基于弹簧钢板变形有限元分析的车辆自载重测量方法研究

摘要

近年，随着经济的发展和科技的进步，我国现代交通运输业取得了快速的发展，与此同时，交通检查、超限治理和计重收费工作也不断深入，这使得汽车载重测量系统得到了越来越广泛的应用。汽车载重测量系统的应用旨在解决汽车超载问题，以及由此引发的道路破坏、交通事故频发、国税流失、运输市场恶化等现象。为了更加准确的实时测量出汽车的载重情况，本文提出了一种基于弹簧钢板有限元分析的汽车自载重测量方法。
　　首先，论文介绍了汽车的承重结构，分析了汽车载荷的构成。研究了现代接触动力学理论的基本分析方法，考虑钢板弹簧变形过程中的大变形、各片之间的接触和摩擦等多种非线性因素，利用结构非线性有限元方法，应用ANSYS软件建立了某钢板弹簧的有限元模型，分析计算了板簧的变形分布和位移—载荷图。并使用MATLAB对板簧变形数据进行了处理，得到其位移—载荷的拟合曲线。
　　其次，本文在获得钢板弹簧位移—载荷曲线的基础上，针对汽车载荷的构成特性，提出了利用BP神经网络处理汽车载荷数据的方法。学习了神经网络的理论原理和实现过程后，仔细的选择了网络的输入层和隐含层，利用神经网络建立了动态载荷的特征因素与汽车静载荷之间的映射。MATLAB仿真结果表明基于BP神经网络的汽车载荷数据处理方法可以把汽车静载荷结果控制在一个比较满意的误差范围内。
　　最后，简要介绍了本文所提出系统中的主要硬件部分，超声波测距传感器和胎压测量模块，并分析了使用过程中可能存在的误差来源，然后给出了系统的实物图。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 社会需求

1．1．2 企业管理需求

1．2 国内外研究现状、发展动态

1．3 汽车自载重方法概述

1．3．1 基于汽车钢板弹簧形变的测量方法

1．3．2 基于胎压传感器的测量方法

1．4 本论文的主要研究内容

第2章 基于钢板弹簧变形测量方法的数学原理

2．1 车辆承重结构的特点分析

2．1．1 车辆载荷分析

2．1．2 车辆静态载荷分析

2．2 胎压传感器的工作原理

第3章 汽车钢板弹簧变形的有限元分析

3．1 悬架及钢板弹簧的概述

3．2 钢板弹簧的结构分析

3．3 接触动力学理论基础

3．3．1 非线性有限元法

3．3．2 弹性接触理论

3．4 基于ANSYS的钢板弹簧有限元分析

3．4．1 钢板弹簧的选取

3．4．2 钢板弹簧的有限元模型建立

3．4．3 钢板弹簧的应力变形分析

3．5 不同种类钢板弹簧间的变形数据对比分析

3．5．1 少片变截面式钢板弹簧的仿真结果

3．5．2 渐变刚度式钢板弹簧的仿真结果

第4章 基于神经网络的测量数据处理

4．1 车辆行驶中的动态载荷

4．1．1 动态载荷分析

4．2 基于神经网络的信号处理

4．2．1 网络原理

4．2．2 BP网络的基本思想及拓扑结构

4．2．3 BP网络算法理论推导

4．2．4 BP算法的执行步骤及其优缺点

4．2．5 网络参数的选择

4．2．6 BP神经网络仿真结果分析

4．2．7 误差分析

第5章 自载重测量系统的硬件设计

5．1 汽车自载重测量系统的总体方案

5．2 超声波模块的设计和分析

5．2．1 超声波测距原理

5．2．2 超声波传感器的选择

5．2．3 超声波传感器的误差分析

5．3 轮胎压力测量模块设计

5．4 系统实物图

第6章 总结与展望

致谢

参考文献