【摘要】：汽車智能化技術可以為人們提供更加舒適、安全、便捷、智能的服務,是現(xiàn)代汽車的重要發(fā)展方向。振動傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件,在汽車智能化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用,汽車主動懸架、主動座椅、特種車輛精密儀器的隔振等大量的汽車低頻主動振動控制系統(tǒng),為了取得理想的效果,往往依賴于準確、實時的絕對振動姿態(tài)反饋。然而傳統(tǒng)的線性絕對振動位移、角位移傳感技術往往在安裝、精度、成本等方面存在缺陷。通過加速度計、陀螺儀等慣性測量技術直接計算或間接估計振動姿態(tài)時,又很難兼顧準確性、實時性和成本。因此,研究一類高性能的低頻絕對振動姿態(tài)傳感理論的工作勢在必行。本文利用幾何非線性結構在低頻振動系統(tǒng)中潛在的巨大優(yōu)勢,構建了一類方便、廉價、高精度的絕對振動姿態(tài)傳感系統(tǒng)。從具有優(yōu)良低頻特征而備受關注的準零剛度系統(tǒng)的動力學研究出發(fā),先后提出了若干能夠有效測量車輛絕對振動位移、角位移的理論和方法。本論文的主要內容和成果可以概括如下:(1)采用彈簧-滾輪負剛度機構,發(fā)展了具有幾何非線性阻尼的單自由度準零剛度振動傳感系統(tǒng),用于絕對垂向位移、扭轉角位移的測量。推導了傳感系統(tǒng)測量的幅值精度、相位差表達式。研究了壓簧預壓縮量、線性阻尼系數(shù)和被測信號幅值對測量性能的影響,并給出了不同輸入下的動態(tài)測量性能。研究了傳感系統(tǒng)可能存在的多解問題。構建測試平臺對垂向準零剛度傳感系統(tǒng)的有效性進行了驗證,并對測量性能進行了初步測試。測試結果表明,通過引入彈簧-滾輪負剛度機構,可以將對應線性系統(tǒng)的共振頻率從2Hz降低到1.188Hz。傳感系統(tǒng)對高于1.5Hz振動激勵的幅值測量誤差小于10%,相位誤差小于25°。指出通過幾何非線性阻尼,可以在幾乎不損失測量精度的情況下有效控制多解現(xiàn)象出現(xiàn)的頻段范圍,從而擴大頻率測量范圍和幅值測量范圍。(2)提出了三軸準零剛度扭振角位移傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含球殼、球核、彈簧構成的幾何非線性部分和光電相對角位移測量部分。研究了小幅扭振、小幅水平振動下傳感系統(tǒng)的剛度特性�；谥C波平衡法近似分析了不同激勵下傳感系統(tǒng)測量的幅值精度和相位精度。給出扭轉諧波激勵、周期激勵和隨機激勵下傳感系統(tǒng)測量性能的數(shù)值仿真。(3)以Stewart構型和單自由度準零剛度系統(tǒng)為支腿,提出了六自由度準零剛度振動姿態(tài)傳感系統(tǒng)。分析了Stewart平臺運動學特性,研究了六自由度系統(tǒng)的耦合剛度特性。進行了六自由度傳感系統(tǒng)的動力學仿真,給出了傳感系統(tǒng)測量精度的表達式。分析了不同測量幅值和耦合剛度對測量性能的影響,并對不同激勵下傳感系統(tǒng)的測量性能做了數(shù)值仿真。
【圖文】：

實現(xiàn)高性能的絕對振動測量。準零剛度（quasi-zero-stiffness）系統(tǒng)正是可上需求的一類優(yōu)異的非線性振動系統(tǒng)[65-67]。2014 年，XiuTing Sun 等首次度隔振系統(tǒng)應用于垂向絕對振動位移的測量中，設計了一種基于典型三的準零剛度絕對振動位移傳感系統(tǒng)[42]，通過理論分析探討了該傳感系統(tǒng)能，并將其應用于汽車四分之一模型的主動懸架上，，如圖 1.1 所示。仿真該方法可以顯著的抑制來自汽車簧下的振動傳遞。該基于準零剛度特性感系統(tǒng)可以在很寬的頻段內創(chuàng)造一個近似靜止的參考點，由于相對振動技術已經比較成熟，因此可以采用適宜的相對振動位移傳感技術來測量相對于該靜止參考點的振動，從而近似得到被測的絕對振動信號。此外表明，由于非線性剛度的引入，該傳感系統(tǒng)可能具有潛在的復雜非線性題。2016 年，Xingjian Jing 等人基于以上的原理設計了三彈簧準零剛度振統(tǒng)實物模型[68]，并在仿真計算中考慮了摩擦和橫向彈簧及附屬元件的轉更多的實際因素，實驗結果表明，該傳感系統(tǒng)可以獲得良好的垂向絕對測量性能。

重慶大學博士學位論文構和典型的三彈簧準零剛度隔振結構，構造了可以在三個水平自由度同準零剛度特性的幾何非線性結構，圖 1.2 所示。仿真結果表明，該傳感系時測量三個水平自由度的振動位移，且只需要簡單的負反饋控制即可在的振動控制中取得良好的主動控制效果。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6

【參考文獻】

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本文編號：2597682