四、結語

目前國內業界對於車用燈具的開發，除少數幾

家較具規模的車燈製造廠，擁有燈具3D模型設計建

構及電腦模擬輔助分析技術外，大多數的小型車燈

製造廠或模具廠，主要仍是使用逆向建構圖面的方

式來開發車燈，不但耗費開發時程、成本，也無法

有效提升產品品質。

近幾年來，本中心成功的運用電腦設計與模擬

技術，協助中小型車燈製造廠進行車燈產品的設計

改良及開發工作。今後，除了繼續輔導、服務國內

業者進行產品設計改良外，未來更將拓展範圍，精

進至其他更先進複雜之燈具機構，協助促進國內車

燈產業升級。

五、參考文獻

1. SAE Seminar -Automotive Lighting l Jianzhong

Jiao,Ph.D.

2. M.Tatsukawa, T.Watanabe, H.Kawashima, and

M.Asai” Smoothly Curved Reflector with

Diffusion Capability” SAE Tech. Paper

No.930727

3. 王溫良”車燈電腦輔助模擬配光分析 “車輛研

測資訊第四十二期雙月刊

4. 林松南“車燈照明設計課程講義”

5. 王溫良 “燈具3D模型建構技術報告”財團法人

車輛研究測試中心

6. United Nations Economic Commission For Europe

（R113 ，R112，R19）

10 車輛研測資訊 2007-08

圖3-26汽車頭燈設計結果

圖3-29鋁模近光燈測試數據結果

圖3-27汽車頭燈鋁模 圖3-28鋁模近光燈光形分佈

摘 要

本文以車輛中心試車場之道路為目標道路，針

對廠商所開發之新型四輪越野休閒車，利用車輛中

心疲勞耐久實驗室之伺服油壓缸系統，進行車體結

構之疲勞耐久評估，以便於短時間內獲得車架之破

壞模式資訊，並進一步進行改善確認，以便確保其

產品之品質。此外，亦利用ISO 2631之振動舒適性

評估方法，針對三種不同K、C值之懸吊進行特性

比較，並做為其懸吊參吊參數選用之參考。

一、前言

近年來，由於世界各國人民對於假日休閒活動

的日益重視，故在休閒活動車輛之需求量亦隨之大

幅成長。有鑑於此，國內各大機車廠均紛紛投入休

閒車輛的開發行列中。一般而言，在休閒車輛的使

用過程中，騎乘者往往會將車輛行駛於極其惡劣的

環境當中，再加上車輛常常須作出非常特殊的駕駛

動作，致使車架結構須承受較一般機車更為嚴酷的

入力負載，因此，休閒車輛車架結構的疲勞耐久性

便成為設計者不可忽視的棘手問題。

在過去，國內車廠在休閒車輛的開發過程中，

鮮少有針對其結構進行疲勞耐久性問題的探討。有

關耐久性問題大致均於產品開發完成或量產後，再

以實車耐久測試方式進行確認，時效性而言已太

遲，且造成出貨時程延遲及浪費開發成本。為了縮

短測試時程，目前一般汽機車之車體結構之耐久性

評估方法，已改以伺服油壓路況模擬系統來執行耐

久測試。

有關路況模擬測試技術早期的發展，主要是源

自1950年代W.C.Moog[1]開發出二階伺服閥後才開

始的，這個利用簡單位移回饋控制的伺服閥，是機

電控制與油壓缸之間的橋樑，且具有閉迴路控制的

油壓缸亦能增強其本身的使用範圍。

其次服務於GM公司的Cryer [2]等人在1976年

有了一個重大的突破，此研究團隊提出一個新奇的

想法，就是將感測器貼在測試車上以便來間接量測

路面入力的狀況，此技術也就是所謂的”Response-

Simulation”；我們可以在試車場的耐久測試路線

上來量取測試車輪軸處之加速度響應訊號，而我們

主要目的就是要重現測試車上的響應，並藉此找出

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 11

財團法人車輛研究測試中心 張榮明

油壓缸所需之驅動訊號。為了達成此一目標，我們

必須計算出一組對應到輪軸加速度之多通道頻率響

應的油壓缸驅動訊號，而試車場的響應訊號在濾波

後經由系統的反函數運算後，可產生油壓缸的驅動

訊號。但由於有系統上的非線性等因素之影響，因

此第一次驅動後的響應訊號將會有誤差在裡面，而

經由利用系統之反函數來調整所修正出來的驅動訊

號，並經過一連串的反覆疊代運算後，將可獲得一

組最滿意的重現結果。底下將描述此疊代控制的方

法：

Step1 - 系統確認：先使用油壓缸來激發測試車，接

著利用油壓缸驅動訊號與測試車量測到之

響應訊號來算出系統的數學模型（系統轉

換函數）。

Step2 - 系統的反函數：將測試車量測到的響應訊號

當成輸入，油壓缸的驅動訊號當成輸出，

來計算出系統的反函數。

Step3 - 油壓缸驅動訊號的求取：利用系統的反函數

與測試車所量測到的目標響應訊號來計算

出油壓缸的驅動訊號，且儘可能用較小的

驅動訊號來執行初次的測試以免損壞測試

件。

Step4 - 試驗的執行：利用計算出來的油壓缸驅動訊

