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商用客车无线胎压监测关键技术的研究
| 论文题名： | 商用客车无线胎压监测关键技术的研究 |
| 关键词： | 商用客车;无线胎压监测系统;组态天线;旋转部件;电磁波;传播模型 |
| 摘要： | 目前对乘用轿车胎压监测系统(TirePrssureMonitoringSystem,TPMS)的研究较多,而对商用客车TPMS的研究相对较少,商用客车的TPMS存在系统可靠性差和信号传输不稳定的问题。为提高商用客车TPMS的可靠性和无线传输性能,本文进行了组态天线的仿真与设计、旋转部件电磁波传播模型、系统控制软件及算法等方面的研究。主要研究内容包括: (1)综合考虑旋转天线、轮毂、车身以及非理想地面的影响,提出组态天线的概念。构建和研究组态天线的电磁场仿真模型,通过仿真的结果来优化组态天线的匹配电路设计,以提高无线传输性能。仿真结果表明:组态天线在不同方向上辐射能力的差异比单天线的大,且天线的方向图存在一些零点;非理想地面组态天线在最大辐射方向上的功率值比理想地面的小,且天线功率方向图的变化主要是受到不同地面电导率变化的影响;当地面粗糙度在8cm以上时,地面粗糙度对组态天线性能的影响开始显现;旋转过程中组态天线增益的变化范围较大,输入阻抗的电阻部分相对变化较大而电抗部分相对变化不大,必须进行阻抗匹配设计。测试结果表明:采用组态天线阻抗匹配设计后的TPMS的数据帧接收正确率在90％以上。 (2)推导和建立旋转部件电磁波绕射传播模型,并进行仿真分析,仿真结果表明:路径损耗随着旋转角度的变化而变化,路径损耗还与旋转部件半径、工作频率、旋转速度、收发端之间距离、透明孔径尺寸以及天线高度等参数有关。考虑直射波和反射波的路程差、旋转运动速度变化和入射波方向变化导致的多普勒频移,推导和建立了旋转部件双径传播模型,仿真结果表明:路径损耗随着旋转角度的变化而变化,平行极化波的路径损耗波动范围和幅度比垂直极化波小,路径损耗还与旋转部件半径、工作频率、旋转速度、收发端之间距离、介电常数以及天线高度等参数有关。分别对天线置于商用客车驾驶室内的绕射路径损耗、天线置于底盘上的绕射路径损耗以及双径传播路径损耗进行仿真分析,仿真结果表明:总体而言接收天线置于底盘上的路径损耗比置于驾驶室内的要小,建议在车底布放接收天线,天线尽可能靠近轮胎,以保证接收效果。搭建测试平台进行旋转部件路径损耗测试,测试结果表明本文提出的分析方法和建立的传播模型接近实际情况,具有合理性。 (3)对TPMS系统的控制软件及算法进行研究,包括高低频通讯协议、软件流程,提出信号调理算法、低温环境下的温度补偿和软件滤波算法,并详细阐述了软件抗干扰设计的关键点,设计了预防误报警策略。 |
| 作者： | 陈晓洁 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 刘胜 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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