防水防塵式汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的設(shè)計

摘要：汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，作為汽車動力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的重要部分，關(guān)系著車輛行駛安全性和車輛的舒適感，當前多數(shù)轉(zhuǎn)角傳感器安裝在轉(zhuǎn)向柱，一般沒有專門設(shè)置防水防塵保護措施，很容易導(dǎo)致液體或者細小顆粒進入傳感器導(dǎo)致故障率升高，準確度降低，本設(shè)計通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件改良，最終達到防水防塵效果。

關(guān)鍵詞：汽車方向盤;轉(zhuǎn)角傳感器;設(shè)計;防水防塵

中圖分類號：V241.7+11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0020-02

0 ?引言

隨著現(xiàn)代汽車制造技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對汽車性能的要求越來越高。汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器是汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESP和汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS的組成部分。轉(zhuǎn)角傳感器通過計算方向盤的轉(zhuǎn)動角度和角速度來預(yù)測駕駛員的操作意圖，從而為車輛的其他控制單元提供控制動作的依據(jù)，提升汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的高速操縱穩(wěn)定性能和低速轉(zhuǎn)向回正性能。其精度和穩(wěn)定性直接關(guān)系著行車安全。在現(xiàn)有的技術(shù)中，轉(zhuǎn)角傳感器大多是套接在方向盤下端的轉(zhuǎn)動桿的轉(zhuǎn)向柱上，缺少防塵、防水保護，由于方向盤的長時間使用，連接處容易產(chǎn)生縫隙，很容易使一些細小顆?；蛘咭后w進入傳感器內(nèi)部，導(dǎo)致傳感器損壞故障率較高，也一定程度上影響汽車的安全駕駛。本文設(shè)計一款防水防塵式的汽車轉(zhuǎn)向角度傳感器，以避免液體和細小顆粒進入傳感器內(nèi)部降低傳感器的故障率，保障車輛的安全性。

1 ?防水防塵式轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本防水防塵式汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器包括方向盤、轉(zhuǎn)動桿和轉(zhuǎn)向角傳感器、防護外殼等主要結(jié)構(gòu)，如圖1所示。方向盤1和轉(zhuǎn)動桿2固定連接，轉(zhuǎn)向角傳感器3套接在轉(zhuǎn)動桿上。轉(zhuǎn)動桿設(shè)有用于罩住轉(zhuǎn)向角傳感器的防護外殼，防護外殼包括右端防護外殼5和左端防護外殼6。

左、右端防護外殼均為圓弧形結(jié)構(gòu)，如圖2所示。防護外殼上分別開設(shè)有凹槽10，兩個凹槽連接形成能套裝轉(zhuǎn)向角傳感器的空腔，轉(zhuǎn)向角傳感器卡合在空腔內(nèi)。右端防護外殼上設(shè)有固定孔9，固定孔位于右端防護外殼兩側(cè)，而左端防護外殼設(shè)有與固定孔相對應(yīng)的固定卡塊7，固定卡塊能與固定孔對應(yīng)卡合。右端防護外殼的側(cè)壁上開設(shè)有螺紋孔4，螺紋孔與固定孔相貫通，固定卡塊上設(shè)有與螺紋孔相對應(yīng)的螺孔。通過螺栓安裝使得左右端防護外殼能相互固定連接。

在右端防護外殼上設(shè)有固定卡槽8，固定卡槽位于右端防護外殼的兩端。在左端防護外殼上設(shè)有按桿12，按桿通過頂緊彈簧14與左端防護外殼連接，按桿上固定設(shè)有能與固定卡槽活動連接的卡合塊11。而左端防護外殼設(shè)有固定塊13，固定塊套接在按桿上，頂緊彈簧設(shè)置于固定塊中，按桿通過頂緊彈簧和固定塊設(shè)置于左端防護外殼上，卡合塊的頂端呈直角三角形結(jié)構(gòu)，卡合塊的尖角為圓弧形倒角，固定卡槽為能與卡合塊相互配合的L型結(jié)構(gòu)，且固定卡槽的一側(cè)為斜邊，固定卡槽上的斜邊與卡合塊的斜邊傾斜角度相同。通過斜邊方便將卡合塊卡在固定卡槽中，如圖3所示。

為了到達防水和防塵效果，轉(zhuǎn)向角傳感器3與轉(zhuǎn)動桿2的連接處套接有阻隔墊片15，阻隔墊片為工型結(jié)構(gòu)橡膠材質(zhì)，密封效果良好，如圖4所示。

