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研究生: 陳壹琮
Yi-cong chen
論文名稱: 電動自行車避震系統對於乘適性與脊椎損傷機率之影響
指導教授: 黃俊仁
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 電動自行車數值模擬脊椎損傷乘坐舒適性
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  • 隨著都市人口大量移入,大眾運輸系統已不堪負荷,而電動自行車逐漸受到重視。本研究整合CAE與CAD等電腦模擬技術,作為電動自行車開發的參考與依據。內容探討前後避震彈簧係數、阻尼係數與車架結構對於乘適性、脊椎損傷機率與車架應力之影響。
    首先進行模型繪製,利用SolidWorks軟體建立電動自行車車架模型,再將模型匯入ADAMS進行動態模擬,可求得電動自行車架結構在路面行駛其間受到的加速度歷程與負荷狀態,之後再將得知的加速度歷程用ISO 2631-1與ISO 2631-5進行轉換,可求得乘坐舒適程度與脊椎損傷風險因子。此外,將車架模型匯入ANSYS軟體中,並以前述所得之負荷歷程作為負載條件,以進行該車架動態應力分析。
    經由分析可得知,電動自行車在動態響應模擬與實車測試所得之平均加速度誤差為0.82%,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。研究結果亦顯示在最佳避震系統參數條件組合下,能有效提高15.94%乘適性、降低4.68%脊椎損傷機率以及降低車架5.83%最大應力。相信本研究結果對於國內廠商在設計新型電動自行車有所助益。


    As the quick increase of urban population, the city’s transportation system has become adequate. The electric bicycle is getting popular in the world. Software like Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Engineering (CAE) were used in the development of electric bicycles. The riding comfort and probability of spinal cord injury related to suspension and frame structure were discussed.
    First of all, the model of electric bicycle frame was drawn by using SolidWorks software, and then it was imported into and simulated by the ADAMS software. After that, the acceleration and loading histories of electric bicycle were obtained. By using ISO 2631-1 and ISO 2631-5 standards, the riding comfort and risk factor of spinal cord injury were acquired. In addition, the frame model was imported into the ANSYS software and the dynamic stress was analyzed by using loading history obtained in the previous process.
    The analysis shows that the acceleration error of electric bicycles between dynamic response simulation and real vehicle test was about 0.82%. It means that the simulation model developed in this study performs in an excellent accuracy. Moreover, this study also noted that better riding comfort and lower risk factor would be obtained by suitably decreasing the K and C values in suspension system. Last, the results in this study are expected to be helpful for the designs on new type electric bicycle.

    摘要 I ABSTRACT VI 目錄 VIII 圖目錄 XII 表目錄 XV 符號說明 XVI 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 2 1.3.1 電動自行車介紹 2 1.3.2 路況模擬系統 5 1.3.3 其他車輛載具的乘坐舒適性之探討 6 1.3.4 應用CAE於車輛載具設計之最佳化 6 1.3.5 脊椎損傷 8 第二章 理論說明 9 2.1 有限元素法─ANSYS 9 2.1.1 有限元素法之基本理論 9 2.1.2 有限元素介紹 10 2.2 ADAMS軟體簡介 12 2.2.2 ADAMS分析原理 12 2.3 乘坐舒適性與脊椎損傷 13 2.3.1 ISO 2361-1振動規範簡介 13 2.3.2 ISO 2361-5振動規範簡介 19 2.2.3 脊椎損傷機率 23 第三章 研究方法與步驟 25 3.1 設備介紹 25 3.1.1 油壓伺服系統 25 3.1.2 加速規 27 3.1.3 訊號放大器 28 3.1.4 車輛架設 29 3.2 研究流程 30 3.2.1 模型繪製 30 3.2.2 配重說明 34 3.2.3 動態模擬 35 3.2.4 乘坐舒適性評估 36 3.2.5 脊椎力學分析 39 3.2.6 有限元素分析 43 3.3 實驗因子設計 45 3.3.1 避震器彈簧係數與阻尼係數 47 3.3.3 車架結構 47 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 4.2 各種變數對於乘座舒適性的影響 50 4.2.1 前避震器彈簧係數的影響 50 4.2.2 後避震器彈簧係數的影響 51 4.2.3 前避震器阻尼係數的影響 52 4.2.4 後避震器阻尼係數的影響 53 4.2.5 車架結構的影響 54 4.2.6 最佳條件組合對加速度的影響 55 4.3 各種變數對於脊椎損傷的影響 56 4.3.1 前避震器彈簧係數的影響 56 4.3.2 後避震器彈簧係數的影響 58 4.3.3 前避震器阻尼係數的影響 59 4.3.4 後避震器阻尼係數的影響 60 4.3.5 車架結構的影響 62 4.3.6 最佳條件組合對脊椎的影響 63 4.4 各種變數對於車架應力影響 65 4.4.1 前避震器彈簧係數的影響 65 4.4.2 後避震器彈簧係數的影響 65 4.4.3 前避震器阻尼係數的影響 66 4.4.4 後避震器阻尼係數的影響 67 4.4.5 車架結構的影響 68 4.4.6 最佳條件組合對應力的影響 69 第五章 結論與未來展望 71 5.1 結論 71 1. 系統準確性 71 2. 不同因子對於電動自行車影響 71 5.2 未來展望 72 參考文獻 74

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