CN117536981B - 一种球头连杆及使用寿命实时评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球头连杆及使用寿命实时评价系统，属于汽车零部件技术领域，一种球头连杆，包括球头座和球头本体，所述球头座连接有连杆部件，球头本体上连接有连接柱，所述连杆部件包括内螺杆、调节螺套和外杆，调节螺杆布置在内螺杆和外杆之间，所述调节螺杆内部设有螺纹，该螺纹与内螺杆外壁的螺纹相配合，所述调节螺套的外壁设有一圈凸环，所述外杆的内部对应处设有一圈凹槽，所述凸环容置布置在凹槽处，所述内螺杆的后端设有直槽，外杆内部固定有直杆，所述直杆被限制在直槽内部。本方案还公开了一种球头连杆的使用寿命实时评价系统。

Description

一种球头连杆及使用寿命实时评价系统

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，特别涉及可应用在新能源等汽车上的一种球头连杆及使用寿命实时评价系统。

背景技术

金属疲劳是指一种在交变应力作用下，金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

通过在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。

车辆中有许多运动部件，比如车辆底盘结构中的球头关节或连杆等，其起到连接、承载和控制等作用，在车辆运行过程中会发生拉伸、摆动或转动等动作，由于车辆行环境和行驶路况差异及复杂性，在不同的使用环境中，如温度低至﹣40℃、或在高速行驶时遇到不可预测的坑洞或坡面、或在长时间在非铺装路面（越野）极限行驶、或车辆被应用于营运车辆（如出租车等）连续长时间使用等情况，在长时间一定积累后，车辆底盘结构中的球头关节或连杆极易产生裂缝、金属疲劳甚至断裂等现象，严重影响行车的安全。

即便对球头或连杆进行高阶的现代处理，由于生产厂商无法完全的限制使用者对车辆的使用环境和使用方式，故任然存在较大的风险，反而当车辆发生类似的故障时，很多使用者反而极易认定为是车辆的品质问题。

目前我们新能源汽车越来越得到推广，并且出口到国外的数量大量增加，新能源汽车相比于传统汽车，由于其自重大、加速迅猛、结构复杂并且整合度高，其车辆底盘结构中的球头关节或连杆比传统的汽车承受的力更大，使用时的冲击力也更强，故对其进行使用寿命进行实时评价具有极为重要的作用，通过使用寿命进行评价系统，可以判断当前部件的使用情况或使用寿命情况，并在机车系统支持下，实现提前进行维护或更换的提示，从而确保整车行驶的安全性；

球头或连杆本身其价值并不是特别高，但其损坏后可能会使车辆失控，并可能产生严重的伤害，故在预知使用寿命前进行维护或更换具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球头连杆及使用寿命实时评价系统，通过迫使两端对齐保持的结构，在调节连杆长度时，可以防止连杆两端发生偏转的情况，并能够通过运动记录的方式评价自身使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种球头连杆，包括球头座和球头本体，所述球头座连接有连杆部件，球头本体上连接有连接柱，所述连杆部件包括内螺杆、调节螺套和外杆，调节螺套布置在内螺杆和外杆之间，所述调节螺套内部设有螺纹，该螺纹与内螺杆外壁的螺纹相配合，所述调节螺套的外壁设有一圈凸环，所述外杆的内部对应处设有一圈凹槽，所述凸环容置布置在凹槽处，所述内螺杆的后端设有直槽，外杆内部固定有直杆，所述直杆被限制在直槽内部。

进一步的，所述球头本体嵌入布置有永磁体，在所述球头座上布置有至少三个霍尔传感器，其中第一霍尔传感器布置在永磁体的直线对应处，第二霍尔传感器和第三霍尔传感器等高布置在永磁体的上方位置，该高度与球头关节垂直方向的最大转动角度位置对应，三个霍尔传感器均向球头本体球心方向布置。

进一步的，所述球头座与球头本体之间布置有耐磨部，所述耐磨部的材料为POM（聚甲醛树脂）材料。

进一步的，所述外杆的前端开设有多条开口槽，在外杆开口槽处布置有抱箍部件。

进一步的，所述抱箍部件包括抱箍圈和抱紧螺栓，所述抱箍圈的内壁设有花纹。

一种球头连杆的使用寿命实时评价系统，包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置所述球头连杆，通过第二霍尔传感器和第二霍尔传感器获取球头本体的水平方向转动角度信号，并结合第一霍尔传感器获取垂直方向转动角度信号；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值和运动频率值；

