汽車智能轉向柱防盜鎖機械設計

0 引言

汽車讓人們的出行更加便利，隨著經濟的快速發展，生活水平的不斷提高，汽車在國內的普及率也越來越高。根據公安部統計數據，截至2021年低，全國汽車保有量已達到3.02億輛。而城市汽車保有量逐年增長，伴隨而來的汽車被盜的事件也時有發生。為了防范汽車被盜事件的發生，國內于 2007-09-01 起強制實施 GB 15740-2006《汽車防盜裝置》標準。在標準中規定，只有安裝了符合國家安全標準的防盜裝置的車輛才行進行生產和銷售。

“二表哥說，因為老太太最疼小女兒，如果讓老太太知道小女兒死了，她一定會難過死。又說，他會向大表哥說明一切，大表哥是個孝子，知道出了這種事后該怎么做，最主要的是不驚動老人。

1 汽車防盜技術國內外研究現狀

目前，國內外汽車防盜技術主要分為四種類型。

一類，最為簡單的機械防盜裝置。機械防盜裝置是采用各種金屬材料制作的防盜鎖具。通常用于鎖止汽車上的操作裝置。例如，方向盤鎖、排擋鎖、車輪鎖、防盜磁片、離合/剎車踏板鎖等。整體而言，機械防盜裝置具有結構簡單、價格便宜、安裝方便、使用方便。但確定也較為突出，體積較大，位置比較顯眼容易發現、往往需要用鑰匙開鎖，頻繁拆裝較為麻煩，安全度不高。

第二類，電子防盜系統。電子防盜裝置分為單向和雙向兩種類型。單向的電子防盜系統主要功能是：無論發動機蓋、行李艙或車門開啟，還是車輛為碰撞，或者是有人闖入車廂內，報警器就會發出警報聲引起車主及他人的注意。雙向可視電子防盜系統與單向的比較，雙向的更為直觀，車主可以實時了解車輛情況，一旦車輛有異常情況發出報警時，電子遙控器上便會提醒車主反映汽車狀況，但它的發出信號是有區域范圍限制的，只有100--200米的距離。電子式防盜裝置優點就是它具備較全面的防盜功能，利用了無線遙控技術提升了防盜效果，同時安裝簡單便于隱藏，較之機械防盜裝置更加美觀且成本不高。但是最大缺陷就是容易被不法分子通過信號截取破解遙控密碼，造成安全隱患。

第三類，芯片式數碼防盜裝置。芯片式數碼防盜裝置是目前大多數轎車采用的一種廠家原配防盜裝置。其優點就是，一般情況下數字化密碼出現重碼的概率較低，只有密碼鑰匙接觸車上密碼鎖才能開啟。它的基本原理是在沒有芯片鑰匙的情況下鎖止汽車發動機的電路和油路，致使車輛無法啟動。生產廠家將防盜密碼與中央數據庫進行連接，將發動機及底盤號設入車門防盜單元與點火控制單元，并且采用W線或者CAN總線進行數據傳輸，一般情況下自行配置鑰匙是無法破解密碼的，因此裝置安全性得到的提升。芯片數碼防盜裝置最早是由大眾汽車公司2005年推出，應用在奧迪轎車上，它把用于控制防盜的單元數據存儲在中央數據庫中，而中央數據庫又可以與故障診斷儀連接，進行防盜系統部件信息匹配，大大提升了系統的安全性。

2) 電機選型

第四類，網絡式防盜裝置。網絡防盜裝置是最新出現的一種防盜類型，它通常綜合了GPS全球定位技術與GSM網絡通信技術形成網絡式防盜。這種類型可以實現，車主只要通過手機APP就能對車輛進行定位、控制發動機啟、停工作、控制車門、獲取車輛運行狀況等功能。網絡式防盜裝置要求車輛必須安裝或配置有GPS芯片和GSM通信芯片的終端硬件，再通過電信網絡配合接收數據的監控中心和電子地圖功能，以形成一套完整的防盜系統。該裝置的優點就是被盜車輛巡回概率高，便于跟蹤和控制車輛。它的缺點就是成本較高，并且隨著車載連接網絡之后，一旦數字鑰匙存在安全漏洞，汽車信息安全將受到嚴重威脅，存在較高的信息安全風險。

