專利名稱:方向盤測力儀的制作方法
本實用新型涉及汽車或方向盤式工程車輛進行轉(zhuǎn)向輕便性試驗用的一種專用儀器。用來測量駕駛員操作方向盤的力矩和方向盤相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，從而求出駕駛員輸入方向盤的功和最大作用力。
現(xiàn)有方向盤測力儀的基本結(jié)構(gòu)方案是，在被測車輛的方向盤上重疊一個具有力矩和轉(zhuǎn)角傳感器的測力方向盤，故亦稱為“測力方向盤”。駕駛員改變汽車行駛方向所需的功，由測力方向盤輸入，經(jīng)力矩和轉(zhuǎn)角傳感器傳遞給汽車方向盤，從而轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向柱后再傳遞到車輪，使之轉(zhuǎn)向。力矩傳感器有應(yīng)變式扭力計或?qū)ΨQ布置的平衡彈簧計；轉(zhuǎn)角傳感器用多圈電位計，如日產(chǎn)TAH型和日產(chǎn)SFA型。國產(chǎn)測力方向盤的結(jié)構(gòu)方案與以上介紹的類似。
現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點是1.基本結(jié)構(gòu)方案具有明顯的缺陷由基本結(jié)構(gòu)方案決定了測力方向盤的精度不能很高。設(shè)計時為便于駕駛員的操作，測力方向盤的直徑通常與被測車輛的方向盤相當，又由于有力矩和轉(zhuǎn)角傳感器，結(jié)果使得測力方向盤的慣性質(zhì)量顯著地大于汽車原有方向盤的慣性質(zhì)量，當采用平衡彈簧計式測力裝置時，由于變形大，故扭轉(zhuǎn)剛度低，試驗時測力裝置與車輛轉(zhuǎn)向系處在串聯(lián)工況，因而使系統(tǒng)剛度明顯減小，由于以上兩個原因，改變了被測車輛轉(zhuǎn)向系的靜動態(tài)特性，使測量結(jié)果失真。
2.附加的測力方向盤具有較大的結(jié)構(gòu)尺寸，并且是重疊在汽車方向盤上，因此顯著地影響了駕駛員的操作方便性，特別是在進行汽車動態(tài)試驗，如階躍試驗和蛇行試驗時要求有一定的轉(zhuǎn)向速率(如階躍試驗時要大于500度秒)，操作困難更突出。
本實用新型的任務(wù)是從徹底改變原結(jié)構(gòu)方案著手，克服現(xiàn)有技術(shù)中的明顯弱點，使方向盤測力儀適于車輛動態(tài)特性測量，提高操作的方便性，以期達到基本不改變駕駛員在行車中的操作姿態(tài)。
本實用新型的任務(wù)是用以下措施實現(xiàn)的。
采用輪輻形剪力計式力矩傳感器，使結(jié)構(gòu)尺寸大大減?。挥弥雇戚S承承受軸向干擾力，使干擾力不作用于力矩傳感器的彈性元件上，以提高測量精度。以轉(zhuǎn)向柱為基準，采用了一套端面軸承作徑向輔助定位；用蝸輪蝸桿傳動后帶動多圈電位器進行角度測量；改變測力儀的安裝位置，把測力儀安裝在汽車方向盤與轉(zhuǎn)向柱之間。
下面結(jié)合附圖詳細說明本裝置的具體結(jié)構(gòu)和工作情況。
駕駛員改變汽車行駛方向所需的力矩由汽車方向盤輸入后，經(jīng)方向盤接頭〔1〕、傳感器上蓋〔3〕作用于力矩傳感器〔5〕的外圈，經(jīng)四條對稱配置的輪輻〔11〕(即彈性元件)把力矩傳遞到傳感器〔5〕的內(nèi)圈，內(nèi)圈與可以更換的轉(zhuǎn)向柱接頭〔14〕用平鍵連接，轉(zhuǎn)向柱接頭〔14〕與被測車輛的轉(zhuǎn)向柱〔7〕配合，使驅(qū)動力矩通過轉(zhuǎn)向柱〔7〕傳遞到車輪。當驅(qū)動力矩作用于彈性元件〔11〕時，形成的剪力使應(yīng)變片〔4〕產(chǎn)生變形，該應(yīng)變片將線性地反應(yīng)輸入力矩的大小。為了不使干擾力作用于力矩傳感器的彈性元件〔11〕上，本裝置采用止推軸承〔2〕，目的是改變軸向干擾力和由軸向力形成的平面力矩的傳遞路線。
