崑山科大機械系使用PXI設計電子控制式無段變速機車之燃油消耗最佳減速比

Author(s):
鄒 忠全 - 崑山科技大學 機械所
鄭 智元 - 崑山科技大學 機械所
吳 向宸 - 崑山科技大學 機械所

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Automotive

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
在機車高使用率的情況下，因此開發低污染與低油耗的機車已成為重點之工作，同時，汽油價格一直飆升，處在高油價時代的我們要考慮如何降低油耗。

The Solution:
在控制器上為了方便控制器撰寫同時資料擷取，我們選擇PXI系統，以Real Time為基礎，並以LabVIEW圖控軟體撰寫具PID補償適應性模式追蹤系統控制程式，進行自動駕駛實驗，作為電子節氣門與制動器之控制器，同時擷取訊號測量。

本文榮獲2007第六屆虛擬儀控應用徵文比賽學術組佳作

◎     量測/測試所面臨之問題：

針對目前台灣速克達機車，我們提出以下問題；

1.        台灣地區由於都市人口稠密、交通擁擠的緣故，機車的使用相當普及，台灣已是世界上機車高密度使用國家之一。在機車高使用率的情況下，因此開發低污染與低油耗的機車已成為重點之工作。

2.        目前汽油價格一直飆升，處在高油價時代的我們要考慮如何降低油耗。

3.        台灣目前速克達機車變速機構為機械式，無法完全發揮主動控制的優點，讓引擎與變速器隨時保持在最佳的匹配狀態。

◎     應用方案

為了解決高燃料價格的問題，本研究設計一套機車用電子控制式無段變速器，此系統利用馬達與動力螺桿，將旋轉運動改變為直線運動，以推動主動滑輪達到改變減速比。在控制器上為了方便控制器撰寫同時資料擷取，我們選擇了National Instruments公司的PXI工業級電腦，以Real Time為基礎，並以LabVIEW圖控軟體撰寫具PID補償適應性模式追蹤系統控制程式，進行自動駕駛實驗，作為電子節氣門與制動器之控制器，同時擷取訊號測量。

◎     摘要

傳統皮帶式無段變速器(Continuously Variable Transmission, CVT)，換檔行程由於機械特性的限制，無法完全發揮主動控制的優點，讓引擎與變速器隨時保持在最佳的匹配狀態，同時顧及加速性能與燃油消耗，所以本文主要研究機車用電子控制式無段變速系統(Electronically Controlled Continuously Variable Transmission, ECVT)最佳換檔規劃，利用馬達與動力螺桿，將旋轉運動改變為直線運動，以推動主動滑輪達到改變減速比；分析傳統CVT減速比換檔曲線與最佳化曲線之加速性能及燃油消耗比較，使引擎能夠保持較高性能輸出或較低油耗區間運轉。

燃油消耗是以自動駕駛系統根據中華民國CNS3105測試法規所量測而得；利用最佳化理論求得最佳燃油消耗換檔曲線，並以實驗方式驗證最佳化理論正確性。

結論

1.建立機車動力傳動系統之動態數學模式，並撰寫動力傳動系統模擬程式。

2.設計機車自動駕駛系統之具PID補償適應性模式追蹤控制器，車速可以符合CNS3105行車型態法規。

3.設計燃油消耗最佳化減速比設計，並分析模擬結果。

4.機車底盤動力計上實驗驗證燃油消耗模擬程式的正確性，模擬程式油耗為34.8公里/公升，實驗油耗為34.78公里/公升，驗證模擬程式正確性。

5.實驗驗證原始CVT減速比與燃油消耗最佳化減速比，原始CVT減速比油耗為34.78公里/公升，最佳化減速比為43.05公里/公升，驗證模擬程式正確性。

6.成功應用PXI進行Real Time控制與測量，實驗完成自動駕駛控制，車速符合CNS3105法規。

 

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鄒 忠全
崑山科技大學 機械所
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