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臺灣大學機械系電子報

系友/教師園地

幫自己加課-賽車隊的學習

B06 黃尹謙系友


    任何一項足夠先進的科技,與魔法是沒有分別的,現在的科技可以讓一群人坐著鋼板飛上天、讓你跟地球另一端的人對話、用幾萬公里遠的太空機器找出你的準確位置,仔細想想這些有多麼不可思議,而我們很幸運的生在這個可以學習魔法的時代,更幸運有這個能力跟資源接觸到這些魔法深層的原理,實在是件令人興奮的事吧!


    「魔法師的學徒」裡面那個小學徒在尚未掌控法力之前,擅自使用向掃帚偷學來的魔法幫他打掃房間,結果不知道停止咒語的他弄得水淹屋頂、一團混亂,這個故事想表達-亂碰不懂的東西可能會帶來災難,但我覺得這個學徒的行為是值得效法的,在確保自身安全的前提下,他在這個事件中肯定取得了許多寶貴經驗,相較於那些照表操課的學徒們,他不只熟悉了這些咒語的使用方法,更看到這些咒語會帶來的反噬效果,最起碼他對於要學會停止咒語這件事絕對銘記在心,而且多了一個有趣的人生故事。


    剛成立賽車隊的我們就像這個魔法師的小學徒,從網路上抄下一堆咒語開始自己摸索,力學、電學、控制學、微電腦、各種加工技術,一一摸索嘗試,當然是發生過不少災難,電池短路時第一次知道瞬間放出的電流足夠融斷一隻六角板手,車子暴衝我們才發現訊號品質不良會導致資料塞車、主控電腦當機,這些事情課本上絕對學不到,但卻會實實在在的出現在通往實際工程的道路上。
當上課的同時有一個實作專案在進行,學習就不會只有課本上的公式,而是可以隨時應用進設計和分析的工具,相較於課本上靜態的知識,我相信大部分的人都更喜歡用故事的方式記憶和理解,實作專案就能扮演這樣的角色,它能把這些知識都用一個故事串起來,當所有的知識元素都附屬於一個故事時,它們就不再是單一的記憶點,而可以建構系統性的架構,如此不但原本學到的理論可以活用,更重要的是用來串起這些理論的細節,這往往是課本上沒辦法學到的東西。


    舉個例子,我們在剛開始設計懸吊系統的時候,剛好學到機動學,而懸吊的8連桿構造正是機動學最典型的應用,但是上課只學到分析的方法,當真正遇到問題才會讓我開始思考,所以怎樣的分析結果才是我想要的?這會迫使自己從最基本的物理定律開始思考,為了增加輪胎貼地面積以增加抓地力,可以定義理想的輪端運動軌跡,這時再用上機動學和機構設計教的機構合成、分析方法和工具,來設計出能夠達成理想軌跡的連桿構造。


    連桿設計結束之後要進入受力分析,材料力學和靜力學的課程範圍教了分析的理論,但實際情況下沒有題目常出現的邊界條件,而是需要利用輪胎和動力系統資料加上實測數據來取得估計值,而後利用理論反推所需要的桿件材料和粗細。過程中我們意識到若受力方向不在一直線上,會出現額外的力增加桿件負擔,雖然可以增加桿件粗細解決,但設計上會顯得比較沒效率、「不專業」,這個基本觀念課本上也有提過,題目也有出現,但是課本上的圖和自己做出來的東西還是有巨大的差距,經過這個經驗,未來設計的東西就不會再有這種看起來就很「菜」的狀況出現了。
彈簧跟避震的係數也是懸吊系統重要的參數,這會直接影響到車手的駕駛感以及車輛的穩定性,這時就要用上自動控制和震動學的觀念了,我們曾嘗試將系統獨立成不同自由度分析,但很快就遇到瓶頸,因為車子的不同自由度會互相影響,不容易考慮單一自由度的系統,因此需要建立完整的車輛動態數學模型。這方面為了免於紙上談兵,還需要做實測驗證,確定物理模型跟實際的誤差和誤差來源,方能將理論和實務結合。


    歷經兩年半研究和做車的經驗,我意識到學校教的很多東西是真的派得上用場的,但也絕不是全部,有些理論確實會過於細節或老舊而不易走出實驗室、應用在實際的工程上,但前面幾章基本的物理定律是不變的,而每個專案應用的理論知識一定不盡相同,真的只有體驗過一次設計-製造-測試-優化的迭代流程才能分離出對自己來說好用的工具和知識。


    很多事情沒有想像那麼難,也沒有那麼簡單,沒有人有準備好的一天,如果因為害怕就不去執行,那你永遠也不會知道那是怎麼一回事,先開始,遇到問題再一個個解決,體驗每個過程中的細節,相信每個人都能體會到創造科技魔法的有趣。 Art editor Img

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  作者(左四)和車輛以及系上老師合影

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  團隊大合照

 

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