CN2421197Y

CN2421197Y - 车辆计程表传感器

Info

Publication number: CN2421197Y
Application number: CN 00211867
Authority: CN
Inventors: 张秋豪; 张秋爽; 曾智洪; 张家裕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-02-28
Anticipated expiration: 2010-05-18

Abstract

本实用新型涉及一种用于测量车辆发动机转速及车辆行驶线速度的数字式传感器。其特征在于:一个由软磁性材料制成的带有缝隙的转动栅盘,设置在一个固定的闭合磁路中,从永久磁铁到感应线圈的磁力线可以透过转动栅盘的缝隙和被转动栅盘切割。本实用新型具有制造、安装工艺简单,阻力小,精度高,数字显示直观,成本低,特别是二次仪表可在所有车型上通用,能够实现各种车辆的计程表走向通用化和标准化。

Description

车辆计程表传感器

本实用新型涉及一种用于测量车辆发动机转速及车辆行驶线速度的数字式传感器。

目前，对各种车辆(汽车、摩托车)的测速传感器均采用磁电式传感。一般为蜗轮蜗杆通过脉陆线带动旋转磁铁在磁感应体上产生感应电动势的大小来指示被测物体的物理量。当前摩托车、汽车一般均采用这种传感器测量车辆行驶速度。该传感器是机械传动，使用寿命短。而且磁铁的转速与在感应体产生电势大小是非完全线性关系，所以采用这种传感器测出的速度在低、中、高速度下系统误差大，指针显示分辨率低。在《现代汽车电器电子设备修理全书》P355～363，辽宁科技出版社1996版中公开一种用旋转磁极使霍尔元件产生霍尔电势输出一脉冲数字电平，这种方法的传感器结构复杂，而受旋转磁极数量限制，脉冲与数字电路不可能对不同车型实现通用。

针对以上提出的问题，本实用新型提供一种车辆计程表传感器，其目的在于解决现有技术中传感器测量不准确，结构复杂，不能实现脉冲与数字电路的通用性等方面存在的问题。

本实用新型是通过以下技术方案来加以实现的：

一种车辆计程表传感器，其特征在于：一个由软磁性材料制成的带有缝隙的转动栅盘，设置在一个固定的闭合磁路中，在闭合磁路中的一个永久磁铁的相对位置，设有一个感应线圈；从永久磁铁到感应线圈的磁力线可以透过转动栅盘的缝隙和被转动栅盘切割。

感应线圈可以用霍尔传感器代替。

本实用新型的优点及效果：

本发明基于想在各种车辆安装数字式速度里程表，但在现有车用的磁电式传感器中都有其共同的缺点：一是误差大，不稳定；二摸拟量指针显示分辨率低或者采用霍尔效应数字式传感器，但有结构复杂等缺点。因此本发明单栅盘磁栅数字式传感器是一种非接触式，在固定磁回路(固定磁铁、固定感应线圈)感应线圈上产生脉冲电平，输出近似正弦波形脉冲电平，其频率与旋转体转速成正比，不存在有低、中、高转速度下系统误差。采用数字显示分辨率高，可信度大，对旋转体可视为不产生阻力。本实用新型具有制造、安装工艺简单，阻力小，精度高，数字显示直观，成本低等特点，特别是采用本传感器的计程表可在所有车型上通用，其电路可采用一体化集成电路，能够实现各种车辆的计程表走向通用化和标准化。

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型转动栅盘的结构示意图；

附图3为本实用新型附图2的局部放大图；

附图4为本实用新型带有磁力线的工作说明图；

附图5为本实用新型在汽车中的装配图；

附图6为本实用新型在自行车上应用的工作框图；

附图7为本实用新型在汽车上应用的工作框图。

下面结合附图通过实施方式对本实用新型加以具体描述：

本实用新型的主要技术方案是在一个闭合磁路上设置一气隙空间，在空隙间装有一个与旋转体同步或按一定传动比旋转的磁栅盘，使空隙间的磁场形成一束磁栅并切割成磁通量近似相等的连续磁栅段，通向磁感应线圈(可以由霍尔传感器代替)，在线圈上产生感应电势，输出一个近似正弦波形的脉冲电平。本传感器设置有一个与旋转体同步转动栅盘，使传感器输出一脉冲电平。该电平通过脉冲电路与数字电路处理后分别以数字形式显示：

1、车辆行驶里程累积；

2、车辆行驶速度和发动机转速(同时也可用摸拟量显示)等，采用本传感器的计程表可在所有车型上通用，其电路可采用一体化集成电路，从而可实现各种车辆的计程表走向通用化和标准化。

