（控制理论与控制工程专业论文）轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 摘要 轮胎均匀性试验机属于在线检测设备，是轮胎制造业的关键检测系统，产品 符合国家的发展方向，是国家重点研究的产业化项目。目前该产品在国内完全依 赖进口，本项目的研制开发就是要改变国内不能生产均匀性试验机的状况，推动 我国轮胎制造业的发展。 均匀性试验机属于机电一体化产品，本课题着重就均匀性算法解算和控制方 法进行了研究，提出了一套行之有效的检测方法。为提高标定系数的精度，引入 了最小二乘法，并进行了扩展应用：对均匀性检测原理进行了深入研究，对均匀 性测试过程运用力学原理进行分析，得出了均匀性测试方法；数据采集方面，对 接线方法、信号提取进行了分析，保证了数据的有效性；数据处理方面，运用低 通、带通滤波进行信号处理，提取符合均匀性要求的频率信号，然后对该信号应 用傅立叶算法进行频谱分析，得到力的波动各次谐波；上位机和p l c 之间的通讯 采用了当今比较流行的以太网通讯方式，由于对通讯的实时性要求比较商，在软 件实现方面采用了多线程技术，并采取可行的方法保证了线程的同步运行。本课 题还对上位机软件进行了专门开发，在软件开发过程中，运用了比较流行的软件 开发技术，如封装技术、多线程技术、以太网通讯技术等，采用s q ls e r v e r 关 系型数据库进行数据存储和管理，软件功能强大，运行稳定、可靠。 目前均匀性试验机已经研制成功，并投入使用，检测参数精度符合行业规定， 实际使用效果良好。 关键词：均匀性力的波动数据采集通讯数据库上：位计算机 轮胎均匀性试验机算法解算雨i 控制方法的研究 t h es t u d yo fa i u t h m e t i cr e s o l u t i o na n d c o n t r o l l i n gm e t h o do ft l r eu n l f o r m l t y t e s tm a c h i n e a b s t r a c t t h et i r eu n i f o r m i t yt e s tm a c h i n e b e l o n g st ot e s te q u i p m e n to n - l i n e i ti sak e yt e s t s y s t e mo ft i r em a n u f a c t u r i n g t h ep r o d u c ta c c o r d sw i t ht h ed i r e c t i o no fn a t i o n a l d e v e l o p m e n ti nt h i sf i e l d ，a n di ti sa l s ot h ei n d u s t r i a l i z a t i o ni t e mb e i n ge m p h a s i z i n g s t u d yb yo u rc o u n t r y n o w a d a y s ，t h em a c h i n er e l i e so ni m p o r tc o m p l e t e l y t h es t u d y o ft h i si t e mi st oc h a n g et h es i t u a t i o nn o ta b l et op r o d u c et h e u n i f o r m i t yt e s tm a c h i n e a n dt od r i v et h ed e v e l o p m e n to f o u rn a t i o n a lt i r em a n u f a c t u r i n g t h et i r eu n i f o r m i t yt e s tm a c h i n ei sb o t ham e c h a n i c a la n da l le l e c t r i cp r o d u c t t h i sp a p e re m p h a s i z e so nt h es t u d yo fa r i t h m e t i cr e s o l u t i o na n dc o n t r o l l i n gs y s t e mo f t h eu n i f o r m i t ya n db r i n g sf o r w a r da ne f f e c t i v et e s tm e t h