一种转向拉杆剩余寿命的检测系统及汽车的制作方法

1.本文涉及汽车领域，尤指一种转向拉杆剩余寿命的检测系统及汽车。


背景技术：

2.转向拉杆是汽车转向机构中的重要零件，它直接影响汽车操纵的稳定性、运行的安全性和轮胎的使用寿命。转向拉杆的耐久寿命对于行车安全至关重要，一旦转向拉杆断裂失效会造成严重后果。
3.转向拉杆的设计寿命的要求通常为90％的汽车能行驶24万公里。但是，由于用户的驾驶习惯和需求不相同，用户使用汽车的强度不一样。一些用户会超过设计寿命的要求来使用汽车，一旦转向拉杆断裂则很可能会导致车祸的发生。
4.由于现有的技术无法实时对转向拉杆进行使用寿命的评估，用户无法获知汽车的转向拉杆更换的时机，过早更换转向拉杆则会造成浪费，过晚更换转向拉杆则容易导致转向拉杆在更换之前就发生转向拉杆断裂。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种种转向拉杆剩余寿命的检测系统，其包括：计算装置以及电连接于所述计算装置的检测电路；
6.其中，检测电路配置为实时测量转向拉杆承受交变轴向作用力时的应变的变化量，并以电信号为载体向所述计算装置输出该变化量；
7.所述计算装置配置为在接收到所述电信号后，根据转向拉杆所承受的交变轴向作用力与电信号的幅度之间的比例系数将所接收到的电信号转化成作用力信息，根据作用力信息的所有记录来估算转向拉杆的剩余寿命。
8.计算装置所计算出的转向拉杆的剩余寿命可以指导转向拉杆的更换，例如，当转向拉杆的剩余寿命接近于零时，此时用户可以更换转向拉杆以避免转向拉杆发生疲劳断裂，由于该转向拉杆是在剩余寿命较小时进行更换的，能避免过早的更换转向拉杆而造成的浪费。
9.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
10.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
11.图1为本技术实施例中的转向拉杆的结构示意图；
12.图2为本技术实施例中的转向拉杆的局部主视示意图；
13.图3为本技术实施例中的转向拉杆的局部俯视示意图；
14.图4为本技术实施例中的转向拉杆的局部俯视示意图；
15.图5为本技术实施例中的检测系统的电路连接示意图。
具体实施方式
16.实施例一
17.如图1所示，图1显示了一种转向拉杆1的结构。转向拉杆1通常构造为杆状结构。转向拉杆1在工作过程中通常只承受轴向的交变轴向作用力，该交变轴向作用力包括轴向的拉力和轴向的压力。
18.该检测系统2包括检测电路21以及计算装置22。检测电路21电连接于计算装置22。检测电路21用于实时检测转向拉杆1在承受交变轴向作用力时的应变。计算装置22用于根据检测电路21的测量结果来估算转向拉杆1的剩余寿命。
19.如图2所示，该检测电路21包括第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214。第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214为相同的电阻应变片，可以均为箔式电阻应变片。第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214均能将各自所贴附区域的在其测量方向上的应变的变化转换成电阻的变化。
20.如图3、4所示，第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214均贴附在转向拉杆1的侧面上。第一电阻应变片211和第二电阻应变片212均设置在转向拉杆1的一侧，第三电阻应变片213和第四电阻应变片214均设置在转向拉杆1的另一侧。即，第一电阻应变片211和第二电阻应变片212共同所处的转向拉杆1的侧面与第三电阻应变片213和第四电阻共同所处的转向拉杆1的侧面相互背离。
21.第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214可以构造为条形。第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214的延伸方向为各自的测量方向。第一电阻应变片211沿转向拉杆1的轴向延伸，第二电阻应变片212的延伸方向垂直于第一电阻应变片211。第三电阻应变片213沿转向拉杆1的轴向延伸，第四电阻应变片214的延伸方向垂直于第三电阻应变片213。
22.这样，第一电阻应变片211和第三电阻应变片213均用于检测转向拉杆1在轴向上的应变的变化量，并将该变化量转换成电阻的变化量。第二电阻应变片212和第四电阻应变片214均用于检测转向拉杆1在垂直于轴向上的应变的变化量，并将该变化量转换成电阻的变化量。
