簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 李韋承
Lee, Wei-Cheng
論文名稱: 以步進馬達驅動之適路性頭燈電子控制器設計與實驗驗證
Design and experimental verification of electronic controller for adaptive front-light driven by step motors
指導教授: 陳立文
Chen, Li-Wen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 車輛工程系所
Department of Vehicle Engineering
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 47
中文關鍵詞: 適路性頭燈步進馬達
外文關鍵詞: Adaptive front-light system, AFS, Step motor
DOI URL: http://doi.org/10.6346/THE.NPUST.VE.017.2018.E07
相關次數: 點閱:14下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統
  • 近年來人們對行車安全的要求日益提升,由於夜間視線不良,因此改良車燈以提高夜間行車的安全就開始受到重視,也因此適路性頭燈的裝設也愈來愈多。本論文主要是探討適用步進馬達驅動適路性頭燈的可行性,控制上是利用車身姿態的估測來計算出頭燈需要轉動的位置。研究中採用卡爾曼濾波器來估測車身動態,搭配PID控制器來控制步進馬達的轉速,讓頭燈能維持投射方向的穩定。
    本研究使用史都華平台來模擬車輛在行駛中的姿態,在平台上加裝了實驗所需要的步進驅動馬達、動態感測器及頭燈轉動機構,以模擬車身的晃動,並觀察頭燈光束投射的位置。
    實驗結果顯示,以步進馬達驅動的適路性頭燈系統,能夠在車身晃動的情況下,有效地將頭燈光束穩定在一定的範圍內。

    In recent years, driving safety has attracted more and more attentions. Because of poor visibility at night, improvement of head light system to promote driving safety at night becomes one of the important topics in vehicle engineering. More and more cars equip adaptive front-light systems. This research studies the effectiveness of AFS driven by step motors. With the estimation of vehicle body posture, the angles of front
    light to be adjusted can be calculated. A Kalman filter is employed to estimate the vehicle body dynamics. A PID controller is used to control the rotating speeds of step motors such that the projecting direction of head light can be stabilized.
    In this study, two step motors, various sensors and head light rotating mechanism are installed on a Stewart platform to simulate body vibrations when a vehicle is running. The projecting direction of head light can be visualized so that the effectiveness of the AFS control system can be proved.
    The experimental results show that the proposed AFS driven by step motors can be stabilized when the vehicle vibrates.

    目錄
    摘要 I
    ABSTRACT II
    謝誌 III
    目錄 IV
    表目錄 VI
    圖目錄 VIII
    第1章 緒論 1
    1.1 研究背景與動機 1
    1.2 文獻回顧 1
    1.3 適路性頭燈相關法規 3
    1.4 研究內容與方法 5
    1.5 架構與流程 6
    1.5.1 論文大綱 6
    1.5.2 研究流程 6
    第2章 座標系統介紹 8
    2.1 地理座標系 8
    2.2 車體座標系 8
    2.3 歐拉角 9
    2.3.1 萬向鎖(Gimbal lock) 11
    2.4 四元數法 11
    2.5 四元數與歐拉角轉換 12
    第3章 控制系統設計 14
    3.1 頭燈投射角度變化估測 14
    3.1.1 座標系統建立 14
    3.1.2 車燈投射角度估算 15
    3.2 卡爾曼濾波器 17
    3.3 PID控制器設計 19
    第4章 實驗平台與實驗設備 20
    4.1 史都華平台 20
    4.2 動態感知器 21
    4.2.1 加速度計較正 22
    4.2.2 陀螺儀校正 22
    4.2.3 磁方位計校正 23
    4.3 驅動馬達 24
    4.4 馬達驅動電路 25
    4.5 適路性頭燈轉向機構 26
    4.5.1 俯仰轉動機構 26
    4.5.2 橫擺轉動機構 27
    4.6 旋轉式電位計 28
    4.7 控制板 29
    4.8 軟體架構 29
    第5章 實驗結果 31
    5.1 靜態測試 31
    5.1.1 俯仰角靜態追蹤 31
    5.1.2 偏擺角靜態追蹤 34
    5.2 動態態測試 36
    5.2.1 俯仰角動態追蹤 36
    5.2.2 偏擺角動態追蹤 38
    5.2.3 綜合動態追蹤 40
    5.2.4 開迴路控制 42
    第6章 結論與未來展望 44
    6.1 結論 44
    6.2 未來展望 44
    參考文獻 45
    作者簡介 47

