專利名稱：機動車方向盤轉向力－轉向角檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種轉向力一轉向角檢測儀，特別涉及機動車方向盤轉 向力一轉向角檢測儀。
背景技術：
國民經濟的發展離不開公路運輸，而公路運輸必須首先保證安全行 車。機動車的轉向系是否合格和行車安全有著密切的關系，由于機動車 的轉向器和轉向傳動機構中各個零件之間存在著裝配間隙，且隨著零件 的逐漸磨損，這些間隙將逐漸增大。此外，轉向系各零件受力而產生彈 性變形，也將使轉向輪開始運動較方向盤滯后。所以機動車在轉向時， 方向盤必須先空轉一個角度，使所有傳動零件工作表面之間的間隙消除， 轉向輪方才轉動。方向盤的這一空轉角度稱為方向盤的自由轉角。方向 盤的自由轉角是評價轉向是否靈敏、操縱是否穩定的指標。適當的方向 盤自由轉動量對于緩和道路反沖，使操縱柔和以及避免駕駛員過度緊張 是有利的。但方向盤自由轉動量不宜過大。若方向盤從中間位置向左右
的自由轉動量超過15。，在汽車行駛中，駕駛員要用較大幅度轉動方向盤， 才能控制車輛的行駛方向，且在直線行駛時會感到行駛不穩定。這些均 會嚴重影響行車安全。另外，操縱穩定性能良好的汽車，必須有適度的 轉向輕便性。如果轉向沉重，不僅增加駕駛員的勞動強度，而且因不能 及時正確轉向而影響行車安全。如果轉向太輕，又可導致駕駛員路感不 足或方向發飄等現象，兩樣都不利于行車安全。所以，GB7258-2004《機 動車運行安全技術條件》和GA468-2004《機動車安全檢驗項目和方法》中對于底盤動態檢驗中關于轉向系的檢測作了具體的規定，必須檢測其 方向盤的最大自由轉角和方向盤切向操縱力，而且需采用儀器設備和客 觀檢測方法作定量分析。
近年來，隨著GB7258-2004《機動車運行安全技術條件》和 GA468-2004《機動車安全檢驗項目和方法》在全國全面的貫徹執行以及 公眾對行車安全意識的提高，檢驗機動車輛的方向盤轉角、自由轉角和 方向盤切向操縱力是否合格也越來越受到重視，對檢測設備的要求也越 來越高，原有的儀器設備由于結構復雜連線眾多，安裝麻煩使用不便， 通用性差且測量精度及重復性等都難以滿足目前檢測的要求，因此需要 有一種通用性強，體積小，重量輕，安裝方便且安裝好后沒有任何外部 連接線，操作十分簡單便捷，測量數據準確直觀，重復性好的儀器能夠 快速準確測量出各種機動車輛的方向盤轉角、自由轉角和方向盤切向操 縱力。
發明內容
本發明目的是為了克服現有的機動車方向盤轉向力一轉向角檢測儀 由于結構復雜連線眾多，安裝麻煩使用不便，通用性差且測量精度及重 復性等都難以滿足目前檢測的要求的缺點，提供一種通用性強，體積小， 重量輕，安裝方便且安裝好后沒有任何外部連接線，操作十分簡單便捷， 測量數據準確直觀，重復性好的機動車方向盤轉向力一轉向角檢測儀。
本發明的技術方案是，機動車方向盤轉向力一轉向角檢測儀包括測 力傳感器、測角傳感器、數據處理單元和液晶顯示器，其特點是，還設 置有一個方向盤鎖緊機構，它由兩爪構成一個架身的雙爪架和一個爪的 單爪架組成，雙爪架相對固定，單爪架的單爪置于雙爪架后部旋緊架的 槽內，對雙爪架作相對滑動，旋緊架的上部置有旋緊帽，用于固定單爪架的滑動，所述的測力傳感器置于機動車方向盤的外緣，測量施加在方 向盤上的切向力，所述的測角傳感器采用電子陀螺傳感器，測量機動車 方向盤的轉角；由測力傳感器和測角傳感器測得的機動車方向盤轉向力 一轉向角通過Zigbee無線通訊發送至遠端計算機。
