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        基于RFID的時(shí)鐘彈簧設(shè)計(jì)

        2014-05-25 00:29:04高軍年劉關(guān)孫學(xué)龍劉潔婷
        汽車電器 2014年7期
        關(guān)鍵詞:讀寫器電子標(biāo)簽電路板

        高軍年,劉關(guān),孫學(xué)龍,劉潔婷

        (1.蘭州科慶儀器儀表有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730010;2.蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司,甘肅 蘭州 730010)

        基于RFID的時(shí)鐘彈簧設(shè)計(jì)

        高軍年1,劉關(guān)2,孫學(xué)龍2,劉潔婷2

        (1.蘭州科慶儀器儀表有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730010;2.蘭州吉利汽車工業(yè)有限公司,甘肅 蘭州 730010)

        隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和汽車設(shè)計(jì)的多樣化,在汽車設(shè)計(jì)中為了更好地體現(xiàn)以人為本的理念,為了方便駕駛員的操作和節(jié)約空間,轉(zhuǎn)向盤上已經(jīng)越來越多地集成了功能按鍵開關(guān),比如音響功能開關(guān)、巡航開關(guān)、車載電話開關(guān)等。同時(shí),為了安全問題,還在轉(zhuǎn)向盤上安裝了駕駛員氣囊系統(tǒng),而所有的這些功能都需要通過轉(zhuǎn)向盤管柱上的時(shí)鐘彈簧把轉(zhuǎn)向盤上的動(dòng)態(tài)電子部件與車身上靜態(tài)電子部件的通信通道連接起來。時(shí)鐘彈簧的可靠性決定著轉(zhuǎn)向盤上所有電子部件能否正常工作,也就極大地影響著整車的品質(zhì)。

        1 時(shí)鐘彈簧的結(jié)構(gòu)

        時(shí)鐘彈簧從結(jié)構(gòu)上有2種:一種是繞線結(jié)構(gòu),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示;另外一種是彈簧簧片結(jié)構(gòu)。

        繞線結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘彈簧原理是:呈渦旋狀的柔性扁平電纜的一端隨轉(zhuǎn)向盤的左右轉(zhuǎn)動(dòng)而一起轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)向盤順時(shí)

        針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線軸受順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,扁平電纜被卷緊,卷緊后的電纜各圈緊抱在線軸上;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線軸受逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,扁平電纜被松開,扁平電纜各圈被壓緊在時(shí)鐘彈簧殼體的內(nèi)部邊緣上。在汽車運(yùn)動(dòng)時(shí),由于轉(zhuǎn)向盤一直處于順時(shí)針和逆時(shí)針的運(yùn)動(dòng)中,扁平電纜同樣會(huì)處于不斷地被卷緊和松開的狀態(tài)中,極易出現(xiàn)機(jī)械疲勞而斷裂,造成繞線結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘彈簧失效。

        對于彈簧簧片結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘彈簧,它用彈簧簧片替代了柔性結(jié)構(gòu)中的時(shí)鐘彈簧。彈簧簧片隨著轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)與其內(nèi)部的固定滑槽形成滑動(dòng)接觸,從而完成動(dòng)態(tài)電子部件和靜態(tài)電子部件之間的信號傳遞。但是,由于彈簧簧片觸頭在滑動(dòng)中極易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象,造成接觸不良,使得彈簧簧片結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘彈簧可靠性較差。

        2 基于RFID技術(shù)的時(shí)鐘彈簧設(shè)計(jì)

        基于RFID(射頻識別,RadioFrequency IDentification)的時(shí)鐘彈簧硬件包括:固定組件、旋轉(zhuǎn)組件、固定組件電路板、旋轉(zhuǎn)組件電路板4部分。

        固定組件固定在車身上;旋轉(zhuǎn)組件固定在轉(zhuǎn)向盤管柱上,其相對于轉(zhuǎn)向盤管柱是不動(dòng)的,但其隨著轉(zhuǎn)向盤及管柱相對于車身的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。固定組件和旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

        2.1 固定組件設(shè)計(jì)

        固定組件由5個(gè)模塊構(gòu)成,其分別是:RFID讀寫器天線、RFID讀寫器電路模塊、固定組件CPU電路模塊、固定組件輸入輸出接口模塊、DC/DC電源模塊,如圖3所示。

        2.2 旋轉(zhuǎn)組件設(shè)計(jì)

        旋轉(zhuǎn)組件由6個(gè)模塊構(gòu)成,其分別是:RFID電子標(biāo)簽電源天線、RFID電子標(biāo)簽電源模塊、RFID電子標(biāo)簽信號天線、RFID電子標(biāo)簽電路模塊、旋轉(zhuǎn)組件CPU電路模塊、旋轉(zhuǎn)組件輸入輸出接口模塊,如圖4所示。

