功能与测试一体化主动轮扭矩校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于履带式车辆主动轮测试领域，具体为功能与测试一体化主动轮扭矩校 准方法。
【背景技术】
[0002] 主动轮是履带式车辆行动系统的重要组成部件之一，它是连接传动输出及驱动履 带的基本机械结构，是行动系统与整车的直接机械接口之一。主动轮安装在车体两侧的侧 减速器被动花键上，两个主动轮旋转分别拉动两条履带做同步、反向及差动的卷绕运动，从 而实现车辆前进、倒退及转向工况的驱动。
[0003] 鉴于主动轮独特的机械接口和传递作用，其实时动态扭矩参数的获取对于整车功 率传递效率计算、路面动态反作用力获取、扭转强度校核、齿圈晒合力仿真计算及履带设计 都具有重要的支撑意义。在W往的测试中均W传动输出轴扭矩代替主动轮扭矩参数，实现 扭矩的近似计算。但是在实车工况下，主动轮所受的动态扭矩更为复杂，传动输出轴扭矩并 不能完全代表主动轮所承受实际工况，指导科学设计的作用有限。
[0004] 主动轮是旋转运动件，在驱动工况下将发动机经传动装置传来的动力转换为履带 的牵引力，旋转运动导致常规的引线测试信号传输受限、集流环等传输方法也无法实现;主 动轮与履带的相互作用是刚柔禪合过程，在传递动力过程中，主动轮轮齿与履带禪合过程 存在较大的振动冲击，而且履带式车辆行驶工况复杂，存在大量泥±、水、砂石等，其中车辆 高速行驶过程中的飞沙走石会砸坏传统无线遥测的传感器及无线收发装置。因此，常规的 引线测试方法和遥测都不适合运种复杂测试环境，于是将自供电测试单元与主动轮本体结 构融合，形成功能与测试一体化主动轮是实现扭矩实车测试的有效方案。但是，由于台架试 验环境与实车行驶环境存在差异，在台架标定的系统灵敏度用于实车测试时候存在数据不 可信问题，于是需要将功能与测试一体化主动轮放置在实车环境进行原位校准。
[0005] 因此，在复杂环境下如何进行履带式车辆主动轮扭矩的准确、可靠测试已经成为 一项亟待解决的技术难题。本发明提供了一种新型的功能与测试一体化主动轮扭矩校准方 法，W解决主动轮扭矩难W准确测试的技术问题，为履带式车辆的动态参数准确测试与优 化设计提供技术支持，具有一定的理论意义和工程实用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决履带式车辆推进系统中主动轮扭矩不能被准确、可靠测试的问 题，提供了一种功能与测试一体化主动轮扭矩校准方法。
[0007] 本发明是通过W下技术方案实现的：功能与测试一体化主动轮扭矩校准方法，该 方法利用了功能与测试一体化主动轮，
[000引所述的功能与测试一体化主动轮包括从外向内依次由凸缘、若干轮福W及联接盘 连接而成的轮穀，凸缘外缘上靠近车辆外侧一端联接有主动轮齿盘，轮穀上至少均匀分布 有m个轮福，m为自然数且^ 3，靠近车辆外侧的联接盘一端由内向外依次设有筒体W及用于 封闭筒体内圆的筒盖板，靠近车辆外侧的凸缘一端由内向外依次设有用于罩设筒体的前金 属罩环W及用于封闭前金属罩环内圆的前金属端盖，凸缘另一端设有后金属罩环；
[0009] 每个轮福一侧中部由上至下分别设有第一电阻应变片、第Ξ电阻应变片，每个轮 福另一侧中部由上至下分别设有第二电阻应变片、第四电阻应变片，每个轮福上的四个电 阻应变片按序连接(第一、第二、第ΞΚ及第四电阻应变片按序连接)构成一个差动全桥； 所有轮福上的第一电阻应变片和第二电阻应变片位于同一圆周上，所有轮福上的第Ξ电阻 应变片和第四电阻应变片位于同一圆周上，上述两圆周的圆屯、均位于轮穀轴线上且两圆周 均位于同一竖直面内；筒体内圆安装有能够实时记录各差动全桥输出电压的自供电测试单 元，自供电测试单元通过环氧树脂灌封固化于筒体内圆；
[0010] 该方法的步骤为：
[0011] ①将功能与测试一体化主动轮安装在试验车辆上，将试验车辆行驶到一定角度的 斜坡上驻停，根据斜坡的角度、试验车辆的重量W及功能与测试一体化主动轮的半径计算 出测试一体化主动轮上的扭矩载荷；自供电测试单元实时记录每个差动全桥的输出电压 Uo，相同时刻的m个输出电压Uo求和获得求和电压化；
[0012] ②试验车辆至少在5个不同角度的斜坡上驻停，获得扭矩载荷与其相应的求和电 压化，建立求和电压化和扭矩载荷之间的一一对应的关系，并采用神经网络进行拟合，减小 非线性误差，得出功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度；
[0013] ③将功能与测试一体化主动轮安装在实车上，在实车行驶过程中，自供电测试单 元记录了动力载荷作用下的相同时刻m个输出电压Uom'，m个输出电压Uom'求和获得求和电 压化'；求和电压化'根据上述功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度得到主动轮上的扭矩 载荷。
