臺灣博碩士論文加值系統

從車輛設計及道路安全的角度來看，對於人、車輛、道路及周遭環境四者
之間的相互關係，仍然有相當多的課題可供探討，然而實車試驗時的成本，危
險狀況及實驗結果的重現性都是必須考慮而且不易掌握。為了解決前述問題，
國外車廠或研究單位均以建立駕駛模擬器來取代大部分的實車試驗。本研究為
建立可套用於汽車駕駛模擬器之車輛模擬軟體，此軟體分成車輛動力傳輸、車
輛動態與操控運動感覺等三個次模組。
其中，動力傳輸模組為計算油門與檔位相對應之加速度，利用不同之油門
及檔位來分析引擎轉速與扭力之變化，再換算成車輛加速度。車輛動態模式則
包括車輛在懸吊系統、轉向系統及運動狀態下的操控數學模式，藉由輪胎側向
力、車輛慣性力所組合的車輛翻滾數學模式。另外，駕駛模擬器有運動空間之
限制，為了在有限空間內模擬出車輛運動感覺，故需建立操控運動感覺模組，
利用沖淡演算法架構出動作提示之觀念來補強實車駕駛時的運動感受。最後，
將車輛模擬程式與實車測試資料進行比對，以驗證其正確性及適用性。

目錄
誌謝................................................................................................................................ i
中文摘要......................................................................................................................iii
ABSTRACT ................................................................................................................. iv
目錄...............................................................................................................................v
表目錄........................................................................................................................viii
圖目錄.......................................................................................................................... ix
1. 緒論.......................................................................................................................... 1
2. 文獻回顧.................................................................................................................. 4
2.1 汽車駕駛模擬系統之介紹............................................................................. 4
2.2 動力傳輸模組之相關研究............................................................................. 8
2.3 車輛動態模組之相關研究............................................................................. 9
2.4 操控運動感覺之相關研究........................................................................... 11
3. 研究方法................................................................................................................ 13
3.1 動力傳輸模組的建立................................................................................... 13
3.1.1 轉速計算單元..................................................................................... 14
3.1.2 扭力計算單元..................................................................................... 15
3.1.3 傳動與推力單元................................................................................. 21
3.1.4 行駛阻力與加速度單元..................................................................... 22
3.1.4.1 滾動阻力................................................................................... 23
3.1.4.2 空氣阻力................................................................................... 24
3.1.4.3 爬坡阻力................................................................................... 25
3.1.4.4 加速阻力................................................................................... 26
vi
3.1.4.5 加速度....................................................................................... 27
3.1.4.6 煞車........................................................................................... 27
3.2 車輛動態模組的建立................................................................................... 28
3.2.1 操控模式............................................................................................. 30
3.2.1.1 懸吊系統................................................................................... 30
3.2.1.2 空氣動力模式........................................................................... 32
3.2.1.3 輪胎模式................................................................................... 33
3.2.1.4 摩擦滑動率簡化....................................................................... 35
3.2.2 傾覆模式............................................................................................. 36
3.2.3 自手排與前進後退檔....................................................................... 39
3.3 操控運動感覺模組的建立........................................................................... 40
3.3.1 動作提示分析模式............................................................................. 40
3.3.1.1 駕駛者受力分析....................................................................... 40
3.3.1.2 沖淡演算法............................................................................... 42
3.3.2 逆向運動學......................................................................................... 52
4. 結果與討論............................................................................................................ 54
4.1 動力傳輸模組-模擬驗證.............................................................................. 54
4.2 操控運動感覺模組模擬驗證........................................................................ 62
4.3 車輛動態模比較與討論................................................................................ 80
4.4 實車試驗與車輛模擬系統比對驗證........................................................... 88
4.4.1 車輛直線運動試驗結果..................................................................... 89
4.4.2 車輛轉彎運動試驗結果..................................................................... 92
vii
5. 結論與建議............................................................................................................ 99
參考文獻................................................................................................................... 102
附錄壹 空氣動力與空氣力矩方程式..................................................................... 106
附錄貳 空氣動力參數............................................................................................. 109
自傳........................................................................................................................... 110

