臺灣博碩士論文加值系統

本研究針對具有三自由度的行星齒輪機構，探討其運動及動力分配與傳遞性質，並藉由動力元件的配置，討論將三自由度行星齒輪機構應用在車輛之油電混合動力裝置之可行性及效益。本研究首先搜尋前人所建立之整合式行星齒輪圖集，接著將利用搜尋到的兩自由度圖畫，合成含分割點之三自由度圖集，分析其可用性，整理出合用的三自由度行星齒輪圖集及其運動與動力模型。再就動力元件與輸出端的配置對於操作模式的影響進行討論，針對之前所合成的機構，分析各種配置可以達成的模式及其動力傳遞的情況。最後應用所發展之理論，建立混合動力車之理念設計流程，選擇所建之圖集中的圖畫做為混動機構，且利用配置分析的結果，提出混合動力裝置之概念設計範例。研究中得到具分割點之三自由度行星齒輪之運動與扭力特性，以及應用在混合動力裝置中之優勢，並藉由範例驗證實際應用之可能性。

The purpose of this study is to verify the effects and possibilities of using three d.o.f.(degree of freedom) planetary gear mechanisms as hybrid power-split device in petro-electric vehicles. Firstly, the graph atlases of two and three d.o.f. non-fractionated planetary gear mechanisms are collected, and using these graphs, fractionated three d.o.f. planetary gear mechanisms are enumerated, and kinematic and static torque formulations of the feasible graphs are constructed. Then, in the power flow analysis, the influence of the power device configuration on the operation modes are discussed. Finally, a conceptual design procedure, including the search for gear pair ratios, is developed, and two examples of using three d.o.f. planetary gear mechanisms for the hybrid motorcycle design are presented.

目錄
口試委員審定書 i
致謝 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
圖目錄 viii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 油電混合動力系統 2
1-2-2 混合動力機構 4
1-3 研究動機與目的 6
1-4 研究步驟與論文架構 7
第二章 理論基礎 9
2-1 圖論 9
2-1-1 圖論的基本概念 9
2-1-2 機構的圖畫表示法 10
2-1-3 典型圖畫 12
2-2 行星齒輪機構 13
2-2-1 行星齒輪機構的基本運動特性 13
2-2-2 行星齒輪組的齒輪比 16
2-2-3 二自由度行星齒輪機構圖集 17
2-2-4 基礎圖畫之運動及扭力方程式 18
2-3 動力圖 29
2-4 混合動力車輛之操作模式 30
2-5 車輛動力學 32
第三章 三自由度行星齒輪機構之合成與分析 34
3-1 機構之使用條件 34
3-2 整合式三自由度行星齒輪機構之圖集 35
3-3 具分割點之三自由度機構之合成 40
3-4 具分割點三自由度行星齒輪機構之運動及扭力分析 47
第四章 動力元件配置與操作模式 50
4-1 動力元件配置方式 50
4-1-1 動力元件選用 50
4-1-2 動力元件配置 51
4-2 動力元件的配置對操作模式的影響 61
4-2-1 動力圖的變化規則 61
4-2-2 各配置的功能 65
第五章 混合動力裝置之理念設計 80
5-1 設計流程 80
5-1-1 設計要求 81
5-1-2 動力元件與車輛規格 82
5-1-3 機構的選擇與動力元件配置 82
5-1-4 齒輪比計算 84
5-2 設計範例一 86
5-2-1 設計要求 86
5-2-2 動力元件與車輛規格 86
5-2-3 機構的選擇與動力元件配置 90
5-2-4 齒輪比計算 94
5-2-5 性能驗證及討論 101
5-3 設計範例二 104
5-3-1 設計要求 105
5-3-2 動力元件與車輛規格 105
5-3-3 機構的選擇與動力元件配置 105
5-3-4 齒輪比計算 111
5-3-5 性能驗證及討論 118
5-4 結果與討論 122
第六章 結論與未來展望 125
6-1 結論 125
6-2 未來展望 127
參考資料 128
附錄A 131
附錄B 139
附錄C 148
作者簡歷 150

