CN101417671A - 机动车方向盘转向力－转向角检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机动车方向盘转向力-转向角检测仪，包括测力传感器、测角传感器、数据处理单元和液晶显示器，特点是，还设置有一个方向盘锁紧机构，它由双爪架和单爪架组成，单爪架的单爪置于双爪架后部旋紧架的槽内，旋紧架的上部置有旋紧帽，用于固定单爪架的滑动，所述的测力传感器置于机动车方向盘的外缘，测量施加在方向盘上的切向力，所述的测角传感器采用电子陀螺传感器，测量机动车方向盘的转角；由测力传感器和测角传感器测得的机动车方向盘转向力-转向角通过Zigbee无线通讯发送至远端计算机。本发明的有益效果是：采用三爪式方向盘锁紧机构，使检测仪安装便捷，能直接在液晶显示器上显示转向力、转向角的测量值；采用陀螺传感器测转角，精度高，读数稳定，能多圈测量无需另记圈数；通过Zigbee无线传送方式将检测结果同步发送至联机电脑以满足设备联网的要求。

Description

机动车方向盘转向力—转向角检测仪

技术领域

本发明涉及一种转向力—转向角检测仪，特别涉及机动车方向盘转向力—转向角检测仪。

背景技术

国民经济的发展离不开公路运输，而公路运输必须首先保证安全行车。机动车的转向系是否合格和行车安全有着密切的关系，由于机动车的转向器和转向传动机构中各个零件之间存在着装配间隙，且随着零件的逐渐磨损，这些间隙将逐渐增大。此外，转向系各零件受力而产生弹性变形，也将使转向轮开始运动较方向盘滞后。所以机动车在转向时，方向盘必须先空转一个角度，使所有传动零件工作表面之间的间隙消除，转向轮方才转动。方向盘的这一空转角度称为方向盘的自由转角。方向盘的自由转角是评价转向是否灵敏、操纵是否稳定的指标。适当的方向盘自由转动量对于缓和道路反冲，使操纵柔和以及避免驾驶员过度紧张是有利的。但方向盘自由转动量不宜过大。若方向盘从中间位置向左右的自由转动量超过15°，在汽车行驶中，驾驶员要用较大幅度转动方向盘，才能控制车辆的行驶方向，且在直线行驶时会感到行驶不稳定。这些均会严重影响行车安全。另外，操纵稳定性能良好的汽车，必须有适度的转向轻便性。如果转向沉重，不仅增加驾驶员的劳动强度，而且因不能及时正确转向而影响行车安全。如果转向太轻，又可导致驾驶员路感不足或方向发飘等现象，两样都不利于行车安全。所以，GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》和GA468-2004《机动车安全检验项目和方法》中对于底盘动态检验中关于转向系的检测作了具体的规定，必须检测其方向盘的最大自由转角和方向盘切向操纵力，而且需采用仪器设备和客观检测方法作定量分析。

近年来，随着GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》和GA468-2004《机动车安全检验项目和方法》在全国全面的贯彻执行以及公众对行车安全意识的提高，检验机动车辆的方向盘转角、自由转角和方向盘切向操纵力是否合格也越来越受到重视，对检测设备的要求也越来越高，原有的仪器设备由于结构复杂连线众多，安装麻烦使用不便，通用性差且测量精度及重复性等都难以满足目前检测的要求，因此需要有一种通用性强，体积小，重量轻，安装方便且安装好后没有任何外部连接线，操作十分简单便捷，测量数据准确直观，重复性好的仪器能够快速准确测量出各种机动车辆的方向盘转角、自由转角和方向盘切向操纵力。

发明内容

本发明目的是为了克服现有的机动车方向盘转向力—转向角检测仪由于结构复杂连线众多，安装麻烦使用不便，通用性差且测量精度及重复性等都难以满足目前检测的要求的缺点，提供一种通用性强，体积小，重量轻，安装方便且安装好后没有任何外部连接线，操作十分简单便捷，测量数据准确直观，重复性好的机动车方向盘转向力—转向角检测仪。

本发明的技术方案是，机动车方向盘转向力—转向角检测仪包括测力传感器、测角传感器、数据处理单元和液晶显示器，其特点是，还设置有一个方向盘锁紧机构，它由两爪构成一个架身的双爪架和一个爪的单爪架组成，双爪架相对固定，单爪架的单爪置于双爪架后部旋紧架的槽内，对双爪架作相对滑动，旋紧架的上部置有旋紧帽，用于固定单爪架的滑动，所述的测力传感器置于机动车方向盘的外缘，测量施加在方向盘上的切向力，所述的测角传感器采用电子陀螺传感器，测量机动车方向盘的转角；由测力传感器和测角传感器测得的机动车方向盘转向力—转向角通过Zigbee无线通讯发送至远端计算机。

本发明的有益效果是：采用三爪式方向盘锁紧机构，使检测仪安装便捷、快速；能直接在液晶显示器上显示转向力、转向角的测量值；采用陀螺传感器测转角，精度高，读书稳定，能多圈测量无需另记圈数；通过Zigbee无线传送方式将检测结果同步发送至联机电脑以满足设备联网的要求；测量精度高，重复性好，能适应各种车型；检测仪使用普通五号电池供电，可连续工作8小时以上，也可使用2节充电电池，电池更换方便；安装快捷，操作简便，安装好后没有任何外部连线，可以由检验员独自完成检验；体积小，重量轻，携带方便。

