專利名稱：輪胎測(cè)試機(jī)使用的多分力測(cè)量主軸單元校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在輪胎測(cè)試機(jī)中，在該輪胎的支承軸部分同時(shí)測(cè)定從作為檢測(cè)對(duì)象的輪胎產(chǎn)生的多個(gè)方向的負(fù)荷的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法。
背景技術(shù)：
目前，在測(cè)定處于行進(jìn)狀態(tài)的輪胎的動(dòng)態(tài)特性、例如輪胎的滾動(dòng)阻力等時(shí)，使用輪胎測(cè)試機(jī)。這樣的輪胎測(cè)試器中具備將作為檢測(cè)對(duì)象的輪胎旋轉(zhuǎn)自如地支承于主軸，并且可在主軸部分同時(shí)測(cè)定由輪胎產(chǎn)生的多方向的負(fù)荷的多分力測(cè)量主軸單元。安裝于該多分力測(cè)量主軸單元的輪胎保持規(guī)定的負(fù)荷在輪胎測(cè)試機(jī)具備的行進(jìn)圓筒的外周接地，在輪胎的外傾角或滑移角及接地負(fù)荷等各種條件下通過在多分力測(cè)量主軸單元具備的“多分力測(cè)量傳感器(負(fù)載傳感器)”同時(shí)檢測(cè)對(duì)主軸作用的各方向的負(fù)荷。然后，根據(jù)求出的測(cè)量負(fù)荷算出作用于輪胎的真實(shí)負(fù)荷。另外，本說明書中，在表現(xiàn)為“負(fù)荷”時(shí)，也包括力矩。例如，若將向行進(jìn)圓筒按壓輪胎的方向設(shè)為ζ軸，將輪胎行進(jìn)方向設(shè)為χ軸，將輪胎旋轉(zhuǎn)軸芯(主軸軸芯)方向設(shè)為y 軸，則作為作用于輪胎的真實(shí)負(fù)荷，具有輪胎接地負(fù)荷1 、輪胎滾動(dòng)阻力Fx(牽引力)、輪胎側(cè)力Fy (轉(zhuǎn)向力)、作為繞ζ軸的力矩的自動(dòng)回正力矩Mz、作為繞χ軸的力矩的傾覆力矩 Mx、作為繞y軸的力矩的滾動(dòng)阻力力矩My。但是，作為這樣的在多分力測(cè)量主軸單元具備的“多分力測(cè)量傳感器”具有多種構(gòu)成，例如在專利文獻(xiàn)1 4所公開。專利文獻(xiàn)1 (日本)特開昭57-169643號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 (日本)特開昭52-133270號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 美國專利第4，821，582號(hào)說明書例如，通過使用采用了專利文獻(xiàn)1公開的負(fù)載傳感器的主軸單元，可測(cè)量由輪胎引起的在主軸的6分力。但是，專利文獻(xiàn)1公開的主軸單元中，因?yàn)檩喬ヘ?fù)荷作用于偏離多分力測(cè)量傳感器本體的位置，所以作用于分力測(cè)量傳感器的力矩變大，可能得不到充分的耐負(fù)荷的狀況。另一方面，專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3的多分力測(cè)量傳感器不能避免專利文獻(xiàn)1的多分力測(cè)量傳感器具有的難點(diǎn)。S卩，專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3的主軸單元中，在主軸的軸芯方向保持規(guī)定距離配備兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器，特別是在專利文獻(xiàn)3的主軸單元中，形成將兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器通過高剛性的圓筒部件(套筒)結(jié)合的構(gòu)造，可縮小作用于多分力測(cè)量傳感器的力矩等， 可得到充分的耐負(fù)荷性。但是，如果為這樣的主軸單元構(gòu)造，則成為在兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器間約束平移和旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，換言之，為不穩(wěn)定狀態(tài)或過約束狀態(tài)。其結(jié)果為，在進(jìn)行輪胎測(cè)試時(shí)，由兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器測(cè)量的測(cè)量負(fù)荷不能單純根據(jù)外力的平衡條件而求解，由圓筒部件及多分力測(cè)量傳感器的剛性的關(guān)系決定的翹曲或翹曲角的條件也影響多分力測(cè)量傳感器的測(cè)量負(fù)荷。為了減輕這樣的影響(惡劣影響)，也考慮多分力測(cè)量傳感器和圓筒部件一體化的構(gòu)造，但是，存在加工成本增高、維修繁雜等課題。