用于测速磁电转换形式的传感器，其特征是采用软磁性材料制成单一栅盘并和旋转体同步(一定传动比)转动，在栅盘上刻有梯形缝隙透磁孔，磁力线透过缝隙孔形成一束磁栅。磁感应线圈铁芯采用薄片状，每次只能接收一束磁栅，产生感应脉冲电势，用于测定旋转体转速、线速度。可用做各种车辆测速、里程、发动机转速传感器，并以数字形式显示。通过改变透磁孔数目，可使二次计程表适用各种车辆上。

根据权利要求1的栅盘上缝隙孔数目用公式：

n = \frac{3600 \cdot π \cdot D \cdot ω}{1000 \cdot τ \cdot N} - - - - - - - - - - (1)

确定栅盘缝隙孔数目可测定旋转体(各种车辆)的线速度、线位移(里程)。采用公式：

n = \frac{60 \cdot ω}{τ}

确定栅盘缝隙孔数目可测定旋转体(发动机)的转速。

旋转磁栅盘是用软磁性材料(工业纯铁、硅钢等)板制成圆形盘，在磁栅盘上由外向内开有一定数量的梯形缝隙孔，在同周上梯形孔宽度应和相邻两梯形孔边距离相等(a=b)。

闭合磁场回路是用一个铁磁性材料(工业纯铁、硅钢、低炭钢等)条形板折成U型。在U型板开口内侧分别装有永久磁铁和带有铁芯磁感应线圈，永久磁铁与感应线圈之间留有空隙。磁栅盘在U型磁场闭合回路空隙间旋转，磁感应线圈产生正负脉冲电平，其波形近正弦波形，频率为磁栅盘转动速度和盘上梯形缝隙孔数乘积。

公式中：D旋转体的直径，单位(厘米)；τ测量时取样时间，单位(秒)；(本设计取τ=2秒)ω旋转体与磁栅盘的传动比，ω=旋转体角速度/磁栅盘角速度。N磁栅盘旋转产生的脉冲在计数电路中的分频系数；本设计取N=10，该系数越大测量越精确。

按本设计在自行车、摩托车上磁栅盘梯形缝隙孔数计算公式简化为：

n=0.18·π·D (2)

(注：τ=2秒，ω=1，N=10，栅盘都镶嵌在车轮轮毂上。)

应用上式设计的磁栅盘梯形缝隙孔数最后测出旋转体的线速度单位：

公里/小时。

测量旋转体的旋转速度(N/min)磁栅盘的梯形缝隙孔数：

n = \frac{60 \cdot π}{τ} - - - - - - - - - - - (3)

式中：

τ取样时间，本设计取τ=2秒钟

ω旋转体与磁栅盘的传动比，ω=旋转体角速度/磁栅盘角速度。

下面是单栅盘磁栅数字传感器的附图说明：1-磁栅盘，带有梯形缝隙孔，2-磁感应线圈，3-闭合磁路，U型导磁板(铁磁性)，4-永久磁铁，6-磁栅线路(磁力线通路)。

磁栅线路说明：永久磁铁(磁极不限)和对侧的磁感应线圈铁芯通过U型导磁板构成闭合磁路。当在磁铁和感应线圈的空隙间插入旋转栅盘后，磁路受阻，磁力线只能通过栅盘上的缝隙孔透过栅盘形成一束磁栅。栅盘转动，栅盘上的缝隙孔正对感应线圈铁芯时，使通过感应线圈的磁通量最大，当栅盘转动栅盘实体部来到时，将阻挡磁力线通过，感应线圈中磁通量变为最小(近似零)。当下一个栅盘孔带着一束磁栅来到时又使通过感应线圈的磁通量变为最大。栅盘转动栅盘孔带着一束束磁栅通过，使感应线圈中的磁通量不断变化，在线圈中就感应出交流电动势，其输出波形近似正弦波。

本传感器输出是一个交变电势信号，该信号通过脉冲与数字电路处理，可分别显示出转速(发动机)，速度和行程累积。因为该传感器输出交变电势的频率等于栅盘转速和栅盘上梯形缝隙孔数目乘积，因此就决定了只要改变磁栅盘缝隙孔数目，就可实现一表多用性(自行车、摩托车、汽车三类等)不同车型显示仪表的可通用性。这样脉冲与数字电路就可实现集成化、通用化。

