一种便捷的方向盘转角转矩测试仪的制作方法

本实用新型涉及汽车转向装置检测技术领域，具体涉及一种便捷的方向盘转角转矩测试仪。

背景技术：

目前，在汽车转向系统测试领域中，当需要采集方向盘的转向角度以及转矩时，一般需要使用方向盘转角转矩测试仪，该方向盘转角转矩测试仪的安装方式如图1所示的，待测方向盘(001)的上方连接一个与其形状相似的圆环(002)，圆环(002)与设置在其内侧的圆柱形壳体(003)连接，圆柱形壳体(003)的外侧面向外延伸3个支臂(004)，支臂(004)上设置可沿支臂(004)滑动的夹爪(005)，夹爪(005)卡在待测方向盘(001)的轮圈上，转矩传感器设置在圆柱形壳体(003)内，

转角检测组件包括旋转组件(006)和固定组件(007)，旋转组件(006)安装在圆柱形壳体(003)上端面的开孔内，且与圆环(002)共同旋转，固定组件(007)通过轴承设置在旋转组件(006)的内孔中，使旋转组件(006)可相对于固定组件(007)旋转，为了让固定组件(007)保持固定，需要安装一个拉锁(008)，拉锁(008)的一端与固定组件(007)连接，另一端通过吸盘与前挡风玻璃(009)连接。但是在实际使用过程中，上述方向盘转角转矩测试仪存在以下问题：

由于待测方向盘(001)的上表面形状为圆弧面，且驾驶员手握的轮圈部分不是圆形而是椭圆形，因此夹爪(005)的安装调整困难，且难以保证待测方向盘(001)与圆环(002)的同轴度，导致待测方向盘(001)做圆周旋转运动时，圆环(002)实际在做椭圆旋转运动，测试数据精度低。

驾驶员施加的力是作用在圆环(002)上而不是施加在待测方向盘(001)上，这会使转矩传感器的测量精度降低；且由于圆环(002)安装在待测方向盘(001)上，使得驾驶员手握方向盘的高度发生变化，驾驶员很难操作，同时使驾驶员实际施加在方向盘上的转矩大小发生变化，实验条件与实际驾驶条件不符，进一步导致试验结果不准确。

由于拉锁(008)的存在，使得驾驶员在操纵待测方向盘(001)时只能向一侧旋转一定角度，不能打满整圈，否则会把数据线缠绕在拉锁(008)上，影响驾驶员的操纵难度。拉锁(008)还对驾驶员的视野造成了一部分的影响，干扰了驾驶员的操作。

方向盘转角转矩测试仪工作时，液晶显示器(007)将跟随圆环(002)的转动而转动，也使得驾驶员无法方便的读出测试数据。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种结构紧凑、测量精度高、方便驾驶员操作的便捷的方向盘转角转矩测试仪。

为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种便捷的方向盘转角转矩测试仪，包括安装在汽车仪表台上的圆环形方向盘本体，所述的方向盘本体的内侧设置与方向盘共同旋转的输入轮组件，输入轮组件可旋转的套设在定位轴上；定位轴固定设置，不随输入轮组件旋转；所述的定位轴的下部外侧套设可相对于定位轴旋转的连接组件，所述的输入轮组件与连接组件连接用于传递方向盘的扭矩，连接组件上设置与其共同旋转的转角传感器壳体，所述的定位轴沿其轴向方向的内孔中设置转角传感器转轴，使定位轴与转角传感器转轴固定连接；所述的转角传感器壳体与转角传感器转轴构成转角传感器；

所述的连接组件依次与转矩传感器、转向轴连接，转向轴的下端与转向器的输入端连接，转向器的输出端通过转向传动机构与转向羊角的一端连接，转向羊角的另一端与轮毂连接，从而实现汽车转向功能；

所述定位轴的上部依次穿过输入齿轮的内孔、调整法兰的内孔，伸出上圆盘的上端面，并与方向盘平台构成可拆卸式结构，使方向盘平台不随方向盘本体旋转，方向盘平台内安装测试指令输入设备或嵌入式测试设备；

