CN102297746A - 多轴车辆的质心测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

多轴车辆的质心测量装置及测量方法。测量车辆质心位置，最常用的方法有重量反应法和平台反力支承法。一种多轴车辆的质心测量装置，其组成包括：测量平台（1）、基座（2），所述的测量平台上面嵌入轮荷称重板（3），所述的测量平台上表面一侧连接侧向限位装置（4），所述的基座具有基座高端（5）和基座低端（6），所述的基座高端通过固定铰（7）连接所述的测量平台下表面一侧，所述的基座低端通过液压驱动缸（8）连接所述的测量平台下表面另一侧。发明用于测量多轴车辆。

Description

多轴车辆的质心测量装置及测量方法

技术领域：

发明涉及一种用于测量领域；具体涉及一种用于多轴车辆的质心测量装置及测量方法。

背景技术：

车辆质心位置是影响车辆安全性和操控性的重要性能指标。测量车辆质心位置的方法有很多，实际应用中大多是在车辆水平状态下，分别测量出轴重，利用力矩平衡原理计算出车辆水平方向上的质心位置；再将车辆倾斜一定角度，测量出倾斜后的轴重，计算出车辆质心在高度方向上的位置。测量车辆质心位置，最常用的方法有重量反应法和平台反力支承法。

重量反应法测量方法是在车辆前轮与后轮下方放置称重装置，测量出车辆在水平状态下的前后轴重，计算出质心的水平位置；再用起升装置将前轮升起一定高度，测量出车辆在倾斜状态下的后轴轴重，利用力矩平衡计算出质心高度位置。

平台反力支撑法测量方法是将车辆置于测量平台之上，测量平台由驱动缸和固定铰支撑，在平台与驱动缸和固定铰连接处设置称重传感器。调整驱动缸，使测量平台水平，测出驱动缸与固定铰受力，计算出质心的水平位置；再调整驱动缸使平台倾斜一定角度，测出驱动缸与固定铰倾斜状态下的受力，计算出质心高度位置。

重量反应法与平台反力支撑法对于一般车辆的质心测量，是较为成熟的方法，且简便易行。但对于多轴车辆来说，都有其缺陷，无法实现。

对于重量反应法，测量质心高度时将前轮举升一定高度，那么被测后轴将承担大部分的车身重量。对于多轴车而言，其自身的重量是比较大的，倾斜时后轴可能会产生过载甚至是压溃，尤其是在载重情况下测量时，因此这种方法不可行。

对于平台法力支撑法，测量质心高度时驱动缸伸长使平台倾斜，倾斜的角度越大越有利于测量结果的准确。但对于多轴车而言，其车身长度是非常长的，倾斜角越大，意味这驱动缸伸长量越大，整个系统的稳定性将变差。而且，由于传感器是置于平台下端的，测量的结果中包含平台自身的重量，解算过程中也要涉及平台的质量和质心，测量结果的准确性受到影响。

发明内容：

发明的目的是提供一种装置结构简单、操作方便，克服了已有的车辆质心测量方法的缺陷的多轴车辆的质心测量装置及测量方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种多轴车辆的质心测量装置，其组成包括：测量平台、基座，所述的测量平台上面嵌入轮荷称重板，所述的测量平台上表面一侧连接侧向限位装置，所述的基座具有基座高端和基座低端，所述的基座高端通过固定铰连接所述的测量平台下表面一侧，所述的基座低端通过液压驱动缸连接所述的测量平台下表面另一侧，液压驱动缸上端和平台下端用铰链连接，下端与基座低端用铰链连接。

所述的多轴车辆的质心测量装置：所述的液压驱动缸与所述的测量平台之间通过铰链连接，所述的液压驱动缸与所述的基座低端之间通过铰链连接。

一种多轴车辆的质心测量方法，调整液压驱动缸，使车辆及测量平台位于水平位置，测量出每个车轮的轮重，即每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在水平两方向上的位置，再将液压驱动缸伸长一定长度，使车辆及测量平台侧向倾斜0--45 ⁰ ，测量出此时每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在高度方向上的位置。

所述的多轴车辆的质心测量方法，计算质心位置时，坐标系是在车辆自身内部建立的；坐标系的原点，位于车辆左侧前轮的圆心处、宽度方向的中心处，质心水平位置测量计算如下；

由力矩平衡原理可得：

上式中： —车辆的重力；

         

—每个轮荷称重板的受力；

         

—X轴方向的质心坐标；

         

—中轴车轮与前轮的间距；

         

—后轴车轮与前轮的间距；

          —Y轴方向上的质心坐标；

         

—右侧车轮与左侧车轮的间距；

可得：

质心高度位置测量计算如下；

由力矩平衡原理可得：

上式中： —倾斜后各轮荷称重板的受力；

—平台所倾斜的角度；

        

