CN113776849B - 一种用于校准关门能量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准关门能量的方法，包括旋转机构、用于测量所述旋转机构数据的数据测量机构和用于采集数据并进行计算的数据处理机构；所述旋转机构包括旋转支架和可绕所述旋转支架沿顺时针或逆时针方向水平转动的旋转工件，所述数据测量机构包括用于测量所述旋转工件转动角速度的角速度测量机构，所述数据处理机构包括通过采集开关信号判断所述旋转工件位置的光电开关。通过对旋转工件的实时角速度进行测量，配合公式计算，可以得到标准设备下测得的关门能量，并与待检测的关门能量设备的测量值对比，即可很快对关门能量设备进行校验。解决了目前关门能量设备无法进行结果比对、计量和校准的问题。具有很好的经济价值和市场应用价值。

Description

一种用于校准关门能量的方法

技术领域

本发明涉及车辆零件校正装置技术领域，具体地指一种用于校准关门能量的方法。

背景技术

车辆在装配过程中，需要对车门的开关是否符合标准进行检验，主要从关门能量和关门力两方面判断车门开关难易程度。关门能量：车门关闭过程中，人体对车门所做的功的大小。关门力：车门关闭过程中，人体对车门施加力的大小。目前对关门能量仅存在测量或计算方法，但无法对结果进行校准，导致测量或计算结果不准确，无法准确判断车门装配是否合格。

目前对关门能量的测量有如下技术方案：1、一种关门能量测试装置(CN109238736A)，该方案通过测量关闭车门过程中的实时力曲线及实时角速度曲线，测量施力点与旋转轴距离后，进行数学积分，测量出在车门关闭过程中，人对车门所做的功的大小。该方案用于测量车门关闭能量的大小，设备本身不具备精度校准能力，无法对测量结果进行校验，且即便是两个相同设备，也无法在同一试验工序(只能对一个力传感器施加关门力)中进行测量结果比对，该方案未涉及设备校准问题。2、一种便携式汽车关门能量测试系统及方法(CN110186695A)该方案与1的技术方案接近，测量内容由角速度改为角位移，对角位移求导得到角速度，也仅用于对关门能量的测量，无法对测量结果进行校准。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、操作方便的用于校准关门能量的方法。

为实现此目的，本发明所设计的用于校准关门能量的装置，其特征在于：它包括旋转机构、用于测量所述旋转机构数据的数据测量机构和用于采集数据并进行计算的数据处理机构；所述旋转机构包括旋转支架和可绕所述旋转支架沿顺时针或逆时针方向水平转动的旋转工件，所述数据测量机构包括用于测量所述旋转工件转动角速度的角速度测量机构，所述数据处理机构包括通过采集开关信号判断所述旋转工件位置的光电开关。

进一步的，所述旋转支架包括垂直固定于地面的安装支柱，所述旋转工件包括一侧铰接连接于所述安装支柱上的连接平板。

进一步的，所述安装支柱的上下两侧分别垂直固定有一块转轴安装板，所述转轴安装板上开设有转轴安装孔，所述连接平板的一侧固定有上下布置的两根转轴，两根所述转轴分别设置于上下两块所述转轴安装板的转轴安装孔内。

进一步的，所述连接平板上开设有多个减重孔。

进一步的，所述角速度测量机构为固定于所述旋转工件上的无线角速度测量装置。

进一步的，所述光电开关包括用于确定所述旋转工件起始测量位置的第一光电开关和用于确定所述旋转工件终止测量位置的第二光电开关；所述旋转工件上固定有可与所述第一光电开关和所述第二光电开关对应的定位钢片。

进一步的，所述数据处理机构还包括用于采集所述旋转工件转动角速度数据、所述光电开关的输出数据的数据采集机构和计算所述数据采集机构采集的数据的数据计算机构。

进一步的，基于用于校准关门能量的设备，设计了一种用于校准关门能量的方法：将待校准的关门能量设备固定于旋转工件上，待校准的关门能量设备驱动旋转工件绕旋转支架沿逆时针或顺时针方向转动，数据测量机构测量所述旋转工件在有效时间段内的实时角速度值并将测量到的数据传输至数据处理机构，数据处理机构通过旋转工件的角速度值计算所述旋转工件在有效时间段内的关门能量，根据计算出的关门能量判断所述待校准的关门能量设备是否合格。

进一步的，所述有效时间段的测量方式是：在所述旋转工件的转动路径中任意选取两个位置，分别放置一个光电开关，测量所述旋转工件先后通过两个光电开关的时间t1和t2；

所述数据处理机构通过旋转工件的角速度值计算所述旋转工件在有效时间段内的关门能量的方法是：选取所述旋转工件在t1至t2时间段内的任意三个时刻的角速度值，计算出旋转工件的转动惯量J、摩擦阻力矩M_f和空气阻力矩常数K，通过旋转工件的转动惯量J、摩擦阻力矩M_f和空气阻力矩常数K计算旋转工件的关门能量。

