一种消除偏载的轮胎六分力测试装置

摘要

一种消除偏载的轮胎六分力测试装置，包括轮胎、模拟路面、轮胎定位加载机构，还包括底座、2个支柱、2个六分力传感器、1个单分力传感器、4个球铰、一个承载板，所述支柱一(2)和支柱二(5)固定在底座(1)上，六分力传感器一(3)和六分力传感器二(6)分别固定在支柱一(2)和支柱二(5)上，球铰一(4)和球铰二(7)上端与承载板(8)下表面固连，下端分别与六分力传感器一(3)和六分力传感器二(6)固连；轮胎定位加载机构(13)设置于承载板(8)上；所述球铰三(9)上端固定在承载板(8)下表面，单分力传感器(10)上端与球铰三(9)固连，下端与球铰四(11)固连，球铰四(11)固定在底座(1)上。本发明实现使用现有小量程传感器测量超大轮胎六分力的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮胎力学测试装置，具体的说是一种消除偏载的轮胎六分力测试装 置。

背景技术

重载大载荷轮胎六分力是汽车、飞机性能分析与设计的基础，其滚动力学性能——六 分力特性，影响汽车的安全性、操纵稳定性、平顺性及NVH等性能；影响飞机起飞、着 陆、制动、转弯和滑行阶段的运动特性，关系汽车、飞机的安全，对六分力特性的研究是 汽车轮胎动力学及飞机地面动力学的重要内容。

专利(CN102435449B)中，把六分力传感器安装在与轮胎旋转轴同轴线的轮胎一侧， 能够精确测量小载荷轮胎接地印迹内的轮胎六分力，但是当测量重型汽车轮胎或者航空轮 胎时，轮胎受力都有一个共同点——轮胎所受载荷非常大。这时由于轮胎接地印迹中心与 六分力传感器中心存在一定的距离，轮胎垂向力和侧向力与传感器中心存在力臂，使的轮 胎垂向力和侧向力产生的力矩很容易使得六分力传感器绕X轴旋转的翻转力矩超量程，当 轮胎所受载荷比较大时，该装置对轮胎六分力就无法测量，必须更换大量程六分力传感器， 但是高精度大量程六分力传感器造价非常的昂贵，且量程还不能够满足要求。此外目前可 实现轮胎大载荷六分力测量的装置少，结构复杂，造价昂贵。

发明内容

本发明的目的是要提供一种结构简单合理、价格低廉、能够实现轮胎大载荷下轮胎六 分力的精确测量的装置。该装置能够消除测试中轮胎滚动时产生的动态偏载，也能够消除 安装在该装置承载板上轮胎定位加载机构本身重力产生的静态偏载，实现使用现有小量程 传感器测量超大轮胎六分力的目的，满足重型汽车轮胎及航空轮胎力学特性测试的需要， 而不会使传感器绕X旋转的翻转力矩超量程，且使每个传感器受力均匀，最大限度的利用 传感器量程。

结合附图，说明如下：

一种消除偏载的轮胎六分力测试装置，该装置与轮胎定位加载机构、模拟路面一起构 成轮胎力学特性试验台，实现轮胎六分力特性的测量；该装置包括底座、2个支柱、2个 六分力传感器、1个单分力传感器、4个球铰、一个承载板，所述支柱一2和支柱二5固 定在底座1上，六分力传感器一3和六分力传感器二6分别固定在支柱一2和支柱二5上， 球铰一4和球铰二7上端与承载板8固连，下端分别与六分力传感器一3和六分力传感器 二6固连；轮胎定位加载机构13设置于承载板8上；

所述球铰三9上端与承载板8固连，单分力传感器10上端与球铰三9固连，其下端 与球铰四11固连，球铰四11固定在底座1上；球铰三9、单分力传感器10、球铰四11 构成二立杆。

所述的球铰一4、球铰二7对称设置在轮胎接地印迹中心P两侧，轮胎接地印迹中心 P在球铰一中心和球铰二中心连线的中点，六分力传感器一3和六分力传感器二6的标定 点分别与球铰一和球铰二的中心重合，从而能够消除测试中轮胎滚动时产生的作用于接地 印迹中心的侧向力、纵向力及垂直载荷对六分力传感器一和六分力传感器二的动态偏载。

所述的球铰三9、单分力传感器10、球铰四11安装在承载板8及以上轮胎定位加载机 构13重心下方，限制承载板8绕球铰一中心和球铰二中心连线转动，消除该装置承载板8 及安装在其上轮胎定位加载机构13本身重力产生的对六分力传感器一和六分力传感器二 的静态偏载。

