本文關(guān)鍵詞：汽車(chē)輪力測(cè)量解耦理論與技術(shù)研究

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【摘要】：車(chē)輪力是車(chē)輛、地面和空氣對(duì)于車(chē)輪的共同作用結(jié)果,實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛在各種狀態(tài)下車(chē)輪的受力情況是分析車(chē)輛運(yùn)動(dòng)和開(kāi)展諸多車(chē)輛實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。作為測(cè)量車(chē)輛在行駛過(guò)程中車(chē)輪所受力和力矩的專(zhuān)用工具,多維輪力傳感器在車(chē)輛實(shí)驗(yàn)和測(cè)試中占據(jù)著無(wú)可替代的地位,因此研發(fā)和設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的輪力傳感器對(duì)于提高我國(guó)的車(chē)輛制造業(yè)水平具有重要意義。本文圍繞多維輪力傳感器的設(shè)計(jì),針對(duì)傳感器的測(cè)量和解耦等數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。論文主要內(nèi)容如下：1.研究了多維輪力傳感器的設(shè)計(jì)方法,按照輪力測(cè)量過(guò)程將傳感器設(shè)計(jì)劃分為輪力感知、輪力采集和輪力數(shù)據(jù)處理三個(gè)功能環(huán)節(jié),明確了各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求,并完成了傳感體、組橋電路、采集模塊和傳輸模塊等傳感器硬件設(shè)計(jì),同時(shí)設(shè)計(jì)了基于結(jié)構(gòu)解耦和旋轉(zhuǎn)解耦的數(shù)據(jù)處理方法。2.針對(duì)多維輪力傳感器中各個(gè)測(cè)量通道之間存在的結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題,依托輪力傳感器標(biāo)定平臺(tái),設(shè)計(jì)并完成了傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn),建立了傳感器各個(gè)測(cè)量通道的輸出電壓和實(shí)際加載到傳感體上的輪力間的數(shù)學(xué)關(guān)系,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與處理,大幅降低了測(cè)量通道之間的耦合程度。3.由于多維輪力傳感器工作時(shí)隨車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng),車(chē)輪旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的精確程度會(huì)直接影響輪力數(shù)據(jù)處理的旋轉(zhuǎn)解耦效果。本文針對(duì)傳感器中使用的絕對(duì)式編碼器設(shè)計(jì)了編碼器安裝初值標(biāo)定方法。經(jīng)過(guò)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該方法能夠準(zhǔn)確解算出編碼器安裝時(shí)零點(diǎn)的位置,極大的降低了由于編碼器安裝初值估計(jì)誤差引起車(chē)輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度測(cè)量誤差,并提高了旋轉(zhuǎn)解耦精度。4.針對(duì)多維輪力傳感器特定安裝方式下,編碼器在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中出現(xiàn)的輸出角度偏差問(wèn)題,提出了一種編碼器輸出補(bǔ)償算法,該方法通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比GPS測(cè)量到的車(chē)速和由編碼器輸出估計(jì)得到的車(chē)輪轉(zhuǎn)速,判斷是否出現(xiàn)角度偏差,并對(duì)編碼器的輸出進(jìn)行修正。通過(guò)實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)可以證實(shí),該補(bǔ)償方法有效地提高了輪力解算的準(zhǔn)確性。5.針對(duì)車(chē)輪力信號(hào)的隨機(jī)性強(qiáng)、難以建模等問(wèn)題,本文將輪力信號(hào)分成兩個(gè)動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行考慮,分別建立了基于一階馬爾科夫過(guò)程的高動(dòng)態(tài)Singer車(chē)輪力模型和基于平面轉(zhuǎn)彎模型的低動(dòng)態(tài)車(chē)輪力模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)于隨機(jī)輪力信號(hào)的精確建模。6.針對(duì)輪力信號(hào)的降噪問(wèn)題,提出了一種自適應(yīng)濾波方法,實(shí)時(shí)地對(duì)輪力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)解耦和濾波。該方法以計(jì)算效率高且適用于非線性系統(tǒng)的稀疏網(wǎng)格求積分點(diǎn)卡爾曼濾波器為核心,在交互式多模型算法框架下實(shí)時(shí)計(jì)算各模型所占權(quán)重,并以此為基礎(chǔ)選擇合適車(chē)輪力模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和旋轉(zhuǎn)解耦,實(shí)現(xiàn)了車(chē)輪力模型的自適應(yīng)選擇,顯著提高了輪力解算精度。
【關(guān)鍵詞】：多維輪力傳感器 車(chē)輪旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量 車(chē)輪力模型 自適應(yīng)實(shí)時(shí)濾波
