功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪扭矩校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于履帶式車輛主動(dòng)輪測(cè)試領(lǐng)域，具體為功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪扭矩校 準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 主動(dòng)輪是履帶式車輛行動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部件之一，它是連接傳動(dòng)輸出及驅(qū)動(dòng)履 帶的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)，是行動(dòng)系統(tǒng)與整車的直接機(jī)械接口之一。主動(dòng)輪安裝在車體兩側(cè)的側(cè) 減速器被動(dòng)花鍵上，兩個(gè)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)分別拉動(dòng)兩條履帶做同步、反向及差動(dòng)的卷繞運(yùn)動(dòng)，從 而實(shí)現(xiàn)車輛前進(jìn)、倒退及轉(zhuǎn)向工況的驅(qū)動(dòng)。
[0003] 鑒于主動(dòng)輪獨(dú)特的機(jī)械接口和傳遞作用，其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)扭矩參數(shù)的獲取對(duì)于整車功 率傳遞效率計(jì)算、路面動(dòng)態(tài)反作用力獲取、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核、齒圈曬合力仿真計(jì)算及履帶設(shè)計(jì) 都具有重要的支撐意義。在W往的測(cè)試中均W傳動(dòng)輸出軸扭矩代替主動(dòng)輪扭矩參數(shù)，實(shí)現(xiàn) 扭矩的近似計(jì)算。但是在實(shí)車工況下，主動(dòng)輪所受的動(dòng)態(tài)扭矩更為復(fù)雜，傳動(dòng)輸出軸扭矩并 不能完全代表主動(dòng)輪所承受實(shí)際工況，指導(dǎo)科學(xué)設(shè)計(jì)的作用有限。
[0004] 主動(dòng)輪是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件，在驅(qū)動(dòng)工況下將發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)裝置傳來的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為履帶 的牽引力，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致常規(guī)的引線測(cè)試信號(hào)傳輸受限、集流環(huán)等傳輸方法也無法實(shí)現(xiàn);主 動(dòng)輪與履帶的相互作用是剛?cè)岫U合過程，在傳遞動(dòng)力過程中，主動(dòng)輪輪齒與履帶禪合過程 存在較大的振動(dòng)沖擊，而且履帶式車輛行駛工況復(fù)雜，存在大量泥±、水、砂石等，其中車輛 高速行駛過程中的飛沙走石會(huì)砸壞傳統(tǒng)無線遙測(cè)的傳感器及無線收發(fā)裝置。因此，常規(guī)的 引線測(cè)試方法和遙測(cè)都不適合運(yùn)種復(fù)雜測(cè)試環(huán)境，于是將自供電測(cè)試單元與主動(dòng)輪本體結(jié) 構(gòu)融合，形成功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪是實(shí)現(xiàn)扭矩實(shí)車測(cè)試的有效方案。但是，由于臺(tái)架試 驗(yàn)環(huán)境與實(shí)車行駛環(huán)境存在差異，在臺(tái)架標(biāo)定的系統(tǒng)靈敏度用于實(shí)車測(cè)試時(shí)候存在數(shù)據(jù)不 可信問題，于是需要將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪放置在實(shí)車環(huán)境進(jìn)行原位校準(zhǔn)。
[0005] 因此，在復(fù)雜環(huán)境下如何進(jìn)行履帶式車輛主動(dòng)輪扭矩的準(zhǔn)確、可靠測(cè)試已經(jīng)成為 一項(xiàng)亟待解決的技術(shù)難題。本發(fā)明提供了一種新型的功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪扭矩校準(zhǔn)方 法，W解決主動(dòng)輪扭矩難W準(zhǔn)確測(cè)試的技術(shù)問題，為履帶式車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)試與優(yōu) 化設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，具有一定的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決履帶式車輛推進(jìn)系統(tǒng)中主動(dòng)輪扭矩不能被準(zhǔn)確、可靠測(cè)試的問 題，提供了一種功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪扭矩校準(zhǔn)方法。
[0007] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪扭矩校準(zhǔn)方法，該 方法利用了功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪，
