專利名稱：一種具有傳感裝置的操縱桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操縱桿，該操縱桿具有使用磁性探測器來探測操縱桿的 活動部分與基本固定部分相對位置的傳感裝置。根據(jù)本發(fā)明的操縱桿適用于 通用車輛。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有4支術(shù)中，用于通用車輛(utility work vehicle )的4喿縱桿通常采用以 下方法探測操縱桿的活動部分(通常配有一個手柄)和基本固定部分之間的 相對位置操縱桿活動部分上排列著許多普通的條形》茲鐵，基本固定部分上 則排列著相應(yīng)的磁性探測器(如，霍爾效應(yīng)傳感器)。每一個磁性探測器探 測由相應(yīng)條形磁鐵所產(chǎn)生的磁通量。由于條形磁鐵產(chǎn)生的磁場在沿磁鐵長度 方向上是變化的，探測到的磁通量反映了操縱桿活動部分和基本固定部分之 間的相對位置。因此磁性探測器的輸出結(jié)果表示操縱桿的位置。在操縱桿中活動部分通常相對于基本固定部分進行角運動。因此，磁性 探測器遵循相對條形磁鐵的曲線軌跡。這些曲線軌跡以磁性探測器探測到的 磁通量變化響應(yīng)磁性探測器的運動距離呈明顯非線性的方式交叉磁力線。尤 其是在操作桿的中性位置或者其附近的位置，活動部分進行較大的角運動而 探測到的磁通量只有少量變化，從而導(dǎo)致角分辨力較差。之前，曾試圖用軟 件補償?shù)姆椒▉斫鉀Q上述問題。在中性位置或者其附近位置需要大量的軟件 補償，但這產(chǎn)生不良影響傳感器輸出結(jié)果的小變化將被轉(zhuǎn)化成大的角度變 化。盡管有一些誤差，例如氣隙,它在操作中是可變的，這意味著被定義為中 性位置的角范圍可以變化更大。這甚至可能危脅安裝有操縱桿的例如車輛的 應(yīng)用設(shè)備的安全性。因為，即使操縱桿并沒有被操作，它也可能會產(chǎn)生和傳 輸信號指示它已被操作，并且應(yīng)用設(shè)備會在無人操作情況下開始運轉(zhuǎn)。這將 帶來不利的甚至有可能是災(zāi)難性的后果。此外，由于校準(zhǔn)曲線通常是通過在被測量的校準(zhǔn)點之間內(nèi)插獲得，因此 上述非線性在校準(zhǔn)傳感器時需要相對大量的校準(zhǔn)點，且當(dāng)校準(zhǔn)曲線是明顯非線性的，需要大量的校準(zhǔn)點以保證校準(zhǔn)曲線的內(nèi)插部分能給出探測到的磁通 量及相關(guān)部分正確關(guān)系的真實影像。這是另一個缺陷，因為它會增加產(chǎn)品的 成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本能發(fā)明的目的是提供一種操縱桿，其至少在一定程度上避免了 上述問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種操縱桿，其中從傳感裝置獲得的輸出結(jié)果 的基本線性變化響應(yīng)操縱桿活動部分和基本固定部分之間的相對位置的線 性變化。
根據(jù)本發(fā)明，上述或其他目的可由以下操縱桿實現(xiàn)，其包括 基本固定部分，
適用于操作者手動操縱的活動部分，和
傳感裝置用于探測活動部分相對于基本固定部分的位置。傳感裝置包含 有磁鐵裝置，磁鐵裝置是由一塊或者多塊磁鐵組成，且形成預(yù)定磁場，磁性 探測器用于探測磁通量并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出結(jié)果，磁鐵裝置和磁性探測器中的 一個裝在基本固定部分，另一個則裝在活動部分，
