CN104260780A - 一种方向盘自由行程角度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方向盘自由行程角度测量装置，测量装置包括方向盘连接部、转轴、测量部，所述方向盘连接部包括三根及三根以上等长度并且在圆周内等间距分布的卡爪杆，所述卡爪杆一端连接卡爪，卡爪杆另一端连接所述转轴，所述测量部包括壳体、齿轮、齿条和读显机构，所述壳体连接转轴构成转动连接，所述齿轮套接固定在转轴上，所述齿条和齿轮啮合，齿条上设有读取齿条位移量信息并转化显示为转动角度的所述读显机构。本发明将较难的角度测量转化为位移量或电压此类较方便的测量数据，使得整个测量装置轻巧、便携；使用时安装方便；装置中机械式的连接部件少，测量时精度高；实时数显，读数方便。

Description

一种方向盘自由行程角度测量装置

技术领域

本发明涉及一种汽车方向盘转动角度检具，尤其是涉及一种方向盘自由行程角度测量装置。

背景技术

由于汽车转向器和转向传动机构间存在装配间隙，所以转向操作一般是滞后的，即无法实现理想的方向盘一开始转动，车轮便立即偏转。另一方面，转向机构间受力而产生的零件弹性形变，，也导致了转向车轮的转动滞后于方向盘的转动。如此，转向时，方向盘必将先经过一个空转的自由角度，即为自由行程角度。

方向盘的自由行程角度是评价车辆转向系统是否灵敏、操作是否稳定的重要指标。方向盘自由行程角度过大，那么在汽车行驶过程中方向盘的转动幅度将增大，不利于驾驶员控制方向，影响车辆的行驶稳定性。而适当地方向盘自由行程角度对于消除驾驶员握方向盘时的误操作是有利的，使得转向相对柔和。因此，对方向盘自由行程的角度测量十分重要。

现有的常规机械式检测装置十分笨重，通常需要整个包裹住方向盘，安装不便；有些还要拆除方向盘转向轴周围大部分零件才能测量，十分不便。目前，也有依靠角度传感器，来检测方向盘转动角度的。如中国专利授权公告号：CN101602377B，公开告日2011年05月18日的专利文件中，公开了一种方向盘自由行程角度测量仪，该方向盘自由行程角度测量仪包括扭力传感器、角度传感器和角度处理系统，所述扭力传感器上设有转轴，所述转轴的一端设有转盘，并且该端还连接所述角度传感器；转轴另一端通过螺栓拧入方向盘转向轴。所述扭力传感器和角度传感器都与角度处理系统连接。方向盘自由行程角度测量仪采用电子模块结构，测量扭力和角度两个参数，并将这两个参数转化为电信号，经处理分析后直接显示具体角度数值，由此提高了方向盘自由行程角度的测量精准度和测量速度、测量结果直观明了；测量时只需转动转盘，使得测量过程非常方便。

但是，上述检测装置也有以下弊端：第一，该检测装置连接方向盘时，是通过螺栓拧入方向盘转向轴，使得装置的转轴和方向盘的转向轴同轴，势必对方向盘进行拆卸，露出转向轴，安装不便；第二，该检测仪在角度测量时，利用了软轴作为角度传感器和转轴间的间接连接部件，不够简化，因为方向盘的自由行程角度本来就比较小，检测时需要尽可能的直接测量或尽量少的使用间接连接部件，以免测量不准。

发明内容

本发明是为了解决现有的机械式方向盘自由行程角度检测装置笨重，携带和安装不便的问题，而一些改进的现代化检测装置又存在上述的弊端，提供了一种测量准确、安装方便的方向盘自由行程角度测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种方向盘自由行程角度测量装置，测量装置包括方向盘连接部、转轴、测量部，所述方向盘连接部包括三根及三根以上等长度并且在圆周内等间距分布的卡爪杆，所述卡爪杆一端连接卡爪，卡爪杆另一端连接所述转轴，所述测量部包括壳体、齿轮、齿条和读显机构，所述壳体连接转轴构成转动连接，所述齿轮套接固定在转轴上，所述齿条和齿轮啮合，齿条上设有读取齿条位移量信息并转化显示为转动角度的所述读显机构。

本发明作为检测方向盘自由行程角度的外携设备，具有轻巧、便携、安装方便的特点。其安装连接部为上述的方向盘连接部，使用多根等长度且等间距分布的卡爪杆，如此卡爪杆共同连接的转轴必定位于方向盘的转动中心，而且卡爪杆末端的卡爪紧固方向盘，安装方便。本发明测量自由行程角度的方法是将方向盘转动的角度转化为齿条的位移量信息，我们根据转动角度和弧长的数学公式可知：

  ；d为齿轮直径，α为方向盘转动角度，L为齿条位移量。

根据上述关系，通过测位移量L，即可方便地得到转动角度。那么方向盘的自由行程角度就是转向轮直线状态下，方向盘向左或右的空转角度，即方向盘转动，而转向轮未转动时的角度。

本发明的另一个好处是测量装置中机械式的间接连接部件少，仅仅通过齿轮和齿条的一次转化，减少了测量误差的产生，提高了测量的准确性。

作为优选，所述读显机构包括基准尺、容栅位移传感器、处理器和数显屏幕，所述基准尺和齿条滑动连接，基准尺固定在壳体内，所述容栅位移传感器包括动栅和定栅，动栅设定在齿条上，定栅设定在基准尺上，容栅位移传感器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体表面。

作为本发明中读显机构的一种实施方式，该方案主要是通过容栅位移传感器将齿条的位移量信息转化为动定栅之间的电容量信息，在经过调相和解调过程传输给处理器运算，处理器结合转动角度和弧长的数学公式，输出角度到数显屏幕。

作为优选，所述读显机构包括含滑动变阻器的电回路、处理器和数显屏幕，所述含滑动变阻器的电回路固定壳体内，滑动变阻器的滑片固定在齿条上，滑动变阻器上并联设有电压检测器，电压检测器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体表面。

作为本发明中读显机构的另一种实施方式，该方案主要是通过齿条的移动改变滑动变阻器的电阻，从而改变电压检测器测得的电压，将齿条的位移量信息转化为电压的变化信息，经过处理器处理，结合转动角度和弧长的数学公式，得出转动角度的实时测量值，输出到数显屏幕。

作为优选，壳体上设有用于固定测量部和测量装置以外的固定物的固定脚，所述固定脚垂直转轴。本发明在工作状态下，需要转轴和测量部产生相对运动，一般为转轴转动，测量部静止。手持测量部容易晃动不准，产生人为的误差，所以设置固定脚固定测量部，并且固定脚和转轴相互垂直，测量时误差为最小。

作为优选，所述固定脚由可伸缩的同心套管组成，固定脚的末端为吸盘结构。可伸缩的固定脚方便优化选择合适的固定部位。吸盘结构可以直接吸附在如汽车前挡玻璃等地方，固定快捷方便。

作为优选，所述转轴上设有扭力传感器，扭力传感器和处理器电连接。转动停止的点靠设置扭力传感器作逻辑判断，自由行程角度内产生的扭力和过自由行程转动方向盘的扭力是不一样的，可以预设一个值，通过转动时产生的扭力比较，即大于等于预设值，来确定此时为方向盘检测时检测到的自由行程角度。如此，相对于依靠人的手感判断，更为准确，而且不至于不同的人会测出不同的结果。

作为优选，卡爪杆和转轴的连接处为铰接结构。可以根据不同直径大小的方向盘调整以便可以安装上去。

作为优选，卡爪杆和转轴的铰接处设有阻力卡簧。不用时，弹簧将张开的卡爪杆收起来。

作为优选，转轴穿过壳体，转轴和壳体的上下面通过轴套构成所述转动连接。

作为优选，所述卡爪杆设有三根。

本发明具有如下有益效果：

整个测量装置轻巧、便携；

使用时安装方便；

装置中机械式的连接部件少，测量时精度高；

实时数显，读数方便。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明中读显机构的一种实施方式的结构示意图。

图3是本发明中读显机构的另一种实施方式的结构示意图。

图中：转轴1、测量部2、壳体21、齿轮22、齿条23、卡爪杆31、卡爪32、基准尺4、滑动变阻器5、滑片51、固定脚6、吸盘结构7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：

如图1所示的一种方向盘自由行程角度测量装置，测量装置包括方向盘连接部、转轴1、测量部2。方向盘连接部包括三根等长度并且在圆周内等间距分布的卡爪杆31，卡爪杆31一端连接卡爪32，卡爪杆31另一端统一连接转轴1。卡爪杆31和转轴1的连接处为铰接结构，卡爪杆31和转轴1的铰接处设有阻力卡簧。卡爪32为两个弧形卡箍，卡箍和卡爪杆31间为铰接结构，两卡箍末端可螺栓固定。

测量部2包括壳体21、齿轮22、齿条23和读显机构。转轴1穿过壳体21，转轴1和壳体21的上下面通过轴套构成转动连接。使得测量部2可以绕转轴1转动，而不能够上下移动。齿轮22、齿条23和读显机构都在壳体21内。壳体21上设有用于固定测量部2和测量装置以外的固定物的固定脚6，固定脚6垂直转轴1。固定脚6由两根可伸缩的同心套管组成，固定脚6的末端为吸盘结构7。

壳体21内，齿轮22套接固定在穿过壳体21的转轴1上，齿条23和齿轮22啮合，齿条23上设有读取齿条位移量信息并转化显示为转动角度的读显机构。读显机构包括基准尺4、容栅位移传感器、处理器和数显屏幕。基准尺4和齿条23滑动连接，基准尺4固定在壳体21内，容栅位移传感器包括动栅和定栅，其动栅设定在齿条23上，定栅设定在基准尺4上，容栅位移传感器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体21表面。转轴1上还设有扭力传感器，扭力传感器和处理器电连接。

检测时，使用卡爪32固定在方向盘上，固定脚6末端的吸盘结构7吸附在前挡风玻璃上，固定住测量部2。转动方向盘，检测自由行程角度。方向盘转动时，带动转轴1旋转相同角度，转轴1带动齿轮22旋转相同角度，齿轮22转动该角度后，其对应的弧长量为齿条23的位移量，根据转动角度和弧长的数学公式可知：

 ；d为齿轮直径，α为方向盘转动角度，L为齿条位移量。

我们只需要知道齿条位移量L，即可得出齿轮转动角度。而齿条位移量L在本发明中，用容栅位移传感器进行测量。本发明中，容栅位移传感器的动栅随齿条23移动，定栅固定在基准尺4上，如此，动定栅之间的电容量随着其相对位移依一定规律而变化，在容栅位移传感器的驱动交流电压的作用下，在接收板输出一个交流电压信号，其交流电压的相位与位移量的关系近似为线性函数，而输出的交流电压相位值通过处理器转换为位移值，进一步处理转换为角度值，显示到数显屏幕。

检测时，设置一个基准点，进行清零。逆时针旋转方向盘，得到正值角度；顺时针旋转方向盘，得到负值角度。

为提高测量精度，一次检测的位移量靠扭力传感器作逻辑判断，自由行程角度内转动方向盘产生的扭力和过自由行程转动方向盘的扭力是不一样的，在处理器中预设一个扭力值，通过转动时产生的扭力比较，即大于等于预设值时，即确定达到方向盘单向自由行程，记录位移量，此后人为因素造成的用力过大而转动角度超出自由行程部分，将自动舍去，以此更精确地确定检测到的自由行程角度。

实施例2：和实施例1的不同之处在于，读显机构包括含滑动变阻器5的电回路、处理器和数显屏幕。含滑动变阻器5的电回路主要包括一个稳压电源、导线、滑动变阻器、定值电阻，其固定壳体21内。滑动变阻器5的滑片51固定在齿条23上，滑动变阻器上并联设有电压检测器，电压检测器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体21表面。

此处，不直接检测齿条23的位移量，而是将齿条23的位移量转变成滑动变阻器5的电阻变化值，从而改变电压检测器测得的电压。同样的，方向盘角度的改变值和电压的变化值为线性关系，可以通过处理器换算后得到角度值，显示到数显屏幕。同样的，为提高测量精度，一次检测的电压值靠扭力传感器作逻辑判断。

Claims (10)

1.一种方向盘自由行程角度测量装置，测量装置包括方向盘连接部、转轴（1）、测量部（2），其特征在于，所述方向盘连接部包括三根及三根以上等长度并且在圆周内等间距分布的卡爪杆（31），所述卡爪杆（31）一端连接卡爪（32），卡爪杆（31）另一端连接所述转轴（1），所述测量部（2）包括壳体（21）、齿轮（22）、齿条（23）和读显机构，所述壳体（21）连接转轴（1）构成转动连接，所述齿轮（22）套接固定在转轴（1）上，所述齿条（23）和齿轮（22）啮合，齿条（23）上设有读取齿条位移量信息并转化显示为转动角度的所述读显机构。

2.根据权利要求1所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，所述读显机构包括基准尺（4）、容栅位移传感器、处理器和数显屏幕，所述基准尺（4）和齿条（23）滑动连接，基准尺（4）固定在壳体（21）内，所述容栅位移传感器包括动栅和定栅，动栅设定在齿条（23）上，定栅设定在基准尺（4）上，容栅位移传感器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体（21）表面。

3.根据权利要求1所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，所述读显机构包括含滑动变阻器（5）的电回路、处理器和数显屏幕，所述含滑动变阻器（5）的电回路固定壳体（21）内，滑动变阻器（5）的滑片（51）固定在齿条（23）上，滑动变阻器上并联设有电压检测器，电压检测器、处理器、数显屏幕间为可传输信号的电连接，数显屏幕嵌于壳体（21）表面。

4.根据权利要求2或3所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，壳体（21）上设有用于固定测量部（2）和测量装置以外的固定物的固定脚（6），所述固定脚（6）垂直转轴（1）。

5.根据权利要求4所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，所述固定脚（6）由可伸缩的同心套管组成，固定脚（6）的末端为吸盘结构（7）。

6.根据权利要求2或3所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，所述转轴（1）上设有扭力传感器，扭力传感器和处理器电连接。

7.根据权利要求2或3所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，卡爪杆（31）和转轴（1）的连接处为铰接结构。

8.根据权利要求7所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，卡爪杆（31）和转轴（1）的铰接处设有阻力卡簧。

9.根据权利要求1所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，转轴（1）穿过壳体（21），转轴（1）和壳体（21）的上下面通过轴套构成所述转动连接。

10.根据权利要求1所述的一种方向盘自由行程角度测量装置，其特征在于，所述卡爪杆（31）设有三根。