一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器的製作方法

2023-10-18 12:05:29 3

專利名稱：一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車轉向系統，具體為一種用在汽車電動助力轉向系統的非接觸式角度扭矩一體化傳感器。
背景技術：
汽車轉向系統是汽車的一個重要底盤部件，牽涉到汽車的行駛性能。轉向系統的性能直接影響到汽車的操縱穩定性，它對於確保車輛的安全，減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全，減輕駕駛員勞動強度有著重要作用。轉向系統是一種由電機提供助力能源的動力轉向系統當駕駛員轉動方向盤時， 扭矩傳感器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭杆作用下產生的相對轉動位移變成電信號傳給ECU，ECU根據車速傳感器和扭矩傳感器的信號決定電動機的旋轉方向和助力電流有大小，從而完成實時助力轉向控制。因此它可以很容易地實現在車速不同時由電動機提供不同的助力效果，保證汽車在低速行駛時輕便靈活，高速行駛時穩定可靠。電動助目前國內電動助力轉向系統(Electronic Power Steering簡稱EPS)的發展迅速，EPS的安全及技術的要求也更高，對傳感器同樣如此。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、助力電機及減速機構、E⑶控制單元組成。一般EPS助力的大小隻與車速相關，即常說的車速感應型。但隨著EPS的發展，助力特性不止與車速有關還與方向盤轉角相關，所以國外一些中、高檔汽車的EPS除安裝了扭矩傳感器外還安裝了轉角傳感器，可以根據轉角位置提供不同助力大小，從而大幅度地改變助力平順性及其他助力特性，特別要提出的是拓展了電動助力轉向的主動回正功能。而集成了角度測量的扭矩傳感器已成為EPS的重要組成部分。國外轉向系統廠家一般把轉角和扭矩分成兩個器件，布置在轉向系統的不同位置，來進行測量，且目前無論是磁電式還是光電式，還是磁阻式，霍爾式等傳感器內部元器件都沒能集成一個整體，不能獨立與轉向系統單獨工作，也就不能獨立測試，給開發和診斷帶來很不方便。

實用新型內容本實用新型所解決的技術問題在於提供一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，以解決上述背景技術中的缺點。本實用新型所解決的技術問題採用以下技術方案來實現一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，包括角度測量部分和扭矩測量部分，還包括可編程霍爾元件，其中，所述角度測量部分包括一個主動齒輪和從動齒輪 I和從動齒輪II，主動齒輪靠緊輸入軸，從動齒輪I與主動齒輪相螯合，從動齒輪II與從動齒輪I相螯合，可編程霍爾元件分別連接從動齒輪I和從動齒輪II;所述扭矩測量部分包括彈性軸、內支撐環、外支撐環、齒形感應環和弧形過渡環，彈性軸安裝在輸入軸和輸出軸之間，內支撐環和輸入軸上部相連，在內支撐環外圓周均勻分布有N/S相間的磁極,夕卜支撐環與輸出軸相連，上下各有一個齒形感應環交錯的呈圓周均勻插入外支撐環上，所述弧形過渡環分別連接上下兩個齒形感應環，並與可編程霍爾元件相連接，由磁極、齒形感應環、 弧形過渡環與可編程霍爾元件形成一個磁迴路。在角度測量部分中，所述從動齒輪I和從動齒輪II的齒數不一樣多，則它們的轉角不一樣，因此可以憑藉這個轉角差來得出主動齒輪的轉角，並相互校正。所述可編程霍爾元件，集成外部電路及單片機、霍爾元器件一體，以減少外部幹擾。由於採用可編程霍爾元件，所以扭矩傳感器可實時對中，即調整傳感器零點電位，也使實時補償變的更為簡單。本實用新型的扭矩測量採用旋轉磁極的方法，把磁鐵安裝在輸入軸上，把磁感應部件做成環形帶齒狀，分上下兩部分交錯呈圓周均勻地布置輸出軸上，這樣使得感應磁場均勻。在本實用新型中，所述一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器的各零部件集成為一體，封裝在一個殼體內，包括上、中、下三部分，其中角度測量部分安裝在上、中殼體之間，扭矩測量部分安裝在中、下殼體之間。有益效果本實用新型結構簡單、構思巧妙，角度測量採用多級齒輪變速產生角度差的原理，扭矩測量採用旋轉磁極的方法，使角度測量和扭矩測量更為簡單和精準，採用可編程霍爾元件測量，使實時檢測、調整和補償更為簡單，本實用新型能同時檢測角度和扭矩，並把角度測量和扭矩測量集中在一起，方便整體布置，減少安裝空間，節約成本。

