專利名稱：方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種測量汽車方向盤轉(zhuǎn)動慣量的測量 裝置及其測量方法。
技術(shù)背景方向盤的轉(zhuǎn)動慣量是汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計中一個很重要的參數(shù)，它對車輛的轉(zhuǎn)向特別 是回正性能，以及NVH性能都有較大的影響，因此在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模仿真中，方向 盤的轉(zhuǎn)動慣量是必不可少的參數(shù)之一。在研發(fā)階段，研發(fā)人員需要對一種甚至多種方 向盤的轉(zhuǎn)動慣量進行多次測量，以改進方向盤及汽車的性能，但是國內(nèi)目前尚無專門 的針對方向盤轉(zhuǎn)動慣量的測量裝置，現(xiàn)有的一些通用的測量轉(zhuǎn)動慣量的裝置，例如 200620093657.8專利公開的一種轉(zhuǎn)動慣量測定儀，它包括定盤、動盤、對稱安裝的 一對滑輪支架、光電門、擋光片、數(shù)字毫秒計，其特征在于所述的動盤為平臺式載體 動盤，所述的滑輪支架為套筒式變向滑輪架。還有01253438. 2專利公開的一種測定 異形物體轉(zhuǎn)動慣量的裝置，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) 裝有光敏時間測定儀，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)壁上與透光孔相對應(yīng)位置設(shè)有激光發(fā)射器。上述這些測量裝置 因為要測量各種形狀的物體的轉(zhuǎn)動慣量，因此其結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜、成本較高、使用和 維護都不方便。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用和維護方便的方向盤轉(zhuǎn) 動慣量測量裝置。本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置包括一個剛性基座，基座上剛性固定有一個端 部可固定待測方向盤的鋼管，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)變測量模塊的數(shù)據(jù) 采集單元相連。本發(fā)明的測量原理如下待測方向盤和鋼管構(gòu)成了一個質(zhì)量---彈簧系統(tǒng)，當(dāng)給該質(zhì)量---彈簧系統(tǒng)施加一個脈沖力時，將會激勵起該系統(tǒng)在整個頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)，由于該質(zhì)量-一彈簧系統(tǒng)具有一個固定的自然頻率，因此將在這個頻率點上出現(xiàn)一個 共振峰值，這個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，由于鋼管的k值可以通過標(biāo)定得到，因此利用公式/ = 1* 即可求2丌 w出方向盤的轉(zhuǎn)動慣量m。鋼管與基座的連接端是固定的，不會轉(zhuǎn)動的，但是鋼管固定待測方向盤的一端是 可以做微小轉(zhuǎn)動的，此時鋼管相當(dāng)于一個扭轉(zhuǎn)彈簧，有一定的扭轉(zhuǎn)剛度，并且在彈性 范圍內(nèi)此剛度為一個常數(shù)。當(dāng)鋼管端部的待測方向盤在切向脈沖力的作用下轉(zhuǎn)動時， 鋼管上每一點都會產(chǎn)生微小的變形，鋼管上貼有的應(yīng)變片可以測量到這個微小的變 形，并將測得的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元進行處理。由于鋼管扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生剪切應(yīng)變的 方向為斜45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。為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所述鋼管最好貼有兩片位置相對的直角應(yīng)變片，當(dāng)兩 片直角應(yīng)變片測得的數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)時，就說明測量裝置工作正常，測量結(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， 測量時鋼管所受的扭矩力就完全來自于測量人員施加給待測方向盤的切向脈沖力，而 不受待測方向盤的重力的影響，因此可以減少囟待測方向盤質(zhì)量分布不均勻而造成的 測量偏差，保證測量精度。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)置有加強筋。上述基座可以通過安裝孔固定在墻上，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)固，固定方 便，可以有效減少因為基座振動而對測量結(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，鋼管下端通過螺母與及待測方向盤剛性連接。鋼管與基座、待 測方向盤之間連接方便、可靠。本發(fā)明的第二個目的是提出上述方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的測量方法，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；C、計算鋼管的扭轉(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、測量待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測方向盤裝在鋼管端部； b、向待測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；c、計算待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量，所述待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量Hl2由公式/2 = ^+(i)"計算得出，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)過機械加工，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)動慣量flh可通過公式計算出來，然后再用計算出來的標(biāo)定盤的轉(zhuǎn)動慣量來求鋼管的實際扭轉(zhuǎn)剛度k，得到鋼管的實際扭轉(zhuǎn)剛度k之后即可來測量待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量m2了。上述施加給標(biāo)定盤(或待測方向盤)切向方向的脈沖力使標(biāo)定盤(或待測方向盤) 產(chǎn)生自由振蕩，在數(shù)據(jù)采集單元端即可得到比較長時間的連續(xù)的振蕩曲線，在施加切 向力時應(yīng)注意使沖擊力沿標(biāo)定盤(或待測方向盤)徑向的分量盡可能小，否則將使鋼 管的彎曲變形振動疊加在扭轉(zhuǎn)振動中，影響峰值的辨識。本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，因為其電氣元件較少，因 此故障率低，使用和維護都很方便；本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的測量方法簡 單、操作方便、測量準(zhǔn)確，可以代替現(xiàn)有相關(guān)的復(fù)雜測量裝置，有效提高產(chǎn)品的測量、 研發(fā)速度。


圖1是實施例1的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。 實施例l-如圖l所示，本實施例的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置包括一個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端部可固定待測方向盤的鋼管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下端通過螺母與及待測方向盤剛性連接。在測量時，基座1通過螺栓固定在墻上，以減少因為基座l振動而對測量結(jié)果產(chǎn) 生的影響。實施例2:本實施例為上述實施例的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的測量方法，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；C、計算鋼管的扭轉(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、 測量待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測方向盤裝在鋼管端部； b、向待測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；c、計算待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量，所述待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量m2由公式/2 =* (i)n'5計算得出，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)動慣量測量裝置，其特征在于該裝置包括一個剛性基座，基座上剛性固定有一個端部可固定待測方向盤的鋼管，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)動慣量測量裝置，其特征在于所述鋼管貼有兩片位 置相對的直角應(yīng)變片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置，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)動慣量測量裝置，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)動慣量測量裝置，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 筋。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置，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， 鋼管下端通過螺母與及待測方向盤剛性連接。
7、 一種方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的測量方法，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；c、計算鋼管的扭轉(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、 測量待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量a、卸下標(biāo)定盤，將待測方向盤裝在鋼管端部； b、向待測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)簡單、成本低、使用和維護方便的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置及其測量方法。該測量裝置包括一個剛性基座，基座上剛性固定有一個端部可固定待測方向盤的鋼管，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)變測量模塊的數(shù)據(jù)采集單元相連。上述測量裝置的測量方法的關(guān)鍵在于包括標(biāo)定鋼管的扭轉(zhuǎn)剛度和測量待測方向盤的轉(zhuǎn)動慣量兩個步驟。上述測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，故障率低，使用和維護都很方便；本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)動慣量測量裝置的測量方法簡單、操作方便、測量準(zhǔn)確，可以代替現(xiàn)有相關(guān)的復(fù)雜測量裝置，有效提高產(chǎn)品的測量、研發(fā)速度。
文檔編號G01M1/10GK101532899SQ20091003847
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者珣 張 申請人:奇瑞汽車股份有限公司