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研究生:黃威傑
研究生(外文):Wei-JieHuang
論文名稱:基於主動式阻抗控制之電動輔助自行車控制策略
論文名稱(外文):Control Strategy of Pedelec based on Active Impedance Control
指導教授:蔡明祺胡家勝
指導教授(外文):Mi-Ching TsaiJia-Sheng Hu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:電動輔助自行車電助自行車阻抗控制動力輔助
外文關鍵詞:pedelecimpedance controlpower-assisted
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現行之電動輔助自行車助力策略普遍簡易,無法有效對路況負載變化進行自動調變,本研究將阻抗控制架構應用在電動輔助自行車上,提出一基於阻抗控制架構之主動式動力輔助策略,能滿足對環境負載自動調變及有效地降低踩踏阻抗,使騎乘者得舒適踩踏,同時考量中置型電動輔助自行車之相關機構以及法規限制,以產品化為目標之助力策略。本研究使用電動輔助自行車現有之產品Giant Quick E+ 2018,在不改變產品硬體配備之前提下,先進行物理建模分析,再提出新型之控制架構以及助力策略,並透過微控制器Stm32實現新提之功能以及輔助馬達之扭矩控制,最後以Tacx Neo 2T Smart室內健身模擬平台,模擬室外騎乘之各種路況負載變化,驗證控制架構以及助力策略之有效性。
Nowadays, the power-assisted strategies for pedelecs cannot effectively adjust to load changes on the road automatically. This study applies impedance control to pedelecs and propose an active power-assisted strategy based on impedance control. This strategy can meet the requirements needed to adjust load changes automatically and reduce the pedaling impedance effectively such that a rider’s pedaling comfort is improved. These requirements were met while maintaining relevant mechanisms and legal restrictions of the mid-drive pedelec aimed for commercial pedelecs. This thesis used the Giant Quick- E+ 2018 pedelec for this study. Without changing the hardware of this product, the physical modeling and analysis is first conducted, then a new control architecture is proposed and followed by a power-assisted strategy. Secondly, the new functions mentioned above were realized including the torque control of the assist motor by a microcontroller Stm32. Finally, the Tacx Neo 2T Smart, an indoor fitness simulation platform, is used to evaluate various road load changes during outdoor riding to verify the effectiveness of the control architecture and power-assisted strategy.
中文摘要 I
Abstract II
致謝 XII
目錄 XIV
表目錄 XVIII
圖目錄 XIX
符號表 XXIV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 8
1.4 本文架構 9
第二章 電動輔助自行車系統分析與建模 10
2.1 中置型電動輔助自行車 10
2.2 傳動系統分析與建模[5][7][15] 12
2.2.1 傳統自行車踩踏傳動系統 12
2.2.2 輔助馬達傳動系統[5][15] 16
2.2.3 電動輔助自行車傳動系統[5][15] 18
2.2.4 棘輪機構[5] 21
2.3 自行車系統動態分析與建模 24
2.3.1 車體動態模型分析[5] 24
2.3.2 騎乘踩踏模型[5][7][15] 25
2.3.3 負載模型[5][7][15] 27
第三章 中置電動輔助自行車控制架構 29
3.1 阻抗控制導入 29
3.2 狀態估測器 34
3.3.1 狀態估測器轉移函數 37
3.3.2 系統轉移函數 39
3.3.3 輔助馬達扭矩轉移函數 41
第四章 阻抗控制架構參數調整之策略及模擬 42
4.1 電動輔助自行車法規簡介 42
4.2 阻抗控制架構之操縱特性 43
4.3.1 等效轉動慣量參數Jr之調整影響 44
4.3.2 等效阻尼參數Br之調整影響 46
4.3.3 策略流程圖 48
4.4 阻抗控制模擬結果 49
4.5 阻抗參數調整特例-外擾補償模式 50
4.6 與比例助力策略比較 51
第五章 基於霍爾感測器之FOC向量控制簡介 52
5.1 FOC轉矩控制架構簡介 52
5.2 霍爾感測器轉子角度對位 54
第六章 實驗結果與討論 57
6.1 實驗架構 58
6.1.1 踏頻感測器 58
6.1.2 踩踏扭矩感測器 60
6.1.3 TACX 室內路況模擬平台 62
6.1.4 Stm32 微處理器 63
6.1.5 馬達驅動板 64
6.2 輔助馬達之驅動 64
6.2.1 MR2硬體在環 64
6.2.2 輔助馬達扭矩控制實驗 66
6.3 電助策略實驗及驗證 67
第七章 結論 69
7.1 結論 69
7.2 未來議題 69
參考文獻 71
[1]IPCC https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg3/ ,檢索日期:2020/07/15
[2]台灣自行車輸出業同業公會。
https://www.tba-cycling.org/ ,檢索日期:2020/07/15
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[13] 許鎧麟,「利用相量圖探討馬達穩態時之弱磁與轉矩特性分析」馬達電子報、成大馬達科技中心,第803期,2018年。
[14] 陳瑜芳,「逆磁致伸縮扭矩感測器設計與實現」,國立成功大學機械工程研究所,碩士論文,2019年。
[15] 王玉麟,「電助自行車數位控制系統建立與實現」,國立成功大學機械工程研究所,碩士論文,2019年。
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