累计模块，接收处理模块的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值、运动频率值和连杆长度值，依据设定判断和权重获得累计使用值。

进一步的，累计模块在获得累计使用值时，增加环境温度的权重。

进一步的，处理模块和累计模块在获得累计使用值时，以连杆长度值为第一判断因素、环境温度值为第二判断因素、水平转动角度值为第三判断因素、运动频率值为第四判定因素、垂直转动角度值为第五判定因素、变动加速度值为第六判定因素的序列进行处理。

进一步的，处理模块在处理操作时，依据实时角度值，确定当前永磁体的磁性变动情况，并以磁性变动后的数值修正获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值。

采用本方案，对比现有技术，具有以下好处：

本方案一种球头连杆，通过在连杆部件对应布置直槽和直杆结构，能够确保每一次长度调节操作时，内螺杆和外杆始终呈对齐状态，不会发生偏转，并且连杆部件通过调节螺套的操作实现其长度的自由并精准调节，并通过抱箍部件来实施锁定操作，实现整个连杆部件及球头关节的稳固一体结构，故本方案一种球头连杆特别适合使用在对两端有对其要求的部件上，如车辆的转向拉杆、稳定杆拉杆或瓦特连杆等部件上使用；

本方案一种球头连杆，在球头关节内部布置永磁体和三个霍尔传感器，首先永磁体和霍尔传感器的体型均为微小结构，故不会影响球头原有的结构和使用功能，同时永磁体和霍尔传感器之间通过对磁场的感应而获取转动角度数据，其不存在机械连接结构，故也不影响球头原有的结构和使用功能；

并且通过三个霍尔传感器结构布置，大大提高实时角度值的准确度，提高测量的精准度；同时采用霍尔传感器彼此的校验，比如在永磁体使用一定时间后磁性有一定的下降后，通过比对霍尔传感器的初始值，可以确保在永磁体出现一定的衰减后，还能够获取准确的实时角度值，并降低球头的维护成本；

本方案一种球头连杆的使用寿命实时评价系统（以下简称评价系统），通过记录分析球头本体对球头座的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值和运动频率值，并通过对球头关节在模拟疲劳的测试中数据进行对应比对，遴选处球头关节应力幅值、平均应力大小和循环次数的对应参考，获取累计使用值，同时本方案还考虑加入环境因数，如在极寒环境下，金属疲劳的变化，进而使累计使用值更加科学合理；

综合来说，本方案评价系统采用低成本、小结构和利用目前越来越强悍的机车主机体统，实现对球头和连杆使用寿命和现状的评估预测，并提供维护更换参考，能够大大车辆维护的合理性、规范性和便利性，能够对车辆因球头或连杆破损断裂等严重维护的情况进行预知和预防，特别适合目前大力推广新能源汽车和出口新能源汽车的应用，具有极好的意义和使用推广价值。

附图说明

图1为优选实施例球头连杆结构示意图。

图2为优选实施例球头连杆内部结构示意图。

图3为球头连杆结构分解示意图。

图4为球头永磁体及霍尔传感器的布置结构示意图。

图5水平角度的电压-角度反馈曲线图。

图6 第一霍尔传感器反馈曲线图。

图7垂直角度的实时反馈曲线图。

图8为车辆运行球头关节的水平角度转动的时间轴参考图。

图9为车辆运行球头关节的垂直角度转动的时间轴参考图。

图10为车辆运行时间轴的取值参考图。

图11为第二霍尔传感器和第三霍尔传感器永磁体衰减后的曲线对比图。

具体实施方式

众所周知，车辆使用具有很大的差异，传统的车辆保养维护通常以间隔使用时间（如十二个月）或行驶里程（如一万公里）来实施的，这种方式存在很大的缺陷；车辆长时间在路况优良的平整的路面上行驶和长时间在恶劣的非铺装路面上行驶，对车辆的悬挂系统，特别是球头及连杆结构造成的损伤是天差地别的；

