【摘要】：汽車智能化技術(shù)可以為人們提供更加舒適、安全、便捷、智能的服務(wù),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(guān)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(zhǔn)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(shù)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(shù)直接計算或間接估計振動姿態(tài)時,又很難兼顧準(zhǔn)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(jié)構(gòu)在低頻振動系統(tǒng)中潛在的巨大優(yōu)勢,構(gòu)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(guān)注的準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)的動力學(xué)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(nèi)容和成果可以概括如下:(1)采用彈簧-滾輪負剛度機構(gòu),發(fā)展了具有幾何非線性阻尼的單自由度準(zhǔn)零剛度振動傳感系統(tǒng),用于絕對垂向位移、扭轉(zhuǎn)角位移的測量。推導(dǎo)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(yù)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(gòu)建測試平臺對垂向準(zhǔn)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(jié)果表明,通過引入彈簧-滾輪負剛度機構(gòu),可以將對應(yīng)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(zhǔn)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(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)型和單自由度準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)為支腿,提出了六自由度準(zhǔn)零剛度振動姿態(tài)傳感系統(tǒng)。分析了Stewart平臺運動學(xué)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(xué)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(zhǔn)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(yīng)用于垂向絕對振動位移的測量中，設(shè)計了一種基于典型三的準(zhǔn)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(yīng)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(zhǔn)零剛度特性感系統(tǒng)可以在很寬的頻段內(nèi)創(chuàng)造一個近似靜止的參考點，由于相對振動技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因此可以采用適宜的相對振動位移傳感技術(shù)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(fù)雜非線性題。2016 年，Xingjian Jing 等人基于以上的原理設(shè)計了三彈簧準(zhǔn)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(zhuǎn)更多的實際因素，實驗結(jié)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(xué)博士學(xué)位論文構(gòu)和典型的三彈簧準(zhǔn)零剛度隔振結(jié)構(gòu)，構(gòu)造了可以在三個水平自由度同準(zhǔn)零剛度特性的幾何非線性結(jié)構(gòu)，圖 1.2 所示。仿真結(jié)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(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6

【參考文獻】

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1 徐高楠;黃海;李偉鵬;馬煒;;空間撓性結(jié)構(gòu)的Stewart平臺主動基座振動控制[J];宇航學(xué)報;2015年04期

2 于蓬;章桐;郭榮;;車輛傳動系扭轉(zhuǎn)振動主動控制研究現(xiàn)狀及趨勢[J];機電一體化;2014年06期

3 孟令帥;孫景工;牛福;任旭東;祁建成;;新型準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J];振動與沖擊;2014年11期

4 王心龍;周加喜;徐道臨;;一類準(zhǔn)零剛度隔振器的分段非線性動力學(xué)特性研究[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2014年01期

5 趙強;孫子堯;范超雄;陳杰;;考慮時滯作用下的車輛主動座椅懸架魯棒H~∞控制[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版);2013年05期

6 李強;徐登峰;范新;劉昊;;新型永磁隔振器的隔振性能分析與實驗研究[J];振動與沖擊;2013年13期

7 劉興天;張志誼;華宏星;;新型低頻隔振器的特性研究[J];振動與沖擊;2012年05期

8 嵇春艷;陳明璐;霍發(fā)力;張峗;;波浪荷載作用下海洋平臺半主動控制試驗研究[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年04期

9 呂公河;;地震勘探檢波器原理和特性及有關(guān)問題分析[J];石油物探;2009年06期

10 蔣良濰;姚令侃;吳偉;;邊坡振動臺模型實驗動位移的加速度時程積分探討[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報;2009年03期

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2 馮世鵬;激光在振動環(huán)境中的傳輸及指向控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

3 崔留爭;MEMS-SINS/GPS組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2014年

4 孫維超;汽車懸架系統(tǒng)的主動振動控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 李國平;面向精密儀器設(shè)備的主動隔振關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

6 陳貴敏;振動環(huán)境下光束指向穩(wěn)定及其光機電一體化關(guān)鍵技術(shù)[D];西安電子科技大學(xué);2005年

7 范國濱;光束穩(wěn)定與振動控制的光機電一體化系統(tǒng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2004年

8 張葆;動載體成像振動主動控制技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2004年

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2 周英杰;加速度測試積分位移算法及其應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2013年

3 余奇平;準(zhǔn)零剛度的非線性磁力隔振器的設(shè)計和特性分析[D];湖南大學(xué);2012年

4 姚正;彈簧—滑動梁隔振器設(shè)計研究[D];上海交通大學(xué);2011年

5 楊靜;基于壓電作動器的振動控制執(zhí)行裝置研究[D];西安電子科技大學(xué);2004年

本文編號：2597682