若為分割構(gòu)造，則具有通過只將問題處更換便可繼續(xù)使用的維修容易性是非常優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)閮蓚€(gè)多分力測(cè)量傳感器和圓筒部件成為高剛性的過度約束狀態(tài)，所以專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3的主軸單元這樣的構(gòu)造存在易于受熱影響的問題。S卩，這樣的主軸單元即使產(chǎn)生稍微的熱應(yīng)變，在單元內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生大的內(nèi)力。具體而言，支承主軸的軸承成為熱源，其熱量傳導(dǎo)至單元整體，產(chǎn)生溫度分布。其結(jié)果為，主軸單元產(chǎn)生變形，其熱變形作為強(qiáng)制變形力作用于多分力測(cè)量傳感器，與輪胎負(fù)荷無關(guān)的負(fù)荷從多分力測(cè)量傳感器輸出，該影響表現(xiàn)為測(cè)量誤差。如上所述，在將兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器配置在沿主軸軸芯方向分離的位置并將各多分力測(cè)量傳感器安裝于圓筒部件等的構(gòu)成的主軸單元中，由于過約束的影響或熱變形的影響，產(chǎn)生難以高精度檢測(cè)在輪胎產(chǎn)生的負(fù)荷(平移負(fù)荷及力矩)的狀況。作為用于避免這樣的狀況的裝置，在輪胎測(cè)試前，對(duì)多分力測(cè)量主軸單元進(jìn)行校正(進(jìn)行校正測(cè)試)非常有效。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明鑒于上述問題而提出，其目的在于提供一種多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，在沿主軸芯方向分離的位置具備兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的多分力測(cè)量主軸單元中，可高精度檢測(cè)在輪胎產(chǎn)生的平移負(fù)荷及力矩。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明尋求了下面的技術(shù)發(fā)明。本發(fā)明提供一種多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，適用于輪胎測(cè)試方法，其包括 測(cè)量工序，使用多分力測(cè)量主軸單元，測(cè)量作用于所述主軸的負(fù)荷，其中，所述多分力測(cè)量主軸單元具備能夠安裝測(cè)試用輪胎的主軸、經(jīng)由軸承部將該主軸支承為旋轉(zhuǎn)自如的殼體、 設(shè)于沿所述主軸的軸芯方向分離的位置并固定于殼體且能夠測(cè)量作用于所述主軸的負(fù)荷的兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器；計(jì)算工序，使用由該測(cè)量工序得到的測(cè)量負(fù)荷矢量和作用于該測(cè)量負(fù)荷矢量的變換矩陣，求出作用于所述輪胎的真實(shí)負(fù)荷矢量，所述多分力測(cè)量主軸單元的校正方法的特征在于，還具有校正工序，在所述計(jì)算工序之前，在多個(gè)線性無關(guān)的測(cè)試條件下對(duì)測(cè)量負(fù)荷矢量進(jìn)行測(cè)量，且基于得到的測(cè)量負(fù)荷矢量校正所述變換矩陣。根據(jù)該發(fā)明，能夠可靠地進(jìn)行多分力測(cè)量主軸單元的校正，換言之，在求作用于測(cè)試用的輪胎作用的真實(shí)負(fù)荷時(shí)使用的變換矩陣的校正，可高精度檢測(cè)在輪胎發(fā)生的真實(shí)負(fù)荷?？梢詢?yōu)選為，所述兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器構(gòu)成為可測(cè)量作用于主軸的至少三平動(dòng)自由度的負(fù)荷，在所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有m個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣，由此，算出從輪胎發(fā)生的真實(shí)負(fù)荷選定的具有η個(gè)成分(η Sm)的真實(shí)負(fù)荷矢量，所述校正工序中，以形成m種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)的變換矩陣，并將算出的變換矩陣作為所述計(jì)算工序的變換矩陣。根據(jù)該發(fā)明，為了求作用于測(cè)試用輪胎的η個(gè)(η方向)負(fù)荷，不一定需要利用兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的全部的輸出值，可以只使用m個(gè)輸出值。例如，在只求作用于測(cè)試用輪胎的η = 2個(gè)負(fù)荷(Fx、Mz)的情況下，基本上可以只使用多分力測(cè)量傳感器的輸出值fxl、fx2 (Mz由fxl和fx2的線性結(jié)合進(jìn)行表示)。