23.如图5所示，该检测电路21还包括第一电压输入端215、第二电压输入端216、第一检测端217和第二检测端218。第一电阻应变片211的两个接线端分别连接第一电压输入端215和第一检测端217。第二电阻应变片212的两个接线端分别连接第二电压输入端216和第一检测端217。第四电阻应变片214的两个接线端分别连接第一电压输入端215和第二检测端218。第三电阻应变片213的两个接线端分别连接第二电压输入端216和第二检测端218。
24.第一电阻应变片211、第二电阻应变片212、第三电阻应变片213和第四电阻应变片214电连接成一个惠斯通电桥，可以通过检测第一检测端217和第二检测端218之间的电阻变化来精确地测量转向拉杆1的应变的变化，而该应变的变化量与施加在转向拉杆1上的交变轴向作用力呈正比例，这样，根据惠斯通电桥的电阻变化可以得到施加在转向拉杆1上的
交变轴向作用力的大小和方向。惠斯通电桥的电阻变化则可以通过第一检测端217和第二检测端218之间的电压信号或电流信号来表达。
25.在本实施例中，在该检测电路21的第一电压输入端215和第二电压输入端216分别接通直流电压源的正极和负极后，第一检测端217和第二检测端218之间输出电信号，该电信号可以是电压信号，也可以是电流信号。
26.计算装置22可以是车载主机。计算装置22电连接于第一检测端217和第二检测端218，计算装置22持续接收第一检测端217和第二检测端218之间输出电信号。该电信号的幅度与施加在转向拉杆1上的交变轴向作用力的大小之间具有比例关系。可以在实验环境下预先标定出转向拉杆1所承受的交变轴向作用力与电信号的幅度之间的比例系数。
27.计算装置22将电信号与比例系数相乘得到作用力信息，该作用力信息用于表征转向拉杆1所承受的交变轴向作用力的大小和方向。由于检测电路21输送到计算装置22的电信号为在时间轴上连续的模拟信号，这个作用力信息也为在时间轴上连续的模拟信息。
28.计算装置22基于雨流计数法对作用力信息进行处理，统计出交变轴向作用力的所有幅值以及每个幅值的循环次数，再根据交变轴向作用力的所有幅值、每个幅值的循环次数以及转向拉杆1承受交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系来获得该转向拉杆1的剩余寿命。
29.转向拉杆1承受交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系可以采用交变轴向作用力与断裂循环周次之间的关系式或关系曲线来表征。
30.转向拉杆1承受交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系可以在这种转向拉杆1的零部件疲劳试验得出。在实验条件下，往复地对转向拉杆1施加某一幅值下的轴向拉力和轴向压力，在转向拉杆1断裂时记录断裂循环周次，这样就测得了该幅值下的交变轴向作用力所对应的断裂循环周次。按照这个方法可以测量多种幅值下的交变轴向作用力各自所对应的断裂循环周次。以断裂循环周次为自变量、以交变轴向作用力的幅值为因变量对多种幅值下的交变轴向作用力各自所对应的断裂循环周次进行线性回归分析可以得到以断裂循环周次为自变量、以交变轴向作用力的幅值为因变量的关系式，该关系式可以表征转向拉杆1承受交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系。关系式在横坐标为断裂循环周次、纵坐标为交变轴向作用力的幅值的坐标系中，该关系式对应的曲线为交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系曲线，转向拉杆1承受交变轴向作用力和断裂循环周次之间的关系还可以采用该关系曲线来表征。
31.在本实施例中，计算装置22可以采用下列算式计算出该转向拉杆1的剩余寿命：
[0032][0033]
其中，n为交变轴向作用力的幅值的数量，ni为第i个交变轴向作用力的幅值所对应的循环次数，mi为第i个交变轴向作用力的幅值所对应的断裂循环周次，l为转向拉杆1的剩余寿命。
[0034]
交变轴向作用力与断裂循环周次之间的关系式的反函数为以断裂循环周次为因变量、以交变轴向作用力的幅值为自变量的方程式，将第i个交变轴向作用力的幅值带入到关系式的反函数中可以计算出断裂循环周次mi；也可以从交变轴向作用力与断裂循环周次
之间的关系曲线中查找到与第i个交变轴向作用力的幅值相对应的断裂循环周次mi。
[0035]
转向拉杆1的剩余寿命l越接近于1则剩余寿命越长，转向拉杆1的剩余寿命l越接近于0则剩余寿命越短，转向拉杆1的剩余寿命l等于0时剩余寿命为零。计算装置22所计算出的转向拉杆1的剩余寿命l可以指导转向拉杆1的更换，例如，当转向拉杆1的剩余寿命接近于零时，此时用户可以更换转向拉杆1以避免转向拉杆1发生疲劳断裂，由于该转向拉杆1是在剩余寿命较小时进行更换的，能避免过早的更换转向拉杆1而造成的浪费。
