CN117386715B - 转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统，属于汽车零部件技术领域，其中一种转动限制的球头关节，包括球头座和球头本体，所述球头座内部设有空腔，其能够容置球头本体，并使球头本体能够以其球心为中心进行多角度摆动或转动，所述球头座连接有连杆，球头本体上连接有连接柱，所述在球头本体在连接柱相对处的外壁上设有长条状凸台，所述空腔的底部布置有限位块，所述限位块具有凹槽结构，所述凹槽能够容置凸台，所述凹槽的宽度大于凸台的宽度，并小于凸台的长度。

Description

转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，特别涉及可应用在新能源等汽车上的转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统。

背景技术

金属疲劳是指一种在交变应力作用下，金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

通过在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。

车辆中有许多运动部件，比如车辆底盘结构中的球头关节或连杆等，其起到连接、承载和控制等作用，在车辆运行过程中会发生拉伸、摆动或转动等动作，由于车辆行环境和行驶路况差异及复杂性，在不同的使用环境中，如温度低至﹣40℃、或在高速行驶时遇到不可预测的坑洞或坡面、或在长时间在非铺装路面（越野）极限行驶、或车辆被应用于营运车辆（如出租车等）连续长时间使用等情况，在长时间一定积累后，车辆底盘结构中的球头关节或连杆极易产生裂缝、金属疲劳甚至断裂等现象，严重影响行车的安全。

即便对球头或连杆进行高阶的现代处理，由于生产厂商无法完全的限制使用者对车辆的使用环境和使用方式，故任然存在较大的风险，反而当车辆发生类似的故障时，很多使用者反而极易认定为是车辆的品质问题。

目前我们新能源汽车越来越得到推广，并且出口到国外的数量大量增加，新能源汽车相比于传统汽车，由于其自重大、加速迅猛、结构复杂并且整合度高，其车辆底盘结构中的球头关节或连杆比传统的汽车承受的力更大，使用时的冲击力也更强，故对其进行使用寿命进行实时评价具有极为重要的作用，通过使用寿命进行评价系统，可以判断当前部件的使用情况或使用寿命情况，并在机车系统支持下，实现提前进行维护或更换的提示，从而确保整车行驶的安全性；

球头或连杆本身其价值并不是特别高，但其损坏后可能会使车辆失控，并可能产生严重的伤害，故在预知使用寿命前进行维护或更换具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统，通过限制球头运动的连续转动来提高其工作稳定性，并能够通过运动记录的方式评价自身使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种转动限制的球头关节，包括球头座和球头本体，所述球头座内部设有空腔，其能够容置球头本体，并使球头本体能够以其球心为中心进行多角度摆动或转动，所述球头座连接有连杆，球头本体上连接有连接柱，所述在球头本体在连接柱相对处的外壁上设有长条状凸台，所述空腔的底部布置有限位块，所述限位块具有凹槽结构，所述凹槽能够容置凸台，所述凹槽的宽度大于凸台的宽度，并小于凸台的长度。

进一步的，所述球头本体嵌入布置有永磁体，在所述球头座上布置有至少两个霍尔传感器，其中一个霍尔传感器布置在永磁体的直线对应处，其他一个或多个霍尔传感器布置在第一霍尔传感器的外侧。

进一步的，所述永磁体布置在凸台的中心位置，所述永磁体的外端与球头本体或凸台外表面齐平，或永磁体外端接近但不超出球头本体或凸台的外表面，所述霍尔传感器为两个，其中一个霍尔传感器布置在永磁体的直线对应处，所述第二霍尔传感器布置在与球头转动的最大角度处对应，并处在靠近连杆的一侧。