雖然由于多分力測(cè)量主軸單元的組裝誤差或多分力測(cè)量主軸單元到測(cè)試機(jī)主體安裝誤差(對(duì)準(zhǔn)誤差)等，有時(shí)ζ軸方向的負(fù)荷對(duì)該fxl和fx2的輸出值產(chǎn)生影響(串?dāng)_)。 但是，在該情況下，通過利用fzl和fz2的輸出，輪胎負(fù)荷的檢測(cè)精度提高。該情況下，測(cè)量負(fù)荷矢量具有m = 4個(gè)成分，校正工序中，不只進(jìn)行施加！^或Mz的已知負(fù)荷的測(cè)試，還需要進(jìn)行分別獨(dú)立施加內(nèi)或Mx的實(shí)驗(yàn)。雖然可以為以上四個(gè)復(fù)合負(fù)荷，但是需將各自的大小比進(jìn)行至少四種以上變化。關(guān)于校正荷量內(nèi)或貼，也可以為未知的負(fù)荷，但在施加這些負(fù)荷時(shí)，在向或Mz方向同時(shí)作用負(fù)荷的情況下，需要!^或Mz方向的負(fù)荷為已知。另外，可以為，所述兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器構(gòu)成為可測(cè)量作用于主軸的至少三平動(dòng)自由度的負(fù)荷，同時(shí)可測(cè)量至少繞輪胎行進(jìn)方向及輪胎負(fù)荷方向的力矩，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有m個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣，由此，算出從輪胎T發(fā)生的真實(shí)負(fù)荷選定的具有η個(gè)成分(η Sm)的真實(shí)負(fù)荷矢量，所述校正工序中，以形成m種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣，并將算出的變換矩陣作為所述計(jì)算工序的變換矩陣。這樣，若多分力測(cè)量傳感器是可檢測(cè)三平動(dòng)自由度及力矩的六分力計(jì)(也可以是無繞主軸芯的力矩的5分力)，則可進(jìn)行對(duì)包含力矩的全方向的負(fù)荷進(jìn)行相互干涉補(bǔ)正，即使不對(duì)多分力測(cè)量主軸單元進(jìn)行校準(zhǔn)，也能夠算出輪胎真實(shí)負(fù)荷。另外，因?yàn)榭傻玫礁嗟臏y(cè)量負(fù)荷，所以可以實(shí)現(xiàn)可高精度檢測(cè)在輪胎發(fā)生的真實(shí)負(fù)荷(平移負(fù)荷及力矩)的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法。另外，可以為，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有5個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl+fy2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷(Fx、Fy、Fz、Mx、Mz) 中選定的η個(gè)成分(η<5)的真實(shí)負(fù)荷矢量，所述校正工序中，以形成5種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元， 從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (5Xn矩陣或ηΧ 5矩陣)。根據(jù)該裝置，利用兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的平移負(fù)荷成分(fxl、fyl, fzl)和 (fx2、fy2、fz2)，通過校正測(cè)試求使具有(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl+fy2)的5成分的測(cè)量負(fù)荷矢量和在輪胎發(fā)生的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、FZ、Mx、MZ)相關(guān)聯(lián)的變換矩陣，并以該變換矩陣為基礎(chǔ)可根據(jù)測(cè)量負(fù)荷矢量算出真實(shí)負(fù)荷矢量。詳細(xì)而言，作為將兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器固定于殼體的不穩(wěn)定構(gòu)造的本主軸單元中，通常，由多分力測(cè)量傳感器測(cè)量的mz以fxl和fx2的線性結(jié)合表示，mx也以fzl和fz2CN 102539050 A的線性結(jié)合表示。因此，在通過由校正測(cè)試求得的變換矩陣算出輪胎的真實(shí)負(fù)荷時(shí)，不一定需要力矩成分。另外，關(guān)于Fy，在構(gòu)造上fyl和fy2不是獨(dú)立的關(guān)系，所以，本發(fā)明中，將多分力測(cè)量傳感器的輸出fy作為fyl十fy2匯總處理。