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博碩士論文 etd-0719107-181610 詳細資訊
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論文名稱
Title
殘障三輪腳踏車之轉向性能模擬與分析
The Simulation and Analysis of Steering Performance of a Tricycle for the Disabled
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
120
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2007-07-05
繳交日期
Date of Submission
2007-07-19
關鍵字
Keywords
轉向機構、Adams、三輪車、腦性麻痺病患、過彎性能
neural paralysis, rollover behaviors, steering mechanisms, Adams, tricycle
統計
Statistics
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中文摘要
本研究針對現有腦性麻痺病患所騎乘的前二輪後一輪(2F/1R)三輪車,進行過彎翻覆性之探討,分析過程為給予一固定迴轉半徑使其做等速過彎,以求得車子極限翻覆速度。文中使用電腦輔助繪圖軟體Solidworks建立三輪車各部位模型,而車前端轉向機構之設計則是將推導的理論公式寫入程式語言VB.NET中,由撰寫出來的程式介面決定尺寸,最後利用機構運動模擬軟體(Adams)進行三輪車翻覆性的問題分析。
本文先求出取樣車的最高翻覆極限速度?,再以模擬分析所得之極限速度?作為參考值,進而調整車身寬度、前後輪軸距及人的質心高度位置,求得此三部份之最佳極限速度範圍後,再進行市場調查以選出適合乘坐者的前後輪軸距及座高尺寸,最後依照選擇的尺寸改良出幾款不同尺寸之三輪車,並與取樣車作過彎性能比較。
Abstract
This study investigated the rollover behaviors in turning of the tricycle with two front wheels and one rear wheel by neural paralysis. According to the analysis, the researcher fixed radius of gyration and made ride in steady-state turning to obtain the rollover threshold speed of the tricycle. Then we drew different parts of the rollover behaviors with a compuer program, Solidworks. We also decided the steering mechanisms sizes with VB.NET. In Automatic Dynamic Analysis, the researcher identified the rollover problems of the tricycle with the of Mechanical System software (ADAMS).
During the researcher, we obtained the highest rollover threshold speed value of the sampling tricycle, and then we adjusted the width, the length of the tricycle. Later on, we adjusted the mass center height of human sizes and the initial rollover threshold speed the tricycle. After getting the best range of rollover threshold speed of the tricycle, the researcher decided appropriate length and height of the bicycle. Finally, we compared rollover behaviors of several different size of new tricycles with the sampling tricycle.
目次 Table of Contents
內容目錄

內容目錄 I
圖目錄 V
表目錄 X
中文摘要 XI
英文摘要 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 相關文獻回顧與整理 2
1.3 研究動機與目的 4
1.4 使用軟體介紹 5
1.4.1 SolidWorks 5
1.4.2 VB.NET 6
1.4.3 MSC.ADAMS 7
1.5 本文架構 8
第二章 理論說明 10
2.1動態模擬分析軟體ADAMS理論說明 10
2.1.1 原理說明 10
2.1.2 計算流程 11
2.2 輪胎系統簡介 13
2.3 三輪車輛翻覆極限 15
2.3.1 車輛翻覆行為 15
2.3.2 車輛座標系統 16
2.2.3 三輪車輛翻覆極限 18
第三章 轉向機構之設計 21
3.1轉向機構之基本特性與分類 21
3.1.1 轉向原理之簡介 21
3.1.2 轉向機構之分類 22
3.1.3 多連桿型轉向機構 23
3.2 轉向機構之構造及運動簡圖 26
3.2.1 轉向機構之構造 26
3.2.2 轉向機構之運動簡圖 28
3.3 轉向機構之角位移分析 29
3.3.1 右側之四連桿機構角位移分析 29
3.3.2 左側之四連桿機構角位移分析 31
3.3.3 轉向誤差之轉向幾何 33
3.4 由電腦程式決定機構尺寸 36
3.4.1轉向機構設計程式界面介紹 36
3.4.2 轉向機構尺寸之選定 38
第四章 模型建構及動態模擬分析 40
4.1 三輪車模型之建立及匯入分析軟體 40
4.1.1 實務尺寸之量測 40
4.1.2 三輪車及虛擬人物之建模 41
4.1.3 實體之匯入分析及設定 49
4.2 分析簡介及實務道路規範 59
4.2.1 分析流程 59
4.2.2 道路規範 61
4.3 三輪車之動態模擬分析 63
4.3.1 取樣車之翻覆性分析 63
4.3.2 改變車寬之翻覆性分析 66
4.3.3 改變前後輪軸距之翻覆性分析 69
4.3.4 改變人的質心高度之翻覆性分析 72
4.4 改良型及取樣三輪車之比較 74
4.4.1 最佳尺寸之選定 74
4.4.2 改良型三輪車之翻覆性分析 77
4.4.3 各新型三輪車與原三輪車之過彎性能比較 99
第五章 結論與建議 102
5.1 結論 102
5.2 建議及未來展望 104
參考文獻 106

