壓電式車輛動態(tài)稱重傳感器的設計與研究.pdf

1、超限超載對交通運輸安全的威脅和對道路設施的破壞帶來了巨大的損失，而車輛動態(tài)稱重技術正是限制超限超載的重要技術手段。該技術在我國依然處于發(fā)展階段，盡管獲得了一些成果，但因工藝技術相對不足、核心技術缺失等問題，使得動態(tài)稱重系統(tǒng)在各方面性能上與國外依然存在差距，尤其是系統(tǒng)中的關鍵元件——前端動態(tài)稱重傳感器。為此，本文以壓電式車輛動態(tài)稱重傳感器為研究對象，進行結構設計和數(shù)值仿真，探討影響車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)工作性能的各種因素。主要工作包括：

2、　　第一章：介紹了國內道路橋梁建設的現(xiàn)狀與趨勢并闡述了超限超載的危害，闡明動態(tài)稱重技術的重要性。然后回顧了該技術在國內外的發(fā)展歷程，并著重介紹動態(tài)稱重的主要技術標準ASTM E1318和目前幾種典型的傳感器及其主要原理，分析其優(yōu)缺點及動態(tài)稱重系統(tǒng)的性能要求。指出了國內對此研究與應用方面的不足，并提出了本文的主要研究內容。
　　第二章：首先從壓電傳感的原理、傳感相關參數(shù)及材料方面對本文應用的壓電傳感技術進行闡述。之后按照各項標準從性

3、能要求出發(fā)，并參考國外先進產品設計了一種基于PVDF壓電薄膜的車輛動態(tài)稱重傳感器。利用有限元軟件ANSYS對其進行結構分析，在綜合考慮性能、加工等要求選擇材料，進行傳感器的設計和布置方式，以獲取車輛的詳細信息。
　　第三章：為了確定所設計傳感器的結構性能和傳感性能，利用車輪與路面接觸面積的等效計算與等比例的簡化原則，基于動力學分析與力電耦合分析，通過有限元軟件ANSYS對動態(tài)稱重傳感器整體模型進行仿真分析。分別模擬了不同載荷和不同

4、速度的車輛壓過傳感器時傳感器的結構響應和電壓響應。各組結果顯示，整體結構滿足強度要求，而電壓響應與車輛載荷和車輛速度有關，因而經(jīng)過信號處理可獲得車輛軸重和車輛速度等信息。最后還對出現(xiàn)應力集中的局部位置進行了參數(shù)優(yōu)化。
　　第四章：本章通過建立車輪與路面的相互作用模型，并利用Matlab編寫公式計算獲得不同車重和車速下車輪與路面之間接觸力隨時間的變化，確定了路面不平度對車路相互作用力造成的誤差范圍，從而確定了路面不平度對動態(tài)稱重傳感