防水防塵式汽車方向盤轉角傳感器的設計

摘要：汽車方向盤轉角傳感器，作為汽車動力穩定性控制系統的重要部分，關系著車輛行駛安全性和車輛的舒適感，當前多數轉角傳感器安裝在轉向柱，一般沒有專門設置防水防塵保護措施，很容易導致液體或者細小顆粒進入傳感器導致故障率升高，準確度降低，本設計通過系統的結構件改良，最終達到防水防塵效果。

關鍵詞：汽車方向盤;轉角傳感器;設計;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

隨著現代汽車制造技術的不斷發展，人們對汽車性能的要求越來越高。汽車方向盤轉角傳感器是汽車穩定控制系統ESP和汽車電動助力轉向系統EPS的組成部分。轉角傳感器通過計算方向盤的轉動角度和角速度來預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，提升汽車轉向系統的高速操縱穩定性能和低速轉向回正性能。其精度和穩定性直接關系著行車安全。在現有的技術中，轉角傳感器大多是套接在方向盤下端的轉動桿的轉向柱上，缺少防塵、防水保護，由于方向盤的長時間使用，連接處容易產生縫隙，很容易使一些細小顆粒或者液體進入傳感器內部，導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。本文設計一款防水防塵式的汽車轉向角度傳感器，以避免液體和細小顆粒進入傳感器內部降低傳感器的故障率，保障車輛的安全性。

1 ?防水防塵式轉角傳感器的結構設計

本防水防塵式汽車方向盤轉角傳感器包括方向盤、轉動桿和轉向角傳感器、防護外殼等主要結構，如圖1所示。方向盤1和轉動桿2固定連接，轉向角傳感器3套接在轉動桿上。轉動桿設有用于罩住轉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構，如圖2所示。防護外殼上分別開設有凹槽10，兩個凹槽連接形成能套裝轉向角傳感器的空腔，轉向角傳感器卡合在空腔內。右端防護外殼上設有固定孔9，固定孔位于右端防護外殼兩側，而左端防護外殼設有與固定孔相對應的固定卡塊7，固定卡塊能與固定孔對應卡合。右端防護外殼的側壁上開設有螺紋孔4，螺紋孔與固定孔相貫通，固定卡塊上設有與螺紋孔相對應的螺孔。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，按桿上固定設有能與固定卡槽活動連接的卡合塊11。而左端防護外殼設有固定塊13，固定塊套接在按桿上，頂緊彈簧設置于固定塊中，按桿通過頂緊彈簧和固定塊設置于左端防護外殼上，卡合塊的頂端呈直角三角形結構，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型結構，且固定卡槽的一側為斜邊，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，轉向角傳感器3與轉動桿2的連接處套接有阻隔墊片15，阻隔墊片為工型結構橡膠材質，密封效果良好，如圖4所示。

2 ?防水防塵式轉角傳感器的使用流程

該防水防塵傳感器的生產安裝過程相對簡單，將阻隔墊片套接在轉動桿上，將轉向角傳感器安裝在轉動桿上，將阻隔墊片安裝在轉動桿和轉向角傳感器的連接處，將左右端防護外殼的凹槽正對轉向角傳感器卡合，將其包裹在凹槽內。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 試驗材料及設備

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

3.2 試驗設計及過程

本設計的轉角傳感器在試驗的過程中安裝在汽車轉向振動試驗臺傳動桿上，試驗過程中方向盤左右轉動幅度為左右幅度120°，轉動周期為6s，經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交傳感器總成四周，在常溫條件下，連續測試24小時后，再靜置48小時。經過若干次樣品測試，在不同條件是得到試驗合格率，如表1所示。

3.3 試驗結果分析

產品經過不間斷的運行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部，肯定會產生銹蝕，磨損等問題。經過表1的數據分析，產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部，具有很好的實踐應用效果，尤其是在防粉塵方面具有顯著的效果，例如經過試驗干泥土混合料的產品試驗合格率達到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據偏差。因此本設計還需要進一步修改完善，需要側重關注液體的防滲漏問題，綜合考慮各種因素，初步設想在傳動桿與阻隔墊片結合部位增加密封圈保證液體不能滲漏到內部。

4 ?結束語

總體來說防水防塵式的汽車方向盤轉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，轉角的準確性較高，信號的故障率相對較低。該裝置結構簡單，便于安裝和拆卸，造價便宜，適用性廣。目前部件的設計、制作和試運行已經完成。在項目組設計的汽車試驗效果良好，經過參數分析到達國家標準。經過市場調查分析，該部件主要應用于中低端車型上面，經過推廣應用具有可觀的經濟效益和良好的社會效益。

參考文獻：

[1]張永東.汽車方向盤轉角傳感器的開發應用[J].汽車電器，2019，7（07）：40-41.

[2]吳顯智.轉角傳感器零位標定模塊優化設計[J].汽車零部件，2016，10（10）：37-40.

[3]李佳佳.汽車轉向系統的結構優化設計[J].現代工業經濟和信息化，2018，158（02）：41-42.

[4]李慧，程丹，黃宗斌.微型客車車身結構模態分析研究[J].現代科學儀器，2011，2（04）：41-42，29.

[5]基湯瑋.關于功能安全的智能汽車EPS系統容錯控制研究[D].合肥工業大學，2020.

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

基金項目：2020年廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目（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。