本方案的初衷是提供一种球头连杆及使用寿命实时评价系统，一个是通过改良球头连杆，通过在实现便捷调节其长度时，能够确保连杆及两端的球头始终处于同一角度，以往，例如在机动车等车辆的前束调整时，旋转转向连杆总成的中间杆子，杆子两端连接着有左右螺纹的球关节，在杆子左或右旋转时可以变化球关节中心矩，满足轮距（前束的调整），一般情况下在调整前束时球关节与杆子会发生相对运动，使两端球销轴线发生偏移。导致球头摆角不均匀，影响连杆使用的功能，需要有专业人员来校正，且不能保证在同一条线上。本方案的评价系统则用来实时评价球头连杆的使用寿命，从而可以实现在复杂和差异环境下球头连杆使用寿命的评估，进而可以对球头连杆进行维护更换进行提示和参考，预防因其破损而造成的严重伤害情况。

参考图1至图3，一种球头连杆，可以应用于车辆的转向连杆总成中，传统的球头连杆在使用中，在调整前束时球头与连杆会发生相对运动，使两端球销轴线发生偏移，会使球头关节沿着连杆来回旋转。本方案提供便捷调节的同时，实现其两端（球头）始终保持对其状态，一种球头连杆其包括球头座1和球头本体2，球头座1内部设有空腔，其能够容置球头本体2，并使球头本体2能够以其球心为中心进行多角度摆动或转动，球头座1连接有连杆部件4，球头本体2上连接有连接柱21。

为了使球头关节磨损更少、运行更加流畅、并提高使用寿命，球头座1与球头本体2之间布置耐磨部12，耐磨部主体可以我POM（聚甲醛树脂）的耐磨材料制作而成，在实际布置时，耐磨部12为可以并将球头本体2包覆贴合在其内部，实现全面的精准贴合布置状态，3为一圈环状结构，其内壁与球头本体2贴合配合，外侧与球头座1的空腔固定配合，球头座1的空腔通过底部的盖板14组合为全封闭密封结构，在球头座1的顶部布置有胶套15，起到隔离密封作用，防止水或灰尘泥土的侵入。

连杆部件4包括内螺杆41、调节螺套42和外杆43，内螺杆41的前端与球头座1的外壁一体稳固布置，调节螺套42布置在内螺杆41和外杆43之间，调节螺套42内部设有螺纹，该螺纹与内螺杆41外壁的螺纹相配合，调节螺套42的外端设有六角螺母44，通过六角螺母44可以转动调节螺套调节螺套42，调节螺套42的外壁设有一圈凸环45，外杆43的内部对应处设有一圈凹槽46，凸环45容置布置在凹槽46处，故当使用工具转动六角螺母44时，在螺纹的配合下，能够调节内螺杆41的进出行程，进而调节整个连杆部件4的长度；

为了防止内螺杆41在长度调节时发生自身转动，进而改变拉杆部件4两端的对齐，在内螺杆41的后端设有直槽40，在外杆43的内部固定有对应布置有直杆47，直杆47的直径刚好与直槽40的高度相匹配，并且直杆47在调节时，会始终被限制在直槽40内部，从而可以保证拉杆部件4始终保持直线对其状态。

在调节操作时，可以通过工具分别对六角螺母43和外杆43外壁处卡口49进行转动调节，故转动过程中极为平稳，也不会对其他部件产生转动应力，为了实现调节完毕后的锁紧操作，在外杆43的前端开设有多条开口槽48，外杆开口槽处布置有抱箍部件5，抱箍部件5包括抱箍圈51和抱紧螺栓52，故通过抱紧螺栓52迫使抱箍圈51向内收缩，并使开口槽48轻微向内变形，从而使外观43与调节螺套42形成紧密的一体结构，抱箍部件5布置在凹槽46处，故通过凹槽46级凸环44的配合结构，能够实现抱紧结构更加稳固可靠，在抱箍圈51的内壁设有花纹或直纹，可以提高抱紧操作后发生滑动或位移的情况，即便出现严重的载荷情况，也能够确保整个拉杆部件4的稳定。

参考图4，球头本体2在水平位置并相对连杆部件4中心处一侧设有凹孔，凹孔内刚好放置有永磁体3，并使永磁体3稳固安装，为了提高磁通量，永磁体3可以为汝铁硼材料，永磁体3的外表面刚好球头本体2的外表面齐平，或永磁体3外端接近但不超出球头本体2的外表面，故不会干涉球头本体2的转动，在初始状态下，永磁体3采用水平布置方式，其S极与 N极中心点的连线进过球头本体2的球心。

