一种测量车轮六维的传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种测量车轮六维力的传感器，包括安装在车轮上随车轮一起转动的旋转部分和与车辆本身相对静止的非旋转部分，所述的旋转部分包括弹性体、组桥电路、单圈绝对式编码器和采集模块，所述的非旋转部分包括传输模块。通过上述方式，本实用新型专利技术提供了一种测量车轮六维的传感器，能够在车辆行驶过程中，实时测量单个车轮所受的相互垂直的三个方向上的力和相互垂直的三个方向上的扭矩，实现了对汽车车轮六维力准确、可靠的测量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及汽车测控
，具体涉及到机械结构设计，以及信号采集与传输系统，尤其涉及一种测量车轮六维的传感器。
技术介绍
汽车的运动是车轮与路面相互作用的结果，因此对于车轮力的测量在汽车测试技术乃至道路分析中，都具有无可替代的重要意义。具体来说，车轮在行驶中分别受到三个力和三个扭矩的作用，分别为纵向力、侧向力、垂直力和侧倾力矩、侧向力矩、回正力矩。从20世纪70年代起，美国通用汽车公司最早开始对车轮力传感器的研究，目前美国、德国、瑞士和日本等国均有类似的产品问世。我国对于六维力传感器的研究起步较晚，能够应用于汽车的轮力测试技术的研究在很长一段时间内几乎是空白，对其的研究基本处于理论阶段，在实际车辆设计或性能评估时，往往采用借鉴国外相关参数并结合以往设计经验的方法，很难有定量的数据分析和处理的设备及方法。随着国标的推广和对于汽车设计愈加严格的要求，对车轮力传感器的需求也日渐增大，现在大多汽车生产厂家和试验场都选择购买进口产品，但存在以下几个问题I、进口产品价格昂贵，不利于降低研发成本；2、采用标准不同，不利于我国国标的推广；3、关键技术对我国实施技术封锁，不利于国产车辆的自主研发。因此，研发具有自主知识产权的低成本车轮六维力传感器，对于我国汽车工业的发展具有重要意义。现有技术中，专利申请号为ZL 200320110714. 5的专利公开了一种汽车车轮多维力测量装置，是一种用于汽车行驶工况下的车轮受力状态的实时测量的装置；专利申请号为ZL 200320110713. 0公开了一种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。然而上述专利所提及的车轮力传感器存在如下一些不足I、将车轮力传感器安装在轮毂上时，紧固螺栓会对车轮力传感器施加一个较大的预紧力，从而对侧向力测量精度产生较大影响；2、车轮六维力信号和转角信号的采集不同步，这将直接影响后续解耦精度；3、车轮力传感器内部米用光电传输方式,米用光电发射二极管和接收二级管作为传输通道，因此数据传输稳定性差，且数据丢包率较高。
技术实现思路
针对上述缺陷，本技术的目的在于提供一种测量车轮六维的传感器，能够在车辆行驶过程中，实时测量单个车轮所受的相互垂直的三个方向上的力和相互垂直的三个方向上的扭矩，实现了对汽车车轮六维力准确、可靠的测量。为了解决上述问题，本技术的技术方案是，提供了一种测量车轮六维的传感器，包括安装在车轮上随车轮一起转动的旋转部分和与车辆本身相对静止的非旋转部分，、所述的旋转部分包括弹性体、组桥电路、单圈绝对式编码器和采集模块，所述的非旋转部分包括传输模块，所述的弹性体在车轮所受的六维力的作用下会产生形变，使得粘贴在弹性体上的电阻应变片的阻值发生变化；所述的组桥电路会将这种弹性体上应变片的阻值变化转化成与之相对应的差动电压变 化信号；所述的采集模块将电压变化信号调理和放大，并将其与单圈绝对式编码器采集的角度信号打包后，通过无线方式传输给和与车身相对静止的传输模块；所述的传输模块可通过串口线将打包后的信号传输到上位计算机，在上位计算机进行数据分析和处理后便得到当前的车轮六维力信号。在本技术一个较佳实施例中，所述的旋转部分采用电池组供电。在本技术一个较佳实施例中，所述的弹性体采用具有多梁对称特点的轮辐式结构，在8条应变梁上分别粘贴电阻应变片。在本技术一个较佳实施例中，所述的采集模块包括微弱电压放大电路、电压信号调理电路、车轮转角测量电路、无线传输电路和电池剩余电量监控电路。在本技术一个较佳实施例中，所述的采集模块同时采集组桥电路的差动电压信号和单圈绝对式编码器采集的角度信号。在本技术一个较佳实施例中，所述的采集模块和传输模块之间采用高频无线通讯的方式。