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車門關閉速度式汽車出廠前的重要檢測項目之 一，在生產線上一輛四門汽車大約需要20~30 分鐘的 安裝與檢測時間，尤其是新車型需要做到全檢，往往 需要耗費許多的人力以及時間成本。為改善傳統之人 力檢測方式，此計畫為開發一款光電式電子化速度量 測系統，取代沿用多年的示波器檢測方式，可執行汽 車前後門、引擎蓋及行李廂之速度量測，採用 USB 通訊界面，體積輕巧，可同時應用於室內與戶外之測 試環境。系統具備自動計算車門關閉時之速度與其對 應關閉狀態（如全關、半關）以減少人力為誤判。並 提供建置資料庫及統計功能，可針對車型與車門做進 一步的研究分析，以作為日後品管與製程調整的依 據。 ᙯᔣෟ：LabVIEW 圖控軟體、定位器（Retainer）、 門鏈（Hinge）、門栓（Latch）、車身密封橡 膠（Seal）、車門與門框之變型（Deforn）、 光遮斷器（Light breaker）、推力測試ಥă݈֏
車門啟閉所需之力道受到許多的外在影響；包 含：車門門鏈及各門件之摩擦阻力和角度設計、車門 動作所受到的空氣阻力、門邊密封膠條外型以及現今 新式車款因應日漸嚴苛的安全法規所設計的側邊防 撞桿和提升使用者便利性所設置的新式設備…等所 增加之車門重量[1]。而音響喇叭、車窗馬達、車門控 制模組等，這些電子零件相對容易在關門力道不當時 損壞，最好不要大於3J（Joules，焦耳）[2]，所以必 須思考如何將車門啟閉力道設置最佳化；而車門啟閉 力道最佳化必須考量：車門內部配件受力程度、門件 使用之耐用性以及使用者在啟閉車門時之直覺感受。 通常規模較大的製造廠可利用專業儀器量測車 門關閉之力量大小及車門重心位置，檢驗車門部件品 質好壞，相對的，利用關門速度之數據亦可推測出門 件狀況。 有些汽車車門製造廠OEM（Original Equipment Manufacturer）廠，因規模較小的關係無法使用自動 化機械手臂測試或使用機械檢測方式。傳統方法是依 固定寬度之試片，安裝於車門上，關車門時此試片會 掃過感測器，利用示波器擷取此訊號，透過移動示波 器游標讀到數值後，經計算得到車門關閉速度之資 訊。此測試方式不僅費時，對不熟悉操作示波器者更 經常會發生計算錯誤之情形。因此計畫所開發之光電 式電腦化速度量測，主要以光遮斷器，搭配資料截取 卡及圖控軟體（LabVIEW）而成，其擷取速率可達 100ms，可精確測得各式車門的關閉速度，具備有測 試簡單、快速、精準，撰寫的圖形程式可計算分析關 門狀態，也可避免人為運算錯誤，更可以降低成本達 成更高的檢測效能。 1 亞東技術學院機械工程系 * 通訊作者：高泉源 E-mail：fd030@mail.oit.edu.tw෮ăநኢ̶ژ
車門關閉總共所需能量公式[3]
ETotal = EAir + ESeal + EDforn + ERetainer + ELatch + EHinge
+ EWeight (1)
其中 ETotal 為車門關閉所需能量；EAir 為空氣阻
力所耗能量；ESeal 為密封橡膠壓縮所耗能量；EDforn 為
車門及門框變型所耗能量；ERetainer 為定位器阻力所耗
能量；ELatch 為門閂阻力所耗能量；EHinge 為門鏈阻力
所耗能量；EWeight 為車門重量。 由上述公式可知，車門關閉時所需的力量會因空 氣阻力、車門部件之摩擦阻力及好壞、車門總成之重 量以及密封橡膠壓縮所損耗之能量影響。 本研究應用到的理論有1、牛頓第二運動定律及 動能 2、摩擦阻力原理 3、空氣阻力 4、光遮斷器原 理 ˘ăͱௐ˟ྻજؠޠ̈́જਕ F=Ma (2) 其中F 為力量；M 為質量；a 為加速度。 K=1/2 mv 2 (3) 其中K 為動能；m 為車門質量；v 為車門速度。 