CN105466679B - 功能与测试一体化主动轮 - Google Patents

Abstract

本发明属于履带式车辆主动轮测试领域，具体为功能与测试一体化主动轮。所述的功能与测试一体化主动轮包括从外向内依次由凸缘、若干轮辐以及联接盘连接而成的轮毂，凸缘外缘上靠近车辆外侧一端联接有主动轮齿盘，轮毂上至少均匀分布有m个轮辐，m为自然数且≧3。本发明实现主动轮扭矩的实车动态测试，利用扭矩与差动电桥输出电压之间的关系，通过记录的电桥输出电压值，扩展出扭矩信息，为传动系统、行动系统及其接口的科学设计提供必要数据支持。

Description

功能与测试一体化主动轮

技术领域

本发明属于履带式车辆主动轮测试领域，具体为功能与测试一体化主动轮。

背景技术

主动轮是履带式车辆行动系统的重要组成部件之一，它是连接传动输出及驱动履带的基本机械结构，是行动系统与整车的直接机械接口之一。主动轮安装在车体两侧的侧减速器被动花键上，两个主动轮旋转分别拉动两条履带做同步、反向及差动的卷绕运动，从而实现车辆前进、倒退及转向工况的驱动。

鉴于主动轮独特的机械接口和传递作用，其实时动态扭矩参数的获取对于整车功率传递效率计算、路面动态反作用力获取、扭转强度校核、齿圈啮合力仿真计算及履带设计都具有重要的支撑意义。在以往的测试中均以传动输出轴扭矩代替主动轮扭矩参数，实现扭矩的近似计算。但是在实车工况下，主动轮所受的动态扭矩更为复杂，传动输出轴扭矩并不能完全代表主动轮所承受实际工况，指导科学设计的作用有限。

主动轮是旋转运动件，在驱动工况下将发动机经传动装置传来的动力转换为履带的牵引力，旋转运动导致常规的引线测试信号传输受限、集流环等传输方法也无法实现；主动轮与履带的相互作用是刚柔耦合过程，在传递动力过程中，主动轮轮齿与履带耦合过程存在较大的振动冲击，而且履带式车辆行驶工况复杂，存在大量泥土、水、砂石等，其中车辆高速行驶过程中的飞沙走石会砸坏传统无线遥测的传感器及无线收发装置。因此，常规的引线测试方法和遥测都不适合这种复杂测试环境。

因此，在复杂环境下如何进行履带式车辆主动轮扭矩的准确、可靠测试已经成为一项亟待解决的技术难题。本发明提供了一种新型的功能与测试一体化主动轮，在主动轮本体上融合了测试单元，以解决主动轮扭矩难以准确测试及测试不可靠的技术问题，为履带式车辆的动态参数测试与优化设计提供技术支持，具有一定的理论意义和工程实用价值。

发明内容

本发明为了解决履带式车辆推进系统中主动轮扭矩不能被准确、可靠测试的问题，将具有测试功能的测试单元与主动轮本体进行结构融合，提供了一种功能与测试一体化主动轮。

本发明是通过以下技术方案实现的：功能与测试一体化主动轮，包括从外向内依次由凸缘、若干轮辐以及联接盘连接而成的轮毂，凸缘外缘上靠近车辆外侧一端联接有主动轮齿盘，轮毂上至少均匀分布有m个轮辐，m为自然数且≧3，靠近车辆外侧的联接盘一端由内向外依次设有筒体以及用于封闭筒体内圆的筒盖板，靠近车辆外侧的凸缘一端由内向外依次设有用于罩设筒体的前金属罩环以及用于封闭前金属罩环内圆的前金属端盖，凸缘另一端设有后金属罩环；

