乘用車輪速傳感器頭部安裝與密封關(guān)系淺析

1、 乘用車輪速傳感器頭部安裝與密封關(guān)系淺析 【摘 要】 乘用車輪速傳感器頭部安裝在輪邊，實(shí)際用車過程中，傳感器所處環(huán)境多變，傳感器頭部既要保證安裝定位可靠，避免氣隙變化影響輪速信號準(zhǔn)確輸出，也要保證密封措施良好，避免因頭部磁性零件吸附異物，影響輪速信號準(zhǔn)確輸出。本文通過研究與abs齒圈配合的輪速傳感器頭部定位及密封方式的關(guān)系，闡述其對輪速傳感器信號穩(wěn)定的影響，提高輪速傳感器信號穩(wěn)定性。【關(guān)鍵詞】 輪速傳感器 輪速信號 氣隙 定位方式 密封方式 信號穩(wěn)定性前言隨著國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展，特別是智能駕駛等新功能普及應(yīng)用，整車對輪速傳感器信號的要求越來越高，既有提高信號精度方面的要求，也有提升信號穩(wěn)定性方面

2、的要求，還有保證信號可靠性的要求。輪速傳感器作為識別車輪轉(zhuǎn)動速度和方向的關(guān)鍵零件之一，其在乘用車輪邊安裝及密封環(huán)境，直接影響輪速信號準(zhǔn)確性，為了滿足整車相關(guān)系統(tǒng)對輪速信號的要求，有必要研究輪速傳感器頭部定位和密封方式的關(guān)系。本文將對乘用車使用較廣的帶磁性輪速傳感器與abs齒圈配合使用的傳感器頭部安裝定位和密封方式進(jìn)行探討、分析。1 基本定義1. 輪速傳感器輪速傳感器是識別車輪轉(zhuǎn)動速度的傳感器，屬于轉(zhuǎn)速傳感器【1】的一種，帶磁的輪速傳感器頭部，與含鐵的abs齒圈配合安裝使用，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動帶動abs齒圈的齒頂和齒底交替經(jīng)過傳感器頭部，切割傳感器頭部磁鐵形成的磁通線，傳感器芯片識別到磁通量交替變化，把

3、正弦波轉(zhuǎn)為方波進(jìn)行輪速信號輸出。1. 輪速信號與齒圈輪速傳感器信號原始電信號是正弦波信號，經(jīng)過芯片處理后，轉(zhuǎn)換成方波信號輸出，某型號輪速方波信號示意圖如圖（1）。對于相同的輪速芯片及磁鐵，通過注塑成型的輪速傳感器頭部，其磁通量強(qiáng)弱是確定的，當(dāng)與之配合的abs齒圈大小和齒形有差別，齒圈的齒頂和齒底經(jīng)過輪速傳感器頭部影響磁通量的程度自然不同，齒槽越寬，齒越高，產(chǎn)生的輪速信號準(zhǔn)確度自然更高，然而，乘用車實(shí)車在輪邊的輪速傳感器頭部可用空間不是無限大的，abs齒圈可用空間也是受限制的，且齒圈最少齒數(shù)也有要求，齒圈做得越大，重量和成本也會增加，所以，abs齒圈應(yīng)當(dāng)有一個(gè)合適的大小，齒形特征如圖（2），齒圈

4、大小dk、齒距t、齒高h(yuǎn)在一個(gè)平臺車型，往往是相同的。圖（1）某型號輪速輸出信號示意圖 圖（2）齒形特征示意圖1. 輪速傳感器的氣隙某款輪速傳感器頭部芯片所在感應(yīng)面與abs齒圈齒頂?shù)木嚯x，變化范圍滿足輪速信號輸出的要求，則該距離范圍為該組產(chǎn)品的輪速傳感器安裝氣隙。目前，乘用車輪速傳感器和abs齒圈的通用化做得較廣，在通用化方面的考慮較全面，當(dāng)一個(gè)平臺車型輪速傳感器頭部及abs齒圈選型一旦確定，想通過增加齒圈齒槽寬或齒高的方法提升輪速信號穩(wěn)定性，往往受到布置空間和增加額外資源投入的約束。這個(gè)時(shí)候，通過合理的輪速傳感器頭部定位方式與密封方式選擇及設(shè)計(jì)，可以有效提高該組輪速與齒圈配對的產(chǎn)品的最大允許