通過上述的測(cè)量負(fù)荷的選擇與合成，將測(cè)量負(fù)荷矢量的5成分和輪胎真實(shí)負(fù)荷矢量的5成分形成一對(duì)一對(duì)應(yīng)。并且，在五種線性無關(guān)的測(cè)試條件下，通過進(jìn)行使已知的輪胎負(fù)荷和多分力測(cè)量傳感器的測(cè)量負(fù)荷對(duì)應(yīng)的校正測(cè)試，可直接計(jì)算正確的變換矩陣(5X5 的變換矩陣求其逆矩陣)。另外，在本發(fā)明的多分力測(cè)量主軸單元中，My只表示支承主軸的軸承的旋轉(zhuǎn)摩擦力的值，認(rèn)為不指代輪胎真實(shí)負(fù)荷。在要測(cè)量My的情況下，可通過取多分力測(cè)量傳感器單體的myl和my2的輸出值的和進(jìn)行。另外，在進(jìn)行在多分力測(cè)量主軸單元的校正測(cè)試的情況下，以與Fy相同的考慮使用myl十my2。另外，也可以為，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有9個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl+fy2、mxl、mx2、mzl、 mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、FZ、Mx、MZ)，所述校正工序中，以形成9種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (9 X 5矩陣或5 X 9 矩陣)。該裝置將作為來自兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出的mxl、mx2、mzl、mz2添加于校正。本發(fā)明的多分力測(cè)量主軸單元中，對(duì)于該主軸單元的溫度上升的分布引起的熱應(yīng)變變形，多分力測(cè)量傳感器輸出值的力矩m和負(fù)荷f不相關(guān)，為線性無關(guān)的關(guān)系。因此，通過本裝置，可降低溫度分布引起的測(cè)量誤差的影響。在校正工序時(shí)，將在輪胎位置獨(dú)立的三平動(dòng)自由度、力矩2自由度的負(fù)荷和由于各種溫度分布而發(fā)生的負(fù)荷作為校正數(shù)據(jù)處理，通過使用至少九種線性無關(guān)條件下的數(shù)據(jù)可算出變換矩陣。另外，也可以為，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有10個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl、fy2、mxl、mx2、mzl、 mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、FZ、Mx、MZ)，所述校正工序中，以形成10 種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E(10X5矩陣或 5X10矩陣)。該裝置為從測(cè)量負(fù)荷矢量的成分中將fyl、fy2分離后再相加的方法。通過獨(dú)立使用更多的變量，可作成更高精度的變換矩陣。通過使用至少十種線性無關(guān)條件下的數(shù)據(jù)可算出變換矩陣。另外，也有時(shí)變量多，難以得到適當(dāng)?shù)男Ｕ龜?shù)據(jù)，此時(shí)，因?yàn)樽儞Q矩陣的特性
變差，需要注意。另外，優(yōu)選的是，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有12個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl、fy2、mxl、mx2、myl、my2、mzl、mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T 上的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、Fz、Mx、Mz)，所述校正工序中， 以形成12種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E(12X5 矩陣或5X12矩陣)。該裝置還是在測(cè)量負(fù)荷矢量的成分加上myl、my2的方法。通過獨(dú)立使用更多的變量，可作成更高精度的變換矩陣。通過使用至少十二種線性無關(guān)條件下的數(shù)據(jù)可算出變換矩陣。另外，有時(shí)變數(shù)多，難以得到的適當(dāng)?shù)男Ｕ龜?shù)據(jù)，此時(shí)，因?yàn)樽儞Q矩陣的特性變差，需