圖目錄
圖 1. 1 混合動力系統的四種分類[3] 4
圖 2. 1 基本行星齒輪組之運動簡圖與圖畫 11
圖 2. 2 行星齒輪機構之圖畫與典型圖畫 12
圖 2. 3 基本行星齒輪組 14
圖 2. 4 齒輪機構 14
圖 2. 5 行星齒輪機構簡圖 15
圖 2. 6 行星齒輪組簡圖 17
圖 2. 7 基礎圖畫 19
圖 2. 8 4-3-1 19
圖 2. 9 4-3-1之運動簡圖 21
圖 2. 10 5-4-1 21
圖 2. 11 6-5-1 22
圖 2. 12 6-4-2 23
圖 2. 13 6-4-3 24
圖 2. 14 6-4-4 25
圖 2. 15 6-4-5 26
圖 2. 16 6-4-6 27
圖 2. 17 6-4-7 28
圖 3. 1 含贅餘桿件之行星齒輪組 35
圖 3. 2 六桿兩自由度行星齒輪組圖畫 37
圖 3. 3 七桿兩自由度行星齒輪組圖畫 37
圖 3. 4 具分割點三自由度行星齒輪機構合成流程圖 40
圖 3. 5 含3個具對稱性之點的行星齒輪圖畫 41
圖 3. 6 基礎圖畫 42
圖 3. 7 七桿兩自由度含分割點行星齒輪組 42
圖 3. 8 八桿兩自由度含分割點行星齒輪組 43
圖 3. 9 九桿兩自由度含分割點行星齒輪組 43
圖 3. 10 4-3-1-1 47
圖 4. 1 編號1型配置之基礎動力圖 53
圖 4. 2 編號2型配置之基礎動力圖 54
圖 4. 3 編號3型配置之基礎動力圖 54
圖 4. 4 編號4型配置之基礎動力圖 55
圖 4. 5 編號5型配置之基礎動力圖 55
圖 4. 6 編號6型配置之基礎動力圖 56
圖 4. 7 編號7型配置之基礎動力圖 56
圖 4. 8 編號8型配置之基礎動力圖 57
圖 4. 9 編號9型配置之基礎動力圖 57
圖 4. 10 編號10型配置之基礎動力圖 58
圖 4. 11 編號11型配置之基礎動力圖 58
圖 4. 12 編號12型配置之基礎動力圖 59
圖 4. 13 編號13型配置之基礎動力圖 59
圖 4. 14 編號14型配置之基礎動力圖 60
圖 4. 15 編號15型配置之基礎動力圖 60
圖 5. 1 混合動力裝置之理念設計流程圖 80
圖 5. 2 電機A轉速對扭力功率圖 89
圖 5. 3 電機B轉速對扭力功率圖 89
圖 5. 4 4-3-1-3 90
圖 5. 5 範例一之機構運動簡圖 91
圖 5. 6 4-3-1-3編號 93
圖 5. 7 範例一裝置之運動簡圖 101
圖 5. 8 範例一之速度-時間圖(0-50km/h) 103
圖 5. 9 範例一之加速度-速度圖 104
圖 5. 10 圖畫5-4-1-5 106
圖 5. 11 範例二之機構運動簡圖 107
圖 5. 12 5-4-1-5編號 111
圖 5. 13 範例二之裝置簡圖 118
圖 5. 14 範例二之速度-時間圖(0-50km/h) 122
圖 5. 15 範例二之加速度-速度圖 122

表目錄
表 2. 1 兩自由度行星齒輪機構圖畫數目 18
表 2. 2 裝置及能量之圖示 30
表 2. 3 操作模式 31
表 3. 1 兩自由度行星齒輪組圖畫數目 36
表 4. 1 裝置與符號對照表 51
表 4. 2 動力元件配置整理 52
表 4. 3 動力圖裝置及圖示對照表 53
表 4. 4 經過整理之基礎動力圖 63
表 4. 5 新舊編號整理 65
表 4. 6 型式A及B的各種變化型 66
表 4. 7 型式A電力驅動模式之動力圖整理 67
表 4. 8 型式A電力驅動模式同時充電之動力圖整理 68
表 4. 9 型式A電力驅動模式動力圖比較 68
表 4. 10 型式A引擎驅動模式之動力圖整理 69
表 4. 11 型式A引擎驅動模式動力圖比較 69
表 4. 12 型式A引擎驅動模式同時充電之動力圖整理 70
表 4. 13 型式A油電驅動模式之動力圖整理 71
表 4. 14 型式A油電驅動模式動力圖比較 73
表 4. 15 型式B電力驅動模式之動力圖整理 74
表 4. 16 型式B電力驅動模式動力圖比較 75
表 4. 17 型式B引擎驅動模式之動力圖整理 75
表 4. 18 型式A引擎驅動充電模式動力圖比較 75
表 4. 19 型式B引擎驅動同時充電模式之動力圖整理 76
表 4. 20 型式B油電驅動模式之動力圖整理 77
表 4. 21 型式B油電驅動模式動力圖比較 78
表 4. 22 型式A、B之操作模式與所需制動器比較 78
表 5. 1 含分割點三自由度圖畫數量表 83
表 5. 2 引擎最大油門開度時之轉速扭力功率油耗對照表 87
表 5. 3 引擎各轉速下對應各扭力之油耗表 88
表 5. 4 各配置之功能與所需加裝之裝置數目表 93
表 5. 5 編號A之配置方法 93
表 5. 6 範例一詳細配置表 94
表 5. 7 各裝置之齒輪比對照表 95
表 5. 8 各裝置之轉速及扭力符號表 95
表 5. 9 範例一之參考齒輪比 100
表 5. 10 範例一之M/G2功率對加速性能對照表 104
表 5. 11 範例二之齒輪比正負關係整理 106
表 5. 12 範例二詳細配置表 111
表 5. 13 範例二之參考齒輪比 118
表 5. 14 模式二時以各種不同動力元件之轉速所能達到之最高車速整理表 120

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