CN109424290B - 气体撑杆力主动监测系统 - Google Patents

Abstract

气体撑杆监测系统包括气体撑杆。监测系统还包括连接到气体撑杆的基座端部的转向节组件。转向节组件包括至少一个应变仪和可变形转向节。该系统还包括与至少一个应变仪连通的控制器，该控制器被配置为通过应变仪测量可变形转向节的变形。该系统基于测量的变形评估气体撑杆的操作性能。然后该系统基于气体撑杆的操作性能将信号输出到指示维护建议的输出装置。

Description

气体撑杆力主动监测系统

引言

本公开涉及气体撑杆，并且更具体地涉及气体撑杆力监测系统。

已知气体撑杆包括活塞组件，该活塞组件在由壳体限定的压力室内往复运动。通常，压力室包含惰性气体(比如氮气)，该惰性气体被机械压缩以向腔室中的活塞施加力。活塞组件包括在壳体内滑动的扩大的头部，以及从头部延伸出来并穿过壳体一端的杆。在操作中，当杆在壳体内缩回时，压力室的总体积减小，从而增加了腔室内的气体压力。活塞头可以包括阀或开口，该阀或开口通过活塞头轴向连通以控制和建立活塞头两侧的压力平衡，而不管在撑杆循环期间头部的轴向位置。因为活塞头的前侧上的表面积大于另一侧的表面积(即，杆附接的侧面)，所以轴向力可能不相等。因此，随着撑杆缩回，当压力室内的压力增加时，抵抗收缩的力增加趋于使撑杆朝向完全伸展的位置偏置。

无论气体撑杆位置如何，气体撑杆内的正气体压力将轴向力传递到连接转向节，该连接转向节将撑杆附接至可移动门、固定装置、升降门等。当密封件磨损时，或通过其他可能随着时间的推移磨损或需要维护的部件，压力室中的气体压力可能随着密封件磨损的增加而降低。例如，在一些应用中，气体压力降低20％可能是显著的，并且如果已知降低的压力状况，则降低的压力可导致撑杆维护或更换。遗憾的是，确定降低的气体压力的已知方法是受限的和/或不切实际的。

因此，需要一种用于气体撑杆的主动撑杆磨损监测系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，气体撑杆监测系统包括气体撑杆。该监测系统还包括连接到气体撑杆的基座端部的转向节组件。转向节组件包括至少一个应变仪和可变形转向节。该系统还包括与至少一个应变仪连通的控制器，该控制器被配置为通过应变仪测量可变形转向节的变形。系统基于测量的变形评估气体撑杆的操作性能。然后，系统将信号输出到输出设备，该输出设备基于气体撑杆的操作性能指示维护建议。

在另一示例性实施例中，一种用于主动监测气体撑杆的性能的方法包括通过处理器测量可变形转向节的变形，该变形转向节通过附接至可变形转向节的应变仪与气体撑杆连通。根据该方法，处理器基于所测量的可变形转向节的变形来评估气体撑杆的操作性能，并基于气体撑杆的操作性能向指示维护建议的输出装置输出信号。

在另一个示例性实施例中，应变仪是永久地附接至转向节组件的外表面的箔式应变仪。

在另一示例性实施例中，转向节组件包括可附接至气体撑杆的转向节以及连接构件，使得转向节可通过由气体撑杆施加到转向节的力而变形，并且转向节的变形与气体撑杆的操作性能有关。

在又一示例性实施例中，转向节包括连接上转向节部分和下转向节部分的两个相对的凹壁，并且凹壁可通过由气体撑杆施加到转向节的力而变形。

在另一个实施例中，转向节包括连接上转向节部分和下转向节部分的单个中柱，并且中柱可通过由气体撑杆施加到转向节的力而变形。

在又一示例性实施例中，控制器被配置为以预定时间间隔在每个时间间隔输出激励电压，将激励电压传输到应变仪，并从应变仪接收响应电压。然后，基于多个接收到的响应电压，评估在两倍或更多倍的预定时间间隔期间可变形转向节的平均变形。根据该实施例，控制器然后使用可变形转向节的平均变形来确定气体撑杆的操作性能。

