运动-力解耦的多维轮力传感器研究.pdf

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1、第３８卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ５２０１７年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１７运动力解耦的多维轮力传感器研究冯李航，王东，徐扬，林国余，张为公（东南大学仪器科学与工程学院南京２１００９６）摘要：介绍了一种具有运动力解耦功能的多维车轮力传感器。基于车轮力传感器的特殊安装与实用环境的测量误差，在常规轮力传感器力力维间解耦与测量的基础上，引入运动测量技术与校正方法，提出了一种联合的解耦方法，能够对运动场下传感器测量的旋转耦合误差和惯性耦合误差进行补偿，同时还兼顾初值误差校准，进一步提

2、高了车轮力的测量精度和稳定性，即实现运动力解耦。关键词：车轮力传感器；运动力解耦；多维力传感器；惯性耦合；旋转耦合中图分类号：ＴＨ８９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０２５ＭｏｔｉｏｎｆｏｒｃｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｗｈｅｅｌｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒＦｅｎｇＬｉｈａｎｇ，ＷａｎｇＤｏｎｇ，ＸｕＹａｎｇ，ＬｉｎＧｕｏｙｕ，ＺｈａｎｇＷｅｉｇｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｗ

3、ｏｒｋｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｅｗｄｅｓｉｇｎｅｄｗｈｅｅｌｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｈｉｃｈｃａｎｄｅｃｏｕｐｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎａｎｄｆｏｒｃｅ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｗｈｅｅｌｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｓｓｐｅｃｉａｌｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｗｈｅｅｌｏｆａｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎｅｒｔｉａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｓｃａｕｓｅｅｒｒｏｒｓｉｎｔｏｔｈｅｆｏｒｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｍｏｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈ

4、ｎｉｑｕｅｓｕｃｈａｓａＭＥＭｓｕｎｉｔ，ｔｈｅｓｅｅｒｒｏｒｓｃａｎｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｉｎｅｒｔｉａｌｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｅｒｒｏｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｓｏｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｆｏｒｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｆｏｒｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｈｅｅｌｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｍｏｔｉｏｎｆｏｒｃｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｍｕｌｔｉａｘｉｓｆｏｒ

5、ｃｅｓｅｎｓｏｒ；ｉｎｅｒｔｉａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｒｏｔａｔｉｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇ［５，１０］功应用于各种传感器中，如基于神经网络、支持向量［６］１引言机的静态解耦算法，自动控制理论的不变性动态解［７］［８］耦、迭代动态解耦、静动态联合解耦以及对角优势化［９］车辆运动是车轮与地面相互作用的结果，轮力信息补偿解耦等方法。［１４］对车辆主动安全的分析和评价起到至关重要的作用。与一般多维力传感器相比，ＷＦＴ特点如下：１）自身车轮力传感器（ｗｈｅｅｌｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ＷＦＴ）为实时轮力结构尺寸大，与车轮装配体一起引入了较大质量和刚性；测量提供了

6、一种直接、有效的手段。目前，该产品主要由２）安装在高速旋转车轮上，并随车辆运动，因此传感器同Ｋｉｓｔｌｅｒ、ＭＴＳ、ＰＣＢ等为代表的国外大公司把持；国内东南时具有滚动和平动，使其测量始终处于一个复杂的运动［４］大学对ＷＦＴ较早地开展了研究，并积累了经验，但仍场中。运动场使得ＷＦＴ的耦合不仅包含通道间的力力有差距。耦合，还包含与运动相关的惯性耦合和旋转耦合（在此统ＷＦＴ属于多维力传感器范畴，在多维力传感器领称为运动力耦合），它们在一定程度上影响车轮力的测域，力的解耦分析至关重要，主要用于解决由于弹性体结量精度。构、加工、贴片等因素引起的传感器各个力的测

7、量通道之首先，依据牛顿运动定理，运动中的加速度将会给传间相互影响、相互耦合问题，称为力力维间耦合。目前，感器带来附加的惯性力，该惯性力将影响传感器的测量［５１１］［１２］国内外学者对该问题已取了大量的研究成果，并成精度。ＲｕｐｐＡ等人最早注意到ＷＦＴ自身附加质量／收稿日期：２０１６１２ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１６１２基金项目：国家自然科学基金（５１３０５０７８，６１６６３０２７）、中央高校基本科研业务和江苏省普通高校研究生科研创新计划（ＫＹＬＸ＿０１０７）项目资助第５期冯李航等：运动力解耦的多维轮力传感器研究１２４１［１３］惯性垂向力Ｆ

8、的影响；ＤｅｏｄｈａｒＣ．Ａ．等人则对该通道ｚ输出进行了一个定向的惯性力补偿，认