对于新型车轮力传感器的试验验证

路面信息 ， 对于悬架和车身的耐久性分析起到重要
作 用 ， 助 于车辆 行 驶 及 操 稳 性 优化 、 力 学 分 也有 动
析和轮胎的开发． 目前 ， 欧美发达 国家的整车道路 试验均以车轮力传感器技术 为核心 ， 对轴头六分力 进行动态测量． 该技术 已经得到广泛应用 ， 中美 其 国 Ｍ Ｓ德国 Ｋｓｅ等公司已有成熟的产品面世 ， Ｔ， ｉ ｒ ｌ ｆ 但 价格 昂贵 ， 键 技术保 密 Ｊ 且关 ．
侧倾角 ＝ 前束角 ＝ ） ０ ．右侧车轮 ， ｚ方向与车 辆坐标 系相 同 ，， 向相反． 】方 此为 车轮 固定 坐标 系．
整车试验及系统评价的深入开展 ． 近年来 ， 国内的企业及高校加大了对于汽车道
图 １ Ｓ 传感器 弹性体结构 Ｉ
图１ 所示为本文的研究对象— — Ｉ ｓ 传感器的 应变式弹性体结构 ， 在其设计上参照了国外的成熟 产品， 采用四个力传感单元采集力信号 ．
路试验技术的研究力度 ， 在六分力信号采集及数据
用越来越重要． 中 ｗＦ 其 Ｔ产品在欧美等国已经趋于成熟， 而在 国内 仅处于起步阶段． 本文以国内 新型车轮力传感器为研 究对象， ｗＦ 对 Ｔ系统的结构和原理进行 了分析和介绍． 并在此基础上， 将 其 与 国外 产品进行 了同车对 比试 验 ， 通过 采 集和处 理不 同路 况的路 面信 息 ， 时域 、 从 频域 和循 环
验 能够真 实 的反 映汽 车在实 际工 况下 的运行 状况 ，
ห้องสมุดไป่ตู้
分析方面取得了一定突破． 本次同济大学汽车学院 与广西 宇立汽 车技 术 公 司 联合 开 发 的应 变 式 车轮 力传感器通过应变片合理布置 ， 实现 了六分力信号 的实 时采集 和分析 ， 进而 通过 实际整 车道路试 验对 产品的精度和可靠性进行 了验证．
计数 等 多个 角度 对 两者进行 了全 面对 比 ， 验证 了国产新型 ＷＦ ｒ原 理的 正确性 ． 关键 词 ： 车轮 力传感 器 （ 力轮 ） 时域 信 号 ； 率谱 ； 环 计数 测 ； 功 循
中图分类 号 ： Ｕ ６ ．１ ４７ １
文 献标识 码 ： Ａ
０ 引 言
随着我国汽车行业的蓬勃发展 ， 汽车保有量高 速增长 ， 人们越来越重视汽车的动力 、 舒适 、 安全等 性能． 而如何获得汽车在形式过程中的各项参数指 标是实现各项性能评价和优化的前提． 整车道路试
第２ ９卷 第 ６期 ２１ 年 １ ０１ １月
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａｏ ａ ｕｉ ｎ ｅｓｙ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏｒ ｌ ｆ ｉ ｓＵ ｉ ｒｉ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔｎ ｎ Ｊｍ ｖ ｔ ｕ ｅ ｉ
Ｖｏ ＿ ９ Ｎ ． ｌ２ ｏ ６
手定则 ， 轴正方向与车辆前进方向相反 ， 轴正 ｌ ， 方 向 由驾驶 员位 置 指 向副驾驶 方 向（ 左驾 ）ｚ方 向 ，
为垂 直地 面 向上 ． 如图所 示 ， 左右 两侧 车 轮坐标 有所 区别 ， 侧 左 车轮 的车 轮 坐标 系 与 车 辆 坐 标 系 相平 行 （ 向角 转
① 收稿 日期 ：０ １ １—０ ２ １ —１ ２
作者简介： 赵朕（９５一 ， 天津人 ， １８ ） 男， 同济大学在读研究生 ， 主要从事 汽车试验．
第 ６期
赵
朕 ， ： 于新 型 车轮 力传 感 器的试验验 证 等 对
８５ ２
１２ ＷＦ ． Ｔ系统 的结构组 成
１３ 整 车及 车轮坐 标 系 ．
Ｎｏ ｖ． ２ １ ０１
文章 编 号 ：０ ８—１０ （０ １ ｏ Ｏ ２ １０ ４ ２ ２ １ ） ６一 ８ ４—０ ５
对 于 新 型 车 轮 力传 感 器 的试 验 验 证 ①
赵 朕 ， 靳 晓雄 ， 彭 为 ， 何剑峰
（ 同济大学汽车学院 ， 上海 ２１０ ） ０８４
摘
要 ： 以车轮 力传 感 器（ Ｔ） 术 为核 心的 汽车 道路 试 验 ， 车 型 开发 和 优 化过 程 中的作 ＷＦ 技 ｒ 在
除 了包含 力 传 感 器 单 元 的 弹 性 体 ， ｒ测 量 ｗＦ 系统还包 括适 配器 、 放大 器 、 环等 组成 部分 ． 中 滑 其
车辆 的坐标 系 是根 据 ＩＯ １０选 择的 ， 循右 Ｓ４３ 遵
适配器用于连接弹性体与车轴 、 轮辋 ， 是弹性体安 装和定位的主要机构． 放大器用于放大传感器传递 的电信号 ， 而且具有运算功能 ， 可将 四个传感器单 元的信号汇总并计算六个 自由度所对应电信号值． 滑环作为整个系统中唯一不随车轮旋转的机构 ， 其 主要作用是测量车辆行驶过程中的车轮转角信息， 找出旋转部件与非旋转部件的相对位置关系． 此信 号的传输形式为外侧传输 ， 即用吸盘将角度传输装 置固定在车身上 ， 通过集成在传输装置中的增量式 光电编码器来测量角度． 该方法相对于无线式传输 信号更加稳定可靠． 整个系统结构如图 ２ 所示．
车 轮力传感 器需 要面对 恶 劣 的工 作环 境 ， 并且
量方法． 其优点包括灵敏度高 、 刚度高、 加工和安装
方便等 ．
其力矢量信号的输出随转角周期性变化 ， 以无论 所 对结构和安装 ， 还是后续处理的要求都很高． 这些 情况使得研究工作 的开展难 度较大 ， 之我国对 加
ｗＦ’ Ｉ 的研究起步较 晚， 导致 了此项技术 乃至汽车 道路实验技术的发展落后 ， 也严重影响了国内各项
１
系统的结构和原理
是准确获得各种环境下汽车性能参数 的重要手段． 车轮六分力传感器简称测力轮 ， 能够实时测量
车辆行驶 过程 中地 面作用 于车 轮 的力 ， 到准确 的 得
１ １ ＷＦ ． Ｔ弹 性体 的结构 设计
车 轮力 传 感器 的测 量原 理 分 为 电阻应 变 片式 和压 电效 应式 ． 中电阻 应变 片测量 是通过测 量弹 其 性体 的应变来 测量 力和力 矩 的大小 ， 属于非 直接测