一种用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置及方法与流程

本发明涉及一种踏板行程测量装置及方法，特别涉及一种用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置及方法。
背景技术：
：当前，驾驶数据的采集技术是驾驶人行为研究的基础和必要环节，对汽车行驶中驾驶人的行为研究有着重要的意义，获取驾驶人操作制动踏板、离合踏板、加速踏板的相关信息是驾驶数据采集中重要的一环。驾驶人操作制动踏板、离合踏板、加速踏板与否以及相应踏板行程都直接反映了驾驶人的操纵意图以及车辆行驶状态。现有的用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置及方法往往采用位移传感器，测量系统成本高，且难以实现踏板行程的准确测量。中国专利公开号为CN203605932U，公开日为2014.05.21，实用新型名称为一种汽车制动踏板位移测量装置的技术实现要素：，采用了位移传感器，导致了测量系统成本的大大增加。如中国专利公开号为CN105620443A，公开日为2016.06.01，发明名称为一种制动踏板行程计算装置及其计算方法所展示的
发明内容，将踏板行程与主缸压力之间的关系用多段区间的线性方程进行描述，难以保证踏板行程测量的精确性。
发明内容本发明的目的是为了解决现有技术存在的难以精确测量踏板行程、装置结构复杂、成本高等问题而提供的一种用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置及方法。本发明提供的用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置包括有踏板、第一传动杆、第二传动杆、圆柱体、应变片和数据采集及控制模块，其中第一传动杆铰接在踏板的后端，第一传动杆的后端与第二传动杆的前端相铰接，圆柱体连接在第二传动杆的后端，应变片贴设在圆柱体上，圆柱体的后端连接有弹簧，弹簧的后端固定在固定板上，踏板总成与固定板分别固连在底板上，数据采集及控制模块分别与踏板下端的动作信号开关和应变片相连接。踏板踏板在两个支臂的支撑下铰接在踏板支架上，两个支臂下端的连接轴上设有回位弹簧，踏板的表面上开设有数个减重孔，减重孔的形状为正六边形，边长为4.6-5.2mm。第二传动杆设在限位支架上。圆柱体后端的弹簧插设在一套筒内，套筒的前端设有弹簧挡板，圆柱体的后端与弹簧的前端通过弹簧挡板进行固连。应变片是由第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、第五应变片、第六应变片、第七应变片和第八应变片组成，其中第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片相隔90°沿轴向布置，第五应变片、第六应变片、第七应变片、第八应变片相隔90°垂直于轴向布置，第一应变片和第三应变片串联在一个桥臂上，第五应变片和第七应变片串联在一个桥臂上，第六应变片和第八应变片串联在一个桥臂上，第二应变片、第四应变片串联在一个桥臂上，四个桥臂均是工作臂，构成全桥电路。数据采集及控制模块引出的导线一方面用两根导线与踏板下端的动作信号开关相连，另一方面用四根导线与应变片组成的全桥电路相连接，数据采集及控制模块中包括有电源、踏板行程模拟控制器、总控开关和保护电阻，电源直接为全桥电路供电，全桥电路输出的电压作用在踏板行程模拟控制器上，总控开关设在电源与全桥电路的连接线路上，保护电阻设在全桥电路与踏板行程模拟控制器的连接线路上，踏板下端的动作信号开关与踏板行程模拟控制器并联，动作信号开关的静、动触点分别布置于踏板支架和支臂上。本发明提供的用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量方法，包括如下步骤：步骤一：预先进行标定实验，确定输出电压与踏板行程之间的拟合函数；步骤二：将输出电压与踏板行程之间拟合函数预先设置在踏板行程模拟控制器中；步骤三：驾驶人踩下踏板时，动作信号开关将相应信号传输给踏板行程模拟控制器，通过预先在踏板行程模拟控制器中设置的拟合函数计算出踏板行程。本发明的工作原理：当驾驶人坐在驾驶舱中，如果驾驶人踩下踏板，动作信号开关将相应动作信号传输给踏板行程模拟控制器，与此同时，圆柱体后端的弹簧的压缩使圆柱体受到相应的压应力，在压应力的作用下，粘贴在圆柱体表面的应变片与圆柱体一同产生形变，相应的全桥电路输出电压送入踏板行程模拟控制器。依照踏板行程模拟控制器中预先设置的全桥电路输出电压与踏板行程之间的拟合函数所表示的对应关系，得到对应的踏板行程信号，至此，便获得了踏板的行程。本发明中所述的应变片、数据采集及控制模块和动作信号开关均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进一步进行赘述。本发明的有益效果：本发明提供的装置结构简单，各组成部分之间采用可拆卸连接，便于分离组装与检测维修；踏板面布置有减重孔，减重节材的同时也避免了由于打滑造成的误操作；在不使用位移传感器的情况下实现了踏板行程的准确测量，有效的降低了测量系统的成本。本发明提供的装置与方法为科研、教学提供了有效的一种用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置及方法，在实现踏板行程准确测量的同时也节省了测量成本。附图说明图1为本发明所述装置整体结构示意图。图2为本发明所述装置剖视结构示意图。图3为本发明中所述踏板结构示意图。图4为本发明中所述应变片布置示意图。图5为本发明中所述全桥电路中各应变片连接关系示意图。