傳動系統離合器模組設計

前言
台灣車輛產業在傳動系統零組件的供應以齒輪、傳動軸為普遍，技術也較為成熟。然而，在變速次系統零組件卻缺乏自主設計能力，相關元件如同步器、離合器與其驅動液壓系統等，該技術在國內仍不成熟。因此，透過工業基礎技術研究計畫，為彌補傳動系統於該產業鏈技術缺口，特別在變速次系統投入研究開發，將來可望結合國內製造商與系統廠，將技術深耕國內車輛產業。
多片濕式離合器(Multi-plate Clutch)廣為應用於多檔位車用變速箱，在國際上已是相當成熟的技術，不乏見於傳統燃油車的自動變速箱(Automatic Transmission)。然而近年來，不少文獻探討多速傳動系統應用於電動車的影響，特別是對於車輛續航力及降低馬達規格有顯著的效益[1-3]。因此，離合器的使用也將跨入電動車傳動系統。國內積極推動電動車產業技術發展，對此關鍵零組件的自主設計與製造能力顯然不可或缺。
工基計畫於本期程規畫投入完整的離合器模組技術開發，106年的執行成果已完整建立離合器零組件之分析設計流程。如圖1，此流程主要分三階段，首先需就整車性能分析，取得符合性能要求的傳遞扭力及車輛極速，以確認離合器之動力規格。其次，就有限的設計空間，定義離合器模組之幾何構型與零件的連接關係，搭配相關理論公式計算，取得關鍵尺寸參數，如離合器片之內外徑、厚度與片數、復位彈簧係數及驅動液壓值等。該參數間的關聯與計算已透過本計畫建立一套試算工具，提高概念設計階段之效率。最後為零組件細部設計，此階段利用電腦輔助設計(Computer-Aided Design, CAD)軟體建模、電腦輔助工程(Computer-Aided Engineering, CAE)強度分析及壽命耐久分析，反覆進行細部參數的調變及驗證，以滿足最初的設計目標。

圖1  離合器模組分析設計流程
依循離合器分析設計流程方法，本計畫已於106年底產出符合百瓩級規格之離合器模組。自概念設計、細部設計、強度與耐久分析，最後完成雛型製造與組裝，如圖2(a)所示。離合器模組規格如表1。圖2(b)為離合器模組零件拆解示圖，由右至左分別為離合器外轂(Drum)、上-平衡活塞(Balance Piston)、下-作動活塞(Apply Piston)、內轂(Hub)、摩擦片與金屬片(Friction Plate/Steel Plate)、外蓋(Cover)。