在球头座1的内壁或耐磨部13处（具体处决于耐磨部13的厚度，如耐磨部13薄至小于2毫米，则可以直接布置在球头座1的内壁处，并且耐磨板13为POM材料，其不会影响永磁体3的磁场，为了简化说明，以下以永磁体3布置在球头座的内壁处为例），分别为第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33；

更具体的说，第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33均指向球头本体2的球心方向布置，并且该三者与球头本体2的球心间的距离是相等的，为了提高灵敏度，第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33都是贴着球头本体2的外壁布置，但第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33和球头本体2之间留有间隙，故他们之间并不接触或产生摩擦；

在初始状态下，第一霍尔传感器31布置在永磁体3中心线的对应处，第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33等高布置在第一霍尔传感器31的上方，该高度与球头关节垂直方向的最大转动角度位置对应，三个霍尔传感器均向球头本体球心方向布置。

第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33与球头本体2圆心的夹角，与球头关节最大的转动角度向匹配，虽然不同的球头关节其设计的最大转动角度有一定的差异，本实施例以最大转动角度为±30°为说明；在实际设计时，可以设计为在初始状态下（车辆静止处于平整的路面上，并且处于整备质量的负载情况下）永磁体31与第一霍尔传感器31刚好直线对应，并处于水平布置状态。

在本方案中，通过布置第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33主要用于获取球头本体1的水平方向转动角度，而再通过第一霍尔传感器31来获取球头本体1的垂直方向转动角度，如对应转向连杆的球头结构，水平方向的转动角度可以视为与车辆的转向角度相对应，而垂直方向转动角度可以视为与车辆车辆的高低相对应。

为了更好地测量球头本体2与球头座1之间相对的水平转动角度和垂直转动角度，第一霍尔传感器31的中心点处在连杆部件4的转动平面上，而第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33则垂直与该连线方向布置，且刚好布置在球头本体2两侧的位置。故通过这三点布局的方式，在可以简化计算量的同时，确保整体数据更加真实可控。

霍尔传感器主要应用了霍尔效应，其从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。在洛仑兹力的作用下，电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在横向方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号，若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。

本发明的另一个技术方案是一种球头连杆的使用寿命实时评价系统，包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置所述球头关节，通过第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33获取球头本体的水平方向转动角度信号，并结合第一霍尔传感器31获取垂直方向转动角度信号；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值、运动频率值和连杆长度值；

累计模块，接收处理模块的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值和运动频率值，增加环境温度的权重，依据设定判断和权重获得累计使用值。

首先，针对本类型的球头关节及连杆，应当在进行复合疲劳测试操作，即在球头关节及连杆在同等的安装方式下，对其进行模拟加速测试，具体可以在横向和纵向施加不同频率的载荷操作，在经过特定的数量值后，对球头关节及连杆进行变形或超声波裂缝等检查，当确定球头关节及连杆存在使用风险后，并通过多次该试验的方式记录当前的模拟测试值。

针对如何获取水平方向转动角度值，参考图5的水平角度的电压-角度反馈曲线图，通过第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33的反馈电压值图可知，在球头本体2表面的任意一点都可以获取第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33的两个实时反馈电压V2和V3，故通过预设的反馈曲线表,可以确定转动角度在A1处（﹣41°），同时由于球头本体2始终以连接柱21为中心线进行摆动或转动操作，实际摆动的范围始终在±30范围内，故其反馈的电压始终在V0-V1区间内，而该区间内的第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33的反馈曲线始终为较为陡峭的形式存在，故可以提高反馈电压的识别的精准度，从而提供水平方向转动角度信号的灵敏度和准确性。

针对如何获取垂直方向转动角度值，参考图6图7，依据第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33在球头关节上的布置结构，以及霍尔传感器自身反馈特点，其中第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33以类似于抛物线方式的存在，在角度轴上，两个抛物线的定点处于-90°和+90°位置处，而第一霍尔传感器31则处于0°的C0位置处，其反馈的电压以类似于同心圆（半径逐渐增大）的形式来表示，图7中表达了从C0至C6至C9的电压反馈曲线，其代表着以永磁体3在不同距离于第一霍尔传感器31时反馈电压组逐渐降低，反之，依据第一传感器31的反馈电压，并根据预设的结构图，可以反推第一霍尔传感器31与永磁体3的角度（距离）关系；

