专利名称：应用于轮胎均匀性测试的标定方法
技术领域：
本发明涉及一种标定测力传感器实测值与标定力之间线性关系的方法，具体地 应用于轮胎均匀性测试以实现利用测力仪器来测量、判定轮胎均匀性等级的方法。
技术背景轮胎是机动车辆的主要动作执行构件，轮胎性能的稳定以及是否符合安全设计 标准将直接决定使用机动车辆的人员安全。轮胎是一种筒状断面的圆环型可旋转体， 其是由多层带有钢丝帘线的橡胶预制材料、复合橡胶预制材料经贴合、成型、硫化 定型加工而成。所述结构的轮胎，其构成材料不可避免地存在着密度不均、有几何 形变等问题，也就是常说的轮胎不均匀。根据相关力学原理，存在一定程度不均匀 的轮胎，在高速旋转情况下必定会产生交变的径向力、侧向力，从而会引起汽车的 振动或噪声，也会影响到汽车运行的速度、舒适度或平稳度。现有用于轮胎均匀性试验装置，在试验过程中，轮胎被安装、夹持在旋转主轴 上，通过从测力传感器测试出的感应力数值，来测评轮胎径向和轴向稳定性能指标, 以判断轮胎质量是否达到生产标准要求。如后附图1所示的测量轮胎均匀性的装置， 包括一根可转动地支承在一个被刚性支承的主轴壳体中的主轴1，所述轮胎固定地安 装在所述主轴上；以及一个模拟轮胎地面对被测轮胎施加压力的负荷轮5。当测量进 行时，负荷轮接触轮胎胎面，对轮胎4施加一定压力，轮胎和主轴借由通过负荷轮 作用在轮胎上的摩擦力而旋转；主轴壳体上安装有至少l个多相压电式力传感器6。所述多相压电式力传感器所测出的轮胎受力值，包括同时检测到的不同方向上 的压力，即包含有径向和侧向上的受力值，而这种多相压电式力传感器输出的仅是 具有不同相的电压值，如何通过不同相位来区分径向力和侧向力是正确测量轮胎均 匀性的关键因素。而且，从实测电压值模拟、还原为轮胎实测环境中的受力值，首 先需要找到两者之间的对应关系，即建立标定系数。只有初始建立这种标定系数， 才能在轮胎均匀性试验中，通过测力传感器的实测值推导得出轮胎实时的受力值， 以评判出轮胎是否满足设计和生产要求的均匀性能。
发明内容
本发明所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其目的在于解决上述问题而 针对测力传感器实测电压值与轮胎受力之间存在的线性关系进行标定，以通过确定 的径向力标定系数和侧向力标定系数，以实测的力传感电压值推导出轮胎径向和侧 向受力大小，进而获得对一般规格轮胎的测试和判定依据，对轮胎测试中产生的不 均匀及其产生原因进行有针对性的分析。应用于轮胎均匀性试验装置的测力传感器，其测试并反映出的是检测到的不同 方向上的压力值，其中包含有径向和侧向上的受力，并输出具有不同相位的电压值。 通过实际测出的数据可以发现，传感器输出的电压信号与实际轮胎所受压力的值是 线性关系的，是符合一线性曲线。为实现上述发明目的，所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法，是在使用测试 装置对轮胎进行均匀性试验之前，标定出这一线性曲线的斜率，包括径向力标定系 数(在此设定为Kr)侧向力标定系数(在此设定为K,)，以获知传感器输出的电压信 号与实际轮胎所受压力值之间的对应关系，通过电压信号测算出轮胎实际所受径向 力和侧向力的具体数值。所述轮胎的径向受力，是在正常测试时轮胎的径向、即等同于垂直于主轴轴向 方向上的受力；所述轮胎的侧向受力，是在正常测试时轮胎的侧向、即等同于主轴 轴向方向上的受力。所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法，是在使用测试装置对轮胎进行均匀性 试验之前，在主轴装置的轴向和垂直于轴向方向上，分别施加一定值的作用力；通过这一定值作用力而实现主轴装置发生微小的偏斜，通过紧贴在主轴上的测 力传感器检测并输出多个对应于这一微小偏斜量的电压值；推导得出的反映轮胎径向或侧向上的受力与测力传感器输出的电压值之间的标 定系数K，符合下述表达式，"台其中，《为标定系数，单位为N/V;^;为施加到主轴装置的轴向或垂直于轴向方向上力，单位为N;K (i=l， 2， 3…n)为一段时间内测力传感器的输出信号，单位为V。 如上述方案的标定方法，在进行均匀性测试中，即在实测轮胎均匀性之前即确
