空氣/電動混合動力機車 系統設計與實作驗證
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(2) 摘. 要. 論文名稱： 空氣/電動混合動力機車系統設計與實作驗證 頁數：73 校 名： 國立臺灣師範大學 系 所 名： 工業教育學系碩士班 能源應用與車輛技術組 畢業時間： 一百零二學年度第二學期 學 位：碩士 研 究 生： 李汯緯 指導教授：洪翊軒. 本論文主要設計一套混合動力機車系統，利用空氣馬達結合電動機車，達到 增加續航力及提升加速性能之目的，並透過機車底盤動力計進行性能及效益評估。 首先，建立空氣馬達實驗平台，系統元件包含空氣馬達、比例控制閥組、磁粉式 煞車離合器、轉速計、扭力計及空氣流量計。空氣馬達在壓縮空氣輸入壓力為 4-8 kg/cm2 及比例控制閥組電壓 3.2-4.7 V 閥開度變化條件下，測量空氣流量及扭 矩。再者，藉由模擬軟體 Matlab/Simulink 進行空氣馬達及電動機車系統/次系統 動態建模，並發展動力分配控制策略。最後，以光陽 Sunboy 電動機車加裝空氣 馬達進行實車建立。在機構設計方面，動力傳遞減速比為 12：40；在電控配置 方面，將控制策略寫入快速雛型控制器並修改電控迴路系統，透過機車底盤動力 計針對純電動、純空氣及混合動力模式下穩態步階響應測試及 ECE40 行車型態 測試，測量空氣/電動混合動力機車性能及效益評估。各研究結果分別為：穩態 測試結果顯示，空氣動力輔助能有效降低電池電能輸出；模擬結果顯示，空氣/ 電動輕型載具車系統建模與行車型態測試結果趨勢相近；能耗分析結果顯示，混 合動力模式較純電動模式節省 3 倍電動耗能，1 kW-h 能行駛約 85 km，本研究結 果顯示空氣/電動混合動力機車能有效降低大功率電能輸出，延長行駛之續航力 及提升加速性能。. 關鍵詞：混合動力、電動機車、空氣馬達、控制策略、系統建模 I.
(3) ABSTRACT. Title：. Pages：73 System Design and Experimental Verification of Air/Electric Hybrid Scooters School： National Taiwan Normal University Department： Energy Applications and Vehicle Technology, Department of Industrial Education. Time： July, 2014 Degree：Master Researcher： Hong-Wei Li Advisor：Yi-Hsuan Hung. This research mainly designs a hybrid power scooter system which uses an air motor to conbined with electric vehicle in order to increase cruising mileage and acceleration performance. A chassis dynamometer was employed for the performance assessment and benefiit analysis. First, an experimental platform was established for assessment of the innovation. System elements include an air motor, a proportional valve set, a magnetic powder brakes and sensors like: torque sensors, speed sensors and air flow meters. The air flows and torques can be measured by varying the air motor pressure within 4-8 kg/cm2; and the proportional-valve voltage within 3.2-4.7 V. Next, by the simulation software package: Matlab/Simulink, the dynamics of air motor and electric scooter system/subsystems have been modeled. The power distribution control has been designed as well. A commercialized electric scooter was equipped with an air motor. For the mechanical designs, the reduction gear ratio was set to be 12:40. For the mechatronics, the control strategy was coded into a rapid-prototyping controller, and the electric circuit was re-designed. By the scooter chassis dynamometer, the pure electric mode, pure air mode and hybrid power mode II.
(4) can be tested under the step response and the ECE40 driving cycle scenarios. The performance and benefit evaluation of the hybrid air/electric scooter can be conducted. Results show that: for the steady test, the air-power assist can decrease the electric power from the battery effectively. Simulation results show that the dynamics of the model of the air/electric light-duty vehicle was similar to that of the real vehicle. For the energy consumption analysis, hybrid mode saves 3-times electric energy consumption compared to the pure electric mode. Traveling mileage of 85 km can be achieved when 1kW-h power was provided. This results demonstrates that the air/electric hybrid scooter can effectively reduce the high-power electric output, and can extend the mileage as well as rise the acceleration performance.. Key words: hybrid power, electric scooter, air motor, control strategy, system modeling. III.
(5) 誌. 謝. 轉眼之間研究所生涯即將到達尾聲，求學期間學到很多，不管是在課業方面， 還是做人處事方面都有滿滿的收穫，相信這段期間所學的一切，將成為未來人生 中的助力，幫助我克服困難並從過程中學習成長，感謝許多人在實驗與撰寫論文 的日子裡給予協助與鼓勵，使學生能夠堅持下去並完成碩士學位。 在學期間最要感謝指導教授洪翊軒教授，在學業及生活上耐心的指導與照顧， 使學生學到許多新穎的專業知識與技能，且更能在面對問題時引導方向以解決困 難，在此獻上最高的謝意與敬意。 在口試期間，感謝口試委員鐘證達教授、吳建勳教授、林君穎博士、呂有豐 教授給予研究論文中寶貴的建議與細心的指導，使得本研究論文能更趨於完整， 對於學術研究上有所貢獻。 感謝綠色動力特色實驗室裡的學長-宗駿、俊鴻，同學浤志、哲瑋、朝傑， 學弟鴻駿、祿融、晉嘉、建豪、煜軒、又銘、方盛、伯霖、林利，感謝各位在研 究所期間給予的協助與鼓勵，充實了我的碩士生活，並留下溫韾深刻的回憶。 最後本論文獻給我的家人，感謝他們在求學生涯中給予支持、鼓勵與栽培， 使我能專心完成碩士學位，特此獻上萬分謝意。. IV.
(6) 目錄 摘. 要 ........................................................................................................................... I. ABSTRACT ................................................................................................................. II 目錄............................................................................................................................... V 表目錄 ....................................................................................................................... VII 圖目錄 ..................................................................................................................... VIII 第一章 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5. 緒論 ............................................................................................................... 1. 前言與研究動機 ................................................................................................. 1 研究目的 ............................................................................................................. 3 研究方法 ............................................................................................................. 3 研究架構 ............................................................................................................. 5 文獻回顧 ............................................................................................................. 5. 第二章. 空氣馬達實驗平台建立與量測 ................................................................. 10. 2.1 待測空氣馬達結構與運作原理 ....................................................................... 10 2.2 實驗平台建立與量測法 ................................................................................... 13 2.3 空氣馬達性能測試結果與性能建模 ............................................................... 15 第三章. 空氣/電動輕型載具車系統建模 ................................................................ 19. 3.1 空氣動力馬達系統動態建模 ........................................................................... 20 3.2 電動機車系統/次系統動態建模 ...................................................................... 21 3.2.1 高功率電動馬達 .................................................................................... 21 3.2.2 儲能鋰電池模組 .................................................................................... 22 3.2.3 傳動系統 ................................................................................................ 23 3.2.4 縱向整車動態 ........................................................................................ 24 3.2.5 駕駛者與行車型態 ................................................................................ 25 3.3 空氣/電動混合機車控制策略發展 .................................................................. 26 第四章. 空氣/電動輕型載具車實作 ........................................................................ 30. 4.1 電動機車架構介紹 ........................................................................................... 30 4.2 機構設計與改裝 ............................................................................................... 31 4.3 電系與即時控制單元設計 ............................................................................... 35 第五章. 機車底盤動力計量測結果與模型比對 ..................................................... 40. 5.1 機車底盤動力計與量測架構 ........................................................................... 40 5.2 穩態測試 ........................................................................................................... 42 V.
(7) 5.3 行車型態測試 ................................................................................................... 52 5.4 能耗分析 ........................................................................................................... 63 第六章. 結論與未來工作 ......................................................................................... 65. 6.1 結論 ................................................................................................................... 65 6.2 未來工作 ........................................................................................................... 66 參考文獻 ..................................................................................................................... 67 符號彙整 ..................................................................................................................... 70. VI.
(8) 表目錄 表 2.1 空氣馬達型式表[28] ................................................................................... 11 表 2.2 比例控制閥組閥門開度與電壓關係.......................................................... 16 表 4.1 表 4.2 表 5.1 表 5.2. 光陽 Sunboy 規格表[31] ............................................................................. 31 機車行駛模擬參數表.................................................................................. 33 機車底盤動力計模組規格.......................................................................... 40 不同模式能耗分析結果.............................................................................. 64. VII.
