CN101746464B - 结合有角度位置传感器的油门控制器 - Google Patents

结合有角度位置传感器的油门控制器 Download PDF

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Abstract

一种油门控制器(1)设置有：转动把手(11)，所述转动把手(11)具有管状形状并且中心穿孔从而绕着管状操纵柄(2)装配，以相对于所述管状操纵柄(2)旋转；以及角度位置传感器(16)，所述角度位置传感器(16)适于读出所述转动把手(11)的角度位置，并且具有至少一个转子(17)，该转子由转动把手(11)所支撑从而与转动把手(11)共同旋转并且适于影响电场和/或磁场；以及至少一个读数器(18)，所述至少一个读数器(18)适于安装在所述管状操纵柄(2)内部的固定位置中从而设置成靠近所述转子(17)，并且适于以远程及非接触的方式读出所述转子(17)的方位。

Description

结合有角度位置传感器的油门控制器
技术领域
本发明涉及一种结合有角度位置传感器的油门控制器。
本发明有利地应用到摩托车，在接下来的描述中将针对摩托车进行明确的介绍而不会由此失去一般性。
背景技术
传统摩托车包括油门控制器(通常安置在操纵柄右侧的把手)，该油门控制器旋转地安装并且机械地连接到调节驱动转矩产生的引擎控制器。油门控制器通常通过至少一个金属鲍登线连接到引擎控制器，所述线插入到外层护套中以相对于护套滑动，并且所述线被弹簧向着与零驱动转矩相对应的静止位置偏压。
借鉴汽车工业中的经验，近来已经提出了DBW(Drive By Wire，电传线控)系统的应用，其中油门控制器不再机械的连接到引擎控制器，而是仅连接到位置传感器，该位置传感器检测出油门控制器的位置并且由此驱动以机械方式操作引擎控制器的致动器。
在设计适于用在摩托车上的DBW系统时要面对的最大问题是采集系统的结构，该采集系统用于检测油门控制器角度位置。事实上，这种采集系统必须能够快速且无误地将驾驶员的意图译成加速/减速，必须提供信息冗余从而确保引擎控制单元对驾驶员意图的解译，并且必须能够安装到摩托车中同时考虑与体积、摩托车上可能发生的剧烈振动以及与缺乏保护相关的不利环境情况(意外震动、极低或极高的温度、洒水等)有关的问题。
此外，适于在摩托车中使用的采集系统必须高度通用从而能够容易地结合在甚至极为不同的摩托车上，这是由于摩托车的生产制造高度分散并且其特征是通常数量很少，而产品型号很广。
在汽车领域中，有各种解决方案来构造采集系统用于检测油门踏板的位置；然而，这种汽车解决方案不能用在摩托车上，这是由于这些解决方案过于麻烦而且不够有力。此外，在摩托车应用中，对驾驶员意图的解译的安全性及快速性比在汽车应用中更加重要，这是因为支撑在四个车轮上的汽车本身就更加稳固，由此在传送的驱动转矩与驾驶者意图之间的短暂差异是可以忍受的(即，基本上无危险)；另一方面，支撑在仅两个车轮上的摩托车本身就不稳定并且是基于动态平衡，该动态平衡可以被容易地弄翻，甚至是由于传送的驱动转矩与驾驶者意图之间的短暂差异就能被弄翻(具体在有限情况下，例如在转弯时)。
专利申请US20080154537A1提出了一种用于检测摩托车油门控制器的角度位置的采集系统；该采集系统设置有：固定的支撑体部；可移动元件，其以可移动的方式安装到支撑体部；机械的连接到油门控制器以及连接到可移动元件的传递装置，用于将油门控制器的运动传递到可移动元件；主位置传感器，其由支撑体部所支承，耦联到可移动元件以确定出可移动元件的角度位置，并且适于提供可移动元件角度位置的两个相互冗余的测量值；以及控制位置传感器，其与主位置传感器分开并且与之相独立，由支撑体部支承，并且耦联到可移动元件用于确定出可移动元件的位置，并且适于提供可移动元件的位置的两个相互冗余的测量值。
专利申请US20080154537A1中描述的采集系统非常有力并且可靠，但是另一方面具有相对较大的体积，并且在安装到固定支撑体部的可移动元件与油门控制器之间需要借助鲍登线的机械连接。
