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自行車運動之動力分析

為了解決Tacx 訓練台 推薦的問題，作者蔡曜名 這樣論述：

本論文分為兩部分，第一部分為自行車運動方程式推導與變因分析，第二部分為自行車即時動態模擬系統開發。方程式推導部分以牛頓力學為基礎，推導自行車於不同坡度下、加速與煞車之直線運動的二階非線性聯立常微分方程組，降階得到一階非線性常微分方程組，再以四階Runge-Kutta法數值計算，並以MATLAB撰寫之程式分析單一變因如煞車力、加速力矩、坡度、摩擦係數等對行車動態與安全性之影響。運動過程中以地面對前、後輪之正向力是否為零，做為判斷車體是否發生翹車（wheelie）或翻車（stoppie）現象之依據，若發生則以翹車或翻車的運動方程組計算後續之運動。自行車即時動態模擬系統開發部分，則以內嵌C語言之L

abVIEW程式整合前述之運動方程式，並利用外部感測器即兩組Load Cell感測前、後輪之剎車力以及一組Encoder感測飛輪之轉速，經由A/D轉換卡將外部感測器訊號轉換後輸入電腦，並利用轉速的微分值得到腳踏板之輸入力矩。接著透過程式即時計算反映車體目前運動狀態，包含車體速度、前後輪轉速、地面對兩輪之正向力、車體翻轉與翹起角度等，並以虛擬實境及飛輪轉速控制系統反映給使用者，令使用者可依目前行車狀況調整操控前、後輪之剎車力與腳踏板之輸入力矩，達到人機互動、即時運算模擬之目標。