CN115265903B - 一种转向拉杆拉压双向加载标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向拉杆拉压双向加载标定装置和方法，包括加载螺杆、连接框、连接板、载荷传感器支座、应变片、数采设备以及计算机；所述加载螺杆可转动地安装于第一加载螺杆支座和第二加载螺杆支座；所述加载螺杆的一端设有加载操作部，所述加载螺杆的另一端连接于所述连接框的第一端，所述连接框的第二端用于连接转向拉杆的第一端，所述连接板通过载荷传感器安装于所述载荷传感器支座，所述连接板用于连接转动拉杆的第二端；所述应变片用于贴附于转向拉杆，其信号线连接于所述数采设备，所述载荷传感器的信号线连接于所述数采设备，所述数采设备连接于所述计算机。该标定装置结构简单、易于操作、成本低，且能够获得更加精准的标定数据。

Description

一种转向拉杆拉压双向加载标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及转向拉杆标定技术领域，尤其涉及转向拉杆拉压双向加载标定装置。本发明还涉及采用标定装置进行标定的标定方法。

背景技术

汽车的转向拉杆由左转向拉杆和右转向拉杆组成，当向左转向时，左转向拉杆承受压力，右转向拉杆承受拉力，否则相反。

为了得到转向拉杆所受的拉、压力，通行的做法是在转向拉杆适当的位置上粘贴应变片，然后根据采集到的应变值计算出拉杆的力值，计算过程中就要用到标定系数，标定系数是应变与力之间的关联系数，标定系数就是通过标定过程得到的，标定过程中对拉杆施加拉力就得到拉应变，同样也可得到与压力对应的压应变，从而得到拉力和压力各自的标定系数，显然标定就要用到固定转向拉杆并能够传递拉、压力的标定装置，还需要力与应变数值的记录方法及标定系数的获取方法。

现有的标定装置和标定方法是每加载到一个力值后，试验人员记下作动器主控机上显示的力值，然后从与数采设备连接的计算机上读取并记录该力值下的应变值。如此获取三至五组力值及其对应应变值，然后用作图法求出标定系数。

上述标定装置和标定方法存在以下缺点：

第一个缺点是加载设备价格高、操作复杂。作动器、控制器、主控机、泵站、液压油、软管以及控制泵站液压油温度的冷却系统(如冷却塔、冷机等)等组成的液压伺服加载系统购置费用在500万元以上。该设备的软、硬件结构都较复杂，PID参数调节、力的闭环控制和极限保护设置等都需要在电子电器、机械、液压、控制等方面具备较强的知识和经验，因此只有经过专门培训的人员才能够安全、正确地操作使用设备。

第二个缺点是测试数据记录方面误差较大。测试的力和应变数据由试验人员记录，试验人员要分别记录力和应变的值。这种记录方式导致力值和应变值记录的不同步，这种不同步使力值和应变值的记录有时间先后的问题，二者不对应将产生误差，特别是在力值因液压系统波动等影响的情况下，这方面的误差将明显变大，另外，试验人员分别读取并记录力和应变值将引入人为误差，有时甚至造成读取或记录的错误，这种加载和记录方式的效率也较低。

第三个缺点是数据处理方面误差较大。作图法求取标定系数的过程中，作图连线具有较大的随意性，尤其是在数据分散且数据量较少的情况下将产生较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转向拉杆拉压双向加载标定装置，以解决上述技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种采用所述转向拉杆拉压双向加载标定装置进行标定的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种转向拉杆拉压双向加载标定装置，包括加载螺杆、连接框、连接板、载荷传感器支座、应变片、数采设备以及计算机；所述加载螺杆可转动地安装于第一加载螺杆支座和第二加载螺杆支座，所述第一加载螺杆支座设有与所述加载螺杆螺纹配合的第一螺纹孔，所述第二加载螺杆支座设有与所述加载螺杆螺纹配合的第二螺纹孔；所述加载螺杆的一端设有加载操作部，所述加载螺杆的另一端连接于所述连接框的第一端，所述连接框的第二端用于连接转向拉杆的第一端，所述连接板通过载荷传感器安装于所述载荷传感器支座，所述连接板用于连接转动拉杆的第二端；所述应变片用于贴附于转向拉杆，其信号线连接于所述数采设备，所述载荷传感器的信号线连接与所述数采设备，所述数采设备连接于所述计算机。

