CN102156025A - 轮胎平衡机的系统标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮胎平衡机的系统标定方法，包括：步骤1，提供一轮胎平衡机；步骤2，提供一标准轮胎，将该轮胎装卡于主轴上，运行一次，并记录该次运行的数据；步骤3，在轮胎靠近机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；步骤4，在轮胎远离机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；步骤5，对上述获得的三组数据进行算法处理，进行标定算法处理算出左、右侧传感器的标定系数k1和k2。本发明在用轮胎平衡机进行测量前，对传感器感应力与感应电压信号之间的线性关系进行标定，确定出左侧和右侧传感器的标定系数k1和k2，可以准确地测量出轮胎动、静不平衡量的大小和位置，使系统标定的误差减少到最小。

Description

轮胎平衡机的系统标定方法

技术领域

本发明涉及轮胎测试技术领域，尤其涉及一种轮胎动平衡机测量的系统标定方法。

背景技术

随着汽车工业的发展、及我国汽车市场的不断壮大，对轮胎平衡机的需求也越来越大，但国内对轮胎平衡机的研发和生产相对比较落后。

汽车轮胎不平衡是由于惯性力或离心惯性力没有消除造成的，不平衡量是矢量。在轮胎制造过程中轮胎的重心不与旋转轴中心重合，其绕车轴旋转时，在各个方向上产生大小不同的惯性力。轮胎不平衡分为两种：静不平衡和动不平衡。存在静不平衡的轮胎在高速旋转时会产生交变的径向力，动不平衡量产生交变的侧向力，从而导致车辆在行驶过程中产生上下颠簸和左右摆动，影响车轮舒适性和安全性，加快汽车零部件损坏，增加油耗和对环境的污染，更严重的甚至引发交通事故。轮胎的动平衡性能是衡量轮胎质量好坏的重要指标。轮胎平衡机就是通过测量轮胎的不平衡量的大小和位置，然后指示人们对轮胎作补偿使轮胎达到平衡的仪器。

轮胎平衡机对轮胎不平衡量的测量一般以设定轮毂宽度为两校正面的间距，轮毂半径为校正平面的校正半径。轮胎的不平衡量就可等效为校正平面上，距轴线距离为校准半径处的不平衡量。然而，现有技术中对轮胎平衡机的系统标定方法实现上，并没考虑到拿来标定的轮胎和主轴本身都存在不平衡量，以及在测量过程中每次的测量转速并不能保证绝对相等，这样都会给系统标定带来误差，影响测量结果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轮胎平衡机的系统标定方法，其在用轮胎平衡机进行测量前，对传感器感应力与感应电压信号之间的线性关系进行标定，确定出左侧和右侧传感器的标定系数k1和k2，可以准确地测量出轮胎动、静不平衡量的大小和位置，从而知道人们对轮胎进行动平衡、静平衡补偿，可以使系统标定的误差减少到最小。

为实现上述目的，本发明提供一种轮胎平衡机的系统标定方法，其包括：

步骤1，提供一轮胎平衡机，该轮胎平衡机包括有机箱、设于机箱中央位置处且向外延伸的主轴、及相互电性联系的A/D转换器、左、右侧传感器N_L、N_R、相位计数器、及处理器，该左、右侧传感器N_L、N_R之间的距离为L；

步骤2，提供一标准轮胎，将该轮胎装卡于主轴上，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤3，在轮胎靠近机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤4，在轮胎远离机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤5，对上述获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆，以及通过相位计数器换算出的3次角速度ω₁、ω₂、及ω₃，进行标定算法处理算出左、右侧传感器的标定系数k1和k2。

所述步骤5包括：

步骤5.1，通过原始数据处理算法对获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆；

步骤5.2，通过相位计数器与处理器换算出的3次角速度ω₁、ω₂和ω₃；

步骤5.3，根据动平衡原理通过动平衡条件列出动平衡表达式：

F_外1∠a₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis)＝0                   (1)

F_外2∠a₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis)＝0        (2)

F_外3∠a₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis)＝0        (3)

F_内1∠b₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis+B)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis+B)＝0    (4)

F_内2∠b₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis+B)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis+B)＝0    (5)

F_内3∠b₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis+B)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis+B)＝0    (6)，