要注意。另外，作為輪胎真實(shí)負(fù)荷矢量的成分，在加上My的情況下，變換矩陣變?yōu)?X12。若使用本發(fā)明的技術(shù)，則提供一種在沿主軸芯方向分離的位置具備有兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的多分力測(cè)量主軸單元，其能夠可靠校正求作用于輪胎的真實(shí)負(fù)荷時(shí)使用的變換矩陣，通過使用校正后的變換矩陣高精度算出在輪胎產(chǎn)生的平移負(fù)荷及力矩。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的多分力測(cè)量主軸單元的構(gòu)成的圖；圖2是多分力測(cè)量傳感器(負(fù)載傳感器)的主視圖及立體圖；圖3是表示多分力測(cè)量傳感器的測(cè)量負(fù)荷和輪胎負(fù)荷的關(guān)系的模型圖；圖4是表示多分力測(cè)量傳感器的測(cè)量負(fù)荷和輪胎負(fù)荷的關(guān)系的模型圖(包含多分力測(cè)量傳感器的剛性的圖)。圖5是表示由于溫度分布產(chǎn)生的多分力測(cè)量主軸單元內(nèi)的內(nèi)力狀態(tài)的圖；圖6是表示多分力測(cè)量主軸單元的校正測(cè)試的負(fù)荷條件的圖；圖7是表示進(jìn)行本發(fā)明的校正測(cè)試后的結(jié)果的圖(5X5的變換矩陣)。圖8是表示多分力測(cè)量主軸單元的校正測(cè)試的溫度分布的圖；圖9是進(jìn)行了本發(fā)明的校正測(cè)試的結(jié)果的圖(5X9的變換矩陣)。符號(hào)說明1多分力測(cè)量主軸單元2輪胎測(cè)試機(jī)3 機(jī)架4 主軸5 殼體6軸承部7內(nèi)套筒8外套筒9負(fù)載傳感器10著力體11 開口12固定體
13形變體(梁部件)14檢測(cè)部51 82應(yīng)變儀T 輪胎
具體實(shí)施例方式基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，以下的說明中，對(duì)相同的零件標(biāo)注相同的符號(hào)。它們的名稱及功能也相同。因此，不反復(fù)對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1表示本實(shí)施方式的多分力測(cè)量主軸單元1的概略構(gòu)造。本實(shí)施方式的多分力測(cè)量主軸單元1是構(gòu)成測(cè)定處在行進(jìn)狀態(tài)下的輪胎T的動(dòng)態(tài)特性、例如輪胎T的滾動(dòng)阻力等的輪胎測(cè)試機(jī)2的組成，其安裝于輪胎測(cè)試機(jī)2的機(jī)架3上。多分力測(cè)量主軸單元1具有將測(cè)試用輪胎T安裝于端部且與該輪胎T 一體旋轉(zhuǎn)的主軸4，該主軸4以軸芯水平狀態(tài)游嵌于殼體5內(nèi)，經(jīng)由軸承部6 (軸承)旋轉(zhuǎn)自由地支承于殼體5上。詳細(xì)而言，多分力測(cè)量主軸單元1的殼體5為二重筒構(gòu)造，在以軸芯朝向水平方向的方式配設(shè)的圓筒狀的內(nèi)套筒7(內(nèi)筒體)的內(nèi)部水平狀插入有主軸4，且經(jīng)由軸承部6 旋轉(zhuǎn)自由地支承于內(nèi)套筒7。內(nèi)套筒7同軸狀插入直徑比該內(nèi)套筒7大的圓筒狀的外套筒 8(外筒體)內(nèi)。內(nèi)套筒7和外套筒8在軸芯方向大致同尺寸，各自的端部通過外觀圓盤狀的負(fù)載傳感器9 (多分力測(cè)量傳感器)相互連結(jié)。具備這樣的構(gòu)成的多分力測(cè)量主軸單元 1為其外套筒安裝于輪胎測(cè)試機(jī)2的機(jī)架3上的單元。如上所述，通過將負(fù)載傳感器9和殼體5不以一體型構(gòu)成而形成分割構(gòu)造，可降低加工成本。另外，通過使用分別獨(dú)立的兩個(gè)負(fù)載傳感器9，在組裝于裝置前對(duì)負(fù)載傳感器9 進(jìn)行單獨(dú)的校正測(cè)試。以除去了在負(fù)載傳感器9單體的相互干涉后的測(cè)量負(fù)荷為基礎(chǔ)，通過在主軸單元1整體再次進(jìn)行校正測(cè)試，可進(jìn)一步縮小相互干涉。圖2表示負(fù)載傳感器9、即多分力測(cè)量傳感器。本實(shí)施方式的負(fù)載傳感器9的外觀為圓盤狀，具有配設(shè)于中央的環(huán)形狀的著力體 10。主軸4以游嵌狀態(tài)貫通于設(shè)在著力體10的中心的開口 11。在著力體10的徑向外側(cè)配設(shè)有環(huán)形狀的固定體12。著力體10和固定體12以形成同中心的方式配設(shè)，著力體10和固定體12通過在徑向放射狀延伸的多個(gè)(四個(gè))梁部件13 (形變體)連結(jié)。該著力體10和內(nèi)套筒7通過螺栓等聯(lián)結(jié)件牢固地結(jié)合，形成為力以主軸4 —軸承部6 —內(nèi)套筒7 —著力體10的方式傳遞。另外，固定體12和外套筒8也通過螺栓等聯(lián)結(jié)件牢固地結(jié)合，其結(jié)果為形成主軸4、內(nèi)套筒7、外套筒8、負(fù)載傳感器9為一體的構(gòu)造，構(gòu)成多分力測(cè)量主軸單元1。如圖2(b)所示，在形變體13上粘貼有應(yīng)變儀51 82，形成檢測(cè)部14。另外，應(yīng)變儀51 66用于測(cè)量平移負(fù)荷，應(yīng)變儀67 82用于測(cè)量力矩。例如，在向著力體10作用χ軸方向的負(fù)荷fx的情況下，沿上下方向延伸的形變體 13上產(chǎn)生在圖2(a)的紙面內(nèi)的彎曲變形，該彎曲變形通過應(yīng)變儀51 M檢測(cè)，并被換算為測(cè)量負(fù)荷fx。在測(cè)量負(fù)荷fz的情況下，在沿左右方向延伸的形變體13上產(chǎn)生彎曲。在測(cè)量負(fù)荷fy的作用的情況下，四個(gè)形變體13向圖2(b)的紙面貫通方向彎曲變形。另一方面，在向著力體10作用力矩mx的情況下，沿左右方向延伸的形變體13扭曲，沿上下方向延伸的形變體13在紙面貫通方向上彎曲變形。通過在沿上下方向延伸的形變體13上粘貼的應(yīng)變儀67 70，檢測(cè)該彎曲力矩。在作用有力矩mz的情況下，沿左右方向延伸的形變體13 上發(fā)生彎曲。在作用有力矩my的情況下，全部的四個(gè)形變體13都在紙面面內(nèi)方向變形。從圖2(b)表明，在本實(shí)施方式的多分力測(cè)量主軸單元1中，因?yàn)樵谥鬏S4的沿軸芯方向分離的位置配設(shè)有兩個(gè)負(fù)載傳感器9 (負(fù)載傳感器9)，所以，負(fù)載傳感器9為可測(cè)量 X、1、Χ方向的平移負(fù)荷的三分力計(jì)，同時(shí)為可測(cè)量繞X、ζ軸的力矩的五分力計(jì)或也可測(cè)量繞y軸的力矩的六分力計(jì)。因此，在本實(shí)施方式的多分力測(cè)量主軸單元1中，可分別測(cè)量兩組作用在主軸4的至少平移三自由度的負(fù)荷fx、fy、fz、及至少輪胎T行進(jìn)方向(χ軸)mx、 繞輪胎T負(fù)荷方向(ζ軸)的力矩mz。如上所述，在具有以上的構(gòu)成的多分力測(cè)量主軸單元1中，在測(cè)量用輪胎T產(chǎn)生的負(fù)荷或力矩向安裝有輪胎τ的主軸4傳遞，力以主軸4 —軸承部6 —內(nèi)套筒7 —負(fù)載傳感器9的著力體10的方式傳遞，通過負(fù)載傳感器9的檢測(cè)部14，對(duì)測(cè)量負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量(測(cè)量工序)。接著，對(duì)根據(jù)由負(fù)載傳感器9的檢測(cè)部14測(cè)量到的測(cè)量負(fù)荷(測(cè)量負(fù)荷矢量)算出作用于輪胎T的真實(shí)負(fù)荷(真實(shí)負(fù)荷矢量)的方法進(jìn)行敘述(計(jì)算工序)。首先，當(dāng)對(duì)安裝有測(cè)試用輪胎T的主軸4作用平移負(fù)荷或力矩時(shí)，在負(fù)載傳感器9 的形變體13產(chǎn)生彎曲或剪斷、扭曲變形，通過安裝于形變體13的負(fù)載傳感器9檢測(cè)該變形量(應(yīng)變量)，并作為測(cè)量負(fù)荷輸出。為了便于說明，利用圖3所示的“x-y平面內(nèi)的簡化模型”進(jìn)行說明。在沿主軸4的方向，將由設(shè)于靠近輪胎T側(cè)的負(fù)載傳感器9測(cè)量的負(fù)荷作為fxl、 fyl、mxl，將由設(shè)于遠(yuǎn)離輪胎T側(cè)的負(fù)載傳感器9測(cè)量的負(fù)荷設(shè)為fx2、fy2、mx2。該情況下，作用于輪胎T的真實(shí)負(fù)荷h、Fy、MZ可由式(1)表示。數(shù)1Fx = fxl+fx2、Fy = fyl+fy2、Mz = πιχ1+πιχ2-Ι^χ1-Ι^χ2 (1)將該關(guān)系展開，若涉及 ^、Μχ、My全部總結(jié)，則如式O)。數(shù) 2(Fxi )
f ^X \ ( 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0) ^xi
Fy 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Myl
F 0 01 0 00 0 01 000 Mzl…* =X zl(2) Mx 0 0 L1 1 0 0 0 0 I2 1 O 0 Fx2
Mv 0 00010 0 00010 Fy2
Ji2 J [-L1 O 0 0 0 1 -L2 0 0 0 0 l j Fz2
Μ,ζ MzZ,若可靠地進(jìn)行負(fù)載傳感器9單體的校正，則通過使用式(2)可正確地算出向輪胎T 作用的負(fù)荷。在使用式O)的情況下，需要各負(fù)載傳感器9為可測(cè)量力矩的多分力檢測(cè)計(jì)。 另外，因?yàn)槔@y軸的力矩My相當(dāng)于軸承的旋轉(zhuǎn)摩擦力，所以不一定必要，因此，各負(fù)載傳感器9不一定需要myl、my2的輸出。但是，如本發(fā)明的多分力測(cè)量主軸單元1，在主軸4的軸芯方向的分離的位置具備兩個(gè)負(fù)載傳感器9的構(gòu)造中，由于加工精度或組裝誤差、結(jié)合部的特性，從而僅有式O)的負(fù)載傳感器9單體的校正有時(shí)無法確保充分的精度。