CN108072509B - 铰接结构中转动零件的载荷测量系统 - Google Patents

Abstract

一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统，所述铰接结构包括模拟固定零件及所述转动零件，所述模拟固定零件与所述转动零件通过铰接方式耦接，形成第一铰接点及第二铰接点，所述载荷测量系统包括：柱状件、第一限位件、第二限位件、第一测量单元、第二测量单元；所述第一测量单元，适于测量所述转动零件在第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力；其中：所述第一方向轴线及所述第二方向轴线相互垂直且均垂直于所述柱状件的轴向方向；所述第二测量单元，适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力。采用上述方案可以实现铰接结构的载荷测量的普遍适用性，且提高测量结果的准确度。

Description

铰接结构中转动零件的载荷测量系统

技术领域

本发明涉及载荷的测量领域，尤其涉及一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统。

背景技术

车辆底盘零件间的连接点、底盘零件与动力总成零件间的连接点广泛采用铰接结构。由于底盘结构紧凑，车辆上的铰接点通常体现在相互连接的两个零件中，假设所述两个零件分别为零件A及零件B，其中：零件A为固定端，零件A的铰接点处位于两块平行布置的、具有一定间距的且加工有通孔的金属板。零件B的铰接点处采用衬套结构，即铰接点处具有一金属内管，金属内管与零件B的本体间采用橡胶等材料填充。零件A与零件B通过螺栓夹紧联接，构成一个铰接结构。工作时，零件A与零件B主要通过彼此间接触摩擦传力，而螺栓基本不承受剪切力，铰接点承受垂直于螺栓轴向方向的力和绕螺栓轴线方向的扭矩。且由于衬套结构刚度较小，零件B相对零件A存在一定小幅度的位移和摆动。

实际应用中，由于零件设计开发及试验验证的需要，常常需要测量零件B工作时所承受的载荷。

目前，根据铰接结构的不同，有时无法测得零件B工作时所承受的载荷，有时可以通过在零件B上粘贴应变片来测量其所承受的载荷，但是往往存在测量结果准确度低，载荷测量方法不具备普遍适用性。

发明内容

本发明解决的问题是如何实现铰接结构的载荷测量的普遍适用性，且提高测量结果的准确度。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统，所述铰接结构包括模拟固定零件及所述转动零件，所述模拟固定零件包括相对间隔设置的第一支撑部和第二支撑部，所述模拟固定零件与所述转动零件通过铰接方式耦接，形成第一铰接点及第二铰接点，所述第一铰接点位于所述第一支撑部上，所述第二铰接点位于所述第二支撑部上；所述载荷测量系统包括：柱状件、第一限位件、第二限位件、第一测量单元、第二测量单元；其中：所述柱状件，沿轴向穿过所述第一支撑部和第二支撑部，所述柱状件的两个轴向端部分别支撑在所述第一支撑部、所述第二支撑部上，所述转动零件可旋转地套设在所述柱状件上，并位于所述第一支撑部和第二支撑部之间；所述第一限位件、第二限位件，分别套设并安装在所述柱状件的两个轴向端部；所述第一测量单元，通过所述第一限位件与所述柱状件的轴向一端耦接，且置于所述第一铰接点处，固定安装在所述第一支撑部外侧，适于测量所述转动零件在第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力；其中：所述第一方向轴线及所述第二方向轴线相互垂直且均垂直于第三方向轴线，所述第三方向轴线与所述柱状件的轴向方向的中心对称轴线重合，所述第一方向轴线及所述第二方向轴线与所述柱状件的垂直于第三方向轴线的中心对称平面重合；所述第二测量单元，通过所述第二限位件与所述柱状件的另一端耦接，且置于所述第二铰接点处，固定安装在所述第二支撑部外侧，适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力、及所述第二方向轴线上的受力；所述第一测量单元的中心对称轴线、所述第二测量单元的中心对称轴线与所述柱状件的轴向方向中心对称轴线重合。

可选地，所述柱状件、第一限位件及第二限位件，适于模拟实际应用中铰接点处的固定结构来固定所述转动零件，使得所述模拟固定零件与所述转动零件之间的传力方式与实际应用时的传力方式相同。

可选地，所述第一测量单元及所述第二测量单元，还适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线的扭矩。

可选地，所述第一测量单元及所述第二测量件均包括弹性体和固定在所述弹性体上的应变片，所述应变片适于产生与所述弹性体形变相对应的检测信号。

可选地，所述第一测量单元及第二测量单元结构相同。

可选地，所述弹性体为对称异形结构，且所述弹性体包括：圆环状上平台、基座、m个测立柱；其中：所述基座位于所述圆环状上平台的下方，且设置有与所述圆环状上平台的对称中心轴线同轴的容纳部，其中，m为自然数，且m≥1；所述m个测立柱为相同的立柱，绕所述弹性体的中心对称轴线均匀分布，任意一个所述测立柱均包括n个侧面，且任意一个所述测立柱的其中三个侧面适于用于粘贴所述应变片，其中：n为自然数，且n≥3；所述应变片构成适于彼此间相互解耦的第一测量电路、第二测量电路及第三测量电路；其中：所述第一测量电路适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力；所述第二测量电路适于测量所述转动零件在所述第二方向轴线上的受力；所述第三测量电路适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线的扭矩。