本技术揭示的测量车轮六维的传感器，由弹性体、组桥电路、单圈绝对式编码器、采集模块以及传输模块组成，能够在车辆行驶过程中，实时测量单个车轮所受的相互垂直的三个方向上的力和相互垂直的三个方向上的扭矩，实现了对汽车车轮六维力准确、可靠的测量。附图说明图I是本技术所述的车轮右手正交坐标系和六维力定义图；图2是本技术所述的弹性体的立体图；图3是本技术所述的弹性体的俯视图；图4是本技术所述的弹性体的主视图；图5是本技术所述的弹性体的侧视图；图6是本技术所述的组桥电路图；图7是本技术所述的采集模块的电路框图；图8是本技术所述的采集模块与传输模块控制器的电路图；图9是本技术所述的采集模块与传输模块的无线传输电路图；图10是本技术所述的采集模块电源调理电路图；图11是本技术所述的采集模块电量检测电路图；图12是本技术所述的采集模块读取单圈绝对式编码器数值电路图；图13是本技术所述的组桥电路信号放大电路图；图14是本技术所述的传输模块电路框图；图15是本技术所述的传输模块电源电路图；图16是本技术所述的传输模块串口电路图。具体实施方式以下结合附图对本 技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。一种测量车轮六维的传感器，包括安装在车轮上随车轮一起转动的旋转部分和与车辆本身相对静止的非旋转部分，旋转部分包括弹性体、组桥电路、单圈绝对式编码器和采集模块，非旋转部分包括传输模块，采集模块和传输模块之间采用高频无线通讯的方式。其中，旋转部分采用电池组供电，并能在电池组剩余电量不足时发出报警信号；非旋转部分即为传输模块，通过无线通讯方式接收采集模块发送的信号并能经由串口将数据上传到上位计算机进行分析与处理。本技术中的弹性体安装在车轮上，并随车轮一起转动，在六维力的作用下弹性体会产生形变，这使得粘贴在弹性体上的电阻应变片的阻值发生变化，组桥电路会将这种阻值变化转化成与之相对应的电压变化信号，采集模块将电压变化信号调理和放大，并将其与单圈绝对式编码器采集的角度信号打包后，通过无线方式传输给和与车身相对静止的传输模块，传输模块不随车轮一起转动，并可通过串口线将打包后的信号传输到上位计算机，在上位计算机进行数据分析和处理后便可以得到当前的车轮六维力信号。本技术中的弹性体采用具有多梁对称特点的轮辐式结构，在8条应变梁上分别粘贴电阻应变片，该弹性体结构轴向尺寸小，可以承受很大的径向力，且对车辆的整体性能影响较小。本技术中的采集模块包括微弱电压放大电路、电压信号调理电路、车轮转角测量电路、无线传输电路和电池剩余电量监控电路。该采集模块能够以大于200Hz的速度同时采集组桥电路的差动电压信号和单圈绝对式编码器采集的角度信号，并实时监控电池的剩余电量，当电量不足时，会发出报警信号。图I给出了车轮右手正交坐标系和车轮六维力传感器所测量的三个力和三个扭矩的定义方法。垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分面称为车轮平面，坐标系的圆点0为车轮平面和车轮旋转轴线在地平面上投影的交点。定义车轮平面与地平面的交线为Xw轴，且向前为正；Zw轴与地平面垂直，指向上方为正；Yw轴在地平面上，面向车轮前进方向时指向左方为正。图中w为车轮旋转角速度，a为侧偏角，Y为车轮外倾角。车轮力传感器的六测量分力定义在车轮坐标系中(w系)，为原点在车轮中心的右手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量车轮六维力的传感器，包括安装在车轮上随车轮一起转动的旋转部分和与车辆本身相对静止的非旋转部分，其特征在于，所述的旋转部分包括弹性体、组桥电路、单圈绝对式编码器和采集模块，所述的非旋转部分包括传输模块，所述的弹性体在车轮所受的六维力的作用下会产生形变，使得粘贴在弹性体上的电阻应变片的阻值发生变化；所述的组桥电路将弹性体上应变片的阻值变化转化成与之相对应的差动电压变化信号；所述的采集模块将电压变化信号调理和放大，并将其与单圈绝对式编码器采集的角度信号打包后，通过无线方式传输给和与车身相对静止的传输模块；所述的传输模块可通过串口线将打包后的信号传输到上位计算机，在上位计算机进行数据分析和处理后便得到当前的车轮六维力信号。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国余，王东，张为公，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：