智能轮胎用阵列式能量采集系统研究

发布时间：2017-07-06 12:23

  本文关键词：智能轮胎用阵列式能量采集系统研究

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【摘要】：智能轮胎系统中的传感器对汽车轮胎的气压、温度等各项状态进行监测,及时避免因轮胎故障引起的交通事故,可以有效提高汽车的安全性。但传统的电池供电方案存在寿命短、更换困难和污染环境等弊端,制约了智能轮胎系统的发展。本文对应用于智能轮胎系统中的阵列式能量采集系统展开研究,基于实际的轮胎内壁加速度信号,研究不同结构的能量采集器的输出性能并设计匹配的能量管理系统。主要研究内容包括以下几个方面:首先,针对能量采集器的物理模型,从理论上分析正弦加速度信号激励下的振子位移和系统输出功率的影响因素。分析由轮胎形变导致的加速度信号的波形特点和谐波分布情况,提出特定的波形近似分析方法,并给出该方法下得到的振子运动状态表达式。其次,基于轮胎加速度信号激励下的平均输出功率表达式,对影响输出功率的磁链变化率、电气阻尼等电磁参数进行研究。对于定子不含铁心的结构,从理论角度计算其磁场分布,并比较不同线圈排布方式下线圈中的磁链波形。对于定子含铁心的结构,利用标量磁位法对气隙磁场进行计算,并利用有限元仿真进行验证。针对不同充磁方式的振子,研究其尺寸参数变化对电磁参数的影响,进一步比较分析振子的充磁方式对电磁参数的影响。再次,综合考虑能量采集器的具体受力情况,建立精确的仿真模型,分析不同工况下能量采集器的输出性能。研究弹簧的原始长度、弹性系数等机械参数对平均输出功率的影响。对于有铁心结构,仿真分析振子定位力对振子运动情况和平均输出功率的影响。最后,结合多个振动能量采集器沿着轮胎圆周方向阵列式排布的特点,基于将能量采集器分组利用的思想,提出多路输入能量管理系统,其中采用超级电容作为储能元件。给出电路中各个模块的具体设计方法,该电路可以满足无线传感器发射数据时的能量需求。
【关键词】：智能轮胎 能量采集器 能量管理系统 电气阻尼 磁链变化率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-21
• 1.2.1 智能轮胎供电系统研究现状10-17
• 1.2.2 电磁式振动能量采集器研究现状17-21
• 1.3 主要研究内容21-23
• 第2章 能量采集器工作原理及运动分析23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 能量采集器的结构和工作原理23-27
• 2.2.1 能量采集器的结构23-24
• 2.2.2 能量采集器的工作原理24-27
• 2.3 轮胎中的能量采集器运动分析27-34
• 2.3.1 轮胎加速度信号分析27-30
• 2.3.2 振子运动状态计算30-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 能量采集器电磁参数研究36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 能量采集器的平均电磁功率36-38
• 3.3 定子无铁心结构38-43
• 3.3.1 定子无铁心结构的磁场计算39-41
• 3.3.2 线圈排布变化对磁链的影响41-43
• 3.4 定子有铁心结构43-52
• 3.4.1 定子有铁心结构的磁场计算43-47
• 3.4.2 振子充磁方式对系统性能的影响47-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 能量采集器机械参数和定位力影响研究53-60
• 4.1 引言53
• 4.2 能量采集器仿真模型53-56
• 4.3 弹簧参数对系统输出性能的影响56-58
• 4.3.1 弹簧原始长度对系统性能的影响56-57
• 4.3.2 弹簧弹性系数对系统性能的影响57-58
• 4.4 定位力对系统性能的影响58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 多路输入能量管理系统60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 普通能量管理系统60-61
• 5.3 多路输入能量管理系统61-68
• 5.3.1 多路整流滤波模块63-64
• 5.3.2 储能电容模块64-66
• 5.3.3 滞回比较控制模块66-67
• 5.3.4 电子开关模块67
• 5.3.5 能量管理系统电路仿真结果67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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本文编号：526242