可选地，所述m个测立柱均为方形立柱，任意一个所述测立柱均包括四个侧面。

可选地，任意一个所述测立柱的侧面上粘贴有两个应变片，所述两个应变片相互垂直，构成所述第一测量电路的应变片所在侧面与通过所述第一方向轴线且垂直于所述第二方向轴线的平面平行，构成所述第二测量电路的应变片所在侧面与通过所述第二方向轴线且垂直于所述第一方向轴线的平面平行，构成所述第三测量电路的应变片所在k个侧面与所述第三方向轴线距离均相同，且各侧面左右中心对称轴线与所述第三方向轴线在对应侧面的投影重合，其中，k为自然数，且k≥2。

可选地，任意一个与所述第一测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第一方向轴线成45°夹角，另一个与所述第一方向轴线成135°夹角；任意一个与所述第二测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第二方向轴线成45°夹角，另一个与所述第二方向轴线成135°夹角；任意一个与所述第三测量电路对应的侧面上的两个应变片相对所在侧面左右中心对称轴线对称，其中一个与所在侧面左右中心对称轴线成45°夹角，另一个与所在侧面左右中心对称轴线成-45°夹角。可选地，所述第一测量单元的所述基座的四角对称设置有第一螺纹孔，所述第二测量单元的所述基座的四角对称设置有第二螺纹孔，任意螺纹孔的轴线与所述基座的圆孔轴线平行，所述基座靠近所述圆环状上平台的端面四角处设置有凸台，以用于走线和封装。

可选地，所述第一支撑部设有容纳所述柱状件的其中一个所述轴向端部的第一通孔，所述第一通孔适于与所述第一测量单元的圆环状上平台配合；所述第二支撑部设有容纳所述柱状件的另一个所述轴向端部的第二通孔，所述第二通孔适于与所述第二测量单元的圆环状上平台配合。

可选地，所述第一支撑部还设有若干第三通孔，所述若干第三通孔在所述第一通孔的周向间隔排布，所述第一测量单元的所述第一螺纹孔通过与第三通孔配合的螺钉与第一支撑部固定连接；所述第二支撑部还设有若干第四通孔，所述若干第四通孔在所述第二通孔的周向间隔排布，所述第二测量单元的所述第四螺纹孔通过与第二螺纹孔螺纹配合的螺钉与第二支撑部固定连接。

可选地，所述柱状件为双头螺栓。

可选地，所述第一限位件及第二限位件均为螺母，且分别与所述柱状件的两个轴向端部的螺纹配合。

可选地，所述螺母为法兰面螺母。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

由于铰接结构的铰接点处结构统一，故通过在第一铰接点处及第二铰接点处设置第一测量单元及第二测量单元，来用于测量转动零件在所述第一方向轴线及所述第二方向轴线上的受力，可以避免载荷测量部件的设置受到铰接结构的限制，并且可以避免受到转动零件结构复杂度影响，故可以实现铰接结构的载荷测量的普遍适用性。而且，由于无须将应变片设置于复杂的转动零件上，故可以避免测量的线性度及准确度低的问题，因此可以提高测量结果的准确度。

进一步，通过所述柱状件、第一限位件及第二限位件，适于模拟实际应用中铰接点处的固定结构来固定所述转动零件，使得所述模拟固定零件与所述转动零件与实际应用时的传力方式相同，也就是可以模拟铰接点处零件间的接触摩擦传力的联接方式，故测试结果更加真实，也即是可以进一步提高测量结果的精确度。

进一步，由于所述第一测量单元及所述第二测量单元，还适于测量所述转动零件在绕所述柱状件的轴向方向上的扭矩，因此整个测量系统除了力的测量，还可以实现扭矩的测量，故可以提高测量系统的使用范围及普遍适用性。

进一步，所述第一测量单元及所述第二测量件均包括弹性体，弹性体包括：圆环状上平台，可以减少占用的空间，提高测量系统的紧凑度及可操作性。

进一步，通过彼此间相互解耦的第一测量电路、第二测量电路及第三测量电路来分别测量转动零件在第一方向轴线的受力、第二方向轴线的受力及绕第三方向轴线的扭矩，由于测量电路间干扰小，故可以提高测量精度。并且由于三个测量电路可以独立分开工作，因此可以提高测量的灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统的轴测投影图；

