CN103592066A - 用于转向桥轴头力的测量方法及标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转向桥轴头力的标定装置包括一连接于轮毂的载力工件、一连接于横梁的横部的两固定工件和安装于横梁的Z字部的应变传感器，应变传感器包括第一组应变片、第二组应变片、第三组应变片和第四组应变片，每组应变片都各组成一全桥测量电路。本发明还提供。通过本发明提供的标定装置及测量方法，由组成全桥电路的应变片测量在各测量力下应变值，先标定出转向桥轴头处的应变系数，再通过实际测量时的应变值测得轴头力的值。本发明中仅使用应变片即可测量到准确的转向桥轴头力的值，因此其具有准确度高、适用性强的特点。

Description

用于转向桥轴头力的测量方法及标定装置

技术领域

本发明涉及车桥受力的测量方法和标定装置，尤其关于用于转向桥轴头力的测量方法及标定装置。

背景技术

车桥为汽车的主要承载部件，其承载能力的大小为人们主要关注的问题。车桥轴头处的力为其承载能力的主要体现，所以测出车桥轴头处的力的数值可以让人有更加直观的认识。一旦所载货物质量超出其承载能力，汽车的承载部件将会被破坏，从而造成汽车的损坏。所述的汽车车桥轴头力的测试方法主要侧重于载货汽车的转向桥轴头力的测量，反映出不同特征路面对转向桥轴头力的影响。通常，在道路载荷谱采集中，车轮力转向桥轴头力的测量可以用六分力传感器直接测出，但是六分力传感器的精度低，专用性较强而适用性弱。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中精度低、适用性差的问题。

本发明提供一种用于转向桥轴头力的标定装置，转向桥包括一横梁、两转向节和两轮毂，两轮毂通过两转向节分别连接于横梁的两端，横梁为一体成型的工字梁其包括中间部分的横部和靠近轮毂部分的Z字部。标定装置包括一连接于轮毂的载力工件、一连接于横梁的横部的两固定工件和安装于横梁的Z字部的应变传感器，应变传感器包括第一组应变片、第二组应变片、第三组应变片和第四组应变片，每组应变片都各组成一全桥测量电路。

在一实施例中，第一组应变片和第二组应变片粘贴于Z字部中靠近轮毂的弯折处，第三组应变片和第四组应变片粘贴于Z字部中靠近横梁的弯折处。

在一实施例中，第一组应变片包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的外下表面；第二组应变片包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的内下表面；第三组应变片包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的外下表面；第四组应变片包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的内下表面。

在一实施例中，载力工件为两侧带有翻边的板，该载力工件具有轮毂安装孔和施力孔，载力工件通过轮毂安装孔而螺接于轮毂，轮毂安装孔的中心与施力孔的中心之间的距离等于轮胎的静力半径。

在一实施例中，固定工件固定于地面，再通过一骑马螺栓将横梁固定于固定工件，固定好的横梁的轴线平行于地面。

本发明还提供一种转向桥轴头力的测量方法，其上述标定装置，包括以下步骤：

将载力工件连接于转向桥的轮毂、将转向桥通过固定工件而固定、将应变传感器粘贴于转向桥的轴头处；

通过载力工件向转向桥施以平行于地面的水平力Fy、垂直于地面的垂直力Fz、纵向力Fx；

测得应变传感器中第一组应变片的应变值ε1，第二组应变片的应变值ε2，第三组应变片的应变值ε3，第四组应变片的应变值ε4；

通过公式1标定相应的应变系数，

公式1；

取下载力工件和固定工作，将粘贴有应变传感器的转向桥安装于车辆上，测得应变传感器中实时的应变值ε1’、ε2’、ε3’、ε4’；

通过公式2测到在各个方向上实时的转向桥轴头力值Fx’、Fy’、Fz’，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Fx}}^{\′}\\ {\mathrm{Fy}}^{\′}\\ {\mathrm{Fz}}^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}1}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}2}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}3}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}4}^{\′}\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{Kx}1& \mathrm{Ky}1& \mathrm{Kz}1\\ \mathrm{Kx}2& \mathrm{Ky}2& \mathrm{Kz}2\\ \mathrm{Kx}3& \mathrm{Ky}3& \mathrm{Kz}3\\ \mathrm{Kx}4& \mathrm{Ky}4& \mathrm{Kz}4\end{array}\right)}^{-1}$ 公式2。

