1-1 前言
在車輛的動力傳動系統之演進過程中，最早出現的是實軸（Solid axle），實軸 為左右輪軸直接相接，因此兩者會同步運動；而當汽車轉向時，內、外側輪因為不 同的行進軌跡，理論上內側與外側輪必須以不同的轉速過彎，但因實軸本身限制了 內側與外側輪無法以不同轉速同時旋轉，車輛過彎時輪胎將出現不必要的磨耗與 打滑，工程師為了解決此一問題，發展出了差速器，透過差速器的機構，使得內外 側輪的轉速在轉向時可以不同，減少輪胎打滑磨耗的產生。
一般差速器讓左右側輪軸可以有不同轉速，但並無法處理車輪遇低摩擦力地 面時打滑的情況，因此後續又有限滑式差速器（Limited-slip differential）的出現，
然而限滑式差速器只能將扭力從較高速之輪軸傳至較低速之輪軸，雖然可解決車 輪打滑的問題但並無法主動且任意分配扭力至各輪軸，車輛性能在某些情況下將 因此受到限制。
接下來，為了進一步提升車輛之性能又發展出了扭力分配差速器（Torque-vectoring differential），直至目前為止已出現過許多不同構型之扭力分配差速器，利 用離合器、馬達、行星齒輪組或者各種不同機構之組合來控制扭力的分配。本研究 將參考前人發展之扭力分配差速器機構，並且以機構拓樸之方式發展一種同時具 備混合動力之功能的扭力分配差速器，後續將以Hybrid Torque-vectoring Differential
（縮寫為H-TD）為名對本研究所提出之新型扭力分配差速器進行簡稱。
完成H-TD 之概念設計後，本研究將分別以前輪驅動車輛、後輪驅動車輛、以 及四輪驅動車輛為例，提出此系統於一般四輪車輛上之可能配置方式，並且進行比 較與分析，討論此系統對於車輛之駕駛性能的影響、以及整合混合動力之能力。
1-2 文獻回顧 1-2-1 扭力分配系統
回顧車輛之動力傳動系統的發展歷程，開放式差速器於1827 年首次被應用於 車輛上[1]，一般差速器於正常之地面狀況下，會平均將驅動扭力分配於左右輪，並 且透過行星齒輪之機構使左右輪可以不同轉速旋轉，使過往使用實軸之車輛轉向 時輪胎打滑情況大幅減少，因此能減少能量損失，並且增加車輛之性能。在一般狀 況下輪胎未打滑時，開放式差速器幾乎可以達到所有需求，但當路面因濕滑、結冰、
或是泥濘而摩擦力下降時，如果其中一輪摩擦力過低而開始打滑，將造成總驅動力 下降，且因差速器之機構特性，打滑輪側開始空轉，並且造成未打滑側的輪軸失去 加速度，進而失去驅動力[2]。
為了改善開放式差速器此一弱點，德國ZF 公司於 1935 年推出了限滑式差速 器（Limited-slip differential, LSD）[3]，此差速器使用機械式機構，使差速器於其中 一輪軸打滑時可以自行鎖定，但因機械式機構而無法及時調整機構鎖定之條件。另 外，美國 Dana Incorporated 於 2004 年提出了電子式限滑差速器（Electronically Controlled Limited-slip Differential, ELSD）[4]，有別於機械式之構型，電子式構型 可即時調整鎖定條件，然而限滑式差速器的運作模式仍然只能適用於打滑時，機構 將高轉速輪之扭力透過離合器等元件傳遞至低轉速輪，並無法以相反方向任意分 配扭力至高轉速輪。
另一方面，美國的Eaton Corporation[5]提到偏擺角速度（yaw rate）是作為控 制車輛穩定的依據之一，控制車體偏擺角速度可以確保車輛朝向預期的方向行駛，
以改善過度轉向（oversteering）以及轉向不足（understeering）之轉向狀況，車輛 可透過蒐集輪軸轉速、旋轉角速度、輪胎轉向角度、油門閥等等資訊，再透過可以 調整偏擺角速度之系統來改善行車穩定、增加車輛性能。
1996 年日本 Mitsubishi Motors 提出 Active Yaw Control（AYC）[6]系統，此系 統以兩組打滑式離合器（slip clutch）分別搭配以齒輪系組成之增、減速機構，可視 行駛狀況控制車輛左右側輪之扭力分配，除了解決開放式差速器的打滑問題，也可 控制轉向時車身之動態，進一步提升車輛性能。2003 年 Mitsubishi Motors 提出 Super Active Yaw Control（S-AYC）[7]系統，此系統以 AYC 為基礎，將其中的離合器與
減速機構之連接位置進行調整，並且將AYC 中使用的一般差速器機構更改為行星 齒輪式差速機構，因此獲得更大之扭力調整幅度。
2008 年 Politecnico di Milano 和 GTV Vehicle Dynamics[8]做了一份以獨立煞車 作扭力分配對車輛性能改善的研究，此研究顯示以煞車控制yaw moment 來改善性 能車輛的駕駛性能是可行的，透過兩側輪獨立之煞車控制，控制車輪縱向力。不過 以煞車控制將造成無法避免的能量損耗。
2004 年美國 Dana Incorporated[9]提出了一款扭力分配差速器（Torque Vectoring Differential, TVD），此機構以限滑差速器為基礎，並在左右輪輸出軸各自以離合器 控制輸出至輪端的扭力。
2005 年日本 Mitsubishi Motors 提出 Super All Wheel Control（S-AWC）[10]系 統，此系統整合了 Mitsubishi Motors 所自行發展之 Active Center Differential (ACD)[11]、Active Yaw Control（AYC） [6]、Active Stability Control（ASC）[12]、