號執行測試，並由目標訊號與量測到的訊

號得到其誤差量，重新計算油壓缸下次試

驗所需的驅動訊號。

Step5 - 疊代重現過程：重複步驟Step4直到響應誤

差小於可接受的範圍。

目前國際各大汽/機車廠皆已具備此項技術且

作為產品驗證之用，例如Ford、GM、Daimler

Chrysler、Toyota、Honda、Nissan、BMW、Harley-

Davidson...等。而此項技術及相關軟體最早則是由

伺服油壓設備系統的製造商所發展出來，例如MTS

公司在1977年[3]發表了最早出現的遠端參數控制

（RPC）技術，Schenck公司也在1979年[4]發表了轉

換函數的疊代補償技術（ITFC）等，而目前較新的

技術則有Instron公司的SPiDAR軟體及LMS公司的

TWR軟體等[5,6,7]；所有上述的系統都使用相同基

礎的數學理論，只是在演算法上的細節及軟體的工

作環境有所不同罷了。

當有了以上的模擬工具之後，測試工程師便能

較精準地去重現所量測到的入力訊號；而在一般的

狀態下，只有響應訊號數目與油壓缸數目一樣的方

陣系統，才有辦法得到一組理想的解答，但這卻不

是一個嚴格的限制，只是希望能小心地選擇感測器

的種類與黏貼位置，以便進行較完整的整車模擬試

驗；目前最新的疊代控制理論已可做到非對稱矩陣

控制的技術，亦即響應訊號的數目可以多於油壓缸

的數目，以便能模擬較多的入力響應狀況。

在目前路況模擬設備的設計中，最主要是希望

12 車輛研測資訊 2007-08

油壓缸所需之驅動訊號。為了達成此一目標，我們

必須計算出一組對應到輪軸加速度之多通道頻率響

應的油壓缸驅動訊號，而試車場的響應訊號在濾波

後經由系統的反函數運算後，可產生油壓缸的驅動

訊號。但由於有系統上的非線性等因素之影響，因

此第一次驅動後的響應訊號將會有誤差在裡面，而

經由利用系統之反函數來調整所修正出來的驅動訊

號，並經過一連串的反覆疊代運算後，將可獲得一

組最滿意的重現結果。底下將描述此疊代控制的方

法：

Step1 - 系統確認：先使用油壓缸來激發測試車，接

著利用油壓缸驅動訊號與測試車量測到之

響應訊號來算出系統的數學模型（系統轉

換函數）。

Step2 - 系統的反函數：將測試車量測到的響應訊號

當成輸入，油壓缸的驅動訊號當成輸出，

來計算出系統的反函數。

Step3 - 油壓缸驅動訊號的求取：利用系統的反函數

與測試車所量測到的目標響應訊號來計算

出油壓缸的驅動訊號，且儘可能用較小的

驅動訊號來執行初次的測試以免損壞測試

件。

Step4 - 試驗的執行：利用計算出來的油壓缸驅動訊

號執行測試，並由目標訊號與量測到的訊

號得到其誤差量，重新計算油壓缸下次試

驗所需的驅動訊號。

Step5 - 疊代重現過程：重複步驟Step4直到響應誤

差小於可接受的範圍。

目前國際各大汽/機車廠皆已具備此項技術且

作為產品驗證之用，例如Ford、GM、Daimler

Chrysler、Toyota、Honda、Nissan、BMW、Harley-

Davidson...等。而此項技術及相關軟體最早則是由

伺服油壓設備系統的製造商所發展出來，例如MTS

公司在1977年[3]發表了最早出現的遠端參數控制

（RPC）技術，Schenck公司也在1979年[4]發表了轉

換函數的疊代補償技術（ITFC）等，而目前較新的

技術則有Instron公司的SPiDAR軟體及LMS公司的

TWR軟體等[5,6,7]；所有上述的系統都使用相同基

礎的數學理論，只是在演算法上的細節及軟體的工

作環境有所不同罷了。

當有了以上的模擬工具之後，測試工程師便能

較精準地去重現所量測到的入力訊號；而在一般的

狀態下，只有響應訊號數目與油壓缸數目一樣的方

陣系統，才有辦法得到一組理想的解答，但這卻不

是一個嚴格的限制，只是希望能小心地選擇感測器

的種類與黏貼位置，以便進行較完整的整車模擬試

驗；目前最新的疊代控制理論已可做到非對稱矩陣

控制的技術，亦即響應訊號的數目可以多於油壓缸

的數目，以便能模擬較多的入力響應狀況。

在目前路況模擬設備的設計中，最主要是希望

12 車輛研測資訊 2007-08

能模擬所有真實的動作與入力狀況，為了達成此一

目標，省略掉輪胎的影響將是較好的選擇，而此種

輪軸耦合的測試系統較不會被輪胎的非線性效應所

影響。此外，Shokichi[8] [9]在機車路況模擬的文章

有談到，使用油壓缸能克服凸塊-滾筒法的極限，

並可利用放大的效果來加速測試之進行。

為協助業者提早於產品開發段就能進行產品耐

久性之確認，本文以車輛中心試車場之道路，針對

國內車廠所開發之新型四輪越野休閒車，利用

ARTC疲勞耐久實驗室之伺服油壓缸系統，進行車

架結構之疲勞耐久評估，便於短時間內獲得車架之

破壞模式資訊，以期於銷售前進行有效改善，確保

產品之品質。此外，亦利用振動舒適性之評估方

法，針對不同K、C懸吊參數進行特性比較，做為