进一步的，所述凸台的外壁为圆弧结构，其圆弧的圆心与球头本体的球心重合。

进一步的，所述凸台的前后两端为弧形过渡结构。

进一步的，所述球头座与球头本体之间布置有耐磨材料，所述耐磨材料为POM（聚甲醛树脂）材料，限位块为消磁合金钢材料，并经过氮化表面处理。

一种转动限制的球头关节的使用寿命实时评价系统，包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置所述球头关节，通过所有的霍尔传感器获取信号数据，所述信号数据包括永磁体在球头座处对应的实时角度值；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值；

累计模块，接收处理模块的角度变动值、变动加速度值和运动频率值，依据设定判断和权重获得累计使用值。

进一步的，累计模块在获得累计使用值时，增加环境温度的权重。

进一步的，处理模块和累计模块在获得累计使用值时，以环境温度T为第一判断因素、运动频率值H为第二判定因素、角度变动值V为第三判定因素、变动加速度值A为第四判定因素的序列进行处理。

进一步的，处理模块在处理操作时，依据实时角度值，确定当前永磁体的磁性变动情况，并以磁性变动后的数值修正获取获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值。

采用本方案，对比现有技术，具有以下好处：

本方案一种转动限制的球头关节，通过限位块和凸台的结构布置，使球头本体在球头座内部可以实现多角度的偏转，也可以实现凸台在限位块凹槽内的转动，但球头本体不能再球头座内实现完整一圈的转动，故该结构可以防止球头本体在使用过程中由于惯性导致其发生进行连续旋转的情况；

由于在机动车等车辆的转向拉杆总成中使用的球关节没有具备摆动限位的功能，在使用中由于惯性拉杆沿着拉杆杆身来回旋转，影响球关节球销的安全，以及影响车辆的舒适性能；

也有采用把球销轴向完全固定住的方式，球关节只有旋转，不能摆动，影响车辆的操控性能；，故本方案能减少拉杆引起的共振现象，在长时间使用后，可以防止连续旋转造成相关联的螺栓螺母等部件发生松动空旷等现象，故可以提高使用的稳定性和安全性；

本方案一种转动限制的球头关节，在球头关节内部布置永磁体和霍尔传感器，首先永磁体和霍尔传感器的体型均为微小结构，故不会影响球头原有的结构和使用功能，同时永磁体和霍尔传感器之间通过对磁场的感应而获取转动角度数据，其不存在机械连接结构，故也不影响球头原有的结构和使用功能；

作为本方案的优选方案，在球头座上布置两个霍尔传感器，其中第一霍尔传感器以中心位置布置，第二霍尔传感器以转动角度的方式布置，通过两个角度偏移的霍尔传感器可以大大提高实时角度值的准确度，提高测量的精准度；同时采用两个霍尔传感器可以作为彼此的校验，比如在永磁体使用一定时间后磁性有一定的下降后，通过比对两个霍尔传感器的初始值，可以确保在永磁体出现一定的衰减后，还能够获取准确的实时角度值，并降低球头的维护成本；

本方案一种转动限制的球头关节的使用寿命实时评价系统（以下简称评价系统），通过记录分析角度变动值、变动加速度值和运动频率值，并通过对球头关节在模拟疲劳的测试中数据进行对应比对，遴选处球头关节应力幅值、平均应力大小和循环次数的对应参考，获取累计使用值，同时本方案还考虑加入环境因数，如在极寒环境下，金属疲劳的变化，进而是累计使用值更加科学合理；

本方案评价系统能够通过分析角度变动值，当变化曲线发生断层或跳跃等情况时，可以球头关节或连杆发生空旷、磨损或破损等情况，进而实现提示和预警作用；

综合来说，本方案评价系统采用低成本、小结构和利用目前越来越强悍的机车主机体统，实现对球头和连杆使用寿命和现状的评估预测，并提供维护更换参考，能够大大车辆维护的合理性、规范性和便利性，能够对车辆因球头或连杆破损断裂等严重维护的情况进行预知和预防，特别适合目前大力推广新能源汽车和出口新能源汽车的应用，具有极好的意义和使用推广价值。