专利US6832511B2描述了一种角度位置传感器用于检测摩托车油门控制器的角度位置；位置传感器安装在油门控制器附近并且包括双电位计，所述双电位计提供可移动元件位置的两个相互冗余的测量值并且设置有旋转轴，该轴被制成通过机械传递装置与油门控制器成角度的结合在一起。
专利US6832511B2中描述的角度位置传感器的缺点在于不是非常可靠，这是由于使用设置在操纵柄的一端的电位计是很有问题的，因为这个区域振动剧烈；换句话说，电位计提供一个或多个可移动滑动件与固定板之间的滑动接触，并且这种滑动接触对于机械振动是非常敏感的。当正常驾驶摩托车时，操纵柄的端部由于操纵柄的放大作用(即，传送到操纵柄的用于将操纵柄连接到前叉的中部区域的振动被操纵柄的臂增大并且由此在操纵柄的端部被极大地放大)而经受非常剧烈的振动。这种振动可能会不利地影响由电位计提供的读数，这是由于振动可能会导致电位计滑动件的位置的不希望、不可控的摆动，这会导致由电位计提供的测量值的高度不确定性；此外，这些振动可能会使电位计随着时间而发生损坏，由此导致过早的、无法预料的磨损，这会对驾驶员的安全性产生潜在的不利影响。
发明内容
本发明的目标在于提供一种结合角度位置传感器的油门控制器，该油门控制器不具有上述缺点并且具体讲能够容易且成本有效地实施。
根据本发明，一种结合有角度位置传感器的油门控制器，该油门控制器包括：
转动把手，所述转动把手具有管状形状并且中心穿孔从而绕着管状操纵柄装配，以相对于所述管状操纵柄旋转；以及
角度位置传感器，所述角度位置传感器适于读出所述转动把手的角度位置；
所述油门控制器的特征在于，所述角度位置传感器包括：
至少一个转子，所述至少一个转子由所述转动把手支撑从而与所述转动把手一起旋转并且适于影响电场和/或磁场；以及
至少一个读数器，所述至少一个读数器适于安装在所述管状操纵柄内部的固定位置中从而设置成靠近所述转子，并且适于以远程及非接触的方式读出所述转子的方位。
附图说明
下面将参考附图对本发明进行描述，所述附图示出了本发明的一些非限制性实施方式，其中：
图1是结合有角度位置传感器并且根据本发明制成的油门控制器的示意性透视图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；
图2是图1中的油门控制器的示意性分解透视图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；
图3是图1中的油门控制器的示意性纵向截面图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；
图4是图3中的细节的放大视图；
图5是图1中的油门控制器的角度位置传感器的不同实施方式的示意性透视图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；
图6是图5中的角度位置传感器的另一个实施方式的示意性透视图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；
图7是结合有角度位置传感器并且根据本发明制成的油门控制器的不同实施方式的示意性分解透视图，其中为了清楚目的而移除了一些部件；以及
图8是图7中的油门控制器的一部分的示意性纵向截面图，其中为了清楚目的而移除了一些部件。
具体实施方式
在图1中，标记1总体上表示油门控制器，该油门控制器安装到摩托车的管状操纵柄2。
油门控制器1包括支撑体部3，该支撑体部成形为环形外套、设置有中心通孔4(在图2和3中示出)并且适于围绕着管状操纵柄2装配从而以刚性方式固定到管状操纵柄2。如图2所示，支撑体部3由模制塑料材料制成并且由两个等分部5所组成，所述两个等分部5围绕着管状操纵柄2彼此紧固并且通过一对螺钉6夹紧在管状操纵柄2上。具体地，一个等分部5a具有两个槽7，所述两个槽7限定出两个各自的通孔，所述通孔被两个各自的金属套管8所覆盖并且被螺钉6接合；另一个等分部5b具有两个槽9，所述两个槽9与等分部5a的槽7对准并且限定出两个各自的盲孔，所述盲孔被两个各自的螺纹金属套管10覆盖，所述螺钉6拧入到所述螺纹金属套管10中。