—Z轴方向上质心坐标；

可得：

。

所述的多轴车辆的质心测量装置，所述的轮荷称重板具有基板，在所述的基板面沿宽度方向加工凹槽面，所述的凹槽面区域内，平行于支撑等间距加工出一组长盲槽；在所述的长盲槽的两侧，等间隔、对称的粘贴单轴电阻应变片。

有益效果：

1.本发明克服了已有的车辆质心测量方法的缺陷，避免了车轴的过载情况，并采取了侧向倾翻的方式，提高了测量系统的稳定性，保证了测量结果的准确性。

本发明的侧向限位装置位于测量平台上表面，与支撑铰同侧，防止倾斜时车辆的滑动及倾翻；限位装置的位置可根据不同车型进行调整；本产品通过采用计算机监控轮荷称重板所受的力值，由程序自动进行对监控数据进行处理，自动得出质心坐标，所有计算有计算机自动完成，快速、可靠，避免了人为计算错误的可能。

本发明的测量原理简单易懂，测量手段的实施简便易行，以侧向倾斜代替了传统的前倾或后倾，减少了驱动缸的伸长量，增加了测量系统的稳定性。

本发明的轮荷称重板的数量及位置可根据车型的要求调整，使该测量系统能够满足各种多轴车辆的测量要求。轮荷称重板的输出只与测量表面的法向力有关，与切向力无关，避免了倾斜时重力的切向分量对测量结果的影响，也可避免大角度倾斜时侧向限位装置的支撑力对测量结果的影响，提高了测量的准确性。

本发明所测车辆质心坐标是在车辆自身内部建立的，与测量平台及其他无关，避免了坐标换算时外在因素的干扰，提高了测量精度。

本发明的轮荷称重板嵌入于测量平台的上表面，其测量表面与平台上表面位于同一平面内，轮荷称重板的数量和位置根据不同车型的需要调整，所测的每个车轮都与轮荷称重板紧密接触，保证每个车轮都不是悬空的，车身重量由所有车轮一起承担，避免了由于部分车轴承担车重而产生的过载和压溃，提高了安全性。

本发明液压驱动缸和固定铰位于测量平台下方宽度方向的两侧，液压驱动缸上端和平台下端用铰链连接，下端与基座低端用铰链连接，这样液压缸伸长时就能实现测量平台的侧向倾斜。由于多轴车的车身长度要远大于宽度，所以在实现同等角度的倾斜时，侧向倾斜时车轮的举升高度要远小于前倾或后倾，也就是液压缸的伸长量要小，系统的稳定性得到提高。

本发明选用的材料为硬铝合金，强度大，密度小，使本产品的抗破坏力强，重量轻，便于移动。

本发明集支撑、秤台、称重传感器于一体，体积小、高度低。在长度方向上加工若干个长盲槽，盲槽之间的部分即是长条筋板，筋板加大了长度方向上的变形刚度，但是对高度方向上的刚度影响却很小。减小了倾斜时的切向分力对称重板变形的影响，并通过将每条长盲槽内的电阻应变片输出累加的方式，抵消了切向力对称重板输出的影响，实现了称重板的输出与法向力相对应。

本发明是一个整体结构，无任何活动环节，抗振动、冲击能力强，降低了称重仪表对输出信号处理的要求。

本发明可在长度方向倾斜的状态下进行测量，输出的信号只与垂直于测量平面的法向力有关，与平行于测量平面的切向力无关。附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

附图2是附图1中测量多轴车辆X方向质心坐标标示示意图。

附图3是附图1中  测量多轴车辆Y方向质心坐标标示示意图。

附图4是附图1中测量多轴车辆X方向质心坐标标示示意图。

附图5是附图1中轮荷称重板的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种多轴车辆的质心测量装置，其组成包括：测量平台1、基座2，所述的测量平台上面嵌入轮荷称重板3，所述的测量平台上表面一侧连接侧向限位装置4，所述的基座具有基座高端5和基座低端6，所述的基座高端通过固定铰7连接所述的测量平台下表面一侧，所述的基座低端通过液压驱动缸8连接所述的测量平台下表面另一侧。

实施例2：

实施例1所述的多轴车辆的质心测量装置及测量方法，：所述的液压驱动缸与所述的测量平台之间通过铰链9连接，所述的液压驱动缸与所述的基座低端之间通过铰链连接。

实施例3：

一种多轴车辆的质心测量方法，调整液压驱动缸，使车辆及测量平台位于水平位置，测量出每个车轮的轮重，即每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在水平两方向上的位置，再将液压驱动缸伸长一定长度，使车辆及测量平台侧向倾斜0--45 ⁰ ，测量出此时每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在高度方向上的位置。

实施例4：

实施例3所述的多轴车辆的质心测量方法，计算质心位置时，坐标系是在车辆自身内部建立的；坐标系的原点，位于车辆左侧前轮的圆心处、宽度方向的中心处，质心水平位置测量计算如下。

