CN115790969B - 一种用于测力平台的标定机构及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及标定方法技术领域，公开了一种用于测力平台的标定机构及标定方法，包括以下步骤：步骤1：采用标定机构对测力平台进行标定；并采集得到标定数据；步骤2：将标定数据组成数据组；将数据组代入预设公式中，并提取得到测力平台的各向放大系数及各向串扰系数；步骤3：基于放大系数和串扰系数，进行单向标定数据验证；若单向标定数据验证不通过，则替换相应数组；若单向标定数据验证通过，则继续执行步骤4；步骤4：进行复合标定数据验证；若复合标定数据验证不通过，则替换相应数组；若复合标定数据验证通过，则完成标定。本发明能够准确标定测力平台，标定精度较高，能够为测力平台评估或校准提供可靠数据参考。

Description

一种用于测力平台的标定机构及标定方法

技术领域

本发明涉及标定方法技术领域，具体涉及一种用于测力平台的标定机构及标定方法。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的性能要求也越来越高。其中，轮胎作为汽车最关键的部件之一，轮胎的性能直接影响到汽车的整体性能。汽车制造厂等在装配之前都要对轮胎进行严格的测试，以校验轮胎性能。

汽车在运行的过程中，通常汽车轮胎会承受地面施加的横向(X向)、纵向(Y向)、垂向(Z向)等方向上的力。同样在轮胎测试中，用于测试轮胎载荷的测力平台也是测量模拟汽车行驶中轮胎承受的横向(X向)、纵向(Y向)、垂向(Z向)等方向上的力。常用的测力平台一般由上下盖板和设在上下盖板之间的三分(横向、纵向和垂向)力传感器组件组成。测力平台一般需要4个或6个三分力传感器，测力平台的力值输出由这些力传感器对应完成。在具体测试时，只有通过测力平台的力传感器比较准确地测量出轮胎受力载荷，才能通过计算分析，真实地评判出试验轮胎的承载性能等。

而要保证测量准确，测力平台本身的力值准确性也是需要进行标定分析的。但是，针对测力平台自身的标定分析设备或方法仍存在较大空缺，测力平台自身的校准标定问题难以解决。并且，虽然目前存在少量针对测力平台的校准或标定方法，但是其标定计算方法局限于单轴标定及输入输出载荷的比对，对于力的加载考量并不充分，以致于标定精准度不高；力的加载方式为单向加载，无法模拟真实的力加载环境，以致于标定结果可靠度较低。

发明内容

本发明意在提供一种用于测力平台的标定机构及标定方法，能够准确标定测力平台，标定精度较高，能够为测力平台评估或校准提供可靠数据参考。

为达到上述目的，本发明提供如下方案：

方案一：

一种用于测力平台的标定机构及标定方法，包括以下步骤：

步骤1：采用标定机构对测力平台进行标定；并采集得到标定数据；

步骤2：将标定数据组成数据组；将数据组代入预设公式中，并提取得到测力平台的各向放大系数及各向串扰系数；

所述预设公式为：

F_x＝(f’_x13+f’_x24)-K_yx(f’_y12+f’_y34)-K_zx(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)；

F_y＝(f’_y12+f’_y34)-K_xy(f’_x13+f’_x24)-K_zy(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)；

F_z＝(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)-K_xz(f’_x13+f’_x24)-K_yz(f’_y12+f’_y34)；

f’_x13＝f_x13×K_x13；f’_x24＝f_x24×K_x24；

f’_y12＝f_y12×K_y12；f’_y34＝f_y34×K_y34；

f’_z1＝f_z1×K_z1；f’_z2＝f_z2×K_z2；f’_z3＝f_z3×K_z3；f’_z4＝f_z4×K_z4；

其中，F_X为X向标定载荷、F_y为Y向标定载荷、F_z为Z向标定载荷；

f_z1、f_z2、f_z3、f_z4分别为测力平台上1号至4号传感器的Z向实际载荷；

f_x13为测力平台上1号和3号传感器的X向实际载荷之和；f_x24为测力平台上2号和4号传感器的X向实际载荷之和；f_y12为测力平台上1号和2号传感器的Y向实际载荷之和；f_y34为测力平台上3号和4号传感器的Y向实际载荷之和；