为提高计算效能，并简化计算量，以图7为例，进行一个简短的计算表达，当球头本体2（永磁体3）转动一定的角度后（包括水平和垂直方向的转动），反馈第一霍尔传感器反馈电压为P7，第二霍尔传感器32反馈电压为V3，第三霍尔传感器33反馈电压为V2，故确定A1为球头本体2的水平转动角度，连接C0-A线，并对其延长线至C7，过C7点水平线至0°垂直线，确定C点，从而确定C点在0°垂直线上的位置关系，从而确定取垂直方向转动角度值。

本方案研究的是以通过分析球头水平方向转动角度值和垂直方向转动角度值，来确定球头关节的运动情况，并针对其运动情况，特别记录是极端使用下对球头关节及连杆的使用寿命影响，来评价球头关节及连杆的使用寿命

故根据A1角度轴上的刻度，即可以比对计算获取对应的实时水平转动角度值，我们将角度值布置在时间轴坐标中，可以得到如图8所示的车辆运行球头关节的水平角度转动的时间轴参考图。在图8中曲线可以代表转动方向幅度，其中在t3-t4区间以外的范围，车辆的转动方向角度较小，而在t3-t4区间内，车辆的转动方向角度较大，故在t3-t4区间内，如果车辆受到冲击力，则对球头关节及连杆的损伤会大幅增加。

故根据C点在0°垂直线位置关系，即可以比对计算获取对应的实时垂直转动角度值，我们将角度值布置在时间轴坐标中，可以得到如图9所示的车辆运行球头关节的垂直角度转动的时间轴参考图；

简单的可以理解，车辆行驶在较差的路况，球头的垂直摆动幅度越大（受力越大），并且在特定频率区间（通过复合疲劳测试操作知晓）（也可以视为频率较大的情况的车辆的速度也对应越大，其受力也越大），并且在复合疲劳测试操作时，通过环境温度（大多数情况下是指低温）检查球头关节及连杆的易损情况来分析其使用寿命，通过这些直观的参数来最终确定累计使用值，在另一个方面，车辆大多数处于直线状态或者轻微转向状态，但是当车辆处于大角度转向状态，并叠加大幅度的发生垂直方向摆动，球头关节及连杆的受力将大幅增加。

本方案的核心是对时间轴参考图进行分析，而累计使用值主体正是通过对这两个时间轴参考图的解读来获取的。

现在以典型的时间轴参考图（图10）为例来说明，从时间轴方向，参照图9依次划分为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间，在垂直方向，第一区间曲线平缓，可以视为平整的如城市平整路面或高速公路行驶状态；第二区间和第四区间曲线相对具有较大的起伏，可以视为乡村道路或者轻微越野行驶状态；而在第三区间，曲线变得异常陡峭和紧密，可以视为处于极端道路或高速重越野行驶状态。

显而易见的说，不同的行驶状态对车辆球头关节及连杆的使用寿命是具有极大的差异的，依据复合疲劳测试操作的结果，在第一区间行驶状态，对球头关节及连杆的使用寿命的影响几乎可以忽略，而在第二或第四区间则需要依情况而看，而第四区间对其使用寿命的影响将成倍增加，同时还要叠加参考t3-t4区间内转动方向角度情况。

关于环境温度因素，由于车辆可能在多种复杂环境温度下使用，环境温度值可以由系统通过读取传感车辆的信息获取，一般而言，当气温低至-20℃以下时，金属的脆性将增加，而润滑系统和橡胶件的效能及寿命也大大降低，故可以在这类环境中设定一个加速折寿的参数，比如说4倍，在气温在-20℃~-10℃之间，以及气温在40℃以上时，同样润滑系统和橡胶件的效能及寿命也有影响，故参数可以设为2倍，具体的数值如果需要严谨，可以经过复合疲劳测试操作进行获取，也可以计算机模拟测试获取；本文为了简化说明，以以上两个参数进行说明，同时需要说明的是环境温度因素，由于获取简单，而其短时间不会发生大的变化，计算也方便，故将其设为第一判断因素。

关于水平转动角度值，大多数情况车辆均处于直线运动或轻微转动状态，但是大角度转弯、大角度越野脱困或者高速大方向均可能对球头关节及连杆产生严重的冲击，故在t3-t4区间内，可以将参数设为3倍。