从以下结合附图的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

仅通过示例的方式，在以下具体实施方式中出现其他特征、优点和细节，具体实施方式参考附图，其中：

图1是与车辆升降门一起使用的气体撑杆组件的示意图。

图2是根据实施例的具有主动气体撑杆监测系统的局部气体撑杆组件的示意图；

图3A是根据实施例的示例性转向节组件的示意图；

图3B是根据实施例的图3a的转向节组件的另一示意图；

图3C是根据实施例的图3a的转向节组件的另一示意图；

图4A是根据另一实施例的另一示例性转向节组件的示意图；

图4B是根据另一实施例的图4B的转向节组件的另一示意图；以及

图5是根据另一个实施例的安装有图4A的转向节组件的气体撑杆组件的示意图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应该理解，在整个本附图中，相应的附图标记表明类似或相应的部分及特征。术语模块、电路和/或设备指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其他适当的部件。

根据示例性实施例，图1示出了气体撑杆组件20，其可以应用于车辆的车架26，并且更具体地，应用于车辆升降门22。在该示例中，气体撑杆组件20的气体撑杆24可以在升降门22和车架26之间延伸并且可以枢转地接合到升降门22和车架26。当气体撑杆24从缩回位置28(即，以虚线示出)枢转地移动到伸出位置30时，气体撑杆24便于提升并因此打开升降门22。在该和/或其他应用中，气体撑杆24可以是气体弹簧、气体衰减器、减震器和其他类似的实施例。

参见图2，气体撑杆24可包括可以是圆柱体的壳体32。活塞组件(气体撑杆24的内部并且因此未示出)沿着壳体32内的中心线(C)往复运动。壳体32包括径向向内的圆柱形内表面(未示出)并且可以是圆柱形的，其密封抵靠往复运动活塞密封件(未示出)以允许气体执行活塞的工作。尽管本文中通常提到气体撑杆的内部工作部分，但是本领域技术人员理解气体撑杆24的一般功能和减震能力，因此，为了简洁起见，没有明确地描述。

参见图1和2，活塞杆36附接至壳体32内部的往复运动活塞(未示出)，该活塞杆36配置成沿着气体撑杆24的轴向长度往复运动的延伸部分。在操作中，活塞和往复运动活塞在壳体32的内表面上滑动，并且当活塞组件(和活塞杆36)在缩回和伸出位置28、30之间往复运动时，气体可控制地从活塞头的一侧流过活塞头中的开口到另一侧(见图1)。流过活塞的压缩气体的阻力分别根据活塞杆36的运动方向在活塞杆36和壳体32上施加作用力。

活塞杆36包括附接至内部活塞的第一端部(壳体32的内部，未示出)和活塞杆36的相对的第二端部38，该活塞杆36枢转地接合到升降门22。壳体32还包括附接至转向节40的壳体32的密封基座端部34。转向节40附接至可枢转地接合到车架26的撑杆端部42。

在操作中，活塞杆36将工作力传送到活塞杆36的端部38，并且通过基座端部34传送到车架26。该力分别传送到转向节40和撑杆端部42。也就是说，在操作中，壳体32作用在转向节40上，转向节40然后作用在撑杆端部42上，最后作用在可枢转地附接至车架26的基座端部34上。根据实施例，主动监测系统60(下文称为“监测系统60”)可以被配置为检测和评估转向节40上的应变，以预测或警告需要维护或更换气体撑杆24的一个或多个零件。

根据实施例，监测系统60包括一个或多个应变仪44(统称为“应变仪44”，如图2所示)，该一个或多个应变仪44可附接至转向节40，使得应变仪44可以在当工作力F从壳体32传送时通过转向节40和撑杆端部42测量转向节40的应变。应变仪44经由一个或多个传感器通道48与控制器46通信。控制器46可以连接到车辆电源总线50，以及将控制器46连接到车辆控制模块或输出装置53的车辆控制模块总线52。车辆控制模块或输出设备53可以是例如车辆控制模块和/或输出设备，其被配置为向车辆用户或维护人员输出消息，如本领域技术人员已知的。

控制器46可以是车辆控制模块，例如车身控制模块。在一些方面，控制器46包括处理器54。处理器54可以是能够处理电子指令的任何类型的合适处理设备，包括但不限于微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器和专用集成电路(ASIC)。或者，处理器54可以与某种类型的中央处理单元(CPU)或执行通用处理器功能的其他部件一起工作。控制器46包括被配置为对电信号进行采样并将模拟波形转换为数字值的数据采集设备(DAQ)。

