專利名稱:帶角速度測量裝置的測力方向盤的制作方法
一種可取代被測車輛方向盤，適于汽車、拖拉機(jī)等方向盤式車輛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)，用來測量駕駛員操縱方向盤的力矩、轉(zhuǎn)角和旋轉(zhuǎn)角速度的傳感器，屬于特殊用途的測量裝置。
在已有技術(shù)中，國內(nèi)外傳統(tǒng)的測力方向盤，如日產(chǎn)TAH型和SFA型，均采用所謂“雙方向盤”測量方案，即將測力方向盤通過輻條式固定臂固定在被測車輛的方向盤上。這種測量方案不僅給車輛的操縱帶來不便，而且由于附加了新的慣性質(zhì)量和降低了轉(zhuǎn)向系的扭轉(zhuǎn)剛度，因而改變了被測車輛的靜動態(tài)特性，使測量結(jié)果失真。近年來出現(xiàn)的“單方向盤”測力方向盤或方向盤測力儀，如西德專利2501521和2734182，雖然在克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)上有很大改進(jìn)，但在傳感器的選擇和測力儀的功能上，和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一樣，仍存在一些缺點(diǎn)和不足，主要表現(xiàn)在1、力矩傳感器多采用應(yīng)變式扭力計或剪力計，靈敏度低，軸向干擾力較大，因而測量精度不理想。同時，力矩信號一般采用吊線或繞線的形式，給駕駛員的操作帶來不便。
2、轉(zhuǎn)角傳感器多采用多圈電位計，其固有缺點(diǎn)是它的空行程較大(一般為9°左右)，有的需要自制放大器，而且有些傳感器對轉(zhuǎn)向系的剛度有不利影響。
3、國內(nèi)外現(xiàn)有測力方向盤或方向盤測力儀，都沒有測量方向盤旋轉(zhuǎn)角速度的裝置，而在汽車的行駛試驗(yàn)、階躍試驗(yàn)和蛇形試驗(yàn)中，角速度值往往是判斷試驗(yàn)是否符合規(guī)范的一個尺度。此外，設(shè)計人員也需要知道一個角速度的統(tǒng)計量，作為設(shè)計依據(jù)。
本實(shí)用新型的目的，是從優(yōu)選力矩傳感器和角度傳感器入手，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，同時在測力方向盤上，增加旋轉(zhuǎn)角速度測量裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
為此，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)措施采用輪輻形彎矩式傳感器測量力矩，采用電感式角位移傳感器并用動態(tài)電阻應(yīng)變儀作為放大器來測量轉(zhuǎn)角，以及采用微型發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)角速度的測量。下面結(jié)合附圖，具體說明本實(shí)用新型的構(gòu)成和工作原理。
對附圖的說明圖1是本測力方向盤結(jié)構(gòu)的主視圖；圖2是本測力方向盤結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是電感式角位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖4是力矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸聯(lián)結(jié)部分的剖面圖。
進(jìn)行轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)時，拆除被測車輛的方向盤，按圖4所示方式，借花鍵套〔22〕，從力矩傳感器〔5〕的下端，將測力方向盤與被測車輛的轉(zhuǎn)向軸〔19〕聯(lián)接起來。花鍵套〔22〕與力矩傳感器〔5〕用螺釘〔23〕緊固，測力方向盤與轉(zhuǎn)向軸〔19〕用平墊圈〔21〕和螺母〔20〕緊固。