更进一步的，根据计算出的关门能量判断所述待校准的关门能量设备是否合格的方法是：判断所述数据处理机构计算的关门能量与所述待校准的关门能量设备所测量的关门能量之间的差值是否在允许的误差范围内。

本发明的有益效果是：通过对旋转工件的实时角速度进行测量，配合公式计算，可以得到标准设备下测得的关门能量，并与待检测的关门能量设备的测量值对比，即可很快对关门能量设备进行校验。解决了目前关门能量设备无法进行结果比对、计量和校准的问题。具有很好的经济价值和市场应用价值。

附图说明

图1为本发明中用于校准关门能量的装置的结构示意图；

其中，1—安装支柱，2—连接平板，3—转轴安装板，4—减重孔，5—无线角速度测量装置，6—第一光电开关，7—第二光电开关，8—定位钢片，9—数据采集机构，10—数据计算机构，11—关门能量设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的用于校准关门能量的装置，包括旋转机构、用于测量旋转机构数据的数据测量机构和用于采集数据并进行计算的数据处理机构。旋转机构包括旋转支架和可绕旋转支架沿顺时针或逆时针方向水平转动的旋转工件，数据测量机构包括用于测量旋转工件转动角速度的角速度测量机构，数据处理机构包括通过采集开关信号判断旋转工件位置的光电开关；用于采集旋转工件转动角速度数据和光电开关的输出数据的数据采集机构9；以及计算数据采集机构9采集的数据的数据计算机构10。

旋转支架包括垂直固定于地面的安装支柱1，旋转工件包括一侧铰接连接于安装支柱1上的连接平板2。安装支柱1的上下两侧分别垂直固定有一块转轴安装板3，转轴安装板3上开设有转轴安装孔，连接平板2的一侧固定有上下布置的两根转轴，两根转轴分别设置于上下两块转轴安装板3的转轴安装孔内。连接平板2上开设有多个减重孔4。角速度测量机构为固定于旋转工件上的无线角速度测量装置5(陀螺仪)。光电开关包括用于确定旋转工件起始测量位置的第一光电开关6和用于确定旋转工件终止测量位置的第二光电开关7；旋转工件上固定有可与第一光电开关6和第二光电开关7对应的定位钢片8。

方法原理：

工件在水平转动过程中受力如下，旋转轴的摩擦力F_f，转动时空气阻力F_空，对旋转轴的力矩分别为M_f、M_空。在水平转动过程中摩擦力F_f相对旋转轴大小固定，方向固定，所以M_f也为常数(目前未知)，其中，F_空为面压力，但由于旋转工件尺寸固定且迎风面积未发生变化，对旋转轴的力矩可推导出M_空＝Kω²，其中K为空气阻力矩常数(目前未知)，ω为实时转速。第一光电开关6和第二光电开关7为常用C型光电开关，当有物体遮挡在C型开关内时，输出值会发生变化，光电开关主要用于第一光电开关6(θ1位置)、第二光电开关7(θ2位置)的精确定位。

旋转工件(含待检测的关门能量设备11)的转动惯量为J(常数，目前未知)，通过θ1和θ2两个位置时的时间分别为t1、t2，角速度分别为ω1、ω2，动能分别为E1，E2。此运动过程中外力对该系统所做的功为W_外，系统阻力所做的功为W_阻。

能量守恒可得：E1+W_外-W_阻＝E2

其中：E1＝J*ω1²/2

E2＝J*ω2²/2

可得：

在关门能量校准过程中，W_外通过关门能量设备11施加，关门能量设备11的测量结果与系统计算结果进行比对即可验证设备准确性。

具体操作方式如下：将无线角速度测量装置5、定位钢片8、关门能量设备11固定在连接平板2上，连接平板2安装于安装支架1上，保证连接平板2为水平方向转动。将第一光电开关6、第二光电开关7分别布置于连接平板2运动过程中的两个任意位置θ1和θ2。

在θ1位置前给连接平板2提供一个初始速度，通过无线角速度测量装置5记录θ1到θ2之间的实时角速度的ω(t)，数据计算系统10可根据此次测量，计算出系统的转动惯量J、摩擦阻力矩M_f、空气阻力矩常数K。

具体原理如下：

已知ω＝ω(t)

转动过程中阻力矩

M_阻＝M_f+M_空＝M_f+Kω²(t)

由定轴刚体运动力学原理，可得转动角加速度

β＝M_阻/J＝(M_f+Kω²(t))/J

另角加速度为角速度对时间的一阶导数可得：

因此

在已知ω＝ω(t)时，上式中有3个未知常数M_f、K、J，在t1至t2间任取3个时间点t₁₀、t₂₀、t₃₀的ω(t₁₀)、ω(t₂₀)、ω(t₃₀)以及 带入上式即可计算出M_f、K、J。

