CN1989401A - 横向负载轮胎检测系统 - Google Patents

Abstract

一种横向负载轮胎检测系统，用于检测安装在可转动心轴上的轮胎，该轮胎检测机包括负载组件；心轴框架，其具有从其上延伸的支撑(support)；心轴壳体，其限定适于可旋转地容纳心轴的心轴孔，该心轴壳体具有与心轴框架上的所述支撑相对的另一支撑；和位于这些支撑之间的负载传感器，其中每一支撑连接至负载传感器。该负载传感器与控制器电连接。心轴框架可活动，以使轮胎接合负载组件，借此，在负载轮和轮胎之间产生的横向力通过负载传感器测量并连接至控制器。

Description

横向负载轮胎检测系统

技术领域

概而言之，本发明涉及一种轮胎检测机。本发明特别涉及一种在模拟包括轮胎转向和外倾的工作条件下以测量轮胎上横向负载的轮胎检测机。

背景技术

轮胎检测机用于测量轮胎和测试表面之间产生的力，其通常是旋转轮或毂，以评估轮胎性能、失效和耐久性。虽然这些检测机通常用于评估轮胎的均匀性，但它们也可以用于模拟道路条件并检测轮胎上的反作用力。例如，已经开发了轮胎检测机以测量由轮胎转向和外倾而在轮胎上产生的横向力。这些检测机可用在评估轮胎的转向、外倾、带边分离和侧偏角(slip angle)的特性等。

现有测量横向力的装置需要复杂的校准，使得难以以一致的方式获得可靠的结果。特别地，一种现有设计包括安装在心轴上的轮胎，该心轴可以在轴承中转动。沿着轴承的全长设有润滑腔(lubricatingpockets)以维持润滑膜。传感器围绕于心轴并测量在膜中产生的负载变化。由测试机操作导致的膜厚度变化和存在于轴承中摩擦产生了由该传感器读取的力误差。润滑腔的存在固有地导致膜厚沿着轴承长度变化，从而已经开发了复杂的等价方案以消除这些误差，并试图从传感器读取力的真实大小。虽然可以用该机器进行有目的的测量，但消除上述误差的机器调零很耗时且很复杂。

另一种已知的系统，称为“压电石英”(piezo-quartz)系统，使用压电式表测量负载。在该设计中，压电式表布置在心轴毂周围。由于压电响应需要周期性地释放传感器上的力以允许其再充电，因而该系统不适于长期的力测量。同样，对于指定负载，由于系统信号随着时间削弱。作为这种漂移的结果，压电石英系统缺少很多检测应用所需的精确度。因而，存在着简单的、可靠的横向力轮胎检测机的需求。

发明内容

考虑到上述内容，本发明的一个目的是提供更可靠的横向力轮胎检测机。

本发明的另一个目的是提供一种横向力轮胎检测机，包括由安装到刚性固定框架上的负载传感器支撑的可运动心轴组件。

根据上述至少一个目的，本发明提供一种横向负载轮胎检测系统，用于检测设置在可旋转心轴上的轮胎，该系统包括，负载组件，轮胎支撑组件，其构造成使轮胎与负载组件接触，其中所述轮胎支撑组件包括心轴框架和心轴壳体，该心轴框架具有从其上延伸的支撑(support)，该心轴壳体形成适于可旋转地容纳所述心轴的心轴孔，以及负载传感器，其位于支撑之间并连接到支撑上的，该负载传感器适于测量在支撑之间因相对轴向运动产生的力，该负载传感器与控制器电连接，借此横向力通过负载传感器测量并与所述控制器相通。

本发明还包括用于测量轮胎横向力的横向负载轮胎检测系统，该系统包括，可与所述轮胎接合的负载组件，轮胎支撑组件包括，心轴壳体，该心轴壳体具有一对从其上径向向外延伸的第一支撑，适于支撑所述轮胎的心轴，可旋转地支撑在心轴壳体上的心轴，心轴框架，该心轴框架具有一对从其上径向向外延伸且与所述第一支撑相对的第二支撑，其中所述第一支撑和所述第二支撑彼此相连，使得所述心轴框架支撑所述心轴壳体，且允许所述心轴壳体相对于所述心轴框架轴向运动，以及一对由所述第一和第二支撑支撑的并适于从所述第一和第二支撑的相对轴向运动检测轮胎上力的负载传感器。