較佳懸吊K、C值之選用參考。

二、基本理論

(一) 路況模擬測試理論

在整體之路況模擬耐久測試流程中，需要執行

的工作有「路面響應訊號量測」、「資料讀取及訊

號編輯」、「系統轉換函數求取」、「油壓缸驅動訊

號求取」、「應變訊號檢查及治具調整」、「疲勞破

壞程度計算」及「執行耐久試驗」等步驟。

1. 單軸模擬系統

為了簡化測試系統，首先針對單軸向油壓

缸及單一感測器之模擬過程做說明。假設由路

試所量測而得之感測器訊號為y(t)，在實驗室

重現感測器訊號y(t)前，必須先求得模擬路面

訊號之油壓缸驅動訊號x(t)。假設此系統特性

為線性，則系統的輸入與輸出之關係可表示如

下式：

......... (1)

其中y(t)為參考訊號，x(t)為驅動訊號，g(t)為轉換

過程中的脈衝響應。

經由(1)式，若g(t)已知，則可得知驅動訊號x(t)為：

........ . (2)

其中g-1(t)為g(t)之反函數。

(1)式及(2)式為時域之表示式，若將(1)式及 (2)式表

示成頻域時，則可表示如下式：

.................... (3)

................... (4)

其中為轉換函數，而為轉換函數之反函數。

時域函數與頻域函數間之轉換，可使用快速傅利葉

轉換(FFT)藉由電腦計算出，x(t)與X(f)之關係可表

示成：

FFT [ x (t) ] = X ( f ) ............. (5)

IFFT [ X ( f ) ] = x ( t ) .............(6)

其中IFFT為FFT之反函數。同理g(t)與G(f)及與之關

係也可以以上式之相同型式表示。

(1) 系統轉換函數

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 13

y (t) = g( t－τ) x (τ)dτ∫t

0

x (t) = g ( t－τ) y (τ)dτ∫t

0

-1

Y ( f ) = G ( f )．X ( f )

Y ( f ) = G ( f )．X ( f )

由於實驗室中之架設狀況與實車測試時

之條件不盡相同，因此在做測試時必須先求

得實驗室中系統的轉換函數，才能決定驅動

訊號，接下來說明如何求得系統的轉換函

數。

首先假設模擬系統為線性，給模擬系統

一個不規則訊號（如white-noise），藉由加速

規量測模擬系統之響應訊號，最後由輸入訊

號與輸出訊號之計算，得到模擬系統的轉換

函數。

G ( f ) = Y ( f ) / X ( f )........................ (7)

(2) 疊代過程

如下列步驟所示，初始驅動訊號x0(t)之

計算，乃將參考訊號y(t)經由快速傅利葉轉

換為Y(f)後，再與轉換函數之反函數G-1(f)相

乘得到X(0)(f)，最後取其反函數再乘上一個因

子k而得，其計算步驟如下所示：

實車路面量測參考訊號y(t)

↓

Y ( f ) = FFT [ y ( t )]

↓

X(0) ( f ) = G-1( f )． Y ( f )

↓

X(0) ( t ) = k．IFFT [ X(0) ( f )]

其中(0)表示疊代次數，k為比例因子。

經由初始驅動訊號之作動後，得到一個實驗室

之輸出訊號y(0)(t)，經由此一訊號與目標訊號y(t)之

比較來修正驅動訊號，並產生一個新的驅動訊號；

重複上述之步驟直至輸出訊號符合目標訊號為止。

其疊代步驟如下所示：

驅動訊號 x(n) (t)，量測訊號 y(n) (t)

↓

誤差值 e(n)(t) = y(t) - y(n)(t)

↓

E(n)( f ) = FFT [e(n)(t)]

↓

修正訊號 c(n)(t) = IFFT [G-1( f )． E ( f )]

↓

修正驅動訊號 x(n+1)(t) = x(n)(t) + k．c(n)(t)

↓

重新驅動 x(n+1)(t)，重新量測 y(n+1)(t)

2. 多軸模擬系統

多軸模擬測試系統理論基本上與單軸之理

論相同，但必須將系統轉換函數、驅動訊號及

輸出訊號擴展成矩陣之型式；將單軸之理論擴

展為n個油壓缸及m個感測器之型式，以便適合

更廣泛之應用。

疊代過程：

如下列步驟所示，初始驅動訊號{x(t)}(0)之

14 車輛研測資訊 2007-08

由於實驗室中之架設狀況與實車測試時

之條件不盡相同，因此在做測試時必須先求

得實驗室中系統的轉換函數，才能決定驅動

訊號，接下來說明如何求得系統的轉換函

數。

首先假設模擬系統為線性，給模擬系統

一個不規則訊號（如white-noise），藉由加速

規量測模擬系統之響應訊號，最後由輸入訊

號與輸出訊號之計算，得到模擬系統的轉換

函數。

G ( f ) = Y ( f ) / X ( f )........................ (7)

