專利名稱：方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種測(cè)量汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量 裝置及其測(cè)量方法。
技術(shù)背景方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的參數(shù)，它對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向特別 是回正性能，以及NVH性能都有較大的影響，因此在對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模仿真中，方向 盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是必不可少的參數(shù)之一。在研發(fā)階段，研發(fā)人員需要對(duì)一種甚至多種方 向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行多次測(cè)量，以改進(jìn)方向盤及汽車的性能，但是國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)專門 的針對(duì)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量裝置，現(xiàn)有的一些通用的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，例如 200620093657.8專利公開(kāi)的一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定儀，它包括定盤、動(dòng)盤、對(duì)稱安裝的 一對(duì)滑輪支架、光電門、擋光片、數(shù)字毫秒計(jì)，其特征在于所述的動(dòng)盤為平臺(tái)式載體 動(dòng)盤，所述的滑輪支架為套筒式變向滑輪架。還有01253438. 2專利公開(kāi)的一種測(cè)定 異形物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，由線彈性剛度系數(shù)扭桿、兩均質(zhì)圓盤及支座構(gòu)成， 一均質(zhì) 圓盤固定于扭桿下端，另一均質(zhì)圓盤由支座固定，與圓盤同軸且位于同一水平面上， 此圓盤由底盤及沿底盤外圍突起的環(huán)形體構(gòu)成，環(huán)形體內(nèi)側(cè)壁設(shè)有透光孔，透光孔內(nèi) 裝有光敏時(shí)間測(cè)定儀，沿底盤上與環(huán)形體底部的接合部或環(huán)形體側(cè)壁設(shè)有刻度，固定 于扭桿下端的圓盤外側(cè)壁上與透光孔相對(duì)應(yīng)位置設(shè)有激光發(fā)射器。上述這些測(cè)量裝置 因?yàn)橐獪y(cè)量各種形狀的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此其結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜、成本較高、使用和 維護(hù)都不方便。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用和維護(hù)方便的方向盤轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量測(cè)量裝置。本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置包括一個(gè)剛性基座，基座上剛性固定有一個(gè)端 部可固定待測(cè)方向盤的鋼管，所述鋼管貼有至少一片直角應(yīng)變片，所述直角應(yīng)變片中 的每片應(yīng)變片都與鋼管軸線成45度角，所述直角應(yīng)變片與帶有應(yīng)變測(cè)量模塊的數(shù)據(jù) 采集單元相連。本發(fā)明的測(cè)量原理如下待測(cè)方向盤和鋼管構(gòu)成了一個(gè)質(zhì)量---彈簧系統(tǒng)，當(dāng)給該質(zhì)量---彈簧系統(tǒng)施加一個(gè)脈沖力時(shí)，將會(huì)激勵(lì)起該系統(tǒng)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)，由于該質(zhì)量-一彈簧系統(tǒng)具有一個(gè)固定的自然頻率，因此將在這個(gè)頻率點(diǎn)上出現(xiàn)一個(gè) 共振峰值，這個(gè)頻率峰值可以從快速傅立葉變換的處理結(jié)果(即頻響曲線)上直接讀出來(lái)，由于鋼管的k值可以通過(guò)標(biāo)定得到，因此利用公式/ = 1* 即可求2丌 w出方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m。鋼管與基座的連接端是固定的，不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，但是鋼管固定待測(cè)方向盤的一端是 可以做微小轉(zhuǎn)動(dòng)的，此時(shí)鋼管相當(dāng)于一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧，有一定的扭轉(zhuǎn)剛度，并且在彈性 范圍內(nèi)此剛度為一個(gè)常數(shù)。當(dāng)鋼管端部的待測(cè)方向盤在切向脈沖力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 鋼管上每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生微小的變形，鋼管上貼有的應(yīng)變片可以測(cè)量到這個(gè)微小的變 形，并將測(cè)得的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元進(jìn)行處理。由于鋼管扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生剪切應(yīng)變的 方向?yàn)樾?5度，因此應(yīng)變片必須成直角布置，并且要與鋼管軸線成45度角。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所述鋼管最好貼有兩片位置相對(duì)的直角應(yīng)變片，當(dāng)兩 片直角應(yīng)變片測(cè)得的數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)時(shí)，就說(shuō)明測(cè)量裝置工作正常，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確 可信。所述基座具有一剛性水平支架，所述鋼管垂直固定于水平支架。將鋼管垂直設(shè)置， 測(cè)量時(shí)鋼管所受的扭矩力就完全來(lái)自于測(cè)量人員施加給待測(cè)方向盤的切向脈沖力，而 不受待測(cè)方向盤的重力的影響，因此可以減少囟待測(cè)方向盤質(zhì)量分布不均勻而造成的 測(cè)量偏差，保證測(cè)量精度。所述直角應(yīng)變片貼在鋼管靠近基座的位置處，這樣可以減少鋼管因受待測(cè)方向盤 施加的徑向力而產(chǎn)生形變的影響，使應(yīng)變片僅受切向力的影響，保證測(cè)量結(jié)果精確。所述基座由互相垂直的水平支架和安裝支架固定連接而構(gòu)成，所述鋼管垂直安裝 在水平支架下方，所述安裝支架設(shè)置有用于固定基座的安裝孔，安裝支架與水平支架 之間設(shè)置有加強(qiáng)筋。