2 P-Gear加速測試儀道路高度變化曲線圖…………………...57圖4-3 GD25-100N薄膜壓力感測器壓力變化曲線圖……………..58圖4-4 收斂殘值結果…………………………………………………59圖4-5 收斂平均結果…………………………………………………59圖4-6 CFD虛擬風洞速度分布結果(km/h)…………………………60圖4-7 CFD虛擬風洞壓力分佈結果(psi)……………………………60圖4-8 CFD虛擬風洞速度等值線圖(km/h)…………………………60圖4-9 CFD虛擬風洞壓力

等值線圖(psi)……………………………60圖4-10 模型附近速度等值線圖(km/h)……………………………...61圖4-11 模型附近壓力等值線圖(psi)………………………………...61圖4-12 Toyota 2014 Corolla Altis表面壓力分布曲線……………...62圖4-13 Wall calculator結果………………………………………….64圖4-14 Wall calculator計算速度轉換壓力結果比較……………….66圖4-15 Wall calculator計算高速轉換壓力結果比較……………….67表目錄表2-1 車輛參數(vehicle

parameters)………………………………….5表3-1 GD25-100N技術規格………………………………………...27表3-2 Arduino UNO R3規格特性…………………………………..29表3-3 邊界條件(boundary conditions)………………………………52表3-4 Autodesk CFD求解器設定…………………………………...53表4-1 Toyota 2014 Corolla Altis空氣阻力係數…………………….64