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電動機車動力系統負載分析及機械阻力驗證技術
  • 發布年度:2021
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 環能與車電工程處 李建興

    依交通部統計,2020年台灣機車新車領牌數已來到103萬輛次(年增14.8%),掛牌總數量則來到1,410萬輛次,相當於每1.7人擁有一輛機車,其保有密度為全球之冠,顯示機車對我國人民生活的重要性不可言喻。觀察國內機車市場,台灣7個國產品牌(三陽、山葉、光陽、宏佳騰、哈特佛、捷穎、摩特動力)總體市佔率高達97%以上,隨國際節能減碳共識,道路交通逐年朝電動化趨勢發展,台灣近三年電動機車保有量成長近2.3倍(由19.5萬輛次增加至45.5萬輛次),然電動機車掛牌數量仍僅佔整體機車不到3%。統計至2020年,台灣至少有36個國產電動機車品牌進入市場,其中單一品牌電動機車佔比達76%,顯示我國在電動機車產品設計或商業模式推動尚有大幅成長空間。

    我國機車產業自1962年發展迄今已逾59年,從動力系統開發、車架設計至製造組裝均有自主技術能力,整體設計及自製率超過95%。機車產品除造型設計差異外,車輛動態特性差異化為整車產品市場定位與分類之重要參數。過去機車廠對於內燃機產品的市場定位、動力規格及車輛動態特性具備完整開發架構與製程指標,可快速因應需求完成新機種動力規格匹配與設定,而電動機車產品開發前期,機車廠則需花費更多時間與電動馬達製造商溝通確認雙方需求,此工作也是國內關鍵零部件產業分工與整合的挑戰。

    通常進行車輛動力性能匹配時,可透過車輛操作時速區間的動力輸出、調校達到整車動態特性設計,而前期規格制定階段,掌握不同規格級距車輛之行駛阻力即為重要關鍵參數。在不考慮斜坡阻力與環境影響下,車輛負載主要包括慣性阻力、滾動阻力、空氣阻力及其它機械阻力,其中前三項可透過文獻或理論值計算求得,機械阻力則不易準確估算,採過度設計或設計不足時,容易增加生產製造或設計變更成本。

    車輛中心(ARTC)利用機車底盤動力計(如圖1)量測整車後軸牽引力,同時搭配速率計量測實車極速(如圖2),再搭配後軸牽引力及慣性/滾動/空氣阻力曲線估算機械阻力值。圖3為市售車機械阻力估算示意圖,當車輛最大輸出功率與阻力達力學平衡當下所對應車速,即為該車輛極速,本文所使用測試車輛經實際量測極速為80 km/h,圖中最大牽引力與慣性/滾動/空氣阻力約交叉於83 km/h,不符合實際極速量測結果,表示數學上低估了機械阻力或其他損失項,因此最終可透過補償修正歸納出實際阻力曲線,並透過迴歸方程式建立該車輛動力系統之初始損失模型。

    圖1. 機車動力計整車功率驗證示意圖

    圖2. 實車極速驗證示意圖

    圖3. 市售車最大牽引力與機械阻力估算示意圖

    本文僅對電動機車動力系統淺談負載分析及機械阻力評估程序,期望未來可協助相關領域工程人員於車輛開發前期可快速及正確制定動力系統參數規格,並有利於縮短車輛動態特性調校時程。若想進一步瞭解本篇內容相關訊息,請洽ARTC振動噪音實驗室 楊一平 工程師 04-7811222 分機 2430  E-mail:yiping.yang@artc.org.tw
     

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