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前轮轮速传感器尾部胶套受热熔化问题分析

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：肖兆旭林贞亮吕广伟

[导读] 某车型试验车在耐久试验过程中反馈前轮轮速传感器尾部胶套受热熔化，经排查为前轮轮速传感器接插件尾部橡胶套贴近制动器防尘罩，在持续刹车过程中制动盘升温，制动器防尘罩受热升温超过胶套热变形温度，导致橡胶套熔化。

浙江省宁波市吉利汽车研究院（宁波）有限公司肖兆旭林贞亮吕广伟 315336

[摘   要]: 某车型试验车在耐久试验过程中反馈前轮轮速传感器尾部胶套受热熔化，经排查为前轮轮速传感器接插件尾部橡胶套贴近制动器防尘罩，在持续刹车过程中制动盘升温，制动器防尘罩受热升温超过胶套热变形温度，导致橡胶套熔化。本文目的为梳理问题的原因及归档解决方案，用以指导轮速传感器线束与制动器防尘罩间布置间隙设计、线束护套材料选择、规避防尘罩高温造成的线束损坏等问题的解决思路。
[关键词]: 轮速传感器，胶套，制动盘防尘罩，热变形
        前言
        轮速传感器是现代汽车设计中普遍使用的传感器，用于提供给汽车电子稳定程序（EPS）、防抱死制动系统（ABS）、自动变速器的控制系统、汽车动态控制系统（VDC）等各系统车轮转速信息。
        轮速传感器一般安装在轮毂附近、主减速器壳体或变速器壳体上，安装于轮毂位置的前轮轮速传感器使用磁电式或者霍尔式传感器，通过与轮毂轴承连接的齿圈配合实现轮速检测。
        前轮轮速传感器在轮毂附近的装配位置一般位于转向节上，部分传感器安装位置靠近制动器防尘罩，制动器防尘罩位于制动盘内侧，一般采用金属材质制造。在车辆制动过程中，刹车片与制动盘摩擦，汽车的动能通过摩擦转化为热能，实现动能消耗，从而降低车速实现制动；制动过程中制动盘迅速升温，通过热辐射形式散发到环境中，在此过程中，制动器防尘罩受热辐射影响，存在升温现象。
        前轮轮速传感器因装配在轮毂上，在汽车行驶过程中随车轮跳动，振动剧烈，与前轮轮速传感器相连接的线束接插件尾部需设计防护措施，避免震动过程中接插件尾部的线束受损伤。常用的防护措施有橡胶注塑结构、塑料尾壳等，依据前轮轮速传感器及其线束接插件周边布置环境、设计成本等进行选择。
        1.问题背景
        某车型试验车进行高变+综合路耐久试验，耐久试验过程中检查发现左右前轮速传感器尾部橡胶护套与制动器防尘罩接触位置出现熔化。
        2.原因分析
        2.1、问题发生点附近结构：
        试验车前轮轮速传感器装配于转向节上，贴近制动盘防尘罩，线束接插件与前轮轮速传感器连接后，线束接插件外壳与制动器防尘罩间隙较小。
        因插件所处环境恶劣且振动剧烈，线束接插件尾部出线处线束易受损，因此在接插件尾部使用橡胶注塑结构进行防护，线束接插件尾部与制动器防尘罩之间间隙约5mm。
        线束受张力影响，在该段线束长度为上公差时，可能会与制动器防尘罩出现干涉。此处干涉会造成线束磨损，导致前轮轮速信号丢失，影响ABS等功能，产生安全隐患。为防止此磨损问题发生，        在插件尾部橡胶套增加了隔离圆盘结构设计，允许实际装配完成后接插件尾部橡胶圆盘贴到防尘罩上，使线束与防尘罩实现隔离。
        此设计用于隔离线束与制动器防尘罩，避免线束与防尘罩直接干涉，问题点即出现在胶套尾部圆盘与防尘罩接触部分。

