臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要以控制器區域網路(Controller Area Network)為基礎來建構分散式系統架構並針對車輛線控轉向系統的操控研究，以減少中途雜訊的干擾。在本論文中，馬達控制部份則以二階系統近似，利用系統鑑別來找出馬達轉移函數。在控制方面是利用速度迴路與位置迴路的雙迴路控制系統，加入PI控制法則控制馬達轉速與定位，在利用實驗與模擬結果來證明線控轉向系統的可行性。
　　再實驗的模擬與訊號擷取的部分，是利用硬體迴路的概念，透過The Mathwork, Inc.所推出的Matlab/Simulink®之xPC產品，來進行實驗。其最終實驗結果，主要是希望伺服馬達可以依照方向盤訊號做相對應的變化，其次利用軟體的撰寫來實現車輛可變轉向比，即車輛轉向時能依照車速的不同，改變轉向比。

It is based on CAN bus to construct the distributed system structure to transmit the perceiving sensor and driver information with the technology of digitization. It cooperates with control rules of microprocessor that can make the vehicle do properly adjusting for driving conditions and offer the active safety in operation even more. In this study, there are two control loops in the controller design: outside loop is position control and inside loop is speed control. From the controller design, the speed control loop must be finished before the position control loop. In this study, the hardware-in-the-loop is used to perform the real time control of motor by Matlab/Simulink®. Using computer controls on the steer-by-wire system to change the amount assist relative to vehicle speed. Some simulations and experiment results are presented to demonstrate the feasibility of the controller.

目錄

封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xii
符號說明 xiii

第一章 緒論
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究動機與目的 4
1.4 研究步驟 5
第二章 線控轉向系統
2.1 傳統轉向系統介紹 8
2.2 線控轉向系統架構 11
2.3 CAN bus的硬體協定與訊息格式 12
2.4 分散式系統架構 14
2.5 硬體結構 16
2.6 轉向機總成與前軸伺服馬達 21
第三章 控制器設計
3.1 解碼器 25
3.2 建立馬達數學模型 27
3.3 系統鑑別 29
3.4 PI 控制器設計 35
第四章 實驗方法與結果
4.1 硬體迴路系統架構 42
4.2 實驗結果 44
4.3 實車量測與平台比對 45
4.4 可變轉向比 49
4.5 系統整合 51
第五章 結論與建議
5.1 結論 55
5.2 建議 56
參考文獻 57
圖目錄

圖1 線控轉向系統方塊圖 2
圖2 研究步驟流程圖 7
圖3 傳統轉向系統價構圖[1] 9
圖4 動力轉向系統架構圖[1] 10
圖5 電控輔助式轉向系統(EPS) 10
圖6 線控轉向系統架構[4] 11
圖7 CAN的實體層網路架構[13] 13
圖8 CAN Data frame format 13
圖9 分散式智慧控制架構圖[11] 14
圖10 線控轉向系統控制迴路 15
圖11 線控轉向系統分散式架構圖 16
圖12 實體輸出入層介面 17
圖13 處理核心[11] 18
圖14 網路連結層[11] 18
圖15 CAN訊號擷取卡 19
圖16 訊息監看軟體介面 20
圖17 並列埠對CAN bus 20
圖18 轉動扭力測試圖 21
圖19 前軸轉向小齒輪示意圖 22
圖20 直流馬達與驅動器實體圖 23
圖21 線控轉向實驗平台 24
圖22 四倍頻解碼取樣原理[16] 26
圖23 四倍頻解碼狀態[16] 26
圖24 直流馬達等效電路 27
圖25 直流馬達系統方塊圖 29
圖26 閉迴路系統方塊圖 30
圖27 系統暫態響應圖 31
圖28 實驗與模擬暫態響應圖 32
圖29 ARX模型 34
圖30 System Identification Toolbox 34
圖31 實驗與ID暫態響應比較圖 35
圖32 馬達控制系統架構圖 36
圖33 數位PI控制流程 38
圖34 馬達內迴路速度控制 39
圖35 馬達外迴路位置控制 40
圖37 馬達正反轉測試 41
圖38 Matlab/Simulink® xPC Target傳輸架構 43
圖39 xPC模組應用於線控轉向控制器 43
圖40 加入負載後系統響應 44
圖41 轉向角度對應前軸馬達扭力圖 45
圖42 實車測試方法 46
圖43 Kyowa方向盤操舵力角計 46
圖44 裕隆精兵 47
圖45 應變資料擷取系統 47
圖46 輸入轉向角度命令 48
圖47 前軸轉向扭力 48
圖48 不同車速所對應的轉向比 49
圖49 方向盤轉角對應輪胎角度 51
圖50 方向盤轉角感測器 52
圖51 整合系統架構圖 53
圖52 整合系統實體圖 54

