汽車車輪動平衡測量系統的設計與實現

崔秀萍等

摘要：介紹了車輪動平衡儀的機械結構設計特點、電氣部分基本功能及整機的結構框圖，同時又介紹了車輪不平衡量的解算方法及動平衡儀復數影響系數的標定方法。該動平衡儀中恰當的應用了數字積分型相關濾波方法，取得了很好的去噪效果。編寫了動平衡儀應用軟件，通過產品驗證了論文內容的正確性，使車輪動平衡儀得到推廣應用。

關鍵詞：車輪； 動平衡儀； 數字濾波

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A文章編號：2095-2163（2014）01-0024-04

0引言

車輪動平衡不好，行駛中就可能出現車輪跳動、方向盤振動，這必然會影響司機駕駛，導致轉向系統結合部間隙增大，損壞減震及轉向部件，并且增加發生交通事故的幾率。車輪進行動平衡后，即可避免以上狀況的產生。

車輪動平衡儀早在20世紀80年代即已研制成功，并進入實際推廣應用。目前，國外如意大利、德國已有許多車輪動平衡儀的生產廠家，其產品也在不斷地更新、改進，而且正向全面自動化、數字化和高精度檢測方向推進與發展[1]。近十年來，國內雖然也有一些廠家開始生產車輪動平衡儀，但卻只是模擬20世紀80年代意大利早期性能較差的產品（如SILVER KY443型），儀器的軟、硬件及性能均難獲改進[2]。這一狀況嚴重影響了國產車輪動平衡儀在國際市場上的競爭力[3，4]。為改變這一現狀，自主設計具有我國自主知識產權、且性能優異的車輪動平衡儀，則具有高度重要的現實意義。

1車輪動平衡儀的構成

動平衡儀是機電一體化設備，主要由機械和電氣兩部分組成[5]。

1.1機械結構設計

機械部分主要由安裝被檢測車輪的旋轉主軸，固定主軸的擺架和支架等構成，這些部件牢靠地固定在箱體上，與被檢測的旋轉車輪組成一個振動體系。當不平衡的車輪旋轉時，產生的離心力將引起機械系統中擺架的振動，此時可利用壓電傳感器和電氣環節檢測振動信號，并對檢測數據進行分析，計算得出車輪不平衡的質量大小和位置，從而校正車輪，使之達到動平衡。

支承部件，一般選取剛度系數較大的金屬材料。箱體的構成應盡量采取電焊連接，少用螺栓連接，箱體應具有較高的剛度、適當的重量以及與地面的良好接觸，確保箱體的固有頻率遠高于被測車輪的轉速。旋轉主軸則應保證徑向跳動量較小，以免影響振動信號的穩定性和準確性。

1.2電氣部分設計

動平衡儀的電氣部分結構框圖如圖1所示。其中，由高速高效、功能強大的單片機構成微機硬件系統，實現對二相馬達的直接控制，并帶動主軸旋轉；對左、右壓電傳感器的信號進行高速采集，同時實現多種數字濾波；多種平衡模式下不平衡質量的大小及位置計算；實現系統自動校準、故障診斷及保護；實現液晶顯示等多種功能。電子測量尺及激光定位等環節，則用于實現車輪尺寸參數輸入，連帶指示粘貼不平衡塊的位置。

2不平衡量的計算方法及儀器標定

根據轉子的兩面不平衡等效原理，一個轉子的不平衡量可以分解為任意兩個垂直于旋轉軸的平面的不平衡。基于此，測量整個車輪的不平衡量問題就會轉化成測量兩個平面上的不平衡量的問題，而要消除車輪的不平衡量，則只需要在這兩個平面上的合適位置添加或者去除適當大小的質量塊即可。這兩個平面通常也稱其為校正平面。

2.1不平衡量的計算

動平衡儀的機械支撐結構，如圖2所示的左右校正平面，表現為位于兩支撐外側的懸臂梁結構形式。測力傳感器安裝在兩支撐的附近。

5結束語

車輪動平衡儀的整機試驗，證明了本文提出方法的正確性，并實現了車輪動平衡的重復測量精度已可達到±1g，一次不平衡量去除率則能達到92%以上，性能完全能夠滿足研發需求，已經應用到產品中。而且這是國內首款擁有完全自主知識產權的車輪動平衡儀，因而得到了比較廣泛的應用。

參考文獻：

[1]（日）三輪修三著.旋轉機械的平衡[M]. 朱曉農，譯. 北京：機械工業出版社，1992.

[2]胡正萊.平衡機的設計與應用[M].北京：國防工業出版社，1988.

[3]彭亮，談德世.多功能動平衡測量儀[J].電機電器技術，2004（1）：45-48.

[4]江駒，沈勇璋，汪旭旦.智能化動平衡測量儀的研制[J].數據采集與處理，2000，15（4）：476-480.

[5]車輪動平衡機檢定規程JJG（交通）010-2005[S].中華人民共和國交通部，2005.