其中，上述表达式中的所有力均为矢量，F_外1∠a₁、F_外2∠a₂、及F_外3∠a₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎外侧平面合力，F_内1∠b₁、F_内2∠b₂、及F_内3∠b₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎内侧平面的合力；

步骤5.4，对步骤5.3中的各矢量进行分解，分解到0度方向，可得下述表达式：

F_外1sina₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis)＝0     (7)

F_外3sina₃*B+k₁E_L3sinθ₅*(ρ+dis)+k₂E_R3sinθ₆(L+ρ+dis)＝0     (8)

λ₁＝ω₁ ²/ω₃ ²                                                (9)

则λ₁(8)-(7)得

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_1{E}_{L3}\sin {\mathrm{\θ}}_5-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})+$

$k_2({\mathrm{\λ}}_1{E}_{R3}\sin {\mathrm{\θ}}_6-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})=0---\left(10\right)$

F_内1sinb₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis+B)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis+B)＝0   (11)

F_内2sinb₂*B+k₁E_L2sinθ₃*(ρ+dis+B)+k₂E_R2sinθ₄(L+ρ+dis+B)＝0   (12)

λ₂＝ω₁ ²/ω₂ ²                                                  (13)

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_2{E}_{L2}\sin {\mathrm{\θ}}_3-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)+$

$k_1({\mathrm{\λ}}_2{E}_{R2}\sin {\mathrm{\θ}}_4-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)=0---\left(14\right);$

步骤5.5，将表达式(10)和(14)联立方程组，即可求出k1和k2。

该方法中，预定F_轮∠θ₁、F_主轴∠θ₂代表测量时轮胎和主轴在轮胎外侧平面等效不平衡量，F₁∠a为未在0度位置处加质量为m铅块时候的测量合力，F₂∠b为在0度位置处加质量为m铅块时候的合力，将所有力分解到0度方向和90度方向，由F＝mrω²得，若两次测量速度为ω₁和ω₂，则

R为用来标定的轮胎贴铅块位置处的半径。

本发明的有益效果：本发明所提供的轮胎平衡机的系统标定方法，其应用于轮胎平衡机上对轮胎的不平衡量进行测量，其在用轮胎平衡机进行测量前，对传感器感应力与感应电压信号之间的线性关系进行标定，确定出左侧和右侧传感器的标定系数k1和k2，根据传感器感应信号与感应力之间的线性关系，确定标定系数，然后根据动平衡原理，换算出校正平面上不平衡量的量值大小与传感器信号的对应关系，从而可以准确地测量出轮胎动、静不平衡量的大小和位置，从而知道人们对轮胎进行动平衡、静平衡补偿；且其能够很好地克服现有技术中影响测量结果因素的影响，可以使系统标定的误差减少到最小。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明中轮胎平衡机的系统标定方法一具体实施例的流程示意图；

图2为本发明中轮胎平衡机与轮胎的安装结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

如图1、2所示，本发明提供一种轮胎平衡机的系统标定方法，其包括：

步骤1，提供一轮胎平衡机，该轮胎平衡机包括有机箱10、设于机箱10中央位置处且向外延伸的主轴20、及相互电性联系的A/D转换器、左、右侧传感器N_L、N_R、相位计数器30、及处理器(未图示)，该左、右侧传感器N_L、N_R之间的距离为L。

步骤2，提供一标准轮胎40，将该轮胎40装卡于主轴20上，运行一次，并记录该次运行的数据。轮胎40装在主轴20上转动，在传感器位置产生感应力，通过传感器把感应到的力转化成电信号，经过放大和低通滤波后，此时的信号为接近正弦信号，通过A/D转换器采样成离散数据，然后从离散数据中提取正弦信号的幅度和相位信息来做不平衡量计算。

步骤3，在轮胎40靠近机箱10的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块M_R，运行一次，并记录该次运行的数据。

步骤4，在轮胎40远离机箱10的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块M_L，运行一次，并记录该次运行的数据。

步骤5，对上述获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆，以及通过相位计数器30换算出的3次角速度ω₁、ω₂、及ω₃，进行标定算法处理算出左、右侧传感器N_L、N_R的标定系数k1和k2。进一步地，该步骤5具体包括：步骤5.1，通过原始数据处理算法对获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆。步骤5.2，通过相位计数器30与处理器换算出的3次角速度ω₁、ω₂和ω₃。步骤5.3，根据动平衡原理通过动平衡条件

