節能載具系統動態分析與控制策略

本實驗室具備節能載具動力系統動態模擬與實驗驗證之完整能力，可依不同載具型態與任務需求，以MATLAB/Simulink 為平台建立控制導向模型並進行性能、能耗與控制策略分析。研究對象涵蓋乘用車（油電混合車、燃料電池車、純電動車）、電動船與水下載具，以及節能車競賽用小型電動車等多元平台，能支援動力系統架構設計、功率匹配與能量管理策略評估。此外亦可進行實體測試平台建置與整合，過往實績如三動力平台（引擎/馬達/電池或燃料電池等複合系統）之搭建與驗證，以及機車動力基準測試、車輛動力計（Dynamometer）測試等量測作業，形成由模擬到實測的閉環開發流程。

輕型電動載具之系統動態模型，整合行車路徑、駕駛操作、馬達動力源、電池、傳動系統與車輛縱向動態。可依實際賽道或測試路線輸入行車型態，模擬速度變化、馬達效率分布、功率需求、電池 SOC 演化與累積能耗。評估不同駕駛策略與動力配置對續航距離與能源效率的影響，並與實際車輛測試結果相互驗證。此結果已應用於節能車競賽之車輛製作，作為系統設計與控制最佳化之參考依據。

本研究團隊開發混合動力船舶之系統動態建模與控制器開發驗證平台，整合船舶動態模型、電力推進系統、鋰電池與超級電容儲能模型，模擬船舶在實際航行環境下的能量流動與動態行為。在控制方面，透過船舶控制單元（Vessel Control Unit, VCU）整合駕駛需求、能源管理策略與推進控制邏輯，協調系統功率分配與動態響應。同時透過援硬體在迴路（HIL）進行驗證，將控制演算法與實體控制器進行即時測試，驗證其穩定性與可行性。

油電混合車輛系統動態模型，完整描述引擎、電動馬達/發電機、電池、傳動系統與能源管理系統之交互關係。模型支援多種運轉模式（如純電、混合驅動與發電模式），可依行車型態即時切換動力來源，並透過效率地圖與轉矩分配策略，使引擎與電機運作於高效率區域。效率與轉矩分布圖展示不同轉速與負載下的最佳操作點選擇，驗證能源管理策略在降低能耗與提升整體系統效率上的效果。此模型可作為油電混合車能量管理策略設計、性能分析與控制驗證的重要工具。

本實驗室團隊建置一套混合動力系統之實體驗證架構，整合引擎、輪轂馬達（Hub Motor）、氣動馬達（Air Motor）、多組離合器與磁煞車，形成可高度彈性配置的混合動力傳動系統。平台透過多軸扭矩、轉速、流量與電壓電流感測器，即時量測各動力源之輸入與輸出狀態，並由電腦端進行集中監控與資料擷取。在控制上以 MCU 為核心，實作轉速與功率分配控制策略，協調電能、燃油與氣動能之間的能量流向，驗證不同操作模式下的動態響應與效率表現。此平台可用於混合動力架構、能量管理策略與控制演算法之實驗驗證，提供由模擬走向實體測試的重要研究基礎，並支援後續車輛動力系統設計與最佳化應用。

本研究團隊開發一套高功率/高能量混合電能系統，整合高功率電源與高能量電池，透過雙輸入單輸出之 DC/DC 轉換架構，實現即時功率分流與能量調度。系統由 DSP 與車輛 BCU 協同控制，依負載需求、電池 SOC 與能量管理策略動態分配各電源輸出，使高功率來源負責瞬時負載，高能量來源支援長時間供能，以兼顧性能與續航。此架構已完成實驗平台建置，並規劃與實際車輛進行整合測試，驗證其在真實工況下的可行性與控制效能。

本案例應用等效消耗最小化策略（ECMS）於氫能混合機車之實際動力測試與能量管理分析成果，透過 ECE40行車型態，於機車動力計平台上實測，並將原廠控制策略與最佳化能量管理策略進行比較。在維持相近行車性能與最高車速的前提下，導入 ECMS 控制後可有效降低峰值功率需求與整體能耗，並提升行駛里程表現。ECMS 透過 SOC 與負載狀態動態調整引擎與電動馬達之動力分配比例，使混合動力系統長時間運作於高效率區間。