防水防尘式汽车方向盘转角传感器的设计

摘要：汽车方向盘转角传感器，作为汽车动力稳定性控制系统的重要部分，关系着车辆行驶安全性和车辆的舒适感，当前多数转角传感器安装在转向柱，一般没有专门设置防水防尘保护措施，很容易导致液体或者细小颗粒进入传感器导致故障率升高，准确度降低，本设计通过系统的结构件改良，最终达到防水防尘效果。

关键词：汽车方向盘;转角传感器;设计;防水防尘

中图分类号：V241.7+11                                文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）07-0020-02

0  引言

随着现代汽车制造技术的不断发展，人们对汽车性能的要求越来越高。汽车方向盘转角传感器是汽车稳定控制系统ESP和汽车电动助力转向系统EPS的组成部分。转角传感器通过计算方向盘的转动角度和角速度来预测驾驶员的操作意图，从而为车辆的其他控制单元提供控制动作的依据，提升汽車转向系统的高速操纵稳定性能和低速转向回正性能。其精度和稳定性直接关系着行车安全。在现有的技术中，转角传感器大多是套接在方向盘下端的转动杆的转向柱上，缺少防尘、防水保护，由于方向盘的长时间使用，连接处容易产生缝隙，很容易使一些细小颗粒或者液体进入传感器内部，导致传感器损坏故障率较高，也一定程度上影响汽车的安全驾驶。本文设计一款防水防尘式的汽车转向角度传感器，以避免液体和细小颗粒进入传感器内部降低传感器的故障率，保障车辆的安全性。

1  防水防尘式转角传感器的结构设计

本防水防尘式汽车方向盘转角传感器包括方向盘、转动杆和转向角传感器、防护外壳等主要结构，如图1所示。方向盘1和转动杆2固定连接，转向角传感器3套接在转动杆上。转动杆设有用于罩住转向角传感器的防护外壳，防护外壳包括右端防护外壳5和左端防护外壳6。

左、右端防护外壳均为圆弧形结构，如图2所示。防护外壳上分别开设有凹槽10，两个凹槽连接形成能套装转向角传感器的空腔，转向角传感器卡合在空腔内。右端防护外壳上设有固定孔9，固定孔位于右端防护外壳两侧，而左端防护外壳设有与固定孔相对应的固定卡块7，固定卡块能与固定孔对应卡合。右端防护外壳的侧壁上开设有螺纹孔4，螺纹孔与固定孔相贯通，固定卡块上设有与螺纹孔相对应的螺孔。通过螺栓安装使得左右端防护外壳能相互固定连接。

在右端防护外壳上设有固定卡槽8，固定卡槽位于右端防护外壳的两端。在左端防护外壳上设有按杆12，按杆通过顶紧弹簧14与左端防护外壳连接，按杆上固定设有能与固定卡槽活动连接的卡合块11。而左端防护外壳设有固定块13，固定块套接在按杆上，顶紧弹簧设置于固定块中，按杆通过顶紧弹簧和固定块设置于左端防护外壳上，卡合块的顶端呈直角三角形结构，卡合块的尖角为圆弧形倒角，固定卡槽为能与卡合块相互配合的L型结构，且固定卡槽的一侧为斜边，固定卡槽上的斜边与卡合块的斜边倾斜角度相同。通过斜边方便将卡合块卡在固定卡槽中，如图3所示。

为了到达防水和防尘效果，转向角传感器3与转动杆2的连接处套接有阻隔垫片15，阻隔垫片为工型结构橡胶材质，密封效果良好，如图4所示。

2  防水防尘式转角传感器的使用流程

该防水防尘传感器的生产安装过程相对简单，将阻隔垫片套接在转动杆上，将转向角传感器安装在转动杆上，将阻隔垫片安装在转动杆和转向角传感器的连接处，将左右端防护外壳的凹槽正对转向角传感器卡合，将其包裹在凹槽内。当右端防护外壳和左端防护外壳卡合时，卡合块的斜面沿着固定卡槽的斜面滑动，此时按杆向固定块内运动，顶紧弹簧收缩，当卡合块和固定卡槽卡合后在顶紧弹簧的作用下，使按杆复位，使卡合块和固定卡槽的位置固定，同时，固定卡块与固定孔卡合，将螺栓通过螺纹孔旋合紧固牢靠。

当产品维修更换时拆装更加便利，首先将螺栓取出，按动按杆，使卡合块从固定卡槽8中脱离，将右端防护外壳和左端防护外壳拆卸，零部件或者阻隔垫片进行维修更换，更换完毕后按照顺序进行组装，非常的简单快捷。

3  试验验证

3.1 试验材料及设备

试验台架是自制的某款微型汽车转向振动试验台，试验材料是泥土粉尘混合料（砂质土、黏质土和壤土1：1：1混合），自然雨水。

3.2 试验设计及过程

本设计的转角传感器在试验的过程中安装在汽车转向振动试验台传动杆上，试验过程中方向盘左右转动幅度为左右幅度120°，转动周期为6s，经测试微型汽车车身振动频率为20-25Hz，本次试验选取的振动频率为24Hz。将自然雨水和泥土粉尘混合料按照不同的比例涂抹在转交传感器总成四周，在常温条件下，连续测试24小时后，再静置48小时。经过若干次样品测试，在不同条件是得到试验合格率，如表1所示。

3.3 试验结果分析

产品经过不间断的运行24小时，再进行48小时静置后，粉尘和液体如果能够渗透到部件内部，肯定会产生锈蚀，磨损等问题。经过表1的数据分析，产品的阻隔垫片对粉尘的阻隔效果比较好，基本很少渗到零件内部，具有很好的实践应用效果，尤其是在防粉尘方面具有显著的效果，例如经过试验干泥土混合料的产品试验合格率达到100%。但是其对于防止液体渗透的试验合格率还较低，表明其对液体的密封性还有待于提高，尤其是纯液体的渗漏，当车辆涉水或者在极端条件下工作时还会造成数据偏差。因此本设计还需要进一步修改完善，需要侧重关注液体的防渗漏问题，综合考虑各种因素，初步设想在传动杆与阻隔垫片结合部位增加密封圈保证液体不能渗漏到内部。

4  结束语

总体来说防水防尘式的汽车方向盘转角传感器与目前市面上的常见的传感器相比，防水防尘效果良好，转角的准确性较高，信号的故障率相对较低。该装置结构简单，便于安装和拆卸，造价便宜，适用性广。目前部件的设计、制作和试运行已经完成。在项目组设计的汽车试验效果良好，经过参数分析到达国家标准。经过市场调查分析，该部件主要应用于中低端车型上面，经过推广应用具有可观的经济效益和良好的社会效益。

参考文献：

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基金项目：2020年广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2020KY44009）。

作者简介：王洪广（1980-），男，河南平顶山人，硕士，副教授，研究方向为汽车制造技术。