CN100487410C - 轮胎动平衡不平衡量的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述轮胎动平衡不平衡量的标定方法，提供建立一种被测轮胎不平衡质量与测得的校正面不平衡力偶量之间的对应线性关系，即得出上述对应量间的标定系数。

Description

轮胎动平衡不平衡量的标定方法

技术领域

本发明涉及轮胎动平衡不平衡量的标定方法，具体地是通过标定不平衡质量与测力传感器实测值间的线性关系，实现利用测试仪器来测量、判定轮胎速度等级的方法。

背景技术

目前国内单位和家庭购买汽车的数量大幅增长，对于汽车轮胎使用寿命的质量标准提出了更高要求。

汽车用轮胎是一种筒状断面的圆环型可旋转体，其是由多层带有钢丝帘线的橡胶预制材料、复合橡胶预制材料经贴合、成型、硫化定型加工而成。所述结构的轮胎，其构成材料不可避免地存在着分布不均或质量中心与轮胎的几何中心不重合(所谓的质量偏心)等问题，也就是常说的轮胎不平衡量。根据相关力学原理，存在一定程度质量偏心的轮胎，在高速旋转情况下必定会产生交变的径向力，从而会引起汽车的振动或噪声，也会影响到汽车运行的速度、舒适度或平稳度。如果轮胎的不平衡量过大，严重的还会损坏汽车零部件，甚至会引发交通事故。

现有轮胎制造过程中对于轮胎不平衡量的检测，是必须和关键的一个流程。如申请号为02106779，用于测量轮胎均匀性和/或动平衡的设备和方法的专利，其设备包括一根可转动地支承在一个被刚性支承的主轴壳体中的主轴，所述轮胎固定地安装在所述主轴上，当测量进行时，所述主轴被转动；以及至少一个安装在所述主轴壳体上的压电式力传感器，当所述主轴转动时，所述至少一个压电式力传感器检测轮胎转动产生的力。

如上述专利所披露的检测装置和方法，并未揭示和说明对于不同轮胎的不平衡质量分布与传感器实测值间的线性关系，也就是其通用性较差，或者说需要就每次针对不同轮胎的不平衡量分布进行测算和传感器实测值的校正操作，否则将会造成检测数据的误差较大。失去检测的意义。

发明内容

本发明所述轮胎动平衡不平衡量的标定方法，其目的旨在解决上述问题和不足而提供建立一种被测轮胎不平衡质量与测得的校正面不平衡质量之间的对应线性关系，即得出上述对应量间的标定系数。

如本发明所述的标定方法，一旦所使用的动平衡试验机安装到位，其自身的标定系数是一致的，也就是无论检测何种类型的轮胎、或是存在何种级别不平衡量的轮胎，均可通过所述标定方法的标定系数、结合实测的校正面不平衡质量，以数值的形式反映出轮胎上、下平面的不平衡量及相位，从而得出量化的轮胎不平衡质量。

本发明所述的标定方法，其用于轮胎动平衡试验机上。轮胎动平衡试验机所测出的静不平衡量、不平衡力偶量、上下两平面的不平衡量及相位，可通过以下方程式标定出轮胎的不平衡质量。

本发明所述的标定方法，对于相同的轮胎动平衡试验机，其标定系数设定为k1、k2、k3、k4，而且其标定***是确定不变的，无论被测轮胎的不平衡质量(设定为m)怎样变化。

所以，可以通过选择任一被测轮胎来测算出上述标定系数k1、k2、k3、k4。具体地：

第一步，推导出上、下校正面的离心力与测力传感器实测值间的对应线性关系。即，

根据力矩平衡原理，上、下校正面求矩的结果应为0，因而可以建立被测轮胎在上校正面所产生的离心力F_s，分别与上、下力传感器实测值的N_s、N_x之间的线性关系表达式；以及，被测轮胎在下校正面所产生的离心力Fx，分别与上、下力传感器实测值的N_s、N_x之间的线性关系表达式。

第二步，通过被测轮胎上、下校正面产生的离心力F_S、F_X计算出轮胎偏心质量m。

第三步，通过轮胎质量偏心m，确立被测轮胎上、下校正面的不平衡质量m_s、m_x与力传感器实测得不平衡力N之间的线性关系，(包括N_S、N_X)之间的对应关系，即标定系数k1、k2、k3、k4。