(9) 圖目錄 圖 1.1 空氣/電動混合動力機車系統設計與實作驗證架構圖 .............................. 4 圖 2.1 葉片式空氣馬達[29] ................................................................................... 11 圖 2.2 轉速與扭矩關係圖[29] ............................................................................... 11 圖 2.3 轉速與耗氣量關係圖[29] ........................................................................... 12 圖 2.4 葉片式空氣馬達內部構造圖...................................................................... 12 圖 2.5 空氣馬達實驗平台架構圖.......................................................................... 14 圖 2.6 空氣馬達實驗平台實際架構圖.................................................................. 14 圖 2.7 空氣馬達性能量測實驗流程圖.................................................................. 15 圖 2.8 不同輸出壓力、閥門開度與空氣流量關係圖.......................................... 16 圖 2.9 不同輸出壓力、閥門開度與扭矩關係圖.................................................. 17 圖 2.10 空氣馬達性能建模.................................................................................... 18 圖 3.1 空氣/電動輕型載具車模型架構 ................................................................ 19 圖 3.2 空氣動力馬達模組...................................................................................... 20 圖 3.3 高功率電動馬達模組架構.......................................................................... 21 圖 3.4 儲能鋰電池模組架構.................................................................................. 23 圖 3.5 傳動系統模組架構...................................................................................... 24 圖 3.6 縱向整車動態模組架構.............................................................................. 25 圖 3.7 ECE-40 行車型態 ......................................................................................... 25 圖 3.8 駕駛者模組架構.......................................................................................... 26 圖 3.9 空氣/電動混合動力分配架構 .................................................................... 27 圖 3.10 控制策略模組架構..................................................................................... 29 圖 3.11 stateflow 模組略架構圖 ............................................................................. 29 圖 4.1 光陽 Sunboy 電動車實體圖[31]................................................................. 30 圖 4.2 空氣馬達改裝完成圖(1) ............................................................................. 35 圖 4.3 空氣馬達改裝完成圖(2) ............................................................................. 35 圖 4.4 Sunboy 霍爾油門把手 ................................................................................. 36 圖 4.5 電動機車電控系統架構圖.......................................................................... 37 圖 4.6 Microbox 快速雛型控制器 .......................................................................... 37 圖 4.7 混合動力電控系統架構圖.......................................................................... 38 圖 4.8 Microbox 快速雛型控制器 .......................................................................... 39 圖 5.1 機車底盤動力計實驗架構圖...................................................................... 41 圖 5.2 機車底盤動力計實驗實際架構圖.............................................................. 41 圖 5.3 空氣/電動混合動力機車穩態測試流程圖 ................................................ 42 圖 5.4 純電動模式穩態測試車速響應結果.......................................................... 44 圖 5.5 純電動模式穩態測試油門電壓響應結果.................................................. 44 圖 5.6 純電動模式穩態測試電池電壓結果.......................................................... 45 VIII.
(10) 圖 5.7 純電動模式穩態測試電動馬達輸入電流結果.......................................... 45 圖 5.8 純空氣模式穩態測試車速響應結果.......................................................... 47 圖 5.9 純空氣模式穩態測試比例控制閥組輸入電壓響應結果.......................... 47 圖 5.10 純空氣模式穩態測試空氣流量響應結果................................................ 48 圖 5.11 圖 5.12 圖 5.13 圖 5.14 圖 5.15 圖 5.16 圖 5.17 圖 5.18 圖 5.19 圖 5.20 圖 5.21 圖 5.22 圖 5.23 圖 5.24 圖 5.25. 混合動力模式穩態測試車速響應結果 .................................................... 50 混合動力模式穩態測試油門電壓響應結果............................................ 50 混合動力模式穩態測試電池電壓結果.................................................... 51 混合動力模式穩態測試電動馬達輸入電流結果.................................... 51 混合動力模式穩態測試空氣流量響應結果............................................ 52 行車型態測試流程圖................................................................................ 53 純電動模式行車型態測試車速追隨結果................................................ 54 純電動模式行車型態測試油門電壓結果................................................ 54 純電動模式行車型態測試電池電壓結果................................................ 55 純電動模式行車型態測試電動馬達輸入電流結果................................ 55 純空氣模式行車型態測試車速追隨結果................................................ 56 純空氣模式行車型態測試比例控制閥組輸入電壓結果........................ 57 純空氣模式行車型態測試空氣流量結果................................................ 57 混合動力模式行車型態測試車速追隨結果............................................ 58 混合動力模式行車型態測試油門電壓結果............................................ 59. 圖 5.26 圖 5.27 圖 5.28 圖 5.29 圖 5.30 圖 5.31. 混合動力模式行車型態測試電池電壓結果............................................ 59 混合動力模式行車型態測試電動馬達輸入電流結果............................ 60 混合動力模式行車型態測試空氣流量結果............................................ 60 純電動模式與混合動力模式電池電壓比較結果.................................... 61 純電動模式與混合動力模式電動馬達輸入電流比較結果.................... 62 三種模式行車型態測試車速追隨比較結果............................................ 63. IX.
(11) 第一章. 緒論. 本章節主要為敘述本研究的基本概念與架構，分為前言與研究動機、研究目 的、研究方法、論文架構與文獻回顧，分別敘述如下。. 1.1 前言與研究動機 在這高科技的時代，能源是科技進步的重要要素之一，目前全世界 80 %的 能源供應，來自媒、石油及天然氣等石化燃料，根據專家估計，石化燃料在 40 年之內將面臨枯竭。台灣 97 %的能源仰賴進口，能源危機正步步逼近。 由於石油逐漸短缺，必須減少對石油的依賴，科技的進步也帶來地球溫室效 效應的負面影響，溫室效應氣體包含二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(CH4)、 氫氟氯碳化物類(CFCs，HFCs，HCFCs） 、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6） 等，其中 CO2 以車輛排放廢氣最為嚴重。在這交通發達的時代，平均每戶人家 至少擁有一部汽車或機車，這樣的環境下使得溫室效應的問題更加嚴重。 國際「京都議定書」於 2005 年 2 月生效，規定工業化國家到 2008 至 2012 年之間使它們的全部溫室氣體排放量與 1990 年相比至少削減 5 %，其中提到必 須降低人為排放溫室氣體數量，以期減少溫室氣體對全球暖化的影響[1]。 因此減少車輛 CO2 排放量已經成為未來車輛發展的主要趨勢，燃燒汽油每 公升產生 2.26 kg 的 CO2；燃燒柴油每公升產生 2.61 kg 的 CO2；使用電能每度電 僅產生 0.54 kg 的 CO2[2]，再加上能源短缺造成油價飆漲，各大廠家紛紛推出油 電混合動力車(HEV)、柴油車及小型化車輛。 傳統內燃機引擎車(ICEV)是利用燃燒燃料產生熱能轉換為機械能，藉由機構 傳遞動力推動車輛運行；電動車(EV)即是利用電池提供電能給予馬達作功推動車 輛運行，其電動車與傳統內燃機引擎車比較之優點為(1)行駛中「零汙染」排放(2) 低振動及噪音(3)能源使用效率高(4)可利用煞車回充電能(5)電力可由石油以外的 1.
(12) 能源製造；缺點為(1)續航距離短(2)成本高(3)充電耗時(4)充電設備不足。 電動車輛目前在電池技術部分尚無法突破，若要增加電動車輛之續航力，必 須增加電池之電容量，但電容量越大，則電池體積越大，重量越重，使車輛在行 使上造成負擔，加速性變差、能量消耗變大，且電容量越大充飽電的時間需求越 長，加上充電設備尚未普及的情況下，電動車的未來將備受考驗。 而空氣動力為一零污染之潔淨動力，藉由壓縮空氣驅動產生動力，一般常使 用在具有高密度油氣、瓦斯或粉塵等易燃及易揮發氣體，不得有火花產生而導致 燃燒爆炸發生的工作環境下，利用氣壓馬達來代替電動馬達，且空氣馬達體積小、 價格低，因此逐漸被廣泛應用在工業機械上。 本論文欲結合電動馬達與空氣馬達，將電動機車加裝一空氣馬達作為混合動 力機車，以增加行駛之續航力，同時在急加速或重負荷時，利用混合動力輸出提 升加速性，還可減少電動車大功率之電能輸出，達到降低電池組等成本之目的。. 2.
(13) 1.2 研究目的 本論文具體的研究目的如下： 1.. 空氣/電動混合動力機車系統動態建模。. 2.. 空氣/電動混合動力機車實車建立。. 3.. 空氣/電動混合動力機車步階響應性能分析。. 4.. 空氣/電動混合動力機車行車型態(ECE40)性能分析。. 5.. 空氣/電動混合動力機車能耗分析。. 6.. 驗證空氣/電動混合動力機車較純電動車及純空氣車優化。. 1.3 研究方法 本論文採用文獻探討、理論分析與實驗研究等方式進行研究。在文獻探討方 面，查找國內外空氣馬達性能分析、速度及位置控制及其應用相關文獻，根據相 關理論分析，建立空氣馬達實驗平台性能測試，探討該空氣馬達在不同輸入壓力、 閥門開度下測得對應空氣流量及輸出扭矩；在性能模擬方面，透過空氣馬達平台 實驗結果進行空氣馬達性能動態建模，並與電動機車系統動態建模結合；在實驗 研究方面，完成空氣/電動混合動力實車建立，透過機車底盤動力計進行性能測 試並與模擬結果比較，驗證空氣/電動混合動力機車較純電動車及純空氣車優化 及可行性評估。其研究架構如圖1.1所示。. 3.
(14) 空氣/電動混合動力機車 系統設計與實作驗證 理論分析與文獻回顧. 1. 空氣馬達性能分析 2. 空氣馬達性能建模. 空氣馬達平台實驗. No. 完成? Yes. 1. 空氣馬達動態建模 2. 電動機車系統建模 3. 控制策略發展. 空氣/電動輕型載具車 系統建模 No. 完成? Yes. 空氣/電動輕型載具車 實作 Yes. 機車底盤動力計實車 性能量測. 1. 穩態測試 2. 行車型態測試. 資料分析. No. 完成?. 結果與討論. 結論 圖1.1 空氣/電動混合動力機車系統設計與實作驗證架構圖. 4.