可选地，所述连接框的中心线与加载螺杆的轴线共线。

可选地，所述连接框的第二端用于连接转向拉杆的螺纹端相连接，两者螺纹连接的紧固力矩与实车一致。

可选地，所述连接板呈“L”形，其横板用于连接转向拉杆的球头销，其竖板通过载荷传感器与所述载荷传感器支座相连接，所述球头销与横板的紧固力矩应与实车一致。

可选地，所述载荷传感器支座的立板设有竖向的滑槽，所述载荷传感器能够上下滑动地安装于所述滑槽，以在转向拉杆的轴线与所述连接框的中心线共线时固定所述载荷传感器。

可选地，所述加载操作部为加载手柄。

为实现上述另一目的，本发明提供一种转向拉杆拉压双向加载标定方法，其采用上述任一项所述的转向拉杆拉压双向加载标定装置进行标定，包括：

将转向拉杆安装于转向拉杆拉压双向加载标定装置；

将应变片贴附于转向拉杆；

启动所述数采设备和计算机，并设置应变片和载荷传感器的参数；

执行拉力和压力预加载；

正式加载拉力和压力，并同步采集拉力数据、压力数据和应变数据；

对采集到的拉力数据、压力数据和应变数据采用最小二乘法进行线性拟合，获得最佳的标定系数。

进一步地，

所述执行拉力和压力预加载包括：

对转向拉杆各施加拉力预载，加载前在计算机上对力和应变清零，然后使数采设备进入采集状态，拉力预载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大拉力时减缓加载速度，达到标定拉力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态；

对转向拉杆各施加压力预载，加载前在计算机上对力和应变清零，然后使数采设备进入采集状态，压力预载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大压力时减缓加载速度，达到标定压力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态。

进一步地，

所述正式加载拉力和压力包括：

在计算机上对力和应变清零，数采设备开始采集，通过加载操作部旋转加载螺杆，向转向拉杆施加拉力，同时同步采集拉力数据和应变数据，拉力加载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大拉力时减缓加载速度，达到标定拉力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态；

在计算机上对力和应变清零，数采设备开始采集，通过加载操作部旋转加载螺杆，向转向拉杆施加压力，同时同步采集压力数据和应变数据，压力加载最大值为标定压力最大值，待加载力接近标定最大压力时减缓加载速度，达到标定压力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态。

进一步地，

还包括在确定标定系数之后，根据拟合所得的线性度R²的值是否接近于1，判断标定的质量。

本发明所提供的转向拉杆拉压双向加载标定装置，通过加载螺杆与加载螺杆支座之间的螺纹配合向转向拉杆施加载荷，不需要设置直线轴承等导向装置，便于加工制造，可显著降低加工制造费用，而且，装置仅靠人力即可轻便地操作加载，使用过程中无需作动器加载那样至少60kW/h的电能消耗(至少一个抽油泵的功率45kW/h，冷却水泵和控制器功率至少15kW/h)，也完全不像液压伺服设备那样要求操作人员具备较强的电子电器、机械、液压、控制等多方面的知识和经验。

本发明所提供的转向拉杆拉压双向加载标定方法，能够同步自动采集拉力数据、压力数据和应变数据，减少了设备波动和手工分别记录的不同步造成的误差，另外，基于采集的大量拉力数据、压力数据和应变数据获取的标定系数，与人工记录数据获的结果相比，也进一步降低了结果的误差；并且，最小二乘法线性拟合出的最佳标定系数与作图法相比也降低了获取标定系数的误差，并且还可利用拟合出的线性度R²值对拟合质量进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种转向拉杆拉压双向加载标定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种转向拉杆拉压双向加载标定方法的流程图；

图3为某型号转向拉杆的压力标定线性拟合结果示意图。

图中：

1.加载手柄；2.第一加载螺杆支座；3.加载螺杆；4.第二加载螺杆支座；5.连接框；6.应变片；7.应变信号线；8.计算机；9.网线；10.数采设备；11.载荷传感器信号线；12.载荷传感器支座；13.载荷传感器；14..连接板；15.转向拉杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种转向拉杆拉压双向加载标定装置的结构示意图。

在一种具体实施例中，本发明所提供的转向拉杆拉压双向加载标定装置，主要由加载螺杆3、连接框5、连接板14、载荷传感器支座12、应变片6、数采设备10以及计算机8等组成。

加载螺杆3可采用细牙螺杆，以能够进行更为细致的操作，其可转动地安装于第一加载螺杆支座2和第二加载螺杆支座4，第一加载螺杆支座2设有与加载螺杆3螺纹配合的第一螺纹孔，第二加载螺杆支座4设有与加载螺杆3螺纹配合的第二螺纹孔，由第一加载螺杆支座2和第二加载螺杆支座4形成的双支座结构在加载过程中起到加载、支撑和导向作用。

加载螺杆3的一端设有加载手柄1，通过转动加载手柄1，可以使加载螺杆3旋转，并在旋转的同时向前移动或向后退回，从而对转向拉杆15施加压力或拉力。

连接框5大体呈矩形框架结构，加载螺杆3的另一端连接于连接框5的第一端，由于加载螺杆3是一边转动一边移动，因此，加载螺杆3与连接框5的第一端采用可转动的连接机构，连接框5的第二端用于连接转向拉杆15的第一端，也就是转向拉杆15的螺纹端，两者螺纹连接的紧固力矩与实车一致，在进行标定时，应保证连接框5的中心线与加载螺杆3的轴线共线。

连接板14呈“L”形，其横板用于连接转向拉杆15的第二端相连接，也就是与转向拉杆15设有球头销的一端相连接，其竖板通过载荷传感器13与载荷传感器支座12相连接，球头销与横板的紧固力矩应与实车一致。

载荷传感器支座12的立板设有竖向的滑槽，安装时载，载荷传感器13沿着滑槽上下滑动，直到转向拉杆15的轴线与连接框5的中心线基本共线时固定载荷传感器13。

应变片6用于贴附于转向拉杆15，其信号线连接于数采设备10，载荷传感器13的信号线也连接与数采设备10，数采设备10则进一步通过网线连接于计算机8。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种转向拉杆拉压双向加载标定方法的流程图。

在一种具体实施例中，本发明所提供的转向拉杆拉压双向加载标定方法的流程如下：

安装：将转向拉杆15安装于转向拉杆拉压双向加载标定装置，并将应变片贴6附于转向拉杆15。

参数设置：启动数采设备10和计算机8，二者间的通讯完成后在计算机8的数采软件中设置应变片6和载荷传感器13所在的板层、通道、采样频率、激励电压、灵敏度系数和量程等参数。

预加载：正式加载前对转向拉杆15各施加一次拉力和压力的预载，预加载的主要目的是消除系统间隙等影响因素，减小测试误差，另外，也观察应变片、数采设备和计算机等组成的采集系统工作状态是否正常。

加载手柄1逆时针转动加载的是拉力，顺时针转动加载的是压力。首先进行拉力预加载，加载前在计算机8上对力和应变清零，然后使数采设备10进入采集状态，加载时尽可能缓慢、稳定、匀速地逆时针转动加载手柄1向转向拉杆15施加拉力预载，拉力预载最大值为标定拉力最大值，一边加载一边观察加载力值的大小，待加载力接近标定最大拉力时减缓加载速度，因加载螺杆3为细牙螺杆，比较容易精准地控制加载力的大小，达到标定拉力最大值后使数采设备10停止采集，然后顺时针转动加载手柄1卸载至力为零状态。参照拉力预载方式完成压力预载加载及卸载过程。

正式加载并同步采集拉力数据、压力数据和应变数据：首先进行拉力加载(也可先进行压力加载)，在计算机8上对力和应变清零，数采设备10开始采集，按照上述拉力预载加载方式向转向拉杆15施加拉力至标定最大拉力的同时同步采集拉力数据和应变数据，然后数采设备10停止采集，逆时针转动加载手柄1卸载至力为零；对力和应变清零，参照拉力加载方式完成压力的加载、采集及卸载。

获取标定系数：对采集到的大量拉力数据、压力数据和应变数据用最小二乘法进行线性拟合，获得最佳的标定系数，还可依据拟合所得的线性度R²的值判断标定的质量，该值越接近于1则标定的效果越好，压力标定线性拟合结果实例如图3所示，图中压力标定系数为-199.59N/microstrain，其中microstrain是应变的单位称为微应变，该标定系数的含义是每199.59N的压力可使转向拉杆15产生1个压向的微应变，假如该转向拉杆安装到实车后采集的最大压应变为-10microstrain(微应变)，那么对应的压力就是1995.9N[(-199.59)*(-10)＝1995.9]，而且，线性度R²的值为1，表明标定的结果比较理想。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，增设一机台，将上述标定装置的组成部分统一安装在机台上，标定时，在机台上进行操作，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明所能取得的有益效果如下：

1)费用极低：首先，制造费用低，整套标定装置结构简单，螺杆双支座结构还省去了直线轴承等导向装置，便于加工制造，加工制造费用可控制在1000元左右，与液压伺服作动系统的500万元以上的购置费用相比是极低的；其次，仅靠人力即可轻便地操作加载，使用过程中无需作动器加载那样至少60kW/h的电能消耗(至少一个抽油泵的功率45kW/h，冷却水泵和控制器功率至少15kW/h)，使用费用基本为零。

