CN103017719A - 踏板运动轨迹测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种踏板运动轨迹测量仪，包括：测量仪本体（1）、拉绳位移传感器（2）、测量仪支撑球头（3）、测量球（4）和金属拉绳（8），三个所述拉绳位移传感器（2）设置在所述测量仪本体（1）的背面上，三个所述拉绳位移传感器（2）分别通过所述金属拉绳（8）与所述测量球（4）相连接，所述测量仪支撑球头（3）设置在所述测量仪本体（1）的正面上。属于汽车检测设备领域。本发明通过设置三个拉绳位移传感器以及将该三个拉绳位移传感器通过金属拉绳与一个测量球相连接，能够准确地测量出被测踏板在三个方向的移动位移，并通过创新一种三坐标系统，能够精确地确定被测踏板的运动轨迹。

Description

踏板运动轨迹测量仪

技术领域

本发明涉及汽车检测设备领域，特别涉及一种踏板运动轨迹测量仪。

背景技术

在汽车设计过程中，制动踏板、离合器踏板和油门踏板是驾驶员在驾驶汽车过程中主要的操纵件之一，是人机工程主要考虑的因素，在汽车座舱布置中具有重要的地位。车内的这三个踏板，尤其是离合器踏板和制动踏板，其位置的高低左右都会直接对驾驶员驾驶时的舒适度造成影响，并影响着乘车安全。不同的制动踏板、离合器踏板和油门踏板布置方案，对驾驶员驾车的舒适性以及方便性有很大差别，并需要在实车上进行验证、评价。

通常在汽车设计初期及样车验证阶段，需要对标杆车或设计样车的制动踏板、离合器踏板和油门踏板进行数据测量。目前所采用的方法一般是采用三坐标测量仪或者普通卷尺进行测量，另外，还有一种测量方法是在踏板行程实际测量取值为上限位与下限位分别相对于某一固定点A（一般为方向盘）的距离差值，此种方法得到的行程只会≤实际值，只有当A点位于上下限位测量点延长线上才会相等，但这种情况在实际操作是满足不了的。

影响制动踏板、离合器踏板和油门踏板等三踏板方案人机性能的主要因素有以下几点：三踏板离地板Z向高度；制动和离合到油门的Y向距离；制动和离合到油门X向距离；油门踏板到座椅中心的Y向距离；以及三踏板与垂直平面所成的角度。这些因素的改变势必会影响三踏板方案的可及性、舒适性、方便性等人机性能。如何在较短时间内、简便的、准确的对制动踏板、离合器踏板和油门踏板等三踏板进行测量，快速准确的对比各种车型三踏板的尺寸差别，这些成为设计人员急需考虑的问题。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有测量仪器和方法操作麻烦、测量数据繁琐、整理费时、测量数据不够准确。对于需要精确测量运动轨迹数据的要求，现有的测量仪器和测量方法满足不了要求。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种踏板运动轨迹测量仪。所述技术方案如下：

提供了一种踏板运动轨迹测量仪，所述测量仪包括：测量仪本体、拉绳位移传感器、测量仪支撑球头、测量球和金属拉绳，三个所述拉绳位移传感器设置在所述测量仪本体的背面上，三个所述拉绳位移传感器分别通过所述金属拉绳与所述测量球相连接，所述测量仪支撑球头设置在所述测量仪本体的正面上。

进一步地，所述测量仪本体开设有三个拉绳出口，三个所述拉绳出口与三个所述拉绳位移传感器一一对应地设置，三根所述金属拉绳分别穿过三个所述拉绳出口一一对应地与三个所述拉绳位移传感器相连接。

进一步地，所述拉绳位移传感器上具有金属拉绳连接头，三个所述金属拉绳连接头对应地设置在三个所述拉绳出口处，且三个所述金属拉绳连接头呈三角形设置,其中三角形三边长可以分别不相等，坐标系可以适应不同边长的三角形布置，仅需分别更改坐标系的a、b、c值。

进一步地，所述测量仪本体上具有传感器安装板架，三个所述拉绳位移传感器分别通过螺栓与所述传感器安装板架固定连接。

进一步地，所述测量仪支撑球头设置在所述测量仪本体的重力中心处。

进一步地，所述测量仪还具有万向支架和磁性底座，所述万向支架为二连杆机构，所述测量仪支撑球头与所述万向支架可转动地连接，所述万向支架与所述磁性底座可转动地连接。

进一步地，所述万向支架与所述测量仪支撑球头相连接的一端设置有第一球头含接槽，所述测量仪支撑球头嵌设在所述第一球头含接槽内；所述万向支架与所述磁性底座相连接的一端设置有第二球头含接槽，安装在所述磁性底座上的连接球头嵌设在所述第二球头含接槽内。