(15) 1.4 研究架構 本論文分為六章並進行論述，各章內容架構分述如下： 第一章. 緒論：敘述本論文之前言與研究動機、研究目的、研究方法、論文 架構以及文獻回顧。. 第二章. 空氣馬達實驗平台建立與量測：空氣馬達結構與運作原理介紹，並 建立空氣馬達實驗平台量測該空氣馬達性能，擷取數據進行空氣馬 達性能建模。. 第三章. 空氣/電動輕型載具車系統建模：空氣馬達系統及電動機車動態建 模，並發展混合動力控制策略。. 第四章. 空氣/電動輕型載具車實作：電動機車規格介紹，以電動機車為基 底加裝空氣馬達，針對機構設計及電控系統配置介紹改裝方法。. 第五章. 機車底盤動力計量測結果與模型比對：將空氣/電動混合動力機車 架上機車底盤動力計，進行性能測試並分析測試結果。. 第六章. 結論與未來工作：針對論文內容與實驗的結果進行歸納結論，並 提出未來研究之建議。. 1.5 文獻回顧 許多研究學者皆在研究綠色能源來解決即將面臨的石油短缺及全球暖化危 機，其中電動車輛行駛中零污染排放之特點最具代表，但目前在動力電池由於能 量密度過低、價格過高及充電設備之短缺等急需解決之問題，間接導致整車續航 力過低與市場接受度不佳結果。然而部分學者投入研究空氣馬達代替電動馬達之 研究及其應用與分析，1996年Wang et al. [3]研究空氣馬達伺服控制的特點，提出 強健控制(robust control)策略克服在空氣可壓縮性、機械配置及操作造成的空氣. 5.
(16) 馬達不確定性及非線性。1997年Varseveld and Bone[4]使用脈寬調變(PWM)的方 式控制開/關電磁閥來代替昂貴的伺服閥門，作為空氣馬達位置控制，在最壞的 情況下穩態精度為0.21 mm。1999年Pandian et al. [5]針對空氣馬達的優點去探討 其應用是否能取代電動馬達，其中提到空氣馬達相較於電動馬達，有高功率重量 比、功率尺寸比、低轉動慣量及耐環境危害等優勢，實驗結果說明在工業上葉片 式空氣馬達作為旋轉作動器能有效發揮高性能。在空氣馬達控制方面包含速度控 制及位置控制，欲達到空氣馬達線性控制必須藉由新穎的控制理論達成。2001 年Tokhi et al. [6]進行空氣馬達即時控制的實驗研究，利用PID控制器方式控制， 在高轉速下空氣馬達可達到線性控制；在低轉速下卻無法有效的線性控制，並提 出若要實現高低轉速線性控制可採用適應控制。2004年Marumo and Tokhi[7]提出 類神經網路控制對空氣馬達建模與控制的研究，將系統分為三個主要區域，低速 (390 rpm以下)、中速(390-540 rpm)及高速(540-680 rpm)，在低速區域能有效改善 非線性。2006年許雲峰[8]利用數位訊號處理器(DSP)設計控制器，控制伺服閥達 到氣壓馬達轉速控制，由於空氣馬達系統參數極不穩定，採用適應控制改善暫態 響應，對於處理參數不穩定之系統相當實用，因此可獲得快速且精準的速度控制。 2006年Shen and Hwang[9]研究空氣馬達動態分析及設計速度控制器，空氣馬達速 度由一電磁閥控制進氣口壓力及流速，進行步階響應實驗取得系統參數，實驗結 果發現空氣馬達轉速控制死區(dead-zone)相當明顯，並會影響系統的整體性能； 因此建議發展自適應控制或模糊控制，克服非線性、參數不確定性造成的問題或 干擾。2007年林柳絮等人[10]從頻域的觀點探討空氣馬達控制系統，採用強健性 控制理論，設計空氣馬達轉速控制器，進行空氣馬達強健性控制，實驗結果在控 制精度上皆可控制在5 %之內；在暫態反應上，大約0.3 s即達安定時間(setting time)，故具很高控制性能。2008年Hwang et al. [11]開發一模型參考自適應控制 器的葉片式空氣馬達，發現不同的參考信號對實驗影響甚大，對於高頻信號該控 制理論提供良好的性能追隨；對於低頻信號該控制理論將產生較大誤差，輸出開. 6.
(17) 始震動及因為系統摩擦力造成轉速控制死區，為了提高性能，使用模糊邏輯規則 補償系統摩擦力，實驗結果證明當空氣馬達改變方向或轉速趨近於零時造成的轉 速控制死區、追隨誤差及震動皆有明顯改善。2009年黃衍任等人[12]利用硬體描 述語言撰寫，將比例積分微分、模糊邏輯、模型參考自適應等控制理論，透過 ALTERA晶片加以實現，控制進氣量，達到空氣馬達轉速控制，實驗結果得知控 制理論以硬體描述語言撰寫完成，在空氣馬達轉速控制更具有穩定性。2009年 Hwang et al. [13]制定一模糊邏輯控制器來改善傳統PI控制器造成之響應速度慢、 波動誤差等問題，實驗結果顯示穩定時間在0.2 s以內，轉速誤差在高速小於0.5 %， 在低速小於1.5 %。 在空氣馬達應用方面，2000年Takemura et al. [14]提出開關角度切換控制混 合式電動/氣動馬達，實驗結果顯示混合式馬達停止精準度由電動馬達控制，因 此控制性能較佳，若電動馬達與空氣馬達同時輸出，可以獲得較大功率，但重量 相對提高。2003年Zhang and Nishi[15]將空氣馬達應用於爬壁機器人，利用PI控 制該空氣馬達轉速及位置，實驗結果顯示在靜態時，有足夠的輸出功率及高效率， 在動態時，響應速度不夠快，並提出需更強大的速度控制和位置控制的控制理論 改善響應速度。2005年Huang et al. [16-18]提出混合氣壓動力系統(hyrid pneumatic power system)，即將引擎運轉在最佳操作點，帶動空壓機運轉產生壓縮空氣，結 合引擎排放廢氣與壓縮空氣推動空氣馬達運轉作功，並利用ITI-SIM軟體模擬行 車型態ECE47，分析整體動態性能，證明該系統能在運行模式下滿足標準要求， 因此HPPS能減少燃油消耗及廢氣排放，並提高燃料使用效率，將引擎能量效率 由15 %提升至33 %。2007年Trajkovic et al. [19]提出回收煞車能量氣動引擎，建 構一減速時回收氣體，加速時注入壓縮空氣之可變汽門機構，實驗結果顯示能量 回收效率可達33 %。2009年Shen and Hwang[20-21]建立一空氣動力機車，將葉片 式空氣馬達加裝至機車骨架上，並設計以模糊理論為基礎的控制器，實驗結果顯 示速度誤差小於1 km/h，當速度20 km/h以上時，系統效率達70 %以上，能量消. 7.
(18) 耗每公里0.073 kW-h相較於內燃機機車每公里0.127 kW-h，可得知空氣動力機車 在效率及節能方面都比內燃機機車出色，唯目前續航力不足是未來解決目標。 2010年林成勳[22]建立複合氣動系統實驗測試平台，利用持壓閥壓力設定調整扭 力，並調整節氣門開度即可將引擎調整至最佳操作點，系統效率分析100 %燃料 進入引擎燃燒，雖有24 %轉換軸功帶動壓縮機，但壓縮機出口僅6 %輸出高壓高 溫氣體能量，壓縮機摩擦及洩漏損失是造成系統效率過低的主要因素之一，需針 對壓縮機效率、廢氣排放熱能匯流管熱傳損失及活塞式氣動馬達無法完全將能量 轉換為機械能做改善。2011年許克仲[23]建立混合動力平台，將直流有刷馬達與 空氣馬達結合，首先由空氣馬達帶動電動馬達，使直流有刷馬達開始運轉，產生 反電動勢，藉此降低電流消耗，達延長電池壽命的目標，實驗結果顯示空氣馬達 需旁通管路至大氣，在被電動馬達帶動時才不會造成抽真空效應；有空氣馬達帶 動電動馬達時，啟動時消耗電流較無空氣馬達帶動少了20 A。2011年陳梓豪[24] 延續複合氣動系統實驗測試平台，進行能量匯流測試，實驗結果顯示壓縮空氣壓 力太大導致內燃機廢氣能量無法順利匯流，嚴重影響空氣馬達輸出功率，利用改 變匯流管截面積產生文氏管效應，使匯流過程順暢，有效回收引擎廢氣提升系統 效率。2011年洪翊軒等人[25]建立一模型空氣/電動混合動力車，其設計參考市售 電車車輛規格，首先進行固定里程數之效益分析證明混合動力較純電動優化，控 制策略為油門大於50 %時，空氣馬達提供動力輔助，實驗結果可看出純電動與混 合動力切換機制，可應用於空氣/電動模型車上。2011年Huang and Hwang[26]提 出空氣電動混合動力系統，採用可程式化閘陣列控制器，混合動力系統主要減少 電池大電流輸出，實驗結果顯示輸出電流126 A，切換混合動力模式，空氣馬達 將電動馬達帶至1400 rpm，輸出電流為64 A，輸出電流減少49 %，因此電池壽命 得以改善。2012年Shen and Hwang[27]提出一新型氣動混合動力引擎，該引擎有 兩個汽缸，右邊為內燃機引擎，左邊為氣動缸，氣動缸有三支氣門，其中一支控 制高壓空氣由儲氣筒進入氣動缸內，該引擎分為兩種模式，一種為儲氣模式，另. 8.
(19) 一種為混合動力模式，實驗結果顯示該氣動混合引擎運用於機車上，能提高能源 效率。 綜合上述文獻可以得知，空氣馬達在工業界常用運於工作環境較嚴苛的條件 下，加上具有高功率密度、變換方向容易及過載不會造成損壞等優點，使空氣馬 達逐漸備受重視。空氣馬達的控制包含轉速控制及位置控制，其控制理論基礎有 比例積分微分控制(PID)、模糊控制(Fuzzy)、參考模型自適應控制(MRAC)等，藉 由控制理論演算結果傳遞訊號至電磁閥，進而控制空氣馬達。因此，本論文採用 Matlab/Simulink撰寫混合動力分配控制策略，寫入快速雛型控制器(Microbox)， 輸出控制比例控制閥組閥門開度，進而控制空氣馬達，並進行混合動力車步階響 應及行車型態能耗分析，評估空氣/電動混合動力車的可行性。. 9.
