殘障電動車之系統動態模擬與耐久性分析

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楊遠誠(Yuan-Cheng Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

殘障電動車之系統動態模擬與耐久性分析
(non)

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摘要(中)

在台灣，改裝後的殘障機車是脊椎損傷患者最常使用的交通工具。本研究以殘障電動車為對象，目的在整合CAD設計與CAE分析等電腦模擬技術，進行殘障載具設計開發。研究內容將探討不同的人(騎乘載重、行車速度)、車(輔助輪形式、電池位置)、路(路面型態)等因素，對於車架的乘坐舒適性及結構耐久性之影響。本研究並將於路況模擬系統上進行實車測試，以驗證其模擬結果。
首先，在系統動態模擬部分，主要使用Pro/ENGINEER軟體建立殘障電動車車架模型，並將該車體模型匯入ADAMS軟體進行全車動態模擬，藉此獲得殘障電動車車架結構在路面行駛時所受到的負荷及加速度歷程。接著，將所得之加速度歷程代入ISO 2631-1規範之換算公式，可得駕駛人之乘坐舒適性程度。另外，將殘障電動車車架模型匯入ANSYS軟體中，並以所得之負荷歷程作為受力條件，可進行該車架之動態應力分析及疲勞壽命評估，並得知殘障電動車車架的結構耐久壽命。
經由分析可得知，電動代步車在動態響應模擬與實車測試所得之均方根加速度誤差為3.29%，而在結構應力分析與實車測試所得之應變振幅誤差為0.58%，顯見本研究所開發出之電腦數值模擬技術具有優異的準確性。此外，研究結果亦指出，當車速越高或路面越顛簸，車架的乘適性與耐久性變差。當車輛載重越重時，車架的加速度響應較好，耐久性卻較差。將電池放置在腳踏板正下方時，車架的乘適性、耐久性較好。相信本研究結果對於國內廠商在設計新型殘障電動車或改良時有所幫助。

摘要(英)

In Taiwan, most disabled People use modified scooter to solve their demand in traffic. The purpose of this study is to build a numerical simulation technology by integrating CAD modeling and CAE analysis for modified e-scooter. The research will discuss the effect of different on-road factors such as road type, battery position, auxiliary wheel type, rider’s weight and velocity on riding comfort and fatigue durability. Furthermore, the accuracy of numerical simulation technology was testified by a high-fidelity road simulator.
In this study, two different experiments were designed. The objective of the first experiment was to verify the accuracy of numerical simulation. The objective of the second experiment was to understand the effect of on-road factors on riding comfort and fatigue durability of modified e-scooter frame. On the development of numerical simulation technology, we used the Pro/Engineer to create a scooter frame and imported it into the ADAMS for whole vehicle dynamic vibrating simulation. Then, we calculated the acceleration history and loading history. The second, we adopted the ISO 2631-1 standard to evaluate the riding comfort level. Meantime, we imported the loading history into the ANSYS software and calculated the stress history of e-scooter frame. Finally, we used the high cycle fatigue theory to evaluate fatigue durability.
Experimental data showed that the simulated results of ADAMS and ANSYS analyses were similar to those of road simulation testing. It verified the accuracy of the present numerical simulation. Moreover, analytic results revealed that higher velocity or tossing road would lead to the inferior riding comfort and fatigue durability of e-scooter frame. The increase of rider’s weight resulted in better riding comfort but poor fatigue durability. When battery under the e-scooter bottom would lead to better riding comfort and fatigue durability. We believed that these findings
would be helpful for company which would improve the e-scooter design.

關鍵字(中)

★ 結構耐久性
★ 疲勞
★ 乘坐舒適性
★ 數值模擬
★ 電動車

關鍵字(英)

★ fatigue durability
★ riding comfort
★ numerical simulation
★ e-scooter

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
圖目錄 viii
表目錄 xi
符號說明 xii
第一章緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3文獻回顧 3
1.3.1現有殘障車的改裝形式 3
1.3.2殘障機車相關研究文獻 7
1.3.3其他車輛載具於乘坐舒適性與結構耐久性之探討 7
1.3.4應用電腦輔助工程分析軟體(CAE)在車輛載具之探討 10
1.3.5應用路況模擬重現技術(RPC)在車輛載具之探討 12
1.4研究架構 13
第二章理論說明 14
2.1 ADAMS系統動態模擬 14
2.2乘坐舒適性規範 16
2.3 ANSYS有限元素法 21
2.3.1有限元素之基本理論 22
2.3.2 ANSYS介紹 22
2.4 疲勞壽命理論 23
2.4.1應力-壽命曲線(S-N Curve) 25
2.4.2平均應力的影響 26
2.4.3循環計數 28
2.4.4損傷累計 30
2.4.5應力-壽命分析法 31
第三章研究方法與步驟 32
3.1模擬因子設計 32
3.1.1路面型態 32
3.1.2輔助輪形式 34
3.1.3電池位置 36
3.1.4騎乘載重 36
3.1.5行車速度 36
3.2電腦輔助設計 36
3.3系統動態模擬 41
3.4乘坐舒適性評估 44
3.5車架有限元素及疲勞分析 46
第四章結果與討論 49
4.1技術驗證 49
4.1.1 動態模擬分析模型驗證 49
4.1.2 應力分析模型驗證 51
4.2不同因子對乘坐舒適性之影響 52
4.2.1 路面型態的影響 52
4.2.2 輔助輪形式的影響 54
4.2.3 電池位置的影響 56
4.2.4騎乘載重的影響 57
4.2.5行車速度的影響 59
4.3不同因子對車架耐久性之影響 61
4.3.1路面形態之影響 62
4.3.2輔助輪形式之影響 64
4.3.3電池位置之影響 66
4.3.4騎乘載重之影響 69
4.3.5行車速度之影響 72
第五章結論與未來展望 75
5.1 結論 75
5.2 未來展望 78
參考文獻 79
附錄 85

參考文獻

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指導教授

黃俊仁(Jiun-Ren Hwang)

審核日期

2011-8-24

推文