专利名称：一种动态接地压力测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轮胎接地压力测量装置，特别是能够对轮胎接地压力分布进行实时动态测量的装置。
背景技术：
轮胎的载重、牵引、制动和操纵等所需的力都发生在轮胎与路面接触的一小块区域上，这块接地区域的力学状态影响到车辆的各种驾驶行为。要想确定轮胎与路面之间最佳的接触条件，降低胎面磨耗，提高车辆操纵稳定性，评定轮胎结构和花纹的性能，就必须研究轮胎的接地压力分布。现有的理论分析方法(包括弹性力学法、有限元法等)虽然取得了一定的预测结果，但它需要与实际结果进行对比分析与校正。目前实测轮胎静态接地压力分布的方法有压力板法、压力传感器法、压力敏感膜法和光吸收法。在这四种方法中，只有压力传感器法还能够对轮胎动态接地压力进行测量，这要比静负荷下轮胎接地压力分布的测试更具有参考价值，但它的局限在于用此法测量时，轮胎转轴固定不动，测量数据的获得是靠缓慢地拖动测试平板以让轮胎经过安装在平板上的力传感器来实现的，且测量平板的移动必须在小于lkm/h的慢速条件下进行，严重影响了模拟轮胎路面行驶的真实性。此外，若想测量轮胎高速运动状态下的接地压力，则必须将传感器安装在转鼓试验机上来进行，而且，在现有的测量轮胎动态接地压力分布的方法中，轮胎的转动面只能是与测量面相垂直的单一面，而实际中，轮胎在行驶过程中必须要满足转弯、侧滑等要求，这就使轮胎转动面不可能时刻与路面保持垂直。
发明内容
为克服现有的轮胎接地压力分布实测方法均不能同时具备测量静态及动态压力下轮胎接地压力分布的功能及在测量过程中轮胎只能在单一平面内转动的缺陷，本发明提供一种动态接地压力测试装置，该测试装置不仅能够测量轮胎静态或动态接地压力分布， 而且该测量装置不限制轮胎的转速及滚动平面，使模拟环境更真实，测量数据更准确。为解决以上技术难题，本发明所采用的技术方案是一种动态接地压力测试装置， 主要是由测试平台、压电式压力传感器、数据采集及处理系统和万向球座组成，在测试平台上表面开设一定数量的阶梯孔，阶梯孔呈阵列方式排列，每个阶梯孔内安置有一个压力传感器，利用螺母与压力传感器底部的螺杆头将传感器固定于测试平台上，同样每个压电式压力传感器的壳体上部安装有一个万向球座，万向球座是由万向球、滚珠、固定套和基座组成，基座的上部为半球形滚道，在滚道表面布置有一定数量相同半径的滚珠，在滚珠所形成的表面上放置一个万向球，万向球的半径为滚道半径与滚珠直径之差，基座的外部裹有一个固定套，固定套的上端为一平板，平板中心开有一圆孔，圆孔直径小于万向球直径，固定套的作用是限制万向球在空间中三个方向的平移自由度，另外，固定套的下端伸出部分与压力传感器的外壳过盈配合，从而使万向球座固定于压力传感器上，每个压电式压力传感器与一个万向球座组成一个测力单元，每个测力单元的测量信号实时传输给数据采集及处理系统，进而获得轮胎接地范围内的压力分布。根据测量精度需要调整测力单元间隔距离， 比如在轮胎接地区域内可布置10x10方阵的测力单元，也可布置50x50的测力单元。动态接地压力测试装置的测试方法是将轮胎沿任意滚动方向并以一定的下沉量放置于布有本发明的一种动态接地压力测试装置的测试平台上，轮胎胎面与测力单元的万向球保持接触，轮胎可根据测量需要以任意转速进行转动，而轮胎的转动同时带动万向球转动，并把动态的接地压力通过万向球座传递到压力传感器上，从而通过数据采集及处理系统获得测量数据。在转动过程中，轮胎与底部的万向球时刻保持着相对地纯滚动，而测试平台则保持静止状态；如果压力传感器的响应频率足够高，就可以一次性测量出轮胎周向上所有点的接地压力值；当轮胎在转动状态下伴随转弯或侧滑时，由于万向球的多转动自由度特性，仍可保持与胎面的相对滚动状态，从而也可以测量出轮胎的接地压力分布。可以将本发明一种动态接地压力测试装置的测试平台直接放置在测试路面上，汽车高速驶过，通过本发明装置的数据采集及处理系统获得实际的接地压力分布。也可以将本发明的一种动态接地压力测试装置的测试平台放置到其他轮胎性能测试装置上，其他轮胎性能测试装置提供轮胎的下沉力和转动速度，模拟转动效果，由本发明的一种动态接地压力测试装置的数据采集及处理系统来提供相应工况的接地压力分布。本发明一种动态接地压力测试装置，其构成压电式压力传感器的压电元件可以是压电陶瓷，也可以是其它力敏感元件，比如石英单晶。本发明一种动态接地压力测试装置，其万向球座与压电式压力传感器的过盈配合方式也可以由其它配合方式所替代，比如通过胶黏剂粘结的方式。本发明一种动态接地压力测试装置，可通过增加或减少固定套的平板厚度或采用螺纹升降方式来调节万向球外露体积。本发明的有益效果是1)由于动态接地压力测试装置中的万向球具有任意角度的转动自由度，它与轮胎胎面的接触为滚动摩擦，这使得轮胎在转动的过程中与测试平台的相对位置可模拟轮胎实际工况如侧滑、转弯等，从而实现动态接地压力分布的测量；2) 传统轮胎接地压力分布的实测方法都是让轮胎保持固定不动而靠拖动平板或驱动转鼓实现动态测量，而该动态接地压力测试装置是使轮胎以任意转速进行旋转，而测试平台固定不动，模拟环境更真实；幻万向球在半球形滚道中可自由转动，可以满足轮胎在任意的转动平面内时刻保持与万向球的滚动摩擦，突破了传统测试方法中只能使轮胎的转动平面垂直于路面的局限，实现了轮胎实际中侧滑、转弯等驾驶行为，使模环境更贴近实际；4)在传统的轮胎动态接地压力实测方法中，测试平台需要有一定的长度，以满足轮胎的定向滚动， 而该动态接地压力测试装置中的测试平台只需要一小块区域以满足轮胎的接地需要即可； 5)在用转鼓试验机测量高速转动下轮胎接地压力分布时，转鼓上的压力传感器与胎面的接触有一定的时间周期，而该动态接地压力测试装置可以满足轮胎与测力单元时刻保持接触，从而能够一次性测量出轮胎整个周向上所有点的接地压力值。
