配有载荷数据采集装置的车轮和配备该车轮的汽车的制作方法

50％，和/或，所述金属材料或非金属材料板片的弹性模量相较于所述应变片单元的敏感栅的弹性模量之差异为0-50％。
14.适宜的是，此处板片的作用为准确传递轮毂/轮辋在载荷作用下产生的应变，而同时相对于应变片的敏感栅(在温度或其他环境载荷作用下)没有或仅有很小的形变，从而不产生或只产生很小的附加电阻变化，减少了不必要的干扰，从而使得应变片数据采集器的测量结果更加精确和可控。
15.进一步地，所述衬垫为由2440铝合金制成的板片。
16.优选地，所述板片的厚度为0.5-5mm。
17.根据本发明的一个实施例，所述防护构件包括固定在轮辋外周表面上的隔离罩，该隔离罩与轮辋外周表面形成密封的封闭空间，所述应变片单元在贴装于轮辋外周表面的情况下被容纳于所述封闭空间内。此种设计结构为应变片单元(特别是其敏感栅)提供了一定程度上隔热、隔压的测量环境，以屏蔽或减小气压对应变片数据采集器的影响。
18.进一步地，所述应变片数据采集器还包括：放大组件，连接于所述应变片单元的采集信号输出侧，且与所述应变片差分方式电连接，所述放大组件用于放大所述采集信号，输出放大信号；转换组件，连接于所述放大组件的输出侧，所述放大信号经所述转换组件处理后形成数字信号；以及发送组件，连接于所述转换组件的输出侧，所述数字信号由所述发送组件向外发出。
19.进一步地，所述应变片数据采集器设置为：使采集信号形成10-40μv的差分电压信号。结合大量的实验数据，可以得到，在智慧车辆领域，应变片数据采集器采集到的差分电压信号处于区间10-40μv时，为实际有用的信号。
20.更进一步地，所述应变片数据采集器设置为：使所述放大组件对所述差分电压信号的放大倍数为1000倍。
21.另一方面，本发明提供一种汽车，该汽车配备有至少一个前述配有载荷数据采集装置的车轮。
22.本发明提出一种配有载荷数据采集装置的车轮和一种配备该车轮的汽车，其中，配有载荷数据采集装置的车轮，不仅可采集多方向的应变力，而且应变片外围的采集电路结构简单，具有采集数据准确且对微小形变灵敏等优点，对高温高压的行车环境有更强的适应力，因此具有灵活和广泛的应用场景。
23.根据本发明第一方面提供的配有载荷数据采集装置的车轮的特征和优点同样适用于本发明第二方面的汽车。本发明的配有载荷数据采集装置的车轮和一种配备该车轮的汽车，在实时采集数据时表现出了优越的性能，为客户提供更优的解决方案。
附图说明
24.在附图中示出了本发明的示例性实施例。本文所公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。另外值得注意的是，为了图示清楚起见，在附图中对于部分结构细节并不是按照实际比例绘制的。
25.图1是按照本发明一种实施形式的配有载荷数据采集装置的车轮剖面示意图；
26.图2是按照本发明一种实施形式的车轮受力示例图；
27.图3是按照本发明一种实施形式的应变片数据采集器的示意图；
28.图4是按照本发明另一种实施形式的应变片数据采集器的示意图；
29.图5是按照本发明一种实施形式的应变片数据采集器内部结构示意图；
30.图6是按照本发明一种实施形式的全桥应变片的内部结构图；
31.图7是按照本发明一种实施形式的300ω应变片的数据采集曲线图；
32.图8是按照本发明一种实施形式的1kω应变片的数据采集曲线图；
33.图9是按照本发明一种实施形式的车轮毂切片衬垫数据采集曲线图；
34.图10是按照本发明一种实施形式的2440铝合金衬垫数据采集曲线图。
具体实施方式
35.下文的描述用于阐释本发明的技术方案，以便本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明精神和范围的其他技术方案。同时，值得注意的是，文中结合某一实施例描述的特征、结构或特性并不一定限于该特定的实施方式，也不表示与其他实施方式互斥，在本领域技术人员的能力范围内，可以考虑实现不同实施例中各个特征的不同组合方式。
