用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911024856.1 (22)申请日 2019.10.25 (71)申请人 重庆凯瑞汽车试验设备开发有限公 司 地址 401122 重庆市渝北区金渝大道9号 申请人 中国汽车工程研究院股份有限公司 (72)发明人 徐立王松浩倪世林龚杰 (74)专利代理机构 重庆天成卓越专利代理事务 所(普通合伙) 50240 代理人 谭小容 (51)Int.Cl. G01L 5/16(2020.01) (54)发明名称 用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种。

2、用于车轮定位的力和力 矩的测量计算方法， 包括： 主要是在车轮测试台 上布置力传感器套件， 所述力传感器套件包括以 正方形安装的四个三向力传感器， 所述三向力传 感器的方向分别是X、 Y和Z向， X、 Y和Z向为车轮的 受力方向， 其中力和力矩的计算过程如下： Fx (Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kzx(Fy1+ Fy2+Fy3+Fy4)； Fy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kxy(Fx1+Fx2+ Fx3+Fx4)-Kzy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； Fz(Fz1+Fz2+Fz3+ Fz4)-Kxz(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4。

3、)-Kyz(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 该计算方法能同 时计算车轮定位测试时车轮受到的力和力矩； 提 高了得到的力和力矩的准确度； 能方便地计算串 扰系数。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 110686820 A 2020.01.14 CN 110686820 A 1.一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法， 其特征在于： 在车轮测试台上布置 力传感器套件， 所述力传感器套件包括呈正方形布置在同一平面上的四个三向力传感器， 所述三向力传感器的方向分别是X、 Y和Z向， 其中X、 Y和Z向为车轮的受力方向， 三个方向的 力的计算过程如下： Fx(Fx1+Fx2+Fx3+Fx。

4、4)-Kyx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kzx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； Fy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kxy(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kzy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； Fz(Fz1+Fz2+Fz3+Fz4)-Kxz(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyz(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 式中， Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为常数， Fx1、 Fx2、 Fx3、 Fx4、 Fy1、 Fy2、 Fy3、 Fy4、 Fz1、 Fz2、 Fz3、 Fz4为 每个三向力传感器分别在三个方向上力的修正值； 其中每个三向力传。

5、感器分别在三个方向上力的修正值为 Fx1kx1fx1； Fx2kx2fx2； Fx3kx3fx3； Fx4kx4fx4； Fy1ky1fy1； Fy2ky2fy2； Fy3ky3fy3； Fy4ky4fy4； Fz1kz1fz1； Fz2kz2fz2； Fz3kz3fz3； Fz4kz4fz4； 式中kx1、 kx2、 kx3、 kx4、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4为常数， fx1、 fx2、 fx3、 fx4、 fy1、 fy2、 fy3、 fy4、 fz1、 fz2、 fz3、 fz4为每个三向力传感器分别在三个方向上测得的力值； 三个方向。

6、的力矩的计算过程如下： 式中， Z为平台的高度， W为两个传感器之间的距离。 2.按照权利要求1所述的一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法， 其特征在于： 常数kx1、 kx2、 kx3、 kx4、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4是修正系数， 其中kx1、 kx2、 kx3、 kx4的确定 是向每个三向力传感器和标准传感器的X方向加载力， 其加载力值从零加载到最大量程， 然 后以每个三向力传感器在X方向的力fx1、 fx2、 fx3、 fx4为横坐标， 标准传感器在X方向的力F为 纵坐标分别拟合曲线， 曲线的斜率为修正系数kx1、 kx2、 k。

7、x3、 kx4， 同理可以得到Y方向的修正系 数ky1、 ky2、 ky3、 ky4， Z方向的修正系数kz1、 kz2、 kz3、 kz4。 3.按照权利要求1或2所述的一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法， 其特征在 于： 常数Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为串扰系数， 串扰系数的确定是向力传感器套件和标准传感 器加载力， 其加载力值从零加载到三个方向的最大量程， 然后以X方向的力Fxkx1fx1+ kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fyky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4、 Z方向的力Fzkz。

8、1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4为纵坐标线性拟合出曲线， 得到曲线斜率Kx、 Kyx、 Kzx； 再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” Kx(kx1fx1+kx2fx2+kx3fx3+ kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” Kx(ky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向 的力Fz” Kx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的曲线， 得到新的斜率Kx、 Kyx” 、 Kzx” ； 又再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” KxKx(kx1fx1+ 。