5、氣隙，提升產(chǎn)品信號穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。1. 定位方式與密封方式1. 定位方式分類輪速傳感器應(yīng)用在輪邊，一般在前軸和后輪轂上，因布置空間限制，傳感器芯片一般在傳感器頭部頂部或側(cè)邊，故而定位方式主要分兩大類，當(dāng)輪速傳感器芯片注塑在傳感器頭部頂部時(shí)，abs齒圈在傳感器頭部頂部轉(zhuǎn)動，輪速傳感器產(chǎn)生輪速信號，這種是端讀式結(jié)構(gòu)，參見圖（3）示意圖。圖（3）端讀式結(jié)構(gòu)輪速示意圖 圖（4）側(cè)讀式結(jié)構(gòu)輪速示意圖當(dāng)輪速傳感器芯片注塑在傳感器頭部側(cè)邊時(shí)，abs齒圈在傳感器側(cè)邊轉(zhuǎn)動，輪速傳感器產(chǎn)生輪速信號，這種是側(cè)讀式結(jié)構(gòu)，參見圖（4）示意圖。1. 密封方式分類輪速傳感器頭部內(nèi)有磁鐵，當(dāng)傳感器長期在實(shí)車輪邊使用過程中，需

6、要一個(gè)密封的環(huán)境，不然磁鐵容易吸附異物導(dǎo)致輪速信號不穩(wěn)定。一般把輪速傳感器頭部和abs齒圈密封在一個(gè)腔體內(nèi)，密封方式簡單分為軸向密封和徑向密封兩種，即密封圈被壓裝到位后，密封圈被壓變形面法線與傳感器頭部同軸時(shí)，為軸線密封。法線與傳感器頭部軸線垂直時(shí)，為徑向密封。不管是哪種方式密封，壓裝后密封圈都產(chǎn)生變形，自然就會存在回彈力，且變形越大，回彈力越大，需要考慮其對輪速傳感器氣隙的影響。2 傳感器頭部的安裝定位及密封的關(guān)系2. 機(jī)械氣隙傳感器頭部芯片所在感應(yīng)面與abs齒圈的齒頂距離，即傳感器氣隙，氣隙越小，輪速傳感器信號越不容易失真，但是過小，就有碰上的可能，如傳感器頭部與abs齒圈碰上，車輪轉(zhuǎn)動過

7、程中，abs齒圈會把傳感器頭部損壞，使信號失效。當(dāng)距離過大，距離達(dá)到一定值后，輪速信號就會在abs齒圈轉(zhuǎn)動過程中，無法準(zhǔn)確識別出每一個(gè)齒頂和齒底影響磁通線的差異，導(dǎo)致輪速傳感器信號不滿足要求，當(dāng)距離剛好達(dá)到輪速信號不滿足要求時(shí)，對應(yīng)的距離為最大允許氣隙，本文簡稱機(jī)械氣隙。當(dāng)一個(gè)輪速傳感器頭部、abs齒圈是確定的，那么，機(jī)械氣隙隨即確定，針對具體的一組傳感器頭部和abs齒圈，占用相同的布置空間時(shí)，機(jī)械氣隙越大，對實(shí)際應(yīng)用越有利。1. 組合分析乘用車的輪速傳感器與abs齒圈組合應(yīng)用，機(jī)械氣隙在0.9mm至1.5mm的較常見。當(dāng)然，增強(qiáng)磁通強(qiáng)度或增大齒距，會獲得更大的機(jī)械氣隙，但需要更大的布置空間和

8、更多資源投入。另外，單純提高輪速傳感器頭部和abs齒圈生產(chǎn)和裝配的精度，雖能獲得更穩(wěn)定的信號品質(zhì)，但也會涉及更多生產(chǎn)資源投入，并不劃算。通過研究輪速傳感器頭部安裝方式及密封方式的關(guān)系，獲得更穩(wěn)定的機(jī)械氣隙，是一種有效方法。1. 端讀式結(jié)構(gòu)氣隙尺寸鏈分析端讀式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器頭部，如圖（5）所示，氣隙的尺寸鏈在傳感器頭部的軸向方向上。以安裝面a作為基準(zhǔn)面，在abs齒圈組件組裝時(shí)，可以通過測量調(diào)整消除上一級零件累積誤差，那么需要計(jì)算abs齒圈齒頂?shù)矫鎍的距離偏差a1；在傳感器頭部生產(chǎn)制造時(shí)，是一次注塑成型，需要計(jì)算傳感器頭部頂部感應(yīng)面到安裝面a的距離偏差b1；傳感器頭部和abs齒圈均安裝到基體零件