(20) 第二章. 空氣馬達實驗平台建立與量測. 2.1 待測空氣馬達結構與運作原理 空氣馬達是利用壓縮空氣的壓力與速度能量來產生連續迴轉的作動器，一般 使用在易燃、易爆等嚴禁火花之工作場所，以取代電動馬達。近年來，隨著低速 高扭矩空氣馬達的問世，在工業界逐漸被廣泛使用，空氣馬達相較於電動馬達有 以下特點： 1.. 運轉低慣量. 2.. 高功率體積比. 3.. 快速變換方向. 4.. 無過載燒毀問題. 5.. 啟動與停止切換不會產生火花. 6.. 可於不佳環境中工作(沙塵、水氣). 常見空氣馬達依構造不同可區分為容積型及速度型，如表 2.1 所示，容積型 是利用壓縮空氣的壓力能輸出作功，而速度型則是利用壓力與速度能量輸出做功， 容積型使用於傳統產業機械，速度型則使用於超高速迴轉裝置[28]。基於馬達性 能與設備取得之考量，且葉片式空氣馬達有體積小、每單位容積出力較大及適用 於中高轉速的特點，優於其他形式空氣馬達，因此，本論文選擇 GAST 公司 4AM 葉片式空氣馬達進行實驗，空氣馬達實體圖如圖 2.1 所示，圖 2.2 為該 4AM 空 氣馬達轉速與扭矩關係圖，由圖可看出，輸出壓力越高，空氣馬達扭矩越大；在 固定輸出壓力下，約 300 rpm 時達最大扭矩，圖 2.3 為該 4AM 空氣馬達轉速與 耗氣量關係圖，由圖可看出，輸出壓力越高，空氣流量越大；在固定輸出壓力下， 空氣流量越大，轉速也越高。 10.
(21) 表2.1 空氣馬達型式[28] 葉片式 齒輪式 容積型 空氣馬達. 徑向式 活塞式 軸向式 速度型. 渦輪式. 圖2.1 葉片式空氣馬達[29]. 圖2.2 轉速與扭矩關係圖[29] 11.
(22) 圖2.3 轉速與耗氣量關係圖[29]. 葉片式空氣馬達轉子與外殼有一偏心量，轉子上附有槽溝，槽溝中插入葉片， 利用壓縮空氣帶動轉子旋轉，離心力作用並配合槽孔內裝置彈簧使葉片與外殼能 緊密接觸保持密封性。壓縮空氣由 A 孔進入，推動葉片使轉子旋轉，由 B 孔排 出，此時空氣馬達為逆時針旋轉，若要改變旋轉方向，則壓縮空氣由 B 孔進入， A 孔排出，其內部構造圖如圖 2.4 所示。. A Port. B Port. 圖2.4 葉片式空氣馬達內部構造圖. 12.
(23) 2.2 實驗平台建立與量測法 本實驗之實驗架構圖如圖 2.5 所示，空壓機(UHK-7525, UNOair)提供空氣馬 達平台實驗所需之壓縮空氣，輸出壓力限制由壓力調節閥調整設定，由於空氣馬 達運轉時耗氣量大於空壓機換氣量，儲氣筒內壓力無法長時間維持，若作為壓控 訊號將影響閥門開啟準確度，故另外由高壓鋼瓶(40L, 100kg/cm2)提供較穩定之 壓 力 源 給 電 空 轉 換 器 (Type500-EH, Control Air) ， 由 電 源 供 應 器 (SPD-3606, GWINSTEK)輸出電壓訊號至電空轉換器，電空轉換器將電壓訊號轉換為壓力訊 號，再將壓力訊號送至流量控制閥(BPG206STX23, m&m)控制閥門開度，電空轉 換器及流量控制閥搭配即為一比例控制閥組，進而線性控制空氣流量，當輸入訊 號電壓越高，電空轉換器轉換訊號壓力越高，流量控制閥開度越大流量即越大， 反之則反；壓縮空氣流經空氣流量計(VA420, Burkert)後進入空氣馬達並推動內部 葉片開始旋轉，並利用感應式轉速計(MMR-B1-1NYB, AXE)感測空氣馬達轉速， 藉連軸器將空氣馬達轉軸與扭力計(RT2, AEP transducers)連接，扭力計另一端藉 連軸器與磁粉式煞車離合器(POC-200A, HELISTAR)連接，磁粉式煞車離合器提 供模擬負載，由控制盒調整輸入電流，輸入電流越大則磁粉激磁磁力越強，模擬 負載則越大，實驗過程數據傳送至資料擷取器(TRA-20, TOHO)記錄數值。空氣 馬達實驗平台實際架構圖如圖 2.6 所示，實驗流程圖如圖 2.7 所示，空氣馬達性 能量測流程如下： 1.. 確認空氣管路及電控線路已固定良好且連接至正確位置。. 2.. 旋鬆高壓鋼瓶上方螺栓閥門，經機械式壓力調節閥設定輸出壓力固定為 8 kg/cm2。. 3.. 開啟空壓機閥門，經壓力調節閥設定壓縮空氣輸出壓力。. 4.. 電源供應器提供電壓訊號給比例控制閥組，控制閥門開度，進而控制進 入空氣馬達之空氣量，並用流量計測量各開度下實際空氣流量。. 13.
(24) 5.. 待空氣馬達轉速穩定後，控制磁粉式煞車離合器模擬負載電壓，逐漸增 加電壓至空氣馬達停止轉動，利用扭力計量測該參數設定之空氣馬達輸 出扭力值。. 6.. 改變閥門開度，即調整比例控制閥組輸入電壓，重複步驟4。. 7.. 改變壓縮空氣輸出壓力，重複步驟3-5。. 8.. 實驗結果分析。. Data Logger. Power supply. N/m. 電空轉換器. RPM. 流量控制閥. 流量計 L/min. 磁粉式煞車離合器 扭力計. 轉速 感測器. 空氣馬達. 空壓機. 圖2.5 空氣馬達實驗平台架構圖. 圖2.6 空氣馬達實驗平台實際架構圖 14.
(25) 空氣馬達性能量測實驗. 鋼瓶輸出壓力設定. 輸出壓力：8 kg/cm2. 空壓機輸出壓力設定. 輸出壓力： 4,5,6,7,8 kg/cm2. 比例電磁閥開度設定. 閥門開度： 20,40,60,80,100 %. 磁粉式煞車離合器模 擬負載設定 空氣馬達性能量測. No. 所有參數已完成? Yes. 實驗結果分析. 圖2.7 空氣馬達性能量測實驗流程圖. 2.3 空氣馬達性能測試結果與性能建模 在開始測量空氣馬達實驗平台時，須先測試比例控制閥組閥門開度與電壓的 關係，理論上該電空轉換器輸入電壓訊號為 2-10 V 控制 0-100 %閥門開度變化， 但會受其壓縮空氣輸出壓力大小及閥門本身設計影響其閥門開啟電壓。因此，利 用電源供應器改變輸入電壓訊號，並配合流量計量測不同電壓訊號下閥門初開及 全開電壓，表 2.2 為比例控制閥組閥門開度與電壓關係，當輸出壓力設定越高， 閥門開度有效輸入電壓範圍變大，空氣流量也越大，測得輸入電壓訊號範圍後將 其線性分配，以此為空氣馬達性能量測閥門開度參數依據。. 15.
(26) 表2.2 比例控制閥組閥門開度與電壓關係 輸出壓力(kg/cm2). 輸入電壓訊號範圍(V). 無負荷空氣流量範圍(L/min). 4. 3.8-4.6. 0-550. 5. 3.7-4.7. 0-635. 6. 3.6-4.7. 0-690. 7. 3.4-4.7. 0-770. 8. 3.3-4.7. 0-850. 圖 2.8 為空氣馬達實驗平台在不同輸出壓力、閥門開度與空氣流量關係圖， 由圖可看出，在固定閥門開度下，當壓縮空氣輸出壓力設定越高，空氣流量越大； 在固定輸出壓力設定下，當閥門開度越大，空氣流量(Qair)越大，由此平台實驗可 證明輸出壓力及閥門開度與空氣流量呈線性關係。. 圖2.8 不同輸出壓力、閥門開度與空氣流量關係圖. 16.
(27) 圖 2.9 為空氣馬達實驗平台在不同輸出壓力、閥門開度與扭矩關係圖，由圖 可看出，在 4-8 kg/cm2 輸出壓力及 20 %閥門開度下，空氣馬達輸出扭矩無法克 服平台啟動阻力，所以扭矩為零，其中 4 kg/cm2 輸出壓力在 40 %閥門開度下尚 無法克服啟動阻力，需再加大閥門開度才有扭矩輸出；在固定閥門開度下，當壓 縮空氣輸出壓力設定越高，空氣馬達扭矩越大；在固定輸出壓力設定下，當閥門 開度越大，空氣馬達扭矩越大，由此平台實驗可證明輸出壓力及閥門開度與馬達 扭矩呈線性關係。. 圖2.9 不同輸出壓力、閥門開度與扭矩關係圖. 空氣馬達性能建模是根據平台實驗結果，利用動態模擬軟體 Matlab/Simulink 將實驗數據藉由一維查表內插的方式求出閥門開度對應空氣流量及空氣馬達輸 出扭矩，其空氣馬達性能建模如圖 2.10 所示。. 17.