表目錄

表1 前軸馬達規格 22
表2 方向盤操舵力角計規格 46
表3 方向盤轉角感知器之規格表 52
表4 CAN bus 輸出數值與轉動角度轉換關係表 53

[1]W. Harter, W. Pfeiffer, P. Dominke, G. Ruck and P. Blessing “Future Electrical Steering Systems: Realizationswith Safety Requirements,” SAE Paper 2000-01-0822.
[2]A. E. Bishop, “Pinion for Vehicle Ratio Rack and Pinion Steering Gear,” US Patent Number: 28740, 1976.
[3]H. Tokunaga, Y. Schmizu, “Variable Gear Ratio Steering System,” US Patent Number: 6155377, 2000.
[4]M. Segawa, S. Nakano, O. Nishihara and H. Kumamoto, “Vehicle Stability Control Strategy for Steer-by-Wire System,” JSAE Review 22, pp. 383-388, 2001.
[5]T. Kaufmann, S. Millsap, B. Murray and J. Petrowski, “Development Experience with Steer-by-Wire,” SAE Paper 2001-01-2479.
[6]T. J. Park, S. W. Oh, J. H. Jang and C. S. Han, “The Design of a Controller for the Steer-by-Wire System Using the Hardware-in-the-Loop-Simulation System,” SAE Paper 2002-01-1596.
[7]R. G. Hebden, C. Edwards and S. K. Spurgeon, “An Application of Sliding Mode Control to Vehicle Steering in a Split-Manoeuvre,” Proceedings of the American Control Conference, Denver, Colorado June 46, pp.4359-4364, 2003.
[8]M. Hosaka and T. Murakami, “Yaw Rate Control of Electric Vehicle using Steer-by-Wire System,” AMC 2004Kawasaki, pp. 3134, Japan.
[9]徐豪聲，“以CANbase發展之智慧型Gateway達成遠端CAN-based輪椅車監控系統”，國立交通大學電機與控制工程系碩士論文，2003。
[10]R.T. McLaughlin and C. Quigley, “Analysis and Diagnostics of Time Triggered CAN (TTCAN) Systems,” SAE paper, No. 2004-01-0201.
[11]林明志，“泛用型車輛電子控制單元發展平台之研製”，私立大葉大學電機工程研究所碩士論文，2005。
[12]BOSCH CAN Specification Version 2.0 1991, Robert GmbH, Postfach 50, D-7000 Stuttgart 1.
[13]陳致成，“智慧型CAN-based汽車雷達防撞警告系統”，國立交通大學電機與控制工程系碩士論文, 2003。
[14]孫成啓，“CAN BUS網路之鋼板熱軋溫度監控系統”，私立元智大學機械工程學系碩士論文，2003。
[15]http://www.delphiauto.com
[16]http://www.alliedelec.com/Search/ProductDetail.asp?SKU=787-1013&desc=HCTL-2020
[17]歐宗勳，“全數位化線性馬達運動控制實務”，全華，2001。
[18]N. S. Nise, “Control Systems Engineering,” Wiley International Edition, 2004.
[19]趙清風，“使用MATLAB控制之系統識別”，私立大葉大學電機研究所碩士論文，2002。
[20]曾世峰，“線性直流無刷馬達自調式DSP控制器之設計”，私立大葉大學電機研究所碩士論文，2001。
[21]詹前茂，“電機驅動控制”，新文京，2003。
[22]謝松慶，“智慧型計算技術用於PI控制器設計之研究” ，私立大葉大學電機工程研究所碩士論文， 2005。
[23]黃明隆，“機車引擎微電腦控制之HIL系統建立”，國立台北科技大學車輛工程研究所碩士論文，2005。
[24]xPC Target user’s Guide, The Mathworks. Inc.
[25]http://us1.webpublications.com.au