附图说明

图1为优选实施例球头关节内部结构示意图。

图2为球头关节结构分解示意图。

图3为球头内部结构示意图。

图4为球头转动结构简图。

图5电压-角度反馈曲线图。

图6为永磁体衰减后的曲线对比图。

图7为车辆运行球头转动时间轴参考图。

图8为车辆运行时间轴的取值参考图。

具体实施方式

众所周知，车辆使用具有很大的差异，传统的车辆保养维护通常以间隔使用时间（如十二个月）或行驶里程（如一万公里）来实施的，这种方式存在很大的缺陷；车辆长时间在路况优良的平整的路面上行驶和长时间在恶劣的非铺装路面上行驶，对车辆的悬挂系统，特别是球头及连杆结构造成的损伤是天差地别的，本方案的初衷是提供一种转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统，一个是通过改良球头关节并使其防止自身转动而造成不良影响，而评价系统则用来实时评价球头或连杆的使用寿命，从而可以实现在复杂和差异环境下球头或连杆使用寿命的评估，进而可以对球头及连杆进行维护更换进行提示和参考，预防因其破损而造成的严重伤害情况。

参考图1图2图3，一种转动限制的球头关节，可以应用于车辆的转向拉杆总成中，传统的球头关节在使用中由于惯性，会使球头关节沿着拉杆来回旋转。其包括球头座1和球头本体2，球头座1内部设有空腔，其能够容置球头本体2，并使球头本体2能够以其球心为中心进行多角度摆动或转动，球头座1连接有连杆11，球头本体2上连接有连接柱21，在球头本体2在连接柱21相对处的外壁上设有长条状凸台22，空腔的底部布置有限位块12，限位块12的中部具有长条状凹槽结构，凹槽能够容置凸台22，准确的说，限位块12凹槽的宽度大于凸台22的宽度，并小于凸台22的长度，球头本体2级凸台22能够在球头关节本身设计转动范围内自由转动，实现连接和承载的作用，但凸台22在限位块12凹槽的限制下，无法进行360度转动操作，故该结构可以防止球头本体2在使用过程中由于惯性导致其发生进行连续旋转的情况。

凸台22与球头本体2为一体结构，从侧面看，其外壁为圆弧结构，其圆弧的圆心与球头本体2的球心重合。从上往下看，凸台22的前后两端为半圆形圆弧过渡结构，可以减少运动的阻力，并使运动运动更加流畅。

为了使球头关节磨损更少、运行更加流畅、并提高使用寿命，球头座1与球头本体2之间布置耐磨部13，耐磨部13主体可以我POM（聚甲醛树脂）的耐磨材料制作而成，耐磨部13为一圈环状结构，其内壁与球头本体2贴合配合，外侧与球头座1的空腔固定配合，限位块12的顶部也与球头本体2贴合配合，其材料可以为消磁合金钢材料，并经过氮化表面处理具有极好的硬度和耐磨性，球头座1的空腔通过底部的盖板14组合为全封闭密封结构，内部可以加注定量的润滑油脂，实现免维护结构，在球头座1的顶部布置有胶套15，起到隔离密封作用，防止水或灰尘泥土的侵入。

球头本体2在水平位置并相对连杆11中心处一侧设有凹孔，凹孔内刚好放置有永磁体3，并使永磁体3稳固安装，为了提高磁通量，永磁体3可以为汝铁硼材料，永磁体3的外表面刚好球头本体2的外表面齐平，或永磁体3外端接近但不超出球头本体2的外表面，故不会干涉球头本体2的转动，在初始状态下，永磁体3采用水平布置方式，其S极与N极中心点的连线进过球头本体2的球心。

在球头座1的内壁或耐磨部13处（具体处决于耐磨部13的厚度，如耐磨部13薄至小于2毫米，则可以直接布置在球头座1的内壁处，并且耐磨板13为POM材料，其不会影响永磁体3的磁场，为了简化说明，以下以永磁体3布置在球头座的内壁处为例），分别为第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32；