如上所述，通过标定系数k1、k2、k3、k4，可以确定被测轮胎不平衡质量m与力传感器实测得不平衡力N之间的线性关系。

确定标定系数k1、k2、k3、k4的数值，可以利用上述m与N之间的线性关系，通过多次在上校正面、下校正面加装一定质量的、加装角度相同的砝码、以一定的转速实际测得的不平衡力N来计算出来。

标定系数k1、k2、k3、k4数值一旦确定，即可针对同一规格的轮胎进行测试和判定，所得出的轮胎不平衡质量是量化的数值，因而对于轮胎的不平衡校正具有直接的指导作用，为轮胎产生不平衡量的原因进行分析，提高轮胎质量，提供了理论依据。而且，上述标定系数k1、k2、k3、k4一经确定，即可实现有效缩短轮胎测量时间和减小测试次数，从而相应地提高了轮胎检测效率、降低生产成本。

附图说明

图1是动平衡试验机的主要结构示意图。

如图1所示，应用本发明所述轮胎动平衡不平衡量的标定方法的动平衡试验机，主要包括有下轮辋1，上轮辋2，砝码3，上校正面4，轮胎5，下校正面6，上轮辋卡紧机构7，上力传感器8，主轴支承9，下力传感器10、旋转编码器11。其中，

N_s是上力传感器实测值，

N_x是下力传感器实测值，

A是两个力传感器之间的距离，

B是上传感器到下轮辋下表面的距离，

C是轮胎的胎面宽度(也就是上、下轮辋间的工作距离)，

r是上、下校正面(轮辋)的半径。

具体实施方式：

实施例1，结合图1所示的动平衡试验机结构，本发明所述的轮胎动平衡不平衡量的标定方法，在确定并安装到位动平衡试验机后，选择任一具有偏心质量m的被测轮胎，首先建立标定系数k与被测轮胎不平衡质量m、以及实测得不平衡力N之间的线性数学表达式，其线性模型推导过程是：

第一步，如图1所示，根据力矩平衡原理，对上、下校正面分别求矩，并计算出被测轮胎上、下校正面产生的离心力。

即对上校正面求矩，其结果应为0，即∑Ms＝0。解得：

$F_x=\frac{B+C}{C}{N}_s-\frac{A+B+C}{C}{N}_x---\left(1\right)$

其中，F_x是被测轮胎分解到下校正面的离心力。

再对下校正面求矩，其结果应为0，即∑Mx＝0。解得：

$F_s=\frac{A+B}{C}{N}_x-\frac{B}{C}{N}_s---\left(2\right)$

其中，F_s是被测轮胎分解到上校正面的离心力。

第二步，通过被测轮胎分解到上、下校正面的离心力，有：

F＝F_s+F_x            (3)

其中，F是偏心质量m在半径为r轮辋处产生的离心力。

根据离心力产生原理，可计算出轮胎质量偏心m；

m＝F/rω²           (4)

r是上、下校正的半径，

ω是轮胎旋转的角速度，逆时针旋转力矩为正，顺时针旋转力矩为负；

第三步，通过轮胎偏心质量m，确立被测轮胎等效分解到校正面的质量m_s、m_x与传感器实测得不平衡力N_s、N_x之间的线性关系，即标定系数k；

将上述方程(1)、(2)、(3)、(4)式联立，建立以下线性关系的表达式

$\left\{\begin{array}{c}{m}_s=k_1{N}_s+k_2{N}_x\\ m_x=k_3{N}_s+k_4{N}_x\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中：

m_s是被测轮胎分解到上校正面的不平衡质量，

m_x是被测轮胎分解到下校正面的不平衡质量，

k1、k2、k3、k4是所述的标度变换系数，即标定系数。

通过如上所述的线性模型推导过程，标定系数k1、k2、k3、k4对于特定具体的动平衡试验机来说是确定不变的，无论被测轮胎的不平衡质量m怎样变化。

因而，只需测算出标定系数k1、k2、k3、k4，即可用数值的形式来表达出被测轮胎上、下校正面的不平衡质量m_s、m_x。

以下是测算标定系数k1、k2、k3、k4的具体流程：

第一步，仅安装被测轮胎的测试取值。

将被测轮胎安装在上、下轮辋之间，并在200-1000rpm之间选择某一转速进行旋转，测得轮胎和主轴***的整体不平衡量，即整体不平衡量对应上、下传感器的实测为N_s0、N_x0。测得上述实测值后，即停止旋转。