9、kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” KxKx(ky1fy1+ky2fy2+ ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向的力Fz” KxKx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的 权利要求书 1/2 页 2 CN 110686820 A 2 曲线， 得到新的斜率， 这样经过多次加载和拟合， 当得到的拟合斜率越来越趋近于1和0的时 候， 为最佳的串扰系数， 其Kyx、 Kzx为平台X方向上的串扰系数， 用同样的方法得到Kxy、 Kzy为Y 方向上的串扰系数， Kxz、 Kyz为Z方向上的串扰系数。 4.按。

10、照权利要求1、 2或3所述的一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法， 其特征 在于： 所述三向力传感器在选择时选择精度达到0.01mm， 且保证四个三向力传感器型号规 格参数一致。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110686820 A 3 用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法 技术领域 0001 本发明属于汽车测试技术领域， 具体涉及一种用于车轮定位的力和力矩的测量计 算方法。 背景技术 0002 现有的用于车轮定位的力的测量方法采用的是在测试平台上设置一个三向力传 感器， 直接通过三向力传感器得到车轮定位测试所受力， 但是这种方法只能得到力无法得 到力矩， 并且很难计算串扰系数， 得到。

11、的力值误差也就较大。 发明内容 0003 本发明拟从提高车轮定位测试时受到的力的准确度出发， 同时便于计算串扰系数 和能得到力矩值。 0004 为此， 本发明所采用的技术方案为： 一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方 法， 主要是在车轮测试台上布置力传感器套件， 所述力传感器套件包括呈正方形布置在同 一平面上的四个三向力传感器， 所述三向力传感器的方向分别是X、 Y和Z向， X、 Y和Z向为车 轮的受力方向， 三个方向的力的计算过程如下： 0005 Fx(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kzx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0006 Fy(F。

12、y1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kxy(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kzy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0007 Fz(Fz1+Fz2+Fz3+Fz4)-Kxz(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyz(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0008 式中， Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为常数， Fx1、 Fx2、 Fx3、 Fx4、 Fy1、 Fy2、 Fy3、 Fy4、 Fz1、 Fz2、 Fz3、 Fz4为每个三向力传感器分别在三个方向上力的修正值； 0009 其中每个三向力传感器分别在三个方向上力的修正值为 0010 Fx1kx1fx1； Fx2。

13、kx2fx2； Fx3kx3fx3； Fx4kx4fx4； Fy1ky1fy1； Fy2ky2fy2； 0011 Fy3ky3fy3； Fy4ky4fy4； Fz1kz1fz1； Fz2kz2fz2； Fz3kz3fz3； Fz4kz4fz4； 0012 式中kx1、 kx2、 kx3、 kx4、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4为常数， fx1、 fx2、 fx3、 fx4、 fy1、 fy2、 fy3、 fy4、 fz1、 fz2、 fz3、 fz4为每个三向力传感器分别在三个方向上测得的力值； 0013 三个方向的力矩的计算过程如下： 0014。

14、 0015 0016 0017 式中， Z为平台的高度， W为两个传感器之间的距离。 0018 常数kx1、 kx2、 kx3、 kx4、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4是修正系数， 其中kx1、 kx2、 kx3、 kx4的确定是同时向每个三向力传感器和标准传感器的X方向加载力， 其加载力值从零加载 说明书 1/4 页 4 CN 110686820 A 4 到最大量程， 然后以每个三向力传感器在X方向的力fx1、 fx2、 fx3、 fx4为横坐标， 标准传感器在 X方向的力F为纵坐标分别拟合曲线， 曲线的斜率为修正系数kx1、 kx2、 kx3。

15、、 kx4， 同理可以得到Y 方向的修正系数ky1、 ky2、 ky3、 ky4， Z方向的修正系数kz1、 kz2、 kz3、 kz4。 0019 常数Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为串扰系数， 串扰系数的确定是向力传感器套件和标 准传感器加载力， 其加载力值从零加载到三个方向的最大量程， 然后以X方向的力Fx kx1fx1+kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fyky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ ky4fy4、 Z方向的力Fzkz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4为纵坐标线性拟合出曲线， 得到。

16、曲线斜率 Kx、 Kyx、 Kzx； 再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” Kx(kx1fx1+kx2fx2+ kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” Kx(ky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4)、 Z 方向的力Fz” Kx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的曲线， 得到新的斜率 Kx、 Kyx” 、 Kzx” ； 又再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” KxKx(kx1fx1+ kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y。