所述的球铰一、球铰二对称设置在轮胎接地印迹中心P两侧，每个六分力传感器只受 到轮胎接地印迹中心轮胎力的一半，使现有小量程传感器能够测量超大轮胎六分力。

所述的模拟路面装置采用两种形式，包括转鼓式模拟路面和平带式模拟路面。

有益效果：

1、本发明所用上述传感器布置结构简单合理、成本低、易于制造。

2、能够解决轮胎测试中轮胎滚动时轮胎接地印记中心的垂向力和侧向力产生的翻转力 矩超量程，消除轮胎滚动时产生的动态偏载。

3、能够解决安装在该装置承载板上轮胎定位加载机构重力产生的静态偏载对两个六分 力传感器的影响，消除安装在该装置承载板上轮胎定位加载机构重力产生的静态偏载。

4、每个六分力传感器只受到轮胎接地印记中心轮胎力的一半，实现使用现有小量程传 感器测量超大轮胎六分力的目的，满足重型汽车轮胎及航空轮胎力学特性测试的需要。

附图说明

图1是一种消除偏载的轮胎六分力测试装置的轴视图；

图2是一种消除偏载的轮胎六分力测试装置的正视图；

图3是一种消除偏载的轮胎六分力测试装置的侧视图；

图4是模拟路面采用转鼓路面的轮胎力学特性试验台的轴视图；

图5是模拟路面采用转鼓路面的轮胎力学特性试验台的正视图；

图6是模拟路面采用平带式路面的轮胎力学特性试验台的轴视图；

图7是本发明涉及的轴线与平面示意图；

图8是本发明结构示意图。

图中：1、底座2、支柱一3、六分力传感器一4、球铰一5、支柱二6、 六分力传感器二7、球铰二8、承载板9、球铰三10、单分力传感器11、 球铰四12、轮胎13、轮胎定位加载机构14、模拟路面

具体实施方式

由附图1、2、3所示：该装置包括底座1、支柱一2、六分力传感器一3、球铰一4、 支柱二5、六分力传感器二6、球铰二7、承载板8、球铰三9、单分力传感器10、球铰四 11。

所述的球铰一4上端固定在承载板8上，球铰一4的下端与六分力传感器一3上端固 定，六分力传感器一3下端固定在支柱一2上，支柱一2固定在底座1上；所述的球铰二 7上端固定在承载板8上，球铰二7的下端与六分力传感器二6上端固定，六分力传感器 二6下端固定在支柱二5上，支柱二5固定在底座1上。

所述的球铰一4、球铰二7对称分布在轮胎接地印迹中心P(见图7)两侧，轮胎接地 印迹中心P在球铰一4和球铰二7连线的中点，由于六分力传感器一3和六分力传感器二 6分别标定到球铰一4和球铰二7的中心，且球铰一4和球铰二7与轮胎接地印迹中心P 点共面且在同一直线上；轮胎测试中轮胎滚动时轮胎接地印记中心产生的轮胎垂向力(Z 向)和侧向力(Y向)在轮胎滚动过程中不会产生绕X轴(见图7)的翻转力矩，所以能 够消除测试中轮胎滚动时产生的动态偏载，不会使的传感器翻转力矩超量程。

由附图2所示：所述的球铰三9安装在承载板8的底部，单分力传感器10上端与球 铰三9固连，下端与球铰四11固连，球铰四11安装在底座1上；球铰三9、单分力传感 器10、球铰四11安装在承载板及以上部分重心下方，因六分力传感器一3和六分力传感 器二6分别由球铰一4和球铰二7与承载板8连接，这样承载板8有一个绕X轴(见图7) 旋转的自由度。而球铰三9、单分力传感器10、球铰四11构成二立杆，安装在承载板8 及以上部分机构重心下方，为承载板8绕X轴(见图7)旋转自由度提供支撑，且能消除 承载板8及以上部分机构自身重力产生的静态偏载。

由附图4、5所示：所述的支柱一2、支柱二5安装、球铰四11安装在底座1上，为 大量程传感器总成提供支撑，轮胎定位加载机构13安装在承载板8上，轮胎12安装在轮 胎定位加载机构13上，模拟路面14与轮胎12的接触点为接地印迹中心P点(见图7)， 保证P点为球铰一4中心和球铰二7中心连线的中点，使得六分力传感器一3和六分力传 感器二6只受到轮胎接地印迹中心P点(见图7)轮胎力的一半，即这种大量程传感器量 程为单个六分力传感器量程的两倍，实现使用现有小量程传感器测量超大轮胎六分力的目 的，满足重型汽车轮胎及航空轮胎力学特性测试的需要。

由附图6所示，所述的模拟路面14可以采用不同的模拟路面，可以用平带式路面15 代替，平带式路面没有曲率的影响，用于测量平路面上的轮胎六分力。

由附图7所示，转鼓路面确定的平面A(路面切平面)与轮胎中分面B的交线为X轴， 且过轮胎接地印迹中心P点；Y轴为过P点且垂直于轮胎中分面B，代表轮胎侧向力方向； Z轴为过P点且垂直于路面切平面A，代表轮胎垂向力方向。

该装置是这样工作的，模拟路面与轮胎12接触于P点产生轮胎力，轮胎12安装在轮 胎定位加载机构13上，轮胎力通过轮胎12传递给轮胎定位加载机构13，轮胎定位加载机 构13安装在承载板8上，轮胎定位加载机构13把轮胎力传递给承载板8，承载板8由六 分力传感器一3、六分力传感器二6和单分力传感器10支撑，承载板8把轮胎力传递给三 个传感器，实现使用现有小量程传感器测量超大轮胎六分力。

由附图8所示，具体轮胎六分力解算如下：

在轮胎12安装在轮胎定位加载机构13上后，轮胎12与模拟路面14未接触时，进行 传感器清零。在传感器清零后，轮胎12与转鼓路面14接触后，设：

六分力传感器一3受到的六分力为Fx1/Fy1/Fz1/Mx1/My1/Mz1

六分力传感器二6受到的六分力为Fx2/Fy2/Fz2/Mx2/My2/Mz2

单分力传感器10受到的单分力为Fz3

则轮胎受到的六分力Fx/Fy/Fz/Mx/My/Mz为

Fx＝Fx1+Fx2；

Fy＝Fy1+Fy2；

Fz＝Fz1+Fz2+Fz3；

Mx＝Mx1+Mx2+Fz3*b；

My＝My1+My2+(Fz2-Fz1)*a；

Mz＝Mz1+Mz2+(Fy1-Fy2)*a。