o d i no r d e rt od e v e l o pt h e p r e c i s i o no ft h et e s tm a c h i n e ，i n d u c tl e a s ts q u a r ea n de x t e n di t sa p p l i c a t i o n d e e p l y s t u d yt h eu n i f o m f i t yt e s tp r i n c i p l e a p p l yt h em e c h a n i c sp r i n c i p l et oa n a l y z et h e u n i f o r m i t yt e s tp r o c e d u r ea n de d u c et h eu n i f o r m i t yt e s tm e t h o d i nt h ew a yo f d a t a - c o l l e c t i o n ，a n a l y z et h em e t h o do fc o n n e c t i o na n ds i g n a lp i c k - u p ，e n s u r et h ed a t a a r ea v a i l a b l e w i t hr e g a r dt ot h ed a t ap r o c e s s i n g ，a p p l yl o w - p a s sf i l t e ra n db a n d p a s s f i l t e rt op i c ku pt h ef r e q u e n c ys i g n a la c c o r d i n gw i t ht h er e q u i r eo fu n i f o r m i t yt e s t a n d t h e na p p l yf o u r i e ra r i t h m e t i ct o a n a l y z et h ef r e q u e n c ys p e c t r u m t o g e te a c h h a r m o n i o u sw a v eo ft h ef o r c ev i b r a t i o n 。t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h eh o m e c o m p u t e ra n dp l ca d o p t se t h e r n e tc o m m u n i c a t i o nm o d ew h i c hi sp o p u l a ru s e dn o w , s i n c ei tn e e d st oc o m m u n i c a t ei n r e a lt i m e ，a d o p tm u l t i t h r e a d i n gt e c h n i q u ei nt h e s o f t w a r ep r o g r a m m i n ga n dt a k ea v a i l a b l em e t h o d st oa s s u r et h es y n c h r o n i z a t i o no f t h e t h r e a d m e a n w h i l e ，t h i sp a p e ra l s od e v e l o p st h eh o m ec o m p u t e rs o f t w a r e i nt h e p r o c e s so ft h ed e v e l o p m e n t ，a p p l ym o r ep o p u l a rt e c h n i q u e ，s u c ha se n c a p s u l a t i o n ， m u l t i t h r e a d i n g ，e t h e r n e tc o m m u n i c a t i o na n ds oo n a d o p ts q ls e r v e rr d b m st o s a v ea n dm a n a g ed a t a t h es o f t w a r ei so fm i g h t i n e s sf u n c t i o na n dr u n ss t e a d ya n d r e i i a b l e i i 