本发明还提供一种测量轮胎上横向负载的方法，包括，提供负载组件以及设置在所述负载组件附近的心轴，将所述心轴适置于可旋转地支撑所述轮胎并使其选择性地使所述轮胎与所述负载轮接合，在心轴壳体中支撑所述心轴，该心轴壳体连接至心轴框架且可相对于所述心轴框架轴向运动，并使负载传感器连接所述至心轴壳体和所述心轴框架，该心轴框架测量由所述心轴壳体相对于所述心轴框架的运动而产生的轴向负载，以确定轮胎上的横向力。

附图说明

参考下面的具体实施例和附图，可以完整地理解本发明的目的、技术和结构，其中：

图1是根据本发明构思的轮胎检测机的前视图；

图2是根据本发明构思沿如图2中的线3-3可见的轮胎检测机的放大顶视图；

图3是类似于图3的放大顶视图，显示轮胎在旋转位置中以模拟转向；

图4是根据本发明构思的力测量组件的顶视图，描述了多个安装在固定框架的负载单元；

图5是沿着图4中线5-5可见的力测量组件的顶视图；

图6是沿着图4中线6-6可见的力测量组件的侧视图；

图7是沿着图6中直线7-7直线可见的底视图；以及

图8是根据本发明构思的心轴支撑框架的前视图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明构思的横向负载轮胎检测系统，一般指定其为数字10。系统10包括框架11，该框架可以包括腿12和位于腿12顶部的头部13。电动机14可以被支撑在框架11上，以驱动负载组件，一般指定其为数字15，下文中将对其进行更详细地说明。负载组件15可以被设置在框架11内部或附近该框架，并被用于向轮胎T施加负载。负载组件15可以仅包括固定表面(stationary surface)，例如用于向轮胎T施加静态负载并测量这些负载结果的板(图中未表示)。同样，如图所示，运动负载组件15可以用于动态地向轮胎T加载或用于模拟滚动条件。因此，负载组件15可以包括可旋转负载轮16。

在图中所示的例子中，负载轮16可以围绕中心轴线C旋转，垂直延伸面V和水平延伸面H在该轴线上相交。电动机14可以通过适当的连接(coupling)(图中未表示)连接至负载轮或直接驱动负载轮16以使其旋转。轮胎支撑组件，一般指定其为数字20，位于负载轮16径向外部并构造成使轮胎T与负载组件15接触。如图所示，不只一个轮胎支撑组件20可以用于负载组件15，以一次检测多个轮胎T。在图中所示例子中，一对轮胎支撑组件20相对于负载轮16径向相对，并沿着相同水平面H布置。尤其是，轮胎T装在心轴21上，心轴21具有位于负载轮中心C的水平面H中的心轴中心S。还可以理解的是，可以仅使用单个轮胎支撑组件20。为了简化起见，下面将以只有一个支撑组件20作为参考继续描述。

参阅图2，轮胎支撑组件20可以装在副框架上，一般指定其为数字25。副框架25可以围绕从水平面H正交突出的垂直转动轴P转动，其中轮胎T在水平面H上接触负载轮16。通过围绕该点转动副框架25，机器10可以在选定外倾角(camber angel)α下检测轮胎T。为了图示的目的，轮胎T的外倾角在图2中以虚线示出，并用附图标记Tc表示。虽然仅有轮胎T显示在外倾角位置Tc中，可以理解的是，由于轮胎支撑组件20也被安装在副框架25上，其位置也可旋转。轮胎支撑组件20可以相对于负载轮16向内或向外运动，以调节轮胎T上的负载并在检测结束时与负载轮16脱离轮胎T。