[000引所述的功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪包括從外向內(nèi)依次由凸緣、若干輪福W及聯(lián)接盤 連接而成的輪穀，凸緣外緣上靠近車輛外側(cè)一端聯(lián)接有主動(dòng)輪齒盤，輪穀上至少均勻分布 有m個(gè)輪福，m為自然數(shù)且^ 3，靠近車輛外側(cè)的聯(lián)接盤一端由內(nèi)向外依次設(shè)有筒體W及用于 封閉筒體內(nèi)圓的筒蓋板，靠近車輛外側(cè)的凸緣一端由內(nèi)向外依次設(shè)有用于罩設(shè)筒體的前金 屬罩環(huán)W及用于封閉前金屬罩環(huán)內(nèi)圓的前金屬端蓋，凸緣另一端設(shè)有后金屬罩環(huán)；
[0009] 每個(gè)輪福一側(cè)中部由上至下分別設(shè)有第一電阻應(yīng)變片、第Ξ電阻應(yīng)變片，每個(gè)輪 福另一側(cè)中部由上至下分別設(shè)有第二電阻應(yīng)變片、第四電阻應(yīng)變片，每個(gè)輪福上的四個(gè)電 阻應(yīng)變片按序連接(第一、第二、第ΞΚ及第四電阻應(yīng)變片按序連接)構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)全橋； 所有輪福上的第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片位于同一圓周上，所有輪福上的第Ξ電阻 應(yīng)變片和第四電阻應(yīng)變片位于同一圓周上，上述兩圓周的圓屯、均位于輪穀軸線上且兩圓周 均位于同一豎直面內(nèi)；筒體內(nèi)圓安裝有能夠?qū)崟r(shí)記錄各差動(dòng)全橋輸出電壓的自供電測(cè)試單 元，自供電測(cè)試單元通過環(huán)氧樹脂灌封固化于筒體內(nèi)圓；
[0010] 該方法的步驟為：
[0011] ①將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪安裝在試驗(yàn)車輛上，將試驗(yàn)車輛行駛到一定角度的 斜坡上駐停，根據(jù)斜坡的角度、試驗(yàn)車輛的重量W及功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的半徑計(jì)算 出測(cè)試一體化主動(dòng)輪上的扭矩載荷；自供電測(cè)試單元實(shí)時(shí)記錄每個(gè)差動(dòng)全橋的輸出電壓 Uo，相同時(shí)刻的m個(gè)輸出電壓Uo求和獲得求和電壓化；
[0012] ②試驗(yàn)車輛至少在5個(gè)不同角度的斜坡上駐停，獲得扭矩載荷與其相應(yīng)的求和電 壓化，建立求和電壓化和扭矩載荷之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擬合，減小 非線性誤差，得出功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的系統(tǒng)靈敏度；
[0013] ③將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪安裝在實(shí)車上，在實(shí)車行駛過程中，自供電測(cè)試單 元記錄了動(dòng)力載荷作用下的相同時(shí)刻m個(gè)輸出電壓Uom'，m個(gè)輸出電壓Uom'求和獲得求和電 壓化'；求和電壓化'根據(jù)上述功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的系統(tǒng)靈敏度得到主動(dòng)輪上的扭矩 載荷。
[0014] 主動(dòng)輪是鑄造件，表面粗糖不平整，不利于電阻應(yīng)變片的粘貼，在分析敏感位置的 基礎(chǔ)上，對(duì)輪福表面做平整處理。當(dāng)車輛行駛后，功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪在動(dòng)力載荷下帶 動(dòng)履帶作卷繞運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)輪一直處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主動(dòng)輪本體的輪齒交替受到載荷，每個(gè) 輪福交替受力，一側(cè)拉伸、另一側(cè)擠壓，輪福上的電阻應(yīng)變片在扭轉(zhuǎn)載荷作用下產(chǎn)生形變， 引起自身電阻值的變化，使得差動(dòng)電橋(差動(dòng)全橋)輸出電壓發(fā)生相應(yīng)變化，m個(gè)輪福交替受 力，每個(gè)輪福上電阻應(yīng)變片處的應(yīng)力/應(yīng)變信號(hào)是一個(gè)時(shí)變函數(shù)，可反應(yīng)每個(gè)輪福應(yīng)力變化 信息，為輪齒曬合應(yīng)力提供數(shù)據(jù)支撐。另外通過對(duì)電路分析可知，每個(gè)差動(dòng)電橋電壓輸出 為：U<>==·^' U|. · K ·( &':;-吃-&'.），式中：U〇是差動(dòng)電橋輸出電壓，Ue是差動(dòng)電橋輸入電壓，K 是電阻應(yīng)變片的靈敏度，ει是第一電阻應(yīng)變片粘貼處的應(yīng)變，62是第二電阻應(yīng)變片粘貼處的 應(yīng)變，63是第Ξ電阻應(yīng)變片粘貼處的應(yīng)變，64是第四電阻應(yīng)變片粘貼處的應(yīng)變，且所有電阻 應(yīng)變片的參數(shù)完全相同，差動(dòng)電橋輸入電壓是由自供電測(cè)試單元的電源提供的，該電源的 電壓為恒定電壓值。
[0015] 主動(dòng)輪扭矩與差動(dòng)電橋輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：扭矩應(yīng)變電阻變化ΔΚ ^電橋輸出化。