此外，油门控制器1包括转动把手11，该转动把手11成形为管状，被支撑体部3以旋转方式支撑并且中心穿孔从而绕着管状操纵柄2装配，以绕着纵向旋转轴线12相对于管状操纵柄2自由地旋转。把手11通过喷射模塑法由刚性塑料材料制成并且起到结构性功能；把手11被由塑料材料制成的外部涂层(在附图中没有示出)所覆盖，该涂层既具有外观目的并且也具有功能性目的，因为它必须确保驾驶员的最佳抓握。
在支撑体部3内部设置有弹性回复元件13(具体是螺旋弹簧)，该弹性回复元件13的一端14耦联到转动把手11，其与端部14相对的一端15紧固到支撑体部3；由此，弹性回复元件13在把手11上施加弹性偏压，该弹性偏压倾向于使得转动把手11向着与零驱动转矩相对应的静止位置转动。
最后，油门控制器1包括角度位置传感器16，该角度位置传感器16适于对于DBW型(Drive By Wire，电传线控)控制系统读出转动把手11关于纵向旋转轴线12的角度位置α。
角度位置传感器16包括转子17，该转子17由转动把手11所支撑从而绕着纵向旋转轴线12与转动把手11一起旋转，并且能够(通过改变现有的电场和/或磁场，或者通过产生其自己的电场和/或磁场)影响电场和/或磁场。此外，角度位置传感器16包括读数器18，该读数器18被支撑体部3支承在固定位置、设置成靠近转子17并且适于远程地且非接触的方式读出转子17的方位。根据优选实施方式，读数器18适于读出转子17的方位，从而提供油门控制器1的角度位置α的三个相互冗余的测量值。
如图2-8所示，读数器18包括三个电子询问装置20(在图2、3和4中仅示出其中的两个)，每个询问装置均被转子17产生的磁场所冲击，并且每个询问装置根据由转子17产生的磁场的强度和/或方向读出转子17的方位。根据优选实施方式，三个电子询问装置20被设置在管状操纵柄2内部的固定位置上的共用印刷电路板21所支承；电子询问装置20可以全部固定到印刷电路板21的面向转子17的第一表面(如图5-8所示)，可以全部固定到印刷电路板21的与第一表面相对的第二表面(根据变型，未示出)，或者可以固定到印刷电路板21的两个表面(如图2、3和4所示)从而使得两个电子询问装置20固定到印刷电路板21的第一表面并且余下的电子询问装置20固定到印刷电路板21的第二表面。
如图2、3和4所示，转子17包括单个永磁体22，该永磁体22由三个电子询问装置20进行读数；在这种情况下，永磁体22优选地具有包含两个相对磁极的圆形形状(换句话说，圆形永磁体22的一半被极化为“北极”，而圆形永磁体22的另一半被极化为“南极”)。另一方面，如图7和8所示，转子17包括两个永磁体22，该两个永磁体22由三个电子询问装置20进行读数。根据另一个变型(未示出)，转子17包括三个永磁体22，每个永磁体均与对应的询问装置20相联系。根据图5中所示的可替换实施方式，转子17包括多个永磁体22，所述多个永磁体22绕着纵向旋转轴线12均匀地分布从而形成一个环；根据变型(未示出)，永磁体22可绕着纵向旋转轴线12均匀地分布从而形成一个环拱或者三个相互分开的环拱，每个环拱都面向着各自的电子询问装置20。换句话说，转子17可包括对于全部三个电子询问装置20来说共用的同一永磁体22(或者同一组永磁体22)，或者转子17可包括对于每个电子询问装置20来说对应的、专门的永磁体22(或者一组永磁体22)。
