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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳昱全
研究生(外文):Chen,Yu-Chuan
論文名稱:電動自行車之無轉矩感知器電助力控制
論文名稱(外文):Sensorless Force Control For E-Bike Using Torque Observer
指導教授:林錫寬
指導教授(外文):Lin,Shir-Kuan
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電控工程研究所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:無感知器轉矩估測器電動自行車
外文關鍵詞:sensorlesstorque observere-bike
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近年來,隨著科學技術日新月異,人們已無法離開新科技所帶來的便利性,在各方面都可以看到科技產品的應用,而本論文也致力於研發更優質、安全性更佳之電動自行車產品來提升人們的生活品質。

電動自行車是最具有環境效率的運輸工具,相較於燃料型交通工具更為安靜,故本論文提出電動自行車之電助力輔助系統,一般而言,電助力系統都需要一轉矩感知器去量測轉矩的大小,藉此來計算馬達所需補償的力,但轉矩感知器較昂貴且易壞。所以本篇論文提出無感知器轉矩估測的方式,來實現電助力補償系統。藉由轉矩估測器來取代一般電動自行車所使用的轉矩感知器。本系統讀取電動車的行車資訊,經微控器運算後,設計一轉矩估測器,並與轉矩感知器比較,證明其可信度,並提出利用此估測器實現電助力輔助系統,詳細的描述在本文第二章至第四章呈現。最後欲確認本系統是否可行,針對不同的行車狀態,藉由轉矩感知器進行實驗比較。

In recent years, human has been unable to leave new technology which lets us be convenient with the technological advance. We can see the application of technological products in all aspects. This thesis is also committed to developing better quality and safety of the electrical bicycle to enhance people’s quality of life.


Electric bicycles are the most environmentally efficient transport. They are quieter compared with the fuel transport. Therefore, the study of power-assisted system is presented in this thesis. In general, the power-assisted system needs a torque sensor to measure the unknown torque. Using the measured torque to calculate the motor generating torque and obtain the effect of power-assisted system. However, installation of such sensors causes high cost and easy injury. Hence, the study of sensorless force control for E-bike using torque observer is presented in this thesis. This thesis adopts the sensorless torque observer replaced the torque sensor to realize the power-assisted system. We design the torque observer by the microcontroller computing data from mobile vehicles. Compared with the torque sensor to prove its credibility.The above is described in chapter 2, chapter 3 and chapter 4. Finally, we will check whether the system is feasible for different driving states.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.3.1電動自行車的演進 2
1.3.2 轉矩估測器與助力策略 3
1.4 論文章節概述 5
第2章 硬體介紹 6
2.1 微控器 7
2.2 助力馬達 9
2.3 電源保護電路 10
2.4 G Sensor 12
2.5 Wheel Sensor和Crank Sensor 13
2.6 Torque Sensor 14
第3章 轉矩估測器推導與實驗結果 15
3.1 轉矩估測器 15
3.1.1 簡介 15
3.1.2轉矩估架構 15
3.2 轉矩估測器推導 16
3.2.1 電動自行車之動力學模型 16
3.2.2 模擬 19
3.2.3 峰值保持法 21
3.3 估測器實驗結果 22
3.3.1 轉矩估測器之準確度 23
3.3.2 響應時間比較 37
第4章 實現電助力策略與實驗結果 40
4.1 電助力 40
4.2 直流馬達模型 40
4.3 控制器的選擇 43
4.4 電助力策略 45
4.4.1 速度控制 45
4.4.2 比例增益控制 49
4.4.3 舒適踩踏力控制 51
4.4.4 電助力效果呈現 54
4.4.5 三種助力策略之優劣點 56
4.5實現電助力策略結果 57
第5章 結論與未來展望 61
5.1 結論 61
5.2 未來展望 61
參考文獻 66
附錄 68
附錄A 車輪速度與加速度計算 68
附錄B 速度優化 71
附錄C 踩踏速度與角加速度計算 71

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