確定求和電壓化(相同時(shí)刻的m個(gè)輸出電壓化求和)與扭矩載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系需 要標(biāo)定試驗(yàn)，所述標(biāo)定試驗(yàn)是:將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪置于臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上，輸入一個(gè)已 知的扭矩值，功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪自供電測(cè)試單元記錄相同時(shí)刻的m個(gè)輸出電壓化(求 和對(duì)應(yīng)一個(gè)化），通過標(biāo)定試驗(yàn)建立不同扭矩與求和電壓化一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并采用神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行擬合，減小非線性誤差，得出功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的系統(tǒng)靈敏度;實(shí)車使用時(shí)， 自供電測(cè)試單元對(duì)差動(dòng)電橋輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并記錄，當(dāng)測(cè)試結(jié)束后將采集的數(shù)據(jù)上 傳到上位機(jī)，通過求和電壓化(記錄的相同時(shí)刻的m個(gè)輸出電壓化及根據(jù)標(biāo)定的功能與測(cè) 試一體化主動(dòng)輪系統(tǒng)靈敏度，得到主動(dòng)輪的實(shí)時(shí)扭矩。由于臺(tái)架試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)車行駛環(huán)境 存在差異，在臺(tái)架標(biāo)定的系統(tǒng)靈敏度用于實(shí)車測(cè)試時(shí)候存在數(shù)據(jù)不可信問題，于是需要將 功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪放置在實(shí)車環(huán)境進(jìn)行原位校準(zhǔn)，修正系統(tǒng)靈敏度。
[0016] 因此，將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪安裝在試驗(yàn)車輛上，將試驗(yàn)車輛行駛到一定角 度的斜坡上駐停，根據(jù)斜坡的角度(標(biāo)準(zhǔn)量）、試驗(yàn)車輛的重量(標(biāo)準(zhǔn)量）W及功能與測(cè)試一 體化主動(dòng)輪的半徑即力臂(標(biāo)準(zhǔn)量)計(jì)算出測(cè)試一體化主動(dòng)輪上的扭矩載荷(作為真值）；自 供電測(cè)試單元實(shí)時(shí)記錄每個(gè)差動(dòng)全橋的輸出電壓化，相同時(shí)刻的m個(gè)輸出電壓化求和獲得化 (1 = 1,2,3……11，11>5)，化=化1+化2+化3……Uom。建立求和電壓化和扭矩載荷之間的--對(duì) 應(yīng)的關(guān)系，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擬合，減小非線性誤差，得出功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的系 統(tǒng)靈敏度。
[0017] 將功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪安裝在實(shí)車上，功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪的自供電測(cè) 試單元記錄了動(dòng)力載荷作用下的相同時(shí)亥Ijm個(gè)輸出電壓Uom'（求和對(duì)應(yīng)一個(gè)化'，化'=Uoi' + U〇2'+化3'……Uom'），自供電測(cè)試單元將m個(gè)輸出電壓Uom'傳輸?shù)缴衔粰C(jī)(指計(jì)算機(jī)），上位機(jī) 根據(jù)建立的扭矩與求和電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系W及求和電壓化'，即利用求和電壓化'乘W功能與 測(cè)試一體化主動(dòng)輪的系統(tǒng)靈敏度，得到主動(dòng)輪的實(shí)時(shí)扭矩載荷。
[0018] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：
[0019] (-)自供電測(cè)試單元與輪穀結(jié)構(gòu)融合，形成功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪，其中自供電 測(cè)試單元與主動(dòng)輪本體融合為一體實(shí)現(xiàn)信息獲??；自供電測(cè)試單元密封在功能與測(cè)試一體 化主動(dòng)輪內(nèi)部，解決了主動(dòng)輪測(cè)試中數(shù)據(jù)傳輸受泥巧砂石等復(fù)雜環(huán)境影響的技術(shù)難題;實(shí) 現(xiàn)主動(dòng)輪扭矩的實(shí)車動(dòng)態(tài)測(cè)試，利用扭矩與差動(dòng)電橋輸出電壓之間的關(guān)系，通過記錄的電 橋輸出電壓值，擴(kuò)展出扭矩信息，為傳動(dòng)系統(tǒng)、行動(dòng)系統(tǒng)及其接口的科學(xué)設(shè)計(jì)提供必要數(shù)據(jù) 支持。
[0020] 仁)功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪含有雙層保護(hù)結(jié)構(gòu)，前金屬罩環(huán)、前金屬端蓋和后金 屬罩環(huán)使得功能與測(cè)試一體化主動(dòng)輪成為一個(gè)密閉結(jié)構(gòu)，形成第一層保護(hù)，一方面對(duì)砂石、 泥巧等環(huán)境起到防護(hù)作用，另一方面起到電磁屏蔽作用;環(huán)氧樹脂將自供電測(cè)試單元灌封 固化在筒體內(nèi)圓，帶有自供電測(cè)試單元的筒體直接固定在輪穀的聯(lián)接盤上，形成第二層保 護(hù)，筒體充分利用了輪穀的空屯、結(jié)構(gòu)，W適應(yīng)頻繁振動(dòng)的環(huán)境;而且?guī)в凶怨╇姕y(cè)試單元的 筒體重量輕，對(duì)主動(dòng)輪本體的質(zhì)屯、、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響較小;通過兩層保護(hù)結(jié)構(gòu)防止砂石、泥巧 等復(fù)雜環(huán)境影響自供電測(cè)試單元，在多工況的振動(dòng)環(huán)境下，能夠保證自供電測(cè)試單元正常 工作，提高測(cè)試的可靠性。
[0021] (Ξ)