专利名称：汽车车轮多维力测量传感器的利记博彩app
技术领域：
本实用新型是一种汽车行驶工况检测系统中的力传感器，属于力测量传感器制造的技术领域。
技术背景为了测量汽车在各种行驶工况条件下车轮所承受的多维动态载荷(垂直力、侧向力、纵向力、制动扭矩、倾侧弯矩、横摆弯矩，称为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)，需在车轮上安装多维力传感器。
车轮多维力传感器设计的难点①测量范围宽力载荷的量程为±几千牛顿至几万牛顿；②各分力之间具有相互耦合的特性一般要求传感器的输出能对各分力进行解耦或近似解耦；③使用环境恶劣行驶工况下的振动、野外测量；④空间尺寸及安装要求高传感器直接安装在车轮上且不改变车轮距，其附加重量必须轻。
工业检测中的常规多维力传感器不能满足要求。
目前国内尚无专用的车轮多维力测量传感器。国外的车轮多维力测量传感器，其技术严格保密，不对外公开。
发明内容
技术问题为了能将车轮多维力载荷进行解耦后对应电桥输出，同时满足传感器在车轮上安装的空间、形状和尺寸要求，本实用新型的发明目的是提供一种能将车轮多维动态载荷(垂直力、侧向力、纵向力、制动扭矩、倾侧弯矩、横摆弯矩进行解耦输出，能应用于汽车行驶工况下车轮多维力测量的汽车车轮多维力测量传感器。
技术方案本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是设计一轮辐式结构的传感器弹性体，由内环、外环、变形梁组成，内环、外环间均布变形梁，弹性体内外环尺寸可根据实际车轮尺寸变化。弹性体内环与车轮轮毂相联接，外环与车轮轮辋相联接，变形梁在车轮载荷作用下产生形变。在变形梁的上、下、侧表面合理选取测量点贴应变片。利用传感器弹性体结构特点，以及轮辐式结构受力引起的变形梁变形的类型，将各测量点的应变片按一定规则进行编组，构成测量电桥，使每路电桥的输出只对应一种载荷量，弹性体上作用的各分力与各组电桥的输出一一对应，实现了多维力的直接测量。
具体的方案为该传感器由一轮辐式结构的传感器弹性体和应变片所组成，轮辐式结构的传感器弹性体由外环、内环、变形梁组成，内环位于外环的中央，外环与内环之间由变形梁连接，应变片固定在变形梁的四周，在外环的圆周侧面均布有轮辋联接孔，在内环的圆周侧面均布有轮毂过渡法兰联接孔。对各维载荷，选取在该载荷下变形趋势相反的应变片对，用低阻抗导线将其互连，组成差动电桥，则每个电桥的差动输出对应于一维载荷，实现多维力的直接测量。
有益效果1.采用简单的轮辐式结构，通过应变片的合理布片和巧妙组桥，实现了多维力的直接输出和相互解耦输出，满足传感信号输出要求，同时减少了后端采集软件的大量运算工作；2.采用了轮辐式结构的传感器弹性体，径向和轴向尺寸可根据实车尺寸变化，满足测量环境的安装要求；3.采用轮辐式结构和应变片布片组桥的方式测量车轮多维力，结构简单易行，机械加工要求低。
4.能将车轮多维动态载荷(垂直力、侧向力、纵向力、制动扭矩、倾侧弯矩、横摆弯矩进行解耦输出，能应用于汽车行驶工况下车轮多维力测量的汽车车轮多维力测量传感器。
图1是本实用新型传感器弹性体结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视结构示意图。
图3是传感器弹性体在车轮上的安装示意图。
图中有，外环1、内环2、变形梁3、轮辋联接孔4、轮毂过渡法兰联接孔5、轮毂6、内轮辋7、外轮辋8、轮辋联接螺栓9、应变片10。
图4是传感器弹性体应变片布片结构示意图。
图5是图4的A-A向剖视结构示意图。
图6是图4的后视图。
图中有应变片1-32。
图7是应变片组桥方式结构示意图。图中有应变片等效电阻R1-R32。
具体实施方式
1.传感器弹性体该传感器由一轮辐式结构的传感器弹性体和应变片所组成，轮辐式结构的传感器弹性体由外环1、内环2、变形梁3组成，内环2位于外环1的中央，外环1与内环2之间由变形梁3连接，应变片10固定在变形梁3的四周，在外环1的圆周侧面均布有轮辋联接孔4，在内环2的圆周侧面均布有轮毂过渡法兰联接孔5。
传感器弹性体采用铝合金材料，轮辐式结构，主要由外环1、内环2、变形梁3组成。弹性体的轴向和径向尺寸可根据汽车车轮的具体结构形式和实际安装尺寸而变化。弹性体结构如图1、2所示。
应用时，传感器弹性体内环2，通过内法兰与车轮轮毂6相联接。传感器弹性体外环1，通过外法兰与车轮内轮辋7、外轮辋8相联接。其在车轮上的安装示意如图3。
传感体的轮辐式结构，以及其在车轮上的安装方式，决定了车轮各维载荷的作用力最终反映在变形梁的形变上。
现以对称设有8个变形梁A、B、C、D、E、F、G、H的传感器弹性体为例由于弹性体结构对称，因此变形梁A、B、C、D、E、F、G、H受力后对称点的应力也具有对称性或反对称的特点。在六维分力作用下，弹性体变形梁将产生压缩、拉伸、弯曲、侧弯曲及扭转变形，变形梁表面轴线上点的应力状态为二向应力状态，即由沿应变梁轴线的正应力和与轴线垂直的剪应力组成。从而，各分力载荷所对应的所有应力均可以由应变片来检测。
2.布片方式测量点选取及应变片贴片布置如下
传感器弹性体应变片布片结构如图4、5、6所示。
3.组桥方式对各维载荷，选取在该载荷下变形趋势相反的应变片对，用低阻抗导线将其互连，组成六个差动电桥。则每个电桥的差动输出对应于一维载荷。六个电桥的组桥方式如图4所示。
上述应变片布片和组桥方案，实现了多维力直接解耦测量。车轮力传感器各个力和力矩与电桥输出应变的关系为Fx＝G1[(S5+S6)-(S13+S14)]Fy＝G2[(S18+S20+S22+S24)-(S26+S28+S30+S32)]F2＝G3[(S1+S2)-(S9+S10)]Mx＝G4[(S17+S29)-(S21+S25)]My＝G5[(S3+S7+S11+S15)-(S4+S8+S12+S16)]Mz＝G6[(S19+S31)-(S23+S27)]其中，Gi(i＝1，2....6)为对应桥路的标定系数，Si(i＝1～32)为应变片输出应变。