通过本发明提供的标定装置及测量方法，由组成全桥电路的应变片测量在各测量力下应变值，先标定出转向桥轴头处的应变系数，再通过实际测量时的应变值测得轴头力的值。本发明中仅使用应变片即可测量到准确的转向桥轴头力的值，因此其具有准确度高、适用性强的特点。

附图说明

图1为本发明中转向桥轴头力的标定装置的组装图。

图2为本发明中载力工件的主视图。

图3为表示应力传感器放置位置的放大立体图。

图4为表示应力传感器放置位置的剖视图。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的转向桥轴头力的测量方法及标定装置。转向桥100包括一横梁110、两转向节120和两轮毂130，两轮毂130通过两转向节120分别连接于横梁110的两端。横梁110为一体成型的工字梁，为便于说明具体位置，可将横梁110的中间部分定义为横部111，靠近轮毂130的部分定义为Z字部112。

本发明提供的转向桥轴头力的标定装置包括一连接于轮毂130的载力工件200、一连接于横梁110的横部111的两固定工件300和粘贴于横梁110的Z字部112的应变传感器400。先将固定工件300固定于地面，再通过骑马螺栓将横梁110固定于固定工件300，固定后的横梁110的轴线平行于地面。优选地，对横梁110的相应位置进行打磨、抛光后，将应变传感器400粘贴于横梁110上。因转向桥100是左右对称地，因此在本实施例中，只需在横梁110的一侧粘贴传感器400、在一轮毂130上连接一载力工件200。

如图2所示，载力工件200为两侧带有翻边的板，该载力工件200具有轮毂安装孔210和施力孔220，轮毂安装孔210用于将载力工件200固定于轮毂130，施力孔220用于与外部施力装置连接。轮毂安装孔210的中心与施力孔220的中心间距等于轮胎的静力半径。

固定工件300可以采用任何用以固定的工件，但需确保固定工件300具有足够的强度及测量过程中的稳定度，否则将影响测量的准确性。在本实施例中，固定工件300为上细下组、十字梁。

如图3所示，应变传感器400包括四组应变片，即第一组应变片410、第二组应变片420、第三组应变片430和第四组应变片440，每组应变片都各组成一全桥测量电路，分别连接于数据采集器。采用全桥测量电路可提高信号的灵敏度、实现温度补偿、消除信号采集数据的漂移，从而确保测量的准确性。第一组应变片410和第二组应变片420粘贴于Z字部112中靠近轮毂130的弯折处，第三组应变片430和第四组应变片440粘贴于Z字部112中靠近横梁110的弯折处。具体而言，如图4所示，第一组应变片410包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂130的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近轮毂130的弯折处工字梁的外下表面。第二组应变片420包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂130的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近轮毂130的弯折处工字梁的内下表面。同理可得，第三组应变片430包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近横梁110的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近横梁110的弯折处工字梁的外下表面。第四组应变片440包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近横梁110的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近横梁110的弯折处工字梁的内下表面。

车辆行驶过程中，由于车轮与地面接触受力，并将所受的力传导至转向桥轴头，因此转向桥轴头同时承受平行于地面的力、垂直于地面的力和纵向力的协同作用。在测量过程中，为真实地模拟转向桥轴头的实际受力状态，通过外部施力装置分别通过施力孔220施以平行于地面的水平力Fy、垂直于地面的垂直力Fz、纵向力Fx。分别测得第一组应变片410的应变值ε1，第二组应变片420的应变值ε2，第三组应变片430的应变值ε3，第四组应变片440的应变值ε4。

依据胡克定律：F=Kε，其中F为测量力，ε为应变，F与ε为线性关系，对应的应变系数为K。施加Fx、Fy、Fz测量力与各组应变片的应变ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系，如公式1所示：