其中，磁鐵裝置中的一個或多個磁鐵以這樣一種方式成形,在對活動部分 的操作過程中， 一個或多個磁鐵的外輪廓線基本跟隨一個或多個磁鐵和磁性 探測器之間的相對角運動。
在本發(fā)明上下文中，詞組"基本固定部分"應(yīng)該理解為操作時操縱桿上的 非手動部位，以及通常安裝有操縱桿的應(yīng)用設(shè)備的操作桿部分。從而，基本
固定部分不必完全固定，而是允許同應(yīng)用設(shè)備一起運動，同樣也可以與應(yīng)用 設(shè)備進行某些相關(guān)運動。比如，當(dāng)操縱桿安裝在車輛上時，基本固定部分將 會和車輛一起運動。另一個例子，操縱桿可以通過金屬線連接到應(yīng)用設(shè)備，
從而使操縱桿變?yōu)榭蓜拥?。為了使操作員使用操縱桿從這個位置移動到另一 個合適的位置，基本固定部分相對于應(yīng)用設(shè)備就是可動的了。然而，在任何 情況下，基本固定部分和決定設(shè)備操作的手動式操縱桿的活動部分之間做的 是相對運動。
因此，被操作員手動控制的操縱桿的活動部分是用于操作相關(guān)設(shè)備的。 磁鐵裝置和磁性探測器中的一個裝在基本固定部分，另 一個則裝在活動部分，這句話應(yīng)該理解為將磁鐵裝置或者是磁性探測器中任意一個裝在基本 固定部分。如果，磁鐵裝置被裝在了基本固定部分，磁性探測器則裝在活動 部分。另一方面，如果磁性探測器裝在了基本固定部分，那么磁鐵裝置裝在 活動部分。從而，當(dāng)活動部分與基本固定部分進行相對運動時，磁鐵裝置和
磁性探測器相對運動，并且磁鐵裝置和磁性探測器的相對運動與活動部分和 基本固定部分的相對運動是成比例的。
傳感器適用于探測活動部分相對于基本固定部分的位置。因此，當(dāng)操作 員操作活動部分時，活動部分與基本固定部分會進行相對角運動，同時，如 上所述的磁鐵裝置與磁性探測器之間也進行相對角運動，磁性探測器將探測 到磁通量的對應(yīng)變化，并且輸出結(jié)果會產(chǎn)生對應(yīng)變化。從而，輸出結(jié)果的變 化會在傳感器中產(chǎn)生，該變化表示活動部分與基本固定部分的相對運動。應(yīng) 注意，基于探測到的相對位置，可以計算出相對速度或者加速度。
磁鐵裝置中的-茲鐵(組)的外形以這樣一種方式確定在對活動部分的
操作過程中，磁鐵(組)的外輪廓基本跟隨磁鐵(組)和磁性探測器之間的
相對角運動。
在本發(fā)明上下文中，詞組"外輪廓"應(yīng)該理解為相應(yīng)磁鐵外表面所定義的 曲線形狀。 一旦改變磁鐵的外輪廓，例如，從大致直線變成曲線，就會改變 了磁鐵產(chǎn)生的磁場。將磁鐵設(shè)計為上文所描述的形式，在活動部分的操作過 程中，根據(jù)磁性探測器相對于一個或多個磁鐵移動距離，磁性探測器切割磁 場線時引起磁通量的大致線性變化就會被獲得。因此，磁性探測器獲得到所 產(chǎn)生的輸出結(jié)果也將是線性的。這是非常有利的，因為所需要的軟件補償會 大大減少，甚至是可以避免使用的。此外，上文中所描述的關(guān)于操縱桿的中 性部位的角度分辨力的問題也消除了，至少是大大減小了。從而，上文提及 的缺陷可以消除，至少也是相當(dāng)程度的縮小了。