就目前的現狀而言，大部分的有車一族都十分重視如何防止車輛被盜，且轉向機構防盜裝置屬于國家認可的防盜裝置之一，在汽車中得到普遍采用，但由于各廠家生產的品質不一，其安全性和可靠性與國家汽車防盜強制技術規范仍然存在一定差距。長期以來，科研人員一直致力于研究一款性能可靠的電子轉向柱防盜裝置。方俊芳等研發了一款利用滾動技術控制的轉向柱鎖止機構的防盜裝置；秦建權等設計了一款通過控制器控制的電子轉向柱防盜鎖。

另外，汽車上還出現了人體鎖，這種鎖的特點是將聲音、指紋等人體生物特征作為密碼輸入，由控制單元進行識別，并控制開鎖。生物鎖的特點是安全程度較高，也是汽車防盜鎖發展的另一種趨勢。

本文是在歐陽格、彭宇玲發明的實用新型專利《方向盤轉向柱的鎖定裝置》的基礎上開發的一款汽車智能轉向柱防盜鎖控制裝置。通過設計研究特定的機械結構，同時結合人體生物鎖電子密碼控制裝置。該裝置可以實現車主進入車內，通過指紋、數字密碼輸入、手機APP遠程WIFI開鎖。文中重點介紹防盜鎖機械部分的結構組成和工作原理，對鎖止機構的齒輪副進行了強度計算，以及零部件的選型。

2 汽車轉向柱鎖防盜鎖機械結構的總體設計

汽車智能轉向柱鎖機械結構主要包括：驅動機構、傳動機構、導向機構、鎖止機構等四部分，其平面結構簡圖如圖1所示。

(1) 驅動機構：由12V微型減速直流雙向電機、聯軸器、牽引絲桿、上端鎖止固定螺母及支撐兩端牽引絲桿的螺桿軸承組成。電機的轉動方向及時間受單片機控制，聯軸器用于連接電機轉軸及牽引絲桿。

(2) 傳動機構：由牽引螺母以及固聯在牽引螺母上的滑動板組成。滑動板可以隨牽引螺母與牽引絲桿組成螺紋傳動副。牽引螺母與滑動板、內錐齒組件在牽引絲桿的作用下實現軸向上下移動。

結合《公安機關適用繼續盤問規定》第八條及《人民警察法》第九條可以看出，公安機關的人民警察對于繼續盤問制度的適用標準是相對人有違法犯罪嫌疑，且當場不能確定其身份或排除嫌疑的。這樣的標準究竟是主觀的還是客觀的，需要進一步進行探討。如果采用主觀標準，即存在賦予公安機關的人民警察自由裁量權過大，有可能侵犯相對人的合法權益，出現違反比例原則的情形；如果采用客觀標準，由于法律本身的局限性，不可能就所有的客觀情形作出周延全面的規定，有可能會導致執法的機械化以及放縱違法犯罪嫌疑人的后果。

剛性聯軸器兩端連接軸頸分別為

12mm和

14mm，長度40mm，外徑30mm。

近年來，有學者提出了不同的看法。雖然肥胖可增加腎透明細胞癌(clear-cell renal cell carcinoma, ccRCC)的發病風險[19]，但一項針對2 119例ccRCC病例的研究發現，超重或肥胖患者較體質量正常者疾病進展風險降低了近40%，而且BMI越高，ccRCC相關死亡率越低[20]。基因分析表明，肥胖者脂肪酸代謝相關基因表達更低，其中部分基因已被發現在腫瘤中過表達，并與腫瘤生長相關，提示肥胖患者腫瘤細胞生長較緩慢[20]。

(4) 鎖止機構：由分別固定在滑動板的內齒及上安裝板的外齒組成。滑動板上的內齒與固定的外齒可相互配合。外斜齒通過平鍵固定在方向盤轉向軸上。當內齒與外齒相互配合時，則方向盤轉向柱被固定鎖死無法轉動。

