一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法与流程

本发明创造属于悬架试验台技术领域，尤其是涉及一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法。

背景技术

悬架k&c试验台是通过六分力传感器测出车辆车轮所受各个方向的力和力矩，结合其它参数来评价车辆性能的试验台。

现有技术中，悬架k&c试验台六分力传感器设计中往往存在着弹性体结构设计与应变片布片及解耦之间的矛盾。简化结构则难以布片和消除耦合，不能直接输出六分力信号，带来传感器标定和解耦计算上的复杂、繁琐，尤其难以满足实时计算处理的要求；消除耦合则弹性体结构设计复杂，应变片数目多，贴片组桥工作量大，且容易引入误差，影响传感器的测量精度。

因此，如何消除传感器弹性体结构设计与应变片布片及解耦之间的矛盾，研制出结构简单直接输出型的六分力传感器具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法，以消除传感器弹性体结构设计与应变片布片及解耦之间的矛盾，提供一种结构简单能够直接输出型的悬架k&c试验台六分力传感器。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器，包括内圈圆盘、外圈圆环、固支梁组件、应变片组件；

内圈圆盘与外圈圆环同轴心设置，两者之间由固支梁组件连接，固支梁组件包括若干固支梁，固支梁围绕着内圈圆盘均匀成辐射状分布，固支梁的一端分别与内圈圆盘的圆周侧壁连接，另外一端分别与外圈圆环的内圈侧壁连接，应变片组件对称粘贴于靠近外圈圆环的固支梁的梁四周。

进一步的，固支梁组件包括结构相同的第一固支梁、第二固支梁、第三固支梁和第四固支梁，应变片组件包括对称粘贴于第一固支梁的外圆周壁上的第一应变片、第二应变片、第九应变片和第十三应变片，应变片组件还包括对称粘贴于第二固支梁的外圆周壁上的第三应变片、第四应变片、第十应变片和第十四应变片，应变片组件还包括对称粘贴于第三固支梁的外圆周壁上的第五应变片、第六应变片、第十一应变片和第十五应变片，应变片组件还包括对称粘贴于第四固支梁的外圆周壁上的第七应变片、第八应变片、第十二应变片和第十六应变片。

进一步的，第一应变片、第二应变片、第九应变片、第十三应变片分别对称粘贴于靠近外圈圆环的第一固支梁的外圆周壁上，第三应变片、第四应变片、第十应变片、第十四应变片分别对称粘贴于靠近外圈圆环的第二固支梁的外圆周壁上，第五应变片、第六应变片、第十一应变片、第十五应变片分别对称粘贴于第三固支梁的外圆周壁上，第七应变片、第八应变片、第十二应变片、第十六应变片分别对称粘贴于第四固支梁的外圆周壁上。

进一步的，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、第五应变片、第六应变片、第七应变片、第八应变片、第九应变片、第十应变片、第十一应变片、第十二应变片、第十三应变片、第十四应变片、第十五应变片、第十六应变片结构完全相同。

进一步的，应变片组件中的第一应变片、第三应变片、第八应变片、第六应变片、第二应变片、第四应变片、第七应变片、第五应变片首尾通过导线依次连接组成1号桥路；

应变片组件中的第二应变片、第八应变片、第三应变片、第五应变片、第一应变片、第七应变片、第四应变片、第六应变片首尾通过导线依次连接组成2号桥路；

应变片组件中的第九应变片、第十一应变片、第十三应变片、第十五应变片、第十应变片、第十二应变片、第十四应变片、第十六应变片首尾通过导线依次连接组成3号桥路；

应变片组件中的第十六应变片、第十一应变片、第十四应变片、第九应变片、第十应变片、第十三应变片、第十二应变片、第十五应变片首尾通过导线依次连接组成4号桥路；

应变片组件中的第十五应变片、第十应变片、第十一应变片、第十三应变片、第九应变片、第十六应变片、第十二应变片、第十四应变片首尾通过导线依次连接组成5号桥路；

应变片组件中的第一应变片、第五应变片、第二应变片、第六应变片、第三应变片、第七应变片、第四应变片、第八应变片首尾通过导线依次连接组成6号桥路。

进一步的，内圈圆盘为平板类结构件，直径为100mm～200mm，外圈圆环为圆环构件，直径为300mm～500mm。

进一步的，内圈圆盘、外圈圆环采用刚性体，固支梁组件采用弹性体。

一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器的检测方法，包括上述的用于汽车悬架试验台的六分力传感器，具体的步骤如下：

s1：通过外圈圆环上的螺栓孔将六分力传感器固定到车轮上，固支梁组件所组成的平面与轮胎纵面平行，固支梁组件将受轮胎力产生应变，安装在固支梁组件上的应变片组件输出相应电压；

s2：1号桥路至6号桥路的输出电压分别记为u01、u02、u03、u04、u05、u06，通过u01、u02、u03、u04、u05、u06反推1号桥路至6号桥路输出的应变值。