(28) 圖2.10 空氣馬達性能建模. 18.
(29) 第三章. 空氣/電動輕型載具車系統建模. 動態模擬分析乃是設計一複雜系統之前，事先建立模型來進行模擬評估，能 夠有效的規劃、評估及設計系統，以獲得最佳特性及可靠度之決策方法，可避免 浪費時間及金錢，亦可證明該系統設計之優劣。 本論文利用動態模擬軟體 Matlab/Simulink 在電腦上建立空氣/電動輕型載具車模型，模擬架構如圖 3.1 所示， 包含行車型態模組(Driving Pattern Model)、駕駛人模式模組(Driver Mode Model)、 動力管理系統模組(Power Management System Model)、電動馬達模組(Electric Motor Model)、空氣馬達模組(Air Motor Model)、電池模組(Battery Model)、傳動 模組(Trainsmission Model)及車輛動態模組(Vehicle Dynamic Model)，整車架構主 要透過行車型態模組依據實際需求車速，針對電動馬達、空氣馬達以及 PMS 進 行動力分配，在電池電量(State of Charge, SOC)值及現有空氣量的限制下，滿足 車輛載不同負荷的動力需求。. 圖3.1 空氣/電動輕型載具車模型架構. 19.
(30) 3.1 空氣動力馬達系統動態建模 空氣馬達為利用壓縮空氣推動葉片旋轉產生動能，依據實際空氣馬達實驗比 例控制閥組閥門開度對應空氣馬達流量及扭矩關係，其模組架構如圖 3.2 所示， 動力管理系統模組傳送電壓訊號至電空轉換器，當比例控制閥組閥門開啟時，壓 縮空氣推動葉片使空氣馬達開始旋轉，之後便可由電空轉換器電壓輸入訊號 及壓縮空氣輸出壓力. 經由二維內插求出空氣馬達空氣流量. 及扭矩. ，即：. (3.1) 而空氣消耗量. 藉由對空氣流量積分求得，其計算式子如下： (3.2). 圖3.2 空氣動力馬達模組. 20.
(31) 3.2 電動機車系統/次系統動態建模 3.2.1 高功率電動馬達 電動馬達為空氣/電動輕型載具車中將電池電能轉換為動能，藉以驅動載具 車之元件。依據實際電動馬達實驗建立油門開度對應馬達轉速及扭矩關係，其模 組架構如圖 3.3 所示，霍爾式油門把手經駕駛者控制傳送電壓訊號至控制器並控 制電動馬達驅動，之後便可由油門電壓輸入訊號 內插求出電動馬達輸出扭矩. 及效率. 及輸入之轉速. ，經由二維. ，即： (3.3) (3.4). 馬達需求功率. 若除以得到的效率，便可求得電池輸出端之功率. 之值；. 因應空氣/電動輕型載具車系統建模為雙動力源，於混合動力模式時其轉速將大 於純電動驅動之轉速，經二維內插法之輸入轉速 之最高轉速. 應限制不可超過純電動驅動. ，其判斷式如下所示：. (3.5). 圖3.3 高功率電動馬達模組架構 21.
(32) 3.2.2 儲能鋰電池模組 鋰電池主要為提供高功率電動馬達電力來源，依據電池實驗結果建立不同電 池內電阻抗與電壓關係，得到的結果來估算 SOC，其模組架構如圖 3.4 所示。電 池電量估測之精準度將影響整車性能及控制策略，一般採用內電阻模型(Internal Resistance Model)，即電池內部有一等效電阻值. ，其值與 SOC 及電池溫度變化. 有關[30]： (3.6) 而 SOC之範圍為0-1(0-100 %)，計算方式為： (3.7) 其中AH為電池之額定電容量， 為電池放電電流，. 為電池放電效率： (3.8). 為電池對馬達放電電流，其計算如為： (3.9) 為電池開迴路電壓，為SOC與. 之函數，即. ，由實驗數據. 建表而得， 為電池對電動馬達放電功率值，電池放電時其負載電壓計算方式為： (3.10). 22.
(33) 圖3.4 儲能鋰電池模組架構. 3.2.3 傳動系統 傳動系統具有匹配動力馬達扭矩與轉速的輸出功能，主動齒輪齒數與被動齒 輪齒數不等，其比值即為傳動系統之減速比，藉由減速齒輪組達到動力輸出性能 調整的效果，其模組架構如圖 3.5 所示，傳動系統上下游之扭矩與轉速公式如下： (3.11) (3.12) (3.13) 其中. 為驅動輪輸出扭矩，由電動馬達輸出扭矩. 達輸出扭矩. 經減速比. 動輪輸出轉速 出轉速 比為1，. 放大後加總後得到。. 乘以減速比. 乘以減速比. 後求得。. 經減速比. 放大與空氣馬. 為電動馬達轉速，可由驅. 為空氣馬達轉速，可由驅動輪輸. 後求得。本論文電動馬達為輪轂馬達，因此. 可經空氣馬達平台進行性能實驗及駕駛需求等判斷後設定。. 23. 減速.
(34) 圖3.5 傳動系統模組架構. 3.2.4 縱向整車動態 縱向整車動態最終可計算出當電動馬達及空氣馬達有輸出扭矩時，車輛行駛 速度為何及累計行駛距離，並可由計算出之車速，經減速比反推回上游端之各轉 速。其模組架構如圖 3.6 所示，車速之一階動態計算式如下[30]： (3.14) 其中 m 為車輛質量(kg)， 密度(kg/m3)，. 為輪胎輸出扭矩(N-m)，. 為輪胎半徑(m)， 為空氣. 為空氣風阻係數， 為車輛正投影面積(m2)，V 為車速(m/s)，g. 為重力加速度(m/s2)， 為輪胎與地面的滾動摩擦係數， 為斜坡角度， 為煞車 力(N)。. 24.
(35) 圖3.6 縱向整車動態模組架構. 3.2.5 駕駛者與行車型態 為求客觀評估空氣/電動輕型載具車之效能，需要輸入行車型態進行載具車 輛各系統評估，本論文採用歐洲各國使用之基本市區行車型態 ECE-40，如圖 3.7 所示，行駛時間為 195 s，行駛距離為 1 km，最高車速為 50 km/h。. 圖3.7 ECE-40行車型態. 25.
(36) 駕駛者模式依據輸入之行車型態追隨車速，即每一取樣時間皆有一指定車速， 由實際車速 Va 與指定追隨車速 Vd 之誤差. ，判斷油門開度與煞車大小。. 其模組架構如圖 3.8 所示，駕駛者模式可由一 PID 控制器+Time Delay+電門/煞車 判斷三個部分組成，電門/煞車計算式可如下表示[30]： (3.15) Time Delay 主要是模擬操作反應時間造成的反應延遲；而電門或煞車判斷則 由 PID 控制器求出之值決定之，若輸出若為正，表示實際速度低於需求速度， 則須提高油門開度；若輸出為負，表示實際速度高於需求速度，則需降低油門開 度，即煞車作用。. 圖3.8 駕駛者模組架構. 3.3 空氣/電動混合機車控制策略發展 本論文為空氣動力及電動動力混合機車，在動能輸出上以電動動力為主，空 氣動力為輔，目的為增加續航力及減少電動動力對電池大功率輸出並可降低電池 成本，且於急加速或重負荷時，混合動力源同時輸出動力，提升整體性能。因此， 在混合動力分配的部分需發展控制策略，其動力分配架構如圖 3.9 所示，橫軸為 26.
(37) 空氣/電動混合機車油門開度，縱軸為輸出扭矩命令，當油門低於低油門開度時， 輸出扭矩由電動馬達提供，為純電動模式；當油門位於低油門開度與高油門開度 之間時，電動動力維持低油門開度之輸出扭矩，降低對電池電能之消耗，不足輸 出扭矩命令部分由空氣動力提供，為混合經濟模式；當油門高於高油門開度時， 電動動力不再維持低油門開度之輸出扭矩，即電動動力及空氣動力依油門開度輸 出扭矩，為混合高功率模式。. 圖3.9 空氣/電動混合動力分配架構. 空氣/電動混合動力機車控制策略依照駕駛者模式送來之油門訊號進行混合 動力分配，其模組架構如圖 3.10 所示，油門輸入訊號經 stateflow 模組邏輯判斷 進行動力分配，分別輸出電壓訊號至電動馬達控制器及空氣馬達比例控制閥組， 其 stateflow 模組架構圖如 3.11 所示，控制策略邏輯判斷式如下：. ； 其中 為油門輸入訊號， 馬達輸出扭矩，. 為油門訊號最小值，. (3.16) 為總輸出扭矩，. 為電動. 為空氣馬達輸出扭矩，當油門開度位於起始位置，即油門開 27.
(38) 度最小值，此時，無扭矩輸出。. ； 其中. 為低油門開度，. (3.17). 為電動馬達最大輸出扭矩，當油門開度低於低油. 門開度，此時，電動馬達依實際油門開度輸出扭矩，空氣馬達無輸出扭矩。. ； 其中. 為高油門開度，. (3.18). 為空氣馬達最大輸出扭矩，當油門開度位於低油. 門開度與高油門開度之間，此時，電動馬達維持低油門開度之輸出扭矩，空氣馬 達補足不足輸出扭矩命令，依實際油門開度扣除低油門開度後輸出扭矩。. (3.19). 其中. 為油門開度最大值，當油門開度高於高油門開度，此時，電動馬達不再. 受控制策略限制輸出扭矩，電動馬達及空氣馬達輸出扭矩藉由內插法將剩餘扭矩 線性分配於高油門開度至全油門區間。. 28.