根据图6中所示的不同实施方式，转子17包括闭合回转环(turn)23，该闭合回转环23由导电材料制成并且具有多个凸部24，所述多个凸部24绕着转动把手11的纵向旋转轴线12分布。在图6所示的实施方式中，电子询问装置20包括单个共用天线19(典型地至少一个闭合环形回转环)，该天线19面向并耦联到转子17的回转环23；在使用中，各个电子询问装置20使用天线19来生成电场，该电场被转子17的回转环23所反射，并且由此电子询问装置20读出被转子17的回转环23所反射的电场。根据不同实施方式(未示出)，各个电子询问装置20包括其自身的天线19，该天线独立于其它电子询问装置20的天线19；在后一种实施方式中，天线19一般是彼此同心的并且一个设置在另一个的内部。天线19同样在印刷电路板21的面向转子17的第一表面上获得，而电子询问装置20可固定到印刷电路板21的第一表面(如图8所示)，或者可固定到印刷电路板21的与第一表面相对的第二表面。
值得注意的是，在角度位置传感器18中，有源部件(并且由此最可能倾向于发生故障或失效的最精密的部件)是电子询问装置20，而所有其它部件(天线19、永磁体22、回转环23、印刷电路板21)是无源的并且非常不可能倾向于发生故障或失效，除非它们受到异常的机械应力(即，受到由于摩托车摔倒而导致的剧烈撞击)；因此，为了控制成本和体积而不会使可靠性有可察觉的降低，选择仅仅将电子询问装置30增至三倍(可替换地，仅电子询问装置20可以被复制，也就是说将可能仅使用两个电子询问装置20而不是三个电子询问装置20)。
如图2、3和4所示，转动把手11包括圆柱形侧壁25以及圆形端壁26，所述圆柱形侧壁25绕着管状操纵柄2设置，并且所述圆形端壁26设置到管状操纵柄2的外部以封闭管状操纵柄2的一个端部。在图2、3和4所示的实施方式中，转子17由转动把手11的圆形端壁26所支承；另一方面，在图5和6所示的实施方式中，转子17由转动把手11的圆柱形侧壁25所支承。
根据优选实施方式，角度位置传感器16包括支撑体部27，该支撑体部27具有圆柱形形状并且适于被插入以及固定到管状操纵柄2中并且容纳读数器18。如图3和4所示，支撑体部27包括一对弹性套圈28，所述套圈的功能是将支撑体部27保持封挡在管状操纵柄2内部同时允许补偿制造公差；换句话说，支撑体部27通过弹性套圈28的干涉配合而固定到管状操纵柄2中，所述弹性套圈28在管状操纵柄2内部被径向地压缩。
根据优选实施方式，支撑体部27包括耦联元件，该耦联元件确定支撑体部27在管状操纵柄2内部的单一的、预先确定的角度位置。耦联元件包括一对销29，所述一对销29沿径向从支撑体部27凸起并且设置成彼此相对；每个销29都适于与管状操纵柄2中获得的对应座部30(具体讲是贯通槽口)相接合。
在图1-4所示的实施方式中，转动把手11在端壁26处具有座部31，该座部31容纳转子17并且由螺旋盖32所封闭。在图5-8所示的实施方式中，转动把手11由塑料材料通过模制而制成，并且转子17共同模制到转动把手11从而结合到转动把手11中。
在图1-6所示的实施方式中，转子17固定到转动把手11的圆形端壁26并且由此设置在管状操纵柄2的开口端部；由此，管状操纵柄2的金属不会插设在转子17与读数器18之间。相反地，在图7和8所示的实施方式中，转子17固定到转动把手11的圆柱形侧壁25并且由此设置在转动把手11在管状操纵柄2上方的中部附近；由此，管状操纵柄2的金属插设在转子17和读数器18之间。在这个实施方式中，当转子17包括永磁体22时，管状操纵柄2将由非磁性金属(优选铝)制成，从而避免由永磁体22产生的磁场受到屏蔽；可替换地，管状操纵柄2包括在转子17处获得的通透窗口。
位置传感器16的三个电子询问装置20提供转动把手11的角度位置α的三个相互冗余的测量值；这种测量值被提供给处理单元33，该处理单元33使用测量值本身用于以高的安全度确定出转动把手11的(即油门控制器1的)角度位置α。具体地，处理单元33使用三个可用测量值中的一个来确定出转动把手11的角度位置α，同时处理单元33使用全部三个可用测量值来核实位置传感器16的三个电子询问装置20的正确操作，也就是用于核实以及确认转动把手11的角度位置α。换句话说，处理单元33在三个可用测量值之间使用交叉比较用于诊断位置传感器16的三个电子询问装置20的可能失效，并且通过使用由正确操作的读数器18所提供的至少一个测量值确定出油门控制器1的角度位置α。