磁鐵裝置包含至少一個限定了縱軸的磁鐵，所述一個或多個磁鐵沿縱軸 呈曲線狀，在活動部分的操作中，該曲線形狀會對應(yīng)一個或多個磁鐵和磁性 探測器間的相對角運動。在操縱桿中，活動部分與基本固定部分的相對運動 通常包括把活動部分繞樞轉(zhuǎn)點傾斜。從而，活動部分與基本固定部分之間的 相對運動是有角度的，磁性探測器與一個或多個磁鐵之間的相對運動也是有 角度的。因此，磁性探測器相對于磁鐵的運動路徑將呈曲線的。根據(jù)這樣的 實施例，有利之處在于至少一塊磁鐵具有曲線形狀。在這種情況下， 一個或多個》茲鐵是一種"香蕉"形狀，也就是它/它們是縱 向的形狀，且一個或多個磁鐵的端部被彎曲遠離縱軸。因而， 一個或多個磁 鐵的外形類似于普通的被彎曲過的條形磁鐵。然而，該一個或多個磁鐵是加 工制作的曲線狀，而不是通過將普通條形磁鐵彎曲獲得的。要想將普通條形 磁鐵彎曲來獲得這種曲線形狀，必須將磁鐵加熱到能重新磁化的程度。因此， 在多數(shù)情況下這種加工制作的方法不如直接將磁鐵制作成所需要的形狀。一個更好的方法是，外形曲線可以用這樣一種軌跡來描述，它的圓弧形 表面的旋轉(zhuǎn)軸從操縱桿的縱軸延長線垂直地延伸，且通過樞轉(zhuǎn)點。也可以采 用其他合適的軌跡。磁鐵裝置可以包含四塊-茲鐵，每塊》茲鐵定義一個縱軸，這些;茲鐵組成一 個方形或者矩形。這與上述現(xiàn)有技術(shù)的操縱桿十分相似。然而，在這種情況 下，所有的;茲鐵只有一種外形輪廓形狀，其在活動部分的操作過程中跟隨著 磁鐵與磁性探測器之間的相對角運動，例如上述定義的曲線形狀?；蛘撸?一個或多個磁鐵還可以以其他適合的方式排列。磁性探測器可以是或者包含至少 一個霍爾效應(yīng)傳感器。如果磁鐵裝置包 含了四塊如上所述的磁鐵，那么磁性探測器最好包含四個霍爾效應(yīng)傳感器， 一個傳感器對應(yīng)一塊磁鐵，并且要以每個傳感器都能夠測量出相應(yīng)磁鐵所產(chǎn) 生的磁通量的方式排列。因為它們能以低成本獲得，所以最好使用霍爾效應(yīng) 傳感器。或者，其他合適的磁性探測器也可以被使用，例如磁力儀。安裝在基本固定部分上的活動部分要使之能圍繞著 一 個樞轉(zhuǎn)點相對于 基本固定部分樞轉(zhuǎn)地運動，這在操縱桿中很常見。然而，在特殊的應(yīng)用中， 也能想象出其他合適的辦法使活動部分安裝在基本固定部分上。根據(jù)本發(fā)明，操縱桿適用于安裝在通用車輛上或者是其一組成部分，像 挖掘機、卡車等。舉個例子，本發(fā)明所述的操縱桿可用于操作車輛的各種液 壓設(shè)備，例如液壓閥，或者用于駕駛車輛或者是操作車輛的傳動系統(tǒng)。因此，本發(fā)明也涉及包括本發(fā)明的操縱桿的通用車輛。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進行進一步描述，其中圖1為本發(fā)明的操縱桿的俯視圖，圖2是圖1中的才喿縱桿沿線A-A的截面圖，圖3是圖1和圖2的側(cè)一見圖，
圖4是用在現(xiàn)有技術(shù)中操縱桿中的磁鐵的透視圖，
圖5是由圖4中的磁鐵產(chǎn)生的磁場的等值線圖，
圖6是依據(jù)本發(fā)明實施例的操縱桿中使用的磁鐵的透視圖，
圖7是由圖6中的磁鐵產(chǎn)生的磁場的等值線圖，
圖8是由傳感器獲得的作為角度的函數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)中的操縱桿的場強與 依據(jù)本發(fā)明實施例的操縱桿的場強的比較圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的操縱桿1的俯視圖。操縱桿1包含一個設(shè) 置在活動部分3上的把手2,活動部分3樞轉(zhuǎn)地安裝在基本固定部分4上。 因此，操作者可以移動把手2使活動部分3相對于基本固定部分4樞轉(zhuǎn)。這 在下文將作進一步地說明。
四塊磁鐵(不可見的)被安裝在活動部分3上，四個霍爾效應(yīng)傳感器(不 可見的)被安裝在基本固定部分4上。每一個霍爾效應(yīng)傳感器由此都能探測 出 一個磁鐵所產(chǎn)生的磁通量。這個也將在下文作進一步地詳細說明。