        2.2、理论分析：
        制动过程中，制动盘与刹车片摩擦升温，常用制动器刹车片耐温约650℃~700℃，可以推断制动盘温度会非常高，而制动器防尘罩受到制动盘热辐射影响，会出现升温。在持续制动过程中，制动器防尘罩温度不断升高，超过100℃成为高温热源。
        线束接插件尾部橡胶注塑结构材质为TPU,耐温范围-40~100℃。因制动器防尘罩的温度在长时间制动过程中超过线束接插件尾部胶套的热变形温度，导致胶套出现受热变形。
        2.3、试验验证：
        对制动器防尘罩在长时间制动过程中受制动盘热辐射影响成为高温热源问题，为进行实际验证，在实车上布置了热电偶对线束接插件周边温度进行测试，测试过程如下：
测试环境温度30度，风力3级，行驶路面为平直路面和山地长下坡路面；
        温度测试点设置：在制动盘防尘罩内侧使用热电偶在线束接插件尾部胶套与防尘罩接触点和线束中心位置处布点，测温计放置在驾驶舱内对温度实时监控；
        测试工况：车速按高变工况行驶和长时间下坡制动工况行驶；
        测试过程简述：测试过程中，车辆制动时制动盘防尘罩温度和线束中心位置温度随制动时间增加而不断升高，这验证了制动过程中防尘罩温度会受制动盘热辐射影响出现升温的推断，线束受制动盘防尘罩热辐射影响也出现温度上升现象，但线束中心位置温度低于制动盘防尘罩温度；
        停止制动后，车辆继续行驶过程中制动盘防尘罩温度和线束中心位置温度迅速下降；如果持续制动至车辆停止，车辆停止后制动盘防尘罩温度和线束中心位置温度下降速率较行驶过程中下降速率要低，分析为车辆行驶过程中制动盘和制动盘防尘罩受气流影响散热速度更快。
        本次长时间制动测试过程中，制动盘防尘罩温度和线束中心位置温度达到热平衡状态时，制动盘防尘罩温度最高值为233℃，线束中心位置温度为114℃；
        达到热平衡后，停止制动，车辆慢速行驶约1min后防尘罩温度降至80℃以下停止测试；
        验证结论：持续刹车过程中，制动盘升温，制动器防尘罩受热辐射影响升温最高到233℃，超出线束尾部胶套热变形温度，导致线束橡胶套接触部分出现熔化。
        2.4、问题分析结论：
        制动过程中，制动盘与刹车片摩擦升温，制动器防尘罩受制动盘热辐射影响而升温。长时间制动过程中，制动器防尘罩温度不断升高，热平衡温度约233℃左右。
线束接插件尾部橡胶注塑结构材质为TPU,耐温范围-40~100℃。橡胶在贴近制动器防尘罩位置因防尘罩温度超出橡胶热变形温度，出现受热变形熔化问题。
        3.解决措施
        根据上述分析，解决问题的关键点有两个：
        1）、线束尾部橡胶护套结构与高温的制动器防尘罩直接接触；
        2）、线束尾部橡胶护套耐温范围低于所处环境温度，导致出现热变形。
        针对上述两点，可采用如下方案解决问题：
        1）、取消尾部胶套的圆盘形状隔离结构，调整接插件尾部胶套的形状为90°弯角，从结构上保证线束能够直接避让制动器防尘罩，无直接接触；
        2）、调整橡胶材质，最高耐温提升到125℃/240h（熔化温度180℃/2h/直接接触），使之超出线束位置最高温度，不会出现热变形。
        上述措施经台架、路试耐久验证已确认有效。
        4. 经验总结
        综上，通过理论分析及试验验证，本次轮速传感器尾部橡胶套熔化问题的关键原因在于未识别到制动器防尘罩作为潜在高温热源对线束的影响：在车辆持续制动过程中，制动盘与刹车片摩擦升温，制动器防尘罩受到制动盘的热辐射影响升温，成为高温热源；在轮速传感器线束的设计过程中，应避让高温的制动器防尘罩，而不应设计为接插件尾部胶套与制动器防尘罩直接接触的方案，制动器防尘罩温度超过线束材料热变形温度，导致线束尾部橡胶套与制动器防尘罩接触部分出现熔化。
        通过对该问题的解析与反思可知，制动器附近的线束设计应参照如下原则：线束若贴近制动器防尘罩，在持续制动情况下有可能会被制动盘传导的高温烤熔化，因此线束不可贴合制动器防尘罩，线束组件与制动器防尘罩的设计间距推荐＞5mm。