汽车转向参数智能检测仪的设计与制作

孙厚晨 吴彦宏 宋震

摘要：汽车操纵性稳定性是汽车重要的性能之一，方向盘是驾驶员操纵汽车的主要部件之一，其对汽车操稳性能的影响不言而喻。国家标准规定要定期用方向盘转向力-转向角检测仪检测方向盘“最大转向力”和“自由转角”。本文旨在研发一款装夹方便，操纵简单，而且准确性高的方向盘转向力-转向角检测仪，建立检测仪编码器装夹位置分析模型，分析编码器安装“偏心”距离对转向角检测准确性的影响，确立了转向角检测理论基础。建立力传感器安装位置分析模型，并对安装位置导致的力矩误差进行了定量分析，确定装夹部分采用“双伸缩臂式”方案，以使偏心距离尽量小，设计检测仪整体机械机构，并用UG画出三维模型，仿真出运动和装夹效果。设计出合理锁紧机构，保证装夹紧固。设计实验证明对转向力和转向角标定” 、“转向力-转向角检测”、 “自由转角检测” 、“最大转向力检测”进行测量。试验结果证明检测仪对转向力和转向角的检测满足检定规程的要求。

关键词：汽车 转向参数 智能 检测仪 设计 制作

中图分类号：U467文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1模型的设计与制作前的准备与制作

1.1研究目标

在电子控制的基础上发展研究并结合了电子显示技术、数据交换技术、ECU传感器等尖端技术解决人们在“转向力-转向角”、“自由转角”、“最大转向力”检测时遇到的问题，让更多的技术人员轻松方便的检测汽车方向盘的自由转角、方向盘操纵力参数。

1.2背景分析

（1）汽车转向器的介绍。汽车转向器又名转向机、方向机，它是汽车转向系中最重要的部件。用以将发动机（或电机）输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。

（2）实地调研。通过对样本中人员的调查，得到以下数据：在调查的100人当中有35个人认为在数据精确度方面存在误差；而有15个人认为在操作的便利性存在问题；有20个人觉得在数据显示屏方面存在不清晰的问题；还有30个人认为价格过于昂贵；

2汽车转向参数智能检测仪模型的概述

2.1仪器组成

本仪器可以测量方向盘的自由转角、原地转向力、方向盘转矩/操纵力、转角和其他静态、动态参数，并具有RS232接口，可与计算机和其他检测设备一起构成灵活的智能化检测系统。

仪器整机电路设计采用微处理器作为测试数据处理单元，高亮度数码管作为测试数据显示器件，具有测试数据精确、显示直观、性能稳定等特点；并可选配无线传输模块，可方便地与其他计算机进行无线数据通讯；仪器外形美观、使用方便；测试结果既可由显示屏直接显示输出也可通过RS232接口发往计算机由主控计算机处理输出，整个过程连接灵活，操作使用方便。

该检测仪在测试中自动存储本次测试过程中的转矩和转角的最大值以及其当时相应的转角值和转矩值。用户也可以在测试过程中将当前的测试值实时地存储起来（关机后，数据依旧存在，除非开机后，按“清楚”键，将数据清除掉）。仪器既可以显示扭矩值（N.m），也可以切换为显示力值（N）。如图1-1所示。

图1-1 汽车转向参数智能检测仪模型图

2.2检测原理

检测仪上装有方向盘，当转动次方向盘时会给力传感器施加扭矩，以此测得转向力矩。 利用挂线一端固定在挡风玻璃上，另一端固定在编码器上，当转动检测仪转动时，拉线位置不变，即可测得转向角利用装在检测仪一端的梁式力传感器直接测得转向力。利用电子转换器输出转动角速度，再通过对角速度得到转向角，通过电子显示器显示。

2.3装夹装置机械结构设计

采用三臂固定方式，更加稳定。中心轉盘可以和扭簧连在一起，利用扭簧的扭力自动收缩伸缩臂卡紧到方向盘上。 当顺时针转动中心转盘时转盘带动伸缩臂及卡爪运动，实现收缩动作；与此相反，逆时针转动中心转盘，实现展开动作。其中转动卡块是可以自由转动的，既对直臂有支撑作用，又对其有限位作用。此机构三个卡爪是一起运动的。

2.4主要技术参数

（1）转向力和力矩

1）测量范围：

方向盘转向力矩：20～100N.m

方向盘转向力：100～500N

2）分度值d：

方向盘转向力矩：0.2N.m

方向盘转向力：1N

3）转向力、转向力矩示值误差：≤±3%（F.S）

4）鉴别力：不大于1.5d

5）重复性：3%

（2）转向角

1）测量范围：顺逆时针旋转均不小于1080°

2）分度值：1°

3）分值误差：±3°

4）重复性：3°

2.5功能说明

（1）自由转角测量：逆时针旋转仪器，当力值显示为5～40N（不同的车型，该值不同）之间时，并且达到左极限时（车轮不动），按保存键，然后顺时针旋转仪器，当力值显示为5～40N（不同的车型，该值不同）之间时，并且达到右极限时（车轮不动），再次按保存键，此时自由转向角的测量已经完成。在这个状态下，如果对已测量数据不满意，可以按照以上步骤重复测量，测量数据将会更替为最后一次测量的结果。

（2）最大转向力测量：打开电源开关，仪器首先进入自由转角测量状态，按峰值键，蜂鸣器鸣响一声（除按键音外），仪器进入最大转向力测量状态，此状态下，仪器左侧一组数码管显示实时转向力值，单位为牛顿（N）；右侧一组数码管显示实时地转角值，单位为度（°），首先按保存键开始最大转向力测量。

2.6汽车转向参数智能检测仪模型特色

利用模拟化数据显示器，便于操作人员读取数据。减小了体积和质量，使价格成本降低。设计出合理机械结构，保证操作方便，装夹紧固，检测数据准确。搭建出处理速度快、性能稳定而电路微小的硬件系统。

3结语

方向盘操纵的“灵敏性”和“轻便性”对汽车操纵稳定性影响较大。应按国家标准规定需要及时准确得检测方向盘的最大转向力和自由转角。该仪器采用高度集成化结构，将力矩传感器、转向编码器、微机、打印机和电池等装在一个原型主机箱内，使用方便，结果显示直观，由于对转角进行自动判向，消除了驾驶员因转向抖动而带来的误差，因而具有较高的测量精度。

参考文献

【1】 汽车构造： 张洪图 编著/ 2009-1-21，北京理工大学出版社

【2】 汽车电器与电子控制技术： 冯渊 编著/ 2009-2-1/ 北京高等教育技术出版社

【3】 汽车维修技术及其设备：丛守智 编著/ 2011-11-1/ 机械工业出版社

【4】 交通违法对交通安全的影响

【5】 汽车博览