    參考文獻
    [1] S. Kobayashi, K. Takahashi and S. Yagi, 1997,
    “Development of new forward lighting system with
    controllable beams,” SAE paper 970646.
    [2] T. Aoki, et al., 1997, “Development of active
    headlight system,” SAE paper 970650.
    [3] Renton Ma, 2013, ”Automotive adaptive front-lighting
    system reference design,” Texas Instruments reference
    design SPRUHP3.
    [4] 歐育佳,2012年,「適路性前方照明系統(Adaptive front
    lighting system)功能及其安全法規介紹」,車安通訊季刊,車
    輛安全審驗中心,第105-2期。
    [5] 楊晨初,「汽車頭燈系統之發展」,車輛研究中心研測資訊的技術
    新知。
    [6] J. P. Lowenau, et al., 1998, “Adaptive light control
    – a new light concept controlled by vehicle dynamics
    and navigation,” SAE paper 980007.
    [7] 李旺軒,2004年,「適路性前方照明系統建構與測試」,機械工業
    雜誌260期,第P130~142頁。
    [8] 陳智暉,2006年,「捷運電聯車適路性頭燈之研究」,碩士論文,
    華梵大學機電工程研究所。
    [9] 林志鵬,2007年「軌道車輛適路性頭燈設計與分析」,碩士論文,
    華梵大學機電工程研究所。
    [10]吳俊佶,「車燈轉動裝置用於車用頭燈裝置」,中華民國專利
    I296979。
    [11]吳俊佶,「LED機車頭燈」,中華民國專利 D124315。
    [12]吳海,「適路性車燈自控裝置」,中華民國專利 I243768。
    [13]黃楷極,「可自行轉向頭燈控制結構」,中華民國專利M362134。
    [14]林家鴻,2005年,「主動式機車頭燈控制與應用」,碩士論文,國
    立台北科技大學車輛工程研究所。
    [15]Tetsuaki Inaba, et al., 2008, “LED headlamp
    development for mass production,” SAE technical paper
    series 2008-01-0339.
    [16]李存盛,2012年,「複合式先進頭燈系統之建立」,碩士論文,國
    立台北科技大學車輛工程研究所。
    [17]Luciano P. Lukacs, et al., 2008, ”Benefits and
    implications of the LED AFS on heavy trucks in the
    South American region,” SAE technical paper series
    2008-36-0014.
    [18]蘇一峰、廖學隆,2009年,「影像式適路性頭燈」,財團法人車輛
    研究測試中心。
    [19]張振群,2014年,「AHB II(VOLVO)」,汽車日報網站。
    [20]ECE No.123, ”Uniform provisions concerning the
    approval of adaptive front-light system(AFS) for
    motor vehicle”.
    [21]”適路性前方照明系統”, 交通部「車輛安全檢測基準」第三之四
    項。
    [22]ISO 10604-1993,道路車輛前照燈光束定位量測設備。
    [23]https://goo.gl/l80my8,維基百科。
    [24]https://goo.gl/csQcm1,維基百科
    [25]D. Simon, 2006, “Kalman filtering with inequality
    constraints for turbofan engine health estimation.”,
    IEE Proceedings - Control Theory and Applications,
    Vol. 153, Issue 3, pp 371-378.
    [26]李苗鋒 ,2014年,「淺談簡單卡爾曼濾波器」,台船月刊,第
    475期。

    下載圖示
    QR CODE