关于运动频率值因素，首先球头关节及连杆上下运动的频率是路况反馈的直接表现，连续的路况越差，运动的频率值就越高，而金属及橡胶件的耐用性就急剧降低，经过复合疲劳测试操作，可以获取当频率值达到一定的值时的反馈，故如像第三区间的运动（频率值大于3HZ左右），可以将参数设为5倍。

关于角度变动值因素，角度变动值是对球头关节连接（及车轮）行程高度的直接反馈，也是路况的直接反馈，显而易见的说，不同行程高度反馈差异的受力情况，为了简化说明，本方案将行程高度划分为五个区间，其中上行区间三个，下行区间两个，车辆行驶时，大多数的情况通常都在上行区间，同时上行区间实现承载，并且减震弹簧处于压缩状态，故其受力均处于较大范围，而下行空间通常处于减震弹簧回弹状态，其受力相对较小，故可以对不同的区间设定差异的倍数，本方案中，上一区间和下一区间不计累计使用值，上二区间和下二区间设为1倍值，上三区间设为3倍值。

关于变动加速度值因素，变动加速度值体现的是瞬间冲击力，比如平整的路面突然进入坑洞、车轮撞击石块等异物、或车辆急刹车等情况，时间轴参考图中表现为极为陡峭的上升曲线，在图10中A11、A12和A13段曲线位置均体现出车辆的极端受力情况，故以曲线的陡峭（曲率）情况，可以判定变动加速度值因素的数量，并且可以设定其为10倍参数。

关于连杆长度值，简单的可以认为，在同等情况下，连杆的长度较长，其收到力的力臂长度就越长，从而冲击力也对应增加，本方案的连杆部件4可以自由调节长度，故依据实际的连杆长度，可以对其进行分段处理，并对应赋予其参数，本方案中以连杆增加了一定的长度，其设定为1.1倍参数，由于连杆长度值相对固定，调节时，操作者可依据其设定的长度，并将长度值输入至车辆电子控制单元处，做常量处理。

在实际操作时，处理模块和累计模块在获得累计使用值时，以连杆长度值为第一判断因素、以环境温度值为第二判断因素、水平转动角度值为第三判断因素、运动频率值为第四判定因素、垂直转动角度值为第五判定因素、变动加速度值为第六判定因素的序列进行处理。这样不仅合理，并且可以简化计算流程，提高计算效能。

现结合图10，具体说明累计使用值的计算方式，对本当期的时间轴参考图进行均匀间隔分段处理，分段可以减少计算量，并且便于波峰波谷间运动频率值的计算，分段时间可以以3-10秒为宜；

首先确定连杆长度值，设定为1.1倍参数；

确定环境温度因素，以气温在-20℃~-10℃之间为例，设定2倍参数；

确定t3-t4时间区间的水平转动角度值因素对应区间，设定3倍参数；

确定t1-t2时间区间的运动为运动频率值因素对应区间，设定5倍参数；

确定在上二区间和下二区间波峰波谷的数量（从P1-P7共计7个点），该7个点为1倍倍参数，确定在上三区间的波峰数量（从P8-P14共计7个点），该7个点为3倍参数，同时P10、P11、P12和P13还处于水平转动角度值的3倍区间；

确定变动加速度值为3段，该三段为10倍参数。

该18个点（P1-P7,P8-P14,A11-A13）最终的计算表达为：

1.1*2*（1+1+10*5+3*5+3*5+1*5+3*3*5+3*3*5+1*3*5+1*3*5+10*3*5+3*3*5++3*3*5+1*3*5+10*3*5+3*3*5+1 ）=1447.6，故当期累计使用值为1447.6；

累计模块连续累计当期累计使用值，并将累计使用值发送至车辆的电子控制单元（ECU），并比对设定的警示使用值，当累计使用值大于等于警示使用值时，向机车系统发送警示信息。进入实现提示或提醒作用，而作为车辆的使用者或者维护单位，也可以通过车辆obd （国际标准汽车通讯）接口，或机车系统读取该累计使用值，以确定球头关节及连杆的使用情况，并确定是否需要进行维护或更换操作。

参考图11， 在一些情况下，如永磁体3在长久使用后，或者受外界磁场干扰或者环境影响后，其磁性通常会下降，如果永磁体3的磁性下降，那么霍尔传感器的反馈电压就会降低，如果只使用一个霍尔传感器来实施测量操作，则对应的就是计算的车轮高度值或角度值区间范围比实际范围要小，测量的精准性将大大降低；