应变仪44可以是基于箔应变仪的换能器或其他合适的仪表。应变仪44可以使用任何合适的方式，例如环氧树脂、氰基丙烯酸酯胶或用于将箔式传感器附接至金属部件的其他方法附接至转向节40。

图3A描绘了根据实施例的转向节组件56的示意图。图3B和3C分别描绘了转向节组件56的正面和侧面示意图。现在将结合图2和图3A-3C进行考虑。首先参考图3A-3C，转向节40可以由铸造或机加工金属，例如铝、钢、钛等构成。

参见图3A，转向节组件56被描绘为具有附接至一个或多个外表面(例如外表面58a)的一个或多个应变仪44。根据一个实施例，外表面58a是一个或多个连接部分66的外表面，如图3A-3C中更详细地示出。图3B示出了将上转向节68连接到下转向节70的一个或多个连接部分66。在其他实施例中，连接部分66可以采用另一种形式，例如，下面将更详细地描述的如图4A和4B所示的直(非凸的或凹的)壁(未示出)或中心柱82。转向节40可包括用于将转向节40与撑杆端部42连接的紧固特征部62。在一个实施例中，紧固特征部62是外螺纹，如图3A-3C所示。在其他实施例中，紧固特征部62可以是本领域中已知的用于刚性紧固的任何形式或装置，比如(例如)用于接收销或保持夹的柱、压配特征部等。转向节40还包括第二紧固特征部64(图3A)，该第二紧固特征部64可以是例如螺纹开口或用于将转向节40紧固到壳体32的基座端部34的其他已知的紧固装置。图3A-3C中描绘的转向节组件56的一个益处是在更换气体撑杆24时与另一个气体撑杆交换(或连接)，而不需要更换和重新接线应变仪44的能力。

图3B描绘了转向节40的正面示意图。转向节组件56可包括多个传感器(例如，应变仪44，统一描绘为两个分别永久连接到第一和第二外表面58a和58b的箔式应变仪传感器)。通常，应变仪通过测量车身上的变形来测量施加到车身时的力。在一般情况下，该变形被称为应变。根据本公开的实施例，转向节40的应变测量可以根据每单位长度的变形来测量，并且可以测量拉伸(正)或压缩(负)应变。

换能器型应变仪是一类应变测量装置，其基于线或金属箔中的电阻的变化来产生信号。应变仪44可以是换能器型应变仪，其与控制器46(图2)可操作地连接。如图3C所示，应变仪44可以刚性地紧固到转向节40的一个或多个外表面(例如，58a和58b)。尽管示出了两个传感器(应变仪44)，但是实施例考虑到单个传感器或多于两个传感器，所有这些传感器都连接到控制器46，如图2所示。

当激励电压施加到应变仪44的输入导线时，可以通过控制器46测量输出响应并通过控制器46将其与零件疲劳、故障等的已知值相关联。例如，控制器46可以产生5伏激励信号并将该信号施加到传感器通道48的输入导线。一个或多个输出导线(例如，传感器通道48)响应于激励信号返回具有指示转向节40中的相对应变的电压的信号。一个或多个测量值可以指示气体撑杆24中的力F(图2)输出。例如，5伏激励信号可以导致具有毫伏/伏(mV/V)单位的反馈电压测量。

控制器46将信号电压与指示由压缩气体在气体撑杆24中施加的压力的已知值或一组值相关联。在一些方面，控制器46包括存储一个或多个查找表的计算机存储器(未示出)，该查找表配置有与一个或多个零件故障概率相关的已知应变测量值。因此，处理器54可以确定作用在转向节40上的应变，以及气体撑杆24的相对性能的相应指示。

再次参照图1和图2，根据一个实施例，当气体撑杆24处于完全缩回位置28(图1)时，控制器46可以以预定的时间间隔监测转向节40的应变。例如，控制器46可以每一分钟监测压缩应变。在进行多次测量(例如，5次、10次、20次测量等)之后，控制器46将平均应变的原始数据值与预定义值进行比较。如果控制器46确定气体撑杆24超过最小压缩应变的预定阈值(例如，力F不是至少最小可接受(预定)值)，则控制器46可确定气体撑杆24未在最佳性能范围内执行。在一个方面，控制器46可以向车辆中的可操作地连接的输出设备输出消息，指示行动建议或警告。警告的一个示例可以是替换一个或多个气体撑杆的建议。警告的另一示例可以是对一个或多个气体撑杆执行服务的建议。