每个轮辐一侧中部由上至下分别设有第一电阻应变片、第三电阻应变片，每个轮辐另一侧中部由上至下分别设有第二电阻应变片、第四电阻应变片，每个轮辐上的四个电阻应变片按序连接构成一个差动全桥(第一、第二、第三以及第四电阻应变片按序连接)；所有轮辐上的第一电阻应变片和第二电阻应变片位于同一圆周上，所有轮辐上的第三电阻应变片和第四电阻应变片位于同一圆周上，上述两圆周的圆心均位于轮毂轴线上且两圆周均位于同一竖直面内；筒体内圆安装有能够实时记录各差动全桥输出电压的自供电测试单元，自供电测试单元通过环氧树脂灌封固化于筒体内圆。

具体使用时，①将所述功能与测试一体化主动轮置于台架试验台上，输入一个已知的扭矩载荷，自供电测试单元实时记录m个差动全桥的输出电压U_O，相同时刻的m个输出电压U_O求和获得求和电压U_i；施加至少5个不同的扭矩载荷，建立求和电压U_i和扭矩载荷之间的一一对应的关系，并采用神经网络进行拟合，减小非线性误差，得出功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度；

②将功能与测试一体化主动轮安装在履带式车辆上，在车辆行驶过程中，功能与测试一体化主动轮的自供电测试单元记录了动力载荷作用下的相同时刻m个输出电压U_Om’(求和对应一个U_i’，U_i’＝U_O1’+U_O2’+U_O3’……U_Om’)；

③求和电压U_i’根据上述功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度得到主动轮上的扭矩载荷。

主动轮是铸造件，表面粗糙不平整，不利于电阻应变片的粘贴，在分析敏感位置的基础上，对轮辐表面做平整处理。当车辆行驶后功能与测试一体化主动轮在动力载荷下带动履带作卷绕运动，主动轮一直处于旋转运动状态，主动轮本体的轮齿交替受到载荷，每个轮辐交替受力，一侧拉伸、另一侧挤压，轮辐上的电阻应变片在扭转载荷作用下产生形变，引起自身电阻值的变化，使得差动电桥(差动全桥)输出电压发生相应变化，m个轮辐交替受力，每个轮辐上电阻应变片处的应力/应变信号是一个时变函数，可反应每个轮辐应力变化信息，为轮齿啮合应力提供数据支撑。主动轮扭矩与差动电桥输出电压的对应关系如下：扭矩T→应变ε→电阻变化△R→电桥输出U₀。另外通过对电路分析可知，每个差动电桥电压输出为：式中：U_O是差动电桥输出电压，U_E是差动电桥输入电压，K是电阻应变片的灵敏度，ε₁是第一电阻应变片粘贴处的应变，ε₂是第二电阻应变片粘贴处的应变，ε₃是第三电阻应变片粘贴处的应变，ε₄是第四电阻应变片粘贴处的应变，且所有电阻应变片的参数完全相同，差动电桥输入电压是由自供电测试单元的电源提供的，该电源的电压为恒定电压值。

功能与测试一体化主动轮扭矩信息的扩展主要依靠台架标定试验和数据处理，将功能与测试一体化主动轮置于台架试验台上，加载一个扭矩载荷T_i(i＝1，2，3……n，n≥5)，则自供电测试单元得到相同时刻的m个输出电压U_O，其对应的求和电压U_i(i＝1，2，3……n，n≥5)，U_i＝U_O1+U_O2+U_O3……U_Om。建立求和电压U_i和扭矩载荷之间的一一对应的关系，并采用神经网络进行拟合，减小非线性误差，得出功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度。在车辆行驶过程中，功能与测试一体化主动轮的自供电测试单元记录了动力载荷作用下的相同时刻m个输出电压U_Om’(求和对应一个U_i’，U_i’＝U_O1’+U_O2’+U_O3’……U_Om’)，自供电测试单元将数据传输到上位机(指计算机)，上位机根据建立的扭矩与求和电压之间的对应关系以及m个输出电压U_Om’的求和电压U_i’，即利用求和电压U_i’乘以功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度，得到主动轮的实时扭矩。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

