發(fā)布時(shí)間：2020-03-24 02:54

【摘要】：汽車(chē)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(chē)的重要發(fā)展方向。振動(dòng)傳感器作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,在汽車(chē)智能化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用,汽車(chē)主動(dòng)懸架、主動(dòng)座椅、特種車(chē)輛精密儀器的隔振等大量的汽車(chē)低頻主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng),為了取得理想的效果,往往依賴(lài)于準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的絕對(duì)振動(dòng)姿態(tài)反饋。然而傳統(tǒng)的線性絕對(duì)振動(dòng)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(guò)加速度計(jì)、陀螺儀等慣性測(cè)量技術(shù)直接計(jì)算或間接估計(jì)振動(dòng)姿態(tài)時(shí),又很難兼顧準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和成本。因此,研究一類(lèi)高性能的低頻絕對(duì)振動(dòng)姿態(tài)傳感理論的工作勢(shì)在必行。本文利用幾何非線性結(jié)構(gòu)在低頻振動(dòng)系統(tǒng)中潛在的巨大優(yōu)勢(shì),構(gòu)建了一類(lèi)方便、廉價(jià)、高精度的絕對(duì)振動(dòng)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(dòng)力學(xué)研究出發(fā),先后提出了若干能夠有效測(cè)量車(chē)輛絕對(duì)振動(dòng)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(fù)剛度機(jī)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(dòng)傳感系統(tǒng),用于絕對(duì)垂向位移、扭轉(zhuǎn)角位移的測(cè)量。推導(dǎo)了傳感系統(tǒng)測(cè)量的幅值精度、相位差表達(dá)式。研究了壓簧預(yù)壓縮量、線性阻尼系數(shù)和被測(cè)信號(hào)幅值對(duì)測(cè)量性能的影響,并給出了不同輸入下的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能。研究了傳感系統(tǒng)可能存在的多解問(wèn)題。構(gòu)建測(cè)試平臺(tái)對(duì)垂向準(zhǔn)零剛度傳感系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,并對(duì)測(cè)量性能進(jìn)行了初步測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,通過(guò)引入彈簧-滾輪負(fù)剛度機(jī)構(gòu),可以將對(duì)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(duì)高于1.5Hz振動(dòng)激勵(lì)的幅值測(cè)量誤差小于10%,相位誤差小于25°。指出通過(guò)幾何非線性阻尼,可以在幾乎不損失測(cè)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(kuò)大頻率測(cè)量范圍和幅值測(cè)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(duì)角位移測(cè)量部分。研究了小幅扭振、小幅水平振動(dòng)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(lì)下傳感系統(tǒng)測(cè)量的幅值精度和相位精度。給出扭轉(zhuǎn)諧波激勵(lì)、周期激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì)下傳感系統(tǒng)測(cè)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(dòng)姿態(tài)傳感系統(tǒng)。分析了Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,研究了六自由度系統(tǒng)的耦合剛度特性。進(jìn)行了六自由度傳感系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真,給出了傳感系統(tǒng)測(cè)量精度的表達(dá)式。分析了不同測(cè)量幅值和耦合剛度對(duì)測(cè)量性能的影響,并對(duì)不同激勵(lì)下傳感系統(tǒng)的測(cè)量性能做了數(shù)值仿真。
【圖文】：

實(shí)現(xiàn)高性能的絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量。準(zhǔn)零剛度（quasi-zero-stiffness）系統(tǒng)正是可上需求的一類(lèi)優(yōu)異的非線性振動(dòng)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(duì)振動(dòng)位移的測(cè)量中，設(shè)計(jì)了一種基于典型三的準(zhǔn)零剛度絕對(duì)振動(dòng)位移傳感系統(tǒng)[42]，通過(guò)理論分析探討了該傳感系統(tǒng)能，并將其應(yīng)用于汽車(chē)四分之一模型的主動(dòng)懸架上，，如圖 1.1 所示。仿真該方法可以顯著的抑制來(lái)自汽車(chē)簧下的振動(dòng)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(gè)近似靜止的參考點(diǎn)，由于相對(duì)振動(dòng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因此可以采用適宜的相對(duì)振動(dòng)位移傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量相對(duì)于該靜止參考點(diǎn)的振動(dòng)，從而近似得到被測(cè)的絕對(duì)振動(dòng)信號(hào)。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(jì)了三彈簧準(zhǔn)零剛度振統(tǒng)實(shí)物模型[68]，并在仿真計(jì)算中考慮了摩擦和橫向彈簧及附屬元件的轉(zhuǎn)更多的實(shí)際因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感系統(tǒng)可以獲得良好的垂向絕對(duì)測(cè)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(gè)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(shí)測(cè)量三個(gè)水平自由度的振動(dòng)位移，且只需要簡(jiǎn)單的負(fù)反饋控制即可在的振動(dòng)控制中取得良好的主動(dòng)控制效果。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U463.6

【參考文獻(xiàn)】

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2 于蓬;章桐;郭榮;;車(chē)輛傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J];機(jī)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(jì)與研究[J];振動(dòng)與沖擊;2014年11期

4 王心龍;周加喜;徐道臨;;一類(lèi)準(zhǔn)零剛度隔振器的分段非線性動(dòng)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(qiáng);孫子堯;范超雄;陳杰;;考慮時(shí)滯作用下的車(chē)輛主動(dòng)座椅懸架魯棒H~∞控制[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2013年05期

6 李強(qiáng);徐登峰;范新;劉昊;;新型永磁隔振器的隔振性能分析與實(shí)驗(yàn)研究[J];振動(dòng)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(dòng)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(tái)半主動(dòng)控制試驗(yàn)研究[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(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(wèn)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(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn)動(dòng)位移的加速度時(shí)程積分探討[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2009年03期

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

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

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

6 陳貴敏;振動(dòng)環(huán)境下光束指向穩(wěn)定及其光機(jī)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(guó)濱;光束穩(wěn)定與振動(dòng)控制的光機(jī)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(dòng)載體成像振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2004年

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

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5 楊靜;基于壓電作動(dòng)器的振動(dòng)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(hào)：2597682