｜車輛電動動力系統規格的特色

摘要：本文說明車輛的產品輪廓如何影響動力系統的規格，以及動力系統於車輛上使用需要注意的特色與設計重點，並舉例說明。

Abstract: The powertrain system on vehicles should be developed in accordance with various vehicle requirements. This paper explains the key metrics of a powertrain system and makes note of its specifications by a vehicle product profile.

關鍵詞：行車型態、產品輪廓、動力系統

Keywords：Driving pattern, Product profile, Powertrain system

前言
由於近年來內燃機本體的效率已逐漸趨近物理極限，更高的節能技術遭遇成本高昂與污染排放的限制，國際上動力系統電動化，混合動力化及電動化已成為車輛主要發展趨勢[1]。馬達與電動機和內燃機相似，都是百年以上歷史的技術成熟工業產品，而且國內擁有國際級工業馬達廠商，已掌握馬達的設計與製造關鍵技術，有興趣進入高附加價值與高成長性的車用馬達市場[2]。

然而車輛上使用的環境與條件與一般工業馬達差異甚大，如何開發出滿足車輛的需求的電動動力系統，是國內車輛產業與電機產業共同挑戰。本文首先介紹車輛業的開發程序，說明如何由車輛的產品輪廓，制定出車用電動動力系統的規格。接著說明一些車用動力系統與傳統工業馬達不同的特色。最後本文再舉其中一些範例，進一步說明動力系統與車輛性能的緊密關係。

車輛產業相較其他產業，投資龐大，生命週期長，而且安全規範嚴謹，尤其目前全世界車輛界的產能過剩，競爭激烈，一個失敗產品的開發，會嚴重影響企業的利潤，甚至存續。因此車輛產業對產品開發的程序十分嚴謹，以GM車廠的開發流程為例，如圖1 [3]，全新車型的完整開發需經由四個階段的工程活動，整體時程大約需要三年以上，其中動力系統規格與性能，早在第一階段概念設計時期就必需確定，才能展開後續發展與驗證的規劃。因此正確的制定動力系統規格十分關鍵，越到產品後期才修正，牽涉到越大規模的經費與時間的浪費。

十幾年前，一般車廠仍有快速建立雛型，再透過測試發展逐一改善的觀念，但隨著車輛隨著污染與油耗標準提升，系統越來越複雜，傳統方法已無法應付新型車輛的開發。因此車輛界藉重累積的工程經驗，發展出一套系統工程技術，如圖2 [4]，其內容是將車輛的多樣複雜的產品需求，例如目標市場與性能、法規、製造、成本、品質等，轉換為透過一系列由整車至次系統，再至零組件的分級規格，制定驗證工程活動。此一方法由於對本身的規格，以及上下游與平行次系統或零組件間的介面定義十分明確，並且各級皆進行完整驗證，除能確保滿足需求外，對於舊組件的沿用、新組件的平行開發也有幫助，大幅減少了車輛開發的資源與風險。

然而，以上系統工程手段，需藉重產品開發經驗，累積充足的資料庫，才能將上級的性能需求，正確的轉換至下級的規格目標，以及了解下級的規格，如何影響上級的性能。這在傳統引擎車輛上，各大車廠累積了數十年，每年數百萬輛生產經驗，不是太大問題。但在電動車輛領域，即使是國際大廠開發的純電電動車，因尚未大量量產，大多亦處於累積經驗與建立工程規範的階段。