《六自由度輪胎試驗機》是長春孔輝汽車科技有限公司於2010年9月15日申請的發明專利，該專利的申請號為2010102818191，公布號為CN101949776A，公布日為2011年1月19日，發明人是郭孔輝、楊傑。
《六自由度輪胎試驗機》包括水平肩臂、豎直軀幹、運動執行測力機構、制動驅動裝置，模擬路面裝置、信號處理裝置、基座，所述的水平肩臂與豎直軀幹相固連構成機體，水平肩臂與豎直軀幹構成的機體通過多個橫向和縱向設定的運動執行測力機構連線於基座上，制動驅動裝置設定在豎直軀幹上，制動驅動裝置與水平肩臂之間設定有距離調整機構，在水平肩臂和豎直軀幹構成的機體的下面基座上設定有模擬路面裝置。
2014年11月6日，《六自由度輪胎試驗機》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《六自由度輪胎試驗機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：六自由度輪胎試驗機
- 公布號：CN101949776A
- 公布日：2011年1月19日
- 申請號：2010102818191
- 申請日：2010年9月15日
- 申請人：長春孔輝汽車科技有限公司
- 地址：吉林省長春市高新技術產業開發區超達路5177號
- 發明人：郭孔輝、楊傑
- 分類號：G01M17/02（2006.01）I；G01L5/16（2006.01）I
- 代理機構：吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：石岱
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
輪胎力特性是汽車性能分析與設計的基礎，輪胎力學特性試驗機是輪胎的特性建模以及整車性能集成、調校與開發的關鍵測試設備之一，它可再現輪胎的各種運行工況，並測定六個自由度運動參數及其與地面六分力的關係，它是汽車動力學仿真設計關鍵數據的來源。
早期的輪胎特性試驗機除了模仿路面與車輪的相對運動外（有時還模仿製動與驅動過程），通常要實現轉向與側傾運動，並通過六分力感測器進行輪胎的六分力測定，這種試驗機通常通過控制輪胎姿態和控制路面姿態相併行合成的方式實現模仿路面與車輪的相對運動，這種試驗機的結構複雜。此外，由於存在前述缺點，不僅結構複雜，並且輪胎六個自由度運動參數的必需採用六分力感測器測定，由於價格十分昂貴。
發明內容
專利目的
《六自由度輪胎試驗機》的目的是要提供一種結構簡單合理、價格低廉、能夠再現輪胎的各種運行工況，並測定六個自由度運動參數及其與地面六分力的關係的六自由度輪胎試驗機。
技術方案
《六自由度輪胎試驗機》包括水平肩臂、豎直軀幹、運動執行測力機構、制動驅動裝置，模擬路面裝置、信號處理裝置、基座，所述的水平肩臂與豎直軀幹相固連構成機體，水平肩臂與豎直軀幹構成的機體通過多個橫向和縱向設定的運動執行測力機構連線於基座上，制動驅動裝置設定在豎直軀幹上，制動驅動裝置與水平肩臂之間設定有距離調整機構，在水平肩臂和豎直軀幹構成的機體的下面基座上設定有模擬路面裝置。
所述的水平肩臂上帶有兩個向外伸出的臂體，臂體的伸出方向是水平同向伸出或反向伸出。
所述的運動執行測力機構包括作動缸，設定在作動缸一端的軸向力感測器，連線軸向力感測器的萬向節，設定在作動缸另一端的萬向節，與萬向節連線的轉軸；所述的運動執行測力機構帶有軸向力感測器一端通過萬向節連線於水平肩臂或豎直軀幹上，另一端通過轉軸連線於基座上。
所述的制動驅動裝置包括滑板，平行對稱設定在滑板一側的四個滑塊、設定在滑板上的伺服電機和帶輪、設定伺服電機和帶輪之間在同步帶。
所述的模擬路面裝置採用用於模擬低速的平板式、用於模擬高速的轉鼓式或平帶式三種結構形式。
所述的豎直軀幹的垂直方向安有上下平行的導軌，滑板通過其上平行對稱設定的四個滑塊與豎直軀幹上的導軌連線。
在所述滑板和水平肩臂之間設定有鎖定機械鎖。
在所述作動缸是其上帶有測量作動缸長度感測器的作動缸。
所述滑板上輪胎連線端採用直接通過軸連線或通過設定在其上的六分力感測器連線兩種結構形式。
所述的水平肩臂後側和兩個臂體端部與基座之間垂直設定有三個運動執行測力機構；豎直軀幹的下面和側面與基座之間水平設定有三個運動執行測力機構。