轮胎支撑组件20通常包括臂22，心轴21支撑在臂22上。可以使臂22旋转，以允许轮胎T的侧偏角变化。轮胎T的旋转可以通过现有技术中可能的任何方法实现，包括旋转整个臂22，如图所示。在图3中所示的实施例中，臂22可旋转地被支撑在轴承部分24上，该轴承部分围绕从轮胎T和负载轮16的中心延伸的轴线H旋转。可以采用任何已知的使臂22旋转的执行器(actuator)，例如包括图中所示的液压缸26。在图中所示的例子中，液压缸26相对于轴承部分24连接至臂22的径向外侧，以提供最大的杠杆作用。液压缸26适当地连接至臂22，以允许臂22运动过期望侧偏角范围并固定在所选的侧倾角上，或为连续转向运动而往复运动。当轮胎T加载时，可以测量侧偏角的任何变化，或者心轴框架23可以旋转到所选择位置，而提供所选的侧偏角，从而测量所选侧偏角的负载。最后，轮胎T可以以往复运动的方式转过所选角度范围，以在操纵条件下执行轮胎T的耐用性检测。在各种情况下，轮胎T的旋转围绕通过转动轴线P延伸的轴线并处于平面H内。图3描述轮胎T旋转到由附图标记Ts表示的所选侧偏角位置。可以理解的是，轮胎T可以按照使用者的期望转过任何角度位置或范围。因这种运动产生的力可以直接在心轴21上测量，下面将更详细地说明。

参考图1和2，可以看到心轴壳体27支撑在心轴框架23上。心轴壳体27在形状上大致为圆柱形并形成圆柱形心轴孔28，图5中所示得最为清楚。心轴21可旋转地固定在心轴孔28中。心轴壳体27是响应轮胎T负载运动而运动的可运动框架，下面将更详细地说明。检测心轴壳体27和心轴框架23之间的相对运动以确定轮胎T上的力。

心轴壳体27包括从心轴壳体27径向向外延伸的第一支撑33。图5中显示得更为清楚，第一支撑33可以具有紧固件接受器34，用于将负载传感器35连接到心轴框架23上。如图所示，可以提供四个第一支撑并在心轴壳体27上成对径向相对布置。这些支撑33优选地向心轴壳体27提供刚性、稳定性、和整体性，提高可以获得的精确测量的可能性。

如图5中所示，第一支撑33的中心36沿着水平面H与心轴的中心S对齐(图2)。以这种方式，负载轮15，轮胎T，和负载传感器35都具有与水平面H对齐的中心。通过对齐这些部件，可以获得直线力测量。第二支撑38可以在与第一支撑33对应的位置从心轴框架23向下延伸。与第一支撑33中的情况一样，可以提供多个的第二支撑，并对着相应第一支撑33布置。这样，在图示例子中，四个第二支撑成对布置成与四个第一支撑33相对，负载传感器35设置在每对支撑33、38之间。第二支撑38被轴向地间隔，从而使负载传感器35被容纳在第一和第二支撑33、38之间。第一支撑和第二支撑33、38分别连接到负载传感器35上，使得支撑33、38通过负载传感器35彼此相连。轮胎T上的横向负载造成心轴框架23的运动，这导致第一支撑33相对于第二支撑38运动。由于负载传感器35连接至支撑33、38上，该运动导致负载传感器35检测到力。以这种方式，横向负载通过心轴壳体27直接传递给负载传感器35并由负载传感器35测量，避免了现有技术装置中的摩擦的影响。由于这种直接测量，从而获得了更可靠和精确的力测量结果。

如图8中所示，第二支撑38可以具有与位于第一支撑33上的接受器相对应的接受器39，以便于将负载传感器35固定于其上。图4中显示得更清楚，合适的固定装置可以布置在第一和第二支撑33、38之间，以将第一和第二支撑33、38固定在一起，从而可运动心轴壳体27锁紧在静止的心轴框架23上。可以期望将心轴框架27锁止到固定心轴框架23上而避免在外倾角检测过程中负载传感器35过载。

