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新能源車輛傳動設計趨勢與相關技術發展

摘要"

近十年內高性能電機應用於新能源車輛後,國際大廠積極研發各類型傳動模組。本文分析新能源車輛之傳動配置,探討各型傳動配置之優點與缺點。新能源車輛傳動模組之振動噪音是重要議題,本文以齒面修整技術有效地降低傳動模組之動態響應。本文亦簡要說明傳動模組之測試項目。

關鍵詞:傳動、傳動誤差、噪音

新能源車輛傳動模組之需求

面對愈趨嚴格之油耗法規,國際整車廠皆積極投入資源,研發節能動力相關技術,而不同的節能動力系統設計,將會配合不同類型的傳動模組。節能動力模組設計方案中,最直接的方案即是導入電機。動力模組加入電機後,為傳動模組帶來了很多新的機會。國際上發表了多種電驅動傳動模組,涵蓋各類型複合動力和純電驅動等動力總成架構。各大廠提供多樣化動力模組的戰略是十分必要的,因為客戶對不同車型有不同的需求,例如在功率、成本和配置等方面有不同的要求,而且沒有任何一種驅動技術能夠兼具不同動力架構的全部優點。此外,也沒有某一型動力模組能迅速佔有整個市場。在今後幾十年期間,市場上的動力模組將更加多樣化,以滿足不同的客戶和市場的多樣化需求。目前全球研發新能源車之系統車廠增加超過200家,因此新型的傳動模組將會有大量的需求。

複合動力傳動架構

一般汽車之行車狀況有怠速、加速、等速及爬坡等,因此傳統引擎總是在不同的轉速與負載下運轉,亦即引擎無法在最高效率下運轉,而使得引擎有較高的油耗及污染。引擎具有高速大扭矩及能源供應方便之優點,相反地,馬達具有低速大扭矩、低污染及低噪音等優點。故結合引擎與馬達之複合動力車已成為各大車廠降低燃油消耗及減少污染之重要研發項目。結合兩種不同動力源的複合動力系統可分為串聯系統與並聯系統,其中並聯系統可以單獨輸出動力,亦可雙動力同時輸出而產生較大的輸出動力,因此並聯系統具有較佳的系統效率,而並聯系統中的關鍵元件即是動力複合機構。
動力複合機構型式有(1)雙動力同軸動力複合機構,如Honda Insight與Volkswagen Jetta。其中引擎為主動力,馬達為輔助動力。馬達只在高負載或是加速等情況下,才提供輔助動力。以此機構來進行動力複合,則必須對引擎與電機之轉速進行精密的控制,才能進行有效的轉矩耦合。(2)行星齒輪系動力複合機構,如Toyota, Reynold, GM等。行星齒輪組係由太陽齒、行星齒、行星架及內齒輪所組成,其中太陽齒、行星架及內齒輪等三個元件可形成兩個輸入及一個輸出之運動機構。行星齒輪系動力複合機構,係以行星齒輪系整合引擎、馬達、發電機及動力輸出等模組之動力複合機構。(3)平行軸齒輪動力複合機構。其應用多組平行軸齒輪,將雙電機與引擎進行動力聯結,如Honda Accord。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌

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