孫厚晨 吳彥宏 宋震

摘要：汽車操縱性穩(wěn)定性是汽車重要的性能之一，方向盤是駕駛員操縱汽車的主要部件之一，其對汽車操穩(wěn)性能的影響不言而喻。國家標準規(guī)定要定期用方向盤轉(zhuǎn)向力-轉(zhuǎn)向角檢測儀檢測方向盤“最大轉(zhuǎn)向力”和“自由轉(zhuǎn)角”。本文旨在研發(fā)一款裝夾方便，操縱簡單，而且準確性高的方向盤轉(zhuǎn)向力-轉(zhuǎn)向角檢測儀，建立檢測儀編碼器裝夾位置分析模型，分析編碼器安裝“偏心”距離對轉(zhuǎn)向角檢測準確性的影響，確立了轉(zhuǎn)向角檢測理論基礎(chǔ)。建立力傳感器安裝位置分析模型，并對安裝位置導致的力矩誤差進行了定量分析，確定裝夾部分采用“雙伸縮臂式”方案，以使偏心距離盡量小，設(shè)計檢測儀整體機械機構(gòu)，并用UG畫出三維模型，仿真出運動和裝夾效果。設(shè)計出合理鎖緊機構(gòu)，保證裝夾緊固。設(shè)計實驗證明對轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向角標定” 、“轉(zhuǎn)向力-轉(zhuǎn)向角檢測”、 “自由轉(zhuǎn)角檢測” 、“最大轉(zhuǎn)向力檢測”進行測量。試驗結(jié)果證明檢測儀對轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向角的檢測滿足檢定規(guī)程的要求。

關(guān)鍵詞：汽車 轉(zhuǎn)向參數(shù) 智能 檢測儀 設(shè)計 制作

中圖分類號：U467文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1模型的設(shè)計與制作前的準備與制作

1.1研究目標

在電子控制的基礎(chǔ)上發(fā)展研究并結(jié)合了電子顯示技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、ECU傳感器等尖端技術(shù)解決人們在“轉(zhuǎn)向力-轉(zhuǎn)向角”、“自由轉(zhuǎn)角”、“最大轉(zhuǎn)向力”檢測時遇到的問題，讓更多的技術(shù)人員輕松方便的檢測汽車方向盤的自由轉(zhuǎn)角、方向盤操縱力參數(shù)。

1.2背景分析

（1）汽車轉(zhuǎn)向器的介紹。汽車轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機、方向機，它是汽車轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。用以將發(fā)動機（或電機）輸出的部分機械能轉(zhuǎn)化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉(zhuǎn)向傳動裝置或轉(zhuǎn)向器中某一傳動件施加不同方向的液壓或氣壓作用力，以助駕駛員施力不足的一系列零部件，總稱為動力轉(zhuǎn)向器。

（2）實地調(diào)研。通過對樣本中人員的調(diào)查，得到以下數(shù)據(jù)：在調(diào)查的100人當中有35個人認為在數(shù)據(jù)精確度方面存在誤差；而有15個人認為在操作的便利性存在問題；有20個人覺得在數(shù)據(jù)顯示屏方面存在不清晰的問題；還有30個人認為價格過于昂貴；

2汽車轉(zhuǎn)向參數(shù)智能檢測儀模型的概述

2.1儀器組成

本儀器可以測量方向盤的自由轉(zhuǎn)角、原地轉(zhuǎn)向力、方向盤轉(zhuǎn)矩/操縱力、轉(zhuǎn)角和其他靜態(tài)、動態(tài)參數(shù)，并具有RS232接口，可與計算機和其他檢測設(shè)備一起構(gòu)成靈活的智能化檢測系統(tǒng)。

儀器整機電路設(shè)計采用微處理器作為測試數(shù)據(jù)處理單元，高亮度數(shù)碼管作為測試數(shù)據(jù)顯示器件，具有測試數(shù)據(jù)精確、顯示直觀、性能穩(wěn)定等特點；并可選配無線傳輸模塊，可方便地與其他計算機進行無線數(shù)據(jù)通訊；儀器外形美觀、使用方便；測試結(jié)果既可由顯示屏直接顯示輸出也可通過RS232接口發(fā)往計算機由主控計算機處理輸出，整個過程連接靈活，操作使用方便。

該檢測儀在測試中自動存儲本次測試過程中的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角的最大值以及其當時相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值和轉(zhuǎn)矩值。用戶也可以在測試過程中將當前的測試值實時地存儲起來（關(guān)機后，數(shù)據(jù)依舊存在，除非開機后，按“清楚”鍵，將數(shù)據(jù)清除掉）。儀器既可以顯示扭矩值（N.m），也可以切換為顯示力值（N）。如圖1-1所示。