2 ?防水防塵式轉(zhuǎn)角傳感器的使用流程

該防水防塵傳感器的生產(chǎn)安裝過程相對簡單，將阻隔墊片套接在轉(zhuǎn)動桿上，將轉(zhuǎn)向角傳感器安裝在轉(zhuǎn)動桿上，將阻隔墊片安裝在轉(zhuǎn)動桿和轉(zhuǎn)向角傳感器的連接處，將左右端防護外殼的凹槽正對轉(zhuǎn)向角傳感器卡合，將其包裹在凹槽內(nèi)。當右端防護外殼和左端防護外殼卡合時，卡合塊的斜面沿著固定卡槽的斜面滑動，此時按桿向固定塊內(nèi)運動，頂緊彈簧收縮，當卡合塊和固定卡槽卡合后在頂緊彈簧的作用下，使按桿復(fù)位，使卡合塊和固定卡槽的位置固定，同時，固定卡塊與固定孔卡合，將螺栓通過螺紋孔旋合緊固牢靠。

當產(chǎn)品維修更換時拆裝更加便利，首先將螺栓取出，按動按桿，使卡合塊從固定卡槽8中脫離，將右端防護外殼和左端防護外殼拆卸，零部件或者阻隔墊片進行維修更換，更換完畢后按照順序進行組裝，非常的簡單快捷。

3 ?試驗驗證

3.1 試驗材料及設(shè)備

試驗臺架是自制的某款微型汽車轉(zhuǎn)向振動試驗臺，試驗材料是泥土粉塵混合料（砂質(zhì)土、黏質(zhì)土和壤土1：1：1混合），自然雨水。

3.2 試驗設(shè)計及過程

本設(shè)計的轉(zhuǎn)角傳感器在試驗的過程中安裝在汽車轉(zhuǎn)向振動試驗臺傳動桿上，試驗過程中方向盤左右轉(zhuǎn)動幅度為左右幅度120°，轉(zhuǎn)動周期為6s，經(jīng)測試微型汽車車身振動頻率為20-25Hz，本次試驗選取的振動頻率為24Hz。將自然雨水和泥土粉塵混合料按照不同的比例涂抹在轉(zhuǎn)交傳感器總成四周，在常溫條件下，連續(xù)測試24小時后，再靜置48小時。經(jīng)過若干次樣品測試，在不同條件是得到試驗合格率，如表1所示。

3.3 試驗結(jié)果分析

產(chǎn)品經(jīng)過不間斷的運行24小時，再進行48小時靜置后，粉塵和液體如果能夠滲透到部件內(nèi)部，肯定會產(chǎn)生銹蝕，磨損等問題。經(jīng)過表1的數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)品的阻隔墊片對粉塵的阻隔效果比較好，基本很少滲到零件內(nèi)部，具有很好的實踐應(yīng)用效果，尤其是在防粉塵方面具有顯著的效果，例如經(jīng)過試驗干泥土混合料的產(chǎn)品試驗合格率達到100%。但是其對于防止液體滲透的試驗合格率還較低，表明其對液體的密封性還有待于提高，尤其是純液體的滲漏，當車輛涉水或者在極端條件下工作時還會造成數(shù)據(jù)偏差。因此本設(shè)計還需要進一步修改完善，需要側(cè)重關(guān)注液體的防滲漏問題，綜合考慮各種因素，初步設(shè)想在傳動桿與阻隔墊片結(jié)合部位增加密封圈保證液體不能滲漏到內(nèi)部。

4 ?結(jié)束語

總體來說防水防塵式的汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器與目前市面上的常見的傳感器相比，防水防塵效果良好，轉(zhuǎn)角的準確性較高，信號的故障率相對較低。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和拆卸，造價便宜，適用性廣。目前部件的設(shè)計、制作和試運行已經(jīng)完成。在項目組設(shè)計的汽車試驗效果良好，經(jīng)過參數(shù)分析到達國家標準。經(jīng)過市場調(diào)查分析，該部件主要應(yīng)用于中低端車型上面，經(jīng)過推廣應(yīng)用具有可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

參考文獻：

[1]張永東.汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的開發(fā)應(yīng)用[J].汽車電器，2019，7（07）：40-41.

[2]吳顯智.轉(zhuǎn)角傳感器零位標定模塊優(yōu)化設(shè)計[J].汽車零部件，2016，10（10）：37-40.

[3]李佳佳.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，158（02）：41-42.

[4]李慧，程丹，黃宗斌.微型客車車身結(jié)構(gòu)模態(tài)分析研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2011，2（04）：41-42，29.

[5]基湯瑋.關(guān)于功能安全的智能汽車EPS系統(tǒng)容錯控制研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2020.

[6]汝晨.汽車方向盤智能檢測儀的研究與設(shè)計[D].山東理工大學(xué)，2018.

基金項目：2020年廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2020KY44009）。

作者簡介：王洪廣（1980-），男，河南平頂山人，碩士，副教授，研究方向為汽車制造技術(shù)。