图2是本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统的XZ平面示意图；

图3是图2中的A-A处的剖视图；

图4是本发明实施例中的一种载荷测量系统与转动零件装配后的轴测投影示意图；

图5是本发明中一种铰接结构中转动零件的测量系统中模拟固定零件1的轴测投影示意图；

图6是本发明实施例中的一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的轴测投影示意图；

图7是本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的Y_SZ_S平面示意图；

图8是图7中的B-B处的剖视图；

图9是本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的X_SY_S平面示意图；

图10是任意号侧面上布置的应变片在与其平行的基准面上的投影示意图；

图11是本发明实施例中应变片构成的测量X_S轴向方向力的电路图；

图12是本发明实施例中应变片构成的测量Y_S轴向方向力的电路图；

图13是本发明实施例中应变片构成的测量绕Z_S轴向方向扭矩的测量系统电路图；

图14是本发明实施例中的一种采用铰接结构中转动零件的载荷测量系统测量的方法的流程示意图。

具体实施方式

车辆底盘零件间的连接点、底盘零件与动力总成零件间的连接点广泛采用铰接结构。由于底盘结构紧凑，车辆上的铰接点通常体现在相互连接的两个零件中，假设所述两个零件分别为零件A及零件B，其中：零件A为固定端，零件A的铰接点处位于两块平行布置的、具有一定间距的且加工有通孔的金属板。零件B的铰接点处采用衬套结构，即铰接点处具有一金属内管，金属内管与零件B的本体间采用橡胶等材料填充。

零件A与零件B通过螺栓夹紧联接，构成一个铰接结构。工作时，零件A与零件B主要通过彼此间接触摩擦传力，而螺栓基本不承受剪切力，铰接点承受垂直于螺栓轴向方向的力和绕螺栓轴线方向的扭矩。且由于衬套结构刚度较小，零件B相对零件A存在一定小幅度的位移和摆动。实际应用中，为零件设计开发及试验验证的需要，常常需要测量该零件B工作时承受的载荷。

目前，这些被测件，也就是零件B的形状各异，甚至有些非轴类零件B结构复杂，不便于安装力传感器，而通过粘贴应变片测量其所承受载荷时往往存在信号线性度不好、不便于标定、灵敏度低等缺点，故导致测量结果准确度低下。同时有些零件B联接方式复杂，零件B不能简化为二力杆，故无法对零件B的载荷进行测量。

为解决上述问题，本发明实施例通过设置在第一铰接点处及第二铰接点处的第一测量单元及第二测量单元，来用于测量转动零件在所述第一方向轴线及所述第二方向轴线上的受力，可以避免载荷测量部件的设置受到铰接结构的限制，并且可以避免受到转动零件结构复杂度影响，故可以实现铰接结构的载荷测量的普遍适用性。而且，由于无须将应变片设置于复杂的转动零件上，故可以避免测量的线性度及准确度低的问题，因此可以提高测量结果的准确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统，所述铰接结构包括模拟固定零件及所述转动零件，所述模拟固定零件包括相对间隔设置的第一支撑部和第二支撑部，所述模拟固定零件与所述转动零件通过铰接方式耦接，形成第一铰接点及第二铰接点，所述第一铰接点位于所述第一支撑部上，所述第二铰接点位于所述第二支撑部上。

所述载荷测量系统包括：柱状件、第一限位件、第二限位件、第一测量单元、第二测量单元；其中：

所述柱状件，沿轴向穿过所述第一支撑部和第二支撑部，所述柱状件的两个轴向端部分别支撑在所述第一支撑部、所述第二支撑部上。在本发明一实施例中，所述柱状件为双头螺栓。本领域技术人员根据实际需要，也可以将所述柱状件设置为其它零件。

所述转动零件可旋转地套设在所述柱状件上，并位于所述第一支撑部和第二支撑部之间；所述第一限位件、第二限位件，分别套设并安装在所述柱状件的两个轴向端部。

在具体实施中，所述第一、二限位件可以均为螺母，且分别与所述柱状件的两个轴向端部的螺纹配合，也就是第一限位件与所述柱状件的一个轴向端部的螺纹配合，第二限位件与所述柱状件的另一个轴向端部的螺纹配合。

为了提高固定的牢固度，在本发明一实施例中，所述螺母为法兰面螺母。

所述第一测量单元，通过所述第一限位件与所述柱状件的轴向一端耦接，且置于所述第一铰接点处，固定安装在所述第一支撑部外侧，适于测量所述转动零件在第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力。其中：所述第一方向轴线及所述第二方向轴线相互垂直且均垂直于第三方向轴线，所述第三方向轴线与所述柱状件的轴向方向的中心对称轴线重合，所述第一方向轴线及所述第二方向轴线与所述柱状件的垂直于第三方向轴线的中心对称平面重合。

所述第二测量单元，通过所述第二限位件与所述柱状件的另一端耦接，且置于所述第二铰接点处，固定安装在所述第二支撑部外侧，适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力。所述第一测量单元的中心对称轴线、所述第二测量单元的中心对称轴线与所述柱状件的轴向方向中心对称轴线重合。

