臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要探討三輪側傾載貨電動車 (輪胎擺置型態:前一後二)之設計。 一般不可側傾之三輪車之用途大致上可分為兩類，分別為行動不便者以及貨物運輸者所使用，但此類車因為重心太高、迴轉半徑太小，往往容易在過彎時因離心力產生的翻覆力矩而導致整車翻覆，與不可側傾之三輪載貨車輛相較之下，可側傾車可藉由前車身側傾的動作產生抵抗翻覆力矩的能力，意謂著整車可承受的臨界側向加速度提高，可允許整車高速過彎，且同時具備兩輪的靈活性以及三輪的穩定性。

為了使目標車滿足現階段及未來產業之所需，本研究以產業界角度從分析現有相關車種開始，透過客戶需求探討、競爭車種比較、技術動向以及法規動向，明確地訂定目標車之整車設計規格，形成整車之產品概念，最後以市場軸定位分析、目標車客群訂定以及目標車設計之亮點，規劃之市場價值與定位。

本研究中主要分為三大研究項目，分別為整車設計與配置、整車動態模擬以及整車結構受力分析，最後完成整車開發及實車測試。在整車設計與配置中，考量人因之整車配置、共用性車架設計、轉向系統配置、耦合機構設計、動力系統設計與配置以及整車電系規格評估及選用。在動態分析項目中，利用整車動力學理論基礎與數值分析軟體結合，建立整車動態方程式，目標為以電腦模擬的方式，預測測試結果，並產出設計變更的建議。分析項目包括: 耦合器安裝位置對整車運動之影響、整車過彎翻覆特性以及整車臨界性能曲線。另外在整車結構強度分析中，利用有限元素分析軟體，預測本車結構強度是否滿足安全需求，最後在整車開發及測試階段，提出一套開發流程及測試項目完成整車產出及性能展現。

模擬結果所示，當本研究車以前車身最大側傾角度35ﾟ全負載過彎時，可承受之臨界側向加速度為0.82G，相較於不可側傾時承受之臨界側向加速度0.51G而言，有效地提升整車過彎性能。在動力系統部分，一般傳統機車採用CVT型式之動力傳遞，使得動力能夠平穩的傳遞，但其缺點為變速比範圍太小(0.7~2.8)、傳動效率低等，若將其套用於本研究電動車上，將導致整車續航力的不足，因此本研究設計兩套動力傳遞型式之模組，分別為單速動力系統以及兩段圓錐離合行星齒輪式變速箱兩大動力模組，其中設計兩段變速箱之目的為利用小功率馬達(2kW)透過檔位變化達到大功率馬達(4kW)之扭力輸出，並且有效減低整車高負載起步時瞬間所消耗之電流。另外為了減低車架設計之成本以及滿足不同客群所需，在車架設計中必須考量後車架之共用性，使其兩種動力系統皆可獨立配置於本研究目標車上。在動力性能上，模擬結果顯示所設計的兩種型式皆可滿足本車全負載情況下(350kg)，爬坡度16ﾟ、極速50 km/h以及加速性能0.83m/s2之動力性能需求。

The target of this thesis is to develop a tiltable three-wheeled electric cargo motorcycle. Because three-wheeled motocycles are generally narrow and with high gravity center height, it is with high possibility to rollover when cornering with high lateral accelerations. To remedy this problem, a titltable cabin mechanism is required to allow the motorcycle cornering with more high speed.

In order to make the target vehicle meet requirements of market, this thesis firstly conducted a series of benchmarking works, including the trend of customer requirements, competitive vehicle analysis, trends of technology and regulations. Then market positioning and target customers were analyzed to creat a concept design. After that, the works of this thesis can be divided into three parts: vehicle dynamics simulations, body structure and system configuration designs, powertrain design, and finally protyping. In the vehicle dynamics analyses, the effects of tilting motion on vehicle dynamics, effects of coupler mechanism configuration on cornering performance were analyzed. In the body structure and system configuration designs, the steering system, tilting coupler mechanism between the front and rear frames, and power systems were designed.

From the simulation results, the target vehicle can allow 0.82G for the maximum lateral acceleration during the cornering with 35ﾟtilting angle of the cabin. Compared with the untiltable vehicle (with a limit lateral acceleration of 0.51G), tiltable vehicles could effectively improve vehicle cornering performance.

In the power system design, two types of powertrain were designed, namely, a single-gear powertrain and a powertrain with two-gear auomatic transmission. Simulation results have proven that all those two types of the power system could meet target vehicle’s power requirements such as longitudinal acceleration larger than 0.83m/s2, top speed more than 50km/hr, and the gradeability better than 16 degree under a full load of 350kg (GVW).

摘要 II
Abstract IV
謝誌 VI
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 形成目標車產品的概念 3
1.2.2 市場定位的比較 18
1.3 研究目標 21
第二章 可傾式三輪載貨電動機車設計 22
2.1 整車設計開發流程 24
2.2 整車設計概念簡述 25
2.3 動力系統選用及評估 32
2.3.1 動力系統模型建置 33
2.3.2 馬達選用及評估 37
第三章 耦合器系統之關鍵設計 43
3.1 耦合器系統細部設計概念 43
3.2 耦合器外型設計 46
3.3 鎖定機構設計概念 51
3.4 回正機構設計 53
3.5 傾角限制機構設計 63
3.6 阻尼機構 70
第四章 動力系統之關鍵設計 75
4.1 單速動力系統 75
4.1.1 Case1齒輪直接傳遞動力系統配置 75
4.1.2 Case2鏈條傳遞動力系統配置 77
4.2 圓錐離合行星齒輪式自動變速箱 80
4.2.1 變速箱整體設計概念 80
4.2.2 動力性能評估 83
4.2.3 減速機構設計 83
4.2.4 圓錐離合器設計 85
4.2.5 圓錐離合器之ConeAngle設計 87
4.2.6 換檔機構設計概念 90
4.2.7 動力傳遞系統模組設計 94
第五章 整車動態模擬及部件受力分析 98
5.1 耦合器安裝位置對整車運動影響 99
5.1.1 側傾軸(Tilt Axis)距地高對側傾角度(Tilt Angle)之影響 99
5.1.2 側傾角度(Tilt Angle)對Rear steer之影響 101
5.1.3 Rear steer現象對整車迴轉半徑之影響 103
5.2 整車過彎翻覆特性 107
5.2.1 整車翻覆曲線(剛體) 108
5.2.2 整車翻覆曲線(考慮懸吊剛性) 111
5.2.3 整車翻覆曲線(考慮前車身側傾) 115
5.3 整車臨界性能曲線 118
5.3.1 整車臨界性能曲線(上坡) 119
5.3.2 整車臨界性能曲線(下坡) 121
5.4 整車部件受力分析 123
5.4.1 前車架系統受力分析 125
5.4.2 後車架系統受力分析 130
5.4.3 耦合器系統受力分析 134
5.4.4 耦合器主軸軸徑設計評估 141
5.4.5 整車靜態全負載受力分析 144
5.4.6 整車靜態全負載煞車受力分析 147
第六章 結論與建議 149
參考文獻 153
作者簡介 156

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