一種具有傳感裝置的操縱杆的製作方法

2023-04-23 20:40:56

專利名稱：一種具有傳感裝置的操縱杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種操縱杆，該操縱杆具有使用磁性探測器來探測操縱杆的 活動部分與基本固定部分相對位置的傳感裝置。根據本發明的操縱杆適用於 通用車輛。
背景技術：
現有4支術中，用於通用車輛(utility work vehicle )的4喿縱杆通常採用以 下方法探測操縱杆的活動部分(通常配有一個手柄)和基本固定部分之間的 相對位置操縱杆活動部分上排列著許多普通的條形》茲鐵，基本固定部分上 則排列著相應的磁性探測器(如，霍爾效應傳感器)。每一個磁性探測器探 測由相應條形磁鐵所產生的磁通量。由於條形磁鐵產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杆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果表示操縱杆的位置。在操縱杆中活動部分通常相對於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 其是在操作杆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，從而導致角分辨力較差。之前，曾試圖用軟 件補償的方法來解決上述問題。在中性位置或者其附近位置需要大量的軟體 補償，但這產生不良影響傳感器輸出結果的小變化將被轉化成大的角度變 化。儘管有一些誤差，例如氣隙,它在操作中是可變的，這意味著被定義為中 性位置的角範圍可以變化更大。這甚至可能危脅安裝有操縱杆的例如車輛的 應用設備的安全性。因為，即使操縱杆並沒有被操作，它也可能會產生和傳 輸信號指示它已被操作，並且應用設備會在無人操作情況下開始運轉。這將 帶來不利的甚至有可能是災難性的後果。此外，由於校準曲線通常是通過在被測量的校準點之間內插獲得，因此 上述非線性在校準傳感器時需要相對大量的校準點，且當校準曲線是明顯非線性的，需要大量的校準點以保證校準曲線的內插部分能給出探測到的磁通 量及相關部分正確關係的真實影像。這是另一個缺陷，因為它會增加產品的 成本。

發明內容
因此，本能發明的目的是提供一種操縱杆，其至少在一定程度上避免了 上述問題。
本發明的另一目的是提供一種操縱杆，其中從傳感裝置獲得的輸出結果 的基本線性變化響應操縱杆活動部分和基本固定部分之間的相對位置的線 性變化。
根據本發明，上述或其他目的可由以下操縱杆實現，其包括 基本固定部分，
適用於操作者手動操縱的活動部分，和
傳感裝置用於探測活動部分相對於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，且形成預定磁場，磁性 探測器用於探測磁通量並產生相應的輸出結果，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。
在本發明上下文中，詞組"基本固定部分"應該理解為操作時操縱杆上的 非手動部位，以及通常安裝有操縱杆的應用設備的操作杆部分。從而，基本
固定部分不必完全固定，而是允許同應用設備一起運動，同樣也可以與應用 設備進行某些相關運動。比如，當操縱杆安裝在車輛上時，基本固定部分將 會和車輛一起運動。另一個例子，操縱杆可以通過金屬線連接到應用設備，
從而使操縱杆變為可動的。為了使操作員使用操縱杆從這個位置移動到另一 個合適的位置，基本固定部分相對於應用設備就是可動的了。然而，在任何 情況下，基本固定部分和決定設備操作的手動式操縱杆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杆的活動部分是用於操作相關設備的。 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，那麼磁鐵裝置裝在 活動部分。從而，當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，並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。
傳感器適用於探測活動部分相對於基本固定部分的位置。因此，當操作 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 到磁通量的對應變化，並且輸出結果會產生對應變化。從而，輸出結果的變 化會在傳感器中產生，該變化表示活動部分與基本固定部分的相對運動。應 注意，基於探測到的相對位置，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。
在本發明上下文中，詞組"外輪廓"應該理解為相應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 了磁鐵產生的磁場。將磁鐵設計為上文所描述的形式，在活動部分的操作過 程中，根據磁性探測器相對於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 產生的輸出結果也將是線性的。這是非常有利的，因為所需要的軟體補償會 大大減少，甚至是可以避免使用的。此外，上文中所描述的關於操縱杆的中 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，該曲線形狀會對應一個或多個磁鐵和磁性 探測器間的相對角運動。在操縱杆中，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，磁性探測器相對於磁鐵的運動路徑將呈曲線的。根據這樣的 實施例，有利之處在於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 鐵的外形類似於普通的被彎曲過的條形磁鐵。然而，該一個或多個磁鐵是加 工製作的曲線狀，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， 在多數情況下這種加工製作的方法不如直接將磁鐵製作成所需要的形狀。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 表面的旋轉軸從操縱杆的縱軸延長線垂直地延伸，且通過樞轉點。也可以採 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。這與上述現有技術的操縱杆十分相似。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。或者，該 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 一個霍爾效應傳感器。如果磁鐵裝置包 含了四塊如上所述的磁鐵，那麼磁性探測器最好包含四個霍爾效應傳感器， 一個傳感器對應一塊磁鐵，並且要以每個傳感器都能夠測量出相應磁鐵所產 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 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 個樞轉點相對於 基本固定部分樞轉地運動，這在操縱杆中很常見。然而，在特殊的應用中， 也能想像出其他合適的辦法使活動部分安裝在基本固定部分上。根據本發明，操縱杆適用於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，本發明所述的操縱杆可用於操作車輛的各種液 壓設備，例如液壓閥，或者用於駕駛車輛或者是操作車輛的傳動系統。因此，本發明也涉及包括本發明的操縱杆的通用車輛。