K_x13为测力平台上1号和3号传感器的X向放大系数；K_x24为测力平台上2号和4号传感器的X向放大系数；K_y12为测力平台上1号和2号传感器的Y向放大系数；K_y34为测力平台上3号和4号传感器的Y向放大系数；K_z1、K_z2、K_z3、K_z4分别为测力平台上1号至4号传感器的Z向放大系数；

K_yx为测力平台的Y向载荷对X向载荷的串扰系数；K_zx为测力平台的Z向载荷对X向载荷的串扰系数；K_xy为测力平台的X向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_zy为测力平台的Z向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_xz为测力平台的X向载荷对Z向载荷的串扰系数；K_yz为测力平台的Y向载荷对Z向载荷的串扰系数；

步骤3：基于放大系数和串扰系数，进行单向标定数据验证；若单向标定数据验证不通过，则替换相应数组；若单向标定数据验证通过，则继续执行步骤4；

步骤4：进行复合标定数据验证；若复合标定数据验证不通过，则替换相应数组；若复合标定数据验证通过，则完成标定。

本方案的工作原理及优点在于：首先，本方案定义了全新的预设公式，并利用预设公式，通过计算放大系数与串扰系数来评估测力平台，放大系数与串扰系数计算时联立了测力平台的各向标定数据，充分考量了测力平台上各传感器的承载情况，联立求解得到的计算标定结果更为精准。并且本方案基于放大系数和串扰系数做了多重标定数据验证，最终得到的标定结果较为可靠。相比于常规标定方法中直接通过标定机构与测力机构的力传感器数值计算力值误差以进行标定的方案，本方案对于标定载荷的计算分析更为细致，并采用系数辅助分析，而不是直接比对力传感器测量值，能够准确标定测力平台，标定精度较高，能够为测力平台评估或校准提供可靠数据参考。

进一步，在步骤1中，在对测力平台进行标定时，包括垂向标定、X向标定和Y向标定。

有益效果：标定方向多样，有助于采集得到充足的标定数据。

进一步，在垂向标定时，通过垂向加载机构对测力平台施加载荷，并选取第一基准点作为标定数据采集基准；将每个第一基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第一标定点，并记录第一标定点的数据作为第一标定数据。

有益效果：第一标定数据涵盖了垂向加载中关键点位的载荷增长过程数据，能够充分表征测力平台承受载荷时的实际状态。

进一步，在Y向标定时，通过横纵加载机构对测力平台施加载荷，并选取第二基准点作为标定数据采集基准；将每个第二基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第二标定点，并记录第二标定点的数据作为第二标定数据。

在X向标定时，通过横纵加载机构对测力平台施加载荷，并选取第三基准点作为标定数据采集基准；将每个第三基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第三标定点，并记录第三标定点的数据作为第三标定数据。

有益效果：第二标定数据和第三标定数据涵盖了横纵加载中关键点位的载荷增长过程数据，能够充分表征测力平台承受载荷时的实际状态。

进一步，在步骤2中，所述数据组为第一标定数据、第二标定数据和第三标定数据组成的N×N×N数据组。

有益效果：数据组将垂向和横纵向的标定数据集成在一起，有助于预设公式进行集成分析。

进一步，所述单向标定数据验证和复合标定数据验证为：将传感器的实测值、放大系数和串扰系数代入到预设公式中，并得到三向实测载荷；根据三向实测载荷，求得其满量程精度；若满量程精度在预设使用范围内，则验证通过；若满量程精度不在预设使用范围内，则验证不通过。

有益效果：采用实测数据基于其满量程精度进行标定验证，能够准确校验各向的标定精度。

进一步，所述预设使用范围为小于0.5％ FS；其中，FS为满量程。

有益效果：预设使用范围设置得较小，验证标准较高。

进一步，还包括步骤5：评估标定结果。

有益效果：完成标定后，进一步评估标定结果，标定结果更为直观。

方案二：

一种用于测力平台的标定机构，用于如方案一所述的一种用于测力平台的标定方法；包括垂向加载机构、横纵加载机构和加载块；所述垂向加载机构包括X向滑移机构、Y向滑移机构、第一力传感器和用于施加载荷的第一千斤顶；所述横纵加载机构包括连接法兰、第二力传感器和用于施加载荷的第二千斤顶；所述加载块上设有数个用于加载载荷的加载点。