改善效果
1、《六自由度輪胎試驗機》由於採用上述結構，所以結構簡單合理、價格低廉，成本低，易於製造。
2、該發明可再現輪胎的各種運行工況，同時還能並測定六個自由度運動參數及其與地面六分力的關係，推動中國國內輪胎試驗機的發展，並達到國際領先水平。
附圖說明
圖1是平板式六自由度輪胎試驗機整體結構示意圖。
圖2是該發明圖1中A向投影示意圖。
圖3是該發明圖1中B向投影示意圖。
圖4是該發明水平肩臂採用短的臂體、模擬路面裝置採用轉鼓式結構的另一實施方式結構示意圖。
圖5是該發明圖4中C向投影示意圖。
圖6是該發明圖4中D向投影示意圖。
圖7是該發明水平肩臂採用反向設定的臂體、模擬路面裝置採用平帶式結構的另一實施方式結構示意圖。
圖8是該發明圖7中E向投影示意圖。
圖9是該發明圖4中F向投影示意圖。
圖10是該發明制動驅動裝置結構示意圖。
圖11是該發明運動執行測力機構結構示意圖。
圖12是該發明不安裝六分力感測器的制動驅動裝置結構示意圖。
圖13、14是該發明安裝六分力感測器的制動驅動裝置結構示意圖。
圖15、16、17是該發明水平肩臂與豎直軀幹構成的機體與被測輪胎的不同位置變化結構示意圖。
權利要求
1.《六自由度輪胎試驗機》其特徵在於：該試驗機包括水平肩臂、豎直軀幹、運動執行測力機構、制動驅動裝置，模擬路面裝置、信號處理裝置、基座，所述的水平肩臂與豎直軀幹相固連構成機體，水平肩臂與豎直軀幹構成的機體通過多個橫向和縱向設定的運動執行測力機構連線於基座上，制動驅動裝置設定在豎直軀幹上，制動驅動裝置與水平肩臂之間設定有距離調整機構，在水平肩臂和豎直軀幹構成的機體的下面基座上設定有模擬路面裝置；所述的運動執行測力機構包括作動缸，設定在作動缸一端的軸向力感測器，連線軸向力感測器的萬向節，設定在作動缸另一端的萬向節，與萬向節連線的轉軸；所述的運動執行測力機構帶有軸向力感測器一端通過萬向節連線於水平肩臂或豎直軀幹上，另一端通過轉軸連線於基座上；所述的制動驅動裝置包括滑板，所述滑板上帶有輪胎連線端，所述的水平肩臂上帶有兩個向外伸出的臂體，所述水平肩臂後側和兩個臂體端部與基座之間垂直設定有三個運動執行測力機構；豎直軀幹的下面和側面與基座之間水平設定有三個運動執行測力機構。
2.根據權利要求1所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：所述臂體的伸出方向是水平同向伸出或反向伸出。
3.根據權利要求1所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：所述的制動驅動裝置還包括平行對稱設定在滑板一側的四個滑塊、設定在滑板上的伺服電機和帶輪、設定伺服電機和帶輪之間在同步帶。
4.根據權利要求1所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：所述的模擬路面裝置採用用於模擬低速的平板式、用於模擬高速的轉鼓式或平帶式三種結構形式之一。
5.根據權利要求1所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：所述的豎直軀幹的垂直方向安有上下平行的導軌，滑板通過其上平行對稱設定的四個滑塊與豎直軀幹上的導軌連線。
6.根據權利要求3所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：在所述滑板和水平肩臂之間設定有鎖定機械鎖。
7.根據權利要求1所述的一種六自由度輪胎試驗機，其特徵在於：在所述作動缸是其上帶有測量作動缸長度感測器的作動缸。
實施方式
由附圖1、2、3所示：該試驗機包括水平肩臂1、豎直軀幹2、運動執行測力機構3、制動驅動裝置4，模擬路面裝置5、信號處理裝置6、基座7，所述的水平肩臂1與豎直軀幹3相固連構成機體，水平肩臂1與豎直軀幹2構成的機體通過多個橫向和縱向設定的運動執行測力機構3連線於基座7上，制動驅動裝置4設定在豎直軀幹2上；所述制動驅動裝置4與水平肩臂1之間設定有距離調整機構8，距離調整機構8的升降，可使制動驅動裝置4相對豎直軀幹2滑動從而安裝不同型號的輪胎，被試輪胎的轉軸安裝在制動驅動裝置4上，通過距離調整機構8調節；在水平肩臂1和豎直軀幹2構成的機體的下面基座7上設定有模擬路面裝置5。