圖I為本實用新型較佳實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型較佳實施例的主視示意圖。圖3為本實用新型較佳實施例的後視示意圖。圖4為本實用新型較佳實施例的側視示意圖。圖5為本實用新型較佳實施例的電氣連接圖。圖中下殼體I、中殼體2、上殼體3、外支撐環4、齒形感應環5、磁極6、內支撐環
7、弧形過渡環8、可編程霍爾元件9、扭矩信號處理電路10、主動齒輪11、從動齒輪I 12、從動齒輪II 13、霍爾盤14、圓形磁鐵15、角度信號處理電路16、N/S磁極17、軟磁鐵18、電源 19、電源管理模塊20、霍爾片21、斬波穩定器22、採樣保持濾波器23、溫度補償及間隙補償模塊24、輸出放大器25、扭矩輸出信號26、EEROM 27、A/D轉換器28、濾波器29、微處理器 30、CAN驅動器31、角度輸出信號32。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。參見圖1-5的一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，分為角度測量和扭矩測量兩個部分，分成上、中、下三個殼體，上中殼體中間包含部分是角度測量，中下殼體中間包含部分是扭矩測量部分。角度測量採用齒輪變速產生角度差原理，即主動齒輪帶動兩級從動齒輪。主動齒輪安裝在輸入軸上部，當轉向盤轉動時，輸入軸上部帶動主動齒輪轉動，主動齒輪帶動從動齒輪I轉動，在由從動齒輪I帶動從動齒輪II轉動，由於兩級從動齒輪齒數不一樣，從而得出轉角位置不一樣，在利用兩個齒輪的角度差得出主動齒輪的角度。當轉向盤轉動時，輸入軸和輸出軸之間有一彈性軸，由於受到一定扭矩，彈性軸就會產生一定的扭轉變形，在彈性軸的上端和下端將產生一個轉角差，由於彈性軸具有一定的扭轉剛度，從而得出扭矩。扭矩測量採用霍爾磁感應原理。由於內支撐環與輸入軸相連， 而內支撐環上均勻的布滿了 N/S磁極，輸出軸與外支撐環相連，上下兩個齒形感應環交錯地呈圓周均勻地插入外支撐環上。由於磁極的磁場影響，上下兩個齒形感應環將感應到一定的磁感應，通過弧形環傳遞到可編程霍爾元件，最後由磁極與齒形感應環、弧形過渡環與可編程霍爾元件形成一個磁迴路。當沒有扭矩輸入時，磁極產生的磁場在上下兩個齒形感應環間產生的磁場達到相對平衡，通過電路及軟體把這種相對平衡的磁場變換中點電壓輸出。當輸入一定扭矩時，當輸入軸和輸出軸兩端產生轉角差時，內支撐環上的磁極將相對應齒形感應環產生相對轉角，使得齒形感應環感應出磁場將發生變化，這種磁通變化通過弧形過渡環把磁場傳遞到可編程霍爾元件，最後通過相關電路輸出扭矩信號。本實用新型工作時，在角度測量部分，當轉動方向盤時，輸入軸帶動主動齒輪11 轉動，從動齒輪I 12跟著轉動，從動齒輪II 13也轉動，由於主動齒輪11與從動齒輪I 12 和主動齒輪11與從動齒輪II 13傳動比不一樣，故當輸入一個轉角到主動齒輪11時，從動齒輪I 12和從動齒輪II 13的輸出轉角也不一樣，通過從動齒輪I 12和從動齒輪II 13 轉角的差值可測得主動齒輪11超過360°轉角的測量。從動齒輪I 12和從動齒輪II 13 中央安裝有圓形磁鐵15，齒輪上方安裝霍爾片21，由於圓形磁鐵15轉動引起磁場轉動，霍爾片21能檢測出磁場的轉動並輸出模擬電壓信號，經過濾波器28和A/D轉換器後29轉換成數位訊號，然後輸送到微處理器30進行差值運算，再輸出到CAN驅動器31然後就得到了角度輸出信號32。在扭矩測量部分，當轉向盤轉動時，輸入軸和輸出軸之間產生一個轉角差，內支撐環7和輸入軸上部相連，內支撐環7外圓周均勻分布有N/S相間的磁極6，輸出軸與外支撐環4相連，上下兩個齒形感應環5交錯地呈圓周均勻地插入外支撐環4上。由於磁極的磁場影響，上下兩個齒形感應環5將感應到一定的磁感應，通過弧形過渡環5傳遞到可編程霍爾元件9，最後由磁極6與齒形感應環5、弧形過渡環8與可編程霍爾元件9，形成一個磁迴路。由於霍爾器件有在一定磁場環境下，變產生微弱的電壓信號，通過斬波穩定器22,米樣保持濾波電路23,輸出穩定的微弱的電壓信號。當沒有扭矩輸入時,磁極6產生的磁場在上下兩個齒形感應環間產生的磁場達到相對平衡，此時輸出穩定的微弱的電