現在將參考附圖對本發明進行進一步描述，其中圖1為本發明的操縱杆的俯視圖，圖2是圖1中的才喿縱杆沿線A-A的截面圖，圖3是圖1和圖2的側一見圖，
圖4是用在現有技術中操縱杆中的磁鐵的透視圖，
圖5是由圖4中的磁鐵產生的磁場的等值線圖，
圖6是依據本發明實施例的操縱杆中使用的磁鐵的透視圖，
圖7是由圖6中的磁鐵產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的現有技術中的操縱杆的場強與 依據本發明實施例的操縱杆的場強的比較圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的實施例的操縱杆1的俯視圖。操縱杆1包含一個設 置在活動部分3上的把手2,活動部分3樞轉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相對於基本固定部分4樞轉。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。每一個霍爾效應傳感器由此都能探測 出 一個磁鐵所產生的磁通量。這個也將在下文作進一步地詳細說明。
圖2是圖1中的操縱杆沿線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。活動部分3能沿著樞轉線7樞轉。 另一條類似的樞轉線(不可見的)與轉動線7基本垂直地設置。因此，活動 部分3可以在兩個方向上相對於基本固定部分4樞轉。
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傳感器10。每個霍爾效應傳感器 10以正對著一塊磁鐵9的方式安裝。因此，這樣每個霍爾效應傳感器10都 能探測到一個磁鐵9產生的磁通量。而且，霍爾效應傳感器10能產生一個 響應探測到的磁通量的輸出結果。由於磁鐵所產生的磁通量作為相對於該磁 鐵位置的函數變化，因此霍爾效應傳感器10的輸出結果表示活動部分3相 對於基本固定部分4的關於兩個樞轉軸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。這是用於 收集每一個霍爾效應傳感器IO所產生的輸出結果。圖3是圖1和圖2的操縱杆1的側視圖。圖3中操縱杆1的活動部分3 繞樞轉軸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相對於霍爾效應傳感器IO做角運動。
圖4是用於現有技術的操縱杆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，霍爾效應傳感器相對於磁 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，且該水平相對於 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，當按照霍爾效應傳感器的軌跡線13、等值線以 磁場強度變化與移動距離基本呈非線性函數的形式相交。尤其是操縱杆中性 位置14附近的場強變化非常緩慢。因此，霍爾效應傳感器產生的響應4企測 到的磁通量的輸出將相對於移動距離呈非線性變化。因此產生了上述缺點。
圖6是用在本發明所述的操縱杆中磁鐵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傳感器遵 循的軌跡線13。從圖6可以清晰地看出，上/下側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，當遵循與^茲鐵9下表面相一致的霍 爾效應傳感器軌跡線13時，等值線以磁場強度變化與移動距離基本呈線性 函數的形式相交，即使在中性位置14附近。因此，由霍爾效應傳感器產生 的響應檢測到的磁通量的輸出將相對於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》茲鐵的現有技術中操縱杆與例如包括圖6 所示磁鐵的依據本發明實施例的操縱杆的用角函數表達的感應器獲得的場 強比較圖。實線代表依據本發明的操縱杆，虛線代表現有技術中的操縱杆。 圖中能清晰地看到本發明的操縱杆對應傾角的磁場強度變化比現有技術的 操縱杆更具有線性。
權利要求
1. 一種操縱杆(1)，包含基本固定部分(4)，適用於操作者手動操縱的活動部分(3)，和傳感裝置，其適用於探測所述活動部分(3)相對於所述基本固定部分(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，且形成預定磁場，所述磁性探測器用於探測磁通量並產生相應的輸出結果，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、 如權利要求1所述的操縱杆(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、 如權利要求1或者2所述的操縱杆(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、 如上述權利要求中任一所述的操縱杆(1 ),其中所述^f茲性探測器是 或包含至少一個霍爾效應傳感器(10)。
5、 如上述權利要求中任一所述的操縱杆(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)能相對於所述基 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利要求所述的操縱杆(1)。
全文摘要
一種操縱杆(1)，包含基本固定部分(4)和適用於操作者操作的活動部分(3)、用於探測活動部分(3)相對於基本固定部分(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定磁場，磁性探測器用於探測磁通量並產生相應的輸出結果。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 優先權日2007年3月16日
發明者尼克·韋彭納 申請人:索爾-丹佛斯公司