3 汽車智能轉向柱鎖防盜鎖結構組成及功能簡介

本汽車智能轉向柱防盜裝置的設計主要包含兩部分，分別是電子控制系統和機械結構。電子控制系統包含單片機STC89C52、LCD12864液晶顯示屏與AS608指紋識別模塊、跨陣M4物聯網模塊、ESP8266 WiFi模塊等結構。汽車智能轉向柱鎖機械部分主要包括：驅動機構、傳動機構、導向機構、鎖止機構等四部分。其具體工作過程如下：預先在電子控制系統中設置指紋密碼或鍵盤數字密碼或者利用手機APP與電子控制系統的物聯網模塊及ESP8266 WiFi模塊設置連接。當通過汽車鑰匙打到ON位置時，汽車智能轉向柱防盜裝置的電子控制系統通電，此時駕駛員輸入匹配的密碼(指紋或數字或固定手機WIFI信號)，則電子控制系統控制機械防盜裝置的微型減速直流雙向電機通電逆時針旋轉，帶有內齒的滑動板在牽引螺母的帶動下，沿著直流電機上的絲桿向下直線移動，當下降到指定位置，滑動板停止，鎖止裝置的內外齒輪實現分離，方向盤轉向柱可以自由轉動。當汽車駐車后，電子控制系統檢測到停車信號，此時再次輸入密碼，電子控制系統則會驅動直流電機順時針旋轉，滑動板緩緩上移，當滑動板上的內齒輪與固定板的外齒輪完全嚙合時，電機斷電，滑動板停止移動，此時轉向柱防盜鎖實現鎖止功能，方向盤轉向柱無法轉動，從而起到防盜目的。為了防止轉向柱鎖止裝置出現故障，在鎖盤上設計有機械鎖孔。同時，車速傳感器會向單片機控制系統輸送信號，可以對汽車的運行狀態進行監測，當檢測到汽車正在運行時，即便輸入正確密碼或指紋輸入，方向盤轉向柱鎖將無法鎖止，從而保障汽車的正常運行。

高校心理咨詢的特點是學生自愿走入心理咨詢室，由于學生自身缺乏更多的專業知識，所以在一兩次咨詢有效果后就不會再出現在心理咨詢室，這給大學生抑郁的治療、惡性事件的防治造成了難題。抑郁的學生通常不愿意讓別人知道自己抑郁，據此，高校的心理咨詢師可以給因抑郁而咨詢的學生建立檔案，定期回訪，及時解決抑郁學生遇到的心理問題。

4 機械結構的設計與選型

式中：

—齒輪的彎曲應力，MPa；[

]

—齒輪材料的許用彎曲應力，MPa,

—轉向盤傳遞給轉向柱作用在齒輪上的切向扭矩，N·mm;

—齒輪模數；

—載荷系數；

—齒形系數；

—載荷作用于齒頂時的應力校正系數；

—齒寬；

—齒寬系數

由于轉向柱要能承受至少200N/m的扭轉力矩，齒輪選擇直齒圓錐齒輪，漸開線齒廓，模數為

=2mm,分度元直徑d=62mm,齒數z=30,分度圓壓力角為α=20°

本文介紹的汽車轉向柱防盜鎖主要運用于小轎車，根據GB5911-86的規定，汽車方向盤尺寸應在(350-400)mm或(425-550)mm兩種范圍內。以奇瑞艾瑞澤5車型為例，方向盤外徑尺寸為φ380mm,轉向柱直徑為φ25mm。為了保證防盜裝置有足夠的強度，根據GB15740-1995中的規定，當承受轉向柱上施加的200N/m的以內的扭力時，不應發生損壞。因此，設定防盜裝置抵抗外力的破壞力矩為200N/m，以此作為防盜裝置中一對嚙合的鎖止齒輪的設計計算依據。

1)齒輪的選型

齒輪機構常見的實效形式通常是齒輪折斷，由此根據齒輪根部彎曲強度計算公式：

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(1)

機械結構主要部分的選型包括：微型減速直流電機、聯軸器、牽引絲桿螺桿、鎖止固定螺母、螺桿軸承。絲桿螺旋副選用梯形螺紋，以實現足夠大的牽引力和自鎖功能。用直流電機帶動絲桿螺桿轉動。