㈠自供电测试单元与轮毂结构融合，形成功能与测试一体化主动轮，其中自供电测试单元与主动轮本体融合为一体实现信息获取；自供电测试单元密封在功能与测试一体化主动轮内部，解决了主动轮测试中数据传输受泥泞砂石等复杂环境影响的技术难题；实现主动轮扭矩的实车动态测试，利用扭矩与差动电桥输出电压之间的关系，通过记录的电桥输出电压值，扩展出扭矩信息，为传动系统、行动系统及其接口的科学设计提供必要数据支持。

㈡功能与测试一体化主动轮含有双层保护结构，前金属罩环、前金属端盖和后金属罩环使得功能与测试一体化主动轮成为一个密闭结构，形成第一层保护，一方面对砂石、泥泞等环境起到防护作用，另一方面起到电磁屏蔽作用；环氧树脂将自供电测试单元灌封固化在筒体内圆，带有自供电测试单元的筒体直接固定在轮毂的联接盘上，形成第二层保护，筒体充分利用了轮毂的空心结构，以适应频繁振动的环境；而且带有自供电测试单元的筒体重量轻，对主动轮本体的质心、转动惯量影响较小；通过两层保护结构防止砂石、泥泞等复杂环境影响自供电测试单元，在多工况的振动环境下，能够保证自供电测试单元正常工作，提高测试的可靠性。

附图说明

图1为功能与测试一体化主动轮部件装配示意图。

图2为功能与测试一体化主动轮电阻应变片连接示意图。

图3为图2的局部示意图。

图4功能与测试一体化主动轮的组装图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为自供电测试单元原理框图。

图中：1-凸缘，2-轮辐，3-联接盘，4-主动轮齿盘，5-筒体，6-筒盖板，7-前金属罩环，8-前金属端盖，9-后金属罩环，10A-第一电阻应变片，10B-第二电阻应变片，10C-第三电阻应变片，10D-第四电阻应变片，11-操作面板，12-前端盖橡胶密封圈，13-后端盖橡胶密封圈，14-航空插头，15-前罩环橡胶密封圈。

具体实施方式

功能与测试一体化主动轮，包括从外向内依次由凸缘1、若干轮辐2以及联接盘3连接而成的轮毂，凸缘1外缘上靠近车辆外侧一端联接有主动轮齿盘4，轮毂上至少均匀分布有m个轮辐2，m为自然数且≧3，靠近车辆外侧的联接盘3一端由内向外依次设有筒体5以及用于封闭筒体5内圆的筒盖板6，靠近车辆外侧的凸缘1一端由内向外依次设有用于罩设筒体5的前金属罩环7以及用于封闭前金属罩环7内圆的前金属端盖8，凸缘1另一端设有后金属罩环9；

每个轮辐2一侧中部由上至下分别设有第一电阻应变片10A、第三电阻应变片10C，每个轮辐2另一侧中部由上至下分别设有第二电阻应变片10B、第四电阻应变片10D，每个轮辐2上的四个电阻应变片按序连接构成一个差动全桥；所有轮辐2上的第一电阻应变片10A和第二电阻应变片10B位于同一圆周上，所有轮辐2上的第三电阻应变片10C和第四电阻应变片10D位于同一圆周上，上述两圆周的圆心均位于轮毂轴线上且两圆周均位于同一竖直面内；筒体5内圆安装有能够实时记录各差动全桥输出电压的自供电测试单元，自供电测试单元通过环氧树脂灌封固化于筒体5内圆；

具体实施时，自供电测试单元是利用9002GA/B环氧树脂灌封固化在筒体5内圆，灌封固化以后自供电测试单元各模块在多工况的振动环境下，能够保证正常工作，不会受车辆行驶过程中频繁振动的影响；前金属罩环7与前金属端盖8的连接处使用前端盖橡胶密封圈12，前金属罩环7与凸缘1连接处使用前罩环橡胶密封圈15，凸缘1与后金属罩环9连接处使用后端盖橡胶密封圈13，可以防止泥泞、砂石、尘土、液体影响自供电测试单元。

