一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法技术

本发明专利技术创造提供了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。本发明专利技术创造的六分力传感器不仅结构简单，应变片数目少，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。

A six component force sensor and its detection method for vehicle suspension Testbed

The invention provides a six-component force sensor for automobile suspension test-bed, which includes inner circle disc, outer circle ring, fixed support beam component and strain gauge component; inner circle disc and outer circle ring are coaxially arranged, and they are connected by fixed support beam component, fixed support beam component includes several fixed support beams, and fixed support beam surrounds inner circle. The circular disc is evenly distributed in a radial shape. One end of the fixed beam is connected with the circumferential side wall of the inner ring, and the other end is connected with the inner side wall of the outer ring. The strain gauge assembly is symmetrically attached to the circumferential side wall of the fixed beam near the outer ring. The six-component force sensor invented by the invention not only has simple structure and fewer strain gauges, but also eliminates coupling ingeniously through patches and bridges, directly outputs the six-component force signal, and has small workload and introduced small errors, so as to improve the measurement accuracy of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法
本专利技术创造属于悬架试验台
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：包括内圈圆盘(F)、外圈圆环(E)、固支梁组件、应变片组件；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，固支梁组件包括若干固支梁，固支梁围绕着内圈圆盘(F)均匀成辐射状分布，固支梁的一端分别与内圈圆盘(F)的圆周侧壁连接，另外一端分别与外圈圆环(E)的内圈侧壁连接，应变片组件对称粘贴于靠近外圈圆环(E)的固支梁的梁四周。

【技术特征摘要】
1.一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：包括内圈圆盘(F)、外圈圆环(E)、固支梁组件、应变片组件；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，固支梁组件包括若干固支梁，固支梁围绕着内圈圆盘(F)均匀成辐射状分布，固支梁的一端分别与内圈圆盘(F)的圆周侧壁连接，另外一端分别与外圈圆环(E)的内圈侧壁连接，应变片组件对称粘贴于靠近外圈圆环(E)的固支梁的梁四周。2.根据权利要求1所述的用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：固支梁组件包括结构相同的第一固支梁(A)、第二固支梁(B)、第三固支梁(C)和第四固支梁(D)，应变片组件包括对称粘贴于第一固支梁(A)的外圆周壁上的第一应变片(1)、第二应变片(2)、第九应变片(9)和第十三应变片(13)；应变片组件还包括对称粘贴于第二固支梁(B)的外圆周壁上的第三应变片(3)、第四应变片(4)、第十应变片(10)和第十四应变片(14)；应变片组件还包括对称粘贴于第三固支梁(C)的外圆周壁上的第五应变片(5)、第六应变片(6)、第十一应变片(11)和第十五应变片(15)；应变片组件还包括对称粘贴于第四固支梁(D)的外圆周壁上的第七应变片(7)、第八应变片(8)、第十二应变片(12)和第十六应变片(16)。3.根据权利要求2所述的用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：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)分别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)分别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)分别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)分别对称粘贴于第四固支梁(D)的外圆周壁上。4.根据权利要求2所述的用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：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)结构完全相同。5.根据权利要求1所述的用于汽车悬架试验台的六分力传感器，其特征在于：应变片组件中的第一应变片(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；应变片组件中的第二应变片(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；应变片组件中的第九应变片(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；应变片组件中的第十六应变片(16)、第十一应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴利广，景立新，李飞，李广，姜清伟，李雪鹏，张雨，刘忠海，刘志敏，王晗，李卓，闫肃威，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心有限公司，中汽研天津汽车工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12