臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要使用Lagrange運動方程式的方法，以後輪的自由度加上前輪滾動、車體側傾、騎士側傾角以及前叉轉向角等九個自由度為廣義座標，並經由加入輪胎與地面滾動的拘束條件，推導出騎士-機車系統動態方程式。
本文主要推導騎士-機車系統之三維運動方程式，利用符號數學的計算軟體－MAPLE輔以計算，而後撰寫C-語言程式加以驗證，求解此聯立微分代數方程式。在電腦模擬方面，本文主要分為穩態彎行與切換軌跡之運動控制兩個部分。在穩態彎行方面，先求解機車運動時，不同車速、車體側傾角以及前叉轉向角的穩態平衡狀態值，可進一步驗證機車的穩態行為。而在切換軌跡之運動控制方面，模擬機車在彎行時變換車速、轉向角以及受到側向擾動時，車體三方向的力皆會急遽變化，此三種行為皆會使機車呈現不穩定之狀態，需要靠騎士之操縱行為回穩車身，並探討系統之受力情形。
本研究所推導之運動方程式，均以能量觀點與穩態解模擬驗證其有效性。本研究可應用於機車系統設計，藉由數學模式參數之改變，可藉以加強操控性能與改善騎乘安全。

This thesis is to develop the equations of motion of rider-motorcycle system by using the Lagrange’s equation with nine degrees of freedom. The six coordinates for the position and orientation of the real wheel, the rolling of rear wheel, the fork’s steering angle and the rider’s lean angle are used. The pure rolling constrains between ground and wheels are also considered in the dynamical equations of the rider-motorcycle system.
We use the symbolical mathematic software MAPLE to derive the three-dimensional rider-motorcycle dynamical model. The C programs are written to solve the differential-algebra equations. The simulation studies are divided into two parts. The first part is on the steady-state conditions. From the equations of motion, we solve the system equilibrium points to verify the steady behavior in computer simulation. The second part is the stabilizing control under different speed, steering angle and side disturbance. The forces of three directions are investigated during the motorcycle changing its direction of motion.
The equations of motion developed are verified by energy conservation and equilibrium points. By changing the parameters in the model, the dynamic behavior of the motorcycle is studied and the result can be used to improve the motorcycle design.

目錄
封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 vii
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
符號說明 xv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的及本文架構 4
第二章 機車運動數學模式推導 6
2.1 運動方程式推導 6
2.1.1 騎士-機車系統數學模型 6
2.1.2 轉換矩陣之定義 12
2.1.3 Lagrange方程式推導 15
2.1.4 矩陣型式的Lagrange方程式 23
2.2 輪胎受力模式 26
2.2.1 輪胎的拘束條件推導 28
2.2.2 後輪之拘束條件 29
2.2.3 前輪之拘束條件 30
2.2.4 拘束條件數值解方法的推導 31
第三章 機車運動模式之數值模擬 34
3.1 程式架構 35
3.2 數值模擬與驗證 37
3.3 穩態值計算 39
第四章 結果與分析 45
4.1 穩態彎行 45
4.2 切換軌跡之運動控制與分析 49
4.2.1 彎行時車速切換 50
4.2.2 繞圓軌跡切換 54
4.2.3 穩態彎行受側向擾動 58
第五章 完整電腦動態模型建立 63
5.1 騎士-機車系統模型之建構 63
5.1.1 騎士-機車系統各零件之質量特性 64
5.1.2 組合騎士-機車系統電腦模型 65
5.2 系統運動條件之設定 66
5.2.1 設定限制條件 66
5.2.2 騎士-機車系統參數設定 67
5.2.3 輪胎與路面間的接觸碰撞力設定 69
5.3 電腦動態控制介面之建立 71
5.3.1 動態控制介面連結 71
5.3.2 電腦模型之數值模擬 74
第六章 結論 77
參考文獻 78
附錄A 騎士-機車系統之物理量 81
附錄B 騎士-機車系統運動方程式推導之Maple程式 83
B.1推導機車與騎士運動方程式 83
B.2矩陣型式之Lagrange運算 87

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