圖1-1 汽車轉(zhuǎn)向參數(shù)智能檢測儀模型圖

2.2檢測原理

檢測儀上裝有方向盤，當轉(zhuǎn)動次方向盤時會給力傳感器施加扭矩，以此測得轉(zhuǎn)向力矩。 利用掛線一端固定在擋風玻璃上，另一端固定在編碼器上，當轉(zhuǎn)動檢測儀轉(zhuǎn)動時，拉線位置不變，即可測得轉(zhuǎn)向角利用裝在檢測儀一端的梁式力傳感器直接測得轉(zhuǎn)向力。利用電子轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)動角速度，再通過對角速度得到轉(zhuǎn)向角，通過電子顯示器顯示。

2.3裝夾裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用三臂固定方式，更加穩(wěn)定。中心轉(zhuǎn)盤可以和扭簧連在一起，利用扭簧的扭力自動收縮伸縮臂卡緊到方向盤上。 當順時針轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)盤時轉(zhuǎn)盤帶動伸縮臂及卡爪運動，實現(xiàn)收縮動作；與此相反，逆時針轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)盤，實現(xiàn)展開動作。其中轉(zhuǎn)動卡塊是可以自由轉(zhuǎn)動的，既對直臂有支撐作用，又對其有限位作用。此機構(gòu)三個卡爪是一起運動的。

2.4主要技術(shù)參數(shù)

（1）轉(zhuǎn)向力和力矩

1）測量范圍：

方向盤轉(zhuǎn)向力矩：20～100N.m

方向盤轉(zhuǎn)向力：100～500N

2）分度值d：

方向盤轉(zhuǎn)向力矩：0.2N.m

方向盤轉(zhuǎn)向力：1N

3）轉(zhuǎn)向力、轉(zhuǎn)向力矩示值誤差：≤±3%（F.S）

4）鑒別力：不大于1.5d

5）重復性：3%

（2）轉(zhuǎn)向角

1）測量范圍：順逆時針旋轉(zhuǎn)均不小于1080°

2）分度值：1°

3）分值誤差：±3°

4）重復性：3°

2.5功能說明

（1）自由轉(zhuǎn)角測量：逆時針旋轉(zhuǎn)儀器，當力值顯示為5～40N（不同的車型，該值不同）之間時，并且達到左極限時（車輪不動），按保存鍵，然后順時針旋轉(zhuǎn)儀器，當力值顯示為5～40N（不同的車型，該值不同）之間時，并且達到右極限時（車輪不動），再次按保存鍵，此時自由轉(zhuǎn)向角的測量已經(jīng)完成。在這個狀態(tài)下，如果對已測量數(shù)據(jù)不滿意，可以按照以上步驟重復測量，測量數(shù)據(jù)將會更替為最后一次測量的結(jié)果。

（2）最大轉(zhuǎn)向力測量：打開電源開關(guān)，儀器首先進入自由轉(zhuǎn)角測量狀態(tài)，按峰值鍵，蜂鳴器鳴響一聲（除按鍵音外），儀器進入最大轉(zhuǎn)向力測量狀態(tài)，此狀態(tài)下，儀器左側(cè)一組數(shù)碼管顯示實時轉(zhuǎn)向力值，單位為牛頓（N）；右側(cè)一組數(shù)碼管顯示實時地轉(zhuǎn)角值，單位為度（°），首先按保存鍵開始最大轉(zhuǎn)向力測量。

2.6汽車轉(zhuǎn)向參數(shù)智能檢測儀模型特色

利用模擬化數(shù)據(jù)顯示器，便于操作人員讀取數(shù)據(jù)。減小了體積和質(zhì)量，使價格成本降低。設(shè)計出合理機械結(jié)構(gòu)，保證操作方便，裝夾緊固，檢測數(shù)據(jù)準確。搭建出處理速度快、性能穩(wěn)定而電路微小的硬件系統(tǒng)。

3結(jié)語

方向盤操縱的“靈敏性”和“輕便性”對汽車操縱穩(wěn)定性影響較大。應(yīng)按國家標準規(guī)定需要及時準確得檢測方向盤的最大轉(zhuǎn)向力和自由轉(zhuǎn)角。該儀器采用高度集成化結(jié)構(gòu)，將力矩傳感器、轉(zhuǎn)向編碼器、微機、打印機和電池等裝在一個原型主機箱內(nèi)，使用方便，結(jié)果顯示直觀，由于對轉(zhuǎn)角進行自動判向，消除了駕駛員因轉(zhuǎn)向抖動而帶來的誤差，因而具有較高的測量精度。

參考文獻

【1】 汽車構(gòu)造： 張洪圖 編著/ 2009-1-21，北京理工大學出版社

【2】 汽車電器與電子控制技術(shù)： 馮淵 編著/ 2009-2-1/ 北京高等教育技術(shù)出版社

【3】 汽車維修技術(shù)及其設(shè)備：叢守智 編著/ 2011-11-1/ 機械工業(yè)出版社

【4】 交通違法對交通安全的影響

【5】 汽車博覽