青岛科技大学研究生学位论文 n o w a d a y s ，t h eu n i f o r m i t yt e s tm a c h i n eh a sb e e nm a n u f a c t u r e ds u c c e s s f u l l ya n d u s e do nt h es p o t t h ep r e c i s i o no ft h et e s tp a r a m e t e r sa c c o r d st h ei n d u s t r i a lp r e s c r i p t t h eu n i f o r m i t yt e s tm a c h i n e p r e s e n t saw e l le f f e c ti nt h ea c t u a lu s e k e yw o r d s ：u n i f o r m i t yf o r c e v i b r a t i o nd a d a - c o l l e c t i o nc o m m u n i c a t i o nd a t a b a s e h o m e - c o m p u t e r 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 该项目来源于青岛软控股份有限公司自主研制开发的“轮胎均匀性试验机” 项目的控制部分。该项目属于机电一体化产品。目前我国轮胎企业使用的在线式 轮胎均匀性试验机全部是进口产品，本项目的研制开发就是要改变国内不能生产 均匀性试验机的状况，推动我国轮胎均匀性技术在轮胎生产中的应用，提高我国 轮胎的质量，并促进我国公路客运、货运的效率和质量的提高，推进我国轮胎制 造业的发展。 1 2 轮胎均匀性技术的研究背景与现状 随着人们生活水平的提高，人们越来越多地依赖于各种各样的交通工具，交 通业的突飞猛进，也刺激了轮胎行业的飞速发展，轮胎检测行业也逐步兴起，轮 胎的均匀性检测作为轮胎质量保证的一道主要环节，开始受到国内专家的极大关 注。本课题产品可广泛用于子午胎生产企业，是轮胎制造业的关键检测系统。产 品符合国家的产业发展方向，是国家重点研究的产业化项目。 9 0 年代之前，国内的轮胎生产不重视轮胎的检测，随着高速公路的普及，道 路的拓宽，车速极大加快，当车速达到每小时一百公里以上的时候，轮胎的不均 匀性就会严重影确车辆的运行情况，甚至成为人车安全的关键因素。 轮胎均匀性试验机这种新式的轮胎检测工具于8 0 年代悄然进入了我国市场， 成为一种必不可少的检测工具。但轮胎均匀性的检测技术，一直以来是我国的一 项空白，技术只掌握在外国人的手里，其中包含了大量的算法与解算，涉及到多 门学科，国内的均匀性检测设备依赖进口，我国轮胎行业要兴起，必须重视并作 好均匀性检测的研究。 按照机械运动的原理，凡达到较高转速的轮胎，由于材料组织内部的不均匀， 零件外形的尺寸误差，装配尺寸的误差以及结构形状等原因，在高速旋转情况下 必定会产生波动的径向力和侧向力，波动幅度大到一定程度会引起汽车的振动或 噪声，也会影响到汽车运行的速度、舒适度或平稳度。因此，轮胎的均匀与否对 于车辆来讲，是非常重要的参数，往往为汽车厂配套进行均匀性测试。 国外在早期就投入了较大的人力和物力从事轮胎检测设备的研究，德国、美 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 国、r 本等国家在国际上均处于领先地位，技术上相对成熟，均匀性机产品的测 量系统稳定可靠、精度高、技术性能指标水平。生产均匀性试验机，较知名的公 司有日本国际计测、美国阿克隆、同本三菱、德国科尔曼等公司。 闩本国际计测器株式会社是世界著名的均匀性检测设备的生产厂商。目前在 世界上一些著名汽车、微电机生产企业如日本丰田汽车，日产汽车、本刚技研、 美国福特、通用、克莱司勒、日本电装、力i 宝至马达、德尔福、德国博世、韩国 现代等公司的生产线上，均装备有只本国际计测器公司的多种检验测试产品。近 几年来，r 本国际计测器公司在汽车车轮、轮胎在线动平衡、均匀性、摆差跳动 等测试设备的开发方面取得了很大的成功，其中世界上首台集轮胎均匀性、动平 衡、跳动度测试于体的复合性能试验机已研制成功并批量生产，并占有相当大 的国际市场。 与欧美国家相比，我国的轮胎检测行业比较落后，9 0 年代之前，我国的高速 公路少，要求的车速不高，车速最快也只有七、八十公罩，由轮胎不均匀所引起 的问题亦不明显，因此对轮胎的均匀性检测没有足够的重视。