臺灣博碩士論文加值系統

為提高騎乘者在複雜路況時操作自行車避震系統之安全性與舒適性，本研究提出一外掛系統ShockTuner，可附加於多種廠牌型號之避震器上，自動調整前叉避震器之阻尼設定旋鈕。研究中量測多項路面及車身狀況，以進行阻尼係數之自動調控，實際製作原型樣機進行分析測試，包括其外殼在各振動模式中之有限元素分析，製作標準測試路面，改變體重、車速、控制器參數，比較車身之振動特性差異，判斷對人體舒適性所造成之影響，而後以量測之訊號進行訊號分離處理，將雜訊去除後並分析其主要來自路面振動之訊號規律，之後設計控制方法，並回饋作為控制器參數調整之依據。
本研究採用Android行動裝置來作為ShockTuner及雲端中繼站，ShockTuner以其內部六軸感測器偵測自行車車身振動及側傾狀況，分析後控制馬達調整前叉避震器之阻尼值，透過藍芽通訊協定傳送參數至行動裝置應用程式“STBicycle”，以非關聯式資料庫及後端服務平臺的身份認證及資料操作模型進行資料傳輸與記錄，並顯示路況及騎士體態資料，騎士可透過STBicycle進行參數調整記錄、運動記錄、聊天社群等功能，藉以提供騎士一良好且符合自身需求喜好的系統操作體驗。

This research focuses on the riding comfortability of a bicycle with a front shock absorber and proposes a hardware and software design of an “add-on” type automatic shock absorber control system, the ShockTuner. The software controller switches the damping coefficient into various levels according to the road condition as well as the chassis vibrates. This study provides a computer-aided analysis model for ShockTuner frame including the actuator, verifying its structural strength and usability during certain vibrating situations. The authors implement a ShockTuner prototype and verify its functions and specifications on a standardized road surface with bumpers for various body weights, chassis velocities and controller parameters, and further feed the shock absorbing performance back to the parameter setting criteria.
This research uses Android mobile devices as intermediary devices to transfer data and sensor signals between a cloud server and ShockTuner. ShockTuner detects the road condition in realtime with the accelerometers, derives the desired damping coefficient by using the user pre-settings , updates the settings and uploads them to the cloud database via Bluetooth and Wifi connections through our Android APP "STBicycle.". It follows the standards of cloud APPlication integration platforms NoSQL and BaaS. STBicycle allows riders to manually override the pre-settings for their own comfortability preferences, as well as displays sport records, parameters and chatting information.

摘要 ............................................................... i
Abstract ........................................................... ii
誌謝 ............................................................... iii
目錄 ............................................................... iv
表目錄 ............................................................. vii
圖目錄 ............................................................. viii
第一章 緒論 ......................................................... 1
1.1 研究動機與目標 ................................................... 1
1.2 電子式自行車避震器發展現況 ........................................ 3
1.3 研究方法 ........................................................ 4
1.4 文獻回顧 ........................................................ 5
1.4.1 模糊控制概論 ................................................... 5
1.4.2 盲訊號分離 ..................................................... 5
1.4.3 獨立成分分析(Independent components analysis, ICA) ............. 6
1.4.4 國內外研究 ..................................................... 8
1.4.5 國內外專利 ..................................................... 9
1.5 論文架構 ........................................................ 11
第二章 自行車智慧避震器系統架構 ....................................... 12
2.1 硬體架構 ........................................................ 12
2.1.1 旋鈕式自行車前叉 ............................................... 12
2.1.2 傳動機構 ...................................................... 13
2.1.3 伺服機馬達 .................................................... 15
2.1.4 單晶片控制板 ................................................... 15
2.1.5 藍牙模組 ...................................................... 17
2.1.6 六軸感測器 ..................................................... 17
2.1.7 伺服器主機 .................................................... 18
2.2 電路設計 ......................................................... 19
2.3 軟體架構 ........................................................ 20
2.3.1 模糊規則庫 ..................................................... 20
2.3.2 Arduino程式控制流程 ............................................ 22
2.3.3 Android多工作業系統 ............................................ 23
2.3.4 Firebase後端服務平臺(Backend as a Services，BaaS) ............... 24
2.3.5 Rocket.Chat聊天平台 ............................................ 26
2.3.6 MongoDB非關聯式資料庫 ........................................... 27
2.4 原型機實作 ....................................................... 28
第三章 實驗過程與討論 ................................................. 30
3.1 實驗硬體組裝全圖 .................................................. 30
3.2 環境介紹與實驗流程 ................................................ 30
3.2.1 實驗環境介紹 .................................................... 30
3.2.2 實驗流程 ........................................................ 31
3.3 實驗結果與討論 .................................................... 33
第四章 ShockTuner之Abaqus動態分析 ...................................... 41
4.1 半正弦凸起路面 ..................................................... 41
4.2 有限元素模型行駛於半正弦波凸起路面 .................................. 42
第五章 結論與未來工作 .................................................. 61
5.1 結論 .............................................................. 61
5.2 未來工作 ........................................................... 61
參考文獻 ............................................................... 62
附錄一 ................................................................. 63
附錄二 ................................................................. 67
附錄三 ................................................................. 68
Extended Abstract ...................................................... 69

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