Ansys车轮力传感器弹性体的优化设计 (3)

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1.1.2 车轮力传感器的用途

六分力传感器测量系统，测试项指标满足SAE 坐标系统的要求。能够快速测量车轮子受到的三方向力和三方向力矩。汽车车轮力传感器测量汽车在行驶过程中车轮的六维载荷，在汽车方面有很多用途

（1）进行道路谱数据采集；

（2）研究汽车制动系统和开发ABS

（3）评价汽车动态性能；

（4）利用测量数据和控制软件进行路谱再现，从而对整车系统进行实验室道路模拟测试，达到在室内进行汽车性能研究的目的；

（5）汽车悬挂特性动态测量。

1.1.3 车轮力传感器研究背景

多维力传感器可以检测三维空间多个方向的力或力矩信息,自上世纪70年代问世以来,首先在智能机器人领域得到应用。近年来,在航空、航天、机械装配与制造以及体育竞技领域也获得了广泛的应用。由于设计原理和制造加工等因素影响,多维力传感器存在维间耦合,由于这种耦合关系复杂且难以从理论上进行精确描述,导致其测量精度不高。多维力传感器耦合的根本原因在于传感器结构上存在耦合,弹性体结构设计对传感器的综合性能影响很大,是影响传感器性能的核心技术。

在21世纪，汽车已成为现代生活中不可缺少的一种工具，在发达国家，汽车的普及到了很高的程度。一美国为例，每个家庭平均拥有汽车2~3辆。虽然我国的人均汽车拥有量还远远低于发达国家水平，但随着我国工业和交通行业的快速发展，汽车保有量也在迅速扩展。来自国家统计局2007年2月颁布的《中华人民共和国2006年国民经济和社会发展统计公报》显示，随着轿车进入家庭步伐不断加快，介质2006年底，全国民用汽车保有量达到4958万辆（包括三轮汽车和低速货车1399万辆），比2005年末增长15.2%，其中私人汽车保有量2925万辆，增长23.7%。民用轿车保有量1545万辆，增长27.2%，其中私人轿车1149万辆，增长33.5%，据国家统计局统计，截止2000年底，我国每百户城镇居民家庭拥有家用汽车0.5辆，2005年增加到3.37辆，2006年这一比例继续提高。现在我国已是名符其实的世界第三汽车产销大国。汽车工业已被国家确定为国民经济支柱产业，是国家扶持和重点发展的产业之一。

提高汽车行业自主研发和自主创新的能力是我国汽车工业在“十一五”期间将重点解决的问题之一。近年来，国外大量技术含量、结构新的汽车系统已进入中国市场。为提高国产汽车试验设备的国际竞争力，急需加快这方面的开发力度。就目前国内计算机技术、电子技术、自动控制技术、机电一体化及相关制造技术，已完全可以开发研制出具有国外同类产品水平的汽车试验系统，其价格大大低于进口设备，及补充了国内空白，又为国家节省了外汇。

1.1.4 车轮力传感器国外发展情况

1.1.5 车轮力传感器国内发展情况

1.1.6 本文研究的主要内容

（1）了解车轮力传感器的用途、结构和工作原理，了解弹性体在传感器工作时的受力状况。

（2）学习并掌握ansys有限元分析软件。

（3）建立车轮力传感器弹性体的有限元模型，定义单元类型，设置适当的边界条件，正确划分网格。

（4）加载扭矩为10000N*m时求解有限元问题，对求解结果进行分析，找出受力梁的最大变形处，即为应变片粘帖位置。

1.1.7 车轮力传感器优化意义

多维汽车轮力传感器（Wheel Force Transducer，WFT）能够测量车轮在运动过程中所受的各维力和力矩，据此就得到汽车在行驶过程中的受力情况，从而能够分析整车性能及局部性能，所以车轮力传感器是汽车道路试验系统中必不可少的核心部件，传感器的性能直接影响到汽车道路试验的结果。开展多维力传感器性能的研究及优化，对于汽车道路试验意义重大。