17、方向的力Fy” KxKx(ky1fy1+ky2fy2+ ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向的力Fz” KxKx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的 曲线， 得到新的斜率， 这样经过多次加载和拟合， 当得到的拟合斜率越来越趋近于1和0的时 候， 为最佳的串扰系数， 其Kyx、 Kzx为平台X方向上的串扰系数， 用同样的方法得到Kxy、 Kzy为Y 方向上的串扰系数， Kxz、 Kyz为Z方向上的串扰系数。 0020 作为上述方案的优选， 三向力传感器在选择时选择精度达到0.01mm， 且保证四个 三向力传感器型号规格参数一致。 选择型号规格参数一致。

18、的三向力传感器是为了以最大限 度地减小力对力的串扰。 0021 本发明的有益效果： 该计算方法能同时计算车轮定位测试时车轮受到的力和力 矩； 提高了得到的力和力矩的准确度； 能方便地计算串扰系数。 附图说明 0022 图1为本发明的受力示意图。 0023 图2为本发明中修正系数的拟合曲线图。 0024 图3为本发明实施例中串扰系数第一次拟合曲线图。 0025 图4为本发明中实施例中串扰系数最后的拟合曲线图。 具体实施方式 0026 下面通过实施例并结合附图， 对本发明作进一步说明： 0027 本发明提供的一种用于车轮定位的力和力矩的测量计算方法， 主要是在车轮测试 台上布置力传感器套件， 力传。

19、感器套件包括呈正方形布置在同一平面上的四个三向力传感 器， 三个方向的力的计算过程如下： 0028 Fx(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kzx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0029 Fy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kxy(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kzy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0030 Fz(Fz1+Fz2+Fz3+Fz4)-Kxz(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyz(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0031 式中， Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为常数， Fx1、 Fx2、。

20、 Fx3、 Fx4、 Fy1、 Fy2、 Fy3、 Fy4、 Fz1、 Fz2、 Fz3、 Fz4为每个三向力传感器分别在三个方向上力的修正值； 0032 其中每个三向力传感器分别在三个方向上力的修正值为 说明书 2/4 页 5 CN 110686820 A 5 0033 Fx1kx1fx1； Fx2kx2fx2； Fx3kx3fx3； Fx4kx4fx4； Fy1ky1fy1； Fy2ky2fy2； 0034 Fy3ky3fy3； Fy4ky4fy4； Fz1kz1fz1； Fz2kz2fz2； Fz3kz3fz3； Fz4kz4fz4； 0035 式中kx1、 kx2、 kx3、 kx4、。

21、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4为常数， fx1、 fx2、 fx3、 fx4、 fy1、 fy2、 fy3、 fy4、 fz1、 fz2、 fz3、 fz4为每个三向力传感器分别在三个方向上测得的力值； 0036 三个方向的力矩的计算过程如下： 0037 0038 0039 0040 式中， Z为平台的高度， W为两个传感器之间的距离。 0041 常数kx1、 kx2、 kx3、 kx4、 ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4是修正系数， 其中kx1、 kx2、 kx3、 kx4的确定是同时向每个三向力传感。

22、器和标准传感器的X方向加载力， 其加载力值从零加载 到最大量程， 然后以每个三向力传感器在X方向的力fx1、 fx2、 fx3、 fx4为横坐标， 标准传感器在 X方向的力F为纵坐标分别拟合曲线， 曲线的斜率为修正系数kx1、 kx2、 kx3、 kx4， 同理可以得到Y 方向的修正系数ky1、 ky2、 ky3、 ky4， Z方向的修正系数kz1、 kz2、 kz3、 kz4。 0042 常数Kyx、 Kzx、 Kxy、 Kzy、 Kxz、 Kyz为串扰系数， 串扰系数的确定是向力传感器套件和标 准传感器加载力， 其加载力值从零加载到三个方向的最大量程， 然后以X方向的力Fx kx1fx1+。

23、kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fyky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ ky4fy4、 Z方向的力Fzkz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4为纵坐标线性拟合出曲线， 得到曲线斜率 Kx、 Kyx、 Kzx； 再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” Kx(kx1fx1+kx2fx2+ kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” Kx(ky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4)、 Z 方向的力Fz” Kx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4。

24、)为纵坐标线性拟合出新的曲线， 得到新的斜率 Kx、 Kyx” 、 Kzx” ； 又再次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” KxKx(kx1fx1+ kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” KxKx(ky1fy1+ky2fy2+ ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向的力Fz” KxKx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的 曲线， 得到新的斜率， 这样经过多次加载和拟合， 当得到的拟合斜率越来越趋近于1和0的时 候， 为最佳的串扰系数， 其Kyx、 Kzx为平台X方向上的串扰系数，。