(2) 疊代過程

如下列步驟所示，初始驅動訊號x0(t)之

計算，乃將參考訊號y(t)經由快速傅利葉轉

換為Y(f)後，再與轉換函數之反函數G-1(f)相

乘得到X(0)(f)，最後取其反函數再乘上一個因

子k而得，其計算步驟如下所示：

實車路面量測參考訊號y(t)

↓

Y ( f ) = FFT [ y ( t )]

↓

X(0) ( f ) = G-1( f )． Y ( f )

↓

X(0) ( t ) = k．IFFT [ X(0) ( f )]

其中(0)表示疊代次數，k為比例因子。

經由初始驅動訊號之作動後，得到一個實驗室

之輸出訊號y(0)(t)，經由此一訊號與目標訊號y(t)之

比較來修正驅動訊號，並產生一個新的驅動訊號；

重複上述之步驟直至輸出訊號符合目標訊號為止。

其疊代步驟如下所示：

驅動訊號 x(n) (t)，量測訊號 y(n) (t)

↓

誤差值 e(n)(t) = y(t) - y(n)(t)

↓

E(n)( f ) = FFT [e(n)(t)]

↓

修正訊號 c(n)(t) = IFFT [G-1( f )． E ( f )]

↓

修正驅動訊號 x(n+1)(t) = x(n)(t) + k．c(n)(t)

↓

重新驅動 x(n+1)(t)，重新量測 y(n+1)(t)

2. 多軸模擬系統

多軸模擬測試系統理論基本上與單軸之理

論相同，但必須將系統轉換函數、驅動訊號及

輸出訊號擴展成矩陣之型式；將單軸之理論擴

展為n個油壓缸及m個感測器之型式，以便適合

更廣泛之應用。

疊代過程：

如下列步驟所示，初始驅動訊號{x(t)}(0)之

14 車輛研測資訊 2007-08

計算，是將參考訊號 { y (t) }經由快速傅利葉轉

換為 { Y ( f ) }後，再與轉換函數之反函數 [ G

( f ) ]-1 相乘得到{ X ( f ) }(0)，最後取其反函數再

乘上一個因子k而得。

實車路面量測參考訊號{ y (t) }

↓

{Y ( f )} = FFT [{y(t)}]

↓

{X ( f )}(0) = [G( f )]-1．{Y ( f )}

↓

{x ( t )}(0) = k．IFFT [{X( f )}(0)]

其中(0)表示疊代次數，k為比例因子。

經由初始驅動訊號作動後，得到一個實驗室之

輸出訊號，經由此訊號與參考訊號之比較來修正驅

動訊號，重複此步驟直至收歛為止。而其疊代步驟

如下所示：

驅動訊號 {x ( t )}(n)，量測訊號 {y ( t )}(n)

↓

誤差值 {e(t)}(n) = {y(t)} - {y(t)}(n)

↓

{E ( f )}(n) = FFT [{e(t)}](n)

↓

修正訊號{c(t)}(n) = IFFT [[G( f )]-1 {E ( f )}(n)]

↓

修正驅動訊號

{x(t)}(n+1) = {x(t)}(n) + k．{c(t)}(n)

↓

重新驅動{x(t)}(n+1)，重新量測{y(t)}(n+1)

其中(n)表示疊代次數，k為比例因子。

(二) 振動舒適性評估方法

1. 振動舒適性計算方法

ISO 2631/1-1997 [19]中完整定義健康、舒

適及暈車的全身振動量化計算方法、頻率加權

函數與評估參考標準。其中有關振動舒適性的

部分詳述如下：

(1) 基本法(Basic Evaluation Method)

一般加速度訊號之能量以均方根加速度

(Root Mean Square Acceleration)表示，其定

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 15

{x(t)} =

x1

x2

．

．

xn

{y(t)} =

y1

y2

．

．

ym

[G] =

G11

G12

．

．

G1n

G21

G22

．

．

G2n

．

．

．

．

．

．

．

．

Gm1

Gm2

．

．

Gmn

義為加速度之平均平方值，再取平方根來表

示其算術平均值，當峰值因數(Crest Factor =

頻率加權後的瞬間最大加速度值/均方根加速

度值)≦9，以下列公式表示：

.......................... (1)

aw：加權加速度, T：量測的期間

若峰值因數＞9，則建議與瞬間均方根

法及四次方振動劑量法合併使用。

(2) 瞬間均方根法(The Running r.m.s. Method)

此方法有考慮到偶發的衝擊和瞬間的振動

.......................... (2)

aw(t)：瞬間的加權加速度

τ：瞬間平均時的積分期間

t：時間

t0：瞬時的時間

最大的瞬間振動值(Maximum Transient

Vibration Value, MTVV)

MTVV = max[aw(t0)].......................... (3)

計算MTVV時，建議使用τ=1

(3) 四次方振動劑量法 (The Fourth Power

Vibration Dose Method)

此法考慮了較敏感的峰值，利用基礎法

並以4次方代替2次方。

......................... (4)

aw(t)：瞬間的加權加速度

T：測量週期

當一個歷程由2個或2個以上不同週期的

訊號組成時，

.......................... (5)