以及 Antilock Brake System（ABS），透過此系統整合車輛縱向以及橫向之扭力分 配以及煞車控制，來對車輛進行全方位之動態控制，Mitsubishi Motors 宣稱 S-AWC 系統可有效提升車輛之驅動、轉向性能、以及車輛之穩定性。
2005 年日本 Honda Motor Company 提出了 Super Handling-All Wheel Drive[13]
（SH-AWD），此系統所使用的扭力分配差速器並無一般差速器構型存在，但具備 差速以及扭力分配功能，其機構大致為中央以一組傘齒輪機構接收引擎動力，另於 左右輪軸各裝置一組多片式離合器搭配行星齒輪組，並且以離合器獨立控制輸入 至左右輪軸之扭力。
2011 年德國 Audi 的車系 A6 使用了名為 Sport Differential[14]的扭力分配差速 器，其使用增速機構，以及兩組以液壓控制的打滑式離合器連接兩端輸出軸，並以 此控制增速機構傳遞扭力的多寡，因此具備扭力分配的能力。
2012 年日本 Honda Motor Company 以 SH-AWD 為基礎，提出了 Sport Hybrid Super Handling-All Wheel Drive[15]（Sport Hybrid AWD），不同於先前之 SH-AWD，系統中的 Twin Motor Unit 使用兩顆獨立控制之馬達透過行星齒輪減速機構 以及單向離合器之作用，分別輸出動力至左右輪軸，此系統不僅具備差速以及扭力
2016 年陳羿名[16]發展出功能動力圖（Function Power Graph）方法，並用其分 析了幾種扭力分配差速器的運動關係，簡易的表示出元件間的動力傳遞關係。
2016 年李東原[17]將目前幾種包含離合器之扭力分配差速器進行分類，並探 討其特性之差異，可得知若完全以離合器之接合狀態來調整扭力而不使用差速器，
會有較大的能量損耗。
2016 年 Čavić[18]提出一種以單顆馬達控制之扭力分配差速器，藉由馬達之扭 力將左右輪的扭力進行增減來達成扭力分配。
2017 年宋仁正[19]根據 Čavić 所提出之 TVD 構型進行改良，建構以馬達調控 之扭力分配差速器，並提出一種應用於四輪驅動車輛之系統配置方式。
1-2-2 混合動力系統
廣義上來說，任何具備兩種以上動力來源的動力系統皆可稱之混合動力系統，
一般較常見之混合動力系統為結合電力驅動及內燃機引擎動力的油電混合系統 [20]。最早的應用出現在約 19 世紀末，當時車輛普遍為電動車，內燃機引擎剛發 明不久。由於當時的電池電容量小，車輛的續航力不足，因此以燃油作為燃料的引 擎發明是車輛動力的一大突破。然而內燃機引擎技術在當時尚未成熟，為了度過此 過渡階段，因而產生了油電混合車的概念[21]。
隨著時間以及環境的演進，車輛工業蓬勃發展且絕大多數車輛都以石化燃料 作為能量來源，直至近年石化燃料之儲存量似乎在可預見的未來即將用罄，且全球 對於環境保護之議題更加重視，各國政府開始訂定愈趨嚴格的排放法規，因此車輛 工業開始著手引擎之能耗改善以及碳排放量之降低，並且朝向電動車輛發展，但在 電池系統尚無法完全滿足車輛續航力之要求時，各大車廠均推出混合動力車輛作 為過渡時期之替代方案，以電動馬達作為車輛之輔助甚至主要動力來源，同時提升 車輛整體之能源效率，目前已大量應用於產品上販售之油電混合系統包含日本 Toyota 的 Toyota Hybrid System（THS）[22]、日本 Honda 的 intelligent Dual Clutch Drive（i-DCD）[23]、intelligent Multi Mode Drive（i-MMD）[24]、美國 General Motors 的Two mode[25]等等。
另一方面，除了增加能源使用效率以達成環保之目的，混合動力系統亦可藉由 兩個以上之動力源提升車輛整體之性能表現。
2009 年，德國 BMW 發表油電混合跑車 i8[26]，以前軸電力驅動、後軸引擎驅 動之混合動力架構增強車輛之驅動性能。
2014 年，瑞典 Volvo 提出 Twin Engine Hybrid 油電混合動力系統[27]，後軸以 馬達純電驅動，前軸以內燃機引擎搭配大功率啟動馬達，以外加之兩馬達提供車輛 更好的性能表現。
2015 年，日本 Honda 的超級跑車 NSX 採用 Sport Hybrid SH-AWD 混合動力架 構[15]，前軸以由兩顆馬達組成之 Twin Motor Unit 驅動，後軸則以內燃機引擎搭 配一馬達驅動，形成三馬達之混合動力架構，其中前軸之Twin Motor Unit 除了可 提供扭力分配之功能，更可以雙馬達與後軸之引擎動力形成混合動力系統，因此擁 有卓越性能。
1-2-3 小結
由過往文獻以及市場產品回顧，可以發現扭力分配系統與動力混合系統皆為 目前車輛之趨勢之一，而目前一般扭力分配之作法可分為以下幾種：
1. 以獨立煞車控制進行扭力調整。
2. 以機構搭配離合器接合狀態調整之扭力分配差速器。
3. 僅以離合器控制扭力傳遞的大小，而無一般差速器之存在。
4. 以兩組獨立馬達經減速直接決定兩輸出軸扭力傳遞。
5. 以馬達調控之扭力分配差速器。
綜觀目前已出現過之扭力分配系統，上述作法1、2、3 皆因煞車或離合器之持
綜觀目前已出現過之扭力分配系統，上述作法1、2、3 皆因煞車或離合器之持