圖2是圖1中的操縱桿沿線A-A的截面圖。從圖2中可以很清楚地看出 把手2沿基本上向上的方向從活動部分3上突出。活動部分3具有一個在基 本固定部分4的上部6下延伸的下軛5?；顒硬糠?能沿著樞轉(zhuǎn)線7樞轉(zhuǎn)。 另一條類似的樞轉(zhuǎn)線(不可見的)與轉(zhuǎn)動線7基本垂直地設(shè)置。因此，活動 部分3可以在兩個方向上相對于基本固定部分4樞轉(zhuǎn)。
活動部分3的磁鐵座8上安裝了 4塊磁鐵9,其中兩塊磁鐵在圖2中可 視。磁鐵9具有曲線形狀，該曲線形狀將參照圖6作進一步說明。
基本固定部分4上裝有四個霍爾效應(yīng)傳感器10。每個霍爾效應(yīng)傳感器 10以正對著一塊磁鐵9的方式安裝。因此，這樣每個霍爾效應(yīng)傳感器10都 能探測到一個磁鐵9產(chǎn)生的磁通量。而且，霍爾效應(yīng)傳感器10能產(chǎn)生一個 響應(yīng)探測到的磁通量的輸出結(jié)果。由于磁鐵所產(chǎn)生的磁通量作為相對于該磁 鐵位置的函數(shù)變化，因此霍爾效應(yīng)傳感器10的輸出結(jié)果表示活動部分3相 對于基本固定部分4的關(guān)于兩個樞轉(zhuǎn)軸7的角度位置。
在基本固定部分4的下面有一個印刷電路板(PCB)組件11。這是用于 收集每一個霍爾效應(yīng)傳感器IO所產(chǎn)生的輸出結(jié)果。圖3是圖1和圖2的操縱桿1的側(cè)視圖。圖3中操縱桿1的活動部分3 繞樞轉(zhuǎn)軸7傾斜18° 。操作者通過操作把手2將活動部分3移動到這個位置。 從而-茲鐵9相對于霍爾效應(yīng)傳感器IO做角運動。
圖4是用于現(xiàn)有技術(shù)的操縱桿1的普通條形磁鐵12的透視圖。圖4顯 示了在活動部分和基本固定部分的相對角運動中，霍爾效應(yīng)傳感器相對于磁 鐵12的軌跡線13。明顯看出，條形》茲鐵12的形狀，尤其是它的外輪廓與軌 跡線13有顯著的不同。
圖5是在軌跡線13限定的平面中由圖4中；茲鐵12產(chǎn)生的磁場平面外部 分(out of plan component )等值線圖。也表示了霍爾效應(yīng)傳感器的軌跡線13。 在等值線圖中，每一條線都代表一個給定的場強強度水平，且該水平相對于 磁場強度被相等地間隔，即圖中每相鄰兩條線的磁場強度變化都是相同的。 因此，緊密間隔的線指示了急劇變化的場強，兩線距離稍長時則表明了舒緩 變化的場強。
從圖5中能清晰地看出，當(dāng)按照霍爾效應(yīng)傳感器的軌跡線13、等值線以 磁場強度變化與移動距離基本呈非線性函數(shù)的形式相交。尤其是操縱桿中性 位置14附近的場強變化非常緩慢。因此，霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)生的響應(yīng)4企測 到的磁通量的輸出將相對于移動距離呈非線性變化。因此產(chǎn)生了上述缺點。
圖6是用在本發(fā)明所述的操縱桿中磁鐵9的透視圖。磁鐵9的外輪廓， 例如-茲鐵9的上表面或者下表面是彎曲的。圖中也顯示了霍爾效應(yīng)傳感器遵 循的軌跡線13。從圖6可以清晰地看出，上/下側(cè)曲率基本遵循軌跡線13 。
圖7是在軌跡線13限定的平面中由圖6中磁鐵9產(chǎn)生的磁場平面外部 分等值線圖。從圖7中可以清晰地看出，當(dāng)遵循與^茲鐵9下表面相一致的霍 爾效應(yīng)傳感器軌跡線13時，等值線以磁場強度變化與移動距離基本呈線性 函數(shù)的形式相交，即使在中性位置14附近。因此，由霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)生 的響應(yīng)檢測到的磁通量的輸出將相對于移動距離呈基本線性變化。如上所 述，這種情況是非常有利的。