更具体的说，第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32均指向球头本体2的球心方向布置，并且该两者与球头本体2的球心间的距离是相等的，为了提高灵敏度，第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32都是贴着球头本体2的外壁布置，但第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32和球头本体2之间留有间隙，故他们之间并不接触或产生摩擦；

在初始状态下，第一霍尔传感器31布置在永磁体3中心线的对应处，第二霍尔传感器32布置在第一霍尔传感器31的上方，第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32与球头本体2圆心的夹角与球头关节最大的转动角度向匹配，虽然不同的球头关节其设计的最大转动角度有一定的差异，本实施例以最大转动角度为±30°为说明；在实际设计时，可以设计为在初始状态下（车辆静止处于平整的路面上，并且处于整备质量的负载情况下）永磁体31与第一霍尔传感器31刚好直线对应，并处于水平布置状态。

为了更好地测量球头本体2与球头座1之间相对的转动角度，第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32的中心点处在连杆11的转动平面上。同时由于本球头关节在凸台22及限位块12凹槽的限制作用下，其主体以凸台22的转动方向为主，故能够保证永磁体3不会与第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32发生较大的偏离，故可以简化计算量的同时，确保整体数据更加真实可控。

霍尔传感器主要应用了霍尔效应，其从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。在洛仑兹力的作用下，电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在横向方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号，若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。

在本方案中，永磁体3产生磁场，当第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32因其与永磁体3的距离的改变而输出对应的电压值，进而能够反馈第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32与永磁体3的距离（角度）关系。

在一些实施例中，第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32为同型号类型的传感器，在另一些实施例中，由于第二霍尔传感器32通常处于相对远离永磁体3的位置，其感应能力可以比第一霍尔传感器31稍大，其工作方式也原理均为一种，故为了说明的便利，本文以两者为同型号的方式予以说明。

本发明的另一个技术方案是一种转动限制的球头关节的使用寿命实时评价系统，包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置球头关节，通过第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32获取信号数据，信号数据包括永磁体3在球头座1处对应的实时角度值；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值；

累计模块，接收处理模块的角度变动值、变动加速度值和运动频率值，并增加环境温度值，依据设定判断和权重获得累计使用值。

首先，针对本类型的球头关节及连杆，应当在进行复合疲劳测试操作，即在球头关节及连杆在同等的安装方式下，对其进行模拟加速测试，具体可以在横向和纵向施加不同频率的载荷操作，在经过特定的数量值后，对球头关节及连杆进行变形或超声波裂缝等检查，当确定球头关节及连杆存在使用风险后，并通过多次该试验的方式记录当前的模拟测试值。

参考图4图5，针对如何获取实时角度值，即获取球头本体2（永磁体3）在球头座1（第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32）的位置及角度关系，具体的说，系统在初始时先确定霍尔传感器的反馈曲线，反馈曲线具体在球头关节上来说就是第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32在与永磁体3转动角度下反馈出的电压值坐标曲线；

由于本方案的球头关节通过凸台22与限位块12配合的结构，故以凸台22中心处，凸台22的前后方向具有较大的转动角度空间，而凸台22的左右两侧方向，其具有较小的转动角度空间，故针对本球头关节，并且为了简化计算量，可以以凸台22中心剖面方向为转动角度的参考方向（忽略左右转动的方向）来实施定位，而一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32正是以凸台22中心剖面方向布置的，并且该布置方向与连杆11的中心线方向一致。

由于磁场强度并没有角度的区分，本方案通过在凸台22中心剖面方向布置而一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32的结构，如果只设立第一霍尔传感器31，依据其电压反馈值，不能够正确地区分球头座1（连杆11）处于上行转动状态（角度为正）或下行转动状态（角度为负）；此时，配合比对第二霍尔传感器32的电压反馈值，则可以清晰判断，第二个情况是，当转动角度处于相对较大的区间时，由于反馈曲线的末端往往是相对平缓的曲线，故其计算的误差将会被放大，此时准确性将大大下降，而配合第二霍尔传感器32则可以提高准确性；