[1] Bertollini, G. P., Johnston, C. M., Kuiper, J. W., Kukula, J. C., Kulczycka, M. A.
and Thomas W. E., “Driving Simulation at General Motors,” Automotive
Engineering, pp.14-19, September, 1994.
[2] Greenberg, J. A. and Park, T. J., “Driving Simulation at Ford,” Automotive
Engineering, pp.37-40, September, 1994.
[3] 黃景裕，“汽車動態模擬系統＂，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，
桃園，第1-5頁，2000。
[4] 王世豪，“以駕駛模擬器進行跟車反應時間之探討＂，碩士論文，國立中央
大學機械工程研究所，桃園，第8-13頁，2003。
[5] Terumitsu Hirata, “Development of Driving Simulation System：MOVIC-T4 and
Its Application to Traffic Safety Analysis in Underground Urban Expressway,”
Thesis of PHD Tokyo Institute Technology Department Civil Engineering,
pp.28-78, 2005.
[6] 張瑞鋒，“四行程汽油引擎模擬分析與人機介面”，碩士論文，大葉大學車輛
工程研究所，彰化，第8-24頁，2003年。
[7] 陳榮俊，“智慧型車輛動力系統之動態模擬與分析＂，碩士論文，大葉大學
車輛工程研究所，彰化，第12-35頁，2002年。
[8] 蔡協成，“四行程機車汽油引擎之動態性能模擬與分析＂，碩士論文，大葉
大學車輛工程研究所，彰化，第14-25頁，2002年。
[9] 王漢新，“400 c.c. 重型機車引擎動態虛擬分析＂，碩士論文，華梵大學機
電工程研究所，台北，第14-32頁，2003年。
103
[10] Russell, L. M., “Full Vehicle Dynamics Model of a Formula SAE Racecar Using
ADAMS/Car,” Thesis of Texas A&M University Mechanical Engineering Master
of Science, pp.4-25, 2005.
[11] Dennis, A., Zoran, F., Steve, G., Dan, G., Xinqun, G., Loucas, L. Geoff, R.,
Jeffrey, S. and Yongsheng, W., “Validation and Use of SIMULINK
Integrated,High Fidelity, Engine-In-Vehicle Simulation of the International Class
VI Truck,” SAE Paper, No.2000-01-0288, pp. 159-190, 2000.
[12] Filipi, Z. S. and Assanis, D. N. “A Nonlinear, Transient, Single-Cylinder Diesel
Engine Simulation for Predictions of Instantaneous Engine Speed and Torque,”
Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 123, pp.951-959, 2001.
[13] Baruah, P. C., “A Simulation Model for Transient Operation of Spark-Ignition
Engines,” SAE Paper, No.900682, pp.1505-1515, 1990.
[14] Ivan, A., Filippo, F., Cesare, P. and Gianfranco, R., “A Model for Vehicle
Dynamic Simulation with PID and Fuzzy Logic Drive Controllers,”
Department of Mechanical Engineering, University of Salerno, Italy 5th
International Symposium on Advanced Vehicle Control, Ann Arbor (USA),
pp.2-7, 22-24 August, 2000.
[15] 葉源森，“車用引擎動力系統之動態模擬＂，碩士論文，國立中興大學機械
工程研究所，台中，第14-25頁，2005年。
[16] Taborek, J. J., Mechanics of Vehicles, Penton Publishing Co, pp.120-145, USA,
1957.
[17] Gillespie, T. D., Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, Inc., pp.88-102, USA,
1992.
[18] Milliken, W. F. and Milliken, T. D., Race Car Vehicle Dynamics, SAE, Inc.,
pp.21-45, USA, 1995.
[19] 呂岱穎，“汽車系統動態模擬及事故重現＂，碩士論文，國立中央大學機械
工程研究所，桃園，第30-43頁，1998。
104
[20] 黃毅偉，“車輛動態特性分析及虛擬實境技術應用於汽車駕駛模擬器之研
製＂，碩士論文，彰化師範大學工業教育學系，彰化，第22-46頁，2000.
[21] Day, T. D. and Roberts, S. G., “SIMON: A New Vehicle Simulation Model for
Vehicle Design and Safety Research,” SAE Paper, No. 2001-01-0503, pp.3-15 ,
2001。
[22] 周安正，“汽車操控動態模擬與控制＂，碩士論文，大葉大學機械工程研究
所，彰化，第6-31頁，2002。
[23] 張正良，“以史都華平台為基礎的坡地行駛車輛模擬器之系統整合＂，碩士
論文，國立臺灣大學電機工程研究所，台北，第22-40頁，2002。
[24] Efstathios, V., Panagiotis, T. ,Carlos, C. and Michel, S., “Dynamic Tire Friction
Models for Combined Longitudinal and Lateral Vehicle Motion,” Vehicle System
Dynamics Draft Article, Vol. 43, pp.4-28, 2003
[25] Russell, V. P., James, E. D., Roland, L. B. and Dennis, J. M., “Coordinated
Adaptive Washout for Motion Simulators,” Journal of Aircraft, Vol. 12, No.1,
pp.4-8, 1975.
[26] Peter, R. G. and Lloyd, D. R., “Motion Washout Filter Tuning: Rules and
Requirements,” Journal of Aircraft, Vol.34, No.2, pp.146-149, 1997.
[27] Ruud, H., Sunjoo, A. and Nils, H., “Integrated Design of Flight Simulator Motion
Cueing Systems,” the Royal Aeronautical Society Conference on Flight
Simulation in London, London, pp.2-7, 26 May, 2002.
[28] Richard, R., “Non-linear optimal tilt coordination for washout algorithms,”
AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Austin,
Texas, pp.951-959, 11-14 August, 2003.
[29] 蘇豐裕，“以DSP為基礎之史都華平台控制系統發展與沖淡演算法之應
用＂，碩士論文，國立交通大學電機與控制工程系，新竹，第14-37頁，2001。
[30] http://classroom.u-car.com.tw/classroom-detail.asp?cid=30
105
[31] Kamel Salaani, M., and Gary, J. H., “Powertrain and Brake Modeling of the 1994
Ford Taurus for the National Advanced Driving Simulator,” SAE Paper,
No.981190, pp.2-9, 1998.
[32] Andrzej, G. N., Light Vehicle Dynamics Simulation, Vehicle Dynamics
International, pp.9-6-10-1, USA, 1990.
[33] 黃俊仁，應用駕駛模擬器開發智慧型運輸系統實驗平臺之軟硬體規劃設計
(II)-駕駛人行為反應基本資料庫之建立與分析，交通部運輸研究所，第
3-1-3-27頁，台