車輛研究測試中心 綠能車輛發展處 陳建安

電動車，其是綠色環保及油價高漲議題下的新寵兒。在全球各界的關注下，各大車廠皆投入研究與開發，可見不久將引發一次車輛產業革命。電動車輛依其動力來源可分成純電動車、混合電動車;而混合電動車依其動力架構組成可分成串聯式、並聯式及串並聯式。然而無論哪種形式之電動車，其系統開發與控制器設計都將是未來電動車技術成熟化之關鍵指標。

電動車之開發，包含了整車零組件的匹配、系統(零組件)建模、系統開發、整車性能模擬及控制器設計…等流程，在整車零組件的匹配上，乃基於車輛性能目標、車款規格來決定;在系統建模上，除可協助整車性能模擬外，亦可搭配應用在系統開發及控制器設計。

圖1為電動車輛在動力系統開發之設計程序，其次在擁有組件規格後，針對開發系統或設計控制器時，各組件之建模是非常關鍵的，目前一些商業軟體(表1)雖然提供了許多組件的模型可供使用，但大多受限於特定公開之零組件資料，因此對於自行選用或非公開的組件則需自行建立其模型，以馬達為例需建構其功率、效率及轉矩關係圖，如圖2；而在動力電池上則需其內電阻、充放電能力、開路電壓等參數加以建構，因此各零組件的建構真實性，仍是整體模擬真實性的重要指標，在擁有良好的規格選配技術及完備的分析模擬軟體下，如何完成其真實性的零組件特性模型的建構，將是未來研究的重要課題。

表1 電動車模擬分析軟體特色及功能分析

圖1 電動車輛動力系統開發設計程序

圖2 電動車輛用馬達轉矩及效率關係圖

在建構完組件模型後，其次依車輛運動方程式建構簡易車輛模型，而駕駛模式則可依實際車速與目標車速之誤差，進入PI控制器來模擬加速踏板及煞車踏板之動作，最後可以此駕駛模式來設計整車控制單元(VCU)，其可依據馬達/驅動器及動力電池之輸出參數來做設計。由於VCU之設計除了考量整車性能表現外，亦須考量各組件之狀態監視，例如馬達溫度、轉速及動力電池之溫度、電壓及殘電量…等，因為若無監控，將造成各系統間元件損壞或減少使用壽命，同時若沒有對應之防護機制，將會有系統安全疑慮的問題存在。

其次，對於動力電池之溫度、電壓及殘電量之變化情形，亦可開發管理系統來對其作保護，可知從組件匹配、建模到控制器設計與系統整合是非常重要的，而在完成開發後如何驗證系統功能之完整性，則是另一重要議題。硬體迴路模擬(HIL)是目前控制器開發功能驗證常用之方式，其避開了實車驗證風險與縮短開發時程，其常見之開發流程為一V字型開發架構，如圖3。

圖3 電動車輛V字型開發架構

電動車技術範圍廣泛，如何快速入門且能?與設計，最簡單的方式為建立整車系統模擬架構，係因其可從中瞭解各組件之動態特性到整車性能的表現，也能評估匹配之合理性，最後可依此模型來開發控制器，建議有意投入研究電動車領域之人員，可朝此研究方式來實現開發。