[发明专利]应变式胎路三向应力测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种应变式胎路三向应力测量装置及其测量方法，装置包括:弹性敏感元件,其包括基座、设置在基座上的基台以及设置在基台上的受力部件,受力部件侧壁上开设有贯穿径向的结构孔；盖子,其与基座配合,盖子上设置有与受力部件对应的通孔；多组惠斯通电桥,包括测量应变片和温度补偿应变片,测量应变片设置在受力部件的外侧壁上；应变测量仪,其与多组惠斯通电桥的输出端分别通过线路连通；以及数据处理装置,其包括与应变测量装置电气连接的处理器以及与处理器电气连接的显示器；以及利用上述装置测量三向应力的方法。本发明减少了三向接触应力分布不均匀对测量结果的影响，同时受力部分为接近连续的平整表面，测量方法消除了维间耦合。

技术领域

本发明涉及测力传感的技术领域，具体涉及一种应变式胎路三向应力测量装置及其测量方法。

背景技术

车辆的载重、牵引、操作所需要的力都发生在轮胎与路面的接触面上，要找到轮胎与路面最有利的接触条件、评定胎面花纹的结构性能、降低胎面磨耗、提高车辆操作稳定性等，都必须分析轮胎接触地面产生的三向力，即牵引力、侧向力、垂直力。车辆行驶过程中轮胎与道路接触区域的三向应力分布情况与汽车工业和道路交通有直接的关系，是汽车整车性能研究、零部件开发和路面结构设计、寿命延长的重要参数。

轮胎—道路三向接触应力在接触区域的分布是不均匀的，为了减少应力分布不均匀对测量结果的影响，测量装置的受力面积应尽可能地小(这样也使得单位面积上可以布置更多数目的传感器)；同时为了更好地模拟轮胎与道路之间的接触，装置的受力部分应能尽可能地为连续的平整表面。

轮胎—道路三向接触应力测量的难点之一在于传感器测量三向力时的维间耦合，即任一方向的分力会影响到其他两个方向分力的输出信号。专利申请号为201810687655.9的发明专利公开了一种《轮胎—道路三向力测量传感器》，该传感器属于应变式传感器，设计了一种一体化的弹性体，这种设计没有完全消除三向力之间的维间耦合，且其受力部分不是为连续平整的表面。专利申请号为201710735135.6的发明专利公开了一种《轮胎—路面三向力测量装置及其测量方法》，该测量装置采用是光栅光纤传感器，光栅光纤传感器结构紧凑，测量接触应力时可在单位面积上布置更多数目的传感器，不过传感器没有完全消除维间耦合的影响。

综上所述，传感器的弹性敏感元件往往是一体化设计，仅仅从结构方面考虑来消除维间耦合使得设计变得复杂，难以得到结构紧凑，适宜于轮胎—道路三向接触应力的装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种应变式胎路三向应力测量装置，该胎路三向应力测量装置能为轮胎提供连续的平整表面且能尽可能地消除三向力之间的维间耦合。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种应变式胎路三向应力测量装置，包括:

弹性敏感元件,其包括基座、设置在所述基座上的基台以及设置在所述基台上并向上延伸且凸出于所述基座顶面的受力部件,所述基座、所述基台以及受力部件一体化连接，所述受力部件为柱体且其侧壁上开设有贯穿径向的结构孔；

盖子,其形状与所述基座的形状配合,所述盖子上设置有与所述受力部件对应的通孔,当所述盖子盖合在所述基座上,所述受力部件从所述通孔中露出且所述受力部件的顶面与所述盖子的顶面平齐；

多组惠斯通电桥,每组所述惠斯通电桥包括测量应变片和温度补偿应变片,所述测量应变片设置在所述受力部件结构孔之间的外侧壁上,所述温度补偿应变片设置在所述基台的顶面上；

应变测量仪,其与所述多组惠斯通电桥的输出端分别通过线路连通；以及

数据处理装置,其包括处理器以及与所述处理器电气连接的显示器,所述处理器还与所述应变测量装置电气连接,用于接收所述应力测量仪测量获得的数据。