所述的转角传感器的结构可以保证无需额外增加转角传感器相对位置固定装置，保持驾驶员视野良好。驾驶员可以打满圈进行驾驶员意图操作，无任何附加装置影响驾驶员的操作。

优选的，所述的输入轮组件包括圆环形的上圆盘，上圆盘的外侧向外延伸3个相互呈120°的支腿，支腿的外端与方向盘本体的内侧面之间构成可拆卸式连接，使输入轮组件随方向盘本体共同旋转，传递驾驶员转向时的转矩与转角；所述的上圆盘的下端面与调整法兰的上端面构成可拆卸式连接，调整法兰的下端面与输入齿轮的上端面连接，输入齿轮的内孔与推力球轴承的座圈配合，推力球轴承的轴圈套在定位轴中部的外侧面上。

优选的，所述的连接组件包括与定位轴的下部台阶外侧面通过筋板固定连接的上三角框架，上三角框架的正下方依次设置中三角框架、下三角框架，所述的中三角框架、下三角框架各自的中心位置分别沿方向盘本体的轴线方向设置内孔；所述的上三角框架、中三角框架各自的角点处分别设置上定位孔、中定位孔，同轴的上定位孔与中定位孔之间设置行星轴，行星轴的上部穿出上定位孔的部分套设上行星轮，行星轴的下部穿出中定位孔的部分套设中行星轮；所述的上三角框架、中三角框架、下三角框架位于同侧的外侧面分别与一个连接板的内侧面构成可拆卸式连接，连接板将上三角框架、中三角框架、下三角框架连接成一个整体结构；

所述的3个上行星轮与输入齿轮啮合，所述的3个中行星轮与太阳轮啮合，所述的太阳轮上端的台肩的外侧面通过深沟球轴承套设在中三角框架的内孔内。

优选的，所述的太阳轮的下端面与转矩传感器上端的连接法兰构成可拆卸式连接，转矩传感器下端的连接法兰与上法兰基板的上端面连接，上法兰基板的下端面与圆柱管的上端面接触，圆柱管的下端面与下法兰基板的上端面接触，下法兰基板下部凸台的外侧面与下三角框架的内孔通过下深沟球轴承连接。

优选的，所述的下三角框架的下端面与凹形的开口朝下的固定板的上底面连接，固定板的下端开口与汽车车身之间构成可拆卸式连接，使所述的固定板，以及与其依次连接的下三角框架、连接板、中三角框架、上三角框架、定位轴、转角传感器转轴、方向盘平台相对于车身固定不动。

优选的，所述的下法兰基板沿其轴线方向设置的内孔中套设可更换的内花键套，可更换的内花键套可以满足与不同车型的转向轴匹配，使得方向盘转角转矩测试仪可以匹配不同的车型需求；内花键套与转向轴上部设置的外花键配合，外花键套保证了方向盘转角转矩测试仪与转向轴安装的同轴度，安装精度高；保证方向盘做标准的圆周运动，测试数据精度高；转向轴的上端穿出下法兰基板的上端面然后与调整螺母通过螺纹方式连接，所述的调整螺母的下端面与下法兰基板的上端面紧贴，所述的调整螺母可相对于转向轴旋转，同时沿转向轴的轴向方向移动，使转向轴伸出下法兰基板上端面的部分长度可调，这样可以调节方向盘与驾驶员之间的距离，方便驾驶员的操作。

优选的，所述转角传感器、转矩传感器的测试数据及测试指令使用无线传输到远程的后续终端或计算机；所述的方向盘平台上设置的测试指令输入设备为触摸屏式液晶显示器。

本实用新型具有以下有益效果：连接板将上三角框架、中三角框架、下三角框架连接成一个整体，且可以方便调整上三角框架、中三角框架、下三角框架中心轴线的同轴度，保证转矩传感器、转角传感器的轴线与方向盘本体同轴，提高数据采集精度；转矩传递时依次通过输入齿轮、上行星轮、下行星轮、太阳轮、转矩传感器，转角传感器壳体安装在太阳轮中，转角传感器转轴安装在上三角框架中，转矩传感器安装在中三角框架与下三角框架之间，使转角转矩测试仪的结构紧凑、体积小。

方向盘平台不随方向盘转动，驾驶员可以快速、便捷、准确地读出测试数据，并储存留作计算机的数据分析。不需要额外增加转角传感器相对位置固定装置。驾驶员的视野不会受到任何干扰，也不会对驾驶员的操作增加难度。下法兰基板的内花键套与转向轴的外花键配合，调整螺母可以使方向盘本体中心与驾驶室底板之间的高度合适，安装调整简便，驾驶员可以轻松地进行转向操作，提高测量准确性；保证了方向盘本体与转向轴之间的同轴度，测试数据精度高。内花键套可更换，满足不同车型的要求。

