本實用新型涉及一種轉向盤轉角測量裝置，特別涉及一種用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉角測量裝置。
背景技術：
：當前，駕駛數(shù)據(jù)的采集技術是駕駛人行為研究的基礎和必要環(huán)節(jié)，對汽車行駛中駕駛人的行為研究有著重要的意義，獲取駕駛人操作轉向盤的相關信息是駕駛數(shù)據(jù)采集中重要的一環(huán)。駕駛人轉動轉向盤與否以及相應轉動角度都直接反映了駕駛人的操縱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)的轉向盤轉角測量裝置及方法往往采用轉角傳感器，測量系統(tǒng)成本高，且難以實現(xiàn)轉向盤轉角的準確測量。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角傳感器所展示的技術實現(xiàn)要素：，采用光電編碼原理通過處理三個磁敏感元件產生的脈沖信號得到轉動角度，對使用環(huán)境提出較高的要求，且抗震動能力差。
發(fā)明內容本實用新型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、且難以實現(xiàn)轉向盤轉角準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)的轉向盤轉角測量裝置。本實用新型提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉角測量裝置包括有測力殼體、應變筒和數(shù)據(jù)采集及控制模塊，其中測力殼體內裝配有軸齒輪，軸齒輪的中心軸與車輛方向盤的轉軸相連接，軸齒輪與設在測力殼體一側的齒條相嚙合，應變筒設在齒條的對應側，應變筒內裝配有彈簧，彈簧與齒條相連接，應變筒上還裝配有應變片，應變片與數(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變片所傳遞的數(shù)據(jù)。軸齒輪的模數(shù)為2.5，設有七個齒，軸齒輪通過兩端的軸承被裝配在測力殼體內，軸承為深溝球軸承1622。齒條的模數(shù)為2.5，設有二十四個齒，齒條的兩端設有平滑段進行限位。測力殼體的下部對應軸齒輪的位置處設有固定座，固定座內對應軸齒輪的部位裝配有壓緊彈簧。應變片設有八片，其中第一應變片和第二應變片設在應變筒上部的外側壁上，第三應變片和第四應變片對稱設在應變筒下部的外側壁上，第一應變片和第二應變片連接在雙臂半橋電路的a點與b點之間，第三應變片和第四應變片連接在雙臂半橋電路的c點和d點之間，在雙臂半橋電路的a點與d點之間連接有第五應變片和第六應變片，在雙臂半橋電路的b點與c點之間連接有第七應變片和第八應變片，數(shù)據(jù)采集及控制模塊通過導線與第一應變片、第二應變片、第三應變片和第四應變片相連。數(shù)據(jù)采集及控制模塊中包括有電源、電橋電路、轉向盤轉角模擬控制器、總控開關和保護電阻，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向盤轉角模擬控制器上，總控開關設在電源與電橋電路的連接線路上，保護電阻設在電橋電路與轉向盤轉角模擬控制器的連接線路上。本實用新型提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉動角度測量方法，其方法如下所述：步驟一：預先進行標定實驗，確定電橋電路輸出電壓與轉向盤轉動角度之間擬合函數(shù)；步驟二：將輸出電壓與轉向盤轉動角度之間的擬合函數(shù)預先設置在轉向盤轉角模擬控制器中；步驟三：駕駛人轉動轉向盤時，通過預先在轉向盤轉角模擬控制器中設置的擬合函數(shù)計算出轉向盤轉動角度。本實用新型中所述的應變片、電源、轉向盤轉角模擬控制器、總控開關和保護電阻均為現(xiàn)有設備的組裝，因此，具體型號和規(guī)格沒有進一步進行贅述。本實用新型的工作原理：當駕駛人轉動轉向盤時，軸齒輪嚙合齒條在運動的同時壓縮或者拉伸應變筒內的彈簧，從而使應變筒因為受力大小不同而產生不同程度的微小形變，微小形變改變了裝配在應變筒外側壁上應變片的電阻阻值大小，引起雙臂半橋電路中電壓Y的變化，從而使通過預先在轉向盤轉角模擬控制器中設置的擬合函數(shù)計算出轉向盤轉動角度。本實用新型的有益效果：本實用新型提供的測量裝置結構簡單，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現(xiàn)了轉向盤轉動角度的準確測量，有效的降低了測量系統(tǒng)成本；本實用新型提供的測量裝置及方法為科研、教學提供了有效的一種用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉角測量裝置及方法，在實現(xiàn)轉向盤轉角準確測量的同時也節(jié)省了測量成本。附圖說明圖1為本實用新型所述裝置整體結構示意圖。圖2為本實用新型所述裝置分解結構示意圖。圖3為本實用新型所述測力殼體剖視結構示意圖。圖4為本實用新型所述雙臂半橋電路布置示意圖。