(39) 圖3.10 控制策略模組架構. 圖3.11 stateflow模組略架構圖. 29.
(40) 第四章. 空氣/電動輕型載具車實作. 4.1 電動機車架構介紹 電動機車藉由電池提供電能給電動馬達驅動，相較於傳統內燃機引擎燃燒燃 料輸出作功，電動機車是將電池電能轉換為動能，其系統分為燈類系統、充電系 統、顯示系統及驅控系統，驅控系統為整車的核心，由加速把手、控制器及馬達 組成，也是動力來源所在。 本論文欲建立空氣/電動混合動力機車，以光陽 Sunboy 電動機車為基底加裝 空氣馬達，該電動機車動力馬達為直流無刷馬達，額定功率為 500 W，無載轉速 ，配載鋰離子電池，規格為 48V14AH，其 Sunboy 電動機車實體圖 如圖 4.1 所示，詳細規格如表 4.1 所示。. 圖4.1 光陽Sunboy電動車實體圖[31]. 30.
(41) 表4.1 光陽Sunboy規格表[31] 廠牌. 光陽. 型號. 車架. UNDERBONE. 懸吊裝置. EA10BC. 前. TELESCOPE. 後. UNIT SWING. 尺. 全長. 1620 mm. 度. 全寬. 605 mm. 輪胎尺. 前. 80/70-12. 全高. 1000 mm. 寸層數. 後. 80/70-12. 軸距. 1154 mm. 煞車. 前. DRUM BRAKE. 空重. 前. 17 kg. 後. DRUM BRAKE. 後. 23 kg. 速率表. 合計. 40 kg. 燈光. 重 量. 0-50 km/h 前燈. 12V/25W. 乘坐人數或重量. 1 人(77.5 kg). 後燈. 12V/5W. 總重. 前. 50.6 kg. 煞車燈. 12V/21W. 後. 83.3 kg. 方向燈. 12V/10W. 合計. 133.9 kg. 喇叭. BUZZER. 性. 最高速率. 35 km/h. 充電. 出力. DC57.8V/3A. 能. 續航力. 30-40 km. 器. 入力. AC110V. 爬坡能力. 8°. 充電時間. 8h. 馬. 型式. 輪轂直流無刷. 達. 額定功率. 500 W. 冷卻方式. 自然空冷. 電. 電壓. 48 V. 池. 容量. 14AH. 4.2 機構設計與改裝 空氣馬達安裝於電動機車的位置須考量許多面向，包含驅動力、穩固性、安 全性、便利性及效率等，驅動力在機構改裝部分為核心部分，減速比即是影響驅 動力的主要因素，減速比太小，則無法克服路阻帶動機車前進；減速比太大，雖 扭矩變大，但導致機車極速下降，因此，根據行駛阻力公式[32]計算該空氣/電動 混合動力機車在路面行駛時所需克服之阻力，其公式如下：. (2.1). 31.
(42) 其中. 為滾動阻力，輪胎與地面接觸產生變形或摩擦造成的阻力；. 為空氣阻. 力，車輛直行時迎面空氣阻力； 為斜坡阻力，車輛行駛斜坡造成的阻力；. 為. 慣性阻力，車輛加速時所需克服之慣性阻力；車輛行駛阻力為各阻力之總和，各 阻力公式分別如下：. (2.2). (2.3). (2.4). (2.5). 其中W為車輛重量(N)， 為輪胎與地面的滾動摩擦係數，m為車輛質量(kg)，g 為重力加速度(m/s2)， 為斜坡角度， 為空氣密度(kg/m3)，. 為風阻係數， 為. 車輛正投影面積(m2)，V為車輛行駛時，與風的相對速度(m/s)，a為車輛之加速度 (m/s2)， 為重量增加率或相當質量係數。因此，將式(2.2-2.5)代入式(2.1)，可改 寫為式(2.6)：. (2.6). 探討行駛阻力時，滾動阻力與空氣阻力是任何行駛條件下均存在，斜坡阻力 僅爬坡時存在，慣性阻力僅加速時存在，等速行駛時不列入計算，本論文以平緩 地面等速行駛進行行駛阻力考量，因此，僅需計算滾動阻力與空氣阻力，斜坡阻 力與慣性阻力可忽略不計。 機車外型不規則，加上駕駛者體型及穿著等因素，其風阻係數難以確定，2005 年刁海等人[33]針對機車進行風阻係數測試，實驗結果風阻係數為 0.49。因此， 以此值作為本論文行駛阻力計算之參數，機車行駛模擬參數如表 4.2 所示。 32.
(43) 表4.2 機車行駛模擬參數表 參數. 數值. m. 200 kg. g. 9.81 m/s2. 備註. 柏油路地面. 0.013 1.23 kg/m3 0.49 0.45 m2 V. 45 km/h 平地. 0 0.08. 代入行駛阻力公式，計算結果行駛阻力為 46.7 N，表示空氣/電動混合動力 機車在該參數設定下，動力輸出對地面驅動力必須大於 46.7 N 才足以克服行駛 阻力，根據驅動力公式計算出動力輸出產生之扭矩，其公式如下：. (2.7) 其中. 為驅動輪輸出扭矩，. 為驅動力，. 為輪胎半徑。根據表4.1光陽Sunboy. 規格表可知，該機車後輪規格為80/70-12，其輪胎半徑為0.2084 m，代入驅動力 公式，計算結果扭矩為9.73 N-m，表示空氣馬達提供之扭矩經減速比放大後須大 於9.73 N-m才足以克服行駛阻力穩定行駛於路面，根據減速比公式[34]計算出空 氣/電動混合動力機車之空氣動力驅動部分合適減速比，其公式如下：. (2.8). 其中RR為減速比， N1為主動齒輪轉速，N2為被動齒輪轉速， t1為主動齒輪齒數， 33.
(44) t2為被動齒輪齒數， T1主動齒輪扭矩， T2被動齒輪扭矩， D1為主動齒輪直徑， D2為被動齒輪直徑。空氣馬達輸出動力藉由齒輪傳遞至後輪驅動齒輪，因此，當 空氣馬達在4 kg/cm2閥門開度全開的狀況下，輸出扭矩3.92 N-m為主動齒輪扭矩， 驅動輪需輸出扭矩9.73 N-m，為被動齒輪扭矩，帶入減速比公式，計算結果減速 比為2.5，表示空氣馬達輸出扭矩經減速比放大2.5倍，足以克服行駛阻力穩定行 駛於路面，但因應行駛負荷和路面狀況不同以及齒盤訂做等因素，將減速比設定 為12：40。 空氣馬達改裝完成如圖 4.2 及圖 4.3 所示，該電動機車為輪轂馬達，因此在 改裝過程中必須避開輪轂馬達位置，防止造成輪轂馬達損壞，其改裝步驟如下： 1. 訂製對應減速比12：40之齒輪對及後輪驅動齒輪固定盤。 2. 將輪圈框架鑽孔並利用螺栓將後輪驅動齒輪固定盤固定，後輪驅動齒輪 嵌入固定盤中。 3. 設計空氣馬達固定架，並將空氣馬達安裝於固定架中。 4. 安裝空氣馬達驅動齒輪，利用螺絲將驅動齒輪與空氣馬達轉軸牢牢固定， 防止長時間帶動後，驅動齒輪鬆脫。 5. 設計空氣馬達固定平板，並利用電動機車本身鎖點，將空氣馬達安裝於 固定平板。 6. 安裝驅動鍊條，選用動力傳遞效率高之鍊條驅動，減少動力傳遞損失。 7. 調整空氣馬達於固定平板之位置，使空氣馬達驅動齒輪與後輪驅動齒輪 成直線對齊，且鍊條緊度正常，不會因運轉時跳齒或造成動力傳遞效率 降低。 8. 改裝完成。. 34.
(45) 圖4.2 空氣馬達改裝完成圖(1). 圖4.3 空氣馬達改裝完成圖(2). 4.3 電系與即時控制單元設計 電動機車加裝空氣馬達完成後，必須修改電控系統，利用本身電動機車油門 把手，同時控制電動馬達與空氣馬達混合動力，光陽 Sunboy 油門把手為霍爾式， 如圖 4.4 所示，相較於傳統機車利用油門線控制，霍爾式油門把手則類似電位器 35.
(46) 原理，利用霍爾元件感應磁場大小輸出電壓控制，把手內部裝有霍爾元件及半圈 永磁磁鐵環，加速時，旋轉把手使霍爾元件離磁場越近，輸出電壓越大，反之則 反。電子式控制油門分為霍爾式、光電式及可變電阻式，由於光電控制容易受雜 質影響，可變電阻式害怕潮濕且壽命短容易接觸不良，因此，霍爾式油門漸漸廣 泛使用於電動車輛或新型車輛電控油門。. 圖4.4 Sunboy霍爾油門把手. 圖 4.5 為電動機車電控系統架構圖，紅色線色代表電池正電，綠色線色代表 電池負電即接地，黑底黃線線色代表霍爾油門把手輸出電壓，紅底黃線線色代表 霍爾油門把手參考電壓。其電控原理為 48 V 鋰電池提供電動機車控制器電源， 由電動機車控制器輸出 6 V 參考電壓至油門把手及電動馬達，藉由轉動油門把手 改變霍爾元件與磁場對應位置，輸出感應電壓至控制器及電動馬達控制馬達運轉。 實際利用三用電表量測霍爾油門把手輸出電壓，油門全關時，測得輸出電壓為 0.8 V，油門全開時，測得輸出電壓為 4.1 V。. 36.