现以图5中的电压反馈值坐标来反推转动角度，做一个实例说明：

第一霍尔传感器31反馈电压为V4，第二霍尔传感器32反馈电压为V4，则反推转动角度为A1；

第一霍尔传感器31反馈电压为V6，第二霍尔传感器32反馈电压为V3，则反推转动角度为A2；

第一霍尔传感器31反馈电压为V5，第二霍尔传感器32反馈电压为V2，则反推转动角度为A3；

故根据A1、A2和A3在角度轴上的刻度，即可以比对计算获取对应的实时角度值，我们将角度值布置在时间轴坐标中，可以得到如图7所示的车辆运行球头转动时间轴参考图。

本方案的核心是对时间轴参考图进行分析，而累计使用值主体正是通过对时间轴参考图的解读来获取的。

简单的可以理解，车辆行驶在较差的路况，球头的摆动幅度越大（受力越大），并且在特定频率区间（通过复合疲劳测试操作知晓）（也可以视为频率较大的情况的车辆的速度也对应越大，其受力也越大），并且在复合疲劳测试操作时，通过环境温度（大多数情况下是指低温）检查球头关节及连杆的易损情况来分析其使用寿命，通过这些直观的参数来最终确定累计使用值。

现在以典型的时间轴参考图（图8）为例来说明

从时间轴方向，依次划分为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间，其中第一区间曲线平缓，可以视为平整的如城市平整路面或高速公路行驶状态；第二区间和第四区间曲线相对具有较大的起伏，可以视为乡村道路或者轻微越野行驶状态；而在第三区间，曲线变得异常陡峭和紧密，可以视为处于极端道路或高速重越野行驶状态。

显而易见的说，不同的行驶状态对车辆球头关节及连杆的使用寿命是具有极大的差异的，依据复合疲劳测试操作的结果，在第一区间行驶状态，对球头关节及连杆的使用寿命的影响几乎可以忽略，而在第二或第四区间则需要依情况而看，而第四区间对其使用寿命的影响将成倍增加。

关于环境温度T因素，由于车辆可能在多种复杂环境温度下使用，环境温度值可以由系统通过读取传感车辆的信息获取，一般而言，当气温低至-20℃以下时，金属的脆性将增加，而润滑系统和橡胶件的效能及寿命也大大降低，故可以在这类环境中设定一个加速折寿的参数，比如说4倍，在气温在-20℃~-10℃之间，以及气温在40℃以上时，同样润滑系统和橡胶件的效能及寿命也有影响，故参数可以设为2倍，具体的数值如果需要严谨，可以经过复合疲劳测试操作进行获取，也可以计算机模拟测试获取；本文为了简化说明，以以上两个参数进行说明，同时需要说明的是环境温度T因素，由于获取简单，而其短时间不会发生大的变化，计算也方便，故将其设为第一判断因素。

关于运动频率值H因素，首先球头关节及连杆上下运动的频率是路况反馈的直接表现，连续的路况越差，运动的频率值就越高，而金属及橡胶件的耐用性就急剧降低，经过复合疲劳测试操作，可以获取当频率值达到一定的值时的反馈，故如像第三区间的运动（频率值大于3HZ左右），可以将参数设为5倍。

关于角度变动值V因素，角度变动值是对球头关节连接（及车轮）行程高度的直接反馈，也是路况的直接反馈，显而易见的说，不同行程高度反馈差异的受力情况，为了简化说明，本方案将行程高度划分为五个区间，其中上行区间三个，下行区间两个，车辆行驶时，大多数的情况通常都在上行区间，同时上行区间实现承载，并且减震弹簧处于压缩状态，故其受力均处于较大范围，而下行空间通常处于减震弹簧回弹状态，其受力相对较小，故可以对不同的区间设定差异的倍数，本方案中，上一区间和下一区间不计累计使用值，上二区间和下二区间设为1倍值，上三区间设为3倍值。