圖5為本實用新型所述數(shù)據(jù)采集及控制模塊結構示意圖。1、測力殼體2、應變筒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、第一應變片13、第二應變片14、第三應變片15、第四應變片16、第五應變片17、第六應變片18、第七應變片19、第八應變片20、電源21、電橋電路22、轉向盤轉角模擬控制器23、總控開關24、保護電阻。具體實施方式請參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示：本實用新型提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉角測量裝置包括有測力殼體1、應變筒2和數(shù)據(jù)采集及控制模塊3，其中測力殼體1內裝配有軸齒輪4，軸齒輪4的中心軸5與車輛方向盤的轉軸相連接，軸齒輪4與設在測力殼體1一側的齒條6相嚙合，應變筒2設在齒條6的對應側，應變筒2內裝配有彈簧7，彈簧7與齒條6相連接，應變筒2上還裝配有應變片，應變片與數(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能夠接收并處理應變片所傳遞的數(shù)據(jù)。軸齒輪4的模數(shù)為2.5，設有七個齒，軸齒輪4通過兩端的軸承8被裝配在測力殼體1內，軸承8為深溝球軸承1622。齒條6的模數(shù)為2.5，設有二十四個齒，齒條6的兩端設有平滑段9進行限位。測力殼體1的下部對應軸齒輪4的位置處設有固定座10，固定座10內對應軸齒輪4的部位裝配有壓緊彈簧11。應變片設有八片，其中第一應變片12和第二應變片13設在應變筒2上部的外側壁上，第三應變片14和第四應變片15對稱設在應變筒2下部的外側壁上，第一應變片12和第二應變片13連接在雙臂半橋電路的a點與b點之間，第三應變片14和第四應變片15連接在雙臂半橋電路的c點和d點之間，在雙臂半橋電路的a點與d點之間連接有第五應變片16和第六應變片17，在雙臂半橋電路的b點與c點之間連接有第七應變片18和第八應變片19，數(shù)據(jù)采集及控制模塊3通過導線與第一應變片12、第二應變片13、第三應變片14和第四應變片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、轉向盤轉角模擬控制器22、總控開關23和保護電阻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向盤轉角模擬控制器22上，總控開關23設在電源20與電橋電路21的連接線路上，保護電阻24設在電橋電路21與轉向盤轉角模擬控制器22的連接線路上。本實用新型提供的用于駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的轉向盤轉動角度測量方法，其方法如下所述：步驟一：預先進行標定實驗，確定電橋電路21輸出電壓與轉向盤轉動角度之間擬合函數(shù)；步驟二：將輸出電壓與轉向盤轉動角度之間的擬合函數(shù)預先設置在轉向盤轉角模擬控制器22中；步驟三：駕駛人轉動轉向盤時，通過預先在轉向盤轉角模擬控制器22中設置的擬合函數(shù)計算出轉向盤轉動角度。本實用新型中所述的應變片、電源20、轉向盤轉角模擬控制器22、總控開關23和保護電阻24均為現(xiàn)有設備的組裝，因此，具體型號和規(guī)格沒有進一步進行贅述。本實用新型的工作原理：當駕駛人轉動轉向盤時，軸齒輪4嚙合齒條6在運動的同時壓縮或者拉伸應變筒2內的彈簧7，從而使應變筒2因為受力大小不同而產生不同程度的微小形變，微小形變改變了裝配在應變筒2外側壁上應變片的電阻阻值大小，引起雙臂半橋電路中電壓Y的變化，從而使通過預先在轉向盤轉角模擬控制器22中設置的擬合函數(shù)計算出轉向盤轉動角度。本實用新型測量方法的標定試驗中，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多項式)如下所述：實驗標定獲得m組電橋電路輸出電壓與轉向盤轉角數(shù)據(jù)：k12…m轉向盤轉角xx1x2…xm輸出電壓YY1Y2…Ym在軟件matlab中構建自變量向量：轉向盤轉角x＝[x1、x2…xm]，輸入m組轉角輸入數(shù)據(jù)；構建因變量向量電橋電路輸出電壓：Y＝[Y1、Y2…Ym]，輸入對應的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右側的常數(shù)項的數(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式擬合函數(shù)系數(shù)：a0、a1……、anai是對應的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)。通過標定實驗得到電橋電21輸出電壓與轉向盤轉角之間的擬合函數(shù)之后，將擬合函數(shù)預先設置在轉向盤轉角模擬控制器22中。此后，向轉向盤轉角模擬控制器22中送入電橋電路21輸出電壓后，轉向盤轉角模擬控制器22即可輸出對應的轉向盤轉角信號，即得到了轉向盤轉動角度。當前第1頁1 2 3