进一步的，步骤s2中1号桥路至6号桥路的输出电压的计算公式为：

式中：k为应变片灵敏系数；u为供桥电压；i＝1～16，si为1号桥路至6号桥路输出的应变值。

进一步的，1号桥路至6号桥路分别用于测量轮胎受到的水平力fx、侧向力fy、垂向力fz、水平力矩mx、侧向力矩my和垂向力矩mz，则fx、fy、fz、mx、my、mz的计算公式为：

fx＝g1[(e1,1+e1,2+e1,3+e1,4)-(e1,8+e1,7+e1,6+e1,5)]

fy＝g2[(e2,1+e2,2+e2,7+e2,8)-(e2,3+e2,4+e2,5+e2,6)]

fz＝g3[(e3,9+e3,10+e3,11+e3,12)-(e3,13+e3,14+e3,15+e3,16)]

mx＝g4[(e4,10+e4,11+e4,13+e4,16)-(e4,9+e4,12+e4,14+e4,15)]

my＝g5[(e5,9+e5,10+e5,15+e5,16)-(e5,11+e5,12+e5,13+e5,14)]

mz＝g6[(e6,1+e6,3+e6,5+e6,7)-(e6,2+e6,4+e6,6+e6,8)]

式中：x＝1～6，gx为1号桥路至6号桥路的标定系数；j＝1～6，j为广义力各个方向的标号，i＝1～16，i为应变片标号，ej，i为广义力作用在弹性体上使第i个应变片产生的应变，1号桥路至6号桥路输出的应变值si与ej，i的转换公式为：

通过si推出ej，i，从而得出fx、fy、fz、mx、my、mz的值。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法具有以下优势：

(1)本发明创造的六分力传感器不仅结构简单，应变片数目少(16片)，而且非常巧妙的通过布片和接桥消除了耦合，直接输出六分力信号，贴片组桥工作量小，引入的误差较小，从而很好的提高传感器测量精度；

(2)本发明创造的六分力传感器考虑了实际中的“压偏”问题，“压偏”指在实际测量中，车辆车轮放在试验台上时，轮胎印迹中心可能会和传感器理论受力中心有一定偏移，即所从而造成传感器受力不对称，使测量不准确，通过调整车轮，达到轮胎印迹中心和传感器理论受力中心重合，从而可以保证后续六分力测量的精度；

(3)本发明创造的六分力传感器从原理上可以消除温度、光照等对传感器的影响，测量精度更高，适用范围更广；

(4)本发明创造的传感器结构简单，容易做到坚固耐用及寿命长，进行简单改造可适用其他需要六分力输出的场合。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例的主视图；

图2为本发明创造实施例的a-a剖视图；

图3为本发明创造实施例的后视图；

图4为本发明创造实施例的1号桥路图；

图5为本发明创造实施例的2号桥路图；

图6为本发明创造实施例的3号桥路图；

图7为本发明创造实施例的4号桥路图；

图8为本发明创造实施例的5号桥路图；

图9为本发明创造实施例的6号桥路图。

附图标记说明：

1、第一应变片；2、第二应变片；3、第三应变片；4、第四应变片；5、第五应变片；6、第六应变片；7、第七应变片；8、第八应变片；9、第九应变片；10、第十应变片；11、第十一应变片；12、第十二应变片；13、第十三应变片；14、第十四应变片；15、第十五应变片；16、第十六应变片；a、第一固支梁；b、第二固支梁；c、第三固支梁；d、第四固支梁；e、外圈圆环；f、内圈圆盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器，包括内圈圆盘f、外圈圆环e、固支梁组件、应变片组件。

如图1、2、3所以，内圈圆盘f与外圈圆环e同轴心设置，两者之间由固支梁组件连接。固支梁组件包括第一固支梁a、第二固支梁b、第三固支梁c、第四固支梁d四个结构相同的圆柱体构成，第一固支梁a、第二固支梁b、第三固支梁c、第四固支梁d围绕着内圈圆盘f均匀成辐射状分布，第一固支梁a、第二固支梁b、第三固支梁c、第四固支梁d的一端分别与内圈圆盘f的圆周侧壁焊接或者铆接连接，另外一端分别与外圈圆环e的内圈侧壁焊接或者铆接连接。应变片组件粘贴于靠近外圈圆环e的固支梁组件的梁四周，整体结构完全对称。

内圈圆盘f为平板类结构件，直径为100mm～200mm，外圈圆环e为圆环构件，直径为300mm～500mm，外圈圆环e上布置有将六分力传感器安装在悬架k&c试验台的螺栓通孔。内圈圆盘f、外圈圆环e采用刚性体，固支梁组件采用弹性体。

