CN109029843B - 一种车轮总成转动惯量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮总成转动惯量测量装置及测量方法，前者包括：支撑架，其上安装有轴承座；旋转轴，穿设在所述轴承座内；标准旋转轮，可拆卸的固定在所述旋转轴上；速度测量机构，用于测量所述旋转轴的转动速度；旋转轴阻力机构，用于向所述旋转轴提供摩擦力以使转动的所述旋转轴减速。本发明的还公开了车轮总成转动惯量测量装置的测量方法。与现有技术相比，本发明通过简单的结构实现了对车轮总成转动惯量的测量。

Description

一种车轮总成转动惯量测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，特别是一种车轮总成转动惯量测量装置及测量方法。

背景技术

车轮总成的转动惯量是车辆运动系统设计中的重要技术参数，在汽车的动力性、经济性、制动性等模拟计算时均需要提供此项参数。如何快速、准确的测量出车轮总成的转动惯量，对车辆动力学模拟分析有着十分重要的作用。

目前转动惯量的测试设备有多种，且结构形式、原理也存在多种，包括落体法、扭振法、三线摆法、复摆法等等。但是现有技术的设备造价一般极高，并且操作复杂，而且部分设备存在不适用于车轮总成的测量，存在测量精度较低、使用不方便的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车轮总成转动惯量测量装置，以解决现有技术中的不足，它通过简单的结构实现了对车轮总成转动惯量的测量。

在本发明的实施例中公开了一种车轮总成转动惯量测量装置的测量方法，

其中车轮总成转动惯量测量装置，包括：支撑架，其上安装有轴承座；旋转轴，穿设在所述轴承座内；标准旋转轮，可拆卸的固定在所述旋转轴上；速度测量机构，用于测量所述旋转轴的转动速度；旋转轴阻力机构，用于向所述旋转轴提供摩擦力以使转动的所述旋转轴减速。

装置的测量方法包括以下步骤：

校准阶段：

获取标准旋转轮的转动惯量J₁和旋转轴的转动惯量J₀；

将标准旋转轮安装在所述旋转轴上；驱动所述标准旋转轮与所述旋转轴一起旋转，并通过旋转轴阻力机构提供的摩擦力使得所述标准旋转轮和所述旋转轴减速，旋转轴阻力机构用于为向所述旋转轴提供摩擦力矩以使转动的所述旋转轴自由减速；通过速度测量机构读取旋转轴的旋转速度，计算获得旋转轴转动的减速度α₁；

由M_f＝(J₁+J₀)α₁得到旋转轴的摩擦力矩；

校准阶段的旋转轴的摩擦力矩的大小由旋转轴机构提供的阻力和旋转轴和轴承座之间的摩擦力共同决定；旋转轴和轴承座之间的摩擦力会随着旋转轴上固定的物件的重量变化，但是考虑到该变化量较小，其远远小于旋转轴阻力测量机构产生的摩擦阻力的值，所以在此忽略不计；

测量阶段：

将标准旋转轮拆除，将车轮总成安装在旋转轴上；驱动车轮总成与旋转轴一起旋转，且旋转过程中旋转轴阻力机构产生的阻力等于校准阶段的旋转轴阻力机构的阻力，在校准阶段的旋转轴的摩擦力矩的大小和测量阶段的旋转轴的摩擦轴的摩擦力矩的大小相等；通过速度测量机构读取旋转轴的旋转速度，计算获得旋转轴转动的减速度α₂；

由(J₂+J₀)α₂＝M_f得到车轮总成的转动惯量J₂。

与现有技术相比，本发明通过设置旋转轴阻力机构对旋转轴给定一定的摩擦阻力并在该摩擦阻力的作用下使转动的旋转轴做减速运动，通过速度测量机构测定减速度的大小；然后测量旋转轴上固定标准旋转轮后的减速度大小并根据动力矩定力得到减速度、转动惯量和摩擦阻力距的关系；再测定旋转轴上固定车轮总成后的减速度大小，并在保证摩擦阻力距不变的情况下再次得到减速度、转动惯量和摩擦阻力距的关系；根据两个关系能够推算出车轮总成的转动惯量的大小。本方案结构简单操作方便能够准确的确定车轮总成的转动惯量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的车轮总成转动惯量测量装置在校准阶段的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的车轮总成转动惯量测量装置在测量阶段的结构示意图；

