定斜率煞車

本研究在定斜率煞車方面使用了 30 km/h、60 km/h 與 90 km/h 三種不同初速 度分別在 10 秒、15 秒與 20 秒內進行煞車使車速降低至零，以下為在各定速之 下，以各不同斜率進行煞車之煞車命令:

圖 4-4. 初速度 30 km/h、60 km/h、90 km/h 之定斜率煞車命令

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以下表 4-4 為在模擬時間 100 秒內定斜率煞車之被動式煞車回充能量模擬結 果，橫軸是行車型態之初速度，縱軸是車速由初速度下滑至零的時間。由模擬 結果可發現:同樣是從第 90 秒開始煞車之情況下，初速度為 30 km/h 所回充到之 能量為 134.1 J，初速度 60 km/h 所回充到之能量為 755.8 J，初速度 90 km/h 所 回充到之能量為 1902 J，由此可知，在同樣煞車作動時間下，車速越高，所回 充到之能量越高，這是由於因高車速，在進行煞車時便可回收到較多因車體慣 量累積之機械能的緣故。

表 4-4. 被動式煞車之能量回收關係 初速度

開始 煞車時間

初速度 30km/h

初速度 60km/h

初速度 90km/h 90 s 134.1(J) 755.8(J) 1902(J) 85 s 98.83(J) 693.9(J) 1852(J) 80 s 64.46(J) 621.9(J) 1782(J)

圖 4-5. 被動式煞車以 30 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

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圖 4-6. 被動式煞車以 60 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

圖 4-7. 被動式煞車以 90 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

此外，由以下總動能及各阻力之模擬結果可發現，於車速為 90 km/h 在 10 秒內煞車完畢時，總共累積了 434.2 kJ 的總動能，而風阻則產生了 23.65 kJ 能 量，滾動阻抗則有 39.94 kJ；而於車速為 90 km/h 在 20 秒內煞車完畢時，總共 累積了 433.1 kJ 的總動能，而風阻則產生了 47.42 kJ 能量，滾動阻抗則有 80.02 kJ。因此可發現煞車時間越長，所累積到之能量也越少，造成此現象的原因是 由於在煞車時間較長，造成風阻與滾動阻抗累績較多，進而造成對總動能的消 耗較大，使回收之能量較少。而於車速為 30 km/h 在 20 秒內煞車完畢時，產生

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了 47.46 kJ 的總動能，而風阻能量有 1.761 kJ，滾動阻抗能量則有 26.67 kJ，和 於車速為 90 km/h 在 20 秒內煞車完畢之各項能量相比，車速 30 km/h 之各項能 量均較低，造成此現象之原因是由於車速較低，產生之動能因而較小，風阻與 滾動阻抗也因車速低而較低。

圖 4-8. 30km/h 之定斜率煞車之各阻力能量模擬曲線

圖 4-9. 60km/h 之定斜率煞車之各阻力能量模擬曲線

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圖 4-10. 90 km/h 之定斜率煞車之各阻力能量模擬曲線 表 4-5. 定斜率煞車之總動能、風阻與滾動阻抗模擬結果

總動能 Eall(kJ)

風阻能量 Ewind(kJ)

滾動阻抗能 量 Eroll(kJ)

可回收之 總能量 Eregall(kJ) 以初速度 30 km/h

在 10 秒內煞車完畢 47.79 0.8933 13.43 33.4667 以初速度 30 km/h

在 20 秒內煞車完畢 47.460 1.761 26.67 19.029 以初速度 60 km/h

在 10 秒內煞車完畢 192.8 7.027 26.64 159.133 以初速度 60 km/h

在 20 秒內煞車完畢 192 14.11 53.42 124.470 以初速度 90 km/h

在 10 秒內煞車完畢 434.2 23.65 39.94 370.61 以初速度 90 km/h

在 20 秒內煞車完畢 433.1 47.42 80.02 305.66

以下表 4-6 為在模擬時間 100 秒內定斜率煞車之主動式煞車回充能量模擬結 果，由模擬結果可發現:主動式煞車與被動式相同，初速度越高，所回充到之能 量就越高，不同煞車時間所回充到之能量差異也越大；而在同初速度之行車狀 態下，煞車時間越長，回充到之能量也越少。而比較主動式和被動式能量回充

