工業基礎專欄｜電動巴士傳動模組設計分析與測試

前言
隨著近年來世界各國環保意識抬頭，節能減碳是大眾所聚焦的議題，根據行政院公近期公佈的2030年客運巴士全面電動化計畫，交通工具電動化成為了勢在必行的趨勢，客運巴士在大眾運輸工具中扮演著重要的地位，然而將車輛內燃機引擎轉換為電驅動馬達，其傳動模組也必須因應調整，以維持車輛性能。
電動巴士傳動模組設計分析與測試
電動巴士相較於使用內燃機引擎作為動力源的傳統巴士內部系統結構複雜度降低不少，以往受限於引擎的工作特性，都必須搭載離合器或扭力轉換器配合多段數傳動箱才能應付大部分的行駛路段，而相較於電驅動馬達擁有比引擎更廣的操作範圍，因此傳動系統也可以得到相對應的簡化，但是對於山區等路段，要單使用馬達來驅動巴士是較困難的，考量到坡度的關係，巴士所需的輪端驅動力會急遽上升，若單以放大馬達規格來配合，則會受到車輛空間與電池系統的限制，因此設計適合的傳動箱來輔助電驅化巴士是必須的選項。
傳動模組設計分析：
本研究依據馬祖地區公車路段設計一款適合220 KW馬達之單速傳動箱，車輛傳動系統設計最重要目標為控制系統工作壽命與產品的使用壽命一致，過於強壯的元件會造成成本的浪費而過於瘦弱的元件則會造成系統過早失效，因此對於傳動箱使用工況的建立十分的重要，圖1(a)為馬祖公車路段的累積工況，經由對路段的直接實測並根據目標車輛的車體參數轉換即可得到傳動箱於不同轉速、扭力下的工作里程。在目標車輛空間的限制下，傳動箱採用同軸類行星二階齒輪式的構型，齒輪的設計採用KISSsoft齒輪設計軟體進行參數的抓取，藉由調整齒數(teeth)、模數(module)、壓力角(pressure angle)、移位係數(shift profile coeff.)等變數，在減速比與使用工況固定的前提下，找尋出一組最佳齒輪對參數，能同時兼顧效率(efficiency)、接觸率(contact ratio)、滑移率(specific sliding)等齒輪嚙合表現。根據選定齒輪對參數進行傳動箱殼體的接續設計，由於巴士馬達採用縱向配置，殼體以禮帽狀的外型包覆傳動齒輪對，並同時考量潤滑油孔的配置，馬祖路段多屬於山坡路型，車輛的運行會經常處於傾斜的狀態，因此在齒輪自由油浴潑濺的設定下，於殼體端面、齒輪軸加上潤滑油孔，並加設潤滑油擋板於齒輪周圍，將潤滑油能導向油孔，增進潤滑效果。在上續的設計過程中需要以3D CAD軟體頻繁的進行空間檢視，避免設計元件出現干涉狀態，並同時檢查傳動箱的製造裝配可行性與外部系統連接的狀態。在整體傳動箱的配置大致確定後，需進行整體傳動箱的系統分析，對於傳動箱的齒