附图说明

图1为现有技术中方向盘转矩测试设备在车内安装示意图；

图2为转角转矩测试仪结构正视图；

图3为转角转矩测试仪结构俯视图；

图4为图3中的A-A旋转剖视图；

图5为转角转矩测试仪爆炸轴侧图；

图6为转角转矩测试仪局部剖面爆炸轴侧图；

图7为输入轮组件爆炸轴测图；

图8为转角传感器安装示意图；

图9为转角转矩测试仪局部爆炸轴测图。

具体实施方式

如图2-图9所示的一种便捷的方向盘转角转矩测试仪，所述的方向盘本体1的内侧设置与方向盘共同旋转的输入轮组件2，输入轮组件2可旋转的套设在定位轴3上，可以是螺栓连接，也可以是卡扣连接；定位轴3固定设置，不随输入轮组件2旋转；所述的定位轴3的下部外侧套设可相对于定位轴3旋转的连接组件，所述的输入轮组件2与连接组件连接用于传递方向盘的扭矩，连接组件上设置与其共同旋转的转角传感器壳体55，所述的定位轴3沿其轴向方向的内孔中设置转角传感器转轴56，使定位轴3与转角传感器转轴56固定连接；所述的转角传感器壳体55与转角传感器转轴56构成转角传感器；

所述的连接组件依次与转矩传感器57、转向轴81连接，转向轴81的下端与转向器的输入端连接，转向器的输出端通过转向传动机构与转向羊角的一端连接，转向羊角的另一端与轮毂连接，从而实现汽车转向功能；

所述的定位轴3伸出圆盘21上端面的部分与方向盘平台9构成可拆卸式连接，使方向盘平台9不随方向盘本体1旋转，方向盘平台9内安装测试指令输入设备或嵌入式测试设备，所述的转角传感器、转矩传感器57通过无线方式将数据分别传递给测试指令输入设备、ECU。所述的测试指令输入设备可以为触摸屏式液晶显示器。所述的测试指令输入设备分别与处理器、数据存储模块、汽车的ECU连接。

所述的转角传感器的结构可以保证无需额外增加转角传感器相对位置固定装置，保持驾驶员视野良好。驾驶员可以打满圈进行驾驶员意图操作，无任何附加装置影响驾驶员的操作。

所述的输入轮组件2包括圆环形的上圆盘21，上圆盘21的外侧向外延伸3个相互呈120°的支腿22，支腿22的外端与方向盘本体1的内侧面之间构成可拆卸式连接，使输入轮组件2随方向盘本体1共同旋转；所述的上圆盘21的下端面与调整法兰23的上端面构成可拆卸式连接，可以是螺栓连接，也可以是卡扣连接，调整法兰23的下端面与输入齿轮24的上端面连接，输入齿轮24的内孔与推力球轴承25的外圈配合，推力球轴承25的内圈套在定位轴3中部的外侧面上，定位轴3的下部台阶外侧面与上三角框架31的内侧面通过筋板固定连接，定位轴3的上部依次穿过输入齿轮24的内孔、调整法兰23的内孔，并伸出上圆盘21的上端面；

所述的上三角框架31的正下方依次设置中三角框架41、下三角框架51，所述的中三角框架41、下三角框架51各自的中心位置分别沿方向盘本体1的轴线方向设置内孔；所述的上三角框架31、中三角框架41各自的角点处分别设置上定位孔32、中定位孔42；同轴的上定位孔32与中定位孔42之间设置行星轴6，行星轴6的上部穿出上定位孔32的部分套设上行星轮33，行星轴6的下部穿出中定位孔42的部分套设中行星轮43；所述的上三角框架31、中三角框架41、下三角框架51位于同侧外侧面分别与一个连接板61的内侧面构成可拆卸式连接，可以是螺栓连接，也可以是卡扣连接，连接板61将上三角框架31、中三角框架41、下三角框架51连接成一个整体结构；

所述的3个上行星轮33与输入齿轮24啮合，所述的3个中行星轮43与太阳轮52啮合，所述的太阳轮52上端的台肩53的外侧面通过深沟球轴承54套设在中三角框架41的内孔内，所述的台肩53沿其轴向方向的内孔中设置转角传感器壳体55，使台肩53与转角传感器壳体55共同旋转；所述的定位轴3沿其轴向方向的内孔中设置转角传感器转轴56，使定位轴3与转角传感器转轴56固定连接；可以是过盈配合式固定连接，也可以沿定位轴3的径向方向设置通孔，通孔内穿入调节螺钉，调节螺钉的端头顶紧转角传感器转轴56的外侧面。所述的转角传感器壳体55与转角传感器转轴56构成转角传感器；