综上，由于铰接结构的铰接点处结构统一，故通过设置在第一铰接点处及第二铰接点处的第一测量单元及第二测量单元，来用于测量转动零件在所述第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力，可以避免载荷测量部件的设置受到铰接结构的限制，并且可以避免受到转动零件结构复杂度影响，故可以实现铰接结构的载荷测量的普遍适用性。而且，由于无须将应变片设置于复杂的转动零件上，故可以避免测量的线性度及准确度低的问题，因此可以提高测量结果的准确度。

为使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，图1示出了本发明实施例中的一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统的轴测投影图，其中：X轴为所述第一方向轴线，Z轴为所述第二方向轴线，Y轴为所述第三方向轴线。图2示出了本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统的XZ平面图，图3示出了图2中的A-A处的剖视图。

下面结合图1、图2及图3，对所述铰接结构及测量系统进行详细介绍。

所述载荷测量系统包括：第一测量单元2、双头螺栓3、第一法兰面螺母5、第二法兰面螺母6、第二测量单元4及模拟固定零件1。

在具体实施中，第一测量单元2的对称中心轴线、第二测量单元4的对称中心轴线及模拟固定零件1的通孔同轴，第一测量单元2采用螺钉固定安装在模拟固定零件1的一侧的支撑部上，第二测量单元4通过螺钉固定安装在模拟固定零件1的另一侧的支撑部上。

为了避免影响转动零件与模拟固定零件间的传力方式，在具体实施中，第二测量单元4与第一测量单元2对称布置。

图4示出了本发明实施例中的一种载荷测量系统与转动零件装配后的轴测投影图，如图4所示，转动零件7安装在载荷测量系统中的第一测量单元2、第二测量单元4之间，转动零件7的金属内管两端面分别与对应相邻的第一测量单元2的一端面、第二测量单元4的一端面接触配合。

在具体实施中，结合图1～图4可见，通过双头螺栓3、第一法兰面螺母5及第二法兰面螺母6对转动零件7进行预紧，可以实现转动零件7与固定安装在模拟固定零件1上的第一测量单元2、第二测量单元4之间的摩擦传力，从而可以模拟真实转动零件7与模拟固定零件1工作的状态。

为了实现第一测量单元及第二测量单元分别与模拟固定零件之间的连接，在具体实施中，根据模拟固定零件、转动零件的结构，在所述第一支撑部设置有容纳所述柱状件的其中一个所述轴向端部的第一通孔，在所述第二支撑部设有容纳所述柱状件的另一个所述轴向端部的第二通孔。

并且，所述第一测量单元的四角对称设置有第一螺纹孔，所述第二测量单元的四角对称设置有第二螺纹孔，相应地，为了配合第一测量单元及第二测量单元上设置的螺纹孔，所述第一支撑部还设有若干第三通孔，所述若干第三通孔在所述第一通孔的周向间隔排布，所述第一测量单元的所述第一螺纹孔通过与第三通孔螺纹配合的螺钉与第一支撑部固定连接。所述第二支撑部还设有若干第四通孔，所述若干第四通孔在所述第二通孔的周向间隔排布，所述第二测量单元的所述第二螺纹孔通过与第四通孔配合的螺钉与第二支撑部固定连接。

图5示出了本发明中一种铰接结构中转动零件的测量系统中模拟固定零件1的轴测投影图，参考图1～图5可见，模拟固定零件1是基于第一测量单元2、第二测量单元4及设置于汽车底盘系统中固定端的原零件A的结构，对原零件A的铰接点处进行改制后而成的。

通过改制，模拟固定零件1与转动零件7之间的铰接点处都加工有大的圆形通孔，也就是第一通孔与第二通孔，且两个圆形通孔具有两个一定间距。在具体实施中，为了便于安装第一测量单元2、第二测量单元4，以确保改制前后安装转动零件7的铰接安装点位置不变，在所述圆形通孔的周围还加工有四个小通孔的金属板。

为了确保第一铰接点及第二铰接点的结构对称，以避免对模拟固定零件与转动零件间的传力方式造成影响，在具体实施中，所述第一测量单元及第二测量单元结构可以相同。

在具体实施中，所述第一测量单元的所述基座的四角对称可以设置有第一螺纹孔，所述第二测量单元的所述基座的四角对称设置有第二螺纹孔，任意螺纹孔的轴线与所述基座的圆孔轴线平行，所述基座靠近所述圆环状上平台的端面四角处设置有凸台，以用于走线和封装。

为了模拟铰接点处零件间的接触摩擦传力的连接方式，使得测量结果更加真实，也就是提高测量结果的准确度，在具体实施中，所述柱状件、第一限位件及第二限位件，可以模拟实际应用中铰接点处的固定结构来固定所述转动零件，故可以使得所述模拟固定零件与所述转动零件与实际应用时的传力方式相同。

为了提高测量系统的适用范围及普遍适用性，在具体实施中，所述第一测量单元及所述第二测量单元，还可以适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线的扭矩。