36.在申请文本中，术语“包括”/“包含”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备并不局限于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本技术的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系而言的，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不意味着相应的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。另外，术语“一”应理解为“至少一个”或者“一个或多个”，即在某一实施例中，某一元件的数量可以为一个，而在另一实施例中，该元件的数量可以为多个，也就是说，术语“一”不能理解为对数量的限制。
37.除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)，均具有与本领域普通技术人员通常理解相同的含义，并可依据它们在相关技术描述上下文中的语境作具体解释。
38.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
39.图1是按照本发明一种实施形式的配有载荷数据采集装置的车轮剖面示意图。本发明提供一种配有载荷数据采集装置的车轮，其包括轮毂和设置于该轮毂上的应变片数据采集器，所述应变片数据采集器的应变片单元贴装于所述轮毂的轮辋外周表面，并且位于轮辋外周表面上沿着车轮轴向方向居中的位置，所述应变片单元配置有固定在轮辋外周表面相应位置的防护构件。所谓应变片数据采集器即为载荷数据采集装置。
40.有利的是，所谓应变片数据采集器位于轮辋外周表面上沿着车轮轴向方向居中的位置，亦即远离轮毂的两端面轮缘，或者说远离胎圈座，无明显应力集中或应力突变的位置。载荷数据采集装置在车轮上所处的位置为图1中p处所示。
41.根据本发明的一个实施例，应变片数据采集器的工作原理为：当车辆有一定载荷
时，车辆轮毂会发生一定程度的形变，在车辆静止时，其形变与载荷成正比，该形变可通过设置于轮毂上的应变片数据采集器采集到，尤其在形变比较微小时，也能被本发明提出的应变片数据采集器敏感的捕捉到；但是当车辆在运行时，轮毂的运行环境比较复杂且可能随时会发生变化，除了路面平整度引起的轮毂振动，还是轮毂运行中气压和温度的变化，都对轮毂数据产生了不同程度的影响。本发明提出的应变片数据采集器对这几类问题也给出了解决方案。
42.根据本发明的一个实施例，由于轮毂的结构特性，导致了轮毂在不同位置的形变情况不同，出现了中间变化小，两端变化大的情况，同时由于轮毂两端的角度变化大，且容易受到外力压迫，如果设置应变片则容易引起应变片的损坏，从而影响采集到的数据的准确性。因此为了采样得到更准确的数据，在轮毂中间平缓区域进行应变片数据采集器的安装。
43.图2是按照本发明一种实施形式的车轮受力示例图。根据车轮在运行时不同部位的受力情况，受力情况的从小到大使用从黑色至白色来表示，在图中位于轮辋外周表面上沿着车轮轴向方向居中的位置，颜色最深的位置l所处的圆周布置至少一个应变片数据采集器。当同时布置多个应变片数据采集器时，可以设置在同一轮毂圆周的对称位置，用于采集单个轮毂的数据，或者在不同轮毂上分别设置多个应变片，用于采集同车轮毂的数据。
44.图3是按照本发明一种实施形式的应变片数据采集器的示意图，防护构件包括设置在应变片单元与轮辋外周表面之间的衬垫。
45.根据本发明的一个实施例，应变片数据采集器中的应变片与轮毂之间设置有衬垫，衬垫的存在则有效屏蔽了应变片采集数据时气压对其的影响。应变片与衬垫通过设置在其间的粘合胶固定，以防止在运动中由于相对位置的改变，给数据采集带来误差。
46.根据本发明的一个实施例，所述衬垫的上下面通过胶粘剂分别与应变片单元和轮辋外周表面粘接固定。此处的胶粘剂为能够准确传递轮毂应变的特种胶粘剂，以避免对应变片准确感应轮毂的形变造成障碍。
47.根据本发明的一个实施例，所述衬垫为由金属材料或非金属材料制成的板片，所述金属材料或非金属材料板片的线膨胀系数相较于所述应变片单元的敏感栅的线膨胀系数之差异为0-50％(优选，二者基本上无差异，或者差异小于10％)，和/或，所述金属材料或非金属材料板片的弹性模量相较于所述应变片单元的敏感栅的弹性模量之差异为0-50％(优选，二者基本上无差异，或者差异小于10％)。
48.于是，此处板片的作用为准确传递轮毂/轮辋在载荷作用下产生的应变，而同时相对于应变片的敏感栅(在温度或其他环境载荷作用下)没有或仅有很小的形变，从而不产生或只产生很小的附加电阻变化，减少了不必要的干扰，从而使得应变片数据采集器的测量结果更加精确和可控。