力矩傳感器采用結(jié)構(gòu)尺寸小精度較高的輪輻型剪力計式傳感器〔5〕，試制樣機的力矩量為5公斤一米，直徑僅98毫米，厚8毫米。輪輻〔11〕的尺寸可按需要改變，具有較大的靈活性。
在測量轉(zhuǎn)角時，由于車輛的轉(zhuǎn)向柱〔7〕相對于轉(zhuǎn)向管〔8〕的徑向沒有嚴格地定位，處于浮動狀態(tài)中，因此給轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角的測量增加了困難。本裝置以轉(zhuǎn)向管〔8〕為基準，采用了一套端面軸承〔6〕作徑向輔助定位(相對定位)，用蝸輪〔12〕蝸桿〔13〕傳動后帶動多圈電位器〔10〕進行角度測量，這樣一套傳動機構(gòu)另件少，結(jié)構(gòu)尺寸小，簡單可靠。
本實用新型還備有光電角度傳感器〔9〕，光電角度信號給微機提供力矩采樣指令，以實現(xiàn)信息的實時采集和處理。
本實用新型的試制樣品，其傳感器標定精度符合有關(guān)標準(轉(zhuǎn)向輕便性標準和國際化標準組織ISO／TC－22／SC9)的要求；測力裝置的轉(zhuǎn)動慣量比現(xiàn)有商品的轉(zhuǎn)動慣量小100倍以上，扭轉(zhuǎn)剛度約增加25倍(與日產(chǎn)TAH型相比)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提高了測量精度。同時，由于測力儀安裝在被測車輛方向盤下方，且軸向尺寸增加不大于60毫米，因此基本上不改變駕駛員的操作姿態(tài)，提高了操作的方便性。
權(quán)利要求
1.一種用來進行工程車輛轉(zhuǎn)向輕便性試驗用的測力儀，其特征是由一個承受軸向力的止推軸承[2]，輪輻形剪力計式傳感器[5]，一套用來測量轉(zhuǎn)角的蝸輪[12]蝸桿[13]和作輔助定位的端面軸承[6]構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求
1所述的測力儀，其特征是用止推軸承〔2〕與力矩傳感器〔5〕的內(nèi)圈相連。
3.按照權(quán)利要求
1，2所述的測力儀，其特征是在測量轉(zhuǎn)角時，采用蝸輪蝸桿傳動并利用一套做輔助定位的端面軸承〔6〕。
4.按照權(quán)利要求
1所述的測力儀，其特征是測力儀被安裝在被測車輛方向盤和轉(zhuǎn)向柱之間。
專利摘要
方向盤測力儀是一種用來測量駕駛員操作車輛方向盤的力矩和轉(zhuǎn)角的儀器，它被安裝在被測車輛方向盤和轉(zhuǎn)向柱之間，采用止推軸承承受軸向力，用來排除軸向力和平面力矩的干擾；用輪輻形剪力計式傳感器進行力矩測量；并采用蝸輪蝸桿加端面軸承做輔助定位的辦法進行轉(zhuǎn)角測量；從而使測力儀適合于車輛轉(zhuǎn)向系靜動態(tài)特性的測量，提高了測量精度和操作的方便性。
文檔編號G01L5/22GK85200029SQ85200029
公開日1985年9月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者李修曾 申請人:清華大學導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan