臺灣博碩士論文加值系統

本文提出一研究方法用於電動驅動輪之牽引力控制，在驅動輪滑差率未知的條件下，透過由直流馬達之牽引力、轉速以及電流所建立馬達特性資料庫，輔以增益排程控制法則（Gain-scheduled Approach）控制驅動輪之轉速命令，使行駛於不同道路條件下的驅動輪輸出適當或最大牽引力，並利用數值模擬當電動車之一驅動輪突然駛入濕滑的路面時控制其牽引力，驗證相關理論及控制策略，以增加車輛在行進間的操控性與穩定性。

This paper proposes an approach to evaluate and control the traction force of the vehicle wheels driven by DC motors directly without monitoring the slip ratio of the wheel. Utilizing the built character database of the DC motor, or so-called force-RPM-current database, a gain-scheduled approach is developed to provide the appropriate traction force while one traction wheel of the vehicle is traveling into different road surface. An illustrated simulation with a scenario close to real situation is also given to show the feasibility to evaluate and control the traction force through the database of the DC motor.

中文摘要 i
Abstract ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與問題定義 4
1-4 論文架構 4
第二章 電動車輛驅動輪牽引力相關理論與分析 5
2-1 電動車輛馬達介紹 6
2-2 永磁式直流馬達模型及其牽引力、轉速以及電流特性資料庫 8
2-3 驅動輪牽引力與滑差 9
第三章 增益排程控制法則之理論與分析 15
3-1 增益排程理論 15
3-2 增益排程控制法則之比例控制 16
第四章 控制系統設計 18
4-1 道路模式 18
4-2 目標直流馬達模式 19
4-3 控制法則與控制邏輯 22
4-4 增益排程控制法則 23
第五章 數值模擬與討論 31
5-1 低滑差率之線性區間，且初始驅動輪之牽引力小於道路2 之最大牽引力之模擬結果 33
5-2 低滑差率之線性區間，且初始驅動輪之牽引力大於道路2 之最大牽引力之模擬結果 41
5-3 高滑差率之線性區間，且初始驅動輪之牽引力小於道路2 之最大牽引力之模擬結果 47
5-4 高滑差率之線性區間，且初始驅動輪之牽引力大於道路2 之最大牽引力之模擬結果 55
5-5 驅動輪進入道路2 時，滑差率恰位於牽引力之極大值區間模擬結果 61
第六章 結論 67
參考文獻 68


圖目錄

圖2-1 電動馬達之分類 5
圖2-2 PWM訊號示意圖 6
圖2-3 配置2具PM直流馬達之縮小比例電動車 8
圖2-4 目標馬達之牽引力、轉速及電流資料數據圖 8
圖2-5 驅動輪受驅動扭矩之狀態 9
圖2-6 牽引力與滑差率之關係圖 10
圖2-7 滑差率與縱向牽引力及側向力之特性 12
圖3-1 增益值擇定標準 17
圖4-1 道路1及道路2模式之黏著係數與滑差率之關係 19
圖4-2 目標馬達模式 21
圖4-3 驅動輪牽引力控制系統方塊圖 22
圖4-4 增益排程法則之牽引力控制器流程圖 23
圖4-5 縱軸以牽引力表示之道路模式 24
圖4-6 相對於滑差率之牽引力變化率 24
圖4-7 牽引力變化率為正擇定點之時間響應圖(牽引力變化率分別為：116.2873、61.3318、25.5472、3.8779、0.85892、0.74418) 26
圖4-8 牽引力變化率為負擇定點之時間響應圖(牽引力變化率分別為：-0.74797、-0.77413、-1.7923、-7.8087、-12.8104) 27
圖4-9 相對於牽引力變化率之擇定點增益值 29
圖4-10 透過對數與指數轉換求得增益值與牽引力變化率的函數關係 29
圖4-11 透過對數轉換求得增益值於與牽引力變化率轉換後之曲線(左圖為正牽引力變化率，右圖為負牽引力變化率) 30
圖4-12 再透過指數轉換求得增益值於與牽引力變化率之曲線 (左圖為正牽引力變化率，右圖為負牽引力變化率) 30
圖4-13 經對數指數變換後之增益值於與牽引力變化率之曲線 30
圖5-1 模擬單一驅動輪進入濕滑路面示意圖 32
圖5-2 道路1及道路2之道路模式 32
圖5-3 使用增益排程控制法則之驅動輪牽引力與滑差關係圖 34
圖5-4 驅動輪牽引力的時間響應 36
圖5-5 驅動輪馬達轉速控制命令時間響應 36
圖5-6 驅動輪牽引力時間響應之局部放大圖(增益排程法則) 37
圖5-7 驅動輪牽引力時間響應之局部放大圖(固定增益值為0.0045) 37
圖5-8 驅動輪滑差時間響應圖 39
圖5-9 驅動輪馬達電流時間響應圖 39
圖5-10 驅動輪馬達轉速時間響應圖 40
圖5-11 使用增益排程控制法則之驅動輪牽引力與滑差關係圖 42
圖5-12 驅動輪牽引力的時間響應 43
圖5-13 驅動輪馬達轉速控制命令時間響應 44
圖5-14 驅動輪滑差時間響應圖 45
圖5-15 驅動輪馬達電流時間響應圖 46
圖5-16 驅動輪馬達轉速時間響應圖 46
圖5-17 使用增益排程控制法則之驅動輪牽引力與滑差關係圖 48
圖5-18 驅動輪牽引力的時間響應 50
圖5-19 驅動輪馬達轉速控制命令時間響應 50
圖5-20 驅動輪牽引力時間響應之局部放大圖(增益排程法則) 51
圖5-21 驅動輪牽引力時間響應圖(固定增益值為-0.0045) 51
圖5-22 驅動輪滑差時間響應圖 53
圖5-23 驅動輪馬達電流時間響應圖 53
圖5-24 驅動輪馬達轉速時間響應圖 54
圖5-25 使用增益排程控制法則之驅動輪牽引力與滑差關係圖 56
圖5-26 驅動輪牽引力的時間響應 57
圖5-27 驅動輪馬達轉速控制命令時間響應 58
圖5-28 驅動輪滑差時間響應圖 59
圖5-29 驅動輪馬達電流時間響應圖 60
圖5-30 驅動輪馬達轉速時間響應圖 60
圖5-31 使用增益排程控制法則之驅動輪牽引力與滑差關係圖 62
圖5-32 驅動輪牽引力的時間響應 62
圖5-33 驅動輪馬達轉速控制命令時間響應 64
圖5-34 驅動輪滑差時間響應圖 65
圖5-35 驅動輪馬達電流時間響應圖 65
圖5-36 驅動輪馬達轉速時間響應圖 66

表目錄
表2-1 各種不同道路表面之黏著係數平均值 12
表4-1 牽引力變化率為正之擇定點資料 26
表4-2 牽引力變化率為負之擇定點資料 27
表5-1 圖5-3所標示各點處之狀態 38
表5-2 圖5-11所標示各點處之狀態 44
表5-3 圖5-17標示各點處之狀態 52
表5-4 圖5-25所標示各點處之狀態 58
表5-5 圖5-31所標示各點處之狀態 64

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