并且，第一方向轴线上的力及第二方向轴线上的力的测量与绕所述第三方向轴线上的扭矩的测量彼此间相互独立，互不依赖。

比如，可以只是进行第一方向轴线的力的测量，也可以只是设置第二方向轴线的力的测量，也可以同时设置第一方向轴线的力的测量及绕所述第三方向轴线的扭矩的测量，也可以同时设置第一方向轴线的力及第二方向轴线的力的测量，也可以同时设置第二方向轴线的力及绕所述第三方向轴线的扭矩的测量，还可以只是设置绕所述第三方向轴线的扭矩的测量。

在本发明一实施例中，所述第一测量单元及所述第二测量件为包括应变片的传感器。具体地，所述第一测量单元及所述第二测量件均包括弹性体和固定在所述弹性体上的应变片，所述应变片适于产生与所述弹性体形变相对应的检测信号。

比如，弹性体受到10N大小的力的挤压，相应地，应变片产生大小为1V的电压检测信号；弹性体受到20N大小的力的挤压，应变片产生大小为2V的电压检测信号。

在具体实施中，所述弹性体为对称异形结构，且所述弹性体包括：圆环状上平台、基座、m个测立柱。其中：所述基座位于所述圆环状上平台的下方，且设置有与所述圆环状上平台的对称中心轴线同轴的容纳部，其中，m为自然数，且m≥1。

在具体实施中，所述m个测立柱为完全相同的立柱，绕所述弹性体的中心对称轴线均匀分布，任意一个所述测立柱均包括n个侧面，且任意一个所述测立柱的其中三个侧面适于用于粘贴所述应变片，其中：n为自然数，且n≥3。

在具体实施中，所述应变片可以构成适于彼此间相互解耦的第一测量电路、第二测量电路及第三测量电路。

其中：所述第一测量电路适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力。所述第二测量电路适于测量所述转动零件在所述第二方向轴线上的受力。所述第三测量电路适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线上的扭矩。

为了确保测量系统的固定性及稳固性，在本发明一实施例中，所述基座为方形基座。本领域技术人员也可以将所述基座设置为其它形状，所述基座的形状并不对本发明的保护范围构成任何限制。

为了兼顾计算的复杂度及应变片粘贴的工作量，在本发明一实施例中，m为4。所述4个测立柱均为方形立柱，任意一个所述测立柱均包括四个侧面。

图6示出了本发明实施例中的一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的轴测投影图。参考图1～图6所示，第一测量单元2可以包括弹性体1a及应变片组1b。可以理解的是，由于第二测量单元与第一测量单元的结构完全相同，只是分别安装于第一支撑部与第二支撑部，故此处对第二测量单元的结构不再详细赘述，对第二测量单元的结构的设置具体可以参照第一测量单元的结构进行实施。

图7示出了本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的Y_SZ_S平面图，图8示出了图7中的B-B处的剖视图。参考图1～图8可见，弹性体1a为对称异形结构，包括圆环状上平台24、方形基座25、第一测立柱8、第二测立柱9、第三测立柱10及第四测立柱11。

其中，方形基座25上加工有与圆环状上平台24对称中心轴线同轴的圆孔，四角对称布置有螺纹孔，螺纹孔的轴线与方形基座25的圆孔轴线平行，方形基座25在靠近圆环状上平台24的端面四角处加工有凸台，且凸台周边区域可用于走线和封装。

第一测立柱8、第二测立柱9、第三测立柱10及第四测立柱11为形状、尺寸完全相同的方形立柱，绕着弹性体1a的中心对称轴线均匀分布，每个测力柱均有四个侧面。其中，每个测立柱的四个侧面中的三个侧面适于用粘贴应变片组1b。

四个测立柱共计有12个侧面，可以用于粘贴应变片组1b，12个侧面分别为：1号侧面12、2号侧面13、3号侧面14、4号侧面15、5号侧面16、6号侧面17、7号侧面18、8号侧面19、9号侧面20、10号侧面21及11号侧面22、12号侧面23。

为了与第一支撑部及第二支撑部上设置的螺纹孔配合使用来固定第一测量单元及第二测量单元，在具体实施中，所述第一测量单元的方形基座的四角对称设置有第一螺纹孔，所述第二测量单元的方形基座的四角对称设置有第二螺纹孔。

图9示出了本发明实施例中一种铰接结构中转动零件的测量系统中第一测量单元的X_SY_S平面图。图10示出了任意号侧面上布置的应变片在与其平行的基准面上的投影示意图，所述基准面可以为X_SZ_S平面或者Y_SZ_S平面，其中：横轴为X_S或者Y_S方向。

参考图1～图10可见，各侧面均粘贴两个相互垂直的应变片，应变片及其布置的方法完全相同，24个应变片可以组成应变组1b。

在X_SZ_S平面内，布置在1号侧面12上的两个应变片分别是R1A、R1B，布置在4号侧面15上的两个应变片分别是应变片R4A、应变片R4B，布置在6号侧面17上的两个应变片分别是应变片R6A、应变片R6B，布置在8号侧面19上的两个应变片分别是应变片R8A、应变片R8B，布置在10号侧面21上的两个应变片分别是应变片R10A、应变片R10B，布置在12号侧面23上的两个应变片分别是应变片R12A、应变片R12B。

在X_SZ_S平面投影图中，应变片对称中心轴线与X_S轴线正方向夹角为45°的应变片分别为应变片R1A、应变片R4A、应变片R6A、应变片R8A、应变片R10A、应变片R12A，应变片对称中心轴线与X_S轴线正方向夹角为135°的应变片分别为应变片R1B、应变片R4B、应变片R6B、应变片R8B、应变片R10B及应变片R12B。

在Y_SZ_S平面内，布置在2号侧面13上的两个应变片分别是应变片R2A、应变片R2B，布置在3号侧面14上的两个应变片分别是应变片R3A、应变片R3B，布置在5号侧面16上的两个应变片分别是应变片R5A、应变片R5B，布置在7号侧面18上的两个应变片分别是应变片R7A、应变片R7B，布置在9号侧面20上的两个应变片分别是应变片R9A、应变片R9B，布置在11号侧面22上的两个应变片分别是应变片R11A、应变片R11B。

在Y_SZ_S平面投影图中，应变片对称中心轴线与Y_S轴线正方向夹角为45°的应变片分别为应变片R2A、应变片R3A、应变片R5A、应变片R7A、应变片R9A、应变片R11A，应变片的对称中心轴线与Y_S轴线正方向夹角为135°的应变片分别为应变片R2B、应变片R3B、应变片R5B、应变片R7B、应变片R9B、应变片R11B。

在具体实施中，任意一个所述测立柱的侧面上粘贴有两个应变片，所述两个应变片相互垂直。并且，任意一个与所述第一测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第一方向轴线成45°夹角，另一个与所述第一方向轴线成135°夹角。

在具体实施中，任意一个与所述第二测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第二方向轴线成45°夹角，另一个与所述第二方向轴线成135°夹角。

在具体实施中，任意一个与所述第三测量电路对应的侧面上的两个应变片相对所在侧面左右中心对称轴线对称，其中一个与所在侧面左右中心对称轴线成45°夹角，另一个与所在侧面左右中心对称轴线成-45°夹角。

在具体实施中，构成所述第一测量电路的应变片所在侧面与通过所述第一方向轴线且垂直于所述第二方向轴线的平面平行，构成所述第二测量电路的应变片所在侧面与通过所述第二方向轴线且垂直于所述第一方向轴线的平面平行，构成所述第三测量电路的应变片所在k个侧面均与所述第三方向轴线距离均相同，且各侧面左右中心对称轴线与所述第三方向轴线在对应侧面的投影重合，其中，k为自然数，且k≥2。

图11示出了本发明实施例中应变片构成的测量X_S轴向方向力的电路图，图12示出了本发明实施例中应变片构成的测量Y_S轴向方向力的电路图，图13示出了本发明实施例中应变片构成的测量绕X_S轴向方向扭矩的测量系统电路图。

结合图1～图13，应变片组1b可以构成3个相互解耦的测量电路，即为：沿X_S轴的力测量电路、Y_S轴的力测量电路和绕Z_S轴的扭矩测量电路。

其中，应变片R4A、应变片R4B、应变片R6A、应变片R6B、应变片R10A、应变片R10B、应变片R12A、应变片R12B组成X_S轴线方向力的并联测量电路，激励电压E_X输入下，输出与该方向受力大小线性相关的输出电压U_X。

应变片R2A、应变片R2B、应变片R3A、应变片R3B、应变片R7A、应变片R7B、应变片R9A、应变片R9B组成Y_S轴线方向力的并联测量电路，激励电压E_Y输入下，输出与该方向受力大小线性相关的输出电压U_Y。

应变片R1A、应变片R1B、应变片R5A、应变片R5B、应变片R8A、应变片R8B、应变片R11A、应变片R11B组成绕Z_S轴线方向扭矩的并联测量电路，激励电压E_RZ输入下，输出与该方向受扭矩大小线性相关的输出电压U_RZ。

为使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，本发明实施例提供了一种载荷测量系统测量的方法，可以对上述实施例中的铰接结构中转动零件的载荷进行测量，下面参考图14对所述方法分步骤进行详细介绍。

步骤S141：根据模拟固定零件改制前的结构、转动零件、第一铰接点及第二铰接点处的结构，设置所述模拟固定零件。

在具体实施中，可以根据需测力的底盘系统铰接点处底盘零件A、转动零件、第一铰接点及第二铰接点处的结构，设置第一测力单元及第二测力单元，并相应对零件A进行改制得到模拟固定零件，改制前后安装转动零件的铰接安装点位置不变。其中：零件A即为改制前的模拟固定零件。