第二步，在上校下面加一定质量砝码后的测试取值。

在上校正面加质量为ml(一般为50-200g)的砝码，然后仍上步骤的转速进行旋转，测得加装砝码后的轮胎和主轴***的整体不平衡量，即对应上、下传感器的实测值N_ss、N_xs。

测得上述实测值后，即停止旋转。

根据上述方程式(5)，可以得出

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1(N_{\mathrm{ss}}-N_{s0})+k_2(N_{\mathrm{xs}}-N_{x0})=m1\\ k_3(N_{\mathrm{ss}}-N_{s0})+k_4(N_{\mathrm{xs}}-N_{x0})=0\end{array}\right.---\left(6\right)$

上述表达式中有4个未知量k1、k2、k3、k4，尚不能解算出具体值，因而还需再取一组数值。

第三步，在下校下面加一定质量砝码后的测试取值。

从上校正面取下质量为ml的砝码加在下校正面的同一角度上，并采用与上步相同的转速旋转，测得加装砝码后的轮胎和主轴***的整体不平衡量，即对应上、下传感器的实测值N_sx、N_xx。测得上述实测值后，即停止旋转。

基于相同原理，根据方程式(5)，可以得出

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1(N_{\mathrm{sx}}-N_{s0})+k_2(N_{\mathrm{xx}}-N_{x0})=0\\ k_3(N_{\mathrm{sx}}-N_{s0})+k_4(N_{\mathrm{xx}}-N_{x0})=m1\end{array}\right.---\left(7\right)$

实际上，N_s0、N_x0、N_ss、N_xs、N_sx、N_xx、ml均为已知值，因而可将方程组(6)、(7)联立，

设N_ss-N_s0＝T1，N_xs-N_x0＝T2，N_sx-N_s0＝T3，N_xx-N_x0＝T4，从而可以解得：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1=m{\mathrm{lT}}_4/(T_1{T}_4-T_2{T}_3)\\ k_2=m{\mathrm{lT}}_3/(T_2{T}_3-T_1{T}_4)\\ k_3=m{\mathrm{lT}}_2/(T_2{T}_3-T_1{T}_4)\end{array}\right.$

k₄＝mlT₁/(T₁T₄-T₂T₃)

此时所求得的标定系数k1、k2、k3、k4是实际测算值。

应用上述动平衡试验机，对于同一规格的被测轮胎均可通过方程式(5)，并根据标定系数k1、k2、k3、k4，以及上、下力传感器实测值N_s、N_x，最终确定被测轮胎上、下校正面的不平衡质量m_s、m_x，可计算出轮胎不平衡量m。

Claims (5)

1、一种轮胎动平衡不平衡量的标定方法，其应用于轮胎动平衡试验机上，其特征在于：设定基于轮胎动平衡试验机的标定系数是k1、k2、k3、k4，标定系数对于相同规格的轮胎是确定不变的；

所述的标定方法，对于某一轮胎动平衡试验机，装卡轮胎后，在将砝码安装到校正面后传感器实际测得的不平衡力N，包括所述动平衡试验机的上、下力传感器实测值N_s、N_x，以及被测轮胎不平衡质量m产生的离心力F，被等效分解到轮胎上、下校正面的离心力F_s、F_x，来确定标定系数k1、k2、k3、k4的具体数值，所述的标定方法包括以下两个流程，即确定被测轮胎不平衡质量m产生的离心力F与传感器实测得不平衡力N之间的线性关系；以及，应用上述F与N之间的线性关系，通过在所述动平衡试验机的上、下校正面分别加装一定质量和固定角度的相同砝码、并以相同的转速旋转而实际测得的不平衡力N来计算出标定系数k1、k2、k3、k4的具体数值。

2、根据权利要求1所述的轮胎动平衡不平衡量的标定方法，其特征在于：所述的确定被测轮胎不平衡质量m产生的离心力F与实测得不平衡力N之间线性关系的流程是：

第一步，根据力矩平衡原理，对上、下校正面分别求矩，并计算出被测轮胎分解到上、下校正面的离心力；

即对上校正面求矩，其结果应为0，即∑Ms＝0，解得

$F_x=\frac{B+C}{C}{N}_s-\frac{A+B+C}{C}{N}_x---\left(1\right)$

其中，F_x是被测轮胎分解到下校正面的离心力，

A是两个力传感器之间的距离，

B是上传感器到下轮辋下表面的距离，

C是轮胎的胎面宽度，也就是上、下轮辋间的工作距离；

再对下校正面求矩，其结果应为0，即∑Mx＝0；解得：

$F_s=\frac{A+B}{C}{N}_x-\frac{B}{C}{N}_s---\left(2\right)$

其中，F_s是被测轮胎分解到上校正面的离心力；

第二步，通过被测轮胎分解到上、下校正面的离心力，有：

F＝F_s+F_x             (3)

