本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置及方法，特別涉及一種用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，駕駛數(shù)據(jù)的采集技術(shù)是駕駛?cè)诵袨檠芯康幕A(chǔ)和必要環(huán)節(jié)，對汽車行駛中駕駛?cè)说男袨檠芯坑兄匾囊饬x，獲取駕駛?cè)瞬僮鬓D(zhuǎn)向盤的相關(guān)信息是駕駛數(shù)據(jù)采集中重要的一環(huán)。駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤與否以及相應(yīng)轉(zhuǎn)動角度都直接反映了駕駛?cè)说牟倏v意圖以及車輛行駛狀態(tài)?，F(xiàn)有的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置及方法往往采用轉(zhuǎn)角傳感器，測量系統(tǒng)成本高，且難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確測量。中國專利公開號為CN104236449A，公開日為2014.12.24，發(fā)明名稱為一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器所展示的技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：，采用光電編碼原理通過處理三個磁敏感元件產(chǎn)生的脈沖信號得到轉(zhuǎn)動角度，對使用環(huán)境提出較高的要求，且抗震動能力差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中存在的測量成本高、且難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確測量的問題而提供的一種用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置及方法。本發(fā)明提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置包括有測力殼體、應(yīng)變筒和數(shù)據(jù)采集及控制模塊，其中測力殼體內(nèi)裝配有軸齒輪，軸齒輪的中心軸與車輛方向盤的轉(zhuǎn)軸相連接，軸齒輪與設(shè)在測力殼體一側(cè)的齒條相嚙合，應(yīng)變筒設(shè)在齒條的對應(yīng)側(cè)，應(yīng)變筒內(nèi)裝配有彈簧，彈簧與齒條相連接，應(yīng)變筒上還裝配有應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集及控制模塊相連接，數(shù)據(jù)采集及控制模塊能夠接收并處理應(yīng)變片所傳遞的數(shù)據(jù)。軸齒輪的模數(shù)為2.5，設(shè)有七個齒，軸齒輪通過兩端的軸承被裝配在測力殼體內(nèi)，軸承為深溝球軸承1622。齒條的模數(shù)為2.5，設(shè)有二十四個齒，齒條的兩端設(shè)有平滑段進(jìn)行限位。測力殼體的下部對應(yīng)軸齒輪的位置處設(shè)有固定座，固定座內(nèi)對應(yīng)軸齒輪的部位裝配有壓緊彈簧。應(yīng)變片設(shè)有八片，其中第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片設(shè)在應(yīng)變筒上部的外側(cè)壁上，第三應(yīng)變片和第四應(yīng)變片對稱設(shè)在應(yīng)變筒下部的外側(cè)壁上，第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片連接在雙臂半橋電路的a點(diǎn)與b點(diǎn)之間，第三應(yīng)變片和第四應(yīng)變片連接在雙臂半橋電路的c點(diǎn)和d點(diǎn)之間，在雙臂半橋電路的a點(diǎn)與d點(diǎn)之間連接有第五應(yīng)變片和第六應(yīng)變片，在雙臂半橋電路的b點(diǎn)與c點(diǎn)之間連接有第七應(yīng)變片和第八應(yīng)變片，數(shù)據(jù)采集及控制模塊通過導(dǎo)線與第一應(yīng)變片、第二應(yīng)變片、第三應(yīng)變片和第四應(yīng)變片相連。數(shù)據(jù)采集及控制模塊中包括有電源、電橋電路、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器、總控開關(guān)和保護(hù)電阻，其中電源直接為電橋電路供電，電橋電路輸出的電壓作用在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器上，總控開關(guān)設(shè)在電源與電橋電路的連接線路上，保護(hù)電阻設(shè)在電橋電路與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器的連接線路上。本發(fā)明提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度測量方法，其方法如下所述：步驟一：預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，確定電橋電路輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度之間擬合函數(shù)；步驟二：將輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度之間的擬合函數(shù)預(yù)先設(shè)置在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器中；步驟三：駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，通過預(yù)先在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器中設(shè)置的擬合函數(shù)計算出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明中所述的應(yīng)變片、電源、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器、總控開關(guān)和保護(hù)電阻均為現(xiàn)有設(shè)備的組裝，因此，具體型號和規(guī)格沒有進(jìn)一步進(jìn)行贅述。