圖目錄

圖2.1 ADAMS中DAE的求解流程 12
圖2.2 SAE輪胎座標系統 13
圖2.3 車輛翻覆行為之連續動作示意圖 15
圖2.4 SAE車輛座標軸系統 16
圖2.5 2F/1R三輪剛體車輛在左轉並煞車時之自由體
圖 18
圖3.1 阿克曼轉向原理 22
圖3.2 四連桿型 23
圖3.3 六連桿型一 24
圖3.4 六連桿型二 24
圖3.5 滑槽連桿型 25
圖3.6 Fahey八連桿型 25
圖 3.7 Chicurel八連桿型 26
圖3.8 轉向機構3D示意圖 27
圖3.9 六連桿機構簡圖 28
圖3.10 六連桿機構一般化解析 28
圖3.11 二迴路之六連桿機構 29
圖3.12 右側四連桿之閉環 30
圖3.13 左側四連桿之閉環 31
圖3.14 轉向誤差幾何 34
圖3.15 轉向機構設計輸入及輸出介面 36
圖3.16 轉向機構各部位代號 38
圖3.17 轉向誤差分布 39
圖4.1 2F/1R三輪車 40
圖4.2 2F/1R三輪車3D實體 41
圖4.3 骨架3D圖 42
圖4.4 轉向手把3D圖 42
圖4.5 轉向機構3D圖 43
圖4.6 支撐架3D圖 43
圖4.7 組合3D實體圖 44
圖4.8 輪胎3D實體圖 44
圖4.9 身體各部位尺寸與身高比例關係 45
圖4.10 人的3D實體 46
圖4.11 全車之質心位置 47
圖4.12 輪胎之質心位置 47
圖4.13 人之位置質心位置 48
圖4.14 總質心位置 49
圖4.15 全車匯入Adams/View 50
圖4.16 輸入車體之質量及慣性矩參數 50
圖4.17 方向盤與車架間之拘束 51
圖4.18 支撐架與車架之拘束 52
圖4.19 轉向機構與方向盤之拘束 52
圖4.20 輪胎檔與路面檔之匯入與設定 53
圖4.21 輪胎檔之參數 54
圖4.22 輪胎與轉向機構之拘束 55
圖4.23 以原球取代人之模型建構 56
圖4.24 輸入車體之質量及慣性矩參數 56
圖4.25 人與車體之拘束 57
圖4.26 方向盤之驅動器設定 58
圖4.27 後輪之驅動器設定 59
圖4.28 分析流程圖 60
圖4.29 取樣車質心之軌跡圖 64
圖4.30 取樣車之極限翻覆各輪受力圖 64
圖4.31 取樣車極限翻覆時各輪之極限速度圖 65
圖4.32 取樣車之極限翻覆時質心極限速度圖 65
圖4.33 車寬變化下後輪的極限速度 67
圖4.34 車寬710mm時之輪胎正向力 68
圖4.35 前後輪軸距變化下後輪的極限速度 70
圖4.36 前後輪軸距570mm時之輪胎正向力 71
圖4.37 人的質心高度變化下後輪的極限速度 73
圖4.38 人的質心高度495.5mm時之輪胎正向力 74
圖4.39 16吋童車(一) 75
圖4.40 16吋童車(二) 76
圖4.41 20吋童車(一) 76
圖4.42 20吋童車(二) 76
圖4.43 A型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 78
圖4.44 A型三輪車於極限速度時三輪之正向力 79
圖4.45 A型三輪車三輪之極限速度 79
圖4.46 A型三輪車質心之極限速度 80
圖4.47 B型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 81
圖4.48 B型三輪車於極限速度時三輪之正向力 82
圖4.49 B型三輪車三輪之極限速度 82
圖4.50 B型三輪車質心之極限速度 83
圖4.51 C型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 84
圖4.52 C型三輪車於極限速度時三輪之正向力 85
圖4.53 C型三輪車三輪之極限速度 85
圖4.54 C型三輪車質心之極限速度 86
圖4.55 D型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 87
圖4.56 D型三輪車於極限速度時三輪之正向力 88
圖4.57 D型三輪車三輪之極限速度 88
圖4.58 D型三輪車質心之極限速度 89
圖4.59 E型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 90
圖4.60 E型三輪車於極限速度時三輪之正向力 91
圖4.61 E型三輪車三輪之極限速度 91
圖4.62 E型三輪車質心之極限速度 92
圖4.63 F型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 93
圖4.64 F型三輪車於極限速度時三輪之正向力 94
圖4.65 F型三輪車三輪之極限速度 95
圖4.66 F型三輪車質心之極限速度 95
圖4.67 G型三輪車於3060mm/s時三輪之正向力 97
圖4.68 G型三輪車於極限速度時三輪之正向力 98
圖4.69 G型三輪車三輪之極限速度 98
圖4.70 G型三輪車質心之極限速度 99
圖4.71 各改良型三輪車與取樣車後輪極限速度之比
較 100

表目錄

表3.1 轉向機構尺寸 38
表4.1 實務1F/2R之基本尺寸 41
表4.2 輪胎縱向靜摩擦力 54
表4.3 道路規範 61
表4.4 改變車寬之極限速度分佈 67
表4.5 前後輪軸距變化下後輪的極限速度分佈 69
表4.6 人的質心高度變化下後輪的極限速度分佈 72
表4.7 市場調查之兒童腳踏車的輪距及座高尺寸 75
表4.8 一般童車規格與身高對照表 77
表4.9 各改良型三輪車後輪之極限速度 100
參考文獻 References
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