9、后，氣隙偏差為a1+b1。圖（5）端讀式結(jié)構(gòu)氣隙尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D 圖（6）側(cè)讀式結(jié)構(gòu)氣隙尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D1. 側(cè)讀式結(jié)構(gòu)氣隙尺寸鏈分析側(cè)讀式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器頭部，如圖（6）所示，氣隙的尺寸鏈在傳感器頭部徑向方向上。以傳感器頭部安裝孔軸線為基準(zhǔn)b，在abs齒圈與基體組裝時(shí)，可以通過測量調(diào)整消除上一級零件累積誤差，那么，需要計(jì)算abs齒圈齒頂?shù)捷S線基準(zhǔn)b的距離的偏差a2；在傳感器頭部一次注塑成型過程中，通過模具及工藝保證輪速芯片所在感應(yīng)面與基準(zhǔn)軸線b的距離，許計(jì)算制造偏差b2；傳感器頭部與其安裝孔安裝時(shí)，一般通過三個(gè)及以上筋與孔壁過渡配合實(shí)現(xiàn)定位，筋條擬合成的圓柱的軸線，與安裝孔軸線有同軸度偏差c2；當(dāng)傳

10、感器頭部安裝到基件與abs齒圈配合的偏差為a2+b2+c2。顯然，側(cè)讀式結(jié)構(gòu)輪速傳感器頭部定位方式，氣隙的尺寸鏈比端讀式的多一個(gè)影響因素。1. 關(guān)系分析輪速傳感器頭部安裝密封時(shí)，一般采用軸向密封或徑向密封，軸向密封是密封圈在軸向變形，形成密封面；徑向密封是密封圈在徑向變形，形成密封面。密封圈被壓裝后，在被壓方向產(chǎn)生擠壓變形，即被壓方向尺寸變小，自由方向尺寸變大。被擠壓的密封圈，同時(shí)對輪速傳感器擠壓接觸面有一個(gè)反彈力，當(dāng)傳感器頭部與密封圈接觸面，在實(shí)際使用過程中，受環(huán)境溫度波動、振動等影響，潛在被密封圈回彈力影響而產(chǎn)生離空的風(fēng)險(xiǎn)，直接影響氣隙，進(jìn)而使輪速信號在某些時(shí)候，產(chǎn)生信號的連續(xù)的失真，導(dǎo)致

11、輪速信號間隙性故障或信號中斷。針對端讀式結(jié)構(gòu)輪速，當(dāng)氣隙的尺寸鏈在軸向方向時(shí)，如采用軸向密封，那么密封圈變形回彈的方向和氣隙尺寸鏈在一個(gè)方向上，需要研究其影響程度。如采用徑向密封，密封圈變形回彈的方向和氣隙的尺寸鏈方向垂直，避免了密封圈回彈對氣隙的影響。反之，側(cè)讀式結(jié)構(gòu)輪速傳感器，也應(yīng)避免密封圈回彈方向與氣隙尺寸鏈所在方向相同。綜合考慮，端讀式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器，密封圈宜采用徑向密封的密封方式。反之，側(cè)端式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器頭部，密封圈宜采用軸向密封方式，可以避免相互影響。如因布置空間結(jié)構(gòu)限制，端讀式輪速傳感器頭部結(jié)構(gòu)只能和軸向密封方式配合使用，會產(chǎn)生以上所述缺點(diǎn)，那么，這個(gè)影響有多大呢？以下通過

12、試驗(yàn)測試，來分析這個(gè)影響。3 測試驗(yàn)證3. 試驗(yàn)分組傳感器壓裝到基體部件后，密封圈被擠壓變形，產(chǎn)生密封貼合面，由于密封圈是軟體材料，被擠壓的部位的材料往不被限制的方向變形，形成不規(guī)則形狀。為研究的準(zhǔn)確性，減少與本試驗(yàn)無關(guān)的影響因素，僅針對輪速傳感器頭部與abs齒圈配合的以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，判斷方案組合的優(yōu)缺點(diǎn)。針對定位方式與密封方式的組合差異設(shè)定以下四組測試，如表（1）。表（1）測試數(shù)據(jù)組合軸向密封方式徑向密封方式端讀式結(jié)構(gòu)1. 端讀+軸向2. 端讀+徑向側(cè)讀式結(jié)構(gòu)3. 側(cè)讀+軸向4. 側(cè)讀+徑向1. 試驗(yàn)測試針對以上四種組合，制造相應(yīng)的試驗(yàn)樣品，進(jìn)行試驗(yàn)。1. 試驗(yàn)前如簡圖（7），將傳感器頭部

