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用于汽车轮胎性能测试六轴力测力平台系统的研制 唐毅1,2葛运建1 唐俊标2江建举1张建军“2 中科院合肥智能所(1)(230031)中国科学技术大学(2)(230026) 摘要：从整体结构及软硬件设计介绍了用于汽车轮胎测试的六轴力测力平台的设计及相关 的动态补偿问题。 关键词：六轴力，测力台 随着汽车工业的飞速发展，对汽车的性能的要求也越来越高，而作为汽车最关键的部件 之一，轮胎的性能直接影响到汽车的整体性能。汽车制造厂在装配之前都要对轮胎进行严格 的测试。目前国际上从事汽车生产的大公司如通用汽车公司等都采用六轴力传感器建立了相 应的测试系统。而国内的汽车生产厂家包括一汽、二汽在内由于进口价格昂贵的原因，测试 手段都还是沿用老式的机械式的测试，这种机械式的测量系统是通过支架进行分解力，体积 庞大而且精度不高，使用极其不便。应汽车市场的要求，我们进行了反复的论证，研制了用 于汽车轮胎性能测试的六轴力测试平台。 1结构设计 (1)总体结构 我们在设计用于汽车轮胎性能测试的六轴力测力平台，采用的结构源于国家八六三计划 用于机器人控制的六维力传感器。平台的整体结构是一个十字梁结构的弹性体，每个梁的上 下左右个贴有两块应变片，组成八路桥路，这八路桥路组成四个两维力传感器构成的六维力 传感器，八个桥路输出信号经过放大和采样保持进入A／D转换器，经过A／D转换后的数字信 号进入计算机进行处理，计算机主要对测力平台的动态特性进行补偿，并进行数字解耦和数 字处理。如下图是它的系统结构图。 弹 放 采 础fD ·l生 夕t 样 转． 匝咽 俸． 电 保 换． 路． 持． 器． 囡 图l系统结构图 (2)硬件电路设计 由于测试的是汽车轮胎的性能，可能会存在较大的冲量，所以在进行弹性体的设计时， 采用了钢质材料，这样可以保障做到较大的量程和过载能力。由于贴片采用的是箔式应变片， 输出较小一般小于3mv，放大倍数相应应该大些，在实际的电路设计中我们采用了两级放大 电路，总放大倍数为1500倍，这样可以对应A／D的量程为±5V。 224 第一级放大器选用的是INAllO，放大倍数为500。选用INAl 10的基于以下原因：INA“0 是一种多用途FET输入仪器放大器。内部电阻经激光修正，使该器件具有极好的动态响应和 精度。由于它建立时间快，是高速或多路输入数据采集系统的理想放大器，可提供任意增益， 对差模输入及共模输入均有保护电路。该器件具有极高的输入阻抗(大于5×1012Q)，极低的 输入偏置电流(小于50PA)，高共模抑制比。INAll0特别适用于多路输入数据采集系统。在 使用中不需要外接调整电路，使用方便。 如果需要调整放大倍数，可在3脚与12、16、11脚之间外接一只电阻RG，增益G可用 下式计算出： G：1+兰Q丝 (1) 50fZ+RG 图2INAll0内部结构图 由于轮胎分为轿车型和卡车型两种，在设计的测量过程中要考虑两种不同的量程，0．8T 和1．2T，第二级放大采用可编程放大，利用计算机并口控制4051调整反馈电阻，达到调整放 大倍数的要求。 FET输入 图3二级放大电路 经过两级放大后，信号进入采样保持器LF398是一种高性能单片采样／保持器。它具有很 高的直流精度、很快的采样时间和低的下降速度。器件的动态性能和保持性能可通过合适的 外接保持电容达到最佳。 A／D转换器采用WWLAB的ACl077，它