一种用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种转向盘转角测量装置，特别涉及一种用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置。
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，获取驾驶人操作转向盘的相关信息是驾驶数据采集中重要的一环。驾驶人转动转向盘与否以及相应转动角度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转向盘转角测量装置及方法往往采用转角传感器，测量系统成本高，且难以实现转向盘转角的准确测量。中国专利公开号为CN104236449A，公开日为2014.12.24，发明名称为一种方向盘转角传感器所展示的技术实现要素：，采用光电编码原理通过处理三个磁敏感元件产生的脉冲信号得到转动角度，对使用环境提出较高的要求，且抗震动能力差。
发明内容本实用新型的目的是为了解决现有的驾驶数据采集系统中存在的测量成本高、且难以实现转向盘转角准确测量的问题而提供的一种用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置。本实用新型提供的用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置包括有测力壳体、应变筒和数据采集及控制模块，其中测力壳体内装配有轴齿轮，轴齿轮的中心轴与车辆方向盘的转轴相连接，轴齿轮与设在测力壳体一侧的齿条相啮合，应变筒设在齿条的对应侧，应变筒内装配有弹簧，弹簧与齿条相连接，应变筒上还装配有应变片，应变片与数据采集及控制模块相连接，数据采集及控制模块能够接收并处理应变片所传递的数据。轴齿轮的模数为2.5，设有七个齿，轴齿轮通过两端的轴承被装配在测力壳体内，轴承为深沟球轴承1622。齿条的模数为2.5，设有二十四个齿，齿条的两端设有平滑段进行限位。测力壳体的下部对应轴齿轮的位置处设有固定座，固定座内对应轴齿轮的部位装配有压紧弹簧。应变片设有八片，其中第一应变片和第二应变片设在应变筒上部的外侧壁上，第三应变片和第四应变片对称设在应变筒下部的外侧壁上，第一应变片和第二应变片连接在双臂半桥电路的a点与b点之间，第三应变片和第四应变片连接在双臂半桥电路的c点和d点之间，在双臂半桥电路的a点与d点之间连接有第五应变片和第六应变片，在双臂半桥电路的b点与c点之间连接有第七应变片和第八应变片，数据采集及控制模块通过导线与第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片相连。数据采集及控制模块中包括有电源、电桥电路、转向盘转角模拟控制器、总控开关和保护电阻，其中电源直接为电桥电路供电，电桥电路输出的电压作用在转向盘转角模拟控制器上，总控开关设在电源与电桥电路的连接线路上，保护电阻设在电桥电路与转向盘转角模拟控制器的连接线路上。本实用新型提供的用于驾驶数据采集系统的转向盘转动角度测量方法，其方法如下所述：步骤一：预先进行标定实验，确定电桥电路输出电压与转向盘转动角度之间拟合函数；步骤二：将输出电压与转向盘转动角度之间的拟合函数预先设置在转向盘转角模拟控制器中；步骤三：驾驶人转动转向盘时，通过预先在转向盘转角模拟控制器中设置的拟合函数计算出转向盘转动角度。本实用新型中所述的应变片、电源、转向盘转角模拟控制器、总控开关和保护电阻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。本实用新型的工作原理：当驾驶人转动转向盘时，轴齿轮啮合齿条在运动的同时压缩或者拉伸应变筒内的弹簧，从而使应变筒因为受力大小不同而产生不同程度的微小形变，微小形变改变了装配在应变筒外侧壁上应变片的电阻阻值大小，引起双臂半桥电路中电压Y的变化，从而使通过预先在转向盘转角模拟控制器中设置的拟合函数计算出转向盘转动角度。本实用新型的有益效果：本实用新型提供的测量装置结构简单，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；并且在不使用角度传感器的情况下实现了转向盘转动角度的准确测量，有效的降低了测量系统成本；本实用新型提供的测量装置及方法为科研、教学提供了有效的一种用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置及方法，在实现转向盘转角准确测量的同时也节省了测量成本。附图说明图1为本实用新型所述装置整体结构示意图。图2为本实用新型所述装置分解结构示意图。图3为本实用新型所述测力壳体剖视结构示意图。图4为本实用新型所述双臂半桥电路布置示意图。图5为本实用新型所述数据采集及控制模块结构示意图。