9 0 年代以来，我国 轮胎行业才开始逐渐引进国外的轮胎检测装备，但只局限于检测设备的应用，仍 没有自行研发轮胎均匀性试验机的能力，国外也一直对我国封锁技术。因此，从 目前来讲，我国的轮胎检测应用虽然普及，但对均匀性的检测技术的掌握依然是 空白，我国轮胎制造企业的轮胎检测设备完全依赖于国外进口。 我国的均匀性技术发展起步较晚，尤其是在形成一个规范的技术体系方面进 展较慢，其科学的技术支撑和规范的行业管理有待于逐步完善。尽管如此，我国 还是较为重视该技术的发展，于2 0 0 1 年发赤了“汽车轮胎均匀性试验方法 ( u n i f o r m i t yt e s tm e t h o df o rm o t o rv e h i c l et y r e s ) ”( 6 b t1 8 5 0 6 2 0 0 1 ) 1 1 1 3 轮胎均匀性试验机 轮胎均匀性试验机是检测轮胎旋转时在轮胎径向和轴向( 侧向) 受力情况的 关键设备。轮胎的均匀性是指轮胎旋转时，轮胎在径向和轴向( 侧向) 受力的波 动程度，是考核轮胎质量的一个重要参量。当轮胎均匀性状态好时，轮胎旋转过 程中在径向和轴向( 侧向) 受力的波动不大，均匀性状态不好时，则在某个方向 的力的波动过大，就会影响轮胎质量，波动幅度大到一定程度会引起汽车的振动 或噪声，也会影响到汽车运行的速度、舒适度或平稳度。径向力波动主要反映轮 胎胎冠的跳动力，其值越大，汽车乘座舒适度就愈差；侧向力波动主要反映轮胎 的摆动性，其值过大，就会使汽车在行驶中摇摆，方向盘把握不住，影响操纵 性能。轮胎均匀性的测试由轮胎均匀性试验机来完成。 青岛科技大学研究生学位论文 轮胎均匀性试验机主要用于对轮胎的均匀性性能进行全自动测量，检测项目 包括轮胎径向力波动、径向力各次谐波、侧向力波动、侧向力偏移、侧向力各次 谐波、锥度效应力、角度效应力等参数。可自动测量轮胎的内径、外径及断面宽， 并根据测量结果自动调整轮辋规格，实现全自动混装测试，根据检测结果对轮胎 进行判级、打标。独特的电气系统监视上下轮辋的相对位置，对上下轮辋微小的 错位进行自动调整。具有对主轴和上下轮辋的偏芯进行自动补偿的功能。具有数 据结果分析、存储、打印等功能，并预留有条形码测量装置安装接口。同时还可 与动平衡试验机连机，实现轮胎的综合判级、打标。各项技术指标均达到国际先 进水平。 轮胎均匀性试验机系统，采用二级计算机控制，上位机采用工控机进行标定、 修正、解算等功能，下位机采用p l c 进行动作、逻辑控制。 轮胎均匀性试验机的工作原理为：当轮胎被装卡、充气后，负荷轮旋转并靠 近轮胎给其施加一定的负荷，这样负荷轮就带动轮胎一起旋转。由于轮胎材质的 不均，使得轮胎径向和轴向施加到测力传感器的径向力和轴向力被转换成电信 号，通过对该信号连续测量，再由计算机系统对该信号进行分析，计算出均匀性 各参数，并由显示系统显示出来。为了满足均匀性高灵敏度的要求，系统中传感 器及a d 转换器必须选用高灵敏度和高精度产品，同时为了保证重复性的要求， 计算机系统必须对电信号进行多次测量，因此要求计算机系统的运算速度及测试 速度足够高。 1 4 本文所做的工作 本课题主要研究均匀性试验机算法解算和控制方法，研制内容包括： 1 信号采集、滤波、频谱分析； 2 均匀性的力学分析、均匀性测量数学分析： 3 丌发上位机软件，包括数学模型参数标定、均匀性数据处理、解算，轮 胎信息管理，数据库管理，报表管理，帮助系统，以太网通讯，基于w e b 的远程访问等； 4 整机故障分析、诊断子系统； 本系统的研发中还包括机械部分和下位机的控制部分，但不在本人研究范围 之内。 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 1 5 文章结构 论文分五章对系统进行介绍。第一章是绪论部分，介绍了轮胎均匀性试验机 的研究背景与现状：第二章讲轮胎均匀性试验机的原理与构成；第三章介绍了开 发轮胎均匀性试验机中研究的一些算法与解决的问题；第四章介绍了轮胎均匀性 试验机的控制系统与软件；第五章是总结与改进。 4 青岛科技大学研究生学位论文 第2 章轮胎均匀性试验机的原理与构成 2 0 ! 轮胎均匀性的概念与原理 轮胎是一筒状断面的圆环形挠性旋转体，是由多层带有钢丝帘线的橡胶预制 材料、复合橡胶预制材料经贴合、成型、硫化定型而成，这样就可能产生材料的 不均或质量偏心，即不均匀性。由于轮胎的不均匀性，其在滚动过程中作用于旋 转轴上的附加力会引起车辆的振动和跑偏现象，从而影响汽车运行的速度、舒适 度或平稳度。严重的会损坏汽车零部件，甚至会引发交通事故。这些附加力包括 轮胎旋转时的不均匀性离心力、轮胎形状不对称和刚度不相等引起的弹力以及轮 胎内部结构引起的有关力耦合力。对于生产出来的轮胎，要进行均匀性检测与校 肛，使其实际的均匀性各参量满足所规定的允许量限。因此，轮胎均匀性技术就 发展成为一种专门技术。尤其是交通业飞速发展的今天，车速越来越高，从而对 轮胎的均匀性性能的要求也越来越苛刻，轮胎均匀性检测技术已成为轮胎制造领 域中一个非常重要的环节。 轮胎均匀性是指在静态和动态条件下轮胎圆周特性恒定不变的性能，其指标 给出了轮胎旋转不均匀性的程度，可表征轮胎内部缺陷对旋转运动力的影响，车 辆行驶中由轮胎的不均匀性引起三个方向的作用力变化：径向力波动和侧向力波 动对乘坐舒适性有较大影响，侧向力偏移对车辆的稳定性和操纵性影响较大。 2 0 1 1 轮胎均匀性的影响因素 所有轮胎的均匀性都是可以测量的，轮胎的不均匀主要是由于轮胎原材料以 及制造等原因造成的。不均匀的轮胎能够对行驶的车辆产生下列影响： 1 径向力 2 侧向力( 轴向力) 3 操纵力矩 4 旋转抵抗力矩 2 0 1 2 均匀性的测量方法 轮胎均匀性测量是在负荷轮加载并带动轮胎旋转的情况下进行的，它是基于 负荷轮加载的轮胎旋转在轮胎径向和侧向产生力的波动来测量其均匀性的，安装 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 在负荷轮两端的两分量测力传感器可感受该力的波动，达到测量目的。径向力波 动和侧向力波动都会引起车辆的振动现象。 z 2 1 3 均匀性受力分析 3 】 y 1 坐标系 为了测试轮胎，轮胎工业采用在轮胎中心 建立坐标系，并沿着这些坐标轴进行测试，如 图2 - 1 所示： z 轴方向的受力为径向力 y 轴方向的受力为侧向( 轴向) 力 x 轴方向的受力为切向力 2 径向力( f ) 该力与轮胎和路面( 或均匀性试验机上 的负荷轮) 垂直，径向坐标轴垂直于路面，径 向力以该轴旋加给轮胎。 3 侧向力( f ) z 图2 - 1 测量坐标系 f i g2 - 1m e a s u r i n gc o o r d i n a t e x v 它是轮胎和路面( 或均匀性试验机上的负荷轮) 之间沿着旋转轴方向的力，侧 向力是轮胎- - 俱f j n 另一侧作用于车辆的操纵力。 4 切向力 它是轮胎和路面( 或均匀性试验机上的负荷轮) 之间的驱动力，在轮胎行驶方 向，切向坐标与路面平行。驱动力沿着切向作用于轮胎。 2 1 4 均匀性备测量参数 1 力的波动 力的波动是指轮胎在旋转过程中受力的变化，它是由于轮胎制造过程中造成 的。均匀性试验机能够测量两种力的波动： 侉向力波动 侧向力波动 必须给轮胎施加一定的负荷使其产生受力波动。径向力和侧向力的波动是在 顺时针和逆时针两个方向上进行测量的( 正转和反转) 。 1 ) 径向力波动( i c f v ) 6 青岛科技大学研究生学位论文 当轮胎充气、加载并旋转后，在轮胎径向发生的受力的变化。径向力波动主 要反映轮胎胎冠的跳动力，其值越大，汽车乘座舒适度就愈差； 2 ) 侧向力波动( l f v ) 当轮胎充气、加载并旋转后，在轮胎侧向发生的受力的变化。侧向力波动主 要反映轮胎的摆动性，其值过大，就会使汽车在行驶中摇摆，方向盘把握不住， 影响操纵性能。 2 侧向力偏移( l f d ) 侧向力偏移定义为侧向力在一个方向上的平均值，一个正的侧向力偏移在丁f 转时产生( 1 s td i r ) ，一个负的侧向力偏移在反转时产生( 2 s td i r ) 。 3 锥度效应力( c o n y ) 和角度效应力( p l s y ) 锥度效应力是在轮胎的旋转方向改变时，方向不变的侧向力积分平均值；而 角度效应力则是在轮胎的旋转方向改变时，方向也变化的侧向力积分平均值。 2 1 5 测量系统 要测量轮胎的径向力波动和侧向力波动，必须将轮胎安装在装有测力传感器 的测量系统中。负荷轮加载的轮胎旋转过程中，由于负荷轮的加载作用，被测轮 胎固有的力特征反映在负荷轮两端的测力传感器上，通过数学分析即可求得轮胎 径向受力和侧向受力，进而求得轮胎均匀性各参数。 图2 - 2 均匀性测量系统示意图 f i g2 - 2u n i f o r m i t ym e a s u r i n gs y s t e mg e n e r a lv i e w 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 2 1 6 均匀性测量原理 轮胎均匀性试验机数据测量原理是这样的：当轮胎被装卡、充气后，负荷轮 旋转并靠近轮胎给其施加一定的负荷，这样负荷轮就带动轮胎一起旋转。