由于本方案通过第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33的配置结构，可以修正永磁体3的衰减误差，就是处理模块在计算球头的实时角度时，依据第一霍尔传感器31、第二霍尔传感器32和第三霍尔传感器33的实时角度值，可以确定当前永磁体3的磁性变动情况，并可以通过修正的方式，来确保测量的结果的准确性；

具体的说，在图11中，由于永磁体3磁性衰减，反馈曲线被向下压缩，如果球头转动角度实际在A4位置，第三霍尔传感器31反馈为V7的电压值，而第二霍尔传感器32反馈为V8的电压值，但在处理模块中，以V7的电压值计算获取为A5的角度值，而以V8的电压值计算获取为A6的角度值，即计算的结果出现偏差，此时处理模块应当依据原有记载的衰减曲线比对数据，将V7的值修正为V7’，而将V8的值修正为V8’，故依旧可以计算获取准确的A4值球头转动角度值，从而保证测量的精准度，并最终可以反馈球头本体的转动角度，故可精确长久稳定的获取转动角度值。

至此，本方案一种球头连杆及使用寿命实时评价系统，通过改良球头连杆，通过在实现便捷调节其长度时，能够确保连杆及两端的球头始终处于同一角度，能够在调整车辆轮胎前束角调节操作时，防止球头关节与杆子会发生相对运动，使两端球销轴线发生偏移的现象。而本方案的评价系统则用来实时评价球头连杆的使用寿命，从而可以实现在复杂和差异环境下对球头连杆使用寿命的评估，进而可以对球头连杆进行维护更换进行提示和参考，预防因其破损而造成的严重伤害情况，故具有极为积极有益的意义。

Claims (3)

1.一种球头连杆的使用寿命实时评价系统，其特征在于：

所述球头连杆包括：

球头座和球头本体，所述球头座连接有连杆部件，球头本体上连接有连接柱，所述连杆部件包括内螺杆、调节螺套和外杆，调节螺套布置在内螺杆和外杆之间，所述调节螺套内部设有螺纹，该螺纹与内螺杆外壁的螺纹相配合，所述调节螺套的外壁设有一圈凸环，所述外杆的内部对应处设有一圈凹槽，所述凸环容置布置在凹槽处，所述内螺杆的后端设有直槽，外杆内部固定有直杆，所述直杆被限制在直槽内部；

所述球头本体嵌入布置有永磁体，在所述球头座上布置有至少三个霍尔传感器，其中第一霍尔传感器布置在永磁体的直线对应处，第二霍尔传感器和第三霍尔传感器等高度布置在永磁体的上方位置，该高度与球头关节垂直方向的最大转动角度位置对应，三个霍尔传感器均向球头本体球心方向布置；

所述球头座与球头本体之间布置有耐磨部，所述耐磨部的材料为POM材料；所述外杆的前端开设有多条开口槽，在外杆开口槽处布置有抱箍部件；所述抱箍部件包括抱箍圈和抱紧螺栓，所述抱箍圈的内壁设有花纹；

所述评价系统包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置所述球头连杆，通过第二霍尔传感器和第三霍尔传感器获取球头本体的水平方向转动角度信号，并结合第一霍尔传感器获取垂直方向转动角度信号；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值和运动频率值；

累计模块，接收处理模块的水平转动角度值、垂直转动角度值、变动加速度值、运动频率值和连杆长度值，依据设定判断和权重获得累计使用值；

累计模块在获得累计使用值时，增加环境温度的权重；

处理模块和累计模块在获得累计使用值时，以连杆长度值为第一判断因素、环境温度值为第二判断因素、水平转动角度值为第三判断因素、运动频率值为第四判定因素、垂直转动角度值为第五判定因素、变动加速度值为第六判定因素的序列进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种球头连杆的使用寿命实时评价系统，其特征在于：处理模块在处理操作时，依据实时角度值，确定当前永磁体的磁性变动情况，并以磁性变动后的数值修正获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值。

3.根据权利要求1所述的一种球头连杆的使用寿命实时评价系统，其特征在于：所述累计模块连续累计当期累计使用值，并将累计使用值发送至车辆的电子控制单元，并比对设定的警示使用值，当累计使用值大于等于警示使用值时，发送对应的警示信息。