新型汽车转向参数测量仪装卡机构研究

王宗杰

摘要:汽车(含场内机动车辆)转向系统性能好坏直接影响汽车的安全。国内现有测量装置仅适合具有标准形状的方向盘的转向系统性能检测,其测量精度普遍不高,且依赖于安装的准确。分析现有转向参数测量装置及测试方法,创新性地提出新的装夹机构,并研制了相应的测量装置。该机构由卡爪、调节手轮、螺杆、底盘等组成。本装置是集找正、定位、夹紧三合一的非自定心机构,可快速简单调整,定位精度高,灵活的装夹方式可适应不同类型和尺寸的方向盘的使用需要。新的装卡机构已由国家知识产权局授予实用新型专利权。

关键词:转向系统;转向参数;装卡机构

1前言

据统计每年因汽车"转向操纵"技术故障而造成的交通事故高达10.2% ,为保证汽车的安全行驶,需定期检测其转向系统的性能好坏,其技术状况常用转向参数测量仪来检测,测量的项目主要包括车辆方向盘自由间隙、方向盘最大转角和最大转向力。国内外现有的转向参数检测仪在测量原理上存在较大的差异,而在电气和机械硬件上差异并不大。国外采用力(力矩)、角度关系进行测量,原理复杂,对机械装夹的要求较低,仪器造价昂贵。国内的均是通过人工直接测量判断的方式,测量原理简单,但对机械装夹的精度要求高,要求定位准确,与方向盘同轴。

2国内外现状及存在的问题

转向参数测量仪装夹机构的作用是将转向参数测量仪测量部分与机动车方向盘可靠固接,捕捉方向盘的变化,并传递给测量部分的传感器。

现有的装夹方法有两种:一、是将机动车方向盘拆下,再装上转向参数测量仪(用螺钉固锁),该方法可保证同心度要求,但操作十分繁琐,效率低,通用性也较差。二、是用三个卡箍将转向参数测量仪与方向盘固接,此法操作不便、夹紧不可靠、尺寸大小不好调整、难以实现准确定位,测量精度较低。第一种方法不具有现实可行性,国内外转向参数测量仪产品中已基本上不再采用;第二种方法因其结构简单而被普遍用于国内的转向参数测量仪产品中,但其存在的难以准确定位、夹紧不可靠的缺陷,导致国内的转向参数测量仪精度较低,在精心的调整情况下,也只能做到±1°内(或满量程的1%),一般用于对精度要求不高的最大转向角的测量,但无法运用于车辆转向自由间隙的项目测量。车辆的自由间隙角一般都不大于10°,对检测仪器精度要求也更高,国内现有的转向参数测量仪精度基本无法满足自由间隙角的测量要求。

3装置设计

3.1.总体思路

新的装卡机构设计方案以克服了现有技术中的不足之处,提供一种使用方便、定位准确、夹紧可靠的转向参数测量测量仪装夹机构为目标;以测量准确性、安装方便性、使用可靠性三方面的关系,在性能优先的前提下,兼顾考虑使用的快速、可靠、安全为核心内容;以充分借鉴现有装卡机构的优点,使用新技术、新方法为依托;设计的装夹机构应具有优越的性价比,具有良好的市场推广前景。

3.2 装置的设计

装卡机构的构成

该机构由卡爪、调节手轮、螺杆、底盘等组成。该装卡机构已由国家知识产权局授予实用新型专利权(专利号2007200086972)。

测量准确性的结构设计。现采用的三个卡箍连接的方法,靠人为判断,无法正确对中。新装卡结构克服了现有方法的弊端。其实现原理是:三个螺杆圆周均布与底盘连接,并在导向块的作用下只作径向运动,螺杆上开有调节槽,使用过程中卡爪可按实际需要调整,以适应不同直径方向盘。螺杆的上表面刻有刻度,可以快速简单地调整出三个卡爪与底盘中心的距离,保证三个卡爪处在以底盘为中心的圆周上,所以一旦卡爪与方向盘固定,就能更精确地达到底盘与方向盘定心的目的。在底盘上方的中心固定有力矩传感器,通过底板与力矩传感器的连接,装卡机构与转向参数测量仪连成一体。传感器输出轴与装卡结构的中心共轴,装夹结构的中心再与被测车辆的方向盘共轴,就可以保证仪器装夹的准确性。