2. 頻率加權函數

振動頻率影響了健康（Health）、舒適

（C o m f o r t）、感知（P e r c e p t i o n）及暈車

（Motion Sickness），不同的振動軸向需要不同

的頻率加權。

其中有關舒適性評估方面的加權函數主

要為：

Wk：z軸方向

Wd：x、y軸方向

3. 整合多軸向振動

就舒適性評估而言，其頻率範圍在0.5 ~

80 Hz，而座墊、椅背及腳踏位置各軸向的加

權函數如下：

座墊位置：

x-axis：Wd，k=1

y-axis：Wd，k=1

z-axis：Wk，k=1

rx-axis：We，k=0.63 m/rad

ry-axis：We，k=0.4 m/rad

rz-axis：We，k=0.2 m/rad

椅背位置：

16 車輛研測資訊 2007-08

aw = T－1∫

T

0aw

2 (t)dt－2

1

VDV =total ΣiVDVi

4 －41

－∫aw(t0) =τ－1 0 2

τ

[aw(t)] dt 21

∫－

VDV =0

4[aw(t)] dt 41

T

x-axis：Wc，k=0.8

y-axis：Wd，k=0.5

z-axis：Wd，k=0.4

腳踏位置：

x-axis：Wk，k=0.25

y-axis：Wk，k=0.25

z-axis：Wk，k=0.4

單一位置整合各軸向的振動總值（Vibration Total

Value）為

.................... (6)

其中，awx，awy，awz為x，y，z軸向之加權後的加速

度。

kx，ky，kz為等效因數

若整合不同位置、多點之整體振動總值（Overall

Vibration Total Value）則為

.................... (7)