本發(fā)明的工作原理：當(dāng)駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，軸齒輪嚙合齒條在運(yùn)動的同時壓縮或者拉伸應(yīng)變筒內(nèi)的彈簧，從而使應(yīng)變筒因?yàn)槭芰Υ笮〔煌a(chǎn)生不同程度的微小形變，微小形變改變了裝配在應(yīng)變筒外側(cè)壁上應(yīng)變片的電阻阻值大小，引起雙臂半橋電路中電壓Y的變化，從而使通過預(yù)先在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器中設(shè)置的擬合函數(shù)計算出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，各組成部分之間采用可拆卸連接，便于分離組裝與檢測維修；并且在不使用角度傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度的準(zhǔn)確測量，有效的降低了測量系統(tǒng)成本；本發(fā)明提供的測量裝置及方法為科研、教學(xué)提供了有效的一種用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置及方法，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確測量的同時也節(jié)省了測量成本。附圖說明圖1為本發(fā)明所述裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述裝置分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述測力殼體剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所述雙臂半橋電路布置示意圖。圖5為本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集及控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。1、測力殼體2、應(yīng)變筒3、數(shù)據(jù)采集及控制模塊4、軸齒輪5、中心軸6、齒條7、彈簧8、軸承9、平滑段10、固定座11、壓緊彈簧12、第一應(yīng)變片13、第二應(yīng)變片14、第三應(yīng)變片15、第四應(yīng)變片16、第五應(yīng)變片17、第六應(yīng)變片18、第七應(yīng)變片19、第八應(yīng)變片20、電源21、電橋電路22、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器23、總控開關(guān)24、保護(hù)電阻。具體實(shí)施方式請參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示：本發(fā)明提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角測量裝置包括有測力殼體1、應(yīng)變筒2和數(shù)據(jù)采集及控制模塊3，其中測力殼體1內(nèi)裝配有軸齒輪4，軸齒輪4的中心軸5與車輛方向盤的轉(zhuǎn)軸相連接，軸齒輪4與設(shè)在測力殼體1一側(cè)的齒條6相嚙合，應(yīng)變筒2設(shè)在齒條6的對應(yīng)側(cè)，應(yīng)變筒2內(nèi)裝配有彈簧7，彈簧7與齒條6相連接，應(yīng)變筒2上還裝配有應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集及控制模塊3相連接，數(shù)據(jù)采集及控制模塊3能夠接收并處理應(yīng)變片所傳遞的數(shù)據(jù)。軸齒輪4的模數(shù)為2.5，設(shè)有七個齒，軸齒輪4通過兩端的軸承8被裝配在測力殼體1內(nèi)，軸承8為深溝球軸承1622。齒條6的模數(shù)為2.5，設(shè)有二十四個齒，齒條6的兩端設(shè)有平滑段9進(jìn)行限位。測力殼體1的下部對應(yīng)軸齒輪4的位置處設(shè)有固定座10，固定座10內(nèi)對應(yīng)軸齒輪4的部位裝配有壓緊彈簧11。應(yīng)變片設(shè)有八片，其中第一應(yīng)變片12和第二應(yīng)變片13設(shè)在應(yīng)變筒2上部的外側(cè)壁上，第三應(yīng)變片14和第四應(yīng)變片15對稱設(shè)在應(yīng)變筒2下部的外側(cè)壁上，第一應(yīng)變片12和第二應(yīng)變片13連接在雙臂半橋電路的a點(diǎn)與b點(diǎn)之間，第三應(yīng)變片14和第四應(yīng)變片15連接在雙臂半橋電路的c點(diǎn)和d點(diǎn)之間，在雙臂半橋電路的a點(diǎn)與d點(diǎn)之間連接有第五應(yīng)變片16和第六應(yīng)變片17，在雙臂半橋電路的b點(diǎn)與c點(diǎn)之間連接有第七應(yīng)變片18和第八應(yīng)變片19，數(shù)據(jù)采集及控制模塊3通過導(dǎo)線與第一應(yīng)變片12、第二應(yīng)變片13、第三應(yīng)變片14和第四應(yīng)變片15相連。