        3 基于RFID技術(shù)的時(shí)鐘彈簧運(yùn)行原理

        3.1 時(shí)鐘彈簧各組件的連接

        基于RFID的時(shí)鐘彈簧中固定組件和旋轉(zhuǎn)組件成圓筒狀,被套裝在轉(zhuǎn)向盤管柱上,三者同處于一條中心軸上。旋轉(zhuǎn)組件和轉(zhuǎn)向盤管柱圍繞共同的中心軸線同步轉(zhuǎn)動(dòng),固定組件相對于旋轉(zhuǎn)組件而靜止。固定組件和旋轉(zhuǎn)組件之間留有一定的間隙。

        固定組件中鑲嵌有RFID讀寫器天線,旋轉(zhuǎn)組件中鑲嵌有RFID電子標(biāo)簽電源天線和RFID電子標(biāo)簽信號天線。RFID讀寫器天線又與RFID讀寫器電路模塊相連接,RFID電子標(biāo)簽電源天線與RFID電子標(biāo)簽電路模塊相連接,RFID電子標(biāo)簽信號天線與RFID電子標(biāo)簽電路模塊相連接。固定組件電路板被固定在車身某一特定位置,與固定組件形成相對靜止?fàn)顟B(tài),旋轉(zhuǎn)組件電路板被固定在轉(zhuǎn)向盤上,與旋轉(zhuǎn)組件形成相對靜止?fàn)顟B(tài)。

        3.2 時(shí)鐘彈簧的運(yùn)行過程

        時(shí)鐘彈簧運(yùn)行時(shí),DC/DC電源模塊從整車電源中取得直流電壓12V,并將此直流電壓12V轉(zhuǎn)換為固定組件電路板中所需的直流電壓VCC。固定電路板得電后,其中的RFID讀寫器電路模塊便通過RFID讀寫器天線向旋轉(zhuǎn)組件電路板發(fā)射無線電查詢信號,此無線電信號是為了查詢旋轉(zhuǎn)組件電路板中旋轉(zhuǎn)組件輸入輸出接口模塊的狀態(tài)變化情況。

        對于旋轉(zhuǎn)組件電路板,其電源是通過RFID電子標(biāo)簽電源天線接受RFID讀寫器天線發(fā)射的無線電查詢信號,經(jīng)RFID電子標(biāo)簽電源模塊的處理,得到直流電壓VCC,并輸出給旋轉(zhuǎn)組件電路板所用。旋轉(zhuǎn)組件電路板得到RFID電子標(biāo)簽電源模塊提供的直流電壓VCC后開始運(yùn)行。

        此時(shí),轉(zhuǎn)向盤上的各種電子部件的狀態(tài)將通過與其連接的旋轉(zhuǎn)組件輸入輸出接口模塊傳輸給旋轉(zhuǎn)組件CPU電路模塊,經(jīng)旋轉(zhuǎn)組件CPU電路模塊的處理,將轉(zhuǎn)向盤上的各種電子部件的狀態(tài)實(shí)時(shí)地傳輸給RFID電子標(biāo)簽電路模塊,并通過RFID電子標(biāo)簽信號天線以無線電的形式發(fā)送給固定組件電路板。固定組件電路板通過其RFID讀寫器天線接受RFID電子標(biāo)簽信號天線發(fā)送的轉(zhuǎn)向盤上電子部件的狀態(tài)信號,并將此信號傳輸給RFID讀寫器電路模塊進(jìn)行處理,然后再傳輸給固定組件CPU電路模塊,最后再傳輸給固定組件輸入輸出接口模塊,輸出給與之相連接的其它汽車電子部件。

        同理,其它汽車電子部件也可將其信號傳輸給轉(zhuǎn)向盤上的電子部件。由此完成轉(zhuǎn)向盤上電子部件與其它汽車電子部件的信號傳輸功能,實(shí)現(xiàn)了基于RFID的時(shí)鐘彈簧裝置的作用。

        4 總結(jié)

        基于RFID技術(shù)的時(shí)鐘彈簧解決了現(xiàn)有時(shí)鐘彈簧因繞線電纜長時(shí)間的卷緊和松開,從而導(dǎo)致的電纜機(jī)械疲勞而斷裂,同時(shí)也解決了時(shí)鐘彈簧簧片觸頭在滑動(dòng)中因氧化現(xiàn)象造成接觸不良的問題。對于汽車在轉(zhuǎn)向盤上集成更多的操控功能提供了可靠性途徑。

        [1]郭支明,崔衛(wèi)超,鄒德坤.一種新型時(shí)鐘彈簧的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工業(yè)與自動(dòng)化,2008(1):118-119.

        [2]黃靖.時(shí)鐘彈簧的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2011(16):43-45.

        [3]顧履雄,徐稷威.時(shí)鐘彈簧產(chǎn)品綜述[J].汽車電器,2009(12):1-3.

        (編輯 楊景)

        U463.66

        A

        1003-8639(2014)07-0004-02

        2013-12-03;

        2013-12-16

        高軍年(1974-),男,工程師,研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。

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