汽車轉向參數智能檢測儀的設計與制作

孫厚晨 吳彥宏 宋震

摘要：汽車操縱性穩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，其對汽車操穩性能的影響不言而喻。國家標準規定要定期用方向盤轉向力-轉向角檢測儀檢測方向盤“最大轉向力”和“自由轉角”。本文旨在研發一款裝夾方便，操縱簡單，而且準確性高的方向盤轉向力-轉向角檢測儀，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”距離對轉向角檢測準確性的影響，確立了轉向角檢測理論基礎。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，設計檢測儀整體機械機構，并用UG畫出三維模型，仿真出運動和裝夾效果。設計出合理鎖緊機構，保證裝夾緊固。設計實驗證明對轉向力和轉向角標定” 、“轉向力-轉向角檢測”、 “自由轉角檢測” 、“最大轉向力檢測”進行測量。試驗結果證明檢測儀對轉向力和轉向角的檢測滿足檢定規程的要求。

關鍵詞：汽車 轉向參數 智能 檢測儀 設計 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

在電子控制的基礎上發展研究并結合了電子顯示技術、數據交換技術、ECU傳感器等尖端技術解決人們在“轉向力-轉向角”、“自由轉角”、“最大轉向力”檢測時遇到的問題，讓更多的技術人員輕松方便的檢測汽車方向盤的自由轉角、方向盤操縱力參數。

1.2背景分析

（1）汽車轉向器的介紹。汽車轉向器又名轉向機、方向機，它是汽車轉向系中最重要的部件。用以將發動機（或電機）輸出的部分機械能轉化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉向傳動裝置或轉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，總稱為動力轉向器。

（2）實地調研。通過對樣本中人員的調查，得到以下數據：在調查的100人當中有35個人認為在數據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個人覺得在數據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汽車轉向參數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角、原地轉向力、方向盤轉矩/操縱力、轉角和其他靜態、動態參數，并具有RS232接口，可與計算機和其他檢測設備一起構成靈活的智能化檢測系統。

儀器整機電路設計采用微處理器作為測試數據處理單元，高亮度數碼管作為測試數據顯示器件，具有測試數據精確、顯示直觀、性能穩定等特點；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據通訊；儀器外形美觀、使用方便；測試結果既可由顯示屏直接顯示輸出也可通過RS232接口發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矩和轉角的最大值以及其當時相應的轉角值和轉矩值。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（關機后，數據依舊存在，除非開機后，按“清楚”鍵，將數據清除掉）。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 汽車轉向參數智能檢測儀模型圖

2.2檢測原理

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

2.3裝夾裝置機械結構設計

采用三臂固定方式，更加穩定。中心轉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。 當順時針轉動中心轉盤時轉盤帶動伸縮臂及卡爪運動，實現收縮動作；與此相反，逆時針轉動中心轉盤，實現展開動作。其中轉動卡塊是可以自由轉動的，既對直臂有支撐作用，又對其有限位作用。此機構三個卡爪是一起運動的。

2.4主要技術參數

（1）轉向力和力矩

1）測量范圍：

方向盤轉向力矩：20～100N.m

方向盤轉向力：100～500N

2）分度值d：

方向盤轉向力矩：0.2N.m

方向盤轉向力：1N

3）轉向力、轉向力矩示值誤差：≤±3%（F.S）

4）鑒別力：不大于1.5d

5）重復性：3%

（2）轉向角

1）測量范圍：順逆時針旋轉均不小于1080°

2）分度值：1°

3）分值誤差：±3°

4）重復性：3°

2.5功能說明

（1）自由轉角測量：逆時針旋轉儀器，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，此時自由轉向角的測量已經完成。在這個狀態下，如果對已測量數據不滿意，可以按照以上步驟重復測量，測量數據將會更替為最后一次測量的結果。

（2）最大轉向力測量：打開電源開關，儀器首先進入自由轉角測量狀態，按峰值鍵，蜂鳴器鳴響一聲（除按鍵音外），儀器進入最大轉向力測量狀態，此狀態下，儀器左側一組數碼管顯示實時轉向力值，單位為牛頓（N）；右側一組數碼管顯示實時地轉角值，單位為度（°），首先按保存鍵開始最大轉向力測量。

2.6汽車轉向參數智能檢測儀模型特色

利用模擬化數據顯示器，便于操作人員讀取數據。減小了體積和質量，使價格成本降低。設計出合理機械結構，保證操作方便，裝夾緊固，檢測數據準確。搭建出處理速度快、性能穩定而電路微小的硬件系統。

3結語

方向盤操縱的“靈敏性”和“輕便性”對汽車操縱穩定性影響較大。應按國家標準規定需要及時準確得檢測方向盤的最大轉向力和自由轉角。該儀器采用高度集成化結構，將力矩傳感器、轉向編碼器、微機、打印機和電池等裝在一個原型主機箱內，使用方便，結果顯示直觀，由于對轉角進行自動判向，消除了駕駛員因轉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： 馮淵 編著/ 2009-2-1/ 北京高等教育技術出版社

【3】 汽車維修技術及其設備：叢守智 編著/ 2011-11-1/ 機械工業出版社

【4】 交通違法對交通安全的影響

【5】 汽車博覽