(47) Battery. Throttle grip. Battery Voltage Input Ground Throttle Voltage output Throttle Referance Voltage +6 V. ECU. Motor. 圖4.5 電動機車電控系統架構圖. 利用電動機車本身油門把手控制空氣/電動混合動力輸出，使用快速雛型控 制器(Microbox)作為混合動力控制器，如圖 4.6 所示，其功能如同工業電腦，可 進行即時控制。將先前設計控制策略燒錄至快速雛型控制器，該控制器即可隨不 同油門電壓輸入，分別輸出電壓控制混合動力。. 圖4.6 Microbox快速雛型控制器 37.
(48) 圖 4.7 為混合動力電控系統架構圖，紅色線色代表電池正電，綠色線色代表 電池負電即接地，黑底黃線線色代表霍爾油門把手輸出電壓，紅底黃線線色代表 霍爾油門把手參考電壓，藍色線色代表比例式電磁閥輸入電壓，紫色線色代表電 動馬達控制器輸入電壓。其電控原理修改原本電動機車電控系統，截取油門把手 至電動機車控制器輸出電壓，將原本油門把手輸出電壓傳送至快速雛型控制器， 因此，油門把手輸出電壓經控制策略計算後，輸出兩個電壓訊號，一個輸出至電 動馬達控制器，控制電動馬達運轉，另一個輸出至比例控制閥組，控制進入空氣 馬達空氣量，進而控制空氣馬達動力輸出。其混合動力電控系統改裝後實體圖如 圖 4.8 所示。. Proportion Valve. Battery. Throttle grip. Microbox. Battery Voltage Input Ground Throttle Voltage output Throttle Referance Voltage +6 V Proportion Valve Voltage Input Electric Motor Controller Voltage Input. ECU. 圖4.7 混合動力電控系統架構圖. 38. Motor.
(49) 圖4.8 Microbox快速雛型控制器. 39.
(50) 第五章. 機車底盤動力計量測結果與模型比對. 5.1 機車底盤動力計與量測架構 使用之機車底盤動力計為開富股份有限公司所製造，該動力計系統包含測試 平台、滾筒組、轉矩計、四象限動力計、控制系統、電腦控制介面及資料擷取單 元等系統所組成，可提供路阻模擬、定速控制及行車型態測試等，以便進行整車 性能分析，其動力計模組規格如表 5.1 所示。. 表5.1 機車底盤動力計模組規格 名稱. 模組型號. 功能. AC 伺服馬達. SGMGH-1EA. 作為四象限動力計，15 kW. 伺服馬達驅動器. SGDM-1EADA 上述馬達用之驅動器，15 kW 轉速信號由此處取出。. 扭力計. RT-250. 量測動力計所產生的轉矩， 0-250 N-m. 將先前完成之空氣/電動混合動力機車架設於機車底盤動力計上，由電腦控 制介面選擇欲量測模式，依照設定之車速或油門開度電動機車油門把手，即機械 手臂藉 PID 控制系統精準控制，達到定車速及定油門開度控制，由滾筒組模擬 行駛路阻，空氣/電動混合動力機車克服滾筒組模擬行駛阻力後開始運轉，資料 擷取單元擷取在該設定測試條件下之性能數據，空氣/電動混合動力機車於機車 底盤動力計上之架構如圖 5.1 所示，空氣/電動混合動力機車於機車底盤動力計上 之實際架構圖如圖 5.2 所示。. 40.
(51) 空氣/電動混合動力機車. 高壓鋼瓶. 比例控制閥組. 快速雛形控制器. 30. 電動機車控制器. L/min. 流量計. 空氣馬達 機車底盤動力計 30. 空壓機. 滾輪組. 圖5.1 機車底盤動力計實驗架構圖. 圖5.2 機車底盤動力計實驗實際架構圖. 41.
(52) 5.2 穩態測試 本實驗利用機車底盤動力計進行穩態測試，量測空氣/電動混合動力機車分 別於純空氣模式、純電動模式及混合動力模式下，不同油門開度下車速步階響應 及最高車速，其中需使用空氣動力時，壓縮空氣輸出壓力固定為 8 kg/cm2，穩態 測試流程圖如圖 5.3 所示，其實驗流程如下： 1. 確認空氣/電動混合動力機車穩固架置機車底盤動力計。 2. 選擇測試模式，純電動模式、純空氣模式或混合動力模式，並確認空氣 管路及電控線路已固定良好且連接至正確位置。 3. 機車底盤動力計設定，包含歸零校正、路阻設定及油門開度設定，並紀 錄該油門開度下之車速響應。 4. 改變油門開度設定，重複步驟3。 5. 實驗結果分析。. 空氣/電動混合動力機車 穩態測試 測試模式選擇. 純電動模式. 混合動力模式. 純空氣模式. 壓縮空氣輸出壓力設定： 8kg/cm2. 1.路阻設定 2.定油門開度：20.40.60.80.100%. 機車底盤動力計設定. No. 所有參數已完成? Yes. 實驗結果分析. 圖5.3 空氣/電動混合動力機車穩態測試流程圖 42.
(53) 純電動模式穩態測試之油門開度設定 0-5 s 開度為 0 %，5 s 之後油門開度分 別設定為 20,40,60,80,100 %，圖 5.4 為純電動模式穩態測試車速響應結果，由圖 可看出，在不同油門開度下，於 6 s 左右才開始有車速輸出，5-6 s 這段時間的車 速輸出延遲是因為尚未克服行駛阻力所造成；油門開度 20 %時，車速響應為 3.2 km/h；油門開度 40 %時，車速響應為 11.5 km/h；油門開度 60 %時，車速響應為 22.2 km/h；油門開度 80 %時，車速響應為 33.27 km/h，油門開度為 100 %時，車 速響應為 40.4 km/h。圖 5.5 為純電動模式穩態測試油門電壓響應結果，由圖可看 出，油門開度 20 %時，油門電壓為 1.41 V；油門開度 40 %時，油門電壓為 2.03 V；油門開度 60 %時，油門電壓為 2.72 V；油門開度 80 %時，油門電壓為 3.35 V， 油門開度為 100 %時，油門電壓為 4.05 V。圖 5.6 為純電動模式穩態測試電池電 壓結果，由圖可看出，當油門開度越大，電池電壓降越大；油門開度 20 %時， 電池電壓下降至 53.36 V；油門開度 40 %時，電池電壓下降至 52.71 V；油門開 度 60 %時，電池電壓下降至 51.79 V；油門開度 80 %時，電池電壓下降至 50.60 V，油門開度為 100 %時，電池電壓下降至 49.74 V。圖 5.7 為純電動模式穩態測 試電動馬達輸入電流結果，由圖可看出，當油門開度越大，電動馬達輸入電流越 高；油門開度 20 %時，電動馬達輸入電流為 1.4 A；油門開度 40 %時，電動馬達 輸入電流為 4.7 A；油門開度 60 %時，電動馬達輸入電流為 9.2 A；油門開度 80 % 時，電動馬達輸入電流為 14.7 A，油門開度為 100 %時，電動馬達輸入電流為 18.6 A。. 43.
(54) 圖5.4 純電動模式穩態測試車速響應結果. 圖5.5 純電動模式穩態測試油門電壓響應結果. 44.
(55) 圖5.6 純電動模式穩態測試電池電壓結果. 圖5.7 純電動模式穩態測試電動馬達輸入電流結果. 45.
(56) 純空氣模式穩態測試之油門開度設定 0-5 s 開度為 0 %，5-10 s 逐漸將油門開 度增加至最大，10-15 s 再逐漸下降至油門開度 20.40.60.80.100 %，上述油門開度 設定是因為比例控制閥組直接由 0 %增加至 20.40 %之低油門開度時，閥門初開 造成流量較小，故先加大至全開油門後再降為預測試之油門開度，較能測得正確 之空氣流量及車速數據，圖 5.8 為純空氣模式穩態測試車速響應結果，由圖可看 出，在不同油門開度下，於 6 s 左右才開始有車速輸出，5-6 s 這段時間的車速輸 出延遲是因為尚未克服行駛阻力所造成；油門開度 20 %時，車速響應為 2.9 km/h； 油門開度 40 %時，車速響應為 10.2 km/h；油門開度 60 %時，車速響應為 16.5 km/h； 油門開度 80 %時，車速響應為 24.7 km/h，油門開度為 100 %時，車速響應為 33.8 km/h。圖 5.9 為純空氣模式穩態測試比例控制閥組輸入電壓響應結果，由圖可看 出，油門開度 20 %時，比例閥門組輸入電壓為 3.53 V；油門開度 40 %時，比例 閥門組輸入電壓為 3.76 V；油門開度 60 %時，比例閥門組輸入電壓為 4.05 V； 油門開度 80 %時，比例閥門組輸入電壓為 4.29 V，油門開度為 100 %時，比例 閥門組輸入電壓為 4.66 V。圖 5.10 為純空氣模式穩態測試空氣流量響應結果， 由圖可看出，當油門開度越大，空氣流量越大；油門開度 20 %時，空氣流量為 191.5 L/min；油門開度 40 %時，空氣流量為 308.3 L/min；油門開度 60 %時，空 氣流量為 424.6 L/min；油門開度 80 %時，空氣流量為 515.9 L/min，油門開度為 100 %時，空氣流量為 653.7 L/min。. 46.