三、試驗方法

本文執行內容主要包含整車車體結構耐久性驗

證與懸吊參數評估二個部分。其中有關車體結構耐

久驗證部分，主要是以車輛中心試車場之標準不良

路與河床路為目標測試道路，經由量測路面入力訊

號後，再於實驗室中利用伺服油壓系統進行入力的

模擬，最後再依所得油壓缸之驅動訊號進行車體結

構之耐久性驗證，以便於短時間內重現市場道路或

試車場的破壞模式。

而懸吊參數評估部分主要是以三種不同C、K

值之懸吊，及以車輛中心試車場之標準不良路、河

床路及振動噪音測試道所組成之訊號，利用振動舒

適性評估方法於台上進行不同懸吊之振動舒適性評

估，詳細之試驗執行內容說明如下。

(一) 測試車之整備

執行實驗室整車模擬耐久測試之首要工作，便

是取得車輛行駛於道路時，輪軸與車體上之主要受

力狀況，然後再於實驗室中進行入力重現；然而在

執行入力量測前，我們必須先進行感測器及資料記

錄器之安裝，確認所用之記錄器及感測器可正常運

作後才真正進行量測。

本研究中所使用之測試車，係廠商所生產之新

型式的四輪越野休閒車。執行試驗之首要工作便是

進行入力訊號量測所需之感測器黏貼及儀器安裝等

整備。試驗中所安裝之感測器，主要包含測試車之

前後四個輪軸之垂直向單軸向加速規、四個懸吊彈

簧上之應變，以及車體上數個重要位置之單軸向應

變計等。有關此次測試車整備中主要做為模擬用之

感測器規格如表3.1所示，詳細之感測器的安裝位置

則如圖3.1。完成感測器黏貼後，再將所有感測器連

接至訊號資料記錄器，以便將所擷取之訊號資料予

以保存記錄。

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 17

av =(kxawx+kyawy+kzawz)－21

222222

aoverall =(av1+av2+av3+ )－21

2 ....22

(二) 入力訊號量測

完成測試車之感測器安裝與確認可正常運作

後，便可開始進行入力訊號之量測，量測地點為車

輛中心試車場之標準不良路、河床路以及振動噪音

測試道，其中標準不良路與河床路主要做為台上耐

久測試驗證，而振動噪音測試道則是進行台上懸吊

之振動舒適性評估。量測時取樣頻率為1,000 Hz，

行駛速度於標準不良路為每小時50-70公里，河床

路為每小時50公里，振動噪音測試道之平均車速約

為50公里。試車場入力訊號量測狀況如圖3.2至3.4

所示。

(三) 訊號編輯處理

由實車量測取得路面之入力訊號後，首先利用

RS-SigEdit訊號處理軟體，將目標訊號檔讀入並進

行時域及頻域分析，再依分析結果將40 Hz以上之

訊號做濾波處理，接著將訊號前後1秒部份衰減至

零，以避免不正常的突波產生，最後再將訊號轉成

18 車輛研測資訊 2007-08

表3.1 感測器規格表感測器名稱 規 格 型 號 黏貼位置

加速規FLW_acc ±50G 右前輪

加速規FRW_acc ±50G 左前輪

加速規RLW_acc ±50G 右後輪

加速規RRW_acc ±50G 左後輪

應變計s09 350Ω 左前懸吊彈簧

應變計s10 350Ω 右前懸吊彈簧

應變計s11 350Ω 左後懸吊彈簧

應變計s12 350Ω 右後懸吊彈簧

EY1990028, AS-50HB 96.34 G/mV/V

EY1990024, AS-50HB 94.7 G/mV/V

EF7380012, AS-50HB 97.47 G/mV/V

EF7380009, AS-50HB 95.6 G/mV/V

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

右後輪加速度

右後懸吊 左後懸吊

左後輪加速度

右前輪加速度

左前懸吊彈簧應變右前懸吊彈簧應變

右前輪加速度

圖3.1 感測器安裝之示意圖

圖3.2 標準不良路入力訊號量測狀況

圖3.3 河床路入力訊號量測狀況

圖3.4 振動噪音測試道入力訊號量測狀況

(二) 入力訊號量測

完成測試車之感測器安裝與確認可正常運作

後，便可開始進行入力訊號之量測，量測地點為車

輛中心試車場之標準不良路、河床路以及振動噪音

測試道，其中標準不良路與河床路主要做為台上耐

久測試驗證，而振動噪音測試道則是進行台上懸吊

之振動舒適性評估。量測時取樣頻率為1,000 Hz，

行駛速度於標準不良路為每小時50-70公里，河床

路為每小時50公里，振動噪音測試道之平均車速約

為50公里。試車場入力訊號量測狀況如圖3.2至3.4

所示。

(三) 訊號編輯處理

由實車量測取得路面之入力訊號後，首先利用

RS-SigEdit訊號處理軟體，將目標訊號檔讀入並進

行時域及頻域分析，再依分析結果將40 Hz以上之

訊號做濾波處理，接著將訊號前後1秒部份衰減至

零，以避免不正常的突波產生，最後再將訊號轉成

18 車輛研測資訊 2007-08

表3.1 感測器規格表感測器名稱 規 格 型 號 黏貼位置

加速規FLW_acc ±50G 右前輪

加速規FRW_acc ±50G 左前輪

加速規RLW_acc ±50G 右後輪

加速規RRW_acc ±50G 左後輪

應變計s09 350Ω 左前懸吊彈簧

應變計s10 350Ω 右前懸吊彈簧

應變計s11 350Ω 左後懸吊彈簧

應變計s12 350Ω 右後懸吊彈簧

EY1990028, AS-50HB 96.34 G/mV/V

EY1990024, AS-50HB 94.7 G/mV/V

EF7380012, AS-50HB 97.47 G/mV/V

EF7380009, AS-50HB 95.6 G/mV/V

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

KYOWA KFG-3-350-C1-11L3M2R

右後輪加速度

右後懸吊 左後懸吊

左後輪加速度

右前輪加速度

左前懸吊彈簧應變右前懸吊彈簧應變

右前輪加速度

圖3.1 感測器安裝之示意圖

圖3.2 標準不良路入力訊號量測狀況

圖3.3 河床路入力訊號量測狀況

圖3.4 振動噪音測試道入力訊號量測狀況

路況模擬控制軟體RS-SPiDAR之格式，以便做為入

力重現測試之目標訊號。

(四) 入力模擬測試

入力模擬測試主要是利用伺服油壓缸、路況模

擬控制軟體、多軸控制器、配重沙包及所需之夾治

具等，進行實驗室路況模擬測試系統之架設，並執

行相關之入力重現測試，找出一組最佳的油壓缸驅

動訊號以便用於後續之台上耐久測試驗證。圖3.5為

測試車之架設情形，圖3.6為測試時之配重情形。測

試主要是以輪胎耦合方式進行，在油壓缸作動方面

則為四軸垂直向模式，而在與輪胎接觸之部位則為

車輛專用的輪盤，且其具備高剛性及重量輕等優

點，以便進行整車四軸之台上振動耐久試驗。

此外，目標訊號中所選取之感測器位置依序為

左前輪垂直加速度、右前輪垂直加速度、左後輪垂

直加速度、右後輪垂直加速度、左前避震器之應變

計、右前避震器之應變計以及後方避震器之應變

計。

(五) 耐久測試驗證

車體結構之耐久性驗證，主要是以車輛中心試

車場之標準不良路與河床路所串接而成之組合為目

標測試道路。利用實驗室路況模擬重現試驗所得之

最佳結果為台上耐久測試之驅動訊號。並以執行

5,000公里之里程為試驗目標，做為車體結構之耐久

性驗證。

(六) 振動舒適性評估

試驗中除執行台上耐久測試外，並針對三種不