安装方便性的结构设计。可根据不同的方向盘尺寸快速调整结构。本机构提供4种方法以适应不同尺寸的方向盘的固定,螺杆设有多个调节槽,多种规格卡爪可选、同一卡爪可改变安装方向,设有调节手轮微调。对于特殊尺寸或形状的方向盘,尤其是部分进口车型的场内车辆,如林德叉车、重型挖掘机等,只要相应配置针对异形方向盘的专用卡爪,找出与方向盘同心圆上的三个点,将卡爪安装在这三个点位并固定好,即可适用于异形(要与方向盘同心)方向盘的转向性能检测,而不必改变装卡机构主体的构造。

使用可靠性的结构设计。装卡机构、传感器、仪器之间的连接,采用高强度螺钉连成整体,装卡机构与方向盘的连接通过夹爪和调节手轮配合完成。夹爪内存固接有防滑橡胶垫,可保证卡爪夹紧可靠,调节手轮微调到位后,锁紧夹爪固定装卡机构与方向盘。对于常见的方向盘,在第一次安装操作后,一般情况下,不必改变夹爪在螺杆调节槽的位置和夹爪的安装方向,仅通过调节手轮微调就可以实现快速的安装。

4 装置的使用

4.1装置工作原理

装卡机构,包括卡爪、调节手轮、螺杆、底盘,有三个螺杆等角度均匀与底盘连接,螺杆仅有沿底盘径向运动的自由度,即螺杆仅能伸缩运动,螺杆的上面开有长形调节槽,固定件(一般可采用滚花螺钉)穿过调节槽将卡爪与螺杆活动连接,在卡爪与螺杆的侧面分别刻有刻度。底盘与螺杆的连接方式可以有多种,只要能实现螺杆只有一个沿底盘径向运动的自由度即可。例如图2的方式:将三个上盖通过固定件均匀固定在底盘上形成三个方形腔体,在腔体内于底盘的圆周端开圆柱形的固定槽,调节手轮嵌于固定槽中,调节手轮内孔有与螺杆相配的螺纹,螺纹穿过调节手轮,置于腔体内,其尾端通过固定销与方形滑块连接。利用螺杆与调节手轮之间的螺纹配合,通过调节手轮的转动带动螺杆沿径向运动,而上盖与底盘所形成方形腔体及螺杆尾端固接的方形滑块限制了螺杆在空腔内的转动,因此螺杆只有一个沿底盘径向运动的自由度。通过力矩传感器将装卡机构与转向参数仪连成一体,通过底盘下方的中心固定顶针或装有防滑垫的卡爪与被测方向盘连接。

1.螺杆2.固定件3.上盖4.滑块5.固定销6.传感器固定位7.力矩传感器8.防滑垫9.卡爪10.调节手轮11.固定槽12.底盘13.顶针

4.2 装置使用安装、调整

本装卡机构的安装方式主要有两种:

方法一:安装顶尖定位

根据卡爪的刻度粗调装夹机构卡爪位置以适合方向盘大小,锁紧调节槽上的螺钉。装上定位顶尖,卸下待检车方向盘上的面盖,将顶尖对准方向盘上传动轴锥孔,要注意卡爪支承面与方向盘靠平。以顶尖定位,调整、旋紧调节手轮即可。

方法二:不安装顶尖定位

根据卡爪的刻度粗调装夹机构卡爪位置以适合方向盘大小,锁紧调节槽上的螺钉。注意三个卡爪的刻度应保持基本一致,再根据螺杆上的刻度,调整调节手轮上的刻度,使得三个卡爪夹紧待测的方向盘,夹紧后,三个手轮在螺杆刻度上的位置保持一致以实现定心。

4.3 装置的优点

本装置的优点在于,它是集找正、定位、夹紧三合一的非自定心机构。可快速简单调整,定位精度高。灵活的装夹方式可适应不同类型和尺寸的方向盘的使用需要。卡爪及内设的防滑措施可保证夹紧可靠。本装置采用铝合金材料,重量轻,可满足对不同重量,不同类型的车辆检测前固定装夹的需要。

结束语

本装卡机构精度高,已通过福建省计量科学研究所计量认证;已由国家知识产权局授予实用新型专利权(专利号2007200086972)。新装卡机构已应用于国家质量监督检验检疫总局“场车检测技术的研究及场车综合检测分析系统研发”的课题成果(质检总局课题编号2007QK166;质检总局成果登记号Q2008-079)。装卡机构已应用于转向参数测量单元,已全面应用于福建全省的在用场(厂)内机动车辆验收检验、定期检验和部分型式试验,取得了良好的效果。

参考文献

[1] 徐格宁,滕裕昌.《厂内机动车辆技术检验》学苑出版社 2001.8

[2] 安相璧,马麟丽.《汽车检测诊断技术》 北京理工大学出版社 2005.7

[3] GB10827-1999.《机动工业车辆安全规范》

[4] GB7258-1997.《机动车运行安全技术条件》