由圖1和圖2可見，駕駛員為改變汽車行駛方向所施加的力矩，由方向盤〔10〕輸入后，經(jīng)力矩傳感器〔5〕的外緣，作用在四條對稱布置的輪輻〔14〕上，再傳遞到力矩傳感器〔5〕的內(nèi)緣，然后通過前述花鍵套〔22〕、轉(zhuǎn)向軸〔19〕等另件傳遞到車輪。當(dāng)驅(qū)動力矩作用于彈性元件輪輻〔14〕時，所產(chǎn)生的彎矩使粘貼在兩個輻條上的四個應(yīng)變片〔13〕產(chǎn)生變形，電阻值遂發(fā)生變化。應(yīng)變片按一定的順序組成全橋，其引出線與集流環(huán)的銀環(huán)〔12〕相連，再通過銀石墨電刷〔18〕，將信號引出，接于動態(tài)電阻應(yīng)變儀進(jìn)行放大，最后轉(zhuǎn)化成電壓輸出。輸出電壓與輸入力矩呈線性關(guān)系，從而得以測量力矩的大小。
當(dāng)方向盤〔10〕轉(zhuǎn)動時，帶動齒輪〔3〕轉(zhuǎn)動。齒輪〔3〕與齒輪〔2〕嚙合，齒輪〔2〕與電感式角位移傳感器〔1〕的芯軸〔1－1〕剛性聯(lián)結(jié)。所以，齒輪〔3〕的轉(zhuǎn)動，最終導(dǎo)致電感式角位移傳感器〔1〕的芯軸〔1－1〕旋轉(zhuǎn)。由圖3可見，角位移傳感器〔1〕中的線圈〔1－3〕固定在殼體〔1－4〕內(nèi)，鐵芯〔1－2〕內(nèi)有螺紋與芯軸〔1－1〕相配，外有軸向槽可在線圈〔1－3〕內(nèi)軸向移動。芯軸〔1－1〕旋轉(zhuǎn)，使鐵芯〔1－2〕產(chǎn)生軸向移動，從而改變了差動線圈〔1－3〕的電感量。線圈〔1－3〕與精密無感電阻組成全橋，并接至動態(tài)電阻應(yīng)變儀，將電感變化量轉(zhuǎn)化成應(yīng)變，以電壓形式輸出，電壓與角位移亦呈線性變化，這樣就實(shí)現(xiàn)了方向盤轉(zhuǎn)角的測量。
同樣，齒輪〔3〕的轉(zhuǎn)動還帶動另一個與之相嚙合的齒輪〔6〕轉(zhuǎn)動，繼而帶動與齒輪〔6〕剛性聯(lián)結(jié)的微型發(fā)電機(jī)〔7〕的芯軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機(jī)〔7〕產(chǎn)生電壓輸出，其大小與方向盤〔6〕旋轉(zhuǎn)角速度的大小有線性關(guān)系，因而可以根據(jù)電壓值測得角速度的值。
電感式角位移傳感器〔1〕和角速度傳感器即微型發(fā)電機(jī)〔7〕裝在底蓋〔9〕上，并通過向心球軸承支承在力矩傳感器〔5〕下端軸上。
本測力方向盤的優(yōu)點(diǎn)是1、力矩傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸小，剛度大，軸向干擾力影響甚微，因而靈敏度高，精度高。
2、角位移傳感器的空行程小，一般僅為4.5°左右。同時，角位移傳感器與力矩傳感器在結(jié)構(gòu)上彼此無關(guān)，因此對轉(zhuǎn)向系的剛度沒有影響。
3、能夠測量方向盤的旋轉(zhuǎn)角速度。
4、通用性強(qiáng)，對于不同的被測車輛，只要更換不同尺寸的方向盤、相應(yīng)的花鍵套和緊固件即可，測力方向盤本身無需拆裝。
5、操縱方便，測力方向盤裝上后，高度僅增加約30毫米，而且沒有一般測力方向盤或測力儀常有的吊線或繞線等物。
這些優(yōu)點(diǎn)的綜合效果，是本測力方向盤的測量精度高，符合轉(zhuǎn)向輕便性標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO／TC——22／SC9的要求。實(shí)際使用中，駕駛員感到操作十分方便，技術(shù)人員對測量結(jié)果感到滿意。
為適應(yīng)不同車輛的需要，本測力方向盤的力矩傳感器可做成5千克力米、10千克力米、20千克力米和30千克力米四種規(guī)格。