定这一线性曲线的斜率K，亦即标定测力传感器输出的不同相位的电压值，与轮胎实 际所受力(包括径向和侧向力)之间的线性关系，从而建立轮胎均匀性的测试标准 和评判依据。所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法，对于径向和侧向力的标定是一个静态 过程，即所采用的主轴装置在标定过程中无需转动，而且在施加到主轴装置的轴向 或垂直于轴向方向上的作用力之外，应保持不再对主轴装置有其他作用力的干扰。所采用的主轴装置其本身具有支撑点，以使主轴装置悬空并处于半自由状态。所采用的测力传感器是1个或多个的多相传感器，其输出的电压值同时反映出 轮胎受测时在径向和侧向上的受力。综上内容，所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法所具有的优点是，通过确定 的受力标定系数能够以实测的测力传感电压值推导出轮胎在径向和侧向上的受力情 况，为一般规格的轮胎测试和判定提供直观有效的依据，有利于客观地分析轮胎产 生不平衡量及其原因。而且，上述径向力标定系数《r和侧向力标定系数《'一经确定，即可实现有效縮短轮胎测量时间和减小测试次数，从而相应地提高了轮胎检测效率、降低了生产成本。
现结合附图对本发明做进一步的说明 图1是现有轮胎均匀性测试装置的示意图； 图2是所述标定方法的原理图； 图3是所述测试径向标定系数的装置示意图； 图4是所述测试径向标定系数的流程图； 图5是所述测试侧向标定系数的装置示意图； 图6是所述测试侧向标定系数的流程图；具体实施方式
实施例l，如图2至图6所示，本发明所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法， 是在使用如图1所示的测试装置对轮胎进行均匀性试验之前，就测力传感器实测电 压值与轮胎径向受力、侧向受力之间存在的线性关系进行标定。以径向力、或侧向力任一测量为例，如图2所示，图中的横坐标表示的是轮胎 在测试条件下所受到力的值，纵坐标表示的是传感器所测量并输出的电压值。
通过实际测出的数据可以观察到在坐标系中，传感器输出的电压信号与实际轮 胎所受压力的值是线性关系的，通过拟合就可以得到一条线性曲线。所述均匀性测试的标定方法，即在实测轮胎均匀性之前确定这种线性曲线的斜 率，亦即标定测力传感器输出的不同相位的电压值，与轮胎实际所受力(包括径向 和侧向力)之间的线性关系。设定对于相同的轮胎进行均匀性标定时，其径向力标定系数为Kr，其侧向力标定系数为K,。以下是确定轮胎均匀性测试的径向力标定系数的方法-如图3所示的是径向力标定装置，在图中主轴1本身具有支撑点，其作用是使 主轴l悬空，处于半自由状态。采用的多相传感器2可以同时检测到径向和侧向上 的受力。径向力标定用到了传感器的径向输出相位值。在下述陈述中，当传感器完成径 向测量任务时，称之为径向传感器，当传感器完成侧向测量任务时，称之为侧向传 感器；传感器可以为l个或多个。定滑轮3是可以被忽略其摩擦力作用的，砝码4通过钢索连接到主轴1的顶端， 砝码4是标准质量块。当加载砝码4以后，通过定滑轮3，会对主轴1施加一个垂直于主轴轴线的拉力 F，即作用于主轴l的径向作用力。当受到这一径向作用力后，主轴1会发生微小的偏斜，紧贴在主轴上的多相传 感器2即会检测到这一微小的偏斜量而给出相应的输出电压值。所述径向力标定是一个静态标定的过程，主轴1在标定过程中无需转动。在整 个测量过程中，加载砝码4以后，应保持不再对主轴l有其他作用力的干扰。为保证标定系数的准确性，要求在主轴1受力无波动的情况下进行传感器2的 输出电压值的数据采集工作。如图4所示，确定径向力标定系数/^的具体步骤如下第一步，在主轴无任何外力作用的情况下，对测力传感器进行复位归零(相当 于图2中的砝码4的质量为0)。复位的目的是使测力传感器在无外力作用下输出值为0。第二步，添加质量为mkg的砝码，砝码借助定滑轮而垂直于主轴施加一个恒定