附图标记说明：1-支撑架,11-支撑件，12-稳定板，2-轴承座，21-第一轴承座，22-第二轴承座，3-旋转轴，4-标准旋转轮，5-速度测量机构，51-光栅，52-光电传感器，53-光栅固定板，6-旋转轴阻力机构，61-摩擦盘，62-摩擦卡钳，7-固定盘，8-车轮总成。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明的实施例：如图1和图2所示，公开了一种车轮总成转动惯量的测量装置，包括：支撑架1、轴承座2、旋转轴3、标准旋转轮4、速度测量机构5和旋转轴阻力机构6；

所述轴承座2安装在所述支撑架1上；所述支撑架1作为整个装置的支撑结构，具体的支撑架1包括支撑件11和稳定板12，所述支撑件11固定在所述稳定板12上，稳定板12放置在地面上，稳定板12用于对支撑件11起到支撑的作用以防止所述支撑件11发生倾倒。稳定板12呈板状且稳定板12面积尽量较大从而对所述支撑件11有更牢固的支撑。所述轴承座2固定在所述支撑件11上。所述支撑件11包括第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部和第二支撑部以一定间距设置，第一支撑部的底端和第二支撑部的底端均固定在所述支撑板12上，第一支撑部的顶端和第二支撑部的顶端可以通过连接板固定连接，则此时所述轴承座2固定在所述连接板上。

所述旋转轴3穿设在所述轴承座2内并能沿着所述旋转轴3做周向的转动，且所述旋转轴3的转动惯量已知，在本实施例中旋转轴3由于采用标准的圆柱体，所以旋转轴3的转动惯量能够很容易的获得。

所述标准旋转轮4可拆卸的固定在所述旋转轴3上，标准旋转轮4与所述旋转轴3实现同步转动，且所述标准旋转轮4的转动惯量已知。由于标准旋转轮4和旋转轴3的转动惯量都是已知的，如果能够测得旋转轴3在受摩擦阻力自由减速的减速度，则根据动量矩定理就能够求出旋转轴3和标准旋转轮4组成的转动系统受到的摩擦力矩。

所述速度测量机构5用于实时测量所述旋转轴3的周向转动的速度；从而能够测得旋转轴3的减速度。

所述旋转轴阻力机构6用于为向所述旋转轴3提供摩擦力矩以使转动的所述旋转轴3自由减速。

使用过程中首先将标准旋转轮4固定在所述旋转轴3上；调节好旋转轴阻力机构6；驱动所述标准旋转轮4与所述旋转轴3一起旋转，并通过旋转轴阻力机构6提供的摩擦力使得所述标准旋转轮4和所述旋转轴3减速；通过速度测量机构5读取旋转轴3的旋转速度进而计算出获得校准阶段旋转轴3周向转动的减速度α₁；由于标准旋转轮4的转动惯量J₁和旋转轴3的转动惯量J₀都是已知的，则根据动量矩定理就能够求出旋转轴3和标准旋转轮4组成的转动系统受到的摩擦力矩M_f＝(J₁+J₀)α₁。在此需要说明的这里求出的摩擦力矩默认为是就是旋转轴阻力测量机构6的作用产生的,即便在旋转轴3和轴承座2之间在旋转轴3转动过程中也会产生摩擦阻力,但是该摩擦阻力的值较小其远远小于旋转轴阻力测量机构6产生的摩擦阻力的值，所以可以忽略不计。研究表明旋转轴3和轴承座2之间在旋转轴3转动过程中产生的摩擦力矩的大小在1N·m左右，该摩擦力矩可以忽略不计。为了提高测量的精度将旋转轴阻力测量机构6提供的摩擦力矩设计在至少100N·m以上，这样使旋转轴阻力测量机构6上的摩擦力矩远远大于装置本身产生的摩擦力矩。