图6为本发明中所述数据采集及控制模块内部结构及线路连接关系示意图。1、踏板2、第一传动杆3、第二传动杆4、圆柱体5、应变片6、数据采集及控制模块7、弹簧8、固定板9、底板10、动作信号开关11、支臂12、踏板支架13、回位弹簧14、减重孔15、限位支架16、套筒17、弹簧挡板20、第一应变片21、第二应变片22、第三应变片23、第四应变片25、第五应变片26、第六应变片27、第七应变片28、第八应变片29、全桥电路30、电源31、踏板行程模拟控制器32、总控开关33、保护电阻。具体实施方式请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6所示：本发明提供的用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量装置包括有踏板1、第一传动杆2、第二传动杆3、圆柱体4、应变片5和数据采集及控制模块6，其中第一传动杆2铰接在踏板1的后端，第一传动杆2的后端与第二传动杆3的前端相铰接，圆柱体4连接在第二传动杆3的后端，应变片5贴设在圆柱体4上，圆柱体4的后端连接有弹簧7，弹簧7的后端固定在固定板8上，踏板1的总成与固定板8分别固连在底板9上，数据采集及控制模块6分别与踏板1下端的动作信号开关10和应变片5相连接。踏板1在两个支臂11的支撑下铰接在踏板支架12上，两个支臂11下端的连接轴上设有回位弹簧13，踏板1的表面上开设有数个减重孔14，减重孔14的形状为正六边形，边长为4.6-5.2mm。第二传动杆3设在限位支架15上。圆柱体4后端的弹簧7插设在一套筒16内，套筒16的前端设有弹簧挡板17，圆柱体4的后端与弹簧7的前端通过弹簧挡板17进行固连。应变片5是由第一应变片20、第二应变片21、第三应变片22、第四应变片23、第五应变片25、第六应变片26、第七应变片27和第八应变片28组成，其中第一应变片20、第二应变片21、第三应变片22、第四应变片23相隔90°沿轴向布置，第五应变片25、第六应变片26、第七应变片27、第八应变片28相隔90°垂直于轴向布置，第一应变片20和第三应变片22串联在一个桥臂上，第五应变片25和第七应变片27串联在一个桥臂上，第六应变片26和第八应变片28串联在一个桥臂上，第二应变片21、第四应变片23串联在一个桥臂上，四个桥臂均是工作臂，构成全桥电路29。数据采集及控制模块6引出的导线一方面用两根导线与踏板1下端的动作信号开关10相连，另一方面用四根导线与应变片5组成的全桥电路29相连接，数据采集及控制模块6中包括有电源30、踏板行程模拟控制器31、总控开关32和保护电阻33，电源30直接为全桥电路29供电，全桥电路29输出的电压作用在踏板行程模拟控制器31上，总控开关32设在电源30与全桥电路29的连接线路上，保护电阻33设在全桥电路29与踏板行程模拟控制器31的连接线路上，踏板1下端的动作信号开关10与踏板行程模拟控制器31并联，动作信号开关10的静、动触点分别布置于踏板支架12和支臂11上。本发明提供的用于驾驶数据采集系统的踏板行程测量方法，包括如下步骤：步骤一：预先进行标定实验，确定输出电压与踏板1行程之间的拟合函数；步骤二：将输出电压与踏板1行程之间拟合函数预先设置在踏板行程模拟控制器31中；步骤三：驾驶人踩下踏板1时，动作信号开关10将相应信号传输给踏板行程模拟控制器31，通过预先在踏板行程模拟控制器31中设置的拟合函数计算出踏板行程。本发明的工作原理：当驾驶人坐在驾驶舱中，如果驾驶人踩下踏板1，动作信号开关10将相应动作信号传输给踏板行程模拟控制器31，与此同时，圆柱体4后端的弹簧7的压缩使圆柱体4受到相应的压应力，在压应力的作用下，粘贴在圆柱体表面的应变片5与圆柱体4一同产生形变，相应的全桥电路29输出电压送入踏板行程模拟控制器31。依照踏板行程模拟控制器31中预先设置的全桥电路29输出电压与踏板1行程之间的拟合函数所表示的对应关系，得到对应的踏板1行程信号，至此，便获得了踏板1的行程。本发明中所述的应变片5、数据采集及控制模块6和动作信号开关10均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进一步进行赘述。本发明所述方法中的计算原理如下所述：全桥电路29的各桥臂初始电阻相等，都是R0。泊松比为μ，则全桥电路29输出电压为：可见全桥电路29输出电压大小与圆柱式测力机构因为受力引起的变形大小存在对应关系，利用这种对应关系，进行标定试验，利用电压表测量得到全桥电路29输出电压。实验标定获得m组全桥电路29输出电压uk与踏板行程yk数据：有效标定次数k12…m输出电压uku1u2…um踏板行程yky1y2…ym即(uk，yk)，k＝1，2，…，m。运用最小二乘法进行拟合，即欲构建一个n次式：Pn(u)＝anun+…+a1u+a0即求系列参数a0，a1，…，an(n＜m)，使：取其最小值，如此确定的多项式就是数据(uk，yk)，k＝1，2，…，m的最小二乘拟合多项式。欲取δ(a0，a1，…，an)的最小值，应有：即：或写成：引进记号：则有：sja0+sj+1a1+…+sj+nan＝uj(j＝1，2，…，n)这就是Pn(u)系数a0，a1，…，an满足的方程组，当全桥电路29输出电压u1，u2，…，un互异时，该方程组有唯一解a0，a1，…，an，它们使得取最小值。此时便得到了全桥电路29输出电压uk与踏板行程yk之间的拟合函数Pn(u)。通过标定实验得到全桥电路29输出电压uk与踏板行程yk之间的拟合函数Pn(u)之后，将拟合函数Pn(u)预先设置在踏板行程模拟控制器31中。此后，向踏板行程模拟控制器31中送入全桥电路29输出电压uk后，踏板行程模拟控制器31即可输出对应的踏板行程yk信号。当前第1页1 2 3