所述的水平肩臂1上帶有兩個向外伸出的臂體9，臂體9的伸出方向是水平同向伸出（如圖1、4所示）或反向伸出（如圖7所示）。
如圖11所示：所述的運動執行測力機構3包括作動缸10，設定在作動缸一端的軸向力感測器11，連線軸向力感測器11的萬向節12，設定在作動缸10另一端的萬向節13，與萬向節13連線的轉軸；所述的運動執行測力機構3帶有軸向力感測器11一端通過萬向節12連線於水平肩臂2或豎直軀幹3上，另一端通過轉軸連線於基座7上。
所述作動缸10是其上帶有測量作動缸長度感測器的作動缸。
如圖10、12、13、14所示：所述的制動驅動裝置4包括滑板15，平行對稱設定在滑板15一側的四個滑塊16、設定在滑板15上的可提供驅動力和制動力的專用伺服電機17和帶輪18、設定伺服電機17和帶輪18之間在同步帶19，專用伺服電機17通過帶傳動將制動力或驅動力提供給輪胎20，從而實現對輪胎20的制動與驅動控制。
所述的豎直軀幹3的垂直方向安有上下平行的導軌，滑板15通過其上平行對稱設定的四個滑塊16與豎直軀幹上的導軌連線。
在所述滑板15和水平肩臂2之間設定有鎖定機械鎖21，鎖定機械鎖21將滑板15與機體的位置固定。
所述滑板15上輪胎連線端採用直接通過軸連線或通過設定在其上的六分力感測器22連結兩種結構形式。
所述的模擬路面裝置5採用用於模擬低速的平板式（圖1所示）、用於模擬高速的轉鼓式（圖4所示）或平帶式（圖7所示）三種結構形式。
由附圖1、2、3、4、5、6、7、8、9所示：所述的水平肩臂1後側和兩個臂體9端部與基座7之間垂直設定有三個運動執行測力機構3；豎直軀幹2的下面和側面與基座7之間水平設定有三個運動執行測力機構3，水平的三個運動執行測力機構3設定在接近輪胎接地面的高度，以便更精確地測定接地面上的縱向力、側向力與回正力矩。
改變垂直的三個運動執行測力機構3上作動缸10的長度可使台體與車輪產生上下、側傾和縱傾三方向運動。改變水平的三個運動執行測力機構3上作動缸10的長度可使台體與車輪產生縱向、側向和繞垂直軸轉動三方向運動。通過測得的六個作動缸10長度可算得其六個運動端點的位置和輪胎的六個自由度運動狀態，再根據測得各作動缸軸向力數值可算得作用在輪胎上的六分力，從而求得輪胎的運動力特性。
如圖15、16、17所示：水平肩臂1與豎直軀幹2構成的機體包括三種方案。雙點劃線為輪胎19的中分面，單點劃線為運動執行測力機構3的中心線；附圖15表示水平肩臂1上前後兩個運動執行測力機構3的中心線分立於輪胎19的中分面兩側的機體結構形式。圖16所示水平肩臂1上前後兩個運動執行測力機構3的中心線在輪胎19的中分面內的結構形式。圖17所示水平肩臂1上前後兩個運動執行測力機構3的中心線在輪胎19的中分面一側的結構形式。
該發明可實現以下組合試驗方案：
①圖15所示的試驗機機體可與可移動平板式模擬路面組合；可與轉鼓式模擬路面組合；也可與平帶式模擬路面組合。
②圖16所示的試驗機機體可與可移動平板式模擬路面組合；可與轉鼓式模擬路面組合；也可與平帶式模擬路面組合。
③圖17所示的試驗機機體可與轉鼓式模擬路面組合；也可與平帶式模擬路面組合。
④不同的組合方案又可與不安裝六分力感測器22的制動驅動裝置4相組合
⑤與安裝有六分力感測器22的制動驅動裝置4相組合而形成不同的試驗機方案。
對於未配備六分力感測器22的“試驗機”，“試驗機”試驗前由信號處理裝置根據試驗要求的車輪定位參數計算各作動缸長度，並將指令送達作動缸令其實現；同時各作動缸上的軸向力感測器測得各缸作用力，並將這些信號傳回信號處理裝置；計算機計算輪胎所受的六分力，及其與六個自由度運動的關係並給出相應的特性曲線，並生成試驗報告。對於配備有六分力感測器22的“試驗機”，“試驗機”試驗前由信號處理裝置根據試驗要求的車輪定位參數計算各作動缸長度，並將指令送達作動缸令其實現，計算機獲取輪胎所受的六分力，及其與六個自由度運動的關係並給出相應的特性曲線，並生成試驗報告。
榮譽表彰
2014年11月6日，《六自由度輪胎試驗機》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
