CN102758962A - 一种高精度非接触式脚制动阀开度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量汽车脚制动阀开度的传感器。车辆的电子制动系统和缓速器制动辅助系统需要精确的测量制动阀的开度，以往的开度传感器基于电刷接触式电位器设计，随着电刷的磨损其使用寿命和线性度下降，严重影响车辆行驶安全。因此，本发明基于霍尔阵列和电磁效应开发了一种高精度非接触式开度传感器。具体而言，制动阀活塞杆带动棘爪旋转，与棘爪相连且安装着磁钢的D型头枢轴也随之转动，磁钢在磁敏元件上方无接触转动时，磁力线被磁敏元件切割感应到变化的电信号，该电信号被DSP微控器采集，最后通过程序求得角度。本传感器提高了传感器的线性度，延长了使用寿命，增强了车辆制动系统的安全稳定性。

Description

一种高精度非接触式脚制动阀开度传感器
技术领域
本发明涉及一种非接触式开度传感器，尤其是一种脚制动阀用的高精度非接触式开度传感器。
背景技术
车辆的电子制动系统和缓速器制动辅助系统需要精确的测量制动阀的开度，以往的开度传感器都是基于电刷接触式电位器设计的，所谓电刷接触式电位器是指采用滑动电阻的电位器，由于采用触角接触，所以存在易磨损(旋转寿命：约300万次)、可靠性差、偶尔产生的电火花会干扰ECU的工作状态(因而埋下安全隐患)等诸多缺点，同时在强震动、高油污、高粉尘、极端温度和湿度环境下还存在环境适应性不好的问题。上述诸多缺点都会严重影响电子制动系统和制动辅助系统工作的精确性，进而影响车辆行驶安全。
发明内容
为了克服现有电刷接触式开度传感器易磨损、精度低的缺点，本发明提供一种脚制动阀用高精度非接触式开度传感器，该传感器利用霍尔效应原理检测角度，以达到线性度高，使用寿命长的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的非接触式开度传感器包括壳体、传感器本体和两套传感器主体；所述壳体采用塑料制作，用于保护和封装传感器和传感器本体，还可连接传感器的电路板和外电路；所述的传感器本体采用复合材料制作，传感器本体用于容纳所述传感器主体各部件的安装，并保证所述传感器主体各部件的相对位置；所述传感器主体包括棘爪、卡环、D型头枢轴、含油轴承、圆柱磁钢、垫片、回位弹簧和焊有磁敏元件的电路板八个部分；所述棘爪形状类似于扳手，一端为L型柄，另一端为D型孔，所述L型柄与制动阀活塞杆相连；所述D型孔与所述D型头枢轴配合，D型孔的形状可限定枢轴的径向位置，D型孔内带有的矩形限位凸段可限定枢轴的轴向位置，D型孔的轴向开口可使装配调试更为方便；所述卡环为开口圆环，用于紧固所述带有轴向开口的D型孔；所述D型头枢轴整体为一不规则柱体，可分为上部、中部和下部，上部为D型柱体，与所述D型孔配合，可使枢轴整体随棘爪转动；中部为圆柱体，通过所述含油轴承安装于所述传感器本体内，可使枢轴相对传感器本体旋转；所述下部为直径大于上部和中部的不规则柱体，下部设置有止挡柱，与所述传感器本体的止挡槽配合限制枢轴的旋转角度，下部的底部有一倒拔模圆形凹槽，用于安装所述圆柱磁钢，可使磁钢随枢轴一起旋转；所述的圆柱磁钢是南北极并行的，即在同一圆面上南北极都存在；所述垫片为碟形弹簧垫片，安装于所述枢轴下部的上表面和所述传感器本体之间；所述回位弹簧安装于所述棘爪和所述传感器本体之间，用于棘爪的回位；所述焊有磁敏元件的电路板安装于所述圆柱磁钢正下方，电路板和磁敏元件利用霍尔效应可检测所述磁钢旋转产生的电动势，进而计算出磁钢的旋转角度。所述两套传感器主体在工作时旋转方向相反，同时测量角度，输出互补的主副两路信号以提高安全性和测量精度，ECU用接收到的两个角度计算出更为精确的角度，本发明设置两套传感器主体可得到更高的测量精度。
本发明的基本工作原理为：当踏动汽车制动脚踏板时，制动阀活塞杆带动棘爪旋转，与棘爪相连且安装着磁钢的D型枢轴也随之转动，磁钢在磁敏元件上方无接触转动时，磁力线被磁敏元件切割感应到变化的电信号，该电信号被DSP微控器采集，最后通过程序求得角度。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明采用带有DSP处理器的霍尔元件作为非接触式传感器的核心元件，具有寿命长，精度高，可靠性高、环境适应性强的特点，同时增强了车辆制动系统的安全稳定性。
附图说明
图1是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的立体结构示意图；
图2是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的半剖结构示意图；
图3是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的外壳的立体结构示意图；
图4是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的传感器主体的立体分解结构示意图；
图5是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的传感器本体、棘爪和回位弹簧的立体分解示意图；
图6是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的卡环、棘爪和枢轴的立体分解示意图；
图7是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的枢轴、含油轴承、垫片和传感器本体的立体分解示意图；
图8是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的枢轴和圆柱磁钢的立体分解示意图；
图9是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的圆柱磁钢的立体结构示意图(图中虚线为示意用，并非具体结构)；
图10是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的电路板的立体结构示意图；
图11是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器工作初始状态示意图；
