[其他]带角速度测量装置的测力方向盘

说明书

一种可取代被测车辆方向盘，适于汽车、拖拉机等方向盘式车辆转向轻便性试验，用来测量驾驶员操纵方向盘的力矩、转角和旋转角速度的传感器，属于特殊用途的测量装置。

在已有技术中，国内外传统的测力方向盘，如日产TAH型和SFA型，均采用所谓“双方向盘”测量方案，即将测力方向盘通过辐条式固定臂固定在被测车辆的方向盘上。这种测量方案不仅给车辆的操纵带来不便，而且由于附加了新的惯性质量和降低了转向系的扭转刚度，因而改变了被测车辆的静动态特性，使测量结果失真。近年来出现的“单方向盘”测力方向盘或方向盘测力仪，如西德专利2501521和2734182，虽然在克服传统结构的缺点上有很大改进，但在传感器的选择和测力仪的功能上，和传统结构一样，仍存在一些缺点和不足，主要表现在：

1、力矩传感器多采用应变式扭力计或剪力计，灵敏度低，轴向干扰力较大，因而测量精度不理想。同时，力矩信号一般采用吊线或绕线的形式，给驾驶员的操作带来不便。

2、转角传感器多采用多圈电位计，其固有缺点是它的空行程较大（一般为9°左右），有的需要自制放大器，而且有些传感器对转向系的刚度有不利影响。

3、国内外现有测力方向盘或方向盘测力仪，都没有测量方向盘旋转角速度的装置，而在汽车的行驶试验、阶跃试验和蛇形试验中，角速度值往往是判断试验是否符合规范的一个尺度。此外，设计人员也需要知道一个角速度的统计量，作为设计依据。

本实用新型的目的，是从优选力矩传感器和角度传感器入手，克服现有技术的缺点，同时在测力方向盘上，增加旋转角速度测量装置，以弥补现有技术的不足。

为此，本实用新型采用如下技术措施：采用轮辐形弯矩式传感器测量力矩，采用电感式角位移传感器并用动态电阻应变仪作为放大器来测量转角，以及采用微型发电机来实现角速度的测量。下面结合附图，具体说明本实用新型的构成和工作原理。

对附图的说明：

图1是本测力方向盘结构的主视图；

图2是本测力方向盘结构的俯视图；

图3是电感式角位移传感器的结构图；

图4是力矩传感器与转向轴联结部分的剖面图。

进行转向轻便性试验时，拆除被测车辆的方向盘，按图4所示方式，借花键套〔22〕，从力矩传感器〔5〕的下端，将测力方向盘与被测车辆的转向轴〔19〕联接起来。花键套〔22〕与力矩传感器〔5〕用螺钉〔23〕紧固，测力方向盘与转向轴〔19〕用平垫圈〔21〕和螺母〔20〕紧固。

由图1和图2可见，驾驶员为改变汽车行驶方向所施加的力矩，由方向盘〔10〕输入后，经力矩传感器〔5〕的外缘，作用在四条对称布置的轮辐〔14〕上，再传递到力矩传感器〔5〕的内缘，然后通过前述花键套〔22〕、转向轴〔19〕等另件传递到车轮。当驱动力矩作用于弹性元件轮辐〔14〕时，所产生的弯矩使粘贴在两个辐条上的四个应变片〔13〕产生变形，电阻值遂发生变化。应变片按一定的顺序组成全桥，其引出线与集流环的银环〔12〕相连，再通过银石墨电刷〔18〕，将信号引出，接于动态电阻应变仪进行放大，最后转化成电压输出。输出电压与输入力矩呈线性关系，从而得以测量力矩的大小。

当方向盘〔10〕转动时，带动齿轮〔3〕转动。齿轮〔3〕与齿轮〔2〕啮合，齿轮〔2〕与电感式角位移传感器〔1〕的芯轴〔1－1〕刚性联结。所以，齿轮〔3〕的转动，最终导致电感式角位移传感器〔1〕的芯轴〔1－1〕旋转。由图3可见，角位移传感器〔1〕中的线圈〔1－3〕固定在壳体〔1－4〕内，铁芯〔1－2〕内有螺纹与芯轴〔1－1〕相配，外有轴向槽可在线圈〔1－3〕内轴向移动。芯轴〔1－1〕旋转，使铁芯〔1－2〕产生轴向移动，从而改变了差动线圈〔1－3〕的电感量。线圈〔1－3〕与精密无感电阻组成全桥，并接至动态电阻应变仪，将电感变化量转化成应变，以电压形式输出，电压与角位移亦呈线性变化，这样就实现了方向盘转角的测量。

同样，齿轮〔3〕的转动还带动另一个与之相啮合的齿轮〔6〕转动，继而带动与齿轮〔6〕刚性联结的微型发电机〔7〕的芯轴转动，使发电机〔7〕产生电压输出，其大小与方向盘〔6〕旋转角速度的大小有线性关系，因而可以根据电压值测得角速度的值。

电感式角位移传感器〔1〕和角速度传感器即微型发电机〔7〕装在底盖〔9〕上，并通过向心球轴承支承在力矩传感器〔5〕下端轴上。

本测力方向盘的优点是：

1、力矩传感器的结构尺寸小，刚度大，轴向干扰力影响甚微，因而灵敏度高，精度高。