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之差異可發現，主動式煞車所回充到之能量遠比被動式要多，造成此現象之原 因是主動式煞車之規則庫控制是在進行煞車時，主要以再生煞車進行煞車，其 餘不足的部分再由機械煞車補足，而被動式則是相反，主要以機械煞車進行煞 車，其餘不足的部分再由再生煞車補足。

表 4-6. 主動式煞車之能量回收關係 初速度

開始 煞車時間

初速度 30 km/h

初速度 60 km/h

初速度 90 km/h 90 s 2379(J) 13640(J) 35080(J) 85 s 1767(J) 12380(J) 33590(J) 80 s 1148(J) 11030(J) 32050(J)

圖 4-11. 主動式煞車以 30 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

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圖 4-12. 主動式煞車以 60 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

圖 4-13. 主動式煞車以 90 km/h 進行定斜率煞車之回充能量

4.4 FTP 與 ECE 行車型態

而為了要測試本煞車回充系統在車輛於一般狀況行駛時之煞車回充效率，本 研究選定美國 FTP-75 之市區行車型態，與歐洲 ECE-40 之市區行車型態兩種行 車型態做為測試對象，並比對主動式與被動式煞車所回收能量及其回充效率。以 下為 FTP-75 與 ECE-40 行車型態之煞車回充能量模擬結果，由模擬結果可發現:

在 FTP-75 行車形態下，被動式煞車回收到的能量為 16830 J，主動式煞車所回收

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到的能量則為 311000J；在 ECE-40 行車形態下，被動式煞車回收到的能量為 459.3 J，主動式煞車所回收到的能量則為 8219 J。由模擬結果之曲線可看出，在車速 為零或車輛處於加速、定速狀態時，系統並不會進行煞車來回充能量，而若當車 輛處於減速狀態時，系統便開始進行煞車來回充能量。

表 4-7. FTP -75 與 ECE-40 行車型態之能量回收關係 機械煞車類型

行車型態 主動式煞車 被動式煞車

FTP-75 311000(J) 16830(J) ECE-40 8219(J) 459.3(J)

圖 4-14. FTP-75 行車型態速度對時間變化曲線

圖 4-15. FTP-75 行車型態之煞車回充能量結果

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圖 4-16. ECE-40 行車型態速度對時間變化曲線

圖 4-17. ECE-40 行車型態之煞車回充能量結果

4.5 最佳回充效益分析

以下表 4-8 為主動式煞車與被動式煞車之最佳回充效益比較表，由模擬結果 可發現，主動式煞車之能量回充效益較被動式煞車為佳，在定斜率煞車的行車形 態裡，主動式煞車的平均能量回充效益為 4.38%，被動式煞車則為 0.24%，因此 主動式煞車的能量回充效益為被動式煞車的 18.25 倍；從 FTP-75 行車型態的模 擬結果可發現，主動式煞車在 FTP-75 行車形態下的煞車能量回充效益為 10.64%，

被動式煞車則為 0.576%，因此在 FTP-75 行車型態下主動式煞車的能量回充效益 為被動式煞車的 18.47 倍；從 ECE-40 行車型態的模擬結果可發現，主動式煞車

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在 ECE-40 行車形態下的煞車能量回充效益為 6.36%，被動式煞車則為 0.3554%，

因此在 ECE-40 行車型態下主動式煞車的能量回充效益為被動式煞車的 17.9 倍；

而造成以上結果的原因是因被動式煞車在煞車時無法對機械煞車進行控制，因此 會使得機械煞車在進行煞車時使總煞車力產生較高能量損失，進而使所回充到之 能量較低。

表 4-8. 最佳回充效益 ERR 比較表 機械煞車類型

行車型態 主動式煞車 被動式煞車

FTP-75 10.64 % 0.576 % ECE-40 6.36 % 0.3554 % 30 km/h stops at 90s 2.517 % 0.1418 % 30 km/h stops at 85s 1.922 % 0.1075 % 30 km/h stops at 80s 1.286 % 0.0722 % 60 km/h stops at 90s 5.136 % 0.2846 % 60 km/h stops at 85s 4.828 % 0.2707 % 60 km/h stops at 80s 4.457 % 0.2513 % 90 km/h stops at 90s 6.466 % 0.3505 % 90 km/h stops at 85s 6.445 % 0.3553 % 90 km/h stops at 80s 6.377 % 0.3546 % The average ERR of 30km/h