附图说明

图1为本发明的电气框图；

图2为本发明的机械结构主视图；

图3为本发明的机械结构俯视图。

具体实施方式

由图1-图3所示，机动车方向盘转向力—转向角检测仪包括测力传感器、测角传感器、数据处理单元和液晶显示器，其特点是，还设置有一个方向盘锁紧机构，它由两爪构成一个架身的双爪架1和一个爪的单爪架5组成，双爪架1相对固定，单爪架5的单爪置于双爪架后部旋紧架4的槽内，对双爪架1作相对滑动，旋紧架4的上部置有旋紧帽3，用于固定单爪架的滑动，所述的测力传感器6采用应变传感器，置于机动车方向盘的外缘，测量施加在方向盘上的切向力，所述的测角传感器采用电子陀螺传感器，测量机动车方向盘的转角；由测力传感器和测角传感器测得的机动车方向盘转向力—转向角通过Zigbee无线通讯发送至远端计算机。单爪架5的单爪滑动范围在300mm～600mm之间，通过旋紧架4上的旋紧帽3固定，使用时，机动车方向盘转向力—转向角检测仪是通过增设的方向盘锁紧机构卡在方向盘上。

(1)转向角测量：

采用MEMS工艺制作的电子陀螺传感器测量出沿其转轴平面旋转的角速度，我们用MCU产生了一个基准时间t，每隔时间t即对电子陀螺传感器进行采样，这样可得到在基准时间t内角速度，对角速度进行积分，即可得到其在整个旋转过程中转过的角度。当t足够小时，即可得到较为准确的角度。由于其角速度的产生只于旋转平面有关，不论其在任何位置，只有在旋转平面内的转动才被计算。因此只要将旋转平面与方向盘旋转平面平行即可准确测量旋转的角度。

$\mathrm{\α}={\∫}_0^T\mathrm{\ω}\×\mathrm{\δt}$

式中α为旋转的角度，ω为角速度，δt为积分采样间隔，T为旋转过程的时间。

检测仪采用本方案克服了现有产品机械刻度盘指示方式的安装繁琐，无电子显示，信号无法传输或编码器—重锤方式的显示信号较难稳定，多圈测量时电缆易缠绕的弊端。

因而使本检测仪能做到重量轻，精度高，无任何外部连线，能直观数字显示，无线通讯等优点。

(2)方向盘锁紧机构：

根据几何学原理：等腰三角形中的三个顶点必定可以切一个圆；等腰三角形底边固定后，随着高的变化，分别可外切不同直径的圆。本结构采用三个卡爪来卡紧方向盘。由于方向盘有大小，采用两卡爪相对固定，也就是这两爪用一个架身，简称双爪架；另一个爪可对这两爪作相对滑动，简称单爪架。国内绝大部分汽车方向盘在300mm～600mm间。因此，只要把双爪与单爪的滑动范围控制在300mm～600mm之间，就能适用不同直径的汽车方向盘。另外测力传感器6安装在操作把手7下的活动爪架内，确保操作时测得的力值永远为方向盘的切向力。

(3)Zigbee无线通讯：

Zigbee是一种新兴的近距离，低复杂度，低功耗，底数据速率，低成本的无线网络技术。本仪表通过其智能化核心微处理机的串行通讯UART口，实现与ZigBee无线通讯芯片的硬件连接，通过对应用层软件的编制实现两者之间的数据交换。所传输的数据再由ZigBee芯片中的网络层、数据链路层和物理层组成的网络通讯协议进行数据远传或网络传输，保证了数据传输的可靠、准确。

根据本检测仪的特点，首次采用了Zigbee无线通讯的方式，使检测仪做到耗电省(仅用两节5号电池)、轻便、无外部连线(安装使用方便)。

检测仪的优点：

1.采用结构合理的方向盘锁紧机构，检测仪安装便捷、快速；

2.能直接在仪表液晶面板上显示转向力、转向角的测量值；

3.采用陀螺传感器测转角，精度高，读书稳定，能多圈测量无需另记圈数；

4.能通过Zigbee无线传送方式将检测结果同步发送至联机电脑以满足设备联网的要求；

5.测量精度高，重复性好，能适应各种车型；

6.使用普通五号电池供电，可连续工作8小时以上，也可使用2节充电电池，电池更换方便；

7.安装快捷，操作简便，安装好后没有任何外部连线，可以由检验员独自完成检验；

8.体积小，重量轻，携带方便。

Claims (2)

1.机动车方向盘转向力—转向角检测仪包括测力传感器、测角传感器、数据处理单元和液晶显示器，其特征在于，还设置有一个方向盘锁紧机构，它由两爪构成一个架身的双爪架和一个爪的单爪架组成，双爪架相对固定，单爪架的单爪置于双爪架后部旋紧架的槽内，对双爪架作相对滑动，旋紧架的上部置有旋紧帽，用于固定单爪架的滑动，所述的测力传感器置于机动车方向盘的外缘，测量施加在方向盘上的切向力，所述的测角传感器采用电子陀螺传感器，测量机动车方向盘的转角；由测力传感器和测角传感器测得的机动车方向盘转向力—转向角通过Zigbee无线通讯发送至远端计算机。

2.根据权利要求1所述的机动车方向盘转向力—转向角检测仪，其特征在于，单爪架5的单爪滑动范围在300mm～600mm之间。

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