臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文中，在捷運高運量第一節車廂內進行動態行車測試，其動態測試系統架構係由筆記型電腦、電源供應器、電源轉換器、NI-DAQ 6221 USB介面裝置、汽車用電池、以及「慣性量測系統」慣性感測器裝置所組成，主要是以MRV行車速度對「六自由度動態量測系統」傳動行為作為測試研究。依「加速儀」三軸向之加速度，量測「縱向、橫向、上下軸向」動態行為變化；「角速率陀螺儀」三軸向之角速率，量測「滾轉、俯仰、偏轉」動態行為變化，其中以MRV前進 及轉彎 動態變化做為本論文研究方向。實驗所收集的數據從昆陽站往亞東醫院站進行實地測試，擷取的資料內容繁多，採用三站兩區間為主，以善導寺站往台北車站、台北車站往西門站做為研究的地點，利用自行開發的LabVIEW資料擷取程式，量測所要的加速度及角速率數據資料，把量測到的信號經由Matlab Simulink模擬分析積分運算後獲得速度及角度等行為變量，得到驗證，最後整合軌道現地資料作為相互比較，實驗結果很理想。
從此研究計畫中，學習如何進行實務面的軟硬體工作，由架構設計、系統規劃、感測器評估、硬體選擇、軟體撰寫、自動化測試、資料擷取、實測量取、資料分析與實際現象比對，學習一套完整的執行程序，從構想、計畫、執行及成果逐一實現。

In this thesis, a dynamic moving test is operated in the first car during a normal transportation operation period. The dynamic testing system is mainly composed of a notebook, a power supply device, a power converter, NI-DAQ 6221, a USB interface, a vehicle battery and an inertial sensor, namely an "inertial measurement system". The research effort is focused on transmission behaviors caused by MRV driving motion onto a 6 Degree-of-Freedom dynamic measurement system. Based on the 3-axial acceleration of an accelerometer, the dynamic behavior changes on vertical, horizontal and up-n-down directions are measured. The 3-axial angular rate of a gyroscope is also used to measure the dynamic behavior changes on rolling, pitching and yawing angular rate wherein MRV advancing and turning dynamic changes is exactly the major researching effort for this thesis. Data collected from experiments are measured from an on-site distance from Kunyang Station to Far Eastern Hospital Station. There have been numerous data captured from two sections among 3 stops for experiment sites, namely Shandao Temple Station, Taipei Main Station and Ximen Station. Required data of acceleration and angular rate are measured by package software named LabVIEW. Dynamic signals are analyzed by using simulation analysis and integral computation through Matlab and Simulink Tool to match the behavioral variables of speeds and angles. After verification, a mutually integrated comparison for both experiment data and actual on-site data is operated. The experimental result is very ideal.

誌謝
中文摘要……………………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………………………III
表目錄………………………………………………………………………………VI
圖目錄 ……………………………………………………………………………VII
第一章 緒論 ………………………………………………………………………1
第一節 前言 …………………………………………………………………1
第二節 研究方法與動機 ……………………………………………………3
第三節 論文架構 ……………………………………………………………4
壹、傳動系統動態行為量測說明 ………………………………………4
貳、動態量測系統架構 …………………………………………………6
參、實際測試數據及分析 ………………………………………………7
第二章 傳動系統動態行為量測說明 ……………………………………………10
第一節 慣性量測系統介紹 …………………………………………………12
壹、陀螺儀的工作原理 …………………………………………………12
貳、加速儀的工作原理 …………………………………………………21
第二節 實驗施行設計…………………………………………………………26
壹、六自由度動態量測系統 ……………………………………………26
貳、動態量測工作項目與事前準備工作 ………………………………30
參、「慣性量測裝置」平面度、精準度與MRV行車軸向配置…………31
第三章 動態量測系統架構…………………………………………………………33
第一節 實驗架構設計…………………………………………………………36
第二節 動態量測系統內部組件架構…………………………………………37
壹、電源轉換器架構………………………………………………………37
貳、NI-DAQ 6221 USB介面裝置架構 …………………………………40
參、汽車用電池架構 ……………………………………………………41
肆、直流電源供應器架構 ………………………………………………42
第四章 實際測試數據及分析………………………………………………………44
第一節 利用自行開發LabVIEW 擷取資料自動化測試 ………………… 45
第二節 車廂三軸向加速度傳動行為動態測試說明 ………………………52
壹、MRV行駛之X軸向「縱向」(Vertical) Ax加速度(Acceleration)
動態行為變化 ………………………………………………………52
貳、MRV行駛之Y軸向「橫向」(Horizontal)Ay加速度(Acceleration)
動態行為變化 ………………………………………………………55
參、MRV行駛之Z軸向「上下軸向」(Up-n-Down Directions)
Az加速度(Acceleration)動態行為變化 ………………………58
第三節 車廂三軸向角速率傳動行為動態測試說明 ……………………………61
壹、MRV行駛之X軸向「滾轉角軸向」ωx （Rolling Angular
Rate）角速率動態行為變化………………………………………61
貳、MRV行駛之Y軸向「俯仰角軸向」ωy（Pitching Angular
Rate）角速率動態行為變化………………………………………64
參、MRV行駛之Z軸向「偏轉角軸向」ωz（Yawing Angular
Rate）角速率動態行為變化………………………………………66
第四節 加速度及角速率分析與速度及角度驗證…………………………69
第五章 結論與未來展望 …………………………………………………………81
參考文獻 ……………………………………………………………………………83
附錄一 昆陽站→亞東醫院站每站間所擷取數據資料的時間……………………84
附錄二 12V-110V 700W電源轉換器規格…………………………………………85
附錄三 NI-DAQ 6221 USB介面裝置參數規格……………………………………87
附錄四 12V 45AH Panasonic46B24R(S) 汽車用電池規格……………………90

[1] Motoyama, S. “Effect of Traction Force Distribution Control on Vehicles Dynamics”, nt. Sym. On Advanced Vehicle control, 1992, Japan.
[2] Zjiyun Shen, “The Dynamics of Vehicles on Roads and on Tracks”, 1994.
[3] Nakamoto, M. “Effect of Four-wheel Steering system on Vehicle Yaw Motion” Imech EC439/1988.
[4] J. Bernstein, Craig, “A Micro-machined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope”, Draper Lab., IEEE Micro Electro Mechanical System, 1997, Japan.
[5] Naito, G. “Improving Vehicle Dynamics by Torque Split Control System” AVEC’2004, Sept.
[6] Rudolf Limpert “Brake Design and Safety”, Society of Automotive Engineers, Inc, 1992.
[7] 呂伯強、宋真坦“航空電子設備” 徐氏基金會出版。
[8] 「鈦思科技控制研討會」, 2005.07.22資策會,台北。
[9] http://www.sondar.com.tw 松大電子產品介紹。
[10] http://www.ni.com 產品服務> 資料擷取 (DAQ) 硬體介紹。
[11] http://panasonic-bat.com 台灣物流服務網站。