CN1015935B

CN1015935B - 车辆动态测试仪

Info

Publication number: CN1015935B
Application number: CN 87102335
Authority: CN
Inventors: 吴贞全; 邹敦伟; 李�杰; 唐盛铣; 蒋顺成
Original assignee: NO 13 DESIGN INST NO 1 RESEARCH INST MINISTRY OF SPACE INDUSTRY
Current assignee: NO 13 DESIGN INST NO 1 RESEARCH INST MINISTRY OF SPACE INDUSTRY
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1992-03-18
Also published as: CN87102335A

Abstract

车辆动态测试仪，涉及车辆动态性能测试设备。现有车辆动态测试仪存在精度低、灵敏度低、使用不方便等问题。本发明的任务在于提高测试精度和灵敏度，方便使用，提高性能价格比。它是通过低成本、高精度的相对于惯性空间稳定的惯性平台，高灵敏度的速率陀螺仪和能在动态环境中可靠工作的数据采集器来实现的。本发明用于测量车辆行驶过程中的横摆角速度、纵、横向线加速度、俯仰角、侧倾角等，还可用于舰船火炮的动态测量及道路测量。

Description

本发明涉及一种车辆动态性能测试仪器，特别是高精度、低成本的惯性平台型的车辆动态测试仪。在美国HUMPHREY INC.的ENGINEERING BULLETIN中介绍了一种SA07-0301-1型车辆动态测试仪。其缺点是：

1.测量精度较低。其原因是：

（1）框架拖动系统的机械装置对陀螺仪造成干扰力矩，降低了仪器的精度;

（2）垂直陀螺上的修正敏感元件对陀螺仪有干扰作用;

（3）速率陀螺仪灵敏度低。其原因是该速率陀螺仪采用滑块式空气阻尼器，接触式传感器，因而干扰力矩大。

2.抗干扰能力差。其原因是系统内没有卸荷装置-伺服稳定回路，易受动态环境干扰使测量精度下降。

3.使用不方便。其原因是缺乏能现场显示测试结果的手段，无法在测试现场判断测试结果的有效性。

现有的惯导用惯性平台，结构复杂，价格昂贵，体积和重量大。如英国专利208280A介绍了一种惯导用双轴惯性平台，其复杂程度、部分工作原理和造价都妨碍了它直接用于地面车辆的操纵稳定性试验。

本发明的目的是：

1.提供一种高精度、低成本的惯性平台型的车辆动态测试仪。

2.提供一种具有现场实时采集、显示和存储功能的车辆动态测试仪，在测试现场可判断测试结果的有效性。

3.提高速率陀螺仪的灵敏度和精度。

4.减少元件数量，降低成本。

本发明的任务是通过以下途径来完成：

1.本发明所采用的惯性平台系统[27]如图2所示，它是由陀螺仪[1]、加速度计[2][3]、速率陀螺仪[4]、力矩电机[5][6]、姿态角传感器[7][8]、台体[9]、框架[10]和壳体[12]组成。壳体[12]与被测车辆固联。框架[10]的轴[26]支撑于壳体[12]上，台体[9]的轴[11]支撑于框架[10]上，与框架轴[26]互相垂直。在框架轴[26]上装有姿态角传感器[7]和力矩电机[6]，在台体轴[11]上装有姿态角传感器[8]和力矩电机[5]。陀螺仪[1]安装在台体[9]上，其两个敏感轴相互垂直，一个敏感轴平行于台体轴[11]，另一敏感轴平行于台体平面并与轴[11]垂直，构成测量基准平面。当平台在测量状态时，如图3所示，由陀螺仪[1]、陀螺仪[1]的传感器[13][ 14]、伺服电路[15]、力矩电机[5][6]、台体[9]及框架[10]组成了伺服稳定回路，通过它，能使台体[9]稳定在惯性空间。加速度计[2]、[3]安装在台体[9]上，加速度计[2]、[3]的敏感轴分别与陀螺仪[1]的对应敏感轴相平行。平台在测量前进行初始调平时，如图2、图4所示，调平电路[16]接受加速度计[2]、[3]的输出信号，经处理后，再输给陀螺仪[1]敏感轴上的力矩器[18]、[19]，使陀螺仪[1]进动，其轴上传感器[13]、[14]分别输出信号，经过伺服电路[15]处理后，再输给力矩电机[5]、[6]，该力矩电机输出力矩驱动框架[10]和台体[9]绕各自的轴转动，使陀螺仪[1]两敏感轴建立的基准面与当地水平面趋于平行，实现初始调平。速率陀螺仪[4]安装在台体[9]上，其敏感轴垂直于台体[9]的平面。

2.在车辆动态测试仪中，配置了数据采集处理器[29]，采集、显示、存储姿态角传感器[7]、[8]、加速度计[2]、[3]和速率陀螺仪[4]的输出信号。

3.速率陀螺仪用无接触式微型传感器、微型陀螺马达及液体阻尼方式。

本发明与已有技术相比具有的优点：

1.精度高。其理由是：

①伺服稳定回路与机械拖动装置相比消除了干扰;

②平台系统与垂直陀螺仪相比消除了修正装置的干扰;

③测量时台体稳定在惯性空间，不受车辆运动因素的影响。

2.使用方便。数据采集处理器能在测试现场打印出测试结果。

3.抗干扰能力强。伺服稳定回路能起卸荷作用，消除动态条件下台体轴和框架轴上的动态负荷。

4.灵敏度高。

5.性能价格比高。

本发明的说明书附图：

图1是车辆动态测试仪组成简图

图2是惯性平台简图

图3是平台伺服稳定回路方框图

图4是平台调平回路方框图

图5是数据采集处理器方框图

图6是速率陀螺仪结构图

以下将结合说明书附图进一步详述本发明的实施方式：

1.惯性平台系统的实施方式如图2所示：壳体[12]固联在车辆上，框架[10]支撑在壳体[12]上，能绕框架轴[26]旋转，在框架[10]上装有姿态角传感器[7]和力矩电机[6];台体[9]支撑在框架[10]上，能绕台体轴[11]旋转，在台体轴[11]上装有姿态角传感器[8]和力矩电机[5];轴[11]与轴[26]互相垂直;姿态角传感器[8]和[7]分别输出俯仰角和侧倾角信号。