处理单元33使用转动把手11的(即油门控制器1的)角度位置α来监督摩托车引擎的操作，并且使用转动把手11的角度位置α来调节驱动转矩生成。
通常地，两个电子询问装置20提供转动把手11的实际角度位置α的两个测量值，该两个测量值具有互补数值，从而使得两个测量值的总和总是恒定的，而第三个读数器能够提供指示转动把手11是否处于给定位置(一般处在与零驱动转矩相对应的静止位置)的指示，即能够提供正确或错误形式的指示。角度静止位置α是最重要的，这是因为DBW系统失效情况中的最大危险是没有意识到驾驶员需要取消驱动转矩生成，并且由此使摩托车加速而不顾驾驶员的意图。
上述油门控制器1具有多个优点，因为它实施起来简单而且成本有效，由于它可以容易地安装在任意类型的摩托车中因而非常灵活，并且结构上非常类似于传统类型的油门控制器，由此减小了其实施中所需的投入。
此外，上述油门控制器1确保了用于摩托车DBW系统的标准方案并且将全部的“燃气需求”功能以及安全性所需的全部冗余结合在单个物体中。
上述油门控制器1允许获得转动把手11的角度位置α的准确并且最重要的是非常可靠的测量值，并且即便在位置传感器16的有限故障情况下也允许在高度安全条件下驾驶摩托车。
最后，但并非最不重要的，上述油门控制器1是极为可靠的，因为角度位置传感器16由于它不包括在转子17和读数器18之间的机械连接而根本不会受到存在的剧烈振动的影响。换句话说，当正常驾驶摩托车时，由于操纵柄2的放大作用，操纵柄2的端部经受非常剧烈的振动(即，传递到操纵柄2的用于将操纵柄2紧固到前叉的中心区域的振动被操纵柄2的臂增大，并且由此在操纵柄2的端部被极大地放大)；由于在转子17和读数器18之间没有设置任何机械连接，因此这种振动不会不利地影响由角度位置传感器16所提供的读数。此外，由于所采用的位置传感器16的非接触本质，因此随着时间不会产生机械磨损现象，所述磨损现象可能会产生失效并且随之会对驾驶员的安全产生不利影响。

Claims (14)

1.一种结合有角度位置传感器(16)的油门控制器(1)，所述油门控制器(1)包括：
转动把手(11)，所述转动把手(11)具有管状形状，是中心穿孔的，从而绕着管状操纵柄(2)装配，以相对于所述管状操纵柄(2)旋转，并且所述转动把手(11)包括圆柱形壁(25)和圆形端壁(26)，所述圆柱形壁(25)绕着所述管状操纵柄(2)设置，所述圆形端壁(26)设置在所述管状操纵柄(2)的外部从而封闭所述管状操纵柄(2)的一个端部；以及
角度位置传感器(16)，所述角度位置传感器(16)适于读出所述转动把手(11)的角度位置并包括：
至少一个转子(17)，所述至少一个转子(17)由所述转动把手(11)支撑从而与所述转动把手(11)一起旋转并且适于影响电场和/或磁场；
至少一个读数器(18)，所述至少一个读数器(18)适于安装在所述管状操纵柄(2)内部的固定位置中从而设置成靠近所述转子(17)并且适于以远程及非接触的方式读出所述转子(17)的方位；以及
第一支撑体部(27)，所述第一支撑体部(27)具有圆柱形形状、被插入以及固定到所述管状操纵柄(2)中并且容纳所述读数器(18)；
所述油门控制器(1)的特征在于，
所述转子(17)由所述转动把手(11)的所述圆柱形壁(25)的抓握部支承并且设置在所述转动把手(11)在所述管状操纵柄(2)上方的中部附近，使得所述管状操纵柄(2)的抓握部的金属插设在所述转子(17)与所述读数器(18)之间；以及
所述读数器(18)大致设置在所述转动把手(11)的中间，从而设置在所述转子(17)的径向内部。
2.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述管状操纵柄(2)由非磁性金属制成。