本方案的效果及优点在于：垂向加载机构和横纵加载机构能够对测力平台加以不同方向的载荷，能够满足测力平台标定所需的加载需求；且横纵加载机构和垂向加载机构配合能够实现对测力平台的复合加载，有助于得到更为真实的标定数据。

附图说明

图1为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的方法流程示意图；

图2为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的标定机构整体结构示意图；

图3为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的垂向加载机构的结构示意图；

图4为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的横纵加载机构的结构示意图；

图5为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的测力平台的结构示意图；

图6为本发明一种用于测力平台的标定机构及标定方法实施例的各三分力传感器受力示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的标记包括：支架1、垂向加载机构2、连接法兰21、Y向滑移机构22、X向滑移机构23、第一力传感器24、第一千斤顶25、测力平台3、上盖板31、三分力传感器32、下盖板33、加载块34、横纵加载机构4、第二力传感器41、第二千斤顶42、反力座43、基础平台5。

实施例基本如附图1所示：一种用于测力平台3的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：采用标定机构对测力平台3进行标定；并采集得到标定数据，本实施例中，标定数据包括第一标定数据、第二标定数据和第三标定数据。

如附图2所示，本实施例同时提供一种用于测力平台3的标定机构，用于所述的一种用于测力平台3的标定方法；包括垂向加载机构2、横纵加载机构4和加载块34；如附图3所示，垂向加载机构2安装在支架1上，所述垂向加载机构2包括X向滑移机构23、Y向滑移机构22、第一力传感器24和用于施加载荷的第一千斤顶25。其中，X向滑移机构23和Y向滑移机构22用于复合加载，即测力平台3在承受Z向载荷的同时，可同步通过X向滑移机构23或Y向滑移机构22向测力平台3施加横向或纵向载荷，形成更符合真实环境的复合加载测试场景。如附图4所示，所述横纵加载机构4包括连接法兰21、第二力传感器41、用于施加载荷的第二千斤顶42和反力座43；所述加载块34上设有数个用于加载载荷的加载点。

本实施例中，标定的测力平台3为用于汽车轮胎测力的测力平台3，该测力平台3由4个三分力传感器32、上盖板31和下盖板33组成，如附图5所示，所述三分力传感器32设于上盖板31和下盖板33之间，且三分力传感器32的设置位置靠近上盖板31的四角处。本实施例中，自上盖板31右下角起，沿逆时针方向将4个三分力传感器32分别定义为1号传感器、2号传感器、3号传感器和4号传感器。在上盖板31上设有标定机构的加载块34，所述加载块34与上盖板31对齐放置。在标定时，测力平台3可放在基础平台5上，再由标定平台对其施加载荷。

在对测力平台3进行标定时，包括垂向标定、X向标定和Y向标定。

在垂向标定时，通过垂向加载机构2对测力平台3施加载荷，并选取第一基准点作为标定数据采集基准；将每个第一基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第一标定点，并记录第一标定点的数据作为第一标定数据。

在Y向标定时，通过横纵加载机构4对测力平台3施加载荷，并选取第二基准点作为标定数据采集基准；将每个第二基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第二标定点，并记录第二标定点的数据作为第二标定数据。

在X向标定时，通过横纵加载机构4对测力平台3施加载荷，并选取第三基准点作为标定数据采集基准；将每个第三基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第三标定点，并记录第三标定点的数据作为第三标定数据。本实施例中，第三标定点与第二标定点相同。

具体地，所述第一基准点和第二基准点均在加载块34上选取，本实施例中，第一基准点选取有6个，第二基准点选取有4个，N值选取为14，这样设置，第一基准点数量相对于第二基准点数量更多，与垂向、Y向上的测力平台3面积比较匹配；且标定数据涵盖了垂向加载中关键点位的载荷增长过程数据，能够充分表征测力平台3承受载荷时的实际状态。

步骤2：将标定数据组成数据组；将数据组代入预设公式中，并提取得到测力平台3的各向放大系数及各向串扰系数。

所述数据组为第一标定数据、第二标定数据和第三标定数据组成的N×N×N数据组。

所述预设公式为：

F_x＝(f’_x13+f’_x24)-K_yx(f’_y12+f’_y34)-K_zx(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)………………式(1)；

F_y＝(f’_y1z+f’_y34)-K_xy(f’_x13+f’_x24)-K_zy(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)………………式(2)；