EWeight = mg [ Cm － Cm (0) ] × K (4) 其中EWeight為車門重量；m 為車門質量；g 為重 力加速度； Cm為車門質量中心；K 為 Z 軸的單位向 量。 車門總成的重量會直接影響施力大小，當車門越 重加速度不變則所需關門力道越大。 ˟ăᇝᑡܡ˧ࣧநĈ1. 在本研究的設定條件中，我們設置兩種不同變 因，影響車門關閉的速度。其一為潤滑與否的不同， 其中EHinge為門鏈阻力所耗能量；rcm 為車門質量 中心到門鏈的距離；h 為車門高度；μh 為門鏈摩擦係 數；rh 為門鏈半徑。 ˬă۩ঈܡ˧2. 一般車門所受到的空氣阻力包含： ঈ߹ϒࢬᑝז֘ܝٙயϠ۞ܡ˧，受車輛所在 環境影響，氣流之流向將會對車門關閉動作產生推力 或阻力，但本研究在固定室內場地實行故將此項阻力 忽略。 ۩ঈᄃ֘ܝมٙயϠ۞ᇝᑡܡ˧，假如車門快速 關上時，此摩擦阻力非常小幾乎可以忽略。 γݭܡ˧，在固定環境時為最主要車門關閉之空 氣阻力來源。 空氣阻力係數公式： P = R×T×ρ (7) 其中P 為壓力；R 為氣體常數；T 為溫度；ρ 為 空氣密度。 ※ρ 可替換成 ρ=m/v 得 P × V = R × T × m (8) 其中P 為壓力；V 為空氣容積；R 為氣體常數； T 為溫度；m 為空氣質量。 流體阻力（drag force）公式： Fd = 1/2 × ρ × Cd × AV2 (9) Fd 為流體阻力（drag force），物體在流體中運動 時受到阻力的大小；ρ 流體密度；Cd 風阻係數；A 車 窗正投影面積，車窗正面迎風的面積；Ｖ 氣流速度。 ※ Cd × A；阻力面積 由上述公式推斷，氣流對於車門在開啟狀態到關 閉時產生的扭矩，以下列公式表示:
αăЍዌᕝጡࣧந[4] 3. 本研究利用單一光遮斷器來取得車門速度 V= W /△T (10) 其中V 為車門速度；W 為試板寬度；△T 為試 板遮斷光線的時間。 ဦ1 Ѝዌᕝጡࣧநϯຍဦ
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ർវĈ 1.DAQ 卡 NI USB－6210，（圖 2~圖 3） 2.筆記型電腦 3.光遮斷器（圖 4） 4.附有磁鐵的 25mm 厚的鋼條圖，（圖 5） 5.電源供應器及 AC110 變 DC5V 變壓器，（圖6） 6.穩壓器，（圖 7） 7.Nissan Sentra 汽車 హវĈ 以NI LabVIEW7.1 版本為基礎自行撰寫之圖控 程式，（圖9~圖 13） ဦ2 NI USB-6210 ၁វဦ ဦ3 NI USB-6210 ତཙဦ 4.ဦ4 Ѝዌᕝጡ
ဦ5 ܢѣჃᜠ̝᐀୧
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ဦ8 DAQ Ϊ́ᖼೱጡ
ဦ10 ܐՎ֘ܝᙯౕిޘณീё ဦ11 Լ։֘ܝᙯౕిޘณീё(˘) ဦ12 Լ։֘ܝᙯౕిޘณീё(˟) ဦ13 Լ։֘ܝᙯౕిޘณീё(ˬ)
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利用自行開發之車門關閉速度量測系統及撰寫 之程式，將門把裝上推力接收器，在每個不同的設定 情況，針對各車門關閉，取十次數據並找出關門時推 力及所產生訊號電壓的關係，並做成表格和曲線圖作 比較。 考量車輛實際使用情況擬定以下四種設定狀況： 1.以同一種車型的前、後門作為測試對象，模擬 不同重量之車門對於關門速度的影響。 2.將車窗打開和車窗關閉產生風阻的不同，模擬 車門外型之不同對於關門速度的影響，製成曲 線圖比較。 3.控制車門元件潤滑與否，比較潤滑機件對於車 門關閉速度產生之影響。 4.車門定位器拆裝前後對於車門關閉速度的影 響。Ёăࡁտ࿅
˘ăనؠېڶ 固定條件：為車門無潤滑及車窗開啟之狀態。 將光遮斷器固定於千分表的桿子上，再將鋼條吸 附在車門上，並將鋼條對準光遮斷器的開口，先從後 門開始，關數次後門，找出車門密合和未密合之間的 最小速度差，從中最接近中間值的十次的測試數據， 以減少誤差。