上述基座可以通過(guò)安裝孔固定在墻上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)固，固定方 便，可以有效減少因?yàn)榛駝?dòng)而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。所述鋼管的上端焊接有法蘭盤，鋼管上端通過(guò)螺栓與水平支架剛性連接；所述鋼 管的下端設(shè)置有螺紋，鋼管下端通過(guò)螺母與及待測(cè)方向盤剛性連接。鋼管與基座、待 測(cè)方向盤之間連接方便、可靠。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出上述方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，該方法關(guān) 鍵在于包括如下步驟A、標(biāo)定鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度a、將標(biāo)定盤裝在鋼管端部；b、向標(biāo)定盤施加切向方向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信號(hào)；C、計(jì)算鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，所述鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度k由公式/, = 1* (1)°'5得出，其中nu為標(biāo)定盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣2;r 附t量，&為利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的標(biāo)定盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率；B、測(cè)量待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測(cè)方向盤裝在鋼管端部； b、向待測(cè)方向盤施加切向方向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信號(hào)；c、計(jì)算待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所述待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Hl2由公式/2 = ^+(i)"計(jì)算得出，其中k為A步驟中得出的鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，f2為 2 ;r /n 2利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的待測(cè)方向盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率。上述標(biāo)定盤是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，具有規(guī)則外形和均勻質(zhì)量的鐵盤，由于其形狀規(guī)則且質(zhì)量均勻，因此其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量flh可通過(guò)公式計(jì)算出來(lái)，然后再用計(jì)算出來(lái)的標(biāo)定盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)求鋼管的實(shí)際扭轉(zhuǎn)剛度k，得到鋼管的實(shí)際扭轉(zhuǎn)剛度k之后即可來(lái)測(cè)量待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m2了。上述施加給標(biāo)定盤(或待測(cè)方向盤)切向方向的脈沖力使標(biāo)定盤(或待測(cè)方向盤) 產(chǎn)生自由振蕩，在數(shù)據(jù)采集單元端即可得到比較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)的振蕩曲線，在施加切 向力時(shí)應(yīng)注意使沖擊力沿標(biāo)定盤(或待測(cè)方向盤)徑向的分量盡可能小，否則將使鋼 管的彎曲變形振動(dòng)疊加在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中，影響峰值的辨識(shí)。本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，因?yàn)槠潆姎庠^少，因 此故障率低，使用和維護(hù)都很方便；本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的測(cè)量方法簡(jiǎn) 單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確，可以代替現(xiàn)有相關(guān)的復(fù)雜測(cè)量裝置，有效提高產(chǎn)品的測(cè)量、 研發(fā)速度。


圖1是實(shí)施例1的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。 實(shí)施例l-如圖l所示，本實(shí)施例的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置包括一個(gè)由互相垂直的水平支 架11和安裝支架12固定連接而構(gòu)成的剛性基座1,水平支架11的下方剛性固定有一個(gè)端部可固定待測(cè)方向盤的鋼管2;所述安裝支架12設(shè)置有用于固定基座1的安裝孔14，安裝支架12與水平支架11之間設(shè)置有斜向的加強(qiáng)筋13;所述鋼管2在靠 近水平支架11的位置處貼有兩片位置相對(duì)的直角應(yīng)變片3 (另一片直角應(yīng)變片在圖 中未畫出)，所述直角應(yīng)變片3中的每片應(yīng)變片都與鋼管2的軸線成45度角；所述直 角應(yīng)變片3與帶有應(yīng)變測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)采集單元相連(數(shù)據(jù)采集單元在圖中未畫出); 所述鋼管2的上端焊接有法蘭盤21，鋼管2上端通過(guò)螺栓與水平支架11剛性連接； 所述鋼管2的下端設(shè)置有螺紋，鋼管2下端通過(guò)螺母與及待測(cè)方向盤剛性連接。在測(cè)量時(shí)，基座1通過(guò)螺栓固定在墻上，以減少因?yàn)榛鵯振動(dòng)而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn) 生的影響。實(shí)施例2:本實(shí)施例為上述實(shí)施例的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括如下步驟A、 標(biāo)定鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度a、將標(biāo)定盤裝在鋼管端部；b、向標(biāo)定盤施加切向方 向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信號(hào)；C、計(jì)算鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，所述鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度k由公式,=1*(_^)。'5得出，其中Ilh為標(biāo)定盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣2;r 附t量，f i為利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的標(biāo)定盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率；B、 測(cè)量待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測(cè)方向盤裝在鋼管端部； b、向待測(cè)方向盤施加切向方向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信號(hào)；c、計(jì)算待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所述待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m2由公式/2 =* (i)n'5計(jì)算得出，其中k為A步驟中得出的鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，f2為 之；r 附2利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的待測(cè)方向盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率。
權(quán)利要求
1、一種方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括一個(gè)剛性基座，基座上剛性固定有一個(gè)端部可固定待測(cè)方向盤的鋼管，所述鋼管貼有至少一片直角應(yīng)變片，所述直角應(yīng)變片中的每片應(yīng)變片都與鋼管軸線成45度角，所述直角應(yīng)變片與帶有應(yīng)變測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)采集單元相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于所述鋼管貼有兩片位 置相對(duì)的直角應(yīng)變片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于所述基座具有--剛性水平支架，所述鋼管垂直固定于水平支架。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于所述直角應(yīng)變片貼在 鋼管靠近基座的位置處。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于所述基座由互相垂直 的水平支架和安裝支架固定連接而構(gòu)成，所述鋼管垂直安裝在水平支架下方，所 述安裝支架設(shè)置有用于固定基座的安裝孔，安裝支架與水平支架之間設(shè)置有加強(qiáng) 筋。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，其特征在于所述鋼管的上端焊接 有法蘭盤，鋼管上端通過(guò)螺栓與水平支架剛性連接；所述鋼管的下端設(shè)置有螺紋， 鋼管下端通過(guò)螺母與及待測(cè)方向盤剛性連接。
7、 一種方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟A、 標(biāo)定鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度a、將標(biāo)定盤裝在鋼管端部；b、向標(biāo)定盤施加切向方 向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信號(hào)；c、計(jì)算鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，所述鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度k由公式,=1* (i)°5得出，其中Hh為標(biāo)定盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣2 ;r 附i量，f i為利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的標(biāo)定盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率；B、 測(cè)量待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測(cè)方向盤裝在鋼管端部； b、向待測(cè)方向盤施加切向方向的脈沖力，利用數(shù)據(jù)采集單元采集鋼管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變信<formula>formula see original document page 2</formula>計(jì)算得出，其中k為A步驟中得出的鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度，f2為2 ;r 附2利用數(shù)據(jù)采集單元采集到的待測(cè)方向盤與鋼管所組成系統(tǒng)的共振頻率。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用和維護(hù)方便的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。該測(cè)量裝置包括一個(gè)剛性基座，基座上剛性固定有一個(gè)端部可固定待測(cè)方向盤的鋼管，所述鋼管貼有至少一片直角應(yīng)變片，所述直角應(yīng)變片中的每片應(yīng)變片都與鋼管軸線成45度角，所述直角應(yīng)變片與帶有應(yīng)變測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)采集單元相連。上述測(cè)量裝置的測(cè)量方法的關(guān)鍵在于包括標(biāo)定鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度和測(cè)量待測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)蓚€(gè)步驟。上述測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，故障率低，使用和維護(hù)都很方便；本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置的測(cè)量方法簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確，可以代替現(xiàn)有相關(guān)的復(fù)雜測(cè)量裝置，有效提高產(chǎn)品的測(cè)量、研發(fā)速度。
文檔編號(hào)G01M1/10GK101532899SQ20091003847
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者珣 張 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司