F_z＝(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)-K_xz(f’_x13+f’_x24)-K_yz(f’_y12+f’_y34)………………式(3)；

f’_x13＝f_x13×K_x13；f’_x24＝f_x24×K_x24；

f’_y12＝f_y12×K_y12；f’_y34＝f_y34×K_y34；

f’_z1＝f_z1×K_z1；f’_z2＝f_z2×K_z2；f’_z3＝f_z3×K_z3；f’_z4＝f_z4×K_z4；

其中，如附图6所示，F_X为X向标定载荷、F_y为Y向标定载荷、F_z为Z向标定载荷；

f_z1、f_z2、f_z3、f_z4分别为测力平台3上1号至4号传感器的Z向实际载荷；

f_x13为测力平台3上1号传感器和3号传感器的X向实际载荷之和；f_x24为测力平台3上2号传感器和4号传感器的X向实际载荷之和；f_y12为测力平台3上1号传感器和2号传感器的Y向实际载荷之和；f_y34为测力平台3上3号传感器和4号传感器的Y向实际载荷之和；

K_x13为测力平台3上1号传感器和3号传感器的X向放大系数；K_x24为测力平台3上2号传感器和4号传感器的X向放大系数；K_y12为测力平台3上1号传感器和2号传感器的Y向放大系数；K_y34为测力平台3上3号传感器和4号传感器的Y向放大系数；K_z1、K_z2、K_z3、K_z4分别为测力平台3上1号传感器至4号传感器的Z向放大系数；

K_yx为测力平台3的Y向载荷对X向载荷的串扰系数；K_zx为测力平台3的Z向载荷对X向载荷的串扰系数；K_xy为测力平台3的X向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_zy为测力平台3的Z向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_xz为测力平台3的X向载荷对Z向载荷的串扰系数；K_yz为测力平台3的Y向载荷对Z向载荷的串扰系数。

步骤3：基于放大系数和串扰系数，进行单向标定数据验证；若单向标定数据验证不通过，则替换相应数组；若单向标定数据验证通过，则继续执行步骤4。

步骤4：进行复合标定数据验证；若复合标定数据验证不通过，则替换相应数组；若复合标定数据验证通过，则完成标定。本实施例中，所述数组指由第一标定数据、第二标定数据和第三标定数据组成的数据组。

所述单向标定数据验证和复合标定数据验证为：将传感器的实测值、放大系数和串扰系数代入到预设公式中，具体为代入到预设公式的式(1)至式(3)中，并得到X、Y、Z的三向实测载荷。根据三向实测载荷，分别求得其满量程精度；若满量程精度在预设使用范围内，则验证通过；若满量程精度不在预设使用范围内，则验证不通过。所述预设使用范围为小于0.5％FS；其中，FS为满量程。具体地，所述三向实测载荷对应为F_x实测、F_y实测、F_z实测。

其满量程精度对应包括：(F_x\y\z实测-F_x\y\z校准)/F_{x\y\z当向满量程}的当向精度，以及串扰精度。即，当(F_x\y\z实测-F_x\y\z校准)/F_{x\y\z当向满量程}的当向精度<0.5％FS、串扰精度<0.5％FS时，为验证通过。其余情况则为验证不通过，则替换数组，并再次进行验证。

具体地，以单向标定验证中的X向标定验证为例，在做X向的标定验证时，F_x\y\z校准为力传感器所读出的实测值，F_x\y\z实测为测力平台的三向实测载荷，当向精度为X向精度，此时，串扰为x向对y向，x向对z向，F_y\z校准应为0。

步骤5：评估标定结果。

本实施例提供的一种用于测力平台的标定机构及标定方法，能够准确标定测力平台3，标定精度较高，能够为测力平台3评估或校准提供可靠数据参考。并且，本方案中设置的标定机构采用复合加载方式进行载荷加载，力的加载方式更符合测力平台的真实受力环境，可使得标定结果更为真实。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用标定机构对测力平台进行标定；并采集得到标定数据；

步骤2：将标定数据组成数据组；将数据组代入预设公式中，并提取得到测力平台的各向放大系数及各向串扰系数；

所述预设公式为：

F_x＝(f’_x13+f’_x24)-K_yx(f’_y12+f’_y34)-K_zx(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)；

F_y＝(f’_y12+f’_y34)-K_xy(f’_x13+f’_x24)-K_zy(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)；