詳細(xì)而言，多分力測(cè)量主軸單元1中，通過將兩個(gè)負(fù)載傳感器9在剛性高的部件 (內(nèi)套筒7及外套筒8)結(jié)合，成為在兩個(gè)負(fù)載傳感器9間平移和旋轉(zhuǎn)被約束的不穩(wěn)定即過約束狀態(tài)，其結(jié)果，在作用了輪胎T負(fù)荷時(shí)，由兩個(gè)負(fù)載傳感器9觀測(cè)的負(fù)荷或力矩?zé)o法單純根據(jù)外力的平衡條件求出，由套筒及多軸負(fù)載傳感器9的剛性關(guān)系決定的翹曲或翹曲角的條件也影響負(fù)載傳感器9的測(cè)量值。即使為負(fù)載傳感器9單體中極力避免測(cè)量負(fù)荷的相互干涉(串?dāng)_)的構(gòu)造，也殘存有以下課題，即，作為主軸單元1，由于形狀誤差或組裝誤差以及結(jié)合部的狀態(tài)，從而產(chǎn)生負(fù)荷的相互干涉并易于產(chǎn)生測(cè)量誤差。另外，因?yàn)槌蔀閯傂愿叩倪^剩的約束狀態(tài)，所以，存在易于受熱影響的問題。即使產(chǎn)生稍微的熱變形，也在主軸單元1內(nèi)部產(chǎn)生大的內(nèi)力。支承主軸4的軸承部6成為熱源， 該熱量傳遞到單元整體，產(chǎn)生溫度分布。其結(jié)果，在主軸單元1產(chǎn)生變形，該熱變形作為強(qiáng)制變形力作用于負(fù)載傳感器9，測(cè)量與輪胎T負(fù)荷無關(guān)的負(fù)荷并表現(xiàn)為誤差。而且，在負(fù)載傳感器9為無力矩輸出的三分力計(jì)的情況下，式( 無法適用。鑒于以上問題，需要進(jìn)行負(fù)載傳感器9及多分力測(cè)量主軸單元1的校正測(cè)試(校正操作)。以下，對(duì)作為本發(fā)明的特征的技術(shù)的“多分力測(cè)量主軸單元的校正方法”進(jìn)行敘述。[校正測(cè)試(1)]首先，如式(3)所示，將由負(fù)載傳感器9測(cè)量的測(cè)量值和作用于輪胎T的作用力的關(guān)系通過變換矩陣E進(jìn)行變換。通過校正測(cè)試求該變換矩陣E的各成分。數(shù)權(quán)利要求
1.一種多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，適用于輪胎測(cè)試方法，其包括測(cè)量工序，使用多分力測(cè)量主軸單元，測(cè)量作用于所述主軸的負(fù)荷，其中，所述多分力測(cè)量主軸單元具備能夠安裝測(cè)試用輪胎的主軸、經(jīng)由軸承部將該主軸支承為旋轉(zhuǎn)自如的殼體、沿著所述主軸的軸芯方向設(shè)置在分開的位置并固定于殼體且能夠測(cè)量作用于所述主軸的負(fù)荷的兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器；計(jì)算工序，使用由該測(cè)量工序得到的測(cè)量負(fù)荷矢量和作用于該測(cè)量負(fù)荷矢量的變換矩陣，求出作用于所述輪胎的真實(shí)負(fù)荷矢量，所述多分力測(cè)量主軸單元的校正方法的特征在于，還具有校正工序，在所述計(jì)算工序之前，在多個(gè)線性無關(guān)的測(cè)試條件下對(duì)測(cè)量負(fù)荷矢量進(jìn)行測(cè)量，且基于得到的測(cè)量負(fù)荷矢量校正所述變換矩陣。
2.如權(quán)利要求1所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器構(gòu)成為能夠測(cè)量作用于主軸的至少三平動(dòng)自由度的負(fù)荷， 在所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有m 個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣，由此，算出具有從發(fā)生在輪胎上的真實(shí)負(fù)荷中選定的η個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量，其中η < m，所述校正工序中，以形成m種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣，并將算出的變換矩陣作為所述計(jì)算工序的變換矩陣。
3.如權(quán)利要求1所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器構(gòu)成為至少能夠測(cè)量作用于主軸的三平動(dòng)自由度的負(fù)荷， 并且能夠測(cè)量至少繞輪胎行進(jìn)方向及輪胎負(fù)荷方向的力矩，在所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有m 個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣，由此，算出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷中選定的η個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量，其中η < m，所述校正工序中，以形成m種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣，并將算出的變換矩陣作為所述計(jì)算工序的變換矩陣。