关于变动加速度值A因素，变动加速度值体现的是瞬间冲击力，比如平整的路面突然进入坑洞、车轮撞击石块等异物、或车辆急刹车等情况，时间轴参考图中表现为极为陡峭的上升曲线，在图8中A11、A12和A13段曲线位置均体现出车辆的极端受力情况，故以曲线的陡峭（曲率）情况，可以判定变动加速度值A因素的数量，并且可以设定其为10倍参数。

在实际操作时，处理模块和累计模块在获得累计使用值时，以环境温度T为第一判断因素、运动频率值H为第二判定因素、角度变动值V为第三判定因素、变动加速度值A为第四判定因素的序列进行处理，这样不仅合理，并且可以简化计算流程，提高计算效能；

现结合图8，具体说明累计使用值的计算方式，对本当期的时间轴参考图进行均匀间隔分段处理，分段可以减少计算量，并且便于波峰波谷间运动频率值H的技术，分段时间可以以3-10秒为宜；

首先确定环境温度T因素，以气温在-20℃~-10℃之间为例，设定2倍参数；

确定t1-t2时间区间的运动为运动频率值H因素对应区间，设定5倍参数；

确定在上二区间和下二区间波峰波谷的数量（从P1-P7共计7个点），该7个点为1倍倍参数，确定在上三区间的波峰数量（从P8-P14共计8个点），该8个点为3倍参数；

确定变动加速度值A为3段，该三段为10倍参数。

最终的技术表达为：2*（3*1+（4*1+（8*3）+3*10）*5）=586，故当期累计使用值为586；

累计模块连续累计的技术当期累计使用值，并将该连续的多组当期累计使用值发送至车辆的电子控制单元（ECU），并比对设定的警示使用值，当累计使用值大于等于警示使用值时，向机车系统发送警示信息。进入实现提示或提醒作用，而作为车辆的使用者或者维护单位，也可以通过车辆obd 接口，或机车系统读取该累计使用值，以确定球头关节及连杆的使用情况，并确定是否需要进行维护或更换操作。

参考图6， 在一些情况下，如永磁体3在长久使用后，或者受外界磁场干扰或者环境影响后，其磁性通常会下降，如果永磁体3的磁性下降，那么霍尔传感器的反馈电压就会降低，如果只使用一个霍尔传感器来实施测量操作，则对应的就是计算的车轮高度值区间范围比实际范围要小，测量的精准性将大大降低；

由于本方案通过第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32的配置结构，可以修正永磁体3的衰减误差，就是处理模块在计算各轮胎的实时高度值时，依据第一霍尔传感器31和第二霍尔传感器32的实时角度值，可以确定当前永磁体3的磁性变动情况，并可以通过修正的方式，来确保测量的结果的准确性；

具体的说，在图6中，由于永磁体3磁性衰减，反馈曲线被向下压缩，如果球头转动角度实际在A4位置，第一霍尔传感器31反馈为V7的电压值，而第二霍尔传感器32反馈为V8的电压值，但在处理模块中，以V7的电压值计算获取为A5的角度值，而以V8的电压值计算获取为A6的角度值，即计算的结果出现偏差，此时处理模块应当依据原有记载的衰减曲线比对数据，将V7的值修正为V7’，而将V8的值修正为V8’，故依旧可以计算获取准确的A4球头转动角度值，从而保证测量的精准度，故可精确长久稳定的获取转动角度值。