F_z＝(f’_z1+f’_z2+f’_z3+f’_z4)-K_xz(f’_x13+f’_x24)-K_yz(f’_y12+f’_y34)；

f’_x13＝f_x13×K_x13；f’_x24＝f_x24×K_x24；

f’_y12＝f_y12×K_y12；f’_y34＝f_y34×K_y34；

f’_z1＝f_z1×K_z1；f’_z2＝f_z2×K_z2；f’_z3＝f_z3×K_z3；f’_z4＝f_z4×K_z4；

其中，F_x为X向标定载荷、F_y为Y向标定载荷、F_z为Z向标定载荷；

f_z1、f_z2、f_z3、f_z4分别为测力平台上1号至4号传感器的Z向实际载荷；

f_x13为测力平台上1号和3号传感器的X向实际载荷之和；f_x24为测力平台上2号和4号传感器的X向实际载荷之和；f_y12为测力平台上1号和2号传感器的Y向实际载荷之和；f_y34为测力平台上3号和4号传感器的Y向实际载荷之和；

K_x13为测力平台上1号和3号传感器的X向放大系数；K_x24为测力平台上2号和4号传感器的X向放大系数；K_y12为测力平台上1号和2号传感器的Y向放大系数；K_y34为测力平台上3号和4号传感器的Y向放大系数；K_z1、K_z2、K_z3、K_z4分别为测力平台上1号至4号传感器的Z向放大系数；

K_yx为测力平台的Y向载荷对X向载荷的串扰系数；K_zx为测力平台的Z向载荷对X向载荷的串扰系数；K_xy为测力平台的X向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_zy为测力平台的Z向载荷对Y向载荷的串扰系数；K_xz为测力平台的X向载荷对Z向载荷的串扰系数；K_yz为测力平台的Y向载荷对Z向载荷的串扰系数；

步骤3：基于放大系数和串扰系数，进行单向标定数据验证；若单向标定数据验证不通过，则替换相应数组；若单向标定数据验证通过，则继续执行步骤4；

步骤4：进行复合标定数据验证；若复合标定数据验证不通过，则替换相应数组；若复合标定数据验证通过，则完成标定。

2.根据权利要求1所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，在步骤1中，在对测力平台进行标定时，包括垂向标定、X向标定和Y向标定。

3.根据权利要求2所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，在垂向标定时，通过垂向加载机构对测力平台施加载荷，并选取第一基准点作为标定数据采集基准；将每个第一基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第一标定点，并记录第一标定点的数据作为第一标定数据。

4.根据权利要求2所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，在Y向标定时，通过横纵加载机构对测力平台施加载荷，并选取第二基准点作为标定数据采集基准；将每个第二基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第二标定点，并记录第二标定点的数据作为第二标定数据。

5.根据权利要求2所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，在X向标定时，通过横纵加载机构对测力平台施加载荷，并选取第三基准点作为标定数据采集基准；将每个第三基准点自零载荷开始，增加到该方向满量程载荷过程中的数据变化过程，均分为N个第三标定点，并记录第三标定点的数据作为第三标定数据。

6.根据权利要求4所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，在步骤2中，所述数据组为第一标定数据、第二标定数据和第三标定数据组成的N×N×N数据组。

7.根据权利要求1所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，所述单向标定数据验证和复合标定数据验证为：将传感器的实测值、放大系数和串扰系数代入到预设公式中，并得到三向实测载荷；根据三向实测载荷，求得其满量程精度；若满量程精度在预设使用范围内，则验证通过；若满量程精度不在预设使用范围内，则验证不通过。

8.根据权利要求7所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，所述预设使用范围为小于0.5％FS；其中，FS为满量程。

9.根据权利要求1所述的一种用于测力平台的标定方法，其特征在于，还包括步骤5：评估标定结果。

10.一种用于测力平台的标定机构，其特征在于，用于如权利要求1-9任一项所述的一种用于测力平台的标定方法；包括垂向加载机构、横纵加载机构和加载块；所述垂向加载机构包括X向滑移机构和Y向滑移机构X向滑移机构、Y向滑移机构、力传感器和用于施加载荷的千斤顶；所述横纵加载机构包括连接法兰、力传感器和用于施加载荷的千斤顶；所述加载块上设有数个用于加载载荷的加载点。