圖8是例如包括圖4所示類型》茲鐵的現(xiàn)有技術(shù)中操縱桿與例如包括圖6 所示磁鐵的依據(jù)本發(fā)明實施例的操縱桿的用角函數(shù)表達的感應(yīng)器獲得的場 強比較圖。實線代表依據(jù)本發(fā)明的操縱桿，虛線代表現(xiàn)有技術(shù)中的操縱桿。 圖中能清晰地看到本發(fā)明的操縱桿對應(yīng)傾角的磁場強度變化比現(xiàn)有技術(shù)的 操縱桿更具有線性。
權(quán)利要求
1. 一種操縱桿(1)，包含基本固定部分(4)，適用于操作者手動操縱的活動部分(3)，和傳感裝置，其適用于探測所述活動部分(3)相對于所述基本固定部分(4)的位置，該傳感裝置包含有磁鐵裝置，該磁鐵裝置是由一塊或者多塊磁鐵(9)組成，且形成預(yù)定磁場，所述磁性探測器用于探測磁通量并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出結(jié)果，所述磁鐵裝置和磁性探測器中的一個裝在所述基本固定部分(4)上，所述磁鐵裝置和磁性探測器中的另一個裝在所述活動部分(3)上，其中，所述磁鐵裝置中的一個或多個磁鐵(9)以這樣一種方式形成，在對活動部分(3)的操作過程中，所述一個或多個磁鐵(9)的外輪廓線基本跟隨所述一個或多個磁鐵(9)和磁性探測器之間的相對角運動。
2、 如權(quán)利要求1所述的操縱桿(1)，其中所述磁鐵裝置包含至少一個 定義縱軸的磁鐵(9)，所述一個或多個磁鐵(9)沿所述縱軸呈曲線形狀， 在活動部分(3)的操作中，該曲線形狀對應(yīng)所述一個或多個磁鐵(9)和磁 性探測器間的相對角運動。
3、 如權(quán)利要求1或者2所述的操縱桿(1 )，其中所述磁鐵裝置包含四 塊磁鐵(9),每一塊定義一縱軸，所述一個或多個磁鐵(9)以組成方形或 者矩形的方式排列。
4、 如上述權(quán)利要求中任一所述的操縱桿(1 ),其中所述^f茲性探測器是 或包含至少一個霍爾效應(yīng)傳感器(10)。
5、 如上述權(quán)利要求中任一所述的操縱桿(1 )，其中所述活動部分(3) 安裝在所述基本固定部分(4)上，4吏得所述活動部分(3)能相對于所述基 本固定部分(4)繞樞軸點(7)運動。
6、 一種通用車輛，其包括前述任一項權(quán)利要求所述的操縱桿(1)。
全文摘要
一種操縱桿(1)，包含基本固定部分(4)和適用于操作者操作的活動部分(3)、用于探測活動部分(3)相對于基本固定部分(4)位置的傳感裝置，傳感裝置包含由一塊或者多塊磁鐵(9)組成的磁鐵裝置且形成一個預(yù)定磁場，磁性探測器用于探測磁通量并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出結(jié)果。磁鐵裝置或磁性探測器可安裝在基本固定部分(4)上，也可安裝在活動部分(3)上。兩部分(3、4)之間的相對運動導(dǎo)致了磁鐵裝置和磁性探測器的相對運動。磁鐵裝置中的一個或多個磁鐵(9)以這樣一種方式成形，其在可動部分(3)的操作過程中外輪廓線基本跟隨一個或多個磁鐵(9)和磁性探測器之間的相對角運動。因此從磁性探測器中獲得的輸出結(jié)果也呈線性變化。
文檔編號G06F3/033GK101299158SQ20081009667
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者尼克·韋彭納 申請人:索爾-丹佛斯公司