數(shù)據(jù)采集及控制模塊3中包括有電源20、電橋電路21、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22、總控開關(guān)23和保護(hù)電阻24，其中電源20直接為電橋電路21供電，電橋電路21輸出的電壓作用在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22上，總控開關(guān)23設(shè)在電源20與電橋電路21的連接線路上，保護(hù)電阻24設(shè)在電橋電路21與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22的連接線路上。本發(fā)明提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度測量方法，其方法如下所述：步驟一：預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，確定電橋電路21輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度之間擬合函數(shù)；步驟二：將輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度之間的擬合函數(shù)預(yù)先設(shè)置在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22中；步驟三：駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，通過預(yù)先在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22中設(shè)置的擬合函數(shù)計算出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明中所述的應(yīng)變片、電源20、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22、總控開關(guān)23和保護(hù)電阻24均為現(xiàn)有設(shè)備的組裝，因此，具體型號和規(guī)格沒有進(jìn)一步進(jìn)行贅述。本發(fā)明的工作原理：當(dāng)駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，軸齒輪4嚙合齒條6在運(yùn)動的同時壓縮或者拉伸應(yīng)變筒2內(nèi)的彈簧7，從而使應(yīng)變筒2因?yàn)槭芰Υ笮〔煌a(chǎn)生不同程度的微小形變，微小形變改變了裝配在應(yīng)變筒2外側(cè)壁上應(yīng)變片的電阻阻值大小，引起雙臂半橋電路中電壓Y的變化，從而使通過預(yù)先在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22中設(shè)置的擬合函數(shù)計算出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明測量方法的標(biāo)定試驗(yàn)中，電橋電路輸出電壓Y由電壓表測量得到。擬合函數(shù)獲取方法(利用taylor多項(xiàng)式)如下所述：實(shí)驗(yàn)標(biāo)定獲得m組電橋電路輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)：k12…m轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角xx1x2…xm輸出電壓YY1Y2…Ym在軟件matlab中構(gòu)建自變量向量：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角x＝[x1、X2…Xm]，輸入m組轉(zhuǎn)角輸入數(shù)據(jù)；構(gòu)建因變量向量電橋電路輸出電壓：Y＝[Y1、Y2…Ym]，輸入對應(yīng)的m組電橋輸出電壓。首先通過以下matlab程序確定擬合方程的階數(shù)c:fori＝1:5y2＝polyfit(x,y,i)；Y＝polyval(y2,x)；ifsum(Y-y)2<0.1％不等式1，c＝i％確定擬合方程階數(shù)c的值break；end；end；此時得到了擬合方程的階數(shù)在誤差值平方和小于0.1時的擬合方程階數(shù)c，如果需要更高精度可以修改不等式1右側(cè)的常數(shù)項(xiàng)的數(shù)值。接下來在matlab窗口中輸入函數(shù)：y1＝polyfit(x,y,c)按下回車鍵即可獲得多項(xiàng)式擬合函數(shù)系數(shù)：a0、a1……、anai是對應(yīng)的xn-i的系數(shù)，如此便可寫出即可獲得擬合函數(shù)：其中n為擬合方程階數(shù)。通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得到電橋電21輸出電壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角之間的擬合函數(shù)之后，將擬合函數(shù)預(yù)先設(shè)置在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22中。此后，向轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22中送入電橋電路21輸出電壓后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角模擬控制器22即可輸出對應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，即得到了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度。當(dāng)前第1頁1 2 3