3.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述管状操纵柄(2)包括在所述转子(17)处获得的通透窗口。
4.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的读数器(18)包括至少两个电子询问装置(20)，所述至少两个电子询问装置(20)相互独立并且适于读出所述转子(17)的方位从而提供至少两个相互冗余的测量值。
5.如权利要求4所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的读数器(18)包括共用的印刷电路板(21)，所述共用的印刷电路板(21)设置在固定位置、并且支撑固定到所述印刷电路板(21)的两个表面的至少两个电子询问装置(20)，从而使得一个电子询问装置(20)固定到所述印刷电路板(21)的第一表面，并且另一个电子询问装置(20)固定到所述印刷电路板(21)的第二表面。
6.如权利要求5所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的读数器(18)包括三个电子询问装置(20)，所述三个电子询问装置(20)相互独立、适于读出所述转子(17)的方位从而提供至少两个相互冗余的测量值并且固定到印刷电路板(21)的两个表面，从而使得两个电子询问装置(20)固定到所述印刷电路板(21)的第一表面，并且余下的电子询问装置(20)固定到所述印刷电路板(21)的第二表面。
7.如权利要求6所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的转子(17)包括两个电磁元件(22；23)，所述两个电磁元件(22；23)的方位由所述三个电子询问装置(20)读出。
8.如权利要求4所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的转子(17)包括单个电磁元件(22；23)，所述单个电磁元件(22；23)的方位由所述电子询问装置(20)读出。
9.如权利要求4所述的油门控制器(1)，其中所述角度位置传感器(16)的转子(17)包括至少两个电磁元件(22；23)，所述至少两个电磁元件(22；23)中的每一个都与对应的电子询问装置(20)相关联。
10.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述转子(17)包括至少一个永磁体(22)。
11.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述第一支撑体部(27)包括耦联元件，所述耦联元件确定出所述第一支撑体部(27)在所述管状操纵柄(2)内部的单一、预先确定的角度位置。
12.如权利要求11所述的油门控制器(1)，其中所述耦联元件包括至少一个销(29)，所述至少一个销(29)从所述第一支撑体部(27)沿径向凸起并且适于与在所述管状操纵柄(2)中获得的对应的座部(30)相接合。
13.如权利要求1所述的油门控制器(1)，其中所述转动把手(11)由塑料材料通过模制而制成，并且所述转子(17)被共同模制到所述转动把手(11)从而结合到所述转动把手(11)中。
14.如权利要求1所述的油门控制器(1)，包括：
支撑体部(3)，所述支撑体部(3)设置有中心通孔并且适于绕着操纵柄(2)装配从而刚性地固定到所述操纵柄(2)；以及
至少一个弹性回复元件(13)，所述至少一个弹性回复元件(13)设置在所述支撑体部(3)的内部，并且具有耦联到所述转动把手(11)的第一端(15)以及紧固到所述支撑体部(3)的第二端(16)从而在所述转动把手(11)上施加弹性偏压，所述弹性偏压倾向于使得所述转动把手(11)向着与零驱动转矩相对应的静止位置转动。
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