[发明专利]轮胎-路面三向力测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种轮胎-路面三向力测量装置，包括底板(12)、通过固定连接件(13)安装在所述底板(12)上的接触板(14)及安装在所述底板(12)上的传感器阵列(15)，其特征在于：所述传感器阵列(15)包括阵列支架(16)，所述阵列支架(16)上安装有若干个光纤光栅传感器组(21)，每个所述光纤光栅传感器组(21)包括n个竖直平行排列的光纤光栅传感器(17)，n为大于2的整数，所述光纤光栅传感器(17)包括底座(1)、安装在所述底座(1)上的内杆(2)及安装在所述内杆(2)上的直杆(3)，所述光纤光栅传感器(17)均通过所述底座(1)固定安装在所述阵列支架(16)上，所述传感器阵列(15)还包括光纤光栅解调仪(18)，所述光纤光栅传感器(17)均与所述光纤光栅解调仪(18)相连，所述光纤光栅传感器(17)的直杆(3)均穿过设在所述接触板(14)上的通孔(19)伸出所述接触板(14)的上表面，所述通孔(19)的直径大于所述直杆(3)的直径，所述光纤光栅传感器(17)的所述内杆(2)为镂空结构内杆(2)，所述直杆(3)为悬臂梁结构弹性体，所述直杆(3)上沿直杆轴线方向粘贴有平行的第一光纤光栅(4)和第二光纤光栅(5)，所述第一光纤光栅(4)和所述第二光纤光栅(5)的顶端通过连接导线(6)连接，所述第一光纤光栅(4)的底端连有引入导线(7)，所述第二光纤光栅(5)的底端连有引出导线(8)，所述内杆(2)内部设有与所述内杆轴线方向平行的第三光纤光栅(9)，所述第三光纤光栅(9)的一端通过点胶固定在设在所述内杆(2)上的点胶孔(10)上，所述第三光纤光栅(9)的另一端通过点胶固定在设在所述底座(1)上的点胶孔(10)上，所述第三光纤光栅(9)从所述底座(1)伸出，所述光纤光栅传感器组(21)中，n个所述光纤光栅传感器(17)中位于首端的第一个所述光纤光栅传感器(17)的所述第三光纤光栅(9)与所述引入导线(7)连接，第一个所述光纤光栅传感器(17)的所述引出导线(8)与与第一个所述光纤光栅传感器(17)相邻的第二个所述光纤光栅传感器(17)的引入导线(7)连接，第二个所述光纤光栅传感器(17)的引出导线(8)与与第二个所述光纤光栅传感器(17)相邻的第三个所述光纤光栅传感器(17)的引入导线(7)连接，以此类推，直至第n-1个所述光纤光栅传感器(17)的引出导线(8)与第n个所述光纤光栅传感器(17)的引入导线(7)连接，第n个所述光纤光栅传感器(17)的引出导线(8)与所述光纤光栅解调仪(18)连接，且第二个所述光纤光栅传感器(17)、第三个所述光纤光栅传感器(17)～第n个所述光纤光栅传感器(17)的第三光纤光栅(9)均与所述光纤光栅解调仪(18)连接。

2.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述第三光纤光栅(9)与所述内杆(2)的内壁不接触。

3.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述第一光纤光栅(4)、第二光纤光栅(5)和第三光纤光栅(9)的中心波长均不同。

4.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述内杆(2)通过螺纹连接安装在所述底座(1)上，所述直杆(3)通过螺纹连接安装在所述内杆(2)上。

5.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述直杆(3)的外表面上设有与所述直杆轴线方向平行的两个粘贴面(11)，两个所述粘贴面(11)成90°夹角，所述第一光纤光栅(4)和所述第二光纤光栅(5)分别粘贴在两个所述粘贴面(11)上。

6.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述阵列支架(16)上设有螺孔(20)，所述阵列支架(16)通过螺栓穿过所述螺孔(20)固定在所述底板(12)上。

7.根据权利要求1所述轮胎-路面三向力测量装置，其特征在于：所述固定连接件(13)的两端均通过螺栓分别固定在所述底板(12)和所述接触板(14)上。

8.一种权利要求2～7中任一项所述轮胎-路面三向力测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

A)将所述传感器阵列(15)上的光纤光栅传感器(17)编号为1～n，将所述光纤光栅传感器(17)上的第一光纤光栅(4)、第二光纤光栅(5)和第三光纤光栅(9)分别编号为X、Y、Z，则所述传感器阵列(15)中每个光纤光栅传感器(17)上的第一光纤光栅(4)、第二光纤光栅(5)和第三光纤光栅(9)对应的编号即为X_n、Y_n、Z_n，则与所述光纤光栅解调仪(18)连接的即为Z₂、Z₃……Z_n以及Y_n；

B)当轮胎在所述接触板(14)通孔(19)位置对所述接触板(14)施加三向力后，所述传感器阵列(15)中每个光纤光栅传感器(17)上的第一光纤光栅(4)X_n、第二光纤光栅(5)Y_n和第三光纤光栅(9)Z_n的中心波长均会发生相应变化，通过与所述光纤光栅解调仪(18)连接的Z₂、Z₃……Z_n以及Y_n，使所述光纤光栅解调仪(18)测得所有的中心波长变化，通过中心波长变化与力的关系取得每个光纤光栅传感器(17)与轮胎接触点位置的三向力的大小；

C)根据所述步骤B)中取得的每个光纤光栅传感器(17)与轮胎接触点位置的三向力的大小，通过数据拟合得到所述接触板(14)与所述轮胎接触面上的三向力分布。