本發明的有益效果是采用三爪式方向盤鎖緊機構，使檢測儀安裝 便捷、快速；能直接在液晶顯示器上顯示轉向力、轉向角的測量值； 采用陀螺傳感器測轉角，精度高，讀書穩定，能多圈測量無需另記圈數; 通過Zigbee無線傳送方式將檢測結果同步發送至聯機電腦以滿足設備 聯網的要求；測量精度高，重復性好，能適應各種車型；檢測儀使用普 通五號電池供電，可連續工作8小時以上，也可使用2節充電電池，電 池更換方便；安裝快捷，操作簡便，安裝好后沒有任何外部連線，可以 由檢驗員獨自完成檢驗；體積小，重量輕，攜帶方便。
圖l為本發明的電氣框圖2為本發明的機械結構主視圖3為本發明的機械結構俯視圖。
具體實施例方式
由圖l-圖3所示，機動車方向盤轉向力一轉向角檢測儀包括測力傳 感器、測角傳感器、數據處理單元和液晶顯示器，其特點是，還設置有 一個方向盤鎖緊機構，它由兩爪構成一個架身的雙爪架1和一個爪的單 爪架5組成，雙爪架l相對固定，單爪架5的單爪置于雙爪架后部旋緊 架4的槽內，對雙爪架l作相對滑動，旋緊架4的上部置有旋緊帽3， 用于固定單爪架的滑動，所述的測力傳感器6采用應變傳感器，置于機 動車方向盤的外緣，測量施加在方向盤上的切向力，所述的測角傳感器采用電子陀螺傳感器，測量機動車方向盤的轉角；由測力傳感器和測角 傳感器測得的機動車方向盤轉向力一轉向角通過Zigbee無線通訊發送 至遠端計算機。單爪架5的單爪滑動范圍在300mm 600mm之間，通過 旋緊架4上的旋緊帽3固定，使用時，機動車方向盤轉向力一轉向角檢 測儀是通過增設的方向盤鎖緊機構卡在方向盤上。 (1)轉向角測量
釆用MEMS工藝制作的電子陀螺傳感器測量出沿其轉軸平面旋轉的 角速度，我們用MCU產生了一個基準時間t,每隔時間t即對電子陀螺 傳感器進行采樣，這樣可得到在基準時間t內角速度，對角速度進行積 分，即可得到其在整個旋轉過程中轉過的角度。當t足夠小時，即可得 到較為準確的角度。由于其角速度的產生只于旋轉平面有關，不論其在 任何位置，只有在旋轉平面內的轉動才被計算。因此只要將旋轉平面與 方向盤旋轉平面平行即可準確測量旋轉的角度。
式中a為旋轉的角度，w為角速度，^為積分采樣間隔，r為旋轉過程的 時間。
檢測儀采用本方案克服了現有產品機械刻度盤指示方式的安裝繁 瑣，無電子顯示，信號無法傳輸或編碼器一重錘方式的顯示信號較難穩 定，多圈測量時電纜易纏繞的弊端。
因而使本檢測儀能做到重量輕，精度高，無任何外部連線，能直觀 數字顯示，無線通訊等優點。 (2)方向盤鎖緊機構
根據幾何學原理等腰三角形中的三個頂點必定可以切一個圓；等腰三角形底邊固定后，隨著高的變化，分別可外切不同直徑的圓。本結 構采用三個卡爪來卡緊方向盤。由于方向盤有大小，采用兩卡爪相對固 定，也就是這兩爪用一個架身，簡稱雙爪架；另一個爪可對這兩爪作相 對滑動，簡稱單爪架。國內絕大部分汽車方向盤在300mm 600mm間。 因此，只要把雙爪與單爪的滑動范圍控制在300mm 600mm之間，就能 適用不同直徑的汽車方向盤。另外測力傳感器6安裝在操作把手7下的 活動爪架內，確保操作時測得的力值永遠為方向盤的切向力。 (3)Zigbee無線通訊