上述过程为校准阶段其目的是测量旋转轴3在和标准旋转轮4一起转动后产生的摩擦力矩。校准阶段结束以后进入到测量阶段首先将标准旋转轮4拆除，然后将待测量的车轮总成8安装在旋转轴3上；驱动车轮总成8与旋转轴3一起旋转，车轮总成8的转动惯量假设为J₂，而旋转轴3的转动惯量和校准阶段的一致仍为J₀，且旋转过程中旋转轴阻力机构6产生的阻力等于校准阶段的旋转轴阻力机构6的阻力，这样在校准阶段和测量阶段的摩擦力矩的大小一致，且摩擦力矩在校准阶段已经计算得到；所以只需要求出测量阶段旋转轴3的减速度α₂就能够根据动力矩定理得到(J₂+J₀)α₂＝M_f得到车轮总成8的转动惯量J₂。而测量阶段旋转轴3的减速度可以通过速度测量机构5读取测量阶段的旋转轴3的旋转速度，从而计算获得测量阶段旋转轴3转动的减速度α₂。

进一步的为了方便标准旋转轮4或者车轮总成8的安装固定，该测量装置还包括固定盘7，所述固定盘7固定在所述轴承座2的旋转轴3上，在校准阶段所述标准旋转轮4可拆卸的安装在所述固定盘7上，在测量阶段所述固定盘7用于与车轮总成8可拆卸的连接；可以理解的是，所述固定盘7呈标准的圆盘状，因此其转动惯量已知。则在计算摩擦力矩的过程中需要考虑到固定盘7的转动惯量。

具体的，所述轴承座2包括间隔设置的第一轴承座21和第二轴承座22，所述旋转轴3依次与所述第一轴承座21和所述第二轴承座22连接；且所述第一轴承座21和所述第二轴承座22之间。设置第一轴承座21和第二轴承座22两个轴承座能够使旋转轴3更平稳的转动。

具体的，所述速度测量机构5包括固定在所述旋转轴3上的光栅51和固定在所述支撑架1上的光电传感器52，所述光栅51与所述光电传感器52配合以测量所述旋转轴3的周向转动速度。光电传感器52将读取的数据传递到计算中心进行计算以获得旋转轴3上的减速度。当然也可以采用其他方式对旋转轴3的转动速度进行测量从而计算出其减速度。可以理解的是，所述速度测量机构5还包括固定在所述旋转轴3上的光栅固定板53，所述光栅固定板53为圆盘，且所述光栅固定板53的轴心圆心与位于所述旋转轴3的中心轴心重合上；所述光栅51沿围绕所述光栅固定板53的周向方向均匀分布。当然光栅51也可以固定在所述旋转轴3的侧壁上，光栅51沿着旋转轴3的侧壁的周向均匀分布。

具体的，所述旋转轴阻力机构6包括固定在所述旋转轴3上的摩擦盘61和摩擦卡钳62，所述摩擦盘61和所述摩擦卡钳62形成摩擦副；所述摩擦盘61的轴心圆心与位于所述旋转轴3的轴心重合中心轴上，所述摩擦卡钳62固定在所述支撑架1上。所述摩擦卡钳62包括第一摩擦片和第二摩擦片，所述摩擦盘61夹持在所述第一摩擦片和所述第二摩擦片之间，所述第一摩擦片和第二摩擦片对所述摩擦盘61的夹持力可调节。通过摩擦卡钳62上的两个摩擦片对摩擦盘61进行作用从而使摩擦盘61做减速运动。摩擦盘61与旋转轴3固定连接并与旋转轴3做同步转动，从而根据摩擦盘的减速度就能推算出旋转轴3的减速度。

进一步的，所述摩擦盘61设置在所述第一轴承座21和所述第二轴承座22之间。将摩擦盘61设置在第一轴承座21和第二轴承座22之间能够使摩擦钳62对摩擦盘61摩擦力更均匀平衡的固定在旋转轴3上。

本发明的另一实施例中公开了一种车轮总成转动惯量测量装置的测量方法，包括以下步骤：

校准阶段：

首先获取标准旋转轮4的转动惯量J₁和旋转轴3的转动惯量J₀；

将标准旋转轮4安装在所述旋转轴3上；驱动所述标准旋转轮4与所述旋转轴3一起旋转，并通过旋转轴阻力机构6提供的摩擦力使得所述标准旋转轮4和所述旋转轴3减速；通过速度测量机构5读取旋转轴3的旋转速度，计算获得旋转轴3转动的减速度α₁；