49.图4是按照本发明另一种实施形式的应变片数据采集器的示意图，所述防护构件包括固定在轮辋外周表面上的隔离罩，该隔离罩与轮辋外周表面形成密封的封闭空间，所述应变片单元在贴装于轮辋外周表面的情况下被容纳于所述封闭空间内。此种设计结构为应变片单元(特别是其敏感栅)提供了一定程度上隔热、隔压的测量环境，以屏蔽或减小气压对应变片数据采集器的影响。
50.图5是按照本发明一种实施形式的应变片数据采集器内部结构示意图。应变片数
据采集器包括：应变片1，应变片1用于提取外部信号，输出采集信号；放大组件2，连接于所述应变片1的输出侧，且与所述应变片差分方式电连接，放大组件2用于放大所述采集信号，输出放大信号；转换组件3，连接于所述放大组件的输出侧，所述放大信号经转换组件处理后形成数字信号；以及发送组件4，发送组件连接于转换组件的输出侧，前述数字信号经所述发送组件发出。在应变片数据采集器中，放大组件具有采集特定范围的所述采集信号的功能。
51.在图5所示的实施例中，应变片1收集的采集信号为差分电压信号。基于差分信号的工作原理，此处使用差分电压信号，不仅可以轻松的检测出微小信号，提高识别应变片数据采集器的灵敏度，同时还可以有效抵抗外部电磁场的干扰、噪声干扰和抖动干扰等。
52.进一步地，应变片数据采集器广泛的应用在不同的系统和行业中，通过对出应变片1的选择，同时对放大组件2、转换组件3和发送组件4的电路设计，实现对特定范围的信号进行检测，尤其适合对微小信号进行检测。根据本发明的一个实施例，可检测到的差分电压信号范围为10-40μv。
53.根据本发明的一个实施例，放大组件2的元件选择和电路设计决定了放大组件2对微小信号的放大倍数，例如，放大组件2对差分电压信号的放大倍数可以为1000倍。
54.根据本发明的一个实施例，转换组件3的作用是将放大的模拟信号进一步转变为数字信号，有利于发送组件4对采集信号的进一步传输，例如转换为数字信号后，其传输不仅可以抵抗传输中的干扰，还可以采用适合远距离传输的无线传输方式。在应变片数据采集器的电路中，还可以在适当位置设置滤波器，通过滤波去除干扰，以便对有效信号的进一步识别。
55.根据本发明的一个实施例，应变片数据采集器进一步包括稳压电源，且所述应变片数据采集器由稳压电源供电。由于本发明包含多种元件，尤其包含敏感元件，例如应变片1，属于易损元件，电压不稳容易导致元件烧毁，所以采用稳压电源可以最大程度保持输入电压的稳定，从而在一定程度上排除了敏感元件因电源导致的损坏。
56.进一步地，不论何种方式设置应变片数据采集器，对于采集到的数据，根据不同的应用场合和环境，可以直接利用，也可以进一步取平均数或者经更复杂的算法，用于监控设备状态或者作为判断车辆状态的依据。
57.根据本发明的一个实施例，应变片数据采集器中的应变片采用全桥应变片，图6是按照本发明一种实施形式的全桥应变片的内部结构图，全桥应变片由4个应变片呈桥式连接构成，可以避免非线性误差和精度误差，避免传统的直片应变片因为容易受到环境的影响、只能测单个方向的应变力以及在测试过程容易产生应变漂移这一现象，也使得输出更为灵敏。
58.根据本发明的一个实施例，在应变片数据采集器中，选择带有阻值的应变片，因为电阻应变片是基于半导体或者导体材料在受到外力的挤压或者外力的拉伸时，由此产生的机械形变，导致其电阻率发生变化的产品，因此可以测试多个方向的应变力。
59.进一步地，不同阻值的应变片数据采集也是有影响的，为了测试不同材质的衬垫对应变片数据采集器的影响，本发明针对不同阻值应变片做了对比实验，实验选用300ω和1kω的应变片，图7是按照本发明一种实施形式的300ω应变片的数据采集曲线图，图8是按照本发明一种实施形式的1kω应变片的数据采集曲线图，从两图的对比中可以明显的看
出，阻值为300ω的灵敏度更加高，并且采集的数据比阻值为1kω的应变片更为稳定。
60.根据本发明的另一个实施例，衬垫为轮毂切片衬垫或者铝合金衬垫。为了测试不同材质的衬垫对应变片数据采集器的影响，本发明针对不同材质衬垫做了对比实验，实验采用衬垫分别为车轮毂切片衬垫和2440铝合金衬垫，其中，2440铝合金衬垫的弹性较高。图9是按照本发明一种实施形式的车轮毂切片衬垫数据采集曲线图，图10是按照本发明一种实施形式的2440铝合金衬垫数据采集曲线图，通过两图的对比数据可以看出，使用2440铝合金衬垫时所得出的数据更加稳定，并且与车轮毂形变的契合度更高，因此优先选择2440铝合金衬垫与应变片配合使用。