步骤S142：采用所述柱状件、第一限位件及第二限位件，将所述第一测量单元及第二测量单元安装于所述模拟固定零件上。

在具体实施中，将第一测力单元及第二测力单元分别固定安装在模拟固定零件的两侧的支撑面上，代替原零件A的铰接点结构，也就是将第一测力单元及第二测力单元安装在铰接点的位置，并通过双头螺栓、法兰面螺母、法兰面螺母模拟原车实际铰接点处安装方法固定安装转动零件，从而不改变原铰接点相互联接的模拟固定零件及转动零件间的传力方式。

步骤S143：标定所述第一测量单元及第二测量单元，以获取所述第一测量单元及第二测量单元的灵敏度。

在具体实施中，在弹性体上贴片组桥获得第一测力单元及第二测力单元，并分别对测力单元中的三个测量电路：沿X_S轴的力测量电路、Y_S轴的力测量电路和绕X_S轴的扭矩测量电路分别进行标定，以获取第一测力单元及第二测力单元的灵敏度，从而实现三维力的测量。

步骤S144：控制所述模拟固定零件及转动零件开始工作，检测所述第一测量单元及第二测量单元的输出电压。

在具体实施中，当铰接结构中转动零件的测量系统工作时，通过测量第一测力单元及第二测力单元的各个测量电路的输出电压。

步骤S145：根据所述输出电压、所述灵敏度，计算得到所述第一测量单元及第二测量单元受到的载荷。

在具体实施中，当铰接结构中转动零件的测量系统工作时，通过测量第一测力单元及第二测力单元各测量电路的输出电压，根据各测量电路的灵敏度系数，以分别计算出第一测力单元及第二测力单元承受的三维载荷。

步骤S146：根据所述第一测量单元、第二测量单元受到的载荷、以及所述第一测量单元、第二测量单元与所述模拟固定零件坐标系的映射关系，计算得到所述转动零件受到的载荷。

在具体实施中，可以根据第一测量单元、第二测量单元受到的载荷、以及所述第一测量单元、第二测量单元与所述模拟固定零件坐标系的映射关系，计算出转动零件在铰接点处所受的三向载荷的合力，实现载荷测量系统铰接点处第一方向轴线及第二方向轴线上的受力及绕第三方向轴线上的力矩的测量。

需要说明的是，所述第一测量单元、第二测量单元与所述模拟固定零件坐标系的映射关系可以有多种。比如所述的第一测量单元坐标系X_S轴正方向、第二测量单元坐标系X_S轴正方向与所述模拟固定零件坐标系X轴正方向相同，对应的，铰接结构中转动零件X轴向载荷等于第一测量单元测得的X_S轴方向载荷与第二测量单元测得的X_S轴方向载荷的和。

所述的第一测量单元坐标系Y_S轴负方向、第二测量单元坐标系Y_S轴正方向与所述模拟固定零件坐标系Z轴正方向相同，对应的，铰接结构中转动零件Z轴向载荷等于第二测量单元测得的Y_S轴方向载荷减去第一测量单元测得的Y_S轴方向载荷。

所述的第一测量单元坐标系绕Z_S轴正方向、第二测量单元坐标系绕Z_S轴负方向与所述模拟固定零件坐标系绕Y轴正方向相同,对应的，铰接结构中转动零件绕Y轴扭矩等于第一测量单元测得的绕Z_S轴扭矩减去第二测量单元测得的绕Z_S轴扭矩。

可以理解的是，本文示出的所有的附图均是为了本领域技术人员更好地理解和实现本发明，但是并不对铰接结构中的模拟固定零件及转动零件的具体形状做任何限制，在具体实施中，整车悬架系统、动力总成悬置等各种类型的铰接结构均可以采用本发明实施例中的载荷测量系统进行载荷测量。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种铰接结构中转动零件的载荷测量系统，所述铰接结构包括模拟固定零件及所述转动零件，所述模拟固定零件包括相对间隔设置的第一支撑部和第二支撑部，其特征在于，所述模拟固定零件与所述转动零件通过铰接方式耦接，形成第一铰接点及第二铰接点，所述第一铰接点位于所述第一支撑部上，所述第二铰接点位于所述第二支撑部上；

所述载荷测量系统包括：柱状件、第一限位件、第二限位件、第一测量单元、第二测量单元；其中：

所述柱状件，沿轴向穿过所述第一支撑部和第二支撑部，所述柱状件的两个轴向端部分别支撑在所述第一支撑部、所述第二支撑部上，所述转动零件可旋转地套设在所述柱状件上，并位于所述第一支撑部和第二支撑部之间；所述第一限位件、第二限位件，分别套设并安装在所述柱状件的两个轴向端部；

所述第一测量单元，通过所述第一限位件与所述柱状件的轴向一端耦接，且置于所述第一铰接点处，固定安装在所述第一支撑部外侧，适于测量所述转动零件在第一方向轴线上的受力及第二方向轴线上的受力；其中：所述第一方向轴线及所述第二方向轴线相互垂直且均垂直于第三方向轴线，所述第三方向轴线与所述柱状件的轴向方向的中心对称轴线重合，所述第一方向轴线及所述第二方向轴线与所述柱状件的垂直于第三方向轴线的中心对称平面重合；