2)便于操作：从上述加载过程不难看出本方案操作简单，完全不像液压伺服设备那样要求操作人员具备较强的电子电器、机械、液压、控制等多方面的知识和经验，必须经过专门培训的人员方可安全、正确地使用设备。

3)误差较低：同步自动采集力和应变减少了设备波动和手工分别记录的不同步造成的误差，另外，基于采集的大量的力和应变数值获取的标定系数与人工记录的三至五组数据获的结果相比也进一步降低了结果的误差；最小二乘法线性拟合出的最佳标定系数与作图法相比也降低了获取标定系数的误差，并且还可利用拟合出的线性度R2值对拟合质量进行评价。

以上对本发明所提供的转向拉杆拉压双向加载标定装置和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种转向拉杆拉压双向加载标定装置，其特征在于，包括加载螺杆、连接框、连接板、载荷传感器支座、应变片、数采设备以及计算机；所述加载螺杆可转动地安装于第一加载螺杆支座和第二加载螺杆支座，所述第一加载螺杆支座设有与所述加载螺杆螺纹配合的第一螺纹孔，所述第二加载螺杆支座设有与所述加载螺杆螺纹配合的第二螺纹孔；所述加载螺杆的一端设有加载操作部，所述加载螺杆的另一端连接于所述连接框的第一端，所述连接框的第二端用于连接转向拉杆的第一端，所述连接板通过载荷传感器安装于所述载荷传感器支座，所述连接板用于连接转动拉杆的第二端；所述应变片用于贴附于转向拉杆，其信号线连接于所述数采设备，所述载荷传感器的信号线连接与所述数采设备，所述数采设备连接于所述计算机；所述连接框的中心线与加载螺杆的轴线共线；所述连接框的第二端用于连接转向拉杆的螺纹端相连接，两者螺纹连接的紧固力矩与实车一致；所述连接板呈“L”形，其横板用于连接转向拉杆的球头销，其竖板通过载荷传感器与所述载荷传感器支座相连接，所述球头销与横板的紧固力矩应与实车一致；所述载荷传感器支座的立板设有竖向的滑槽，所述载荷传感器能够上下滑动地安装于所述滑槽，以在转向拉杆的轴线与所述连接框的中心线共线时固定所述载荷传感器；所述加载操作部为加载手柄。

2.一种转向拉杆拉压双向加载标定方法，采用上述权利要求1所述的转向拉杆拉压双向加载标定装置进行标定，包括：

将转向拉杆安装于转向拉杆拉压双向加载标定装置；

将应变片贴附于转向拉杆；

启动所述数采设备和计算机，并设置应变片和载荷传感器的参数；

执行拉力和压力预加载；

正式加载拉力和压力，并同步采集拉力数据、压力数据和应变数据；

对采集到的拉力数据、压力数据和应变数据采用最小二乘法进行线性拟合，获得最佳的标定系数。

3.根据权利要求2所述的转向拉杆拉压双向加载标定方法，其特征在于，

所述执行拉力和压力预加载包括：

对转向拉杆各施加拉力预载，加载前在计算机上对力和应变清零，然后使数采设备进入采集状态，拉力预载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大拉力时减缓加载速度，达到标定拉力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态；

对转向拉杆各施加压力预载，加载前在计算机上对力和应变清零，然后使数采设备进入采集状态，压力预载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大压力时减缓加载速度，达到标定压力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态。

4.根据权利要求2所述的转向拉杆拉压双向加载标定方法，其特征在于，

所述正式加载拉力和压力包括：

在计算机上对力和应变清零，数采设备开始采集，通过加载操作部旋转加载螺杆，向转向拉杆施加拉力，同时同步采集拉力数据和应变数据，拉力加载最大值为标定拉力最大值，待加载力接近标定最大拉力时减缓加载速度，达到标定拉力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态；

在计算机上对力和应变清零，数采设备开始采集，通过加载操作部旋转加载螺杆，向转向拉杆施加压力，同时同步采集压力数据和应变数据，压力加载最大值为标定压力最大值，待加载力接近标定最大压力时减缓加载速度，达到标定压力最大值后使数采设备停止采集，然后卸载至力为零状态。

5.根据权利要求2所述的转向拉杆拉压双向加载标定方法，其特征在于，

还包括在确定标定系数之后，根据拟合所得的线性度R²的值是否接近于1，判断标定的质量。