将旋转工件2停止于θ1位置，通过关门能量设备9对旋转工件2提供能量，并在θ2位置前结束，通过无线角速度测量模块2测量此次运动过程中角速度ω(t)。计算系统8可根据此次运动的ω(t)及上一步骤计算出的系统常量M_f、K、J，计算出W_外。

比对W_外和关门能量测量设备9测量结果，验证关门能量测量设备的误差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于校准关门能量的方法，其特征在于：它包括旋转机构、用于测量所述旋转机构数据的数据测量机构和用于采集数据并进行计算的数据处理机构；所述旋转机构包括旋转支架和可绕所述旋转支架沿顺时针或逆时针方向水平转动的旋转工件，所述数据测量机构包括用于测量所述旋转工件转动角速度的角速度测量机构，所述数据处理机构包括通过采集开关信号判断所述旋转工件位置的光电开关；

将待校准的关门能量设备(11)固定于旋转工件上，待校准的关门能量设备(11)驱动旋转工件绕旋转支架沿逆时针或顺时针方向转动，数据测量机构测量所述旋转工件在有效时间段内的实时角速度值并将测量到的数据传输至数据处理机构，数据处理机构通过旋转工件的角速度值计算所述旋转工件在有效时间段内的关门能量，根据计算出的关门能量判断所述待校准的关门能量设备(11)是否合格；

在所述旋转工件的转动路径中任意选取两个位置，分别放置一个光电开关，测量所述旋转工件先后通过两个光电开关的时间t1和t2；

所述数据处理机构通过旋转工件的角速度值计算所述旋转工件在有效时间段内的关门能量的方法是：选取所述旋转工件在t1至t2时间段内的任意三个时刻的角速度值，计算出旋转工件的转动惯量J、摩擦阻力矩M_f和空气阻力矩常数K，通过旋转工件的转动惯量J、摩擦阻力矩M_f和空气阻力矩常数K计算旋转工件的关门能量；

所述数据处理机构通过旋转工件的角速度值计算所述旋转工件在有效时间段内的关门能量的方法包括以下步骤：所述旋转工件通过θ1和θ2两个位置时的时间分别为t1、t2，角速度分别为ω1、ω2，动能分别为E1，E2，此运动过程中外力对该系统所做的功为W_外，系统阻力所做的功为W_阻；

能量守恒可得：E1+W_外-W_阻＝E2

其中：E1＝J*ω1²/2

E2＝J*ω2²/2

可得：

在θ1位置前给所述旋转工件提供一个初始速度，记录θ1到θ2之间的实时角速度的ω(t)，

已知ω＝ω(t)

转动过程中阻力矩

M_阻＝M_f+M_空＝M_f+Kω²(t)，M_空为空气阻力矩，

由定轴刚体运动力学原理，可得转动角加速度

β＝M_阻/J＝(M_f+Kω²(t))/J

另角加速度为角速度对时间的一阶导数可得：

因此

在已知ω＝ω(t)时，上式中有3个未知常数M_f、K、J，在t1至t2间任取3个时间点t₁₀、t₂₀、t₃₀的ω(t₁₀)、ω(t₂₀)、ω(t₃₀)以及 代入上式即可计算出M_f、K、J；将所述旋转工件停止于θ1位置，对旋转工件提供能量，并在θ2位置前结束，测量此次运动过程中角速度ω(t)，根据此次运动的ω(t)及上一步骤计算出的系统常量M_f、K、J，计算出W_外。

2.如权利要求1所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述旋转支架包括垂直固定于地面的安装支柱(1)，所述旋转工件包括一侧铰接连接于所述安装支柱(1)上的连接平板(2)。

3.如权利要求2所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述安装支柱(1)的上下两侧分别垂直固定有一块转轴安装板(3)，所述转轴安装板(3)上开设有转轴安装孔，所述连接平板(2)的一侧固定有上下布置的两根转轴，两根所述转轴分别设置于上下两块所述转轴安装板(3)的转轴安装孔内。

4.如权利要求3所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述连接平板(2)上开设有多个减重孔(4)。

5.如权利要求1所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述角速度测量机构为固定于所述旋转工件上的无线角速度测量装置(5)。

6.如权利要求1所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述光电开关包括用于确定所述旋转工件起始测量位置的第一光电开关(6)和用于确定所述旋转工件终止测量位置的第二光电开关(7)；所述旋转工件上固定有可与所述第一光电开关(6)和所述第二光电开关(7)对应的定位钢片(8)。

7.如权利要求1所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：所述数据处理机构还包括用于采集所述旋转工件转动角速度数据、所述光电开关的输出数据的数据采集机构(9)和计算所述数据采集机构(9)采集的数据的数据计算机构(10)。

8.如权利要求1所述的用于校准关门能量的方法，其特征在于：根据计算出的关门能量判断所述待校准的关门能量设备(11)是否合格的方法是：判断所述数据处理机构计算的关门能量与所述待校准的关门能量设备(11)所测量的关门能量之间的差值是否在允许的误差范围内。