其中，F是偏心质量m在半径为r轮辋处产生的离心力；

根据离心力产生原理，可计算出轮胎质量偏心m；

m＝F/rω²                     (4)

r是上、下校正的半径，

ω是轮胎旋转的角速度，逆时针旋转力矩为正，顺时针旋转力矩为负；

第三步，通过轮胎偏心质量m，确立被测轮胎等效分解到校正面的质量m_s、m_x与传感器实测得不平衡力N_s、N_x之间的线性关系，即标定系数k；

将上述方程(1)、(2)、(3)、(4)式联立，建立以下线性关系的表达式

$\left\{\begin{array}{c}{m}_s=k_1{N}_s+k_2{N}_x\\ m_x=k_3{N}_s+k_4{N}_x\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中：

m_s是被测轮胎等效分解上校正面的不平衡质量，

m_x是被测轮胎等效分解下校正面的不平衡质量，

k1、k2、k3、k4是所述的标度变换系数，即标定系数。

3、根据权利要求2所述的轮胎动平衡不平衡量的标定方法，其特征在于：具体地测算标定系数k1、k2、k3、k4的流程是：

第一步，仅安装被测轮胎的测试取值；

将被测轮胎安装在上、下轮辋之间，并在200-1000rpm之间选择某一转速进行旋转，测得轮胎和主轴***的整体不平衡量，即整体不平衡量对应上、下传感器的实测为N_s0、N_x0；测得上述实测值后，即停止旋转；

第二步，在上校下面加一定质量砝码后的测试取值；

在上校正面加质量为ml，为50-200g的砝码，然后仍上步骤的转速进行旋转，测得加装砝码后的轮胎和主轴***的整体不平衡量，即对应上、下传感器的实测值N_ss、N_xs；

测得上述实测值后，即停止旋转；

根据上述方程式(5)，得出

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1(N_{\mathrm{ss}}-N_{s0})+k_2(N_{\mathrm{xs}}-N_{x0})=m1\\ k_3(N_{\mathrm{ss}}-N_{s0})+k_4(N_{\mathrm{xs}}-N_{x0})=0\end{array}\right.---\left(6\right)$

第三步，在下校下面加一定质量砝码后的测试取值；

从上校正面取下质量为ml的砝码加在下校正面的同一角度上，并采用与上步相同的转速旋转，测得加装砝码后的轮胎和主轴***的整体不平衡量，即对应上、下传感器的实测值N_sx、N_xx，测得上述实测值后，即停止旋转；

基于相同原理，根据方程式(5)，得出

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1(N_{\mathrm{sx}}-N_{s0})+k_2(N_{\mathrm{xx}}-N_{x0})=0\\ k_3(N_{\mathrm{sx}}-N_{s0})+k_4(N_{\mathrm{xx}}-N_{x0})=m1\end{array}\right.---\left(7\right)$

实际上，N_s0、N_x0、N_ss、N_xs、N_sx、N_xx、ml均为已知值，因而可将方程组(6)、(7)联立，

设N_ss-N_s0＝T1，N_xs-N_x0＝T2，N_sx-N_s0＝T3，N_xx-N_x0＝T4，从而可以解得：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1=m1T_4/(T_1{T}_4-T_2{T}_3)\\ k_2=m1T_3/(T_2{T}_3-T_1{T}_4)\\ k_1=m1T_2/(T_2{T}_3-T_1{T}_4)\\ k_4=m1T_1/(T_1{T}_4-T_2{T}_3)\end{array}\right..$

4、根据权利要求3所述的轮胎动平衡不平衡量的标定方法，其特征在于：在所述实际测得标定系数k1、k2、k3、k4的过程中，将所述动平衡试验机的上、下校正面的量标定半径r为相同数值；以及将同一砝码分别按相同的角度加装在上、下校正面上。

Images