的力i^ (砝码的重力，单位为N);径向测力传感器接收到压力输出电荷信号，在主轴处于静止状态下(即无受力 波动)，在一段时间内对传感器进行顺次取样，得到n点数据^…^;第三步，将所得到的n点数据^…^通过求取平均值的方法，得到径向测力传 感器信号与径向力信号之间的线性因子，即径向力标定系数I,按照如下公式进行计算，& =~巧K,其中，(为径向力标定系数，单位为N/V;i^为砝码对主轴施加的力，单位为N;F (i=l, 2, 3…n)为一段时间内某一时刻传感器的输出信号，单位为V; 在本实施例中，加载的砝码质量为50kg。 以下是确定轮胎均匀性测试的侧向力标定系数的方法如图5所示的是侧向力标定装置，在图中主轴1本身具有支撑点，其作用是使 主轴1悬空并处于半自由状态。多相传感器2用于侧向力标定的多相电压值输出， 即充当侧向传感器，该传感器可以是l个或多个。标定用的砝码3被加载到主轴1的顶端，主轴1的轴线与砝码3的重心垂线相 重合。当主轴1受到砝码3的压力时，会发生微小的位移，侧向传感器2会检测到 这一微小的位移，并输出测得的电压值。侧向力标定是一个静态标定的过程，主轴1在标定过程中无需转动。在整个测 量过程中加载砝码3以后，不应再对主轴1施加其他作用力的干扰。为保证标定系数的准确性，要求在主轴1受力无波动的情况下进行传感器2的 输出电压值的数据采集工作。如图6所示，确定侧向力标定系数的具体步骤如下-第一步，在主轴无任何作用力的情况下，对测力传感器进行复位(相当于砝码 的质量为0)，复位的目的是使测力传感器在无外力作用下输出值为0;第二步，在主轴顶端加载质量为m kg的砝码，砝码产生对主轴的恒定压力Fnl (砝码的重力，单位为N)，侧向测力传感器接收到压力输出电压信号。在主轴处于静止状态下(即无受力波动)，在一段时间内对传感器进行顺次取样,得到n点数据^…^:第三步，将所得到的n点数据^…^通过求取平均值的方法，而得到侧向测力 传感器信号与侧向力信号之间的线性因子，即侧向力标定系数^，按照如下公式进 行计算，其中，《,为径向力标定系数，单位为N/V;/^为砝码对主轴施加的力，单位为N;R, (i=l， 2, 3…n)为一段时间内某一时刻传感器的输出信号，单位为V; 在本实施例中，加载砝码的质量为50kg。 如上述方法内容，在确定径向力标定系数《,和侧向力标定系数A以后，即可对 所有规格的轮胎进行测试和判定，所得出的轮胎均匀性参数的数值，对于轮胎的均 匀性校正具有直接的指导作用，为轮胎产生不平衡量的原因进行分析，提高轮胎质 量，提供了理论依据。
权利要求
1、 一种应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于针对传感器输出的电 压信号与实际轮胎所受力符合一线性关系，在使用测试装置对轮胎进行均匀性试验之前，标定出这一线性曲线的斜率，包括径向力标定系数(在此设定为Kr)侧向力标定系数(在此设定为K》，以获知传感器输出的电压信号与实际轮胎所受压力值之间的对应关系，通过电压信号测算出轮胎实际所受径向力和侧向力的具体数值。
2、 根据权利要求1所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于在 使用测试装置对轮胎进行均匀性试验之前，在主轴装置的轴向和垂直于轴向方向上， 分别施加已知值的作用力；通过这己知值作用力而实现主轴装置发生微小的偏斜，通过紧贴在主轴上的测 力传感器检测并输出多个己知力的电压值；推导得出的反映轮胎径向或侧向上的受力与测力传感器输出的电压值之间的标 定系数K，符合下述表达式，其中，尺为标定系数，单位为N/V;尸 为施加到主轴装置的轴向或垂直于轴向方向上的已知力，单位为N; F, (i=l， 2, 3…n)为一段时间内某一时刻测力传感器的输出信号，单位为V。