13、樣品按照實(shí)際裝車使用力矩及狀態(tài)分別裝到基體零件上，分別測量傳感器芯片所在的感應(yīng)面到基準(zhǔn)面a、b的距離，記錄數(shù)據(jù)。號：1.35mm；號：1.36mm；號：1.46mm；號：1.51mm。圖（7）試驗(yàn)樣品與基體固定示意圖1. 模擬試驗(yàn)將四組樣品一起進(jìn)行試驗(yàn)。高溫存放：將試驗(yàn)樣品放進(jìn)溫度箱內(nèi)，進(jìn)行高溫試驗(yàn)，溫度150正負(fù)2，持續(xù)24h；低溫存放：將試驗(yàn)樣品放進(jìn)溫度箱內(nèi)，進(jìn)行低溫試驗(yàn)，溫度-40正負(fù)2，持續(xù)24h；濕熱循環(huán)：進(jìn)行濕熱循環(huán)持續(xù)試驗(yàn)【2】；振動沖擊試驗(yàn)：進(jìn)行振動沖擊試驗(yàn)【3】；自由跌落測試：跌落高度1.2米，硬質(zhì)地板，自由跌落1次。機(jī)械沖擊：沖擊加速度50g，沖擊持續(xù)時(shí)間6ms，沖擊形式半

14、正弦500次。液體接觸：放進(jìn)汽車?yán)鋮s液中10秒濕潤，然后放進(jìn)80恒溫箱存貯24h，完成后，介質(zhì)換分別換成汽油、軸承潤滑脂、制動液dot4，進(jìn)行一次循環(huán)試驗(yàn)。溫度快速變化：高溫150與低溫-40之間，按40秒溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間，40分鐘最低、最高溫度停留時(shí)間，循環(huán)150次。試驗(yàn)完成后，重新測量四組樣品的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如下： 號：1.35mm；號：1.36mm；號：1.46mm；號：1.51mm。1. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析端讀式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器頭部，采用軸向密封方式時(shí)，當(dāng)傳感器頭部及密封圈在模擬使用環(huán)境長時(shí)間變化后，傳感器頭部芯片所在感應(yīng)面與基準(zhǔn)面距離變小約14.4%，參見表（2）。而采用徑向密封方式的結(jié)構(gòu)時(shí)，該變

15、化幾乎可以忽略。表（2）數(shù)據(jù)變化對比：氣隙基準(zhǔn)按0.9mm分析端讀+軸向端讀+徑向側(cè)讀+軸向5. 側(cè)讀+徑向試驗(yàn)前12.06mm12.07mm20.33mm20.32mm試驗(yàn)后11.93mm12.06mm20.32mm20.33mm變化值0.13mm0.01mm0.01mm0.01mm變化對氣隙占比14.4%1.1%1.1%1.1%側(cè)讀式結(jié)構(gòu)的輪速傳感器頭部，采用軸向或徑向密封方式裝配后，經(jīng)過模擬使用環(huán)境的長時(shí)間試驗(yàn)，傳感器頭部側(cè)邊感應(yīng)面與基準(zhǔn)面距離變化幾乎可以忽略，分析原因?yàn)閭?cè)讀式的輪速傳感器頭部安裝定位結(jié)構(gòu)，密封圈在徑向是均勻變形，且對同軸度影響很小，所以試驗(yàn)測試的距離變化很小。4小結(jié)4. 1、端讀式結(jié)構(gòu)輪速傳感器頭部，與abs齒圈配合的氣隙在軸向方向，該結(jié)構(gòu)的輪速傳感器，宜采用徑向密封圈布置結(jié)構(gòu)，有利于消除密封圈長時(shí)間熱脹冷縮變形回彈對氣隙的影響。2、側(cè)讀式輪速傳感器頭部，采用軸向或徑向密封方式，對氣隙的影響均很小。3、側(cè)讀式結(jié)