至此，本方案一种转动限制的球头关节及使用寿命实时评价系统，通过改良球头关节的结构，限制其在特定方向的转动角度，可以防止连续旋转造成相关联的螺栓螺母等部件发生松动空旷等现象，故可以提高使用的稳定性和安全性。而本方案的评价系统则用来实时评价球头连杆的使用寿命，从而可以实现在复杂和差异环境下对球头连杆使用寿命的评估，进而可以对球头连杆进行维护更换进行提示和参考，预防因其破损而造成的严重伤害情况，故具有极为积极有益的意义。

Claims (2)

1.一种转动限制的球头关节的使用寿命实时评价系统，其特征在于：

所述球头关节包括：

球头座和球头本体，所述球头座内部设有空腔，其能够容置球头本体，并使球头本体能够以其球心为中心进行多角度摆动或转动，所述球头座连接有连杆，球头本体上连接有连接柱，在所述球头本体在连接柱相对处的外壁上设有长条状凸台，所述空腔的底部布置有限位块，所述限位块具有凹槽结构，所述凹槽能够容置凸台，所述凹槽的宽度大于凸台的宽度，并小于凸台的长度；

所述球头本体在水平位置并相对连杆中心处一侧设有凹孔，凹孔内放置有永磁体，在初始状态下，永磁体采用水平布置方式，其S极与 N极中心点的连线经过球头本体的中心点，在所述球头座上布置有两个霍尔传感器，其中第一霍尔传感器布置在永磁体中心线的对应处，并处于水平布置状态，第二霍尔传感器布置在第一霍尔传感器的上方，第一霍尔传感器和第二霍尔传感器与球头本体中心点的夹角与球头关节最大的转动角度相匹配，第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的中心点处在连杆的转动平面上；

所述凸台的外壁为圆弧结构，其圆弧的圆心与球头本体的球心重合，所述凸台的前后两端为弧形过渡结构，所述球头座与球头本体之间布置有耐磨部，耐磨部主体由耐磨材料制作而成，耐磨部为一圈环状结构，其内壁与球头本体贴合配合，外侧与球头座的空腔固定配合，限位块的顶部与球头本体贴合配合，所述耐磨材料为POM材料，限位块为消磁合金钢材料，并经过氮化表面处理；

所述评价系统包括：

采集模块，在车辆底盘上应处布置所述球头关节，通过第一霍尔传感器和第二霍尔传感器获取信号数据，所述信号数据包括永磁体在球头座处对应的实时角度值；

处理模块，实时接受前处理模块的信号数据，对各实时角度值进行计算处理，获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值；

累计模块，接收处理模块的角度变动值、变动加速度值和运动频率值，依据设定判断和权重加权获得累计使用值；

累计模块在获得累计使用值时，增加环境温度的判断条件；

所述处理模块和累计模块在获取累计使用值时，包括以下步骤：

获取第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的两个实时反馈电压，反推转动角度，获取实时角度值；

通过上述实时角度值，绘制以时间为X轴和以角度为Y轴的球头转动的时间轴参考图；

在确定环境温度值因素时，以环境温度值为基础，对不同区间的环境温度值实施差异的倍值参数；

在确定运动频率值因素时，在时间轴参考图中，对不同区间的曲线运动频率值实施差异的倍值参数；

在确定角度变动值因素时，在时间轴参考图中，将行程高度划分为五个区间，其中上行区间三个，下行区间两个，对不同的区间实施差异的倍数；

在确定变动加速度值因素时，依据时间轴参考图中曲线的曲率情况，判定变动加速度值因素的数量，实施差异的倍值参数；

后以环境温度值为第一判断因素、运动频率值为第二判定因素、垂直转动角度值为第三判定因素、变动加速度值为第四判定因素的序列进行对应计算处理，获取当期累计使用值，最终获得累计使用值。

2.根据权利要求1所述的一种转动限制的球头关节的使用寿命实时评价系统，其特征在于：处理模块在处理操作时，依据实时角度值，确定当前永磁体的磁性变动情况，并以磁性变动后的数值修正获取当期球头本体对球头座的角度变动值、变动加速度值和运动频率值。