多轴力传感器在汽车车轮测试中的应用

在汽车车轮测试中，往往选用多轴力传感器进行测力。力传感器有很多种，但要满足汽车车轮测试，传感器弹性体设计是关键之一。光电式、磁电式、相位式原理的传感器由于结构要求导致轴向尺寸较大，而且均为单轴力测量，并不能很好的适用于车轮测试中，应变式测力传感器可以同时测力多个方向受力，满足车轮测试需求。

利用应变式原理组成的多维力测量传感器,如用于飞机风洞试验的多分力天平；用于机器人腕力测量的传感器；用于机床刀具研究的二分力传感器等,这些传感器的结构设计是随着应用对象的变化而改变的。轮力传感器测量的对象为汽车车轮在运行时受的力,由于被测对象结构复杂,空间尺寸较小,且联接方式不能有较大的改变,因此弹性体的设计比较困难。轴承结构由于轴向尺寸较大,无法满足汽车车轮轴向结构尺寸的要求,故采用盘式结构。

LZ-SWY三维力压扭传感器

多轴力测量技术

为了测量汽车在各种行驶工况条件下车轮所承受的各向动态载荷( 如垂直力、侧向力、纵向力、制动扭矩等) , 传感器应变片测量点的选取直接影响传感器的输出灵敏度、多维力对应变片的耦合影响以及应变片的组桥, 因此, 测量点的选取是传感器设计的关键。由于弹性体结构对称, 因此受力后对称点的变形具有对称性或反对称的特点, 测量点的选择可利用该特点进行不同力引起的变形测量。

信号传输技术

由于车轮力测量是旋转件的物理量测量,其旋转件与非旋转件之间的能量和信号传输是较难解决的问题。对于接触型传输方式,旋转件与非旋转件之间由于相对运动, 会引起接触电阻的变化, 影响传输信号的稳定性, 而在非接触传输中, 由于旋转件与非旋转件之间的相对运动,其间隙会发生波动变化,对信号产生干扰。因此,根椐汽车行驶工况及车轮的工作情况,研究设计多路非接触信号传输耦合器,实现测量信号数字化传输, 是实现车轮力测量的关键技术之一。从旋转的车轮上通过耦合器进行多路的能量和信号传输技术也关系到车轮多维力测量的精度和可靠性。

传感器随车轮一起旋转,其力矢量相对于传感器的定义随转角变化而变化。如传感器表征车轮受垂直力的信号,随传感器的旋转90度变化为表征纵向力的信号；传感器表征车轮受侧倾力矩的信号, 随传感器的旋转90度变化为表征横摆力矩的信号。因此,对测量信号的处理显得非常重要,对传感器标定和信号解耦算法要求很高。