进一步地，所述测量仪还包括计算及显示单元，所述计算及显示单元与三个所述拉绳位移传感器数据线连接或者无线通信。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过设置三个拉绳位移传感器以及将该三个拉绳位移传感器通过金属拉绳与一个测量球相连接，能够准确地测量出被测踏板在三个方向的移动位移，并通过创新一种三坐标系统，能够精确地确定被测踏板的运动轨迹。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的测量仪结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的测量仪的拉绳位移传感器与测量仪本体的拆装结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的测量仪结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的测量仪使用测量时的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的测量仪测量踏板运动轨迹的坐标原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种踏板运动轨迹测量仪，结合参见图1和图2，该测量仪包括：测量仪本体1、拉绳位移传感器2、测量仪支撑球头3、测量球4和金属拉绳8。测量仪本体1作为其它构件的安装支撑构件，拉绳位移传感器2和测量仪支撑球头3均安装设置在测量仪本体1上，预先确定使用该测量仪时测量仪本体1面向测量球4的一面为正面、背对测量球4的一面为背面。

具体地，三个拉绳位移传感器2设置在测量仪本体1的背面上。优选地，测量仪本体1的背面上具有传感器安装板架11，三个拉绳位移传感器2均具有安装固定板，三个拉绳位移传感器2分别通过螺栓与传感器安装板架11固定连接。安装后，三个拉绳位移传感器2与测量仪本体1之间的相对位置都是固定的，不会在具体的测量过程中发生移动。

三个拉绳位移传感器2分别通过金属拉绳8与测量球4相连接，三根金属拉绳8在测量球4的球心处相交汇聚，并与测量球4相连接。测量时，测量球4随着踏板的运动，其运动轨迹能够被准确地反映到该三根金属拉绳8上，从而被三个拉绳位移传感器2感应并记录数据。优选地，测量仪本体1上开设有三个拉绳出口5，三个拉绳出口5与三个拉绳位移传感器2一一对应地设置，三根金属拉绳8分别穿过三个拉绳出口5一一对应地与三个拉绳位移传感器2相连接。这样，测量时金属拉绳8的伸缩运动只拉扯对应的拉绳位移传感器2，而不拖动测量仪本体1，从而大大提高了测量的精确性。更有选地，每个拉绳位移传感器2上都具有金属拉绳连接头21，三个金属拉绳连接头21对应地设置在三个拉绳出口5处，并且穿过拉绳出口5与带穿孔的螺帽相紧固，金属拉绳8通过金属拉绳连接头21与拉绳位移传感器2相连接。三个金属拉绳连接头21呈三角形设置,其中三角形三边长可以分别不相等，坐标系可以适应不同边长的三角形布置，仅需分别更改坐标系的a、b、c值。

测量仪支撑球头3设置在测量仪本体1的正面上，用于将该测量仪的测量仪本体1和拉绳位移传感器2支撑在某一支点或者支架上，这样，拉绳位移传感器2就能够灵活地各向运动。优选地，测量仪支撑球头3设置在测量仪本体1的重力中心处，而三个拉绳位移传感器2在测量仪本体1均匀设置，这样测量仪支撑球头3就处于测量仪本体1和三个拉绳位移传感器2共同的重力中心处或者重力中线上，有利于测量的精确度。

实施例二

本发明实施例提供了一种踏板运动轨迹测量仪，结合参见图1至图3，该测量仪包括：测量仪本体1、拉绳位移传感器2、测量仪支撑球头3、测量球4和金属拉绳8。测量仪本体1作为其它构件的安装支撑构件，拉绳位移传感器2和测量仪支撑球头3均安装设置在测量仪本体1上，预先确定使用该测量仪时测量仪本体1面向测量球4的一面为正面、背对测量球4的一面为背面。

具体地，三个拉绳位移传感器2设置在测量仪本体1的背面上。优选地，测量仪本体1的背面上具有传感器安装板架11，三个拉绳位移传感器2均具有安装固定板，三个拉绳位移传感器2分别通过螺栓与传感器安装板架11固定连接。安装后，三个拉绳位移传感器2与测量仪本体1之间的相对位置都是固定的，不会在具体的测量过程中发生移动。

三个拉绳位移传感器2分别通过金属拉绳8与测量球4相连接，三根金属拉绳8在测量球4的球心处相交汇聚，并与测量球4相连接。测量时，测量球4随着踏板的运动，其运动轨迹能够被准确地反映到该三根金属拉绳8上，从而被三个拉绳位移传感器2感应并记录数据。优选地，测量仪本体1上开设有三个拉绳出口5，三个拉绳出口5与三个拉绳位移传感器2一一对应地设置，三根金属拉绳8分别穿过三个拉绳出口5一一对应地与三个拉绳位移传感器2相连接。这样，测量时金属拉绳8的伸缩运动只拉扯对应的拉绳位移传感器2，而不拖动测量仪本体1，从而大大提高了测量的精确性。更有选地，每个拉绳位移传感器2上都具有金属拉绳连接头21，三个金属拉绳连接头21对应地设置在三个拉绳出口5处，并且穿过拉绳出口5与带穿孔的螺帽相紧固，金属拉绳8通过金属拉绳连接头21与拉绳位移传感器2相连接。三个金属拉绳连接头21呈三角形设置,其中三角形三边长可以分别不相等，坐标系可以适应不同边长的三角形布置，仅需分别更改坐标系的a、b、c值。

测量仪支撑球头3设置在测量仪本体1的正面上，用于将该测量仪的测量仪本体1和拉绳位移传感器2支撑在某一支点或者支架上，这样，拉绳位移传感器2就能够灵活地各向运动。优选地，测量仪支撑球头3设置在测量仪本体1的重力中心处，而三个拉绳位移传感器2在测量仪本体1均匀设置，这样测量仪支撑球头3就处于测量仪本体1和三个拉绳位移传感器2共同的重力中心处或者重力中线上，有利于测量的精确度。

该测量仪还具有万向支架7和磁性底座9，万向支架7和磁性底座9配合起来支撑该测量仪。该万向支架7为二连杆机构，测量仪支撑球头3与万向支架7可转动地连接，万向支架7与磁性底座9可转动地连接。这样，当磁性底座9固定在车上（例如吸固在车身钣金上）时，万向支架7就可支撑该测量仪的测量仪本体1和拉绳位移传感器2在其活动范围内自动灵活地运动。

优选地，万向支架7与测量仪支撑球头3相连接的一端设置有第一球头含接槽71，测量仪支撑球头3嵌设在第一球头含接槽71内，这样，测量仪支撑球头3相对于第一球头含接槽71可以做宽角度多方向的旋转和转动。万向支架7与磁性底座9相连接的一端设置有第二球头含接槽72，安装在磁性底座9上的连接球头嵌设在第二球头含接槽72内，这样，万向支架7可以相对于磁性底座9做宽角度多方位的旋转转动。该二连杆机构的万向支架7的两根杆件之间还具有使得两根杆件做相对转动的转动机构。

测量仪还包括计算及显示单元6，计算及显示单元6与三个拉绳位移传感器2数据线连接，作为其他的实施方式，计算及显示单元6与三个拉绳位移传感器2也可以实施无线通信。

实施例三

本发明实施例提供了一种踏板运动轨迹测量仪，结合参见图1至图4，该测量仪的构成与各零部件之间的安装关系与实施例二描述的一致，在此不再一一赘述。

以下主要介绍使用该踏板运动轨迹测量仪时的情况。

先将该踏板运动轨迹测量仪按要求安装好，将另外的踏板面夹具夹装在踏板上，将测量球4放置到夹具的对应设备里面。

具体地，先将磁性底座9吸附在稳固的车身钣金上，调整整个测量仪，使其三个拉绳出口5朝向踏板的方向，踏板运动过程中拉线不得与周边件干涉。随后旋紧万向支架7上的手紧螺母，完成测量仪器的固定。将踏板面夹具01固定到踏板02上，调整好测量点，使其位于踏板02旋转半径上，将测量球4嵌入踏板面夹具01预留的球面内，完成安装测量仪。

将运动轨迹的相关预先数据通过C语言或者汇编语言编入计算及显示单元6单片机计算程序，单片机通过实时读取三个拉绳位移传感器2位移寄存器的位移参数，计算得出同一时刻踏板面坐标值。由此可得到踏板面运动轨迹，最终得出行程、弧长、旋转半径等参数，若已知踏板输出力臂长度，还可以得到踏板杠杆比。最终这些信息将通过计算及显示单元6显示出来。

仪器长时间应用后，会产生零位漂移，需要分别对三个拉绳位移传感器2进行归零。方法是：将其中一根金属拉绳8收到尽头，使测量球4与拉绳出口5完全接触，此时的球心至拉绳出口5的距离就是测量球4的半径。将对应位移传感器2位移寄存器的初始值更改为测量球4半径值，完成单个拉绳位移传感器2归零过程。分别对另两个拉绳位移传感器2进行以上操作，完成系统的归零过程。

实施例四

本发明实施例提供了一种踏板运动轨迹测量仪，结合参见图1至图5，该测量仪的构成与各零部件之间的安装关系与实施例二描述的一致，该测量仪的使用方法与实施例三描述的一致，在此不再一一赘述。

以下主要介绍使用该踏板运动轨迹测量仪的三个拉绳位移传感器2在测量时位置关系的原理：

空间内已知三点（即三个拉绳位移传感器2感应中心位置）之间相互距离分别为a、b、c，即O₁O₃=a，O₁O₂=b，O₂O₃=c。则建立如图5所示的示坐标系，又已知空间某点P（即测量球4球心位置）到已知三点的距离分别为L₁、L₂、L₃，即P O₁=L₁，P O₂=L₂，P O₃=L₃，则可以确定P点在所建立坐标系内的空间坐标值。

所应用的方程如下：

$X^2+Y^2+Z^2=L_1^2$

$X^2+Y^2+{(Z-a)}^2=L_3^2$

$X^2+{(Y-\frac{2S}{a})}^2+{(Z-\sqrt{b^2-\frac{4S^2}{a^2}})}^2=L_2^2$

$S=\sqrt{P(P-a)(P-b)(P-c)}$

$p=\frac{a+b+c}{2}$

其中X有两个解，实际测量时测量点不会处于仪器背面，故仅取正解：

$X=\sqrt{L_1^2-Y^2-Z^2}$

$Y=\frac{L_3^2-L_2^2-a^2+2\mathrm{az}+\frac{4S^2}{a^2}-2z\sqrt{b^2-\frac{4S^2}{a^2}}+b^2-\frac{4S^2}{a^2}}{\frac{4S}{a}}$

$Z=\frac{L_1^2-L_3^2+a^2}{2a}$

这样，即可计算出踏板运动轨迹的X、Y、Z值，即可知道其运动轨迹。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪包括：测量仪本体（1）、拉绳位移传感器（2）、测量仪支撑球头（3）、测量球（4）和金属拉绳（8），三个所述拉绳位移传感器（2）设置在所述测量仪本体（1）的背面上，三个所述拉绳位移传感器（2）分别通过所述金属拉绳（8）与所述测量球（4）相连接，所述测量仪支撑球头（3）设置在所述测量仪本体（1）的正面上。

2.根据权利要求1所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪本体（1）开设有三个拉绳出口（5），三个所述拉绳出口（5）与三个所述拉绳位移传感器（2）一一对应地设置，三根所述金属拉绳（8）分别穿过三个所述拉绳出口（5）一一对应地与三个所述拉绳位移传感器（2）相连接。

3.根据权利要求2所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述拉绳位移传感器（2）上具有金属拉绳连接头（21），三个所述金属拉绳连接头（21）对应地设置在三个所述拉绳出口（5）处，且三个所述金属拉绳连接头（21）呈等边三角形设置。

4.根据权利要求3所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪本体（1）上具有传感器安装板架（11），三个所述拉绳位移传感器（2）分别通过螺栓与所述传感器安装板架（11）固定连接。

5.根据权利要求4所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪支撑球头（3）设置在所述测量仪本体（1）的重力中心处。

6.根据权利要求5所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪还具有万向支架（7）和磁性底座（9），所述万向支架（7）为二连杆机构，所述测量仪支撑球头（3）与所述万向支架（7）可转动地连接，所述万向支架（7）与所述磁性底座（9）可转动地连接。

7.根据权利要求6所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述万向支架（7）与所述测量仪支撑球头（3）相连接的一端设置有第一球头含接槽（71），所述测量仪支撑球头（3）嵌设在所述第一球头含接槽（71）内；所述万向支架（7）与所述磁性底座（9）相连接的一端设置有第二球头含接槽（72），安装在所述磁性底座（9）上的连接球头嵌设在所述第二球头含接槽（72）内。

8.根据权利要求7所述的踏板运动轨迹测量仪，其特征在于，所述测量仪还包括计算及显示单元（6），所述计算及显示单元（6）与三个所述拉绳位移传感器（2）数据线连接或者无线通信。

Images