例如，支撑33、38如图所示大致为矩形，具有彼此大致平行延伸的平的内表面37、39。可以理解的是，也可以采用其它支撑构造。

参考图6，为了确保负载传感器35的正确安装，垫圈(spacers)40可以连接到一个或多个支撑33、38上。在设置负载35时，错误的读数可以通过附加具有选定厚度42的垫圈40，或者碾压垫圈40而被修正，直到获得正确读数。

为此，来自于负载传感器35的读数可以沿着分离的线46与接线盒50电连接，该接线盒50包括与每条线相对应的开关51。如给出实施例中所示，四个负载传感器35具有四条通向位于接线盒50上的四个开关51的线46。开关51可以用于单独地观察由每一负载传感器35产生的信号，以确定是否已经提供了正确的支撑间隔或负载传感器35是否有故障。例如，对于给定的负载而言，每一负载传感器35应该能够提供相同的信号。因而，如果观察到负载传感器35之一产生了不同的信号，则可以通过调节垫圈40直到该负载传感器的输出与其它传感器的输出匹配，从而做出修正。一旦所有的传感器已经被标定或确定为工作正常，则可以开启全部开关51，并且合并来自于负载传感器35的信号，且沿着单独的线61传递至控制器60。作为选择地，每一负载传感器信号可以由控制器60直接接收并监测。控制器60一般地可以参考用于从负载传感器35接收信号的仪器而了解。控制器60可以仅显示力读数或者为使用者提供其它功能。因此，所使用控制器60的类型很大程度上由使用者决定。因此，图1中示意性地表示了通用控制器60。

在操作过程中，本发明的横向力轮胎检测系统10可以在检测前将心轴框架23移向负载轮15以使轮胎T预加载。负载轮15旋转，导致轮胎T在心轴21上旋转。通过轮胎T与负载轮15对齐，可以在不同速度下观察轮胎T的直线性能。为了在转向条件下观察轮胎T，心轴框架23可以围绕水平轴线旋转，以产生侧偏角或转向角，(轮胎Ts)如图3中所示。在这种检测过程中可能产生的横向力将通过负载传感器35观察。特别地，这些力会导致心轴壳体27和心轴框架23之间的相对运动。由于这些部件均连接至负载传感器35，相对运动会在负载传感器35上产生相应的力读数。当作出多种转向条件时可以连续地监测这些力，多种转向条件包括通过固定的侧偏角，或者相对于穿过轮胎T垂直面测量的正负侧偏角的往复运动。如上所述，还可以测量响应给定负载的侧偏角的变化。因此，侧偏角和负载测量在轮胎T运动过侧偏角范围的过程中可以彼此独立地作出或者结合在一起作出。

类似地，可以通过围绕转动轴线P将轮胎T相对于负载轮15旋转至位置Tc(图3)而执行外倾角检测。这可以通过旋转支撑着心轴框架23的副框架25而实现。通过设置外倾角α，可以如上所述进行检测。正如所述的，在外倾角检测过程中，在由固定件将支撑33、38彼此相连时，心轴壳体27可以锁止到心轴框架23上，以降低负载传感器过载的可能性。

通过上述内容，应该明白根据本发明构思的横向负载轮胎检测系统充分改进了现有技术。尽管根据本发明的说明，上文中仅详细说明了本发明的优选实施例，但本发明不限于此。应该理解可以对上述实施例做出多种修改，而不偏离本发明的精神。因此，本发明的保护范围，应该参考随附的权利要求。

Claims (18)

1、一种横向负载轮胎检测系统，用于检测安装在可转动心轴上的轮胎，该系统包括：

负载组件；

轮胎支撑组件，其构造成使轮胎与所述负载组件接触，其中所述轮胎支撑组件包括心轴框架和心轴壳体，所述心轴框架具有从其上延伸的支撑；

所述心轴壳体形成适于可旋转地容纳所述心轴的心轴孔，所述心轴壳体具有与所述心轴框架上的所述支撑相对的支撑；以及

位于所述支撑之间并附置在所述支撑上的负载传感器，所述负载传感器适于测量由所述支撑之间相对轴向运动而产生的力，所述负载传感器与控制器电连接，借此通过所述负载传感器测量横向力并连接至所述控制器。