Zigbee是一種新興的近距離，低復雜度，低功耗，底數據速率，低 成本的無線網絡技術。本儀表通過其智能化核心微處理機的串行通訊 UART口，實現與ZigBee無線通訊芯片的硬件連接，通過對應用層軟件 的編制實現兩者之間的數據交換。所傳輸的數據再由ZigBee芯片中的網 絡層、數據鏈路層和物理層組成的網絡通訊協議進行數據遠傳或網絡傳 輸，保證了數據傳輸的可靠、準確。
根據本檢測儀的特點，首次采用了Zigbee無線通訊的方式，使檢測 儀做到耗電省(僅用兩節5號電池)、輕便、無外部連線(安裝使用方便)。
檢測儀的優點
1. 采用結構合理的方向盤鎖緊機構，檢測儀安裝便捷、快速；
2. 能直接在儀表液晶面板上顯示轉向力、轉向角的測量值；
3. 采用陀螺傳感器測轉角，精度高，讀書穩定，能多圈測量無需另 記圈數；
4. 能通過Zigbee無線傳送方式將檢測結果同步發送至聯機電腦以 滿足設備聯網的要求；
5. 測量精度高，重復性好，能適應各種車型；6. 使用普通五號電池供電，可連續工作8小時以上，也可使用2節 充電電池，電池更換方便；
7. 安裝快捷，操作簡便，安裝好后沒有任何外部連線，可以由檢驗 員獨自完成檢驗；
8. 體積小，重量輕，攜帶方便。
權利要求
1. 機動車方向盤轉向力—轉向角檢測儀包括測力傳感器、測角傳感器、數據處理單元和液晶顯示器，其特征在于，還設置有一個方向盤鎖緊機構，它由兩爪構成一個架身的雙爪架和一個爪的單爪架組成，雙爪架相對固定，單爪架的單爪置于雙爪架后部旋緊架的槽內，對雙爪架作相對滑動，旋緊架的上部置有旋緊帽，用于固定單爪架的滑動，所述的測力傳感器置于機動車方向盤的外緣，測量施加在方向盤上的切向力，所述的測角傳感器采用電子陀螺傳感器，測量機動車方向盤的轉角；由測力傳感器和測角傳感器測得的機動車方向盤轉向力—轉向角通過Zigbee無線通訊發送至遠端計算機。
2. 根據權利要求1所述的機動車方向盤轉向力一轉向角檢測儀，其 特征在于，單爪架5的單爪滑動范圍在300mm 600mm之間。
全文摘要
本發明公開了一種機動車方向盤轉向力—轉向角檢測儀，包括測力傳感器、測角傳感器、數據處理單元和液晶顯示器，特點是，還設置有一個方向盤鎖緊機構，它由雙爪架和單爪架組成，單爪架的單爪置于雙爪架后部旋緊架的槽內，旋緊架的上部置有旋緊帽，用于固定單爪架的滑動，所述的測力傳感器置于機動車方向盤的外緣，測量施加在方向盤上的切向力，所述的測角傳感器采用電子陀螺傳感器，測量機動車方向盤的轉角；由測力傳感器和測角傳感器測得的機動車方向盤轉向力—轉向角通過Zigbee無線通訊發送至遠端計算機。本發明的有益效果是采用三爪式方向盤鎖緊機構，使檢測儀安裝便捷，能直接在液晶顯示器上顯示轉向力、轉向角的測量值；采用陀螺傳感器測轉角，精度高，讀數穩定，能多圈測量無需另記圈數；通過Zigbee無線傳送方式將檢測結果同步發送至聯機電腦以滿足設備聯網的要求。
文檔編號G01C19/00GK101417671SQ200810200118
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者鳳 亓, 姚善根, 弢 徐, 蔣宇晨, 袁雄鶴, 青 顧 申請人:上海西派埃自動化儀表工程有限責任公司