[发明专利]一种刚体质量、质心和转动惯量的测量系统和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是涉及一种刚体质量、质心和转动惯量的测量系统和测量方法。

背景技术

在对汽车或其它机械设备进行性能计算和动力学仿真时，经常要使用到质量、质心位置、转动惯量等参数，这些参数对于车辆的性能计算和动力学仿真是必需和关键的。实际计算和仿真时，大多采用估算法，但估算数值可能与真实值相差很多，这直接影响了计算结果的精度和真实性。

目前，测量质量和质心位置的主要方法是侧倾称重法，该种方法测量形式有一定的局限性，测量结果单一，不能够同时实现转动惯量的测量。

测量转动惯量的方法主要有：三线摆、质量周期法、弹簧共振法、频谱分析法等。三线摆、质量周期法和弹簧共振法存在测量周期选择不合适而造成误差的问题：若测量周期数太少，将使所得周期的偶然误差增大；若测量周期数太多，虽然可以减小计时起、停时的误差，但由于受空气等阻力的作用影响变大，相应的周期将会变长，使所测周期的误差变大。此外，在做三线摆测量时，由于忽略了平动动能的影响因此出现测量结果与理论值误差较大，并且还存在步骤繁琐、耗时较多等缺点。频谱分析法通过频谱分析，获得角振动固有频率，最后根据固有频率计算得出转动惯量，这是一种间接测试方法，中间环节较多，由于根据频谱分析得到的固有频率已经存在一定的误差，则最终结果计算出的转动惯量精度较差。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提供一种测量方法，实现刚体质量、质心和转动惯量的测量，克服现有技术中步骤繁琐、误差较大的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种刚体质量、质心和转动惯量的测 量方法和系统，能够实现质量、质心和转动惯量的测量，步骤简单、并且误差较小。

为了解决上述问题，本发明公开了一种刚体质量、质心和转动惯量的测量系统，所述测量系统包括：

测量控制分析单元，用于通过向六自由度运动平台发送运动信号对其姿态或运动方式进行控制，并根据所述运动信号以及六分力传感器传送的力和力矩，分析计算出被测刚体的质量、质心和转动惯量；

六自由度运动平台，用于根据接收到的运动信号按相应的姿态或运动方式进行运动；

六分力传感器，其安装在六自由度运动平台上，用于通过采集测量参数获得被测刚体所受的力和力矩；

安装平台，其固定在六分力传感器上，用于安装被测刚体；

其中，所述六自由度运动平台通过六分力传感器和安装平台带动被测刚体进行运动。

优选的，所述运动信号包括：X、Y、Z三个方向的平动位移、速度或加速度，或者，绕X、Y、Z三个轴转动的角度、角速度或角加速度；

所述姿态包括：水平静止、绕X轴侧倾、绕Y轴俯仰或者绕Z轴横摆；

所述运动方式包括：X、Y、Z三个方向的平动，或者绕X、Y、Z三个轴的转动；其中，所述转动包括：绕X轴的侧倾运动、绕Y轴的俯仰运动、或者绕Z轴的横摆运动。

进一步，所述六分力传感器包括：三个或三个以上的三分量力传感器；其中，各个三分量力传感器分别采集各自X、Y、Z三个方向的力。

进一步，所述六分力传感器还包括：力和力矩计算单元，用于根据三分量力传感器的位置及其采集的力，计算获得被测刚体所受的三个力F_X、F_Y、F_Z和三个力矩M_X、M_Y、M_Z。

进一步，所述测量控制分析单元包括：

刚体质量计算单元，用于在六自由度运动平台静止时，根据被测刚体所受的力F_Z计算出被测刚体的质量；

质心坐标计算单元，用于在六自由度运动平台水平静止、侧倾或俯仰时，根据被测刚体所受的三个力F_X、F_Y、F_Z和三个力矩M_X、M_Y、M_Z计算出质心坐标；

转动惯量计算单元，用于在六自由度运动平台绕轴转动时，根据角加速度和被测刚体绕该轴的力矩，计算绕该轴的转动惯量；其中，所述轴包括：安装平台X、Y、Z轴以及质心X、Y、Z轴。

此外，本发明还公开了一种刚体质量、质心和转动惯量的测量方法，包括：

通过向六自由度运动平台发送运动信号对其姿态或运动方式进行控制；

六自由度运动平台根据接收到的运动信号，通过六分力传感器和安装平台带动被测刚体按相应的姿态或运动方式进行运动；