[0014] 主动轮是铸造件，表面粗糖不平整，不利于电阻应变片的粘贴，在分析敏感位置的 基础上，对轮福表面做平整处理。当车辆行驶后，功能与测试一体化主动轮在动力载荷下带 动履带作卷绕运动，主动轮一直处于旋转运动状态，主动轮本体的轮齿交替受到载荷，每个 轮福交替受力，一侧拉伸、另一侧挤压，轮福上的电阻应变片在扭转载荷作用下产生形变， 引起自身电阻值的变化，使得差动电桥(差动全桥)输出电压发生相应变化，m个轮福交替受 力，每个轮福上电阻应变片处的应力/应变信号是一个时变函数，可反应每个轮福应力变化 信息，为轮齿晒合应力提供数据支撑。另外通过对电路分析可知，每个差动电桥电压输出 为：U<>==·^' U|. · K ·( &':;-吃-&'.），式中：U〇是差动电桥输出电压，Ue是差动电桥输入电压，K 是电阻应变片的灵敏度，ει是第一电阻应变片粘贴处的应变，62是第二电阻应变片粘贴处的 应变，63是第Ξ电阻应变片粘贴处的应变，64是第四电阻应变片粘贴处的应变，且所有电阻 应变片的参数完全相同，差动电桥输入电压是由自供电测试单元的电源提供的，该电源的 电压为恒定电压值。
[0015] 主动轮扭矩与差动电桥输出电压的对应关系如下：扭矩应变电阻变化ΔΚ ^电桥输出化。确定求和电压化(相同时刻的m个输出电压化求和)与扭矩载荷的对应关系需 要标定试验，所述标定试验是:将功能与测试一体化主动轮置于台架试验台上，输入一个已 知的扭矩值，功能与测试一体化主动轮自供电测试单元记录相同时刻的m个输出电压化(求 和对应一个化），通过标定试验建立不同扭矩与求和电压化一一对应的关系，并采用神经网 络进行拟合，减小非线性误差，得出功能与测试一体化主动轮的系统灵敏度;实车使用时， 自供电测试单元对差动电桥输出电压进行实时采集并记录，当测试结束后将采集的数据上 传到上位机，通过求和电压化(记录的相同时刻的m个输出电压化及根据标定的功能与测 试一体化主动轮系统灵敏度，得到主动轮的实时扭矩。由于台架试验环境与实车行驶环境 存在差异，在台架标定的系统灵敏度用于实车测试时候存在数据不可信问题，于是需要将 功能与测试一体化主动轮放置在实车环境进行原位校准，修正系统灵敏度。
[0016] 因此，将功能与测试一体化主动轮安装在试验车辆上，将试验车辆行驶到一定角 度的斜坡上驻停，根据斜坡的角度(标准量）、试验车辆的重量(标准量）W及功能与测试一 体化主动轮的半径即力臂(标准量)计算出测试一体化主动轮上的扭矩载荷(作为真值）；自 供电测试单元实时记录每个差动全桥的输出电压化，相同时刻的m个输出电压化求和获得化 (1 = 1,2,3……11，11>5)，化=化1+化2+化3……Uom。建立求和电压化和扭矩载荷之间的--对 应的关系，并采用神经网络进行拟合，减小非线性误差，得出功能与测试一体化主动轮的系 统灵敏度。
[0017] 将功能与测试一体化主动轮安装在实车上，功能与测试一体化主动轮的自供电测 试单元记录了动力载荷作用下的相同时亥Ijm个输出电压Uom'（求和对应一个化'，化'=Uoi' + U〇2'+化3'……Uom'），自供电测试单元将m个输出电压Uom'传输到上位机(指计算机），上位机 根据建立的扭矩与求和电压的对应关系W及求和电压化'，即利用求和电压化'乘W功能与 测试一体化主动轮的系统灵敏度，得到主动轮的实时扭矩载荷。
[0018] 本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
[0019] (-)自供电测试单元与轮穀结构融合，形成功能与测试一体化主动轮，其中自供电 测试单元与主动轮本体融合为一体实现信息获取；自供电测试单元密封在功能与测试一体 化主动轮内部，解决了主动轮测试中数据传输受泥巧砂石等复杂环境影响的技术难题;实 现主动轮扭矩的实车动态测试，利用扭矩与差动电桥输出电压之间的关系，通过记录的电 桥输出电压值，扩展出扭矩信息，为传动系统、行动系统及其接口的科学设计提供必要数据 支持。
[0020] 仁)功能与测试一体化主动轮含有双层保护结构，前金属罩环、前金属端盖和后金 属罩环使得功能与测试一体化主动轮成为一个密闭结构，形成第一层保护，一方面对砂石、 泥巧等环境起到防护作用，另一方面起到电磁屏蔽作用;环氧树脂将自供电测试单元灌封 固化在筒体内圆，带有自供电测试单元的筒体直接固定在轮穀的联接盘上，形成第二层保 护，筒体充分利用了轮穀的空屯、结构，W适应频繁振动的环境;而且带有自供电测试单元的 筒体重量轻，对主动轮本体的质屯、、转动惯量影响较小;通过两层保护结构防止砂石、泥巧 等复杂环境影响自供电测试单元，在多工况的振动环境下，能够保证自供电测试单元正常 工作，提高测试的可靠性。
[0021] (Ξ)