同C、K值之懸吊，以ISO 2631之台上振動舒適性評

估方法進行懸吊選用評估測試。試驗中所使用之評

估道路包含標準不良路、河床路及振動噪音測試

道。試驗方法主要是利用先前目標道路模擬重現所

得之油壓缸驅動訊號，分別於台上針對不同懸吊參

數進行作動，並計算振動舒適性指標值進行評估。

評估之系統架設狀況如圖3.7所示，主要量測

參數為駕駛座墊、駕駛座椅背及腳踏板等之加速度

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 19

圖3.5 台上測試系統之架設狀況

圖3.6 台上測試系統之架設狀況（沙包配重）

值，量測方向包含縱向（x）、橫向（y）與垂直向

（z）三個方向。試驗中所使用之懸吊如圖3.8至圖

3.10所示包含原始狀態、增加阻尼(C值)型式及增加

彈簧系數(K值)等三種懸吊。評估軟體之介面如圖

3.11所示，可依不同位置選擇不同之加權函數進行

三軸方向之振動舒適性指標值之計算。

四、測試結果

(一) 入力量測與模擬結果

實車路面之入力訊號，經濾波及編輯處理後之

訊號如圖4.1至圖4.3所示。其中圖4.1為標準不良路

之目標訊號，圖4.2為河床路之目標訊號，圖4.3為

振動噪音測試道之目標訊號。

20 車輛研測資訊 2007-08

圖3.7 台上振動舒適性評估系統之架設狀況與加速規黏貼位置

圖3.8原始狀態之懸吊 圖3.9 增加彈簧系數(K值)之懸吊

圖3.10 增加阻尼值之懸吊 圖3.11台上乘適性評估分析軟體

圖4.1標準不良路之目標訊號

圖4.2 河床路之目標訊號

值，量測方向包含縱向（x）、橫向（y）與垂直向

（z）三個方向。試驗中所使用之懸吊如圖3.8至圖

3.10所示包含原始狀態、增加阻尼(C值)型式及增加

彈簧系數(K值)等三種懸吊。評估軟體之介面如圖

3.11所示，可依不同位置選擇不同之加權函數進行

三軸方向之振動舒適性指標值之計算。

四、測試結果

(一) 入力量測與模擬結果

實車路面之入力訊號，經濾波及編輯處理後之

訊號如圖4.1至圖4.3所示。其中圖4.1為標準不良路

之目標訊號，圖4.2為河床路之目標訊號，圖4.3為

振動噪音測試道之目標訊號。

20 車輛研測資訊 2007-08

圖3.7 台上振動舒適性評估系統之架設狀況與加速規黏貼位置

圖3.8原始狀態之懸吊 圖3.9 增加彈簧系數(K值)之懸吊

圖3.10 增加阻尼值之懸吊 圖3.11台上乘適性評估分析軟體

圖4.1標準不良路之目標訊號

圖4.2 河床路之目標訊號

以上述路面之四個輪軸加速度及彈簧應變進行

模擬後，其模擬結果如圖4.4至圖4.8及表4.1至表4.3

所示。所得之油壓缸驅動訊號如圖4.9至圖4.11所

示。其中圖 4 . 4至 4 . 8中之紅色線訊號 (含有

desired.acq之名稱者)代表實車量測之目標訊號，而

藍色線訊號(含有LastResponse.acq之名稱者)表示為

實驗室模擬所得之響應。表4.1至表4.3分別為標準

不良路、河床路及振動噪音測試道之目標訊號與模

擬訊號之r.m.s.值比較結果。表中之FLW_acc、

FRW_acc、RLW_acc、RRW_acc為四個輪軸加速

度，s09至s12為四個懸吊彈簧之應變，其誤差均於

10%內，即訊號之重現度約為九成，顯示模擬效果

與實車狀態非常一致。

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 21

圖4.3 振動噪音測道之目標訊號 圖4.4 標準不良路之重現結果

圖4.5 標準不良路之重現結果（局部放大）

圖4.6 河床路之重現結果

22 車輛研測資訊 2007-08

圖4.7 振動噪音測試道之重現結果 圖4.9標準不良路重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.10河床路重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.11振動噪音暨滑行測試道重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.8振動噪音測試道之重現結果（局部放大）

Pave s09 s10 s11 s12

1.52 1.47 1.54 1.32 154 121 184 183

1.45 1.42 1.54 1.31 158 118 186 190

-5% -3% 0% -1% 3% -2% 1% 4%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.1標準不良路重現結果之r.m.s.值比較

Pave s09 s10 s11 s12

2.45 2.34 2.57 2.16 161 117 176 173

2.24 2.28 2.47 2 164 112 163 163

-9% -3% -4% -7% 2% -4% -7% -6%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.2河床路重現結果之r.m.s.值比較

Pave s09 s10 s11 s12

0.66 0.6 0.65 0.51 92 75 135 144

0.63 0.59 0.62 0.5 90 68 130 141

-5% -2% -5% -2% -2% -9% -4% -2%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.3振動噪音測試道重現結果之r.m.s.值比較

22 車輛研測資訊 2007-08

圖4.7 振動噪音測試道之重現結果 圖4.9標準不良路重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.10河床路重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.11振動噪音暨滑行測試道重現所得之油壓缸驅動訊號

圖4.8振動噪音測試道之重現結果（局部放大）

Pave s09 s10 s11 s12

1.52 1.47 1.54 1.32 154 121 184 183

1.45 1.42 1.54 1.31 158 118 186 190

-5% -3% 0% -1% 3% -2% 1% 4%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.1標準不良路重現結果之r.m.s.值比較

Pave s09 s10 s11 s12

2.45 2.34 2.57 2.16 161 117 176 173

2.24 2.28 2.47 2 164 112 163 163

-9% -3% -4% -7% 2% -4% -7% -6%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.2河床路重現結果之r.m.s.值比較

Pave s09 s10 s11 s12

0.66 0.6 0.65 0.51 92 75 135 144

0.63 0.59 0.62 0.5 90 68 130 141

-5% -2% -5% -2% -2% -9% -4% -2%

FLWacc

FRWacc

RLWacc

RRWacc

Desired(r.m.s.)Target(r.m.s.)