与主轴 相连的增量型旋转编码器( 脉冲转) 输出a 、b 、z 三相脉冲信号，用来实现 轮胎圆周上的个测力点，a 相确定测力点的位置，z 相为零位基准信号，同时 与轮胎转速同步。由于轮胎的不均匀性，使其在旋转过程中对负荷轮产生的反作 用力发生波动，安装于负荷轮两端的测力传感器可感受压力的变化分别输出交变 信号，当轮胎转速达到1 2 0 转分时，以编码器z 脉冲为起始点，a 相每发出1 个 脉冲就作为一次中断采样信号，两块数据采集卡( 分别对负荷轮两端的两个测力 传感器信号进行采集) 就分别做一次a d 转换，及计算机采集一个数据，每圈共 采集个数据，连续采集肘圈，将这吖个周期的数据共m n 个平均可得到一 组数字序列( 共个) ，经解算后，得出轮胎的不均匀性。 2 1 7 轮胎均匀性的测量模型 轮胎均匀性测量，最终反映的是轮胎受力情况，要依据一定的数学模型和方 法进行分析才行，关于这方面的分析，将在第三章轮胎均匀性数学分析一节中进 行详细分析。 2 1 8 轮胎均匀性的测量过程 轮胎均匀性测量过程中，负荷轮给轮胎施加载荷，测力传感器感受力的波动， 输出电荷信号，如何确定负荷轮载荷和传感器输出之间的线性关系就关系到设备 的测试精度，即正常测量之前首先就要对系统进行标定。轮胎均匀性试验机需要 进行径向力标定、侧向力标定、偏心补偿来确定和检验数学模型参数，然后依据 对被测轮胎采集上来的数据，最终计算出被测轮胎的径向力波动、径向力波动各 次谐波、侧向力波动、侧向力波动各次谐波、侧向力偏移、锥度效应力、角度效 应力等参数。 2 2 轮胎均匀性试验机的功能 均匀性试验机能够在线检测规格为1 0 一1 8 时的轿车及轻卡子午胎。检测项 目包括轮胎径向力波动、径向力各次谐波、侧向力波动、侧向力偏移、侧向力各 青岛科技大学研究生学位论文 次谐波、锥度效应力、角度效应力等。可自动测量轮胎的内径、外径及断面宽， 并根据测量结果自动调整轮辋规格，实现全自动混装测试，根据检测结果对轮胎 进行判级、打标。具有数据结果分析、存储、打印等功能，并预留有条形码测量 装置安装接口。同时还可与动平衡试验机连机，实现轮胎的综合判级、打标。各 项技术指标均达到国际先进水平。 独特的电气系统一直监视着上下轮辋的相对位置，对上下轮辋微小的错位 进行自动调整。具有对主轴和上下轮辋的偏心进行自动补偿的功能。轮胎充气系 统采用闭环控制，实时调整轮胎内部压力，现场安装的温湿度传感器实时监测现 场环境温湿度。所有标定均自动完成并由上位机自动存储。上位机采用 w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，所有画面均为中文显示，具有工艺参数设定、存储、打 印、故障诊断、标定等功能，报表项目有平均值、最大值、最小值、标准偏差以 及批量数据等，并可根据用户要求设计报表内容。整个上位机系统操作简便、界 面友好。 设备无论在机械结构设计与制造，还是在电气自动化控制方面，都达到了国 际先进、国内领先的水平。控制系统方面，在综合了多家同类产品的特点的基础 上，充分发挥了本公司系统控制和软件开发的优势，不但在设计配置上相对同类 产品更具适用性、先进性，而且从发展企业现代化管理的方向考虑，预留了远程 控制和系统网络管理接口，为企业今后的现代化管理奠定了基础。 2 2 1 轮胎均匀性试验机的工艺方案 q l j 系列均匀性试验机由五个工位组成：第一工位为入口分隔工位，第二工 位为润滑工位，第三工位为均匀性测试工位，第四工位为打标工位，第五工位为 分级工位。 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 1 入口分隔工位2 润滑工住3 测试工位4 打标工位5 分级输送工住 图2 - 3 均匀性试验机设备组成 f i 9 2 - 3u n i r f o r m i t yt e s tm a c h i n ed e v i c ec o m p o s i t i o n 1 入口分隔工位 ( 1 ) 功能：为实现连续、逐个、自动地输送轮胎。 ( 2 ) 机构组成：分隔臂、挡臂、输送辊等。 ( 3 ) 工作原理：分隔臂起轮胎分隔作用，其关闭时只有一条轮胎被送到挡 臂位置。挡臂用于挡隔轮胎不进入润滑工位，当润滑区无胎时，挡臂打开，输送 辊输送轮胎进入润滑工位。 ( 4 ) 流程图： o 青岛科技大学研究生学位论文 憝 挡骑打开 ，| 2 鸳辕送电裁鏖动 图2 - 4 入口分割z - 位流程图 f i g2 - 4e n t r yp a r t i o ns t a t i o nf l o w 2 润滑工位 ( 1 ) 功能：对待检轮胎的胎圈进行润滑以保证轮胎与轮辋配合紧密及顺利 装卸。