由M_f＝(J₁+J₀)α₁得到旋转轴3的摩擦力矩；

测量阶段：

将标准旋转轮4拆除，将车轮总成8安装在旋转轴3上；驱动车轮总成8与旋转轴3一起旋转，且旋转过程中旋转轴阻力机构6产生的阻力等于校准阶段的旋转轴阻力机构6的阻力；通过速度测量机构5读取旋转轴3的旋转速度，计算获得旋转轴3转动的减速度α₂；

由(J₂+J₀)α₂＝M_f得到车轮总成8的转动惯量J₂。

在此需要说明的是由于校准阶段的旋转轴3的摩擦力矩的大小其实由旋转轴机构6提供的阻力和旋转轴3和轴承座2之间的摩擦力共同决定；而校准阶段的旋转轴3的摩擦力矩的大小也由旋转轴机构6提供的阻力和旋转轴3和轴承座2之间的摩擦力共同决定；旋转轴3和轴承座2之间的摩擦力会随着旋转轴3上固定的物件的重量变化，但是考虑到该变化量较小，其远远小于旋转轴阻力测量机构6产生的摩擦阻力的值，所以可以忽略不计。研究表明旋转轴3和轴承座2之间在旋转轴3转动过程中产生的摩擦力矩的大小也就在1N·m左右，而其受旋转轴3重量变化的量也较小。而旋转轴阻力测量机构6提供的摩擦力矩一般设计在至少100N·m以上，旋转轴3和轴承座2之间在旋转轴3转动过程中产生的摩擦力矩其远远小于旋转轴阻力测量机构6提供的摩擦力矩，因此旋转轴3和轴承座2之间在旋转轴3转动过程中产生的摩擦力矩可以忽略不计。这样影响旋转轴3转动过程中产生的摩擦力矩大小的因素就只剩旋转轴机构6提供的阻力，而在校准阶段和测量阶段的旋转轴机构6提供的阻力不变，因此在校准阶段的旋转轴3的摩擦力矩的大小和测量阶段的旋转轴3的摩擦力矩的大小就是相等的。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种车轮总成转动惯量测量装置的测量方法，其特征在于，

车轮总成转动惯量测量装置包括：支撑架，其上安装有轴承座；

旋转轴，穿设在所述轴承座内；

标准旋转轮，可拆卸的固定在所述旋转轴上；

速度测量机构，用于测量所述旋转轴的转动速度；

旋转轴阻力机构，用于向所述旋转轴提供摩擦力以使转动的所述旋转轴减速；

该装置的测量方法包括以下步骤：

校准阶段：

获取标准旋转轮的转动惯量J₁和旋转轴的转动惯量J₀；

将标准旋转轮安装在所述旋转轴上；驱动所述标准旋转轮与所述旋转轴一起旋转，并通过旋转轴阻力机构提供的摩擦力使得所述标准旋转轮和所述旋转轴减速，旋转轴阻力机构用于为向所述旋转轴提供摩擦力矩以使转动的所述旋转轴自由减速；通过速度测量机构读取旋转轴的旋转速度，计算获得旋转轴转动的减速度α₁；

由M_f＝(J₁+J₀)α₁得到旋转轴的摩擦力矩；

校准阶段的旋转轴的摩擦力矩的大小由旋转轴机构提供的阻力和旋转轴和轴承座之间的摩擦力共同决定；旋转轴和轴承座之间的摩擦力会随着旋转轴上固定的物件的重量变化，但是考虑到该变化量较小，其远远小于旋转轴阻力测量机构产生的摩擦阻力的值，所以在此忽略不计；

测量阶段：

将标准旋转轮拆除，将车轮总成安装在旋转轴上；驱动车轮总成与旋转轴一起旋转，且旋转过程中旋转轴阻力机构产生的阻力等于校准阶段的旋转轴阻力机构的阻力，在校准阶段的旋转轴的摩擦力矩的大小和测量阶段的旋转轴的摩擦轴的摩擦力矩的大小相等；通过速度测量机构读取旋转轴的旋转速度，计算获得旋转轴转动的减速度α₂；

由(J₂+J₀)α₂＝M_f得到车轮总成的转动惯量J₂。