如图1、3所示，应变片组件包括第一应变片1、第二应变片2、第三应变片3、第四应变片4、第五应变片5、第六应变片6、第七应变片7、第八应变片8、第九应变片9、第十应变片10、第十一应变片11、第十二应变片12、第十三应变片13、第十四应变片14、第十五应变片15、第十六应变片16，应变片结构完全相同。

第一应变片1、第二应变片2、第九应变片9、第十三应变片13对称粘贴于靠近外圈圆环e的第一固支梁a的外圆周壁上，第三应变片3、第四应变片4、第十应变片10、第十四应变片14对称粘贴于靠近外圈圆环e的第二固支梁b的外圆周壁上，第五应变片5、第六应变片6、第十一应变片11、第十五应变片15对称粘贴于第三固支梁c的外圆周壁上，第七应变片7、第八应变片8、第十二应变片12、第十六应变片16对称粘贴于第四固支梁d的外圆周壁上。

如图4所示，第一应变片1、第三应变片3、第八应变片8、第六应变片6、第二应变片2、第四应变片4、第七应变片7、第五应变片5首尾通过导线依次连接组成1号桥路。

如图5所示，第二应变片2、第八应变片8、第三应变片3、第五应变片5、第一应变片1、第七应变片7、第四应变片4、第六应变片6首尾通过导线依次连接组成2号桥路。

如图6所示，第九应变片9、第十一应变片11、第十三应变片13、第十五应变片15、第十应变片10、第十二应变片12、第十四应变片14、第十六应变片16首尾通过导线依次连接组成3号桥路。

如图7所示，第十六应变片16、第十一应变片11、第十四应变片14、第九应变片9、第十应变片10、第十三应变片13、第十二应变片12、第十五应变片15首尾通过导线依次连接组成4号桥路。

如图8所示，第十五应变片15、第十应变片10、第十一应变片11、第十三应变片13、第九应变片9、第十六应变片16、第十二应变片12、第十四应变片14首尾通过导线依次连接组成5号桥路。

如图9所示，第一应变片1、第五应变片5、第二应变片2、第六应变片6、第三应变片3、第七应变片7、第四应变片4、第八应变片8首尾通过导线依次连接组成6号桥路。

1号桥路用于测量变形梁水平力fx；2号桥路用于测量变形梁侧向力fy；3号桥路用于测量变形梁垂向力fz；4号桥路用于测量变形梁水平力矩mx；5号桥路用于测量变形梁侧向力矩my；6号桥路用于测量变形梁垂向力矩mz。

1号桥路至6号桥路的输出电压分别记为u01、u02、u03、u04、u05、u06，则1号桥路至6号桥路的输出电压的计算公式为：

式中：k为应变片灵敏系数；u为供桥电压；si(i＝1～16)为1号桥路至6号桥路输出的应变值。

1号桥路至6号桥路测量轮胎受到的六个方向的广义力fx、fy、fz、mx、my、mz的计算公式为：

fx＝g1[(e1,1+e1,2+e1,3+e1,4)-(e1,8+e1,7+e1,6+e1,5)]

fy＝g2[(e2,1+e2,2+e2,7+e2,8)-(e2,3+e2,4+e2,5+e2,6)]

fz＝g3[(e3,9+e3,10+e3,11+e3,12)-(e3,13+e3,14+e3,15+e3,16)]

mx＝g4[(e4,10+e4,11+e4,13+e4,16)-(e4,9+e4,12+e4,14+e4,15)]

my＝g5[(e5,9+e5,10+e5,15+e5,16)-(e5,11+e5,12+e5,13+e5,14)]

mz＝g6[(e6,1+e6,3+e6,5+e6,7)-(e6,2+e6,4+e6,6+e6,8)]

式中：x＝1～6，gx为1号桥路至6号桥路的标定系数；j＝1～6，j为广义力各个方向的标号，i＝1～16，i为应变片标号，ej，i为广义力作用在弹性体上使第i个应变片产生的应变，1号桥路至6号桥路输出的应变值si与ej，i的转换公式为：

通过si推出ej，i，从而得出fx、fy、fz、mx、my、mz的值。

本发明创造的工作原理：

悬架k&c试验时，通过外圈圆环e上的螺栓孔将六分力传感器固定到车轮上，固支梁组件所组成的平面与轮胎纵面平行，固支梁组件将受轮胎力产生应变，安装在固支梁组件上的应变片组件输出相应电压，通过上述分析，传感器的应变片布片和组桥方案能够从原理上消除耦合，从而保证了在弹性体结构简单的基础上，实现六分力信号的直接输出。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。