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压电式轮胎力传感器结构设计及性能分析
| 论文题名： | 压电式轮胎力传感器结构设计及性能分析 |
| 关键词： | 压电式轮胎;力传感器;八点式布局;力学传递效率 |
| 摘要： | 轮胎力传感器作为测量车辆动力学参数的主要设备，可以实时测量汽车行驶过程中的相关动态载荷，监视车轮运动状态。通过其测量数据对汽车进行动力学和稳定性分析，有助于提高车辆运动的平顺性和乘坐的舒适性。因此，本文针对轮胎力传感器力敏元件的布局方式、测量原理、结构设计、结构优化和性能分析展开研究，主要内容如下： 首先，结合压电式轮胎力传感器的实际工况，选取动态测量性能优异的石英晶片作为力敏元件，确定其形状和大小。将同切型石英晶片并联制成单元晶组，再根据测力/力矩的需求将不同切型的单元晶组通过堆叠组合制成相应的石英晶组，并对石英晶组的空间布局方式和轮胎力传感器的测量原理进行研究。 其次，结合轮胎力传感器的功能需求提出设计要求，结合八点式布局原理完成八梁式轮胎力传感器主体结构的设计。根据石英晶组安装方式的不同设计了垂直安装式和水平安装式两种方案，并分别设计了与之相对应的石英晶组安装盒，方便石英晶组的安装。在此基础上，采用有限元分析法对两者的性能进行对比分析。 然后，提出综合性能指标作为衡量压电式轮胎力传感器性能的参数指标，并将其作为优化目标。利用拓扑优化得到不同载荷下轮胎力传感器结构中材料的最优分布，利用形状优化得到轮胎力传感器的最优边界形状，利用参数相关性分析和控制变量法筛选出对性能影响较大的尺寸参数，利用响应面和有限元分析相结合的方法优化主要尺寸参数，完成压电式轮胎力传感器的结构优化设计。在此基础上，对轮胎力传感器与车轮系统的连接方式和信号集成模块进行设计。 最后，对压电式轮胎力传感器的载荷传递过程进行分析，建立力学模型。通过力学性能仿真分析对其性能进行研究，通过动力学仿真分析得出轮胎力传感器的实际固有频率，通过极限载荷仿真试验对轮胎力传感器量程的合理性进行评估，通过力学性能的仿真结果计算得出轮胎力传感器的力学传递效率。 通过本文的研究，为压电式轮胎力传感器的前期结构设计和力学性能分析提供理论依据，缩短了压电式轮胎力传感器的设计周期，具有重要的工程实践意义。 |
| 作者： | 关晋松 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 崔高健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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