[发明专利]一种车轮运动状态矢量检测系统和方法

权利要求书

1.一种的车轮运动状态矢量检测系统，其特征在于，包括力-惯性测量组(18)、信号传输组(19)、连接轴(11)；惯性测量组(18)和信号传输组(19)之间通过连接轴(11)连接；所述的信号传输组(18)包括固定板(13)、轴承(12)、信号传输电路板(14)、光电编码器(15)、信号传输组壳体(16)、壳体盖板(17)；所述的连接轴(11)贯穿信号传输组壳体(16)和壳体盖板(17)，连接轴(11)通过轴承(12)分别与信号传输组壳体(16)和壳体盖板(17)连接，信号传输电路板(14)和光电编码器(15)设置于信号传输组壳体(16)内，固定板(13)设置于信号传输组壳体(16)上，并固定该信号传输组壳体(16)；所述的力-惯性测量组(18)包括弹性体(5)、惯性传感器(10)、结构壳体(7)、车轮内的改制轮辋(4)、焊接法兰(3)、内法兰(6)、惯性传感器(10)和采集电路板(9)，所述的惯性传感器和采集电路板(9)设置于结构壳体(7)内，所述的弹性体(5)还设置有刚性外环、刚性内环和六维车轮力传感器，所述的刚性内环由内法兰(6)固定至至车轮的驱动半桥，所述的刚性外环通过焊接法兰(3)固定至改制轮辋(4)，所述六维车轮力传感器通过探测弹性体的形变测量得到六维车轮力；所述的六维车轮力传感器和惯性传感器(10)的信号传送至采集电路板(9)，所述的采集电路板(9)将信号传送至信号传输电路板(14)，所述的光电编码器(15)的信号传输至信号传输电路板(14)。

2.根据权利要求1所述的车轮运动状态矢量检测系统，其特征在于，所述的弹性体(5)上设置有应变梁，所述的六维车轮力传感器为设置在应变梁上的若干个电阻应变片，所述惯性传感器(10)包括MEMS三轴陀螺仪和MEMS三轴加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的车轮运动状态矢量检测系统，其特征在于，所述的采集电路板(9)上设置有无线数字芯片，所述的采集电路板(9)将无线信号传输至信号传输电路板(14)；所述的车轮运动状态矢量检测系统还包括上位机，所述的信号传输电路板上(14)设置有无线数字芯片，信号传输电路板(14)将无线信号传输至上位机。

4.根据权利要求3所述的车轮运动状态矢量检测系统，其特征在于，所述的上位机采用如下方法处理接收到的信号：

(1)读取上位机主存贮模块接收的十二维力-运动信号——六维力/力矩F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z，三维角速度W_x、W_y、W_z和三维加速度a_x、a_y、a_z；。

(2)预先存储的车轮半径数据R，根据接收到的力-运动信号由以下两式计算得到三维速度V_x、V_y、V_z和三维角加速度α_x、α_y、α_z，，并将力-运动信号、三维速度V_x、V_y、V_z和三维角加速度α_x、α_y、α_z，定义为输入信号S；

V_i＝RW_i；

a_i＝Rα_i；

(3)读取预先存储的标定矩阵G和根据有限元分析计算得到的材料属性及应变梁相关系数λ，计算得到修正矩阵K＝G-λΔF/S；

(4)根据计算得到的修正矩阵K计算得到真实车轮力F_R＝K·S。

5.一种车轮运动状态矢量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)读取上位机主存贮模块接收的十二维力-运动信号——六维力/力矩F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z，三维角速度W_x、W_y、W_z和三维加速度a_x、a_y、a_z；。

(2)预先存储的车轮半径数据R，根据接收到的力-运动信号由以下两式计算得到三维速度V_x、V_y、V_z和三维角加速度α_x、α_y、α_z，，并将力-运动信号、三维速度V_x、V_y、V_z和三维角加速度α_x、α_y、α_z，定义为输入信号S；

V_i＝RW_i；

a_i＝Rα_i；

(3)读取预先存储的标定矩阵G和根据有限元分析计算得到的材料属性及应变梁相关系数λ，计算得到修正矩阵K＝G-λΔF/S；

(4)根据计算得到的修正矩阵K计算得到真实车轮力F_R＝K·S。