1、测力壳体2、应变筒3、数据采集及控制模块4、轴齿轮5、中心轴6、齿条7、弹簧8、轴承9、平滑段10、固定座11、压紧弹簧12、第一应变片13、第二应变片14、第三应变片15、第四应变片16、第五应变片17、第六应变片18、第七应变片19、第八应变片20、电源21、电桥电路22、转向盘转角模拟控制器23、总控开关24、保护电阻。具体实施方式请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示：本实用新型提供的用于驾驶数据采集系统的转向盘转角测量装置包括有测力壳体1、应变筒2和数据采集及控制模块3，其中测力壳体1内装配有轴齿轮4，轴齿轮4的中心轴5与车辆方向盘的转轴相连接，轴齿轮4与设在测力壳体1一侧的齿条6相啮合，应变筒2设在齿条6的对应侧，应变筒2内装配有弹簧7，弹簧7与齿条6相连接，应变筒2上还装配有应变片，应变片与数据采集及控制模块3相连接，数据采集及控制模块3能够接收并处理应变片所传递的数据。轴齿轮4的模数为2.5，设有七个齿，轴齿轮4通过两端的轴承8被装配在测力壳体1内，轴承8为深沟球轴承1622。齿条6的模数为2.5，设有二十四个齿，齿条6的两端设有平滑段9进行限位。测力壳体1的下部对应轴齿轮4的位置处设有固定座10，固定座10内对应轴齿轮4的部位装配有压紧弹簧11。应变片设有八片，其中第一应变片12和第二应变片13设在应变筒2上部的外侧壁上，第三应变片14和第四应变片15对称设在应变筒2下部的外侧壁上，第一应变片12和第二应变片13连接在双臂半桥电路的a点与b点之间，第三应变片14和第四应变片15连接在双臂半桥电路的c点和d点之间，在双臂半桥电路的a点与d点之间连接有第五应变片16和第六应变片17，在双臂半桥电路的b点与c点之间连接有第七应变片18和第八应变片19，数据采集及控制模块3通过导线与第一应变片12、第二应变片13、第三应变片14和第四应变片15相连。数据采集及控制模块3中包括有电源20、电桥电路21、转向盘转角模拟控制器22、总控开关23和保护电阻24，其中电源20直接为电桥电路21供电，电桥电路21输出的电压作用在转向盘转角模拟控制器22上，总控开关23设在电源20与电桥电路21的连接线路上，保护电阻24设在电桥电路21与转向盘转角模拟控制器22的连接线路上。本实用新型提供的用于驾驶数据采集系统的转向盘转动角度测量方法，其方法如下所述：步骤一：预先进行标定实验，确定电桥电路21输出电压与转向盘转动角度之间拟合函数；步骤二：将输出电压与转向盘转动角度之间的拟合函数预先设置在转向盘转角模拟控制器22中；步骤三：驾驶人转动转向盘时，通过预先在转向盘转角模拟控制器22中设置的拟合函数计算出转向盘转动角度。本实用新型中所述的应变片、电源20、转向盘转角模拟控制器22、总控开关23和保护电阻24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。本实用新型的工作原理：当驾驶人转动转向盘时，轴齿轮4啮合齿条6在运动的同时压缩或者拉伸应变筒2内的弹簧7，从而使应变筒2因为受力大小不同而产生不同程度的微小形变，微小形变改变了装配在应变筒2外侧壁上应变片的电阻阻值大小，引起双臂半桥电路中电压Y的变化，从而使通过预先在转向盘转角模拟控制器22中设置的拟合函数计算出转向盘转动角度。本实用新型测量方法的标定试验中，电桥电路输出电压Y由电压表测量得到。拟合函数获取方法(利用taylor多项式)如下所述：实验标定获得m组电桥电路输出电压与转向盘转角数据：k12…m转向盘转角xx1x2…xm输出电压YY1Y2…Ym在软件matlab中构建自变量向量：转向盘转角x＝[x1、x2…xm]，输入m组转角输入数据；构建因变量向量电桥电路输出电压：Y＝[Y1、Y2…Ym]，输入对应的m组电桥输出电压。首先通过以下matlab程序确定拟合方程的阶数c:fori＝1:5y2＝polyfit(x,y,i)；Y＝polyval(y2,x)；ifsum(Y-y)2<0.1％不等式1，c＝i％确定拟合方程阶数c的值break；end；end；此时得到了拟合方程的阶数在误差值平方和小于0.1时的拟合方程阶数c，如果需要更高精度可以修改不等式1右侧的常数项的数值。接下来在matlab窗口中输入函数：y1＝polyfit(x,y,c)按下回车键即可获得多项式拟合函数系数：a0、a1……、anai是对应的xn-i的系数，如此便可写出即可获得拟合函数：其中n为拟合方程阶数。通过标定实验得到电桥电21输出电压与转向盘转角之间的拟合函数之后，将拟合函数预先设置在转向盘转角模拟控制器22中。此后，向转向盘转角模拟控制器22中送入电桥电路21输出电压后，转向盘转角模拟控制器22即可输出对应的转向盘转角信号，即得到了转向盘转动角度。当前第1页1 2 3