2、根据权利要求1所述的横向负载检测系统，其中所述负载组件包括负载轮，其中，所述负载轮，所述负载传感器，和所述心轴均具有中心，其中这些中心位于相同平面内。

3、根据权利要求1所述的横向负载检测系统，还包括，可插入在所述负载传感器和所述支撑之一间的垫圈，其中，所述垫圈具有适于在所述负载传感器上产生所选读数的厚度。

4、根据权利要求1所述的横向负载检测系统，其中，所述轮胎支撑组件可围绕从所述负载组件中心径向向外延伸的轴线旋转，以选择性地在所述轮胎和所述负载组件之间产生侧偏角。

5、根据权利要求1所述的横向负载检测系统，其中，所述轮胎支撑组件可围绕在轮胎与所述负载组件接触的点处与所述负载组件相切而延伸的旋转轴线旋转，以在轮胎和所述负载组件之间产生外倾角。

6、根据权利要求1所述的横向负载检测系统，还包括在所述支撑之间延伸并将所述支撑锁在一起的固定件。

7、一种横向负载轮胎检测系统，用于检测轮胎上横向力，该系统包括：

可与轮胎接合的负载组件；

轮胎支撑组件，包括；

心轴壳体，其具有一对从其上径向向外延伸的第一支撑；

适于支撑所述轮胎的心轴，所述心轴可旋转地被支撑在所述心轴壳体上；

心轴框架，其具有一对从其上径向向外延伸且与所述第一支撑相对的第二支撑；

其中，所述第一支撑和第二支撑彼此相连，使得所述心轴框架支撑所述心轴壳体，且允许所述心轴壳体相对于所述心轴框架作轴向运动；以及

一对由所述第一和第二支撑支撑的，并适于从所述第一和第二支撑的相对轴向运动检测所述轮胎上力的负载传感器。

8、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，其中，所述轮胎支撑组件可围绕从所述负载组件径向向外延伸的轴线旋转；以及

执行器，其连接至所述轮胎支撑组件并适于选择性地使其旋转。

9、根据权利要求8所述的横向负载轮胎检测系统，其中，所述执行器是液压缸。

10、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，其中，所述轮胎支撑组件被支撑在副框架上；以及

所述副框架可围绕转动轴线旋转，以使轮胎相对于所述负载组件外倾。

11、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，其中，每一所述负载传感器分别位于第一支撑和第二支撑之间。

12、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，还包括至少一个可插入在所述负载传感器之一和所述支撑之一间的垫圈，所述垫圈具有适于校准所述负载传感器的所选厚度。

13、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，其中，所述负载组件包括可旋转负载轮。

14、根据权利要求7所述的横向负载轮胎检测系统，还包括与每一所述负载传感器电连接并与控制器连接的接线盒，其中，所述接线盒包括多个与所述负载传感器相对应的开关，所述开关适于选择性地从所述负载传感器向所述控制器传递信号。

15、根据权利要求13所述的横向负载轮胎检测系统，其中，所述接线盒适于组合来自于所述负载传感器的所述信号并向所述控制器传递单独的信号。

16、一种测量轮胎上横向负载的方法，包括：

提供负载组件和置于所述负载组件附近的心轴，使所述心轴适于可旋转地支撑所述轮胎并选择性地使所述轮胎与所述负载轮接合；

使在心轴壳体中支撑所述心轴，所述心轴壳体连接至心轴框架且可相对于所述心轴框架运动；以及

使负载传感器连接至所述心轴壳体和心轴框架，以测量由所述心轴壳体相对于所述心轴框架的运动而产生的轴向负载，而确定轮胎上的横向力。

17、根据权利要求15所述的方法，其中，所述测量步骤包括在所述心轴壳体和所述心轴框架之间连接负载传感器，以监测它们之间的相对运动。

18、根据权利要求16所述的方法，还包括：

在测量横向力前，校准所述负载传感器，其中，所述校准步骤包括向所述心轴施加指定负载，并在所述心轴框架或心轴壳体与所述负载传感器之间插入具有选定厚度的垫圈，以使所述负载传感器显示所述指定负载。

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