汽车车轮动平衡测量系统的设计与实现

崔秀萍等

摘要：介绍了车轮动平衡仪的机械结构设计特点、电气部分基本功能及整机的结构框图，同时又介绍了车轮不平衡量的解算方法及动平衡仪复数影响系数的标定方法。该动平衡仪中恰当的应用了数字积分型相关滤波方法，取得了很好的去噪效果。编写了动平衡仪应用软件，通过产品验证了论文内容的正确性，使车轮动平衡仪得到推广应用。

关键词：车轮； 动平衡仪； 数字滤波

中图分类号：TP23 文献标识码：A文章编号：2095-2163（2014）01-0024-04

0引言

车轮动平衡不好，行驶中就可能出现车轮跳动、方向盘振动，这必然会影响司机驾驶，导致转向系统结合部间隙增大，损坏减震及转向部件，并且增加发生交通事故的几率。车轮进行动平衡后，即可避免以上状况的产生。

车轮动平衡仪早在20世纪80年代即已研制成功，并进入实际推广应用。目前，国外如意大利、德国已有许多车轮动平衡仪的生产厂家，其产品也在不断地更新、改进，而且正向全面自动化、数字化和高精度检测方向推进与发展[1]。近十年来，国内虽然也有一些厂家开始生产车轮动平衡仪，但却只是模拟20世纪80年代意大利早期性能较差的产品（如SILVER KY443型），仪器的软、硬件及性能均难获改进[2]。这一状况严重影响了国产车轮动平衡仪在国际市场上的竞争力[3，4]。为改变这一现状，自主设计具有我国自主知识产权、且性能优异的车轮动平衡仪，则具有高度重要的现实意义。

1车轮动平衡仪的构成

动平衡仪是机电一体化设备，主要由机械和电气两部分组成[5]。

1.1机械结构设计

机械部分主要由安装被检测车轮的旋转主轴，固定主轴的摆架和支架等构成，这些部件牢靠地固定在箱体上，与被检测的旋转车轮组成一个振动体系。当不平衡的车轮旋转时，产生的离心力将引起机械系统中摆架的振动，此时可利用压电传感器和电气环节检测振动信号，并对检测数据进行分析，计算得出车轮不平衡的质量大小和位置，从而校正车轮，使之达到动平衡。

支承部件，一般选取刚度系数较大的金属材料。箱体的构成应尽量采取电焊连接，少用螺栓连接，箱体应具有较高的刚度、适当的重量以及与地面的良好接触，确保箱体的固有频率远高于被测车轮的转速。旋转主轴则应保证径向跳动量较小，以免影响振动信号的稳定性和准确性。

1.2电气部分设计

动平衡仪的电气部分结构框图如图1所示。其中，由高速高效、功能强大的单片机构成微机硬件系统，实现对二相马达的直接控制，并带动主轴旋转；对左、右压电传感器的信号进行高速采集，同时实现多种数字滤波；多种平衡模式下不平衡质量的大小及位置计算；实现系统自动校准、故障诊断及保护；实现液晶显示等多种功能。电子测量尺及激光定位等环节，则用于实现车轮尺寸参数输入，连带指示粘贴不平衡块的位置。

2不平衡量的计算方法及仪器标定

根据转子的两面不平衡等效原理，一个转子的不平衡量可以分解为任意两个垂直于旋转轴的平面的不平衡。基于此，测量整个车轮的不平衡量问题就会转化成测量两个平面上的不平衡量的问题，而要消除车轮的不平衡量，则只需要在这两个平面上的合适位置添加或者去除适当大小的质量块即可。这两个平面通常也称其为校正平面。

2.1不平衡量的计算

动平衡仪的机械支撑结构，如图2所示的左右校正平面，表现为位于两支撑外侧的悬臂梁结构形式。测力传感器安装在两支撑的附近。

5结束语

车轮动平衡仪的整机试验，证明了本文提出方法的正确性，并实现了车轮动平衡的重复测量精度已可达到±1g，一次不平衡量去除率则能达到92%以上，性能完全能够满足研发需求，已经应用到产品中。而且这是国内首款拥有完全自主知识产权的车轮动平衡仪，因而得到了比较广泛的应用。

参考文献：

[1]（日）三轮修三著.旋转机械的平衡[M]. 朱晓农，译. 北京：机械工业出版社，1992.

[2]胡正莱.平衡机的设计与应用[M].北京：国防工业出版社，1988.

[3]彭亮，谈德世.多功能动平衡测量仪[J].电机电器技术，2004（1）：45-48.

[4]江驹，沈勇璋，汪旭旦.智能化动平衡测量仪的研制[J].数据采集与处理，2000，15（4）：476-480.

[5]车轮动平衡机检定规程JJG（交通）010-2005[S].中华人民共和国交通部，2005.