恩梯恩开发新轴承:安装负荷传感器 提高控制性能

2010-04-01 20:46:25来源: 技术在线

      恩梯恩(NTN)开发出了嵌入3轴负荷检测传感器轮毂轴承(图1)。由于将传感器置于轮毂而非车身上,因此可以提高车辆控制的响应性能和精度。

  

图1:附带传感器的轮毂轴承可以看到是采用三根螺丝来固定传感器。有四个传感器环绕着轮毂轴承。

      汽车的车辆控制系统根据加速度传感器、偏航速率传感器以及车轮转数传感器等的信号,来推断车辆的状态。通过操舵和加减速从路面传入的力量首先传到轮胎,然后依次经由轮毂、挂臂和副车架达到车身。

  转数传感器以外的传感器原来安装在车身上,因此车身姿势开始发生变化后传感器就会发出信号,在接收到信号后进行控制。从轮胎到车身的力量路径有悬架弹簧,以及安装挂臂的衬套柔性(Compliance)。另外,由于车身重量,会有一定的响应延迟。因此,如果基于传感器信号的话,车辆控制就会“滞后”。

  要想高度控制车辆,理想的方法是直接检测轮胎接地面和路面之间的摩擦力,并正确掌握接地状态。在这个意义上,最好通过位于轮胎附近的轮毂进行测量。

  恩梯恩考虑到这些因素,于2007年开发出了在轮毂而非车身来直接测量车辆控制最为重要的侧向力(Fy)的“负荷传感器内置轮毂轴承”,但整车厂商强烈期待3轴而非单轴负荷检测的轮毂轴承。

图2:截面图
左侧为车轮侧,右侧为车身侧。

  此次开发出来的轮毂轴在外圈的上下左右四处安装了应变计(Strain Gauge,图2)。轮毂轴承的外圈在受到负荷后会微量变形。然后通过应变计测量该变形。综合四个传感器的测量结果,将其坐标变换为侧向力(Fy)、驱动和制动力(Fx)以及上下方向的力(Fz)后进行输出。对于满刻度具有±5%的精度。演算方法与恩梯恩相关公司——法国SNR公司共同开发。另外,新产品还内置了温度传感器,因此温度影响可以去除。

  由于是在轮胎附近检测负荷,因此与通过车身进行检测相比,可更快地检测出路面状态的变化。而原来在负荷作用于轮胎后,响应时间需要0.2秒。而此次缩短为0.05秒。这一0.15秒的差在以100km/h速度行驶时,相当于4.2m的空走距离。要想在0.05秒的基础上进一步缩短响应时间,只能在轮胎胎面安装传感器,但会轻微损坏到圆周方向的均匀性(Uniformity),因此几乎是不可能的。

  横滨橡胶推出了在车轮的旋转部分安装MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)传感器,从而检测加速度的系统参考文献1)。虽然方法不同,但最终目标与恩梯恩相同。

关键字:恩梯恩  3轴  负荷  检测传感器  轮毂轴承

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0401/article_1867.html
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