4.如權(quán)利要求2所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有5個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl+fy2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷(Fx、Fy、FZ、Mx、MZ)中選定的η個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量，其中，5，所述校正工序中，以形成5種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (5Xη矩陣或ηΧ 5矩陣)。
5.如權(quán)利要求3所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有9個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl、fx2、fzl、fz2、fyl+fy2、mxl、mx2、mzl、mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、Fz、Mx、Mz)，所述校正工序中，以形成9種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (9 X 5矩陣或5 X 9矩陣)。
6.如權(quán)利要求3所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有10 個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fxl> fx2、fzl、fz2、fyl、fy2、mxl、mx2、mzl、mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、Fz、Mx、Mz)，所述校正工序中，以形成10種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (10 X 5矩陣或5 X 10矩陣)。
7.如權(quán)利要求3所述的多分力測(cè)量主軸單元的校正方法，其特征在于，所述計(jì)算工序中，以從兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器輸出的多個(gè)輸出值為基礎(chǔ)選定具有12 個(gè)成分的測(cè)量負(fù)荷矢量(fχ 1、fx2、f ζ 1、f z2、fy 1、fy2、mx 1、mx2、my 1、my2、mz 1、mz2)，且對(duì)選定的測(cè)量負(fù)荷矢量作用變換矩陣E，由此，求出具有從發(fā)生在輪胎T上的真實(shí)負(fù)荷中選定的5個(gè)成分的真實(shí)負(fù)荷矢量(Fx、Fy、FZ、Mx、MZ)，所述校正工序中，以形成12種線性無關(guān)的測(cè)試條件的方式，將各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量、及/或溫度變化施加到多分力測(cè)量主軸單元，從而根據(jù)兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的輸出值求出所述測(cè)量負(fù)荷矢量，并算出使求得的測(cè)量值矢量和各成分已知的真實(shí)負(fù)荷矢量相關(guān)聯(lián)的變換矩陣E (12 X 5矩陣或5 X 12矩陣)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在沿主軸芯方向分離的位置具備兩個(gè)多分力測(cè)量傳感器的多分力測(cè)量主軸單元，其能夠可靠地校正求作用于輪胎的真實(shí)負(fù)荷時(shí)使用的變換矩陣，通過使用校正后的變換矩陣，高精度地算出在輪胎產(chǎn)生的平移負(fù)荷及力矩。本發(fā)明的多分力測(cè)量主軸單元(1)的校正方法包括測(cè)量工序，檢測(cè)作用于主軸(4)的負(fù)荷；計(jì)算工序，使用由該測(cè)量工序得到的測(cè)量負(fù)荷矢量和作用于該測(cè)量負(fù)荷矢量的變換矩陣E，求在輪胎T作用的真實(shí)負(fù)荷矢量；校正工序，在該計(jì)算工序之前，在多個(gè)線性無關(guān)的測(cè)試條件下測(cè)量測(cè)量負(fù)荷矢量，且基于得到的測(cè)量負(fù)荷矢量校正變換矩陣E。
文檔編號(hào)G01L5/16GK102539050SQ201110302178
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者岡田徹, 掛林康典 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所