基于PVDF压电薄膜胎内传感器的有限元纵滑仿真及压电解算

交通事故率随着汽车保有量的增加而迅速增长，使得人们对汽车的行车安全性提出了更高的要求。为了满足人们的要求，汽车中加入了很多电控系统，如ABS，ESP，TCS，ACC等。为了实现准确控制汽车的行驶状态，需要在汽车各部位布置传感器来感知汽车的运动状态。轮胎作为汽车的重要部件，传递着汽车与路面之间各种力和力矩，轮胎的受力状态直接决定着汽车的行驶状态。如果能够通过在轮胎上布置传感器来感知轮胎的变形信息，进而解算得到轮胎的受力信息与轮胎与路面之间的附着状态，将这些信息反馈给汽车的电控系统，使其能够更为准确地判断汽车的行驶状态，将会很大程度上提高汽车的行车安全性。 布置有传感器的轮胎通常称之为智能轮胎。为了实现轮胎智能的功能，选择合适的传感器是关键的因素。作为智能轮胎的一种，轮胎的胎压监测系统（TPMS）在汽车上得到了广泛应用。对于智能轮胎来说，仅实现对胎压的监测是远不够的。为了实现运动过程中对轮胎胎体变形的测量，尝试了很多传感器进行了试验研究，比如声表面波传感器、加速度传感器和光学传感器等，并且都取得了一定的成果。 PVDF（Polyvinylidene Fluoride）压电薄膜传感器的诸多优点均适合作为轮胎胎内传感器，本文采用PVDF压电薄膜传感器对轮胎附着状态的识别开展了研究。文中阐述了PVDF压电薄膜的压电特性与压电方程，并通过实验对其在不同振幅下的电压输出进行了实验研究。建立了基于压电薄膜的轮胎有限元模型，对压电薄膜传感器经过印迹区的电压输出特性进行了仿真分析，并对压电薄膜传感器经过印迹区进行了建模分析。 第二章中主要介绍了压电材料的压电效应与压电方程，建立了一套实验设备。通过实验，对PVDF压电薄膜的电压输出特性进行了实验研究。建立了压电薄膜的理论模型。运用Abaqus软件建立了压电薄膜传感器有限元模型并对其进行了仿真研究。 第三章中主要描述了基于压电薄膜的轮胎有限元的建模过程。首先运用Abaqus有限元软件建立轮胎的三维有限元模型，并对有限元模型进行了充气、加载分析。然后将压电薄膜传感器的有限元模型建入到轮胎三维有限元模型的内表面，通过*TIE命令将压电薄膜下表面粘贴在轮胎内表面上。并对基于压电薄膜传感器轮胎有限元模型进行了不同垂直载荷下的仿真分析。得到了传感器经过轮胎印迹区的电压输出曲线与轮胎内表面的应力变化曲线。在驱动与制动工况下，对基于压电薄膜传感器的轮胎有限元模型在不同纵向滑移率下进行了仿真分析，得到了压电薄膜传感器经过印迹区的电压输出曲线，并对同一纵向滑移率下的驱动与制动电压输出曲线进行了比较分析。 第四章中结合压电理论与轮胎稳态纵滑模型理论，对压电薄膜传感器经过轮胎印迹区电压输出进行建模研究。分别建立了压电薄膜传感器进入轮胎印迹区的弯曲模型和传感器在印迹区内的伸展模型。 第五章为本文的全文总结以及对后期工作的展望。