在本實(shí)用新型上，可以裝設(shè)角度讀數(shù)機(jī)構(gòu)以便于直觀，它包括固定在測力方向盤不動的外殼〔8〕上的刻度盤〔15〕和隨方向盤〔10〕轉(zhuǎn)動的指針〔16〕。同時，為便于轉(zhuǎn)角靜態(tài)標(biāo)定及動態(tài)電阻應(yīng)變儀調(diào)平衡，在測力方向盤中還設(shè)有計量圈數(shù)的機(jī)構(gòu)〔17〕，借以直接讀出方向盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。
另外，本測力方向盤上還可設(shè)輻條式固定臂〔11〕，當(dāng)僅作兩車對比試驗(yàn)時，即可通過輻條式固定臂〔11〕將測力方向盤裝在原車方向盤上重迭使用，而不必加工相應(yīng)的花鍵套。
為了改善絕緣性和澆注工藝性并便于拆裝，力矩傳感器集流環(huán)中的隔套可采用聚四氟乙烯材料，取代國內(nèi)外普遍使用的環(huán)氧樹脂。
權(quán)利要求
1.一種適于各種方向盤式車輛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)用的測力方向盤，由方向盤[10]、力矩傳感器[5]、角度傳感器[1]、以及與被測車輛轉(zhuǎn)向軸相聯(lián)結(jié)的固定機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，本測力方向盤還包括一個角速度傳感器[7]，所述的力矩傳感器[5]為輪輻形彎矩式，且只在其兩輻條上貼四片應(yīng)變片組成全橋，并靠由電刷[18]和環(huán)[12]組成的集流環(huán)傳遞信號，環(huán)[12]與彈性元件輪輻[14]上的應(yīng)變片[13]的引出線相連，所述的角度傳感器[1]為電感式位移傳感器，且用動態(tài)電阻應(yīng)變儀作為放大器，其芯軸[1-1]隨齒輪[2]轉(zhuǎn)動，齒輪[2]與齒輪[3]相嚙合，齒輪[3]則隨方向盤[10]轉(zhuǎn)動，所述的角速度傳感器[7]是一個微型發(fā)電機(jī)，其傳遞系統(tǒng)為兩個相互嚙合的齒輪[3]和齒輪[6]，齒輪[3]與方向盤[10]聯(lián)動，齒輪[6]與微型發(fā)電機(jī)[7]聯(lián)動。
2.如權(quán)利要求
1所述的測力方向盤，其特征在于，其中的力矩傳感器〔5〕有5千克力米、10千克力米、20千克力米和30千克力米四種規(guī)格。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的測力方向盤，其特征在于，其中集流環(huán)的摩擦付為銀石墨(電刷)——銀(環(huán))，集流環(huán)隔套的材料為聚四氟乙烯。
4.如權(quán)利要求
3所述的測力方向盤，其特征在于，該測力方向盤還備有由刻度盤〔15〕、指針〔16〕組成的角度讀數(shù)系統(tǒng)，以及計量圈數(shù)的機(jī)構(gòu)〔17〕，刻度盤〔15〕固定在測力方向盤不動的外殼〔8〕上，指針〔16〕隨方向盤〔10〕轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求
4所述的測力方向盤，其特征在于，其中力矩傳感器〔5〕的下端與花鍵套〔22〕借螺釘〔23〕固定，花鍵套〔22〕與轉(zhuǎn)向軸〔19〕相連，并以螺母〔20〕和平墊圈〔21〕緊固。
專利摘要
一種適于各種方向盤式車輛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)，用來測量方向盤旋轉(zhuǎn)力矩、角度和角速度的裝置，由輪輻形彎矩式力矩傳感器、電感式角位移傳感器和一個角速度傳感器——微型發(fā)電機(jī)組成。
文檔編號G01M17/06GK85203875SQ85203875
公開日1986年6月18日 申請日期1985年9月10日
發(fā)明者鞠盛文, 費(fèi)虹, 唐婷 申請人:第二汽車制造廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan