CN105333987B - 汽车选换挡力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车选换挡力传感器，包括底面为平面且整体呈半球形的换挡头，在换挡头的底面设有一容置槽，在该容置槽内设有一应变安装头，在应变安装头上部的侧壁上安装有4个应变片，相对的应变片通过导线相连形成应变桥的两支臂；所述应变安装头通过第一连接螺栓与换挡头固定连接；在应变安装头的下方设有连接法兰盘，所述连接法兰盘通过第二连接螺栓与应变安装头相连，所述连接法兰盘套设在一铝合金套管上，该铝合金套管的下部的外壁呈正方形。本发明结构简单，安装及使用不方便，能够对选换当力进行测量，并且测量精度高。

Description

汽车选换挡力传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种汽车选换挡力传感器。

背景技术

换挡机构是车辆中的一个非常重要的人机交互机构，换挡过程中换挡力的控制是变速器的关键技术之一。基于换挡性能评价系统的换挡力试验，主要通过换挡手柄处换挡力的测量，分别在动态和静态两种模式下测试，为整车换挡性能提供一个客观试验支撑。换挡力的大小直接影响变速器的换挡品质，良好的换挡性能将给客户带去强烈的驾驶愉悦感，将换挡力控制在合理的区间是提高变速器换挡性能的重要途径之一。那么，精确地监测变速器的实时换挡力就显得非常重要。目前专用于选换挡力测量装置比较缺乏，并且实际使用中安装很不方便，测试误差比较大，使得对变速器选换挡力的精确测量还存在一定难度；并且现有的测量装置其测试量程比较小，无法满足一些剧烈的换挡工况的测试需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决选换当力测量装置缺乏，安装及使用不方便，测量精度低的问题，提供一种汽车选换挡力传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种汽车选换挡力传感器，其特征在于：包括底面为平面且整体呈半球形的换挡头，在换挡头的底面设有一容置槽，在该容置槽内设有一应变安装头，所述应变安装头整体呈“凸”型，其侧壁与容置槽内壁之间具有间隙；在应变安装头上部的侧壁上安装有4个应变片，所述应变片绕应变安装头侧壁一周均匀分布，且相对两应变片之间的连线相互垂直，相对的应变片通过导线相连形成应变桥的两支臂，从而使4个应变片形成两路应变桥监测通道，分别测量选档力和换挡力；在应变安装头的上端设有一矩形定位凸台，所述矩形定位凸台的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应，在容置槽的顶部，对应矩形定位凸台设有一矩形定位槽，所述矩形定位凸台位于该矩形定位槽内，并通过第一连接螺栓与换挡头固定连接；

在应变安装头的下方设有连接法兰盘，所述连接法兰盘通过第二连接螺栓与应变安装头相连，所述第二连接螺栓从换当头顶部穿过换挡头后将应变安装头与连接法兰相连；所述连接法兰盘套设在一铝合金套管上，在铝合金套管的侧壁上设有锁紧螺钉；该铝合金套管的上部与法兰连接盘固定连接，其下部的外壁呈正方形，且铝合金套管下部的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应。

进一步地，所述连接法兰盘上设有一止口凸台，在应变安装头的下部对应止口凸台设有止口槽，所述止口凸台与止口槽配合相连；在止口凸台上设有一限位管，该限位管的上端具有挡片，所述铝合金套管的上端穿过止口凸台后伸入该限位管内；在应变安装头底部，对应该限位管设有一凹槽，所述限位管位于该凹槽内，且限位管与凹槽之间具有间隙。

进一步地，在换挡头的外壁上，对应各应变片分别刻有一标记线，所述标记线从换挡头的顶部向下部延伸。

进一步地，相对的两应变片相连后分别与一标准电阻相连形成完整的应变桥，对应变桥施加电压，应变桥的输出电压经信号调理系统后与数据采集系统相连，由信号处理系统处理后输出换挡力。

进一步的，所述信号处理系统的处理过程为：

1)建立应变量输出模型：

式中：V_o—信号调理系统输出电压(mv)，Eg—应变桥供电电压(V)，K—变片灵敏度系数，K_F—放大器的增益，ε——应变；

2)建立选换挡力还原模型：

F_z*l＝M_o；

σ＝E*ε；

所以：

式中：F_z—换挡头上的输入力，l—力输入点至应变安装头顶端形心的距离，M_o—与输入力矩平衡的力偶矩，y—应变片中心至应变安装头顶端形心的距离，σ—应变片的中心处应力，I_z—绕垂直于相对两应变片中心连线并过球心的水平轴线的转动惯量，E—弹性模量，ε—应变。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：该选换挡力传感器安装在车辆上档位杆把手处，用于档位杆换挡测试，可测量双向力，通过铝合金套管可以简捷方便地安装在任何车辆上的换挡杆上；该选换挡力传感器的形状尺寸较好地符合人体工程学，逼真地接近实际的换挡杆球头，提高了人员的使用舒适性；并且，该选换挡力传感器可以同时满足实车或试验台架的使用要求，可以较好的兼容既有测量系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为应变桥的电路原理图。

图中：1—换挡头，2—容置槽，3—应变安装头，4—应变片安装槽，5—矩形定位凸台，6—第一连接螺栓，7—连接法兰盘，8—第二连接螺栓，9—铝合金套管，10—止口凸台，11—限位管。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2以及图3，一种汽车选换挡力传感器，包括底面为平面且整体呈半球形的换挡头1，在换挡头1的底面设有一容置槽2，在该容置槽2内设有一应变安装头3。所述应变安装头3整体呈“凸”型，其侧壁与容置槽2内壁之间具有间隙；该应变安装头3的上部呈柱状，在应变安装头3上部的侧壁上安装有4个应变片(R₁、R₂、R₃、R₄)，所述应变片绕应变安装头3侧壁一周均匀分布(即4个应变片两两相对设置)，且相对两应变片之间的连线相互垂直。具体实施时，在应变安装头3上部设有4个应变片安装槽4，4个应变片分别安装于一应变片安装槽4内。相对的应变片通过导线相连形成应变桥的两支臂(R₁与R₃相连、R₂与R₄相连)，相对的两应变片相连后分别与一标准电阻R相连形成完整的应变桥，对应变桥施加电压，应变桥的输出电压经信号调理系统后与数据采集系统相连，由信号处理系统处理后输出换挡力；从而使4个应变片形成两路应变桥监测通道，分别测量选档力和换挡力。

在应变安装头3的上端设有一矩形定位凸台5，所述矩形定位凸台5的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应，在容置槽2的顶部，对应矩形定位凸台5设有一矩形定位槽，所述矩形定位凸台5位于该矩形定位槽内，并通过第一连接螺栓6与换挡头1固定连接；具体实施时，所述第一连接螺栓6从换档头顶部穿过后与应变安装头3的矩形定位凸台5相连。在换挡头1的外壁上，对应各应变片分别刻有一标记线，所述标记线从换挡头1的顶部向下部延伸，从而便于安装、测量及使用。

在应变安装头3的下方设有连接法兰盘7，所述连接法兰盘7通过第二连接螺栓8与应变安装头3相连，所述第二连接螺栓8从换当头顶部穿过换挡头1后将应变安装头3与连接法兰相连。所述连接法兰盘7套设在一铝合金套管9上，在铝合金套管9的侧壁上设有锁紧螺钉；该铝合金套管9的上部与法兰连接盘固定连接，其下部的外壁呈正方形，且铝合金套管9下部的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应。

所述连接法兰盘7上设有一止口凸台10，在应变安装头3的下部对应止口凸台10设有止口槽，所述止口凸台10与止口槽配合相连；从而对应变安装头3的位置进行定位。在止口凸台10上设有一限位管11，该限位管11的上端具有挡片，所述铝合金套管9的上端穿过止口凸台10后伸入该限位管11内；以避免安装使用时，换挡杆直接与应变安装头3接触，使选换挡力测量失准；具体实施时，该挡片呈环形。在应变安装头3底部，对应该限位管11设有一凹槽，所述限位管11位于该凹槽内，且限位管11与凹槽之间具有间隙。

在测量时，选档力和换挡力由换挡头1经第一链接螺栓传到应变安装头3的矩形定位凸台5处，当铝合金套管9套在变速器换挡杆上时，则在连接法兰盘7处形成一受力支点，则应变安装头3的上下部之间承受弯矩，引起应变安装头3受力变形，产生应变；测量此应变并与实际加载的换挡力和选档力进行标定，就可以通过应变桥的输出测得选档力和换挡力。

所述应变片经信号调理系统后与数据采集系统相连，经信号采集系统后输入信号处理系统，由信号处理系统处理后输出换挡力。

所述信号处理系统的处理过程为：

1)建立应变量输出模型：

式中：V_o—信号调理系统输出电压(mv)，Eg—应变桥供电电压(V)，K—变片灵敏度系数，K_F—放大器的增益，ε——应变；

2)建立选换挡力还原模型：

F_z*l＝M_o；

σ＝E*ε；

所以：

式中：F_z—换挡头上的输入力(选档力或换挡力)，l—力输入点至应变安装头顶端形心的距离，M_o—与输入力矩平衡的力偶矩，y—应变片中心至应变安装头顶端形心的距离，σ—应变片的中心处应力，I_z—绕垂直于相对两应变片中心连线并过球心的水平轴线的转动惯量，E—弹性模量，ε—应变。其中：M_o和σ为中间参量，I_z为选换挡力传感器制作完成后的固有参量，通过测量和计算能够获得，但本发明的目的在于利用该选换挡力传感器测量选换挡力，因此，I_z的测量过程不是本发明的要点，暂不公开具体测量及解算过程。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种汽车选换挡力传感器，其特征在于：包括底面为平面且整体呈半球形的换挡头，在换挡头的底面设有一容置槽，在该容置槽内设有一应变安装头，所述应变安装头整体呈“凸”型，其侧壁与容置槽内壁之间具有间隙；在应变安装头上部的侧壁上安装有4个应变片，所述应变片绕应变安装头侧壁一周均匀分布，且相对两应变片之间的连线相互垂直，相对的应变片通过导线相连形成应变桥的两支臂，从而使4个应变片形成两路应变桥监测通道，分别测量选档力和换挡力；在应变安装头的上端设有一矩形定位凸台，所述矩形定位凸台的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应，在容置槽的顶部，对应矩形定位凸台设有一矩形定位槽，所述矩形定位凸台位于该矩形定位槽内，并通过第一连接螺栓与换挡头固定连接；

在应变安装头的下方设有连接法兰盘，所述连接法兰盘通过第二连接螺栓与应变安装头相连，所述第二连接螺栓从换当头顶部穿过换挡头后将应变安装头与连接法兰相连；所述连接法兰盘套设在一铝合金套管上，在铝合金套管的侧壁上设有锁紧螺钉；该铝合金套管的上部与法兰连接盘固定连接，其下部的外壁呈正方形，且铝合金套管下部的4个侧面分别与4个应变片安装面相对应；

其中，相对的两应变片相连后分别与一标准电阻相连形成完整的应变桥，对应变桥施加电压，应变桥的输出电压经信号调理系统后与数据采集系统相连，由信号处理系统处理后输出换挡力；

所述信号处理系统的处理过程为：

1)建立应变量输出模型：

<mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1000</mn> <mo>*</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>E</mi> <mi>g</mi> <mo>*</mo> <mi>K</mi> <mo>*</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>F</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中：V_o—信号调理系统输出电压(mv)，Eg—应变桥供电电压(V)，K—变片灵敏度系数，K_F—放大器的增益，ε——应变；

2)建立选换挡力还原模型：

F_z*l＝M_o；

<mrow> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>o</mi> </msub> <mo>*</mo> <mi>y</mi> </mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>z</mi> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

σ＝E*ε；

所以：

式中：F_z—换挡头上的输入力，l—力输入点至应变安装头顶端形心的距离，M_o—与输入力矩平衡的力偶矩，y—应变片中心至应变安装头顶端形心的距离，σ—应变片的中心处应力，I_z—绕垂直于相对两应变片中心连线并过球心的水平轴线的转动惯量，E—弹性模量，ε—应变。

2.根据权利要求1所述的汽车选换挡力传感器，其特征在于：所述连接法兰盘上设有一止口凸台，在应变安装头的下部对应止口凸台设有止口槽，所述止口凸台与止口槽配合相连；在止口凸台上设有一限位管，该限位管的上端具有挡片，所述铝合金套管的上端穿过止口凸台后伸入该限位管内；在应变安装头底部，对应该限位管设有一凹槽，所述限位管位于该凹槽内，且限位管与凹槽之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的汽车选换挡力传感器，其特征在于：在换挡头的外壁上，对应各应变片分别刻有一标记线，所述标记线从换挡头的顶部向下部延伸。