25、 用同样的方法得到Kxy、 Kzy为Y 方向上的串扰系数， Kxz、 Kyz为Z方向上的串扰系数。 0043 最好是， 三向力传感器在选择时选择精度达到0.01mm， 且保证四个三向力传感器 型号规格参数一致。 选择型号规格参数一致的三向力传感器是为了以最大限度地减小力对 力的串扰。 0044 实施例 0045 在高度为90mm的车轮测试台上布置力传感器套件， 力传感器套件包括呈边长为 300mm的正方形布置在同一平面上的四个三向力传感器， 力传感器套件的受力示意图， 如图 1所示。 其三个方向的力的计算过程如下： 0046 步骤1： 确定修正系数 0047 向每个三向力传感器和标准传感器的X。

26、方向加载力， 其加载力值从零加载到最大 说明书 3/4 页 6 CN 110686820 A 6 量程， 然后以每个三向力传感器在X方向的力fx1、 fx2、 fx3、 fx4为横坐标， 标准传感器在X方向 的力F为纵坐标分别拟合曲线， 曲线的斜率为修正系数kx1、 kx2、 kx3、 kx4， 如图2所示， 得到修正 系数kx11.005， 同理可得到其他的修正系数ky1、 ky2、 ky3、 ky4、 kz1、 kz2、 kz3、 kz4的值。 0048 步骤2： 计算每个三向力传感器力值的修正值 0049 通过以下公式得到每个三向力传感器力值的修正值： 0050 Fx1kx1fx1； F。

27、x2kx2fx2； Fx3kx3fx3； Fx4kx4fx4； Fy1ky1fy1； Fy2ky2fy2； 0051 Fy3ky3fy3； Fy4ky4fy4； Fz1kz1fz1； Fz2kz2fz2； Fz3kz3fz3； Fz4kz4fz4； 0052 步骤3： 确定串扰系数 0053 向力传感器套件和标准传感器加载力， 其加载力值从零加载到三个方向的最大量 程， 然后以X方向的力Fxkx1fx1+kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的 力Fyky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4、 Z方向的力Fzkz1fz1+kz2fz2+kz。

28、3fz3+kz4fz4为纵坐标线性 拟合出曲线， 如图3所示， 得到的曲线斜率Kx0.9980， Kyx0.00026， Kzx0.0001761； 再 次向力传感器套件和标准传感器加载， 以X方向的力Fx” 0.998(kx1fx1+kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4) 为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” 0.998(ky1fy1+ky2fy2+ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向的力 Fz” 0.998(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的曲线， 得到新的斜率Kx、 Kyx” 、 Kzx” ； 又再次向力传感器套件和标准传感器。

29、加载， 以X方向的力Fx” KxKx(kx1fx1+ kx2fx2+kx3fx3+kx4fx4)为横坐标， 标准传感器的力F、 Y方向的力Fy” KxKx(ky1fy1+ky2fy2+ ky3fy3+ky4fy4)、 Z方向的力Fz” KxKx(kz1fz1+kz2fz2+kz3fz3+kz4fz4)为纵坐标线性拟合出新的 曲线， 得到新的斜率， 这样经过多次加载和拟合， 当得到的拟合斜率越来越趋近于1和0的时 候， 为最佳的串扰系数， 如图4所示， 串扰系数Kyx0.00008008、 Kzx0.000866。 同样的方法 得到其他串扰系数Kxy、 Kzy和Kxz、 Kyz。 0054 步骤。

30、4： 计算车轮定位的三个方向的力值 0055 通过下面公式， 并带入串扰系数， 得到车轮定位的三个方向的力值： 0056 Fx(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kzx(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0057 Fy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)-Kxy(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kzy(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0058 Fz(Fz1+Fz2+Fz3+Fz4)-Kxz(Fx1+Fx2+Fx3+Fx4)-Kyz(Fy1+Fy2+Fy3+Fy4)； 0059 步骤5： 计算车轮定位的三个方向的力矩 0060 通过以下公式， 得到车轮定位的三个方向的力矩： 0061 0062 0063 说明书 4/4 页 7 CN 110686820 A 7 图1 图2 说明书附图 1/3 页 8 CN 110686820 A 8 图3 说明书附图 2/3 页 9 CN 110686820 A 9 图4 说明书附图 3/3 页 10 CN 110686820 A 10 。