列出动平衡表达式：

F_外1∠a₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis)＝0        (1)

F_外2∠a₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis)＝0        (2)

F_外3∠a₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis)＝0        (3)

F_内1∠b₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis+B)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis+B)＝0    (4)

F_内2∠b₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis+B)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis+B)＝0    (5)

F_内3∠b₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis+B)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis+B)＝0    (6)，

其中，上述表达式中的所有力均为矢量，F_外1∠a₁、F_外2∠a₂、及F_外3∠a₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎40外侧平面合力，F_内1∠b₁、F_内2∠b₂、及F_内3∠b₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎40内侧平面的合力。步骤5.4，对步骤5.3中的各矢量进行分解，分解到0度方向，可得下述表达式：

F_外1sina₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis)＝0   (7)

F_外3sina₃*B+k₁EL₃sinθ₅*(ρ+dis)+k₂E_R3sinθ₆(L+ρ+dis)＝0   (8)

λ₁＝ω₁ ²/ω₃ ²                                              (9)

则λ₁(8)-(7)得

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_1{E}_{L3}\sin {\mathrm{\θ}}_5-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})+$

$k_2({\mathrm{\λ}}_1{E}_{R3}\sin {\mathrm{\θ}}_6-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})=0---\left(10\right)$

同理可得，内侧的另一组表达式如下：

F_内1sinb₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis+B)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis+B)＝0     (11)

F_内2sinb₂*B+k₁E_L2sinθ₃*(ρ+dis+B)+k₂E_R2sinθ₄(L+ρ+dis+B)＝0     (12)

λ₂＝ω₁ ²/ω₂ ²                                                    (13)

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_2{E}_{L2}\sin {\mathrm{\θ}}_3-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)+$

$k_2({\mathrm{\λ}}_2{E}_{R2}\sin {\mathrm{\θ}}_4-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)=0---\left(14\right);$

步骤5.5，将表达式(10)和(14)联立方程组，即可求出k1和k2。特别地，在该方法中，预定F_轮∠θ₁、F_主轴∠θ₂代表测量时轮胎和主轴在轮胎外侧平面等效不平衡量，F₁∠a为未在0度位置处加质量为m铅块时候的测量合力，F₂∠b为在0度位置处加质量为m铅块时候的合力，将所有力分解到0度方向和90度方向，由F＝mrω²得，若两次测量速度为ω₁和ω₂，则

R为用来标定的轮胎40贴铅块位置处的半径。由于现有技术中在轮胎平衡机的系统标定算法实现上，并没考虑到拿来标定的轮胎40和主轴20本身都存在不平衡量，以及在测量过程中每次的测量转速并不能保证绝对相等，这样都会给系统标定带来误差，而本发明的方法在用轮胎平衡机进行测量前，对传感器感应力与感应电压信号之间的线性关系进行标定，确定出左侧和右侧传感器的标定系数k1和k2，根据传感器感应信号与感应力之间的线性关系，确定标定系数，然后根据动平衡原理，换算出校正平面上不平衡量的量值大小与传感器信号的对应关系，可以克服车轮、主轴、及测量速度不同对标定的影响，从而减小系统标定的误差。

综上所述，本发明所提供的轮胎平衡机的系统标定方法，其应用于轮胎平衡机上对轮胎的不平衡量进行测量，其在用轮胎平衡机进行测量前，对传感器感应力与感应电压信号之间的线性关系进行标定，确定出左侧和右侧传感器的标定系数k1和k2，根据传感器感应信号与感应力之间的线性关系，确定标定系数，然后根据动平衡原理，换算出校正平面上不平衡量的量值大小与传感器信号的对应关系，从而可以准确地测量出轮胎动、静不平衡量的大小和位置，从而知道人们对轮胎进行动平衡、静平衡补偿；且其能够很好地克服现有技术中影响测量结果因素的影响，可以使系统标定的误差减少到最小。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种轮胎平衡机的系统标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，提供一轮胎平衡机，该轮胎平衡机包括有机箱、设于机箱中央位置处且向外延伸的主轴、及相互电性联系的A/D转换器、左、右侧传感器N_L、N_R、相位计数器、及处理器，该左、右侧传感器N_L、N_R之间的距离为L；