胎圈润滑效果对均匀性机系统的重复性精度垒关重要，润滑液涂抹太多或 困弋 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 润滑不充分会导致轮胎装卡不到位，将影响其重复性能。 ( 2 ) 机构组成：轮胎旋转左辊道、辊道轮胎输送长辊、轮胎旋转右辊道、 定中心臂、润滑棒及升降机构等。 ( 3 ) 工作原理：润滑工位倾斜6 。角，润滑时，左右辊道相对运动，使轮 胎旋转，由于重力作用，轮胎倾斜，胎圈靠在润滑棒上，使润滑液均匀地涂抹。 包裹海绵的润滑棒大量吸收润滑剂，使润滑更加充分。 ( 4 ) 流程图： 青岛科技大学研究生学忙论文 c 塑3 睡梦 r r - r j _ ，+ ，一一 r霆串心变霉鬟雕 j r 拳糍蕊转、豢糍发辚 卜；黪瓣瓣转，瀚游。i 厂虿孺：1 素瓣f i 一 e 润滑停a - ) r ! _ 一 鬻孥心变臀美闳 多媲 图2 - 5 润滑工位流程图 f i g2 - 5l u b r i c a t i o f fs t al i o nf l o w 一夔一 一扩 一点一 翥一 一移一 一瓣一 蕊 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 ( 5 ) 时序如下表 表2 一l 润滑工位时序 t a b l e 2 - 1l u b r i c a t i n gs t a t i o ns e q u e n c e 3 测试工位 ( 1 ) 功能：实现轮胎均匀性各参数的测量，测试项目包括：轮胎径向力波 动、径向力各次谐波、侧向力波动、侧向力偏移、侧向力各次谐波、锥度效应力、 角度效应力等。 ( 2 ) 机构组成：上轮辋及伺服电机、下轮辋、轮胎输送辊道、升降台、测 力传感器、主轴、主轴电机、定中心臂等。 ( 3 ) 工作原理：轮胎被负荷轮带动以一定速度旋转时，负荷轮给轮胎施加 固定载荷，由于轮胎自身的不均匀，此载荷传递到负荷轮上将发生相应改变，会 在径向和侧向产生径向和侧向作用力，通过安装于负荷轮上下两端的两个测力传 感器测量该作用力，然后经过一系列的力学模型、数学算法解算出轮胎的不均匀 性。主轴为a c 伺服电机驱动，平皮带传动；上轮辋采用a c 伺服电机驱动，自动 调节段差；均匀性测量使用压电式测力传感器；角度定位采用增量型旋转编码器； 测量结果用c r t 中文显示；径向力和侧向力标定采用一次标定程序，即选一种有 代表性的轮胎标定后，该标定值即可作为其它相同规格轮胎的标定值使用；偏心 补偿采用2 、4 、8 点反向消除法；测试轮胎类型无限量储存。轮辋共计3 套，分 别为1 2 ”1 3 ”一1 4 ”、1 4 1 5 ”一1 6 ”、1 6 ”一1 7 ”- 1 8 ”。伺服电机驱动的上轮辋更 换方便，熟练人员更换轮辋平均时间少于3 0 分钟。 ( 4 ) 流程图： 1 4 青岛科技大学研究申学位论文 k 醺 f 1 1 k 舞嗲转嬲懈 | r f i j o 一_ 1 l 二萋墼耋燮i 匿圈 匿楚 匿夔 图2 - 6 测试工位流程匿 f i g2 - 6t e s ts t a t i o nf l o w 1 5 囤 邃 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 ( 5 ) 时序如下表： 表2 - 2 测试工位时序 t a b l e 2 2t e s ts t a t i o ns e q u e n c e 4 打标工位 ( 1 ) 功能：根据测试结果对轮胎进行打标：黄色为合格，红色为不合格： 打标位置为径向力一次谐波的高点。系统根据不同的轮胎半径自动调整打标位 置。 ( 2 ) 机构组成：打标机构、定中心臂、轮胎输送辊道等。 ( 3 ) 工作原理：打标器温控系统是一个闭环回路，实时调节使加热头始终 维持在设定温度范围内；打标采用色带热压式，高温加热将色带融化在轮胎上； 根据测试结果对轮胎进行打标- 打标位置为径向力一次谐波的高点；打标颜色两 种( 如黄、红) ，打标形状两种( 如、o ) 。 ( 4 ) 流程图： 青岛科技大学研究生学位论文 ( 5 ) 时序如下表 番 匿 参 遥i 多番 i 叠 h # 、2 瓣 拇嚣“f 簿舒标 | | 璇黄翻1 撩炙上升 | 矧筝檬裙抬裁 藏者下打标辩蒋下 遥；梦零 蓊 输送辊麝动 输送轮验) 图2 7 打标工位流程图 f i g2 - 7m a r k i n gs t a t i o nf l o w 童 轮胎均匀性试验机算法解算羊l 控制方法的研究 表2 - 3 打标工位时序 t a b l e 2 - 3m a r k i n gs t a t i o ns e q u e n c e 5 分级工位 ( 1 ) 功能：根掘测试结果刈轮胎进jj ：分级：i 级运输带升起到最高位置；2 级运输带到巾间位置；3 级运输带下降到最低位置；实现分级入库。 ( 2 ) 机构组成：轮胎输送辊道、双气缸等。 ( 3 ) 工作原理：根据测试结果将轮胎分级输送，双气缸驱动输送带存二个 位置分缴。 ( 4 ) 流程圈： c 堑? 甭 p ) ，记为l l q ，l 2 q ， l n q ，x l q ，。2 q ，x p q ( p = m a x ( m l ，m 。) ，q 2 1 ，2 ，k ) ，得到残余 v，=l。善a，x。(i兰i2篓aq1 , 2 兰k ij c s z ， v 。q = l r 艺a 南l 乩，ni ( 3 屯 一 i = ，人，j 根据最小二乘法原理。“：在测量数据无偏、正态、独立的情况下，a 。a ：， a 。( p ( 1 ，2 ，m s 。x ( m 1 ，m 。) ) ，i = 1 , 2 ，a ，n ) 最可信赖的结果应在 测量的残余误差的平方和为最小的条件下求得，即 e e v , 【l j q 一8 】2 = m i n ( 3 3 ) n k 为此，求残余误差的平方和v 三的极值，即对残余误差平方和求偏导， i = 1a = i nk 并令其为0 ，由此可获得一组有确定解的方程，从而找到w 的极值点，并 i = 1 d = 1 1 1k 求得满足v ：= i d l n 的估计量。 1 = 1a = i 青岛科技大学研究生学位论文 由公式 nk a ( v b ! ：! ! ：! = 0 a a l i 。k m ( i = 1 ，2 ，a ，n ) a ( e v b 望! ：! = 0 抛。 得到矩阵形式的方程组： o o m 0 x 一：。 q = 1 x ；。 = l m 。x ：。 q = 1 a x l q x n q q = l a x 2 q x m q d om a x q = l oa oa mm 0 八 a a m 人 ( 3 4 ) a 人 m a o kk aaao x ix 。x ：。a 州删 kk a aa 0 x 。x ，。x 乞 a q爿qil mmmmmmo kk aaa o x 叽q x l q x n q x 2 q 人 q 寸q - 1 o 0 m 0 m k x 毛。 铲m 舻 拓扣m 扣 啪 ” x x 均 抽 x x 。宁蚪 轮胎均匀性试验机算法解算和控制方法的研究 l 。x 。 l 。x ：。 q = l ( 3 5 ) 矩阵方程( 3 5 ) 是方程( 3 - 1 ) 的法方程，解此矩阵方程，可得出待求量 a a 2 ，a p ( d e ( 1 ，2 ，m a x ( m 1 ，m 。) ) ，i = 1 , 2 ，a ，n ) 的最小 二乘估计，这是由最小二乘得到的最可信赖的结果。 3 1 3 2 均匀性标定原理1 1 3 均匀性试验机标定内容有径向力标定和侧向力标定，标定主要是为了确定传 感器输出和载荷之问的线性关系，标定系数将在后面正式测量使用。 振动测试原理 定义： 设有n 个e af a 日被测量，有n 个墨as ，人晶独立的传感器进行测量， 且f 与墨( i = l ，2 ，n ) 是线性相关的，且满足 鼻 e m f v 毛毛： a j j 2 l七2 2 a m mo 后l七2 a 瓦( i = 1 ，a ，= 1 ，a ，) 为标定系数。 为确定t 。的数值，需进行如下标定： ( 3 6 ) 岫 两 邺 铲 小m 冉m 宁d删。口删 qm 【 。州 印蚴m圳m蛳蛳m w s 岛m “jjjjjjjjjjjjjjji m t 七 青岛科技人学研究生学位论文 确定1 组f 的数值为e 。，则测量1 组s 。的数值为s 。 共进行n 次这样的操作，则得到 e 。e ： 五，疋： m m 凡。f ： a 鼻。 a f 2 。 0m 入f q n 和 s 1 1s t 2 s 2 ls 2 2 m m s 1s 2 a s i as 2 om 氏s n n 且有与以( f 七) 线性无关，则s 。与g ) 也线性无关。 由方程( 3 - 6 ) 和线性叠加原理，有 k l lk 1 2 k 2 lk 2 2 m m k lk 2 a e 。 a 只 om 八f n n a k i a k 2 om 入k n q k l i k 1 2 k 2 ik 2 2 m m k 1 k n 2 a k l 0s 1 1 a 七2 。9 omi | m a mj ls l s 1 2 a s