- 回首頁
- 機械工業雜誌
機械工業雜誌
購物提醒：當您要離開或跳轉頁面時，請先將您想要購買的文章加入購物車，以便快速紀錄完成購買流程!
雙檔位電動機車傳動系統設計與分析
作者
楊正平
刊登日期：2020/09/01
摘要
本研究透過建立車輛動力分析模型，得以分析電動機車於單速系統或雙檔位系統之動力性能。其中主要針對三型不同規格之電動機車進行模擬比較，探討單速系統及雙速系統性能上的差異，並藉此設計適當的檔位速比及換檔時機而提升車輛動力性能。此外，藉由已建立之車輛能源管理分析模擬平台，分析在給定的路況條件下馬達的操作點，進而得知馬達的可操作範圍、操作效率及整體的能耗表現。由模擬結果顯示，應用雙速系統之電動機車，其馬達不可操作點的比例明顯下降，意謂雙速系統可擴大行駛工況範圍。經分析後之結論，雙速系統應用於電動機車不僅可提升車輛的動力性能，並能夠應對更多種路況條件，同時改善能耗表現。
Abstract
In this study, the dynamic performances of electric vehicles in single-speed or two-speed systems are analyzed through the model vehicle dynamic analysis model. The simulation comparison is mainly for three-type electric scooters, and the performances of single-speed system and two-speed system are discussed. The appropriate gear ratio and shift timing are designed to improve the vehicle's dynamic performance. In addition, through the established vehicle energy management simulation, the operating point of the motor under the given road conditions is analyzed, and then the operating range, operating efficiency and overall energy consumption performance of the motor can be derived. The simulation results show that the proportion of motor inoperable points has dropped significantly while the scooter using two-speed system, which means that the two-speed system can expand the range of driving conditions. Based on the analysis, the application of the two-speed system to electric scooter can not only improve the dynamic performance of the vehicle, but also satisfy wider range of road conditions and improve energy consumption performance.
前言
目前市售電動機車超過九成為單一檔位之傳動系統，原因除了單檔位傳動設計容易且成本較低之外，馬達在低轉可直接輸出峰值扭力，並且動力轉速區段廣，因此該類型傳動系統為目前之主流。相關實例如：國內電動機車市佔率最高的領導廠商睿能公司，其於2015年推出第一代Gogoro，現已有S1、S2、Viva等多個車系，2019年國內市佔率已到16%，年銷售近16萬輛。S1、S2皆採用水冷永磁同步馬達，搭配減速齒輪分別以皮帶及鍊條傳動，有效降低簧下重量；入門的Viva則採用輪轂馬達降低成本。另外，一家美國電動機車廠推出高性能電動機車Zero，自2009年推出至今已經超過10年，頂級版之車型加速性高，時速由0至100公里只需3.3秒，續航里程約220公里，其雖具有傳統摩托車造型，但減去離合器拉桿與打檔桿，馬達輸出動力不經齒輪而直接由皮帶傳遞至驅動輪(Clutchless Direct Drive)。
電動機車相較傳統內燃機引擎機車而言，可變速之傳動系統並非必須，故電動車車廠僅需配置單檔位之傳動模組，即可應對多數操作之工況需求。然而，此方式最大缺點為高轉速域的不足，例如一些論壇對於市售電動機車的評論往往在於極速無法滿足顧客的預期，其主要原因就是為了增加車輛起步扭力，而將減速齒比加大，但如此一來便使得車輛在高速情況時，馬達的極轉速受限造成車輛極速無法向上推升。這也就是單一檔位系統無法同時兼顧起步高扭力及極速高轉速的需求，相關文獻也對於兩速系統在電動車輛上的應用做了些討論[1-3]。因此，本研究將針對電動機車探討應用兩速系統之可能性與效益，以及設計方法與分析結果做深入的討論說明。
市售電動機車比較
欲研究電動機車變速系統，需先暸解電動機車市場現況，找出合適做為雙檔位變速系統設計分析的目標車型。國內目前有投入生產電動二輪載具的主要業者共17家，其中大部分是以電動自行車為主。而在本研究中，發展可變速傳動系統之主要目的為提升車輛性能表現，即提高起步扭力同時增加車輛極速，因此，著重高性能之車型將是本研究討論的重點，故將選用較大功率馬達之車型進行分析，使性能效果更為明顯。因此，本研究參考現有市售電動機車之規格，列出三種車型進行模擬分析比較，如表1所示。
車輛動力性能分析
本研究以兩種模式進行車輛性能之模擬分析：穩態模式及暫態模式。穩態模式即是以車輛速度為橫軸，輪端扭力為縱軸，判斷該車輛的動力性能表現。暫態模式則是以時間為橫軸，車速為縱軸，分析車輛隨時間加速的狀況。透過此兩種模式之分析，可模擬各型車輛之動力表現，亦可針對減速齒比、換檔時機等主要參數進行調變分析，比較各型車輛應用單速系統或雙速系統對於車輛動力性能的影響。
更完整的內容歡迎訂購
2020年09月號
(單篇費用：參考材化所定價)