图4A和4B描绘了根据另一实施例的转向节组件72的示意图。图4A示出了转向节组件72的透视图，其中紧固特征部78示出在上转向节部分74中。如在前面的实施例中那样，紧固特征部78可以是螺纹孔或用于将转向节组件72紧固到气体撑杆组件(例如，气体撑杆组件20)的其他紧固装置。紧固特征部80示出为螺纹柱。在图4A和4B中描绘的实施例中，上转向节部分74经由中心柱82连接到下转向节部分76。因此，应变仪44紧固到中心柱82的一个或多个外表面84上。在一个实施例中，中心柱82是正方形连接构件。在其他方面，中心柱82可以是矩形或圆形。

图5描绘了转向节组件72安装在壳体32的基座端部34和撑杆端部42之间的气体撑杆组件86的示意图。

虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。此外根据本发明的教导，可进行许多修改以适应特定的情况或者材料而不脱离本发明的范围。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种气体撑杆监测系统，包括：

气体撑杆；

连接到所述气体撑杆的基座端部的转向节组件，其中所述转向节组件包括至少一个应变仪和可变形转向节；以及

与所述至少一个应变仪通信的控制器，其被配置为：

通过所述应变仪测量所述可变形转向节的变形；

基于所述测量的变形评估所述气体撑杆的操作性能；以及

基于所述气体撑杆的所述操作性能将输出信号输出到指示维护建议的输出装置。

2.根据权利要求1所述的气体撑杆监测系统，其中所述至少一个应变仪是永久地附接至所述转向节组件的外表面的箔式应变仪。

3.根据权利要求1所述的气体撑杆监测系统，其中所述转向节组件包括可附接至所述气体撑杆的转向节以及连接构件，使得所述转向节可通过由所述气体撑杆施加到所述转向节的力而变形，并且所述转向节的变形与所述气体撑杆的所述操作性能有关。

4.根据权利要求3所述的气体撑杆监测系统，其中所述转向节包括连接上转向节部分和下转向节部分的两个相对的凹壁，并且所述凹壁可通过由所述气体撑杆施加到所述转向节的所述力而变形。

5.根据权利要求3所述的气体撑杆监测系统，其中所述转向节包括连接上转向节部分和下转向节部分的单个中柱，并且所述中柱可通过由所述气体撑杆施加到所述转向节的所述力而变形。

6.根据权利要求1所述的气体撑杆监测系统，其中所述控制器被配置为以预定的时间间隔：

在每个时间间隔输出激励电压、将所述激励电压传输到应变仪，并从所述应变仪接收响应电压；

基于多个接收的响应电压，评估在两倍或更多倍的所述预定时间间隔期间所述可变形转向节的平均变形；以及

使用所述可变形转向节的所述平均变形来确定所述气体撑杆的所述操作性能。

7.一种用于主动测量气体撑杆的转向节组件，包括：

包括上转向节部分的转向节，所述上转向节部分可拆卸地连接到气体撑杆组件；

下转向节部分，其可拆卸地连接到撑杆端部；以及

与所述上转向节部分和所述下转向节部分和在其之间连通的至少一个连接构件；以及

与所述至少一个连接构件连通的至少一个应变仪，其中所述至少一个应变仪永久地固定到所述至少一个连接构件的表面。

8.根据权利要求7所述的转向节组件，其中所述至少一个应变仪是永久地附接至所述转向节组件的外表面的箔式应变仪。

9.根据权利要求7所述的转向节组件，其中所述转向节可附接至所述气体撑杆和所述至少一个连接构件，使得所述至少一个连接构件可响应于由所述气体撑杆施加到所述上转向节部分的力而变形。

10.一种用于使用根据权利要求1至6中任一项所述的气体撑杆监测系统来主动监测气体撑杆性能的方法，包括：

通过处理器测量可变形转向节的变形，所述变形转向节通过附接至所述可变形转向节的应变仪与气体撑杆连通；

基于所述所测量的可变形转向节的变形，通过所述处理器评估所述气体撑杆的操作性能；以及

基于所述气体撑杆的所述操作性能将输出信号输出到指示维护建议的输出装置。

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