另外，所述的自供电测试单元包括电源管理模块、锂电池以及依次连接的电桥调零模块、滤波放大模块、SoC模块、数据交汇口，各差动全桥分别与电桥调零模块连接，锂电池通过电源管理模块为SoC模块供电，SoC模块控制电源管理模块为电桥调零模块和滤波放大模块按需供电。差动电桥输出信号进入滤波放大模块，将测试信号中的高频干扰信号滤除，经过合理放大后的信号输入到SoC模块中。SoC模块将模拟信号转换为数字量并记录下来，测试完成后通过数据交汇口将SoC模块中的数据传输到上位机(指计算机)。

具体应用时，筒体5外圆上安装有航空插头14的母头，电阻应变片粘贴完成后做好防护处理，电阻应变片的导线贴附在轮毂的轮辐2和联接盘3上，各导线通过航空插头14的公头与航空插头14的母头连接，实现阻应变片与自供电测试单元连接。

进一步，筒体5内圆上安装有操作面板11，操作面板11上设有自供电测试单元的电源开启和关闭的拨码开关、电池充电接口、用于状态指示的指示灯和接线端子。另外，读取数据、充电时将前金属端盖8打开，取下筒盖板6，就可以对操作面板11进行操作。

进一步，为了减小自供电测试单元对主动轮的质心、转动惯量等影响，采用硬铝作为功能与测试一体化主动轮的前金属罩环7、前金属端盖8、后金属端盖9，前金属罩环7、前金属端盖8、后金属端盖9厚度约5mm。

Claims (3)

1.功能与测试一体化主动轮，包括从外向内依次由凸缘（1）、若干轮辐（2）以及联接盘（3）连接而成的轮毂，凸缘（1）外缘上靠近车辆外侧一端联接有主动轮齿盘（4），其特征在于，轮毂上至少均匀分布有m个轮辐（2），m为自然数且≧3，靠近车辆外侧的联接盘（3）一端由内向外依次设有筒体（5）以及用于封闭筒体（5）内圆的筒盖板（6），靠近车辆外侧的凸缘（1）一端由内向外依次设有用于罩设筒体（5）的前金属罩环（7）以及用于封闭前金属罩环（7）内圆的前金属端盖（8），凸缘（1）另一端设有后金属罩环（9）；

每个轮辐（2）一侧中部由上至下分别设有第一电阻应变片（10A）、第三电阻应变片（10C），每个轮辐（2）另一侧中部由上至下分别设有第二电阻应变片（10B）、第四电阻应变片（10D），每个轮辐（2）上的四个电阻应变片按序连接构成一个差动全桥；所有轮辐（2）上的第一电阻应变片（10A）和第二电阻应变片（10B）位于同一圆周上，所有轮辐（2）上的第三电阻应变片（10C）和第四电阻应变片（10D）位于同一圆周上，上述两圆周的圆心均位于轮毂轴线上且两圆周均位于同一竖直面内；筒体（5）内圆安装有能够实时记录各差动全桥输出电压的自供电测试单元，自供电测试单元通过环氧树脂灌封固化于筒体（5）内圆。

2.根据权利要求1所述的功能与测试一体化主动轮，其特征在于，所述的自供电测试单元包括电源管理模块、锂电池以及依次连接的电桥调零模块、滤波放大模块、SoC模块、数据交汇口，各差动全桥分别与电桥调零模块连接，锂电池通过电源管理模块为SoC模块供电，SoC模块控制电源管理模块为电桥调零模块和滤波放大模块按需供电。

3.根据权利要求2所述的功能与测试一体化主动轮，其特征在于，筒体（5）内圆上安装有操作面板（11），操作面板（11）上设有自供电测试单元的电源开启和关闭的拨码开关、电池充电接口、用于状态指示的指示灯和接线端子。