图12是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的传感器主体旋转一定角度后的状态示意图；
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的立体结构示意图；图2是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的半剖结构示意图；图3是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的外壳的立体结构示意图；图4是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的传感器主体的立体分解结构示意图。
如图所示，本发明提出的高精度非接触式脚制动阀开度传感器包括：外壳1、传感器本体2和传感器主体3。如图3，所述外壳有一个容纳传感器的容置腔1b，同时橡胶制作的o型圈1a对容纳在其中的传感器能起到防尘，防水和防雾的作用，螺孔1c用于将整个传感器安装固定在脚制动阀上，6芯凸型接插件1d用于连接传感器内电路和外电路；如图4所示，所述传感器主体3包括棘爪3a、卡环3b、D型头枢轴3c、回位弹簧3d、含油轴承3e、垫片3f、圆柱磁钢3g和焊有磁敏元件的电路板3h八部分。
如图5所示，3d为回位弹簧，3d1和3d2为回位弹簧的两端，3d1端压在棘爪3a上表面3a1上；3d2端插在传感器本体2的竖槽2a中，当棘爪3a在脚制动阀杆的带动下转过一定角度后，能够在回位弹簧3d的作用下自动回位，两套传感器主体3的回位弹簧3d旋向相反。
如图6所示，图中3a2为棘爪3a的D型孔，与枢轴的3c的D型头3c1配合，可保证枢轴的径向位置精度，进而保证了镶嵌在枢轴3c上的圆柱磁钢3g的位置精度；3a3为位于D型孔3a2内部的矩形限位凸段，与枢轴3c的矩形限位凹槽3c2相配合，防止枢轴3c的上下窜动，保证枢轴3c的轴向位置精度，进而保证了镶嵌在枢轴3c上的圆柱磁钢3g与电路板3h二者的轴向距离稳定和二者端面的平行；3a4为D型孔3a2的纵向开口，开口3a4使得安装枢轴3c更为方便；3a5为D型孔主体外缘的环形凹槽，用于安装卡环3b，卡环3b可防止由开口3a4造成的D型孔松脱现象。
如图7a和图7b所示，枢轴3c通过含油轴承3e安装于传感器本体2的圆柱孔2c中，含油轴承3e能起到使枢轴3c回转顺畅，耐磨，提高枢轴3c轴心对称度以及延长使用寿命的作用；3c3为止挡柱，可在传感器本体2的止挡槽2b中移动来限制枢轴3c的回转角度，同时止挡柱3c3与D型头3c1的缺口面正面相对，因此限制枢轴3c两个方向转动的角度相等；3f为碟形弹簧垫片，用于消除D型枢轴轴向游隙。
如图8和图9所示，3g为圆柱磁钢，本发明所用的圆柱磁钢的南北极分界面为柱体纵向中面，圆柱磁钢3g安装于枢轴3c底部的圆形凹槽3c4中，圆形凹槽3c4具有倒拔模特征，可以使圆柱磁钢3g牢固安装，减少粘结工序。
如图10所示，3h为电路板，3h1为焊在电路板中央的磁敏元件，即为霍尔阵列元件，3h2为电路引脚，用于连接接插件，输出电信号。
图11是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器工作初始状态示意图；图12是本发明高精度非接触式脚制动阀开度传感器的传感器主体旋转一定角度后的状态示意图。
本发明的工作原理是：如图11所示，工作初始时，两套传感器主体3的棘爪3a的L型柄都处在传感器本体2的中间位置，枢轴3c的D型头3c1的缺口相对，都朝向传感器本体2的中心，两个复位弹簧3d安装位置关于传感器本体2中间平面左右对称。当踏下脚制动阀一定角度α时，脚制动阀活塞杆带动两个棘爪3a的L型柄转动角度β，如图12所示，两棘爪转动方向相反但转动角度相等，始终关于传感器本体2的中间平面左右对称。枢轴3c在棘爪3a的带动下转动β角度后，装配在枢轴3c底部的圆柱磁钢3g也一同转动了β角度，产生了一个旋转的磁场，焊在电路板3h上的磁敏元件3h1在旋转磁场的感应下，产生变化的电信号，两套传感器主体产生的电信号输出到DSP，DSP通过程序可得出精确的β角度，进而通过α和β的数学关系计算出脚制动阀开度α非常精确的近似值γ。最后通过接插件传给车载ECU。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的构思和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，包括壳体、传感器本体和两套传感器主体，所述传感器主体包括棘爪、卡环、D型头枢轴、含油轴承、圆柱磁钢、垫片、回位弹簧和焊有磁敏元件的电路板八个部分。
2.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述传感器主体有两套，同时测量脚制动阀开度，主、副信号输出，提高测量精度。
3.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述D型头枢轴上部为D型头。
4.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述D型头枢轴下部有一个止挡柱。
5.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述D型头枢轴底部有一个安装所述圆柱磁钢的凹槽，所述凹槽具有倒拔模特征。
6.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述棘爪形状类似扳手，包括L型柄和D型孔。
7.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述棘爪的安装孔为D型孔。
8.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述棘爪的D型孔内部有一段轴向矩形限位凸段。
9.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述棘爪的D型孔有一轴向开口。
10.如权利要求1所述的高精度非接触式脚制动阀开度传感器，其特征在于，所述传感器本体设置有一限制所述枢轴转动角度的止挡槽。
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