所述的太阳轮52的下端面与转矩传感器57上端的连接法兰构成可拆卸式连接，转矩传感器57下端的连接法兰与上法兰基板71的上端面连接，上法兰基板71的下端面与圆柱管72的上端面接触，圆柱管72的下端面与下法兰基板73的上端面接触，下法兰基板73下部凸台的外侧面与下三角框架51的内孔通过下深沟球轴承74连接；所述的下三角框架51的下端面与凹形的开口朝下的固定板75的上底面连接，固定板75的下端开口与汽车车身之间构成可拆卸式连接，可以是螺栓连接，也可以是卡扣连接，使所述的固定板75，以及与其依次连接的下三角框架51、连接板61、中三角框架41、上三角框架31、定位轴3相对于车身固定不动。

所述的下法兰基板73沿其轴线方向设置可更换的内花键套，内花键套与转向轴81上部设置的外花键配合，转向轴81的上端穿出下法兰基板73的上端面然后与调整螺母82通过螺纹方式连接，所述的调整螺母82的下端面与下法兰基板73的上端面紧贴，所述的调整螺母82可相对于转向轴81旋转，同时沿转向轴81的轴向方向移动，使转向轴81伸出下法兰基板73上端面的部分长度可调。

所述的转向轴81的下端与转向器的输入端连接，转向器的输出端通过转向传动机构与转向羊角的一端连接，转向羊角的另一端与轮毂连接。

所述的输入齿轮24、太阳轮52、上行星轮33、中行星轮43各自的齿数、模数、压力角参数的设置使输入齿轮24输入的转矩与太阳轮52输出的转矩之比满足1:1。可以是所述的输入齿轮24与太阳轮52的齿数、模数、压力角相等；所述的上行星轮33与中行星轮43的齿数、模数、压力角相等。也可以是输入齿轮24与上行星轮33的传动比i1的数值等于中行星轮43与太阳轮52的传动比i2的倒数。所述的输入齿轮24、太阳轮52、上行星轮33、中行星轮43可以是直齿圆柱轮，也可以是斜齿圆柱齿轮。

所述的转角转矩测试仪的使用方法为：测量待测方向盘中心相对于汽车驾驶室底板的高度，然后将待测方向盘从汽车的转向轴81上拆卸下来，再把转角转矩测试仪安装在转向轴81上，并通过调整螺母82调整转向轴81伸出下三角框架51上端面的长度，使方向盘本体1的中心相对于驾驶室底板的高度合适；这样就可以使转角转矩测试仪适应不同类型的汽车，安装调整方便。

接着将固定板75的下端与汽车车身连接，可以是在汽车车身相应位置粘接一个带有凸台的安装座，将固定板75卡在安装座上，也可以是在固定板75的侧壁上设置通孔，通孔内穿入调整螺钉，通过旋转调整螺钉将固定板75卡在汽车车身相应位置。

连接板61与上三角框架31、中三角框架41、下三角框架51通过螺栓或螺钉连接时，可以使用垫片调整法或调节螺钉调节上三角框架31、中三角框架41、下三角框架51的中心轴线之间的同轴度，提高转矩测量的精度。

当驾驶员转动方向盘本体1时，驾驶员施加的转矩传递路径为：方向盘本体1、支腿22、上圆盘21、调整法兰23、输入齿轮24、上行星轮33、中行星轮43、太阳轮52、转矩传感器57、上法兰基板71、圆柱筒72、下法兰基板73、转向轴81；此时转矩传感器57测量驾驶员施加的转矩的大小，并将相应参数分别传递给方向盘平台9、ECU；

由于转角传感器壳体55是设置在太阳轮52上部的台肩53的内孔中，因此方向盘本体1旋转时，转角传感器壳体55同样旋转，而此时转角传感器转轴56安装在定位轴3的内孔中固定不动，转角传感器壳体55和转角传感器转轴56之间产生了相对旋转，使转角传感器测量方向盘本体1旋转的角度，并将相应参数分别传递给测试指令输入设备、ECU。