一、本传感器在汽车上实施，并通过脉冲与数字电路处理设计出可适用于不同类型车型的显示仪表：

1、实施对象：132型汽车；

2、传感器装配位置：不改动汽车任何部位设计装置，将传感器装在变速箱软轴连接处(即速度线接口处)。

3、栅盘缝隙孔数目确定：由撤除速度表得出汽车原设计提供软轴旋转624周车行1公里的参数。计算栅盘孔数目，考虑栅盘与软轴同步旋转，根据上述参数得(应该按轮胎直径D和车轮与软轴的传动比ω)：100000=624×π×D×ω。

根据公式(1)计算出栅盘孔数为：

n = \frac{3600 \cdot π \cdot D \cdot ω}{1000 \cdot τ \cdot N} = \frac{3600 \times 100000}{624 \times 1000 \times 2 \times 10} = 28.846

取n=29。

栅盘外形尺寸确定：材质选用单片硅钢片，厚度为0.35～1.00mm.，两侧

涂有注塑层。由于装配空间大，栅盘外径不受限制选d=40mm，内径由于要和软轴插杆紧配合所以确定直径为4mm。

栅盘开梯形孔：栅盘外周长S=π×40=125.6636(mm)，梯形孔大底边长L=125.6636÷(29×2)=2.166。以大底边的两半径为腰，沿半径向心延伸7mm封小底，既构成梯形缝隙孔。将29个孔均匀分部在栅盘上。

U型导磁骨架：考虑该骨架、栅盘装在箱体内，U型导磁骨架可随箱体折成并固定在外壳上。材质选用低碳钢板，厚2mm，宽10mm，做成U型开口宽15mm的导磁骨架。

永久磁铁和磁感应线圈：永久磁铁为φ5×5mm圆柱形(或方形)；磁感应线圈采用0.03mm高强度漆包线，绕在高5mm宽5mm厚1mm铁芯上300～500匝。分别固定在U型骨架两内侧。

二、本传感器在自行车上实施：

实施对象：26″自行车。

栅盘缝隙孔数目确定：26″自行车轮胎外径D=2.54×26=66.04cm，根据公式(2)计算出栅盘缝隙孔数n=0.18×π×D=0.18×66.04=37.34取n=37(个)(28″自行车n=40)

栅盘外径及内孔确定：根据自行车的结构，一般栅盘应安装在后轮轮毂飞轮相对侧面，因此栅盘内孔应为35mm与轮毂紧配合。由于U型闭合磁路骨架要装在车架上，为了使U型闭合磁路与栅盘配合选栅盘外径为100mm。

栅盘开梯形孔：栅盘外周长S=660.4=2074.7(mm)，梯形大底边长，L=2074.7÷(37×2)=2.8mm。以大底边的两半径为腰，沿半径向心延伸10mm封小底，既构成梯形缝隙孔。将37个孔均匀分部在栅盘上。

U型导磁骨架：考虑该骨架装在裸露车架上，为提高强度，采用低碳钢板厚3mm，宽10mm做成U型开口宽15mm的导磁骨架。

脉冲与数字电路处理：因传感器输出一个微弱交变电势信号。对该信号进行如下处理(见框图6)既可得到数码显示。

通过上述电路处理后可显示出两位数的速度指示(公里/小时)和四位数里程指示百位、拾位、个位、十分位公里累积数。该仪表可适用于各类自行车。

附图5说明：5-轴连接芯杆；6-连接键；7-芯杆护套；8-活套螺母；(5、6、7、8)为原汽车软轴(速度线)接头部部分；9-传感器箱体与护套7胶接；3-U型导磁骨架与箱体胶接；2-磁感应线圈；4-永久磁铁；1-旋转栅盘与芯杆1胶接；10-传感器输出信号引出端点。

脉冲与数字电路处理，见附图7。

通过上述电路处理后可显示出三位数的速度指示(公里/小时)和六位数公里累积数。公里累积采用两种方案，一种是采用电磁计数器，确保仪表断电时计数器的数值不变。方案二是采用十进制计数器数码显示，但必需采用备用电源防止仪表断电时计数器的数值丢失。或者增加存储器芯片用来保持里程累积数值。该仪表可适用各类型车辆上使用。因此该电字电路可集成1块芯片，大大简化电路结构，降低成本简化安装手续。

Claims

1、一种车辆计程表传感器，其特征在于：一个由软磁性材料制成的带有缝隙的转动栅盘(1)，设置在一个固定的闭合磁路中，在闭合磁路中的一个永久磁铁(2)的相对位置，设有一个感应线圈(3)；从永久磁铁(2)到感应线圈(3)的磁力线可以透过转动栅盘(1)的缝隙和被转动栅盘(1)切割。

2、根据权利要求1所述的车辆计程表传感器，其特征在于：感应线圈(3)可以用霍尔传感器代替。