测量车轮纵向力FxFx为地面对车轮的摩擦力，在Fx的作用下，C梁沿X轴方向拉伸变形，G梁沿X轴方向压缩变形。C、G梁侧表面中间轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片5、6拉伸变形，应变片13、14压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了Fx载荷大小。而此时其他梁的弯曲变形和拉压变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
测量车轮侧向力FyFy为车轮的轴向载荷，在Fy的作用下，B、D、F、H梁沿Y轴方向弯曲变形。B、D、F、H梁上下表面根部轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片18、22、20、24拉伸变形，应变片26、30、28、32压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了Fy载荷大小。而此时其他梁的弯曲变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
测量车轮垂直力FzFz为地面对车轮的支承力，在Fz的作用下，A梁沿Z轴方向拉伸变形，E梁沿Z轴方向压缩变形。A、E梁侧表面中间轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片1、2拉伸变形，应变片9、10压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了Fz载荷大小。而此时其他梁的弯曲变形和扭转变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
测量车轮侧倾力矩MxMx为车轮侧向倾覆的力矩载荷，在Mx的作用下，A梁沿X轴方向正向扭转变形，E梁沿X轴方向反向扭转变形。A、E梁上下表面根部轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片21、25拉伸变形，应变片17、29压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了Mx载荷大小。而此时其他梁的弯曲变形和拉压变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
测量车轮扭矩MyMy为传动轴对车轮的驱动扭矩和制动扭矩载荷，在My的作用下，B、D、F、H梁沿Y轴方向扭转变形。B、D、F、H梁侧表面根部轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片3、7、11、15拉伸变形，应变片4、8、12、16压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了My载荷大小。而此时其他梁的扭转变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
测量车轮横摆力矩MzMz为车轮横向摆动的力矩载荷，在Mz的作用下，C梁沿Z轴方向正向扭转变形，G梁沿Z轴方向反向扭转变形。C、G梁上下表面根部轴线处，应力状态为单一的正向应力。此时，应变片19、31拉伸变形，应变片23、27压缩变形，其电桥的差动输出大小直接反映了Mz载荷大小。而此时其他梁的扭转变形，在其他应变片对上产生的变形是对称的，故其他电桥无差动输出。
后端信号采集模块对各电桥输出进行调理放大，实现了各维载荷的直接解耦测量。
权利要求1.一种汽车车轮多维力测量传感器，其特征在于该传感器由一轮辐式结构的传感器弹性体和应变片所组成，轮辐式结构的传感器弹性体由外环(1)、内环(2)、变形梁(3)组成，内环(2)位于外环(1)的中央，外环(1)与内环(2)之间由变形梁(3)连接，应变片(10)固定在变形梁(3)的四周，在外环(1)的圆周侧面均布有轮辋联接孔(4)，在内环(2)的圆周侧面均布有轮毂过渡法兰联接孔(5)。
2.根据权利要求1所述的汽车车轮多维力测量传感器，其特征在于在内环(2)、外环(1)间均布有8根变形梁(3)，每一根变形梁(3)的四周固定一个应变片(10)，共32个应变片(10)。
3.根据权利要求1所述的汽车车轮多维力测量传感器，其特征在于对各维载荷，选取在该载荷下变形趋势相反的应变片(10)对，用低阻抗导线将其互连，组成差动电桥，则每个电桥的差动输出对应于一维载荷，实现多维力的直接测量。
专利摘要车轮多维力测量传感器是一种汽车行驶工况检测系统中的力传感器，该传感器由一轮辐式结构的传感器弹性体和应变片所组成，轮辐式结构的传感器弹性体由外环1、内环2、变形梁3组成，内环2位于外环1的中央，外环1与内环2之间由变形梁3连接，应变片10固定在变形梁3的四周，在外环1的圆周侧面均布有轮辋联接孔4，在内环2的圆周侧面均布有轮毂过渡法兰联接孔5。本实用新型主要涉及测量汽车在各种行驶工况条件下车轮所承受的多维动态载荷(垂直力、侧向力、纵向力、制动扭矩、倾侧弯矩、横摆弯矩等)技术，利用传感器弹性体的结构、应变片的合理布片、应变电桥的巧妙组桥，实现多维分力的解耦测量。
文档编号G01L5/16GK2650092SQ20032011071
公开日2004年10月20日 申请日期2003年11月13日 优先权日2003年11月13日
发明者张为公 申请人:东南大学