Error(%)

表4.3振動噪音測試道重現結果之r.m.s.值比較

(二) 車體結構耐久驗證結果

1. 累計執行耐久測試約132公里時，左前懸吊之減

震筒發生輕微漏油。由於為輕微情形不影響測

試，因此經討論後繼續執行測試。

2. 累計執行耐久測試約2,545公里時，測試車左前

車頂鈑件之螺絲固定孔處發生破裂，經重新鎖

附後持續執行測試。

3. 累計執行耐久測試約3,960公里時，測試車右前

車頂鈑件之固定螺絲鬆脫，經重新鎖緊後繼續

測試。

4. 累計執行耐久測試約4,460公里時，測試車右側

車頂桿件發生破裂，由此可知整體測試之相對

較弱之處為車頂部分。其經耐久測試時首先造

成車頂蓋之固定螺栓鬆脫，最後造成桿件破

裂，經討論補強後持續進行測試。

5. 累計執行耐久測試約4,624公里時，油孔蓋支承

桿斷裂。因不影響主結構強度，因此持續測試

至5,000公里之目標值，主體結構並未有損傷之

發生。

(三) 振動舒適性之評估結果

文中有關不同懸吊之振動舒適性評估，主要是

以ISO 2631之標準方法所建立之分析軟體進行評估

分析。分析訊號包含駕駛座墊、駕駛座椅背及腳踏

處，結果如圖4.12至圖4.15所示。圖4.12為駕駛座墊

之分析結果，圖4.13為駕駛座椅背之分析結果，圖

4.14為腳踏處之分析結果，圖4.15為三個位置合成

之分析結果。其相對分析結果說明如下：

1. 避震器C值之影響：由圖4.12至圖4.15可知，當

避震器之阻尼值增加時，其駕駛座墊、腳踏位

置及合成總值之舒適性均變好許多，但於駕駛

座椅背之舒適性變差。總而言之，避震器之C

值增大時，對於測試車整體之振動舒適性有改

善，但其幅度不是很明顯。

2. 避震器K值之影響：由圖4.12至圖4.15可知，當

避震器之彈簧系數值增加時，其駕駛座墊、駕

駛座椅背、腳踏位置及合成總值之舒適性均變

好，且幅度比增加阻尼值(C值)來的明顯。因

此，當避震器之K值增大時，對於測試車整體

之振動舒適性較有改善。

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 23

圖4.12 三種不同懸吊於駕駛座座墊上之振動指標值

圖4.13 三種不同懸吊於駕駛座椅背上之振動指標值

五、結論

本文除藉由路況模擬耐久測試方法進行車體結

構耐久性確認外，並利用ISO 2631之振動舒適性評

估方法協助廠商進行三種不同懸吊之選用。由整個

研究執行過程中，得到以下結論：

1. 此一新型四輪越野休閒車經由台上耐久5,000公

里之測試驗證，於初期並未有破壞產生，主要

之破壞發生於接近目標測試之里程數附近，且

其破壞均屬於次結構位置(如車頂桿件及支架之

支承桿件等)，車架主結構並未有破壞發生。由

此可知此一新型四輪越野休閒車已能符合

ARTC試車場惡路(標準不良路&河床路)之5,000

公里的台上耐久測試。

2. 由三種不同K、C懸吊參數之振動舒適性分析結

果可知，當避震器之C值增大時，測試車整體

之振動舒適性雖有改善，但其幅度不是很明

顯；而增加懸吊之彈簧K值時，對於測試車整

體之振動舒適性之改善效果較明顯。由此可知

此三種懸吊中增加彈簧K值之型式，其整體振

動舒性較佳。

六、參考文獻

1. Moog, W.C. “A general summary report on the

development of a family of electro-hydraulic

servo valves for the Bumblebee guidance

system” , CAL/CF-1371,1949, (Cornell

Aeronautical Laboratory, Inc.).

2. Cryer, B.W., Nawrocki, P.E. and Lund, R.A. “A

road simulation system for heavy duty vehicles”,

SAE Paper No.760361 (1976).

3. Dodds, C.J. “A computer system for multi-

channel remote parameter control of a test

specimen”, MTS publication, 1977.

4. Craig, J.B. “ITFC-How it works and where to use

it”, Schenck publication, 1979.

5. Anon. “Simulation testing and SPiDAR-IDC”,

24 車輛研測資訊 2007-08

圖4.14 三種不同懸吊於駕駛座腳踏位置之振動指標值

圖4.15 三種不同懸吊於駕駛座上之總振動指標值

Fairhurst Structural Monitoring publication, 1987.

6. De Cuyper, J., Coppens, D., Liefooghe, C. and

Debille, J. “Advanced system identification

methods for improved service load simulation on

multi-axial test rigs”, European Journal of Mech.

& Env. Eng. M, Vol.44 (1), 27-39, 1999.

7. De Cuyper, J. and Coppens, D. “Service

simulation on multi axis test rigs”, Sound and

Vibration, October 1999.

8. Shokichi Harashima 1995. Evaluation Method of

Motorcycle Fatigue Strength Using Road

Simulator. SAE Paper No.951817.

9. Shokichi H. et al. 1993. Development of Multi-use

Road Simulator. SAE Paper No.931912.

專 題 報 導

車輛研測資訊 2007-08 25