由力矩平衡原理可得：

上式中： —车辆的重力；

         

—每个轮荷称重板的受力；

         

—X轴方向的质心坐标；

         

—中轴车轮与前轮的间距；

         

—后轴车轮与前轮的间距；

         

—Y轴方向上的质心坐标；

         

—右侧车轮与左侧车轮的间距。

可得：

质心高度位置测量计算如下。

由力矩平衡原理可得：

上式中：

—倾斜后各轮荷称重板的受力；

—平台所倾斜的角度；

        

—Z轴方向上质心坐标。

可得：

。

实施例5：

实施例1或3所述的多轴车辆的质心测量装置及测量方法，所述的轮荷称重板具有基板11，在所述的基板面沿宽度方向加工凹槽面12，所述的凹槽面区域内，平行于支撑等间距加工出一组长盲槽13；在所述的长盲槽的两侧，等间隔、对称的粘贴单轴电阻应变片14。

实施例6：

上述实施例所述的多轴车辆的质心测量装置及测量方法，该多轴车辆质心测量装置，包括测量平台、多个轮荷称重板、两个液压驱动缸、两个固定铰、侧向限位装置、基座及计算机组成。液压驱动缸与固定铰分别位于测量平台下方宽度方向的两侧，在液压缸伸长时实现测量平台的侧向倾斜；液压驱动缸上端与测量平台下端以铰链连接，下端与基座低端以铰链连接；轮荷称重板嵌入于测量平台上表面，其测量表面与测量平台上表面在同一平面内；这种轮荷称重板的输出只与测量表面的法向受力有关，与切向受力无关；轮荷称重板的数量和位置可根据不同车型的要求而调整；侧向限位装置位于测量平台上表面，与支撑铰同侧，作用是防止倾斜时车辆的滑动及倾翻；限位装置的位置也可根据不同车型的需要调整；此测量装置通过采用计算机监控轮荷称重板所受的力值，由程序自动进行对监控数据进行处理，自动得出质心坐标，所有计算有计算机自动完成，快速、可靠，避免了人为计算错误的可能。

实施例7：

上述实施例所述的多轴车辆的质心测量装置及测量方法，测量如附图2、附图3和附图4所示调节液压缸，使测量平台处于水平状态。调整轮荷称重板的数量和位置，保证每个车轮下都有一个轮荷称重板。将被测车辆驶于测量平台上方，调整其位置，使车轮与称重板稳定接触。通过计算机采集每个称重板的受力，并计算出车身重量以及水平方向上的质心位置。调节液压缸使缸杆伸长，使测量平台与被测车辆侧向倾斜一定角度。通过计算机采集每个称重板的受力，并计算出高度方向的质心位置。

Claims (5)

1.一种多轴车辆的质心测量装置，其组成包括：测量平台、基座，其特征是：所述的测量平台上面嵌入轮荷称重板，所述的测量平台上表面一侧连接侧向限位装置，所述的基座具有基座高端和基座低端，所述的基座高端通过固定铰连接所述的测量平台下表面一侧，所述的基座低端通过液压驱动缸连接所述的测量平台下表面另一侧。

2.根据权利要求1所述的多轴车辆的质心测量装置，其特征是：所述的液压驱动缸与所述的测量平台之间通过铰链连接，所述的液压驱动缸与所述的基座低端之间通过铰链连接。

3.一种多轴车辆的质心测量方法，其特征是：调整液压驱动缸，使车辆及测量平台位于水平位置，测量出每个车轮的轮重，即每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在水平两方向上的位置，再将液压驱动缸伸长一定长度，使车辆及测量平台侧向倾斜0--45⁰，测量出此时每个轮荷称重板的受力，通过力矩平衡原理计算出车辆质心在高度方向上的位置。

4.根据权利要求3所述的多轴车辆的质心测量方法，其特征是：计算质心位置时，坐标系是在车辆自身内部建立的；坐标系的原点，位于车辆左侧前轮的圆心处、宽度方向的中心处，质心水平位置测量计算如下；

由力矩平衡原理可得：

上式中： —车辆的重力；

         

—每个轮荷称重板的受力；

         

—X轴方向的质心坐标；

         

—中轴车轮与前轮的间距；

         

—后轴车轮与前轮的间距；

         

—Y轴方向上的质心坐标；

         

—右侧车轮与左侧车轮的间距；

可得：

质心高度位置测量计算如下；

由力矩平衡原理可得：

上式中：

—倾斜后各轮荷称重板的受力；

—平台所倾斜的角度；

        

—Z轴方向上质心坐标；

可得：

。

5.根据权利要求1或2所述的多轴车辆的质心测量装置，其特征是: 所述的轮荷称重板具有基板，在所述的基板面沿宽度方向加工凹槽面，所述的凹槽面区域内，平行于支撑等间距加工出一组长盲槽；在所述的长盲槽的两侧，等间隔、对称的粘贴单轴电阻应变片。

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