齒輪材料為45號鋼，齒輪強度極限為

=647MPa ,將數據代入得

≥7.4mm,選齒寬

=8mm。

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直流電動機采用12V微型直流減速電機采用60GB50ZY,功率25W,3000r/min。行星減速齒輪速比1∶12，額定力矩8.1kgf.cm。

3)聯軸器選型

絲杠螺桿轉動通過直流電機時間控制，從而控制絲杠螺母的水平移動。

(3) 導向機構：由四根光滑的導柱及上下安裝板組成。上下安裝板通過螺栓與儀表板下方固定件進行固定。

4)螺桿選型

切割間距取決于漆膜厚度和基材類型。標準規定：0μm～60μm，硬底材，1 mm間距；0μm～60μm，軟底材，2 mm間距；61μm～120μm，硬或軟底材，2 mm間距；121μm～250μm，硬或軟底材，3 mm間距。[1]

1.1一般資料 選取本院2015年3月~2017年1月收治的80例肛瘺伴混合痔患者作為研究對象,采取隨機分組法分為觀察組和對照組,每組40例,兩組均確診為肛瘺伴混合痔患者[2]。觀察組患者中,男24例,女16例,年齡22~45歲,平均年齡(34.3±3.6)歲,平均病程(1.8±0.5)年。對照組患者中,男25例,女15例,年齡23~46歲,平均年齡(35.1±3.6)歲,平均病程(1.9±0.3)年。兩組患者性別、年齡、病程等一般資料比較差異均無統計學意義(P>0.05),具有可比性。

采用梯形螺紋，單線程n=1；螺桿材料采用45號鋼，螺母材料也為45號鋼；根據牙面滑移速度低速、潤滑良好及選用材料，查許用比壓

=7.5～13MPa，取

=10MPa；具體選型參數如表1所示。

5)螺桿螺母軸承選型

絲杠螺桿工作過程中具有較大的軸向載荷，同時根據絲杠螺桿軸頸尺寸，選擇具有較大軸向承載能力的圓錐滾子軸承30201，內徑12mm，外徑32mm，高度12mm。軸承布置方式為面對面安裝。軸承強度和壽命校核：根據論文徐銘、蔣《淺談駕駛員理想方向盤力矩特性》人握方向盤的力為29-33N，乘以方向盤半徑190mm,大約理想力矩是7N.m,假定人作用在方向上的受力達到200N以上。

6)滑動板及上下安裝板

收獲前考種發現，47%異隆·丙·氯吡可濕性粉劑在小麥播后7 d以3 000 g/hm2劑量封閉處理噴施，或小麥3葉1心時以3 000 g/hm2劑量與3%甲基二磺隆油懸浮劑30 mL/667 m2桶混噴施處理，晚播小麥的有效穗數、穗粒數、理論產量明顯普遍高于空白對照及其他藥劑處理(表6)。

裝置外殼是其他機構的固定基礎，為保證各零部件位置精度，裝置外殼應具有較大的剛度和強度，故滑動板及上下安裝板均選用10mm厚鋼板，用M10螺栓連接。導向機構為直徑12mm鋼管用螺栓固定于上下安裝板，導向桿表面拋光處理。

5 結束語

本文在分析現有汽車防盜技術的基礎上，介紹了一種新型的汽車由電子控制的機械防盜系統，即帶有加密裝置的電子控制汽車智能轉向柱防盜鎖。該裝置為一種具有一定智能化和可靠性的機電一體化設備。由具有自主知識產權的汽車轉向柱鎖機械結構部分及電子加密裝置兩部分組成。電子加密裝置可實現人臉識別、指膜輸入、密碼手動輸入的方式進行，具有操作簡單、安全可靠性高的特點。本裝置具有機械和電子防盜綜合性的優點，簡單、可靠具有一定的使用價值。文章重點的介紹內容是機械部分的構成、原理及主要零部件的選型。

[1] 一種汽車轉向器鎖定防盜裝置. 重慶市,重慶龍潤汽車轉向器有限公司,2013-05-22.

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