车轮力传感器的运动-力解耦关键技术研究

Motion-force coupling (rotation coupling and inertia coupling) caused by the vehicle motion will decrease the measuring accuracy of the wheel force transducer (WFT). So the research of the key technology in motion-force decoupling of WFT will be carried out. First of all, a WFT with the ability of acquiring motion information and the data acquisition system are developed. Then the rotation decoupling model of WFT is established to calculate actual wheel force, and the focus of this research is mainly concentrated on the online acquisition method of the sensor's initial values, which are the key parameters that affect the accuracy of the rotation decoupling. Finally, the research of the effect of inertia coupling in motion field is carried out, and by the theoretical analysis and simulation experiments, the internal relationship between the acceleration and the wheel force is founded, then accordingly the effective inertia decoupling method for the WFT is designed. The research result of this project will contribute to the formation of a new motion-force decoupling method, and it not only has certain reference value to the research of multi-axis force sensor in the similar application, but is significant for shortening the gap of WFT technology at home and abroad.

由车辆运动引起的运动-力耦合（即，旋转耦合和惯性耦合）将影响车轮力传感器的测量精度，针对该问题，本项目就车轮力传感器的运动-力解耦方法的关键技术展开研究，首先，研制一套可感知传感器运动信息的车轮力传感器及其数据采集系统；在此基础上，建立旋转解耦模型用于获取实际车轮力信号，并着重对影响旋转解耦精度的关键参数-车轮力传感器初值的在线高精度获取进行研究；最后，针对运动场中的传感器惯性耦合效应展开研究，通过理论分析和模拟实验挖掘出运动加速度和车轮力之间的内在联系，据此研究有效的传感器惯性解耦方法。本项目的研究成果有助于形成运动场中WFT运动-力解耦的新方法，不仅对类似应用中多维力传感器的研究具有一定参考价值，而且对缩短国内外WFT技术的差距具有重要意义。

由于车轮力传感器的特殊应用环境，由车辆运动引起的运动-力耦合（即，旋转耦合和惯性耦合）将影响车轮力传感器的测量精度，针对该问题，本项目就车轮力传感器的运动-力解耦方法的关键技术展开研究。首先在原车轮力传感器基础上增加了惯性测量单元，研制一套可感知自身运动信息的车轮力传感器，搭建了传感器静力标定平台、加速度模拟测试平台和实车测试系统。针对旋转解耦关键参数暨传感器初值获取困难和精度不高缺点，研究了两种在线高精度获取传感器初值的方法，通过实验对影响这两种方法的参数进行分析，通过台架实验和实车实验对方法的有效性进行验证，并分析对比了这两种方法的差异。针对轮力传感器的惯性耦合带来的测量误差问题，首先对惯性耦合效应进行理论分析，从理论上探讨由车辆运动引起的传感器惯性耦合的具体表现形式和作用机理；其次，对传感器的惯性力学等效模型进行理论分析和公式推导，并采用有限元模型进行仿真分析和验证；通过加速度模拟测试平台对轮力传感器惯性载荷特性进行分析，提出惯性力维间耦合度和惯性耦合度两个指标；最后提出一种基于LS-SVR的传感器非线性惯性耦合方法实现轮力传感器的惯性解耦。本项目的研究不仅有利于国产化轮力传感器的测量精度提升，而且对其它多维力传感器也有类似的借鉴作用。