3、 根据权利要求2所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于对 于径向和侧向力的标定是一个静态过程，即所采用的主轴装置在标定过程中无需转 动，而且在施加到主轴装置的轴向或垂直于轴向方向上的作用力之外，应保持不再 对主轴装置有其他作用力的干扰。
4、 根据权利要求3所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于所 采用的主轴装置其本身具有支撑点，以使主轴装置悬空并处于半自由状态。
5、 根据权利要求4所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于所 采用的测力传感器是1个或多个的多相传感器，其输出的电压值同时反映出轮胎受 测时在径向和侧向上的受力。
6、 根据权利要求5所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于确定径向力标定系数/:,具有以下步骤， 第一步，在主轴无任何外力作用的情况下，对测力传感器进行复位归零，以使 测力传感器在无外力作用下输出值为0;第二步，添加质量为mkg的砝码，砝码借助定滑轮而垂直于主轴施加一个恒定 的力&r (砝码的重力，单位为N);径向测力传感器接收到压力输出电荷信号，在主轴处于静止状态下的一段时间内对传感器进行顺次取样，得到n点数据F,，…7^ ;第三步，将所得到的n点数据^…P^通过求取平均值的方法，得到径向测力传 感器信号与径向力信号之间的线性因子，即径向力标定系数Kr并符合以下表达式，其中，[为径向力标定系数，单位为N/V;Fw为砝码对主轴施加的力，单位为N;7 (i=l, 2， 3…n)为一段时间内某一时刻传感器的输出信号，单位为V。 7、根据权利要求5所述的应用于轮胎均匀性测试的标定方法，其特征在于确 定侧向力标定系数标定系数^，具有以下步骤，第一步，在主轴无任何作用力的情况下，对测力传感器进行复位以使测力传感器在无外力作用下输出值为0;第二步，在主轴顶端加载质量为mkg的砝码，砝码产生对主轴的恒定力F ,，側 向测力传感器输出电压信号；在主轴处于静止状态下的一段时间内对传感器进行顺次取样，得到n点数据第三步，将所得到的n点数据^…^通过求取平均值的方法，而得到侧向测力 传感器信号与侧向力信号之间的线性关系，即侧向力标定系数《,，艮口，其中，《,为径向力标定系数，单位为N/V;为砝码对主轴施加的力，单位为N; & (i-l, 2, 3…n)为一段时间内某一时刻传感器的输出信号，单位为V。
全文摘要
本发明所述应用于轮胎均匀性测试的标定方法，针对测力传感器实测电压值与轮胎受力之间存在的线性关系进行标定，以通过确定的径向力标定系数和侧向力标定系数，实现标度变换，以实测的力传感电压值推导出轮胎径向和侧向受力大小，进而获得对一般规格轮胎的测试力和判定依据，对轮胎测试中产生的力的波动及其产生原因进行有针对性的分析。在使用测试装置对轮胎进行均匀性试验之前，标定出这一线性曲线的斜率，包括径向力标定系数(在此设定为K<sub>r</sub>)侧向力标定系数(在此设定为K<sub>l</sub>)，以获知传感器输出的电压信号与实际轮胎所受力值之间的对应关系，通过电压信号测算出轮胎实际所受径向力和侧向力的大小。
文档编号G01M17/02GK101144756SQ20061012695
公开日2008年3月19日 申请日期2006年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者鹏 孟, 李石磊, 强 都, 高彦臣 申请人:青岛高校软控股份有限公司