61.根据本发明的再一个实施例，提出一种汽车，具有至少一个轮毂，轮毂上配有上述的应变片数据采集器，优选地，每个应变片数据采集器配置在每个轮毂上，所有的应变片数据采集器组成了应变片数据采集器。
62.根据本发明的再一个实施例，同一个车辆上装配有应变片数据采集器，应变片数据采集器在车辆上优选为分布式布置，如前所述，既可以装配在同一轮毂的不同位置，也可以装配在不同的轮毂上。
63.分布式布置使得应变片数据采集器的采样数据更加系统和全面，给应变片数据采集器带来了更广泛的应用场景。
64.以上描述仅为本技术的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种配有载荷数据采集装置的车轮，其包括轮毂和设置于该轮毂上的应变片数据采集器，其特征在于，所述应变片数据采集器的应变片单元贴装于所述轮毂的轮辋外周表面，并且位于轮辋外周表面上沿着车轮轴向方向居中的位置，所述应变片单元配置有固定在轮辋外周表面相应位置的防护构件。2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述应变片单元构造为全桥应变片。3.根据权利要求2所述的车轮，其特征在于，所述全桥应变片由阻值为300欧姆的电阻应变片构成。4.根据权利要求1至3之任一项所述的车轮，其特征在于，沿着轮毂周向分布设置有多个所述应变片单元。5.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述防护构件包括设置在应变片单元与轮辋外周表面之间的衬垫。6.根据权利要求5所述的车轮，其特征在于，所述衬垫的上下面通过胶粘剂分别与应变片单元和轮辋外周表面粘接固定。7.根据权利要求5所述的车轮，其特征在于，所述衬垫为由金属材料或非金属材料制成的板片，所述金属材料或非金属材料板片的线膨胀系数相较于所述应变片单元的敏感栅的线膨胀系数之差异为0-50％，和/或，所述金属材料或非金属材料板片的弹性模量相较于所述应变片单元的敏感栅的弹性模量之差异为0-50％。8.根据权利要求5所述的车轮，其特征在于，所述衬垫为由2440铝合金制成的板片。9.根据权利要求7或8所述的车轮，其特征在于，所述板片的厚度为0.5-5mm。10.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述防护构件包括固定在轮辋外周表面上的隔离罩，该隔离罩与轮辋外周表面形成密封的封闭空间，所述应变片单元在贴装于轮辋外周表面的情况下被容纳于所述封闭空间内。11.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述应变片数据采集器还包括：放大组件(2)，所述放大组件连接于所述应变片单元的采集信号输出侧，且与所述应变片差分方式电连接，所述放大组件用于放大所述采集信号，输出放大信号；转换组件(3)，所述转换组件连接于所述放大组件的输出侧，所述放大信号经所述转换组件处理后形成数字信号；以及发送组件，所述发送组件连接于所述转换组件的输出侧，所述数字信号由所述发送组件向外发出。12.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述应变片数据采集器设置为：使采集信号形成10-40μv的差分电压信号。13.根据权利要求12所述的车轮，其特征在于，所述应变片数据采集器设置为：使所述放大组件对所述差分电压信号的放大倍数为1000倍。14.一种汽车，其特征在于，该汽车配备有至少一个根据权利要求1至13之任一所述的车轮。

技术总结
本申请涉及配有载荷数据采集装置的车轮和配备该车轮的汽车，所述车轮包括轮毂和设置于该轮毂上的应变片数据采集器，所述应变片数据采集器的应变片单元贴装于所述轮毂的轮辋外周表面，并且位于轮辋外周表面上沿着车轮轴向方向居中的位置，所述应变片单元配置有固定在轮辋外周表面相应位置的防护构件。本发明的配有载荷数据采集装置的车轮，不仅可采集多方向的应变力，而且应变片外围的采集电路结构简单，具有采集数据准确且对微小形变灵敏等优点，对高温高压的行车环境有更强的适应力，因此具有灵活和广泛的应用场景。此具有灵活和广泛的应用场景。此具有灵活和广泛的应用场景。


技术研发人员：李希 朱志华 徐世文 李世德 盛宏伟 张溪 徐彦福 赵志伟 林阳
受保护的技术使用者：中信戴卡股份有限公司
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2023/8/1