ဦ14 ޢܝീྏဦ 後門測完後接著是測前門，從中找出車門密合和 未密合之間的最小速度差，取出最接近的10 次左右 的測試數據。 ဦ15 ݈ܝീྏဦ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 速度( m/s) 前門 後門 下，車窗開或關對關門速度的影響。 ŏ͞ڱ 將各車窗放到底，關門數次，從所測得數據找出 車門密合和未密合之速度間最小的速度差，並從數次 中取十次最接近中間值的數據，然後將各車窗拉到最 頂，重複上述步驟，將所測之數據取車門密合速度和 未密合的最小速度差，以減少誤差。也從數次中取十 次最接近中間值的數據，再將這二十次數據做成圖表 並做比較。 ŏ࿅ 首先四個車窗全部都關上，在車窗是關著的條件 下先從後門開始，大概10 次左右的測試取出施力點 最小的密合點。 所有車窗打開和車窗關閉所產生空氣阻力的不 同，對於關門速度的影響，打開及關閉車窗，關門數 次，取十次數據及找出車門密合和車門未密合之中間 範圍，並做成表格和線性圖做比較。 ဦ17 ֘ᙯౕ 在車窗是開著的條件下先從後門開始，大概 10 次左右的測試取出施力點最小的密合點。
ဦ18 ֘χฟ ဦ19 ޢܝ֘ᙯᄃฟ۞ͧྵ ˬăనؠېڶ 固定條件：車窗均為開啟以車門元件是否潤滑作 比較。 ※本條件之潤滑車門元件為車門門鏈並以後車 門為測試基準。 將未潤滑的車門元件和潤滑之後的車門元件，關 門數次，取十次數據及找出車門密合和車門未密合之 中間範圍，並做成表格和線性圖做比較。 ဦ20 Ϗማޢܝܝᙥ ဦ21 ማޢܝܝᙥ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 次數 速度( m /s) 潤滑 未潤滑 ဦ22 ማ݈ޢ֘ܝᙯౕిޘͧྵဦ
αăనؠېڶ 固定條件：以後門為依據，無潤滑，車窗開的情 況下。 ŏ࿅ 首先，定位器未拆下時，關閉車門數次，並從中 找出門完全密合和未密合的最小速度差，並取十次最 接近的數據為參考。接著，將車門定位器拆下，關閉 車門數次，並從數次中找出門完全密合和未密合的最 小速度差，並取十次最接近的數據作為參考。 ဦ23 ֘ܝؠҜጡ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 次數 速度 (m /s ) 未裝定位器 裝定位器 ဦ24 ྅ؠҜጡᄃϏ྅ؠҜጡĞܡ˧ğͧྵ 現車門定位裝上與否對車門關閉力道（速度）影響最 大，空氣阻力對於車門關閉所需力道影響居次，門件 潤滑與否對於關門力道影響較為輕微，當車門開啟超 過定位器設計之角度，需要較大推力，但車門開啟未 達到此設計角度時，所需推力差距輕微。未來現今車 輛車門上所裝置的部件越來越多，相對的重量增加， 必須在車門設計上考量各種不同因素，本研究之裝置 將可供車廠數據收集判別並應用於品管及設計。 本研究目前僅以車門關閉前之瞬時速度作為採 樣，將來會增加力量感測作為輔佐數據以期望能得到 更為精準的測試結果。 除了提供製造廠檢測數據外，本研究也能應用於 車門系統的設計。目前有部份高級車款配置有車門軟 閉系統，但其使用的霍爾感知器僅能判斷動作及確保 車門的閉合，並無法有效的解讀各種車門啟閉狀態。 當車門部件損壞時碰撞感知器，也可能產生誤判，導 致軟關系統的作動器過熱損壞。 本研究以車門關閉時各種因素做為探討對象，實 際以實車做研究，檢視各種狀況的速度，並將所測得 的數據轉化為曲線圖，探討各種狀況的速度差異性。 未來將本研究成果加以改良製成車身部件並提供車 門系統各種狀態下的參數，以求出各種情況之需求， 可取代車門軟關系統的碰撞、門扣霍爾感知器，使得 系統作動更趨精準。
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http://LabVIEWpro.net/