~90km/h 4.38 % 0.24 %

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第五章 結論與未來工作

本章節將對本研究之研究結果進行總結並對各項未來工作項目進行說明:

5.1 結論

本研究之主動式煞車系統，重點在透過以最佳煞車命令來使回充能量最佳 化，而為了要最佳化回充能量，便需要設計最佳煞車控制器，本研究由各項車 輛元件動態建立物理模型，同時將各項物理模型計算之參數予以連結成電動車 整車煞車回充控制模組，最後將計算出之主動式煞車回充效益與被動式煞車回 充效益進行比較，計算其能量回收效益之增長率。

由前面章節所討論之模擬結果來看，主動式煞車由於是主要以再生煞車進 行煞車，因此在能量回收效益方面較被動式煞車優異，同時也發現，行車時之 風阻與滾動阻抗對煞車回充所得能量有顯著影響，由於風阻與滾動阻抗會使車 輛在行進時之動能有所損耗，因此當煞車時間越長，使得風阻與滾動阻抗累積 量越大時，能回收到之能量便越小。

本研究之具體結論可分為以下三點:

1. 煞車回充物理模型建立:本研究藉由建立整車之煞車回充效益分析模型，將 各項車輛動態如實車速度、馬達轉速等建於物理模型中與其他車輛動態參 數運算來得到最佳回充效益。

2. 最佳化方法:本研究為了防止在回充時電流過大使電池壽命減少，以 for 迴 圈進行疊代建立保護程式，將發電扭矩最佳化，得到最大馬達發電扭矩。

3. 實車比對:本研究將底盤動力計測得之機械煞車數據建入物理模型後，將實 際煞車能量與模擬結果進行比對，發現兩者差距極小，代表本物理模型可 用以評估實車之煞車效益。

4. 能量回收效益:主動式煞車由於有對機械煞車之煞車力進行控制，而被動式 煞車是以查詢一維表方式得到機械煞車力，因此無法控制機械煞車力的大 小，進而對再生煞車力造成影響，使其被動式煞車能量回收效益只有

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0.24%，主動式煞車則為 4.38%，主動式煞車能量回收效益比被動式多了 17.25 倍。

5.2 未來工作與建議

根據本研究之系統設計及研究結果，未來可針對以下部分最更深入探討:

(1) 增加滑差估測器於車輛動態控制器中:本研究之車輛運動模式是假設車輛 處於輪胎與地面未有打滑狀況發生的理想情況，因此本研究在計算車輛 動態時，是假設滑差為零，輪胎以純滾動方式在地面上前進，但在實際 車輛之運動狀態上，車輛會因不同路面狀況而產生不同的滑差影響行車 狀況，使煞車扭矩回充效率產生變化，因此需要將滑差估測器應用於車 輛分析模塊中，藉此提升駕駛性能。

(2) 將此煞車回充物理模型燒錄於電動車實車上進行行車測試:本研究之煞車 回充模組目前是將其燒錄至底盤動力計中進行驗證，並未將其燒錄至實 際車輛中探討其行車奘況，而為了要使駕駛者能有最佳之行車體驗，可 將此物理模型與實際電動車之行車控制系統結合，在實際之車道測試車 輛之行車型態並針對行車狀況修正系統參數。

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參考文獻

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the IEEE. 81(9):1202-1213.

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[3] 楊佳怡。2010。電動車電池快速交易系統之可行性研究—射頻識別系統在電 動車電池交換上之應用。碩士論文。彰化:建國科技大學自動化工程系暨機電 光系統研究所。

[4] 洪德生。2012。電動車產業現況與挑戰。經濟部能源局。台北市。

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