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U467.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 輪力測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 車(chē)輪力和車(chē)輪力測(cè)量方法14-15
• 1.2.2 車(chē)輪力傳感器國(guó)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 車(chē)輪力傳感器國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 車(chē)輪力傳感器技術(shù)難點(diǎn)與基本技術(shù)路線19-21
• 1.4 論文內(nèi)容安排21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-24
• 第二章 多維輪力傳感器設(shè)計(jì)24-50
• 2.1 輪力信息感知環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)24-32
• 2.1.1 彈性體設(shè)計(jì)24-28
• 2.1.2 應(yīng)變分析及應(yīng)變片布片方法28-32
• 2.2 輪力信息采集環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)32-40
• 2.2.1 采集模塊設(shè)計(jì)33-36
• 2.2.2 傳輸模塊設(shè)計(jì)36-37
• 2.2.3 非接觸式通訊方法與協(xié)議37-40
• 2.3 輪力信息處理環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)40-43
• 2.3.1 輔助坐標(biāo)系定義41-42
• 2.3.2 輪力信息處理流程42-43
• 2.4 車(chē)輪力傳感器的實(shí)車(chē)安裝與測(cè)試43-48
• 2.4.1 傳感器安裝43-45
• 2.4.2 實(shí)車(chē)測(cè)試45-48
• 2.5 本章小結(jié)48-50
• 第三章 多維輪力傳感器靜態(tài)標(biāo)定與結(jié)構(gòu)解耦研究50-68
• 3.1 傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)50-52
• 3.1.1 線性度50-51
• 3.1.2 重復(fù)性51
• 3.1.3 遲滯性51-52
• 3.2 多維輪力傳感器標(biāo)定設(shè)備與方法52-55
• 3.2.1 多維輪力標(biāo)定平臺(tái)52-54
• 3.2.2 標(biāo)定過(guò)程和樣本的抽取54-55
• 3.3 輪力標(biāo)定和靜態(tài)特性55-61
• 3.3.1 F_x~e靜態(tài)特性55-57
• 3.3.2 F_y~e靜態(tài)特性57-58
• 3.3.3 F_z~e靜態(tài)特性58-60
• 3.3.4 M_y~e靜態(tài)特性60-61
• 3.4 多維輪力傳感器維間解耦方法61-65
• 3.4.1 維間耦合度61-62
• 3.4.2 線性解耦方法62-63
• 3.4.3 非線性解耦方法63-65
• 3.5 本章小結(jié)65-68
• 第四章 車(chē)輪旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量方法研究68-96
• 4.1 旋轉(zhuǎn)角度偏差影響68-69
• 4.2 編碼器初始安裝角度標(biāo)定69-78
• 4.2.1 標(biāo)定方法69-72
• 4.2.2 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)72-78
• 4.3 編碼器角度偏差補(bǔ)償78-94
• 4.3.1 產(chǎn)生原因79-81
• 4.3.2 補(bǔ)償方法81-83
• 4.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)83-90
• 4.3.4 實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)90-94
• 4.4 本章小結(jié)94-96
• 第五章 輪力數(shù)據(jù)濾波算法研究96-126
• 5.1 傳統(tǒng)濾波方法96-99
• 5.1.1 小波變換和降噪原理96-98
• 5.1.2 輪力數(shù)據(jù)的小波濾波98-99
• 5.2 自適應(yīng)實(shí)時(shí)濾波算法99-114
• 5.2.1 實(shí)時(shí)濾波器的選擇99-104
• 5.2.2 輪力數(shù)據(jù)模型104-110
• 5.2.3 交互式多模型算法110-112
• 5.2.4 自適應(yīng)實(shí)時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)112-114
• 5.3 仿真實(shí)驗(yàn)114-121
• 5.3.1 直線加速仿真實(shí)驗(yàn)114-117
• 5.3.2 制動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)117-119
• 5.3.3 轉(zhuǎn)彎仿真實(shí)驗(yàn)119-121
• 5.4 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)121-123
• 5.5 本章小結(jié)123-126
• 第六章 總結(jié)與展望126-130
• 6.1 論文工作總結(jié)126-127
• 6.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)127
• 6.3 下一步工作展望127-130
• 參考文獻(xiàn)130-138
• 致謝138-140
• 博士期間發(fā)表論文和申請(qǐng)專(zhuān)利情況140

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