所述第二测量单元，通过所述第二限位件与所述柱状件的另一端耦接，且置于所述第二铰接点处，固定安装在所述第二支撑部外侧，适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力、及所述第二方向轴线上的受力；

所述第一测量单元的中心对称轴线、所述第二测量单元的中心对称轴线与所述柱状件的轴向方向中心对称轴线重合。

2.根据权利要求1所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述柱状件、第一限位件及第二限位件，适于模拟实际应用中铰接点处的固定结构来固定所述转动零件，使得所述模拟固定零件与所述转动零件之间的传力方式与实际应用时的传力方式相同。

3.根据权利要求1所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一测量单元及所述第二测量单元，还适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线的扭矩。

4.根据权利要求3所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一测量单元及所述第二测量件均包括弹性体和固定在所述弹性体上的应变片，所述应变片适于产生与所述弹性体形变相对应的检测信号。

5.根据权利要求4所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一测量单元及第二测量单元结构相同。

6.根据权利要求5所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述弹性体为对称异形结构，且所述弹性体包括：圆环状上平台、基座、m个测立柱；其中：

所述基座位于所述圆环状上平台的下方，且设置有与所述圆环状上平台的对称中心轴线同轴的容纳部，其中，m为自然数，且m≥1；

所述m个测立柱为相同的立柱，绕所述弹性体的中心对称轴线均匀分布，任意一个所述测立柱均包括n个侧面，且任意一个所述测立柱的其中三个侧面适于用于粘贴所述应变片，其中：n为自然数，且n≥3；

所述应变片构成适于彼此间相互解耦的第一测量电路、第二测量电路及第三测量电路；其中：所述第一测量电路适于测量所述转动零件在所述第一方向轴线上的受力；所述第二测量电路适于测量所述转动零件在所述第二方向轴线上的受力；所述第三测量电路适于测量所述转动零件绕所述第三方向轴线的扭矩。

7.根据权利要求6所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述m个测立柱均为方形立柱，任意一个所述测立柱均包括四个侧面。

8.根据权利要求6所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，任意一个所述测立柱的侧面上粘贴有两个应变片，所述两个应变片相互垂直，构成所述第一测量电路的应变片所在侧面与通过所述第一方向轴线且垂直于所述第二方向轴线的平面平行；

构成所述第二测量电路的应变片所在侧面与通过所述第二方向轴线且垂直于所述第一方向轴线的平面平行；

构成所述第三测量电路的应变片所在的k个侧面与所述第三方向轴线距离均相同，且各侧面左右中心对称轴线与所述第三方向轴线在对应侧面的投影线重合，其中，k为自然数，且k≥2。

9.根据权利要求8所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，任意一个与所述第一测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第一方向轴线成45°夹角，另一个与所述第一方向轴线成135°夹角；任意一个与所述第二测量电路对应的侧面上的两个应变片中的其中一个与所述第二方向轴线成45°夹角，另一个与所述第二方向轴线成135°夹角；

任意一个与所述第三测量电路对应的侧面上的两个应变片相对所在侧面的左右中心对称轴线对称，其中一个与所在侧面左右中心对称轴线成45°夹角，另一个与所在侧面左右中心对称轴线成-45°夹角。

10.根据权利要求6所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一测量单元的所述基座的四角对称设置有第一螺纹孔，所述第二测量单元的所述基座的四角对称设置有第二螺纹孔，任意螺纹孔的轴线与所述基座的圆孔轴线平行，所述基座靠近所述圆环状上平台的端面四角处设置有凸台，以用于走线和封装。

11.根据权利要求10所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一支撑部设有容纳所述柱状件的其中一个所述轴向端部的第一通孔，所述第一通孔适于与所述第一测量单元的圆环状上平台配合；

所述第二支撑部设有容纳所述柱状件的另一个所述轴向端部的第二通孔，所述第二通孔适于与所述第二测量单元的圆环状上平台配合。

12.根据权利要求11所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一支撑部还设有若干第三通孔，所述若干第三通孔在所述第一通孔的周向间隔排布，所述第一测量单元的所述第一螺纹孔通过与第三通孔配合的螺钉与第一支撑部固定连接；

所述第二支撑部还设有若干第四通孔，所述若干第四通孔在所述第二通孔的周向间隔排布，所述第二测量单元的所述第二螺纹孔通过与第四通孔配合的螺钉与第二支撑部固定连接。

13.根据权利要求1所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述柱状件为双头螺栓。

14.根据权利要求1所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述第一限位件及第二限位件均为螺母，且分别与所述柱状件的两个轴向端部的螺纹配合。

15.根据权利要求14所述的铰接结构中转动零件的载荷测量系统，其特征在于，所述螺母为法兰面螺母。