公式1

由此标定出施加Fx、Fy、Fz测量力时各组应变片的应变ε1、ε2、ε3、ε4所对应的应变系数，如下表1。

表1

	Fx	Fy	Fz
				ε1	K1x	K1y	K1z
ε2	K2x	K2y	K2z
				ε3	K3x	K3y	K3z
ε4	K4x	K4y	K4z

通过上述步骤对每组应变片的应变系数进行标定后，取下载力工件200和固定工件300，将粘贴有应变传感器400的转向桥100安装于车辆上。

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Fx}}^{\′}\\ {\mathrm{Fy}}^{\′}\\ {\mathrm{Fz}}^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}1}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}2}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}3}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}4}^{\′}\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{Kx}1& \mathrm{Ky}1& \mathrm{Kz}1\\ \mathrm{Kx}2& \mathrm{Ky}2& \mathrm{Kz}2\\ \mathrm{Kx}3& \mathrm{Ky}3& \mathrm{Kz}3\\ \mathrm{Kx}4& \mathrm{Ky}4& \mathrm{Kz}4\end{array}\right)}^{-1}$ 公式2

车辆行驶过程中，通过数据采集器得到每组应变片的应变值ε1’、ε2’、ε3’、ε4’，由公式2即可测量出转向桥轴头力在各个方向上的值Fx’、Fy’、Fz’。

通过本发明提供的标定装置及测量方法，由组成全桥电路的应变片测量在各测量力下应变值，先标定出转向桥轴头处的应变系数，再通过实际测量时的应变值测得轴头力的值。本发明中仅使用应变片即可测量到准确的转向桥轴头力的值，因此其具有准确度高、适用性强的特点。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于转向桥轴头力的标定装置，转向桥包括一横梁、两转向节和两轮毂，两轮毂通过两转向节分别连接于横梁的两端，横梁为一体成型的工字梁其包括中间部分的横部和靠近轮毂部分的两Z字部，其特征在于，标定装置包括一连接于轮毂的载力工件、一连接于横梁的横部的两固定工件和安装于横梁的至少一Z字部的应变传感器，应变传感器包括第一组应变片、第二组应变片、第三组应变片和第四组应变片，每组应变片都各组成一全桥测量电路。

2.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，第一组应变片和第二组应变片粘贴于Z字部中靠近轮毂的弯折处，第三组应变片和第四组应变片粘贴于Z字部中靠近横梁的弯折处。

3.如权利要求2所述的标定装置，其特征在于，第一组应变片包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的外下表面；第二组应变片包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近轮毂的弯折处工字梁的内下表面；第三组应变片包括四个弯曲应变片，其中两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的外上表面、两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的外下表面；第四组应变片包括四个剪切应变片，其中两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的内上表面、两个粘贴于靠近横梁的弯折处工字梁的内下表面。

4.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，载力工件为两侧带有翻边的板，该载力工件具有轮毂安装孔和施力孔，载力工件通过轮毂安装孔而螺接于轮毂，轮毂安装孔的中心与施力孔的中心间距等于轮胎的静力半径。

5.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，固定工件固定于地面，再通过一骑马螺栓将横梁固定于固定工件，固定后的横梁的轴线平行于地面。

6.一种用于转向桥轴头力的测量方法，其使用权利要求1至5任一标定装置，其特征在于，包括以下步骤：

将载力工件连接于转向桥的轮毂、将转向桥通过固定工件而固定、将应变传感器粘贴于转向桥的轴头处；

通过载力工件向转向桥施以平行于地面的水平力Fy、垂直于地面的垂直力Fz、纵向力Fx；

测得应变传感器中第一组应变片的应变值ε1，第二组应变片的应变值ε2，第三组应变片的应变值ε3，第四组应变片的应变值ε4；

通过公式1标定相应的应变系数，

公式1；

取下载力工件和固定工作，将粘贴有应变传感器的转向桥安装于车辆上，测得应变传感器实时的应变值ε1’、ε2’、ε3’、ε4’；

通过公式2得到在各个方向上实时的转向桥轴头力值Fx’、Fy’、Fz’，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Fx}}^{\′}\\ {\mathrm{Fy}}^{\′}\\ {\mathrm{Fz}}^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}1}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}2}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}3}^{\′}\\ {\mathrm{\ϵ}4}^{\′}\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{Kx}1& \mathrm{Ky}1& \mathrm{Kz}1\\ \mathrm{Kx}2& \mathrm{Ky}2& \mathrm{Kz}2\\ \mathrm{Kx}3& \mathrm{Ky}3& \mathrm{Kz}3\\ \mathrm{Kx}4& \mathrm{Ky}4& \mathrm{Kz}4\end{array}\right)}^{-1}$ 公式2。

Images