步骤2，提供一标准轮胎，将该轮胎装卡于主轴上，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤3，在轮胎靠近机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤4，在轮胎远离机箱的一侧0度位置处贴一个质量为m的铅块，运行一次，并记录该次运行的数据；

步骤5，对上述获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆，以及通过相位计数器换算出的3次角速度ω₁、ω₂、及ω₃，进行标定算法处理算出左、右侧传感器的标定系数k1和k2。

2.如权利要求1所述的轮胎平衡机的系统标定方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1，通过原始数据处理算法对获得的三组数据进行算法处理，得到A/D转换器采样到的左、右侧传感器N_L、N_R的3次电压信号E_L1∠θ₁、E_R1∠θ₂、E_L2∠θ₃、E_R2∠θ₄、E_L3∠θ₅、及E_R3∠θ₆；

步骤5.2，通过相位计数器与处理器换算出的3次角速度ω₁、ω₂和ω₃；

步骤5.3，根据动平衡原理通过动平衡条件

列出动平衡表达式：

F_外1∠a₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis)＝0    (1)

F_外2∠a₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis)＝0    (2)

F_外3∠a₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis)＝0    (3)

F_内1∠b₁*B+N_L1∠θ₁*(ρ+dis+B)+N_R1∠θ₂(L+ρ+dis+B)＝0      (4)

F_内2∠b₂*B+N_L2∠θ₃*(ρ+dis+B)+N_R2∠θ₄(L+ρ+dis+B)＝0      (5)

F_内3∠b₃*B+N_L3∠θ₅*(ρ+dis+B)+N_R3∠θ₆(L+ρ+dis+B)＝0      (6)，

其中，上述表达式中的所有力均为矢量，F_外1∠a₁、F_外2∠a₂、及F_外3∠a₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎外侧平面合力，F_内1∠b₁、F_内2∠b₂、及F_内3∠b₃分别为第1次、第2次、及第3次测量时轮胎内侧平面的合力；

步骤5.4，对步骤5.3中的各矢量进行分解，分解到0度方向，可得下述表达式：

F_外1sina₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis)＝0   (7)

F_外3sina₃*B+k₁E_L3sinθ₅*(ρ+dis)+k₂E_R3sinθ₆(L+ρ+dis)＝0   (8)

λ₁＝ω₁ ²/ω₃ ²                                              (9)

则λ₁(8)-(7)得

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_1{E}_{L3}\sin {\mathrm{\θ}}_5-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})+$

$k_2({\mathrm{\λ}}_1{E}_{R3}\sin {\mathrm{\θ}}_6-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis})=0---\left(10\right)$

F_内1sinb₁*B+k₁E_L1sinθ₁*(ρ+dis+B)+k₂E_R1sinθ₂(L+ρ+dis+B)＝0   (11)

F_内2sinb₂*B+k₁E_L2sinθ₃*(ρ+dis+B)+k₂E_R2sinθ₄(L+ρ+dis+B)＝0   (12)

λ₂＝ω₁ ²/ω₂ ²                                                  (13)

$\mathrm{mR}{\mathrm{\ω}}_1^2*B+k_1({\mathrm{\λ}}_2{E}_{L2}\sin {\mathrm{\θ}}_3-E_{L1}\sin {\mathrm{\θ}}_1)*(\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)+$

$k_1({\mathrm{\λ}}_2{E}_{R2}\sin {\mathrm{\θ}}_4-E_{R1}\sin {\mathrm{\θ}}_2)*(L+\mathrm{\ρ}+\mathrm{dis}+B)=0---\left(14\right);$

步骤5.5，将表达式(10)和(14)联立方程组，即可求出k1和k2。

3.如权利要求2所述的轮胎平衡机的系统标定方法，其特征在于，该方法中，预定F_轮∠θ₁、F_主轴∠θ₂代表测量时轮胎和主轴在轮胎外侧平面等效不平衡量，F₁∠a为未在0度位置处加质量为m铅块时候的测量合力，F₂∠b为在0度位置处加质量为m铅块时候的合力，将所有力分解到0度方向和90度方向，由F＝mrω²得，若两次测量速度为ω₁和ω₂，则

R为用来标定的轮胎贴铅块位置处的半径。

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