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研究生:陳柏彣
研究生(外文):Po-Wen Chen
論文名稱:電動車動力系統傳動箱體結構之優化設計
論文名稱(外文):Design Optimization of a Gearbox Structure for an Electric Vehicle Drive System
指導教授:鄭榮和
口試委員:劉霆呂百修
口試日期:2016-07-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:電動車傳動箱體有限元素拓樸最佳化振動
外文關鍵詞:EV carGearboxFinite ElementTopology optimizationVibration
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本研究以華創車電/華擎機械開發之電動車動力系統為研究對象,針對其傳動箱體結構進行優化設計。電動車重要的問題之一在於續航力不足,輕量化是提升續航力的有效方法,但輕量化後容易使結構剛性降低而產生共振,導致傳動效率降低、元件壽命減少及乘客舒適性下降…等問題,因此輕量化導致的共振問題不容小覷。本論文針對電動車動力系統之傳動箱體結構進行優化設計,使用有限元素軟體Abaqus建立動力系統模型,並透過模態敲擊試驗驗證模型的準確性。藉由文獻回顧探討結構輕量化設計與可能發生的共振問題,建立一套完整之設計流程。本流程整合結構設計之拓樸(Topology)最佳化方法,使結構同時滿足強度、剛性及振頻的目標需求,以改善結構因輕量化引起的振動問題。

Weight reduction of gearbox is an effective approach for electrical vehicles to extend their driving range. Nevertheless, lightening will result in reduction of the stiffness of structure, which makes resonance excited that drops off the efficiency of driveline, life time of parts, and passengers comfort. Therefore, this thesis brings up a brand new method, which optimize the structure of gearbox in electric vehicles. By using Abaqus(FEA software) to build the EV car driveline model. The accuracy of the driveline model is verified by the experimental modal analysis. This design strategy also includes the Topology optimization, and it can achieve the design goals in strength, stiffness, and natural frequency simultaneously so that we can avoid resonance to improve the driveline efficiency.

致謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 5
1.3 研究流程與方法 6
1.4 使用軟體簡介 9
1.4.1 電腦輔助繪圖軟體CATIA 9
1.4.2 有限元素前處理軟體HyperMesh 10
1.4.3 有限元素分析軟體Abaqus 10
1.4.4 工程計算軟體MITCalc 11
1.4.5 最佳化設計工具OptiStruct 12
1.4.6 多功能後處理工具HyperView 13
1.4.7 車輛動力學模擬分析平台AVL CRUISE 13
1.5 論文架構 14
第二章 文獻回顧與盤點現況 15
2.1 文獻回顧 15
2.2 電動車動力系統簡介 16
2.3 盤點電動車動力系統發展概況 21
2.4 各廠動力系統特色整理 29
2.5 各廠動力系統性能評分 31
2.6 小結 37
第三章 電動車動力系統規格展開方法 38
3.1 基本車輛動力學 38
3.2 電動車性能指標計算 42
3.3 評估電動車單速、雙速對於能耗之影響 46
3.3.1 車輛模型架構介紹 47
3.3.2 常用行車模擬型態介紹 49
3.3.3 比較電動車單速、雙速對於能耗之影響 52
3.3.4 模擬能耗改善方案 55
3.4 小節 56
第四章 傳動箱模型建立與驗證 57
4.1 電動車用傳動箱體設計考量 58
4.2 傳動箱體幾何模型建立與網格劃分 58
4.3 傳動箱體模態分析 61
4.4 傳動箱體模態敲擊試驗 63
4.4.1 振動量測的基本概念[55] 64
4.4.2 模態敲擊試驗原理與儀器介紹 66
4.4.3 模態敲擊試驗方法與流程 71
4.4.4 實驗與模擬結果比較 75
4.5 齒輪嚙合分析 76
4.5.1 齒輪嚙合靜態受力分析 76
4.5.2 齒輪嚙合動態分析 78
4.6 小結 83
第五章 傳動箱體結構優化設計 85
5.1 最佳化設計理論 85
5.1.1 OptiStruct最佳化功能概述 85
5.1.2 最佳化數學模型 87
5.1.3 OptiStruct迭代原理 88
5.1.4 OptiStruct軟體結構最佳化設計流程 89
5.1.5 OptiStruct拓樸最佳化設計原理 90
5.2 傳動箱體優化設計流程 91
5.3 傳動箱體結構敏感度分析 93
5.4 使用拓樸最佳化方法設計傳動箱體肋結構 97
5.5 傳動箱體法蘭面設計 102
5.5.1 傳動箱體法蘭面設計流程與方法 103
5.5.2 優化版傳動箱體模態分析 108
5.5.3 優化版傳動箱體穩態動態分析 109
5.6 小結 113
第六章 研究總結與未來方向 114
6.1 研究總結 114
6.2 未來研究方向 115
參考文獻 116


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http://auto.ltn.com.tw/attr/news/308/472
[9]LUXGEN S3 EV⁺,
http://c.8891.com.tw/photoArt-article.html?id=3039
[10]電腦輔助繪圖軟體CATIA,
http://www.simutech.com.tw/product-simulia-side-nav01.php?cid=13
[11]有限元素前處理軟體HyperMesh,
http://www.simutech.com.tw/product-simulia-side-nav02.php?cid=5&kid=8
[12]有限元素分析軟體 Abaqus,
http://www.simutech.com.tw/product-simulia-side-nav02.php?cid=1&kid=25
[13]工程計算軟體MIT Calc,
http://www.mitcalc.com/
[14]最佳化設計工具OptiStruct,
http://www.richintech.com/products.php?t=1&t2=8&t3=26
[15]多功能後處理工具 HyperView,
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[52]Wikipedia: 行車型態FTP-75,
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[58]Wikipedia:Nyquist–Shannon sampling theorem
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[59]Visual Signal技術文章專欄:從連續到數位
http://www.ancad.com.tw/Training/class/paper/paper%20link/0610.pdf
[60]OptiStruct最佳化功能概述
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[63]Wikipedia:O形環
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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