壓電式車輛動(dòng)態(tài)稱重傳感器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、超限超載對(duì)交通運(yùn)輸安全的威脅和對(duì)道路設(shè)施的破壞帶來了巨大的損失，而車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)正是限制超限超載的重要技術(shù)手段。該技術(shù)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(shù)相對(duì)不足、核心技術(shù)缺失等問題，使得動(dòng)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(guān)鍵元件——前端動(dòng)態(tài)稱重傳感器。為此，本文以壓電式車輛動(dòng)態(tài)稱重傳感器為研究對(duì)象，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值仿真，探討影響車輛動(dòng)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(nèi)道路橋梁建設(shè)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)并闡述了超限超載的危害，闡明動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的重要性。然后回顧了該技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展歷程，并著重介紹動(dòng)態(tài)稱重的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)及動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的性能要求。指出了國內(nèi)對(duì)此研究與應(yīng)用方面的不足，并提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　第二章：首先從壓電傳感的原理、傳感相關(guān)參數(shù)及材料方面對(duì)本文應(yīng)用的壓電傳感技術(shù)進(jìn)行闡述。之后按照各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)從性

3、能要求出發(fā)，并參考國外先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一種基于PVDF壓電薄膜的車輛動(dòng)態(tài)稱重傳感器。利用有限元軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，在綜合考慮性能、加工等要求選擇材料，進(jìn)行傳感器的設(shè)計(jì)和布置方式，以獲取車輛的詳細(xì)信息。
　　第三章：為了確定所設(shè)計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)性能和傳感性能，利用車輪與路面接觸面積的等效計(jì)算與等比例的簡化原則，基于動(dòng)力學(xué)分析與力電耦合分析，通過有限元軟件ANSYS對(duì)動(dòng)態(tài)稱重傳感器整體模型進(jìn)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(shí)傳感器的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和電壓響應(yīng)。各組結(jié)果顯示，整體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，而電壓響應(yīng)與車輛載荷和車輛速度有關(guān)，因而經(jīng)過信號(hào)處理可獲得車輛軸重和車輛速度等信息。最后還對(duì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的局部位置進(jìn)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(jì)算獲得不同車重和車速下車輪與路面之間接觸力隨時(shí)間的變化，確定了路面不平度對(duì)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(duì)動(dòng)態(tài)稱重傳感