台体[9]通过陀螺仪[1]建立一个基准平面。在陀螺仪[1]中，有两个互相垂直的敏感轴，一个轴平行于台体轴[11]，另一轴平行于台体平面并与轴[11]垂直，构成测量基准面。陀螺仪[1]在平行于台体轴[11]的方向上装有传感器[13]、力矩器[18]，沿另一敏感轴方向上装有传感器[14]、力矩器[19]。

台体[9]上还装有加速度计[2]、[3]，提供两个线加速度输出信号。加速度计[3]的敏感轴平行于台体轴[11]，加速度计[2]的敏感轴平行于台体[9]基准平面并垂直于台体轴[11]。

速率陀螺仪[4]安装在台体[9]上，其敏感轴垂直于基准平面，输出横摆角速度信号。

平台系统[27]处于初始调平状态时，如图4所示，来自加速度计[2]的信号，加到调平电路[16]上，后者的对应输出信号加到陀螺仪[1]的力矩器[19]上，使陀螺仪[ 1]绕轴[11]进动，陀螺仪[1]传感器[13]输出相应信号，经伺服电路[15]处理后驱动力矩电机[5]，使台体[9]绕轴[11]转动，直到加速度计[2]输出为零;来自加速度计[3]的信号经过调平电路[16]处理后，加到陀螺仪[1]的力矩器[18]上，使陀螺仪[1]绕其另一敏感轴进动，陀螺仪[1]的传感器[14]输出相应信号，经伺服电路[15]处理后驱动力矩电机[6]，使框架[10]带动台体[9]绕轴[26]转动，直到加速度计[3]的输出为零。至此，调平结束，平台台体[9]基准平面平行于当地水平面。

平台系统[27]处于测量状态时，断开调平电路[16]，如图3所示，来自陀螺仪[1]的传感器[13]的信号经伺服电路[15]处理后加到台体轴[11]的力矩电机[5]上;来自传感器[14]的信号经伺服电路[15]处理后加到框架轴[26]的力矩电机[6]上。这两条伺服稳定回路的作用使平台台体[9]的基准面相对于惯性空间稳定。

2.数据采集处理器[29]的实施方式如图5所示：

来自平台系统[27]的五个输出信号直接加到五路以上的A/D转换器[20]上;在单板机[21]中固化了全部操作程序，单板机[21]通过它的PIO口控制A/D转换器[20]的多路输入信号并适时进行采集，还控制微型打印机[22]将采集到的信号以曲线和数字两种形式打印输出，同时还控制磁带机[23]存储所采集的信号。在单板机[21]上还设有可与APPLE-Ⅱ微处理机联机的并行接口及与IBM-PC/XT微机联机的串行通讯接口。

3.速率陀螺仪[4]的实施方式如图6所示：

在速率陀螺仪[4]中，陀螺马达的端盖[35]与轴承[34]的外圈合一;传感器[30]采用陶瓷薄片式电感传感器;浮子[31]、阻尼器[32]与外壳[33]之间充满了阻尼液体。

Claims

1、一种车辆动态测试仪，本发明的特征是，它包括有惯性平台系统、速率陀螺仪及数据采集器，惯性平台与被测车辆固连，惯性平台系统包括有由一个两轴动力调谐陀螺仪[1]及其敏感轴上的传感器[13][14]、伺服电路[15]、力矩电机[5][6]、台体[9]、框架[10]构成的伺服稳定回路，使台体[9]稳定在惯性空间，作为车辆运动姿态的测量基准，即陀螺仪[1]敏感台体[9]相对车辆的偏离角，通过传感器[13]、[14]输出信号给伺服电路[15]，经伺服电路处理后输给力矩电机[5]、[6]，力矩电机[5]、[6]输出力矩使台体[9]稳定于陀螺[1]所决定的惯性空间；平台上还包括有加速度计[2]、[3]，测量车辆的运动加速度，输出信号给数据采集器[29]；平台的初始调平回路包括有加速度计[2][3]、调平电路[16]、陀螺仪上的力矩器[18][19]、陀螺仪[1]、陀螺仪上的传感器[13][14]、伺服电路[15]、力矩电机[5][6]，加速度计[2]、[3]分别测出台体[9]两个测量轴相对当地水平面的偏离角，其信号经调平电路[16]处理后再分别输给陀螺仪[1]轴上的力矩器[18]、[19]，使陀螺仪[1]进动，其轴上的传感器[13]、[14]分别输出信号经伺服电路[15]，再分别输出给力矩电机[5]、[6]，该力矩电机输出力矩使台体[9]的两测量轴回到当地水平面；速率陀螺[4]安装在台体[9]或壳体[12]上，敏感车辆的横摆角速度，直接输出信号给数据采集器[29]；

2、按权利要求1所述车辆动态测试仪，其特征是速率陀螺仪[4]有陀螺马达之端盖[35]与轴承[34]的外圈合一的微型结构，它的传感器[30]采用非接触式的陶瓷薄片感应式传感器，其浮子与外壳之间采用液体阻尼;

3、按权利要求1、2所述车辆动态测试仪，其特征是数据采集处理器[29]的单板机内固化了全部操作程序并控制A/D转换器的多路输出信号，实时采集，在测试现场输出测试结果。