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研究生:邱永聰
研究生(外文):Yung-Tsung Chiu
論文名稱:防滑煞車系統於機車轉向煞車之研究
論文名稱(外文):Anti-Skid Braking System for Motorcycle''s Turning
指導教授:胡奉麟
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:側向力防滑煞車控制系統滑動角
外文關鍵詞:anti-skid braking controlslip anglecornering force
相關次數:
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本研究之目的在於了解,防滑煞車控制系統(簡稱ABS)於機車轉向煞車過程中,其輪胎側向力之變化。首先建立機車線性動態方程式、車輪動態方程式、油壓煞車系統動態及煞車力矩動態方程式,並以模糊邏輯控制理論,設計適當的模糊控制器。模擬過程中使用Matlab軟體中的Simulink工具建構上述動態數學模式,並利用模糊控制器控制機車滑差於0.2以得到最佳的煞車效果與較佳的輪胎側向力值使機車維持良好操縱性。由動力學推導之機車側向力方程式與輪胎滑動角(slip angle)方程式,可分別求得機車側向力需求值與輪胎側向力供給值,比較輪胎側向力供給值與機車側向力需求值大小來判斷機車轉向煞車過程是否發生滑倒。
The purpose of this research is to establish a useful model of tire''s cornering force of the motorcycle for the design of anti-skid braking control. The model takes into account the dynamics of the motorcycle, the dynamics of the wheel, the dynamics of the hydraulic control system, and the dynamics of the brake mechanism. A fuzzy controller, to control the slip ratio at a desired value 0.2 and to maintain maneuvering capability, is designed to inspect the validation of the model via simulation. Motorcycle''s cornering force value delivered from dynamic is comparative with tire''s cornering force value delivered from tire''s slip angle. It can decide that anti-skid braking system for motorcycle''s turning is good or not.
致 謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目 錄 iv
圖 目 錄 viii
表 目 錄 x
符號說明 xi
第一章緒論 1
1-1研究動機 1
1-2文獻回顧 1
1-3論文架構 3
第二章 機車動態模型之建立 4
2-1定義 4
2-2機車動態模型基本假設 5
2-3座標系統與座標轉換 5
2-4動力方程式原理 5
2-5運動方程式推導 6
2-5-1前叉座標原點的速度向量推導 6
2-5-2前叉質量中心的速度向量推導 8
2-5-3前輪地面接觸點的側向速度推導 9
2-5-4前叉角速度推導 10
2-6動力方程式推導 11
2-6-1後叉質量中心的平移動力方程式推導 11
2-6-2前叉質量中心的平移動力方程式推導 12
2-6-3全系統質量中心的平移動力方程式推導 12
2-6-4後叉質量中心的旋轉動力方程式推導 13
2-6-5前叉質量中心的旋轉動力方程式推導 14
2-6-6全系統質量中心的旋轉動力方程式推導 15
2-6-7前叉套管中心線的旋轉動力方程式推導 17
2-7外在力及外在力矩 18
2-7-1側向力 18
2-7-2擺動力矩 19
2-7-3旋轉力矩 20
2-7-4前叉套管中心線之旋轉力矩 20
2-8 動力方程式總結 21
2-8-1側向動力方程式 21
2-8-2擺動動力方程式 22
2-8-3旋轉動力方程式 22
2-8-4前叉套管旋轉動力方程式 23
2-9 機車線性動態模型 24
第三章研究方法及步驟 26
3-1輪胎特性 27
3-1-1輪胎與地面接觸產生的力與力矩 27
3-1-2輪胎滾動時的阻力 28
3-1-3輪胎煞車與縱向滑差的關係 28
3-1-4輪胎側邊性質 29
3-2機車動態數學模式 32
3-3車輪動態數學模式 32
3-4煞車系統油壓動態數學模式 33
3-5煞車力矩動態數學模式 33
3-6防鎖死煞車系統整體的動態數學模式 34
第四章模糊控制器設計 35
4-1模糊理論簡介 35
4-2模糊控制器的設計 36
第五章機車動態模擬與分析 42
5-1機車參數 42
5-2模擬與分析 44
5-2-1無防滑煞車系統之模擬分析 44
5-2-2防滑煞車系統之模擬分析 45
5-3 模擬與估測 49
5-3-1 機車速度之影響 49
5-3-2 旋轉角速率之影響 50
5-3-3 前叉操縱角之影響 51
第六章結論 53
參考文獻 54
附錄一:機車防滑煞車系統模擬圖 56
附錄二:Matlab主程式 61
附錄三:單位換算表 64
圖目錄
圖2.1機車座標系統 4
圖2.2機車幾何系統 7
圖3.1輪胎座標系統 27
圖3.2輪胎滑差與磨擦係數之關係圖 28
圖3.3輪胎滑差與縱向力及側向力之關係圖 30
圖3.4輪胎滑差與之關係圖 31
圖3.5車輪自由體圖 32
圖3.6煞車油壓系統示意圖 33
圖4.1模糊邏輯控制器基本架構 35
圖4.2輸入 e 歸屬函數 37
圖4.3輸入 de/dt 歸屬函數 38
圖4.4輸出 cd 歸屬函數 38
圖4.5模糊控制規則之編輯 40
圖4.6解模糊化之輸出變數為明確值 40
圖4.7輸入、輸出對應立體圖 41
圖5.1機車防滑煞車系統模擬圖 42
圖5.2無防滑煞車模擬結果圖 44
圖5.3 模擬結果圖 46
圖5.4 模擬結果圖 47
圖5.5 煞車距離比較圖 48
圖5.6 煞車距離曲線模擬圖 48
圖5.7 機車速度Uo = 81 km/hr之側向力比較圖 49
圖5.8 機車速度Uo = 50 km/hr之側向力比較圖 50
圖5.9 旋轉角速率改變之側向力比較圖 51
圖5.10 前叉操縱角改變之側向力比較圖 51
附錄一圖1 煞車系統動態模擬主程式 56
附錄一圖2 機車速度副程式 56
附錄一圖3 輪胎作用力副程式 57
附錄一圖4 滑差率副程式 57
附錄一圖5 輪胎角速度副程式 58
附錄一圖6 煞車力矩副程式 58
附錄一圖7 油壓壓力副程式 59
附錄一圖8 Fuzzy controller副程式 59
附錄一圖9 前輪作用力副程式 60
附錄一圖10 後輪作用力副程式 60
表目錄
表4.1模糊控制規則查詢表 39
表5.1慣性及尺寸參數 43
表5.2輪胎&雜項參數 43
表5.3煞車系統參數 43
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[2] 洪士超, 防鎖死煞車系統之模糊控制, 大葉大學機械研究所碩士論文, 1996.
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