图1是本发明一种动态接地压力测试装置测试示意2是本发明一种动态接地压力测试装置的测力单元的剖视示意中1-测试平台，2-万向球座，3-固定套，4-万向球，5-滚珠，6-基座，7-螺母，8-压电式压力传感器，9-轮胎
具体实施例方式
本发明的动态接地压力测试装置，如图1所示，主要是由测试平台1、压电式压力传感器8、数据采集及处理系统和万向球座2组成，数据采集及处理系统图中未显示，在测试平台1表面开设一定数量的阶梯孔，阶梯孔呈阵列方式排列，每个阶梯孔内安置有一个压力传感器8，见图2所示，利用螺母7与压电式压力传感器8底部的螺杆头将压电式压力传感器8固定于测试平台1上，同样每个压电式压力传感器8的壳体上部安装有一个万向球座2，万向球座2是由万向球4、滚珠5、固定套3和基座6组成，基座6的上部为半球形滚道，在滚道表面布置有一定数量相同半径的滚珠5，在滚珠5所形成的表面上放置一个万向球4，基座6的外部裹有一个固定套3，固定套3的上端为一平板，平板中心开有一圆孔，圆孔直径小于万向球4的直径，固定套3的下端伸出部分与压电式压力传感器8的外壳过盈配合，使万向球座2固定于压电式压力传感器8上，每个压电式压力传感器8与一个万向球座2组成一个测力单元。将被测轮胎9沿任意滚动方向并以一定的下沉量放置于布有测力单元的测试平台上，轮胎9胎面与测力单元的万向球保持接触，启动数据采集及处理系统， 轮胎可根据测量需要以任意转速进行转动，而轮胎的转动同时带动万向球4转动，并把动态的接地压力通过万向球座2的滚珠5传递到压电式压力传感器8上，从而获得测量数据。 在转动过程中，轮胎9与底部的万向球4时刻保持着相对地纯滚动，而测试平台1则保持静止状态；如果压电式压力传感器8的响应频率足够高，就可以一次性测量出轮胎9周向上所有点的接地压力值；当轮胎9在转动状态下伴随转弯或侧滑时，由于万向球4的多转动自由度特性，仍可保持与胎面的相对滚动状态，从而同样可以测量出轮胎9的接地压力分布。
权利要求
1.一种动态接地压力测试装置，其特征在于主要是由测试平台、压电式压力传感器、 数据采集及处理系统和万向球座组成，在测试平台上表面开设一定数量的阶梯孔，阶梯孔呈阵列方式排列，每个阶梯孔内安置有一个压力传感器，利用螺母与压力传感器底部的螺杆头将传感器固定于测试平台上，同样每个压电式压力传感器的壳体上部安装有一个万向球座，万向球座是由万向球、滚珠、固定套和基座组成，基座的上部为半球形滚道，在滚道表面布置有一定数量相同半径的滚珠，在滚珠所形成的表面上放置一个万向球，万向球的半径为滚道半径与滚珠直径之差，基座的外部裹有一个固定套，固定套的上端为一平板，平板中心开有一圆孔，圆孔直径小于万向球的直径，固定套的下端伸出部分与压力传感器的外壳过盈配合，每个压电式压力传感器与一个万向球座组成一个测力单元，每个测力单元的测量信号实时传输给数据采集及处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种动态接地压力测试装置，其特征在于构成压电式压力传感器的压电元件为压电陶瓷或石英单晶。
3.根据权利要求1所述的一种动态接地压力测试装置，其特征在于万向球座与压电式压力传感器的连接为通过胶黏剂粘结的方式。
4.根据权利要求1所述的一种动态接地压力测试装置，其特征在于通过增加或减少固定套的平板厚度或采用螺纹升降方式来调节万向球外露体积。
全文摘要
本发明提供一种轮胎动态接地压力测试装置，主要是由测试平台、压电式压力传感器、数据采集及处理系统和万向球座组成。在测试平台上表面开设一定数量的阶梯孔，阶梯孔呈阵列方式排列，阶梯孔内安置有压电式压力传感器，压力传感器的壳体上部安装有一个万向球座，万向球座是由万向球、滚珠、固定套和基座组成，固定套的上端为一平板，平板中心开有一圆孔，圆孔直径小于万向球的直径，固定套的下端伸出部分与压力传感器的外壳过盈配合，使万向球座固定于压力传感器上。本发明的一种轮胎动态接地压力测试装置不仅能够测量轮胎静态或动态接地压力分布，而且该测量装置不限制轮胎的转速及滚动平面，使模拟环境更真实，测量数据更准确。
文档编号G01L17/00GK102445300SQ201110302990
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者丁玉梅, 张金云, 张阁, 杨卫民, 秦柳, 赵鹏 申请人:北京化工大学