[0036]
在一个示意性的实施例中，该检测系统2还包括显示装置，显示装置电连接于计算装置22。计算装置22将转向拉杆1的剩余寿命发送到显示装置，并驱动显示装置实时显示该剩余寿命。用户可以通过显示装置得知转向拉杆1的剩余寿命。
[0037]
在一个示意性的实施例中，该检测系统2还包括无线通讯装置。该无线通讯装置可以通过无线网络与远程终端进行无线通讯。该无线通讯装置电连接于计算装置22，计算装置22通过该无线通讯装置将该转向拉杆1的剩余寿命发送到远程终端。
[0038]
该远程终端可以是出售该汽车的4s店的计算机，也可以是制造该汽车的主机厂的计算机。这样，4s店或主机厂可以监控到该转向拉杆1的剩余寿命，可以在该剩余寿命较短时及时提醒用户更换转向拉杆1，提升用户体验。
[0039]
在一个示意性的实施例中，该检测系统2还包括警示装置，警示装置电连接于计算装置22。计算装置22在转向拉杆1的剩余寿命小于或等于预设剩余寿命时驱动警示装置发出警示信息，该警示信息用于提醒用户更换转向拉杆1。
[0040]
该预设剩余寿命为预设值。预设剩余寿命的取值范围可以是0.05～0.3。
[0041]
该警示装置可以是显示屏或扬声器。警示信息可以是显示在显示屏上的文字信息，图标信息或图片信息。警示信息也可以是扬声器播报的语音信息。
[0042]
实施例二
[0043]
实施例二中的转向拉杆1剩余寿命的检测系统与实施例一中的转向拉杆1剩余寿命的检测系统的区别仅在于计算装置22处理电信号得到转向拉杆1的剩余寿命的过程，为避免赘述，下面仅介绍区别之处。
[0044]
计算装置22将电信号与比例系数相乘得到作用力信息，该作用力信息用于表征转向拉杆1所承受的交变轴向作用力的大小和方向。
[0045]
计算装置22再根据转向拉杆1所承受的交变轴向作用力与转向拉杆1所承受的应力之间的关系，将作用力信息转换成应力信息。应力信息用于表征转向拉杆1所承受的应力的大小和方向。由于检测电路21输送到计算装置22的电信号为在时间轴上连续的模拟信号，作用力信息和应力信息均为在时间轴上连续的模拟信息。
[0046]
预先对转向拉杆1进行有限元分析，可以获取到交变作用力与转向拉杆1所承受的应力之间的关系。交变作用力与转向拉杆1所承受的应力之间的关系可以简化为正比例关系，这样，交变作用力与转向拉杆1所承受的应力之间的关系可以为应力与交变作用力之间的标定比例系数，该标定比例系数表达了每单位的交变轴向作用力下转向拉杆1中所产生的应力大小。计算装置22将作用力信息与标定比例系数相乘即可得到应力信息。
[0047]
计算装置22基于雨流计数法对应力信息进行处理，统计出应力的所有幅值以及每个幅值的循环次数，再根据应力的所有幅值、每个幅值的循环次数以及转向拉杆1承受应力和断裂循环周次之间的关系来获得该转向拉杆1的剩余寿命。
[0048]
转向拉杆1承受应力和断裂循环周次之间的关系可以采用转向拉杆1制造材料的s-n曲线来表征。s-n曲线表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，也称应力-寿命曲线。s-n曲线以材料标准试件应力范围s为纵坐标，以到破坏时的断裂循环周次为横坐标来描绘。
[0049]
在本实施例中，计算装置22可以采用下列算式计算出该转向拉杆1的剩余寿命：
[0050][0051]
其中，n为交变轴向作用力的幅值的数量，ni为第i个应力的幅值所对应的循环次数，mi为第i个应力的幅值所对应的断裂循环周次，l为转向拉杆1的剩余寿命。
[0052]
在s-n曲线中可以查找到与第i个应力的幅值相对应的断裂循环周次mi。
[0053]
转向拉杆1的剩余寿命l越接近于1则剩余寿命越长，转向拉杆1的剩余寿命l越接近于0则剩余寿命越短，转向拉杆1的剩余寿命l等于0时剩余寿命为零。计算装置22所计算出的转向拉杆1的剩余寿命l可以指导转向拉杆1的更换，例如，当转向拉杆1的剩余寿命接近于零时，此时用户可以更换转向拉杆1以避免转向拉杆1发生疲劳断裂，由于该转向拉杆1是在剩余寿命较小时进行更换的，能避免过早的更换转向拉杆1而造成的浪费。
[0054]
实施例三
[0055]
本实施例还提出了一种汽车，这种汽车包括如上所述的检测系统。该检测系统2的具体结构参照上述实施例，由于本汽车采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0056]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。