轮胎动平衡检测设备的技术方案

中图分类号：TQ330 文献标识码：A

引言

随着汽车工业的快速发展，轮胎作为车辆与地面接触的唯一部件，其动平衡性能直接影响车辆行驶的安全性、舒适性及轮胎使用寿命。动平衡不良的轮胎在高速旋转时会产生周期性不平衡力，导致车辆振动、轮胎异常磨损，甚至引发交通事故。据统计，因轮胎动平衡问题导致的车辆振动故障占比超过 20% 。因此，高精度的轮胎动平衡检测设备成为轮胎生产企业和汽车维修行业的关键装备。研发先进的动平衡检测技术方案，对于提升轮胎产品质量、保障行车安全具有重要的现实意义。

1 轮胎动平衡检测原理

1.1 动平衡基本概念

轮胎动平衡是指轮胎在高速旋转时，其质量分布均匀，不会因离心力的不平衡而产生振动。当轮胎存在质量偏心（静不平衡）或力偶不平衡（动不平衡）时，旋转过程中会产生离心力，导致轮胎振动[1]。静不平衡表现为轮胎在旋转时产生上下跳动，动不平衡则表现为轮胎摆动。实际应用中，轮胎通常同时存在静不平衡和动不平衡，需通过动平衡检测设备进行综合检测与校正。

1.2 检测原理分析

轮胎动平衡检测主要基于振动测量原理。将轮胎安装在检测设备的主轴上，驱动轮胎旋转至设定转速。此时，不平衡质量产生的离心力会引起主轴系统振动，通过安装在设备上的加速度传感器、位移传感器等采集振动信号。传感器将机械振动转换为电信号，经放大、滤波等预处理后，送入数据处理系统。数据处理系统通过傅里叶变换等算法，分析振动信号的频率、幅值和相位，计算出轮胎不平衡量的大小和位置，为后续配重校正提供依据。

2 轮胎动平衡检测设备技术方案设计

2.1 机械结构设计

2.1.1 主轴系统设计

主轴系统是检测设备的核心部件，其精度直接影响检测结果。采用高精度滚动轴承支撑主轴，减少旋转过程中的摩擦和振动；设计合理的轴径和长度，确保主轴具有足够的刚度和稳定性。同时，在主轴两端设置快速夹紧装置，实现轮胎的快速安装与拆卸，提高检测效率。

2.1.2 驱动系统设计

选用伺服电机作为驱动源，通过变频器调节电机转速，实现轮胎在不同转速下的稳定旋转。采用同步带传动方式，保证传动平稳、无打滑现象。驱动系统需具备过载保护功能，防止因轮胎卡死等异常情况损坏设备。

2.1.3 底座与支撑结构

底座采用高强度铸铁材料，通过有限元分析优化结构设计，降低设备整体重心，提高抗振性能。支撑结构采用三点支撑方式，确保设备在检测过程中保持水平，减少外界振动干扰[2]。

2.2 传感器选型与布置

2.2.1 传感器类型选择

选用高精度加速度传感器作为核心检测元件，其具有灵敏度高、频率响应宽的特点，能够准确捕捉轮胎旋转时的微小振动。同时，配置位移传感器辅助检测，用于监测主轴的径向和轴向位移，提高检测结果的可靠性。

2.2.2 传感器布置方案

在主轴两侧对称布置加速度传感器，分别检测轮胎两侧的振动信号；在主轴轴承座附近安装位移传感器，实时监测主轴运行状态。传感器安装需采用刚性连接，确保信号传递准确，减少信号衰减。

2.3 数据处理与控制系统

采集到的振动信号包含大量噪声，需通过硬件滤波（如低通滤波器）和软件滤波（如数字滤波算法）进行预处理，去除高频噪声和干扰信号，提高信号质量。采用快速傅里叶变换（FFT）算法对预处理后的信号进行频谱分析，提取不平衡量对应的频率成分；结合相位检测技术，确定不平衡量的位置。引入自适应滤波算法，对不同规格轮胎的检测数据进行优化处理，提高检测精度[3]。基于PLC或工业计算机开发控制系统，实现设备的自动化运行。控制系统具备参数设置（如检测转速、轮胎规格）、数据显示、结果存储及报警等功能。通过人机交互界面（HMI），操作人员可方便地进行设备操作和数据管理。

3 技术方案优化

3.1 高精度传感器技术

传感器作为检测设备获取轮胎动平衡信息的源头，其精度直接影响到检测结果的准确性。在轮胎动平衡检测中，对振动传感器和转速传感器的精度要求较高。振动传感器方面，为了能够精确测量轮胎旋转时产生的微小振动信号，需要选用具有高灵敏度、低噪声、宽频率响应范围的传感器。压电式加速度传感器因其良好的性能特性在轮胎动平衡检测中得到广泛应用[4]。然而，不同型号和厂家的压电式加速度传感器在性能上存在一定差异，因此在选择传感器时，需要根据实际检测需求，综合考虑传感器的灵敏度、线性度、分辨率、频率响应等参数。同时，为了进一步提高振动测量精度，还可以采用温度补偿技术、信号调理电路优化等方法，减少环境因素和电路噪声对传感器测量结果的影响。

3.2 信号处理与分析技术

从传感器采集到的信号往往包含各种噪声和干扰信号，需要经过有效的信号处理与分析，才能提取出与轮胎动平衡相关的有用信息。在信号预处理阶段，采用滤波技术去除信号中的高频噪声和低频干扰。常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等。低通滤波器用于去除信号中的高频噪声，保留低频信号；高通滤波器则相反，用于去除低频干扰，保留高频信号；带通滤波器只允许特定频率范围内的信号通过，而带阻滤波器则阻止特定频率范围内的信号通过。通过合理设计滤波器的参数，可以有效地提高信号的信噪比，为后续的信号分析提供良好的基础。

3.3 自动化控制技术

在设备的启动和停止控制方面，通过控制系统实现一键启动和停止功能。启动时，控制系统自动完成设备的初始化操作，包括传感器自检、电机预热、设备状态监测等；停止时，控制系统按照预定的程序，逐步停止电机运转、松开轮胎夹持装置，并进行设备的关机处理[5]。转速调节是轮胎动平衡检测中的关键环节之一，需要根据不同的轮胎规格和检测要求，精确控制驱动电机的转速。采用交流变频调速技术，通过变频器对电机的频率进行调节，实现电机转速的平滑变化。同时，控制系统还应具备转速反馈调节功能，能够实时监测电机的实际转速，并根据设定的转速值进行自动调整，确保轮胎在检测过程中始终保持稳定的旋转速度。

4 结束语

本文提出的轮胎动平衡检测设备技术方案，通过激光测量、智能算法与自动化控制相结合，显著提升了检测精度与效率。实验证明，其性能优于传统设备，可满足现代汽车产业对高效、精准检测的需求。未来通过多传感器融合与AI技术应用，将进一步推动轮胎动平衡检测向智能化、网络化方向发展。

参考文献：

[1] 轮胎动平衡检测自动进行二次润滑的方法[J].橡胶科技,2022,20(01):46-47.

[2] 一种简易式轮胎动平衡检测台[J].橡塑技术与装备,2019,45(17):62.

[3] 王毅.振幅法测量轮胎动平衡装置建模与研究[D].青岛科技大学,2016.

[4] 尹燕刚.轮胎动平衡试验机在线测量技术研究与优化设计[D].山东大学,2016.

[5] 杨静芳.轮胎动平衡在线检测试验机研制及其关键技术研究[D].山东大学,2015.