(57) 圖5.8 純空氣模式穩態測試車速響應結果. 圖5.9 純空氣模式穩態測試比例控制閥組輸入電壓響應結果. 47.
(58) 圖5.10 純空氣模式穩態測試空氣流量響應結果. 混合動力模式穩態測試因有空氣動力輸出，所以油門開度設定與純空氣模式 相同，0-5 s 開度為 0 %，5-10 s 逐漸將油門開度增加至最大，10-15 s 再逐漸下降 至油門開度 20.40.60.80.85.90.95.100 %，原本為每 20 %油門開度做一次實驗，因 控制策略前 30 %為純電動，空氣動力分配在油門開度 30-100 %，在油門開度 30-80 %時空氣動力在車速輸出較無明顯幫助，僅輔助扭矩輸出，故在 80-100 % 時再以每 5 %進行穩態測試，圖 5.11 為混合動力模式穩態測試車速響應結果，由 圖可看出，在不同油門開度下，於 5 s 多開始有車速輸出，有些微車速輸出延遲， 但相較於純電動模式及純空氣模式，延遲時間較短，證明混合動力模式加速性能 有所提升；油門開度 20 %時，車速響應為 4.2 km/h；油門開度 40 %時，車速響 應為 8.7 km/h；油門開度 60 %時，車速響應為 9.9 km/h；油門開度 80 %時，車 速響應為 11.3 km/h；油門開度為 85 %時，車速響應為 19.9 km/h；油門開度為 90 %時，車速響應為 28.5 km/h；油門開度為 95 %時，車速響應為 42.1 km/h；油 門開度為 100 %時，車速響應為 46.8 km/h。圖 5.12 為混合動力模式穩態測試油 48.
(59) 門電壓響應結果，由圖可看出，油門開度 20 %時，油門電壓為 1.47 V；油門開 度 40 %時，油門電壓為 2.02 V；油門開度 60 %時，油門電壓為 2.63 V；油門開 度 80 %時，油門電壓為 3.41 V；油門開度為 85 %時，油門電壓為 3.57 V；油門 開度為 90 %時，油門電壓為 3.73 V；油門開度為 95 %時，油門電壓為 3.93 V； 油門開度為 100 %時，油門電壓為 4.11 V。圖 5.13 為混合動力模式穩態測試電池 電壓結果，由圖可看出，當油門開度越大，電池電壓降越大，但其中油門開度 60 %電壓會比 40 %高是因為空氣動力在油門開度 60 %時動力輔助較為明顯，大 於 80 %後電動動力大功率輸出，故電池電壓再度下降；油門開度 20 %時，電池 電壓下降至 52.75 V；油門開度 40 %時，電池電壓下降至 52.48 V；油門開度 60 % 時，電池電壓下降至 52.60 V；油門開度 80 %時，電池電壓下降至 52.46 V；油 門開度為 85 %時，電池電壓下降至 52.39 V；油門開度為 90 %時，電池電壓下 降至 52.18 V；油門開度為 95 %時，電池電壓下降至 51.42 V；油門開度為 100 % 時，電池電壓下降至 51.11 V。 圖 5.14 為混合動力模式穩態測試電動馬達輸入電流結果，由圖可看出，當 油門開度越大，電動馬達輸入電流越高，但其中油門開度 60-90 %時，電動馬達 輸入電流相當小是因為空氣動力輔助電動動力輸出；油門開度 20 %時，電動馬 達輸入電流為 1.3 A；油門開度 40 %時，電動馬達輸入電流為 2.5 A；油門開度 60 %時，電動馬達輸入電流為 1 A；油門開度 80 %時，電動馬達輸入電流為 0 A； 油門開度為 85 %時，電動馬達輸入電流為 0 A；油門開度為 90 %時，電動馬達 輸入電流為 0.5 A；油門開度為 95 %時，電動馬達輸入電流為 4.2 A；油門開度 為 100 %時，電動馬達輸入電流為 7.8 A。圖 5.15 為混合動力模式穩態測試空氣 流量響應結果，由圖可看出，當油門開度越大，空氣流量越大，但在油門開度 100 %時空氣流量大於純空氣模式，是因為轉速上升對壓縮空氣產生吸引作用所 造成，油門開度 20 %時，空氣流量為 0 L/min；油門開度 40 %時，空氣流量為 70.7 L/min；油門開度 60 %時，空氣流量為 241.2 L/min；油門開度 80 %時，空. 49.
(60) 氣流量為 365.4 L/min；油門開度為 85 %時，空氣流量為 466.3 L/min；油門開度 為 90 %時，空氣流量為 537.7 L/min；油門開度為 95 %時，空氣流量為 635.9 L/min； 油門開度為 100 %時，空氣流量為 779.4 L/min。. 圖5.11 混合動力模式穩態測試車速響應結果. 圖5.12 混合動力模式穩態測試油門電壓響應結果 50.
(61) 圖5.13 混合動力模式穩態測試電池電壓結果. 圖5.14 混合動力模式穩態測試電動馬達輸入電流結果. 51.
(62) 圖5.15 混合動力模式穩態測試空氣流量響應結果. 5.3 行車型態測試 本實驗利用機車底盤動力計進行行車型態測試，量測空氣/電動混合動力機 車分別於純空氣模式、純電動模式及混合動力模式下，觀察行車型態跟隨情況並 進行能耗分析及效益評估，其中需使用空氣動力時，壓縮空氣輸出壓力設定為 8 kg/cm2，行車型態測試流程圖如圖 5.16 所示，其實驗流程如下： 1. 確認空氣/電動混合動力機車穩固架置機車底盤動力計。 2. 選擇測試模式，純電動模式、純空氣模式或混合動力模式，並確認空氣 管路及電控線路已固定良好且連接至正確位置。 3. 機車底盤動力計設定，包含歸零校正、路阻設定及行車型態設定，並記 錄實際追隨車速。 4. 實驗結果分析。. 52.
(63) 空氣/電動混合動力機車 行車型態測試 測試模式選擇. 純電動模式. 混合動力模式. 純空氣模式. 壓縮空氣輸出壓力設定： 8kg/cm2. 1.路阻設定 2.行車型態設定：ECE40. 機車底盤動力計設定. No. 所有參數已完成? Yes. 實驗結果分析. 圖5.16 行車型態測試流程圖. 本實驗行車型態測試採用歐洲各國使用之基本市區行車型態 ECE-40，但因 為純電動及純空氣模式無法追隨至最高車速 50 km/h，故將 ECE-40 行車型態等 比例縮小為 0.6 倍進行實驗測試，因此完整一次型態行駛距離為 600 m，最高車 速為 30 km/h。圖 5.17 為純電動模式行車型態測試車速追隨結果，由圖可看出， 車速追隨結果良好，在一開始的車速延遲是因為尚未克服行駛阻力所造成；在車 速 20 及 30 km/h 車速震盪是因為油門來回修正車速所造成。圖 5.18 為純電動模 式行車型態測試油門電壓結果，圖 5.19 為純電動模式行車型態測試電池電壓結 果，圖 5.20 為純電動模式行車型態測試電動馬達輸入電流結果，由圖 5.18-20 可 看出，當油門開度越大，電動馬達入電流越高，電池電壓降越大。. 53.
(64) 圖5.17 純電動模式行車型態測試車速追隨結果. 圖5.18 純電動模式行車型態測試油門電壓結果. 54.
(65) 圖5.19 純電動模式行車型態測試電池電壓結果. 圖5.20 純電動模式行車型態測試電動馬達輸入電流結果. 55.
(66) 圖 5.21 為純空氣模式行車型態測試車速追隨結果，由圖可看出，車速追隨 結果並不理想，是因為比例控制閥閥門瞬態響應不佳造成，在一開始的車速延遲 是因為尚未克服行駛阻力且閥門響應不佳造成延遲時間較長。圖 5.22 為純空氣 模式行車型態測試比例控制閥組輸入電壓結果，圖 5.23 為純空氣模式行車型態 測試空氣流量結果，由圖 5.22-23 可看出，當比例控制閥組輸入電壓越高，空氣 流量越大。. 圖5.21 純空氣模式行車型態測試車速追隨結果. 56.
(67) 圖5.22 純空氣模式行車型態測試比例控制閥組輸入電壓結果. 圖5.23 純空氣模式行車型態測試空氣流量結果. 57.
(68) 圖 5.24 為混合動力模式行車型態測試車速追隨結果，從測量結果可發現在 車速 10 km/h 左右時會有一個加速延遲的感覺，是因為比例控制閥閥門瞬態響應 不佳造成空氣動力在低空氣流量輸出之動力無法順暢銜接，待空氣流量穩定後即 可追上設定車速，在車速 20 及 30 km/h 車速震盪是因為油門來回修正車速所造 成；從模擬結果可發現，車速追隨情況約有 1 km/h 的車速誤差，其餘追隨狀況 皆良好。圖 5.25 為混合動力模式行車型態測試油門電壓結果，圖 5.26 為混合動 力模式行車型態測試電池電壓結果，圖 5.27 為混合動力模式行車型態測試電動 馬達輸入電流結果，圖 5.28 為混合動力模式行車型態測試空氣流量結果，由圖 5.24-28 可看出，模擬結果與實驗結果相符，唯有些微誤差是因為模擬結果響應 速度較實驗結果快所造成，但仍可證明空氣/電動輕型載具車系統建模能夠作為 日後系統設計分析及效益評估使用。. 圖5.24 混合動力模式行車型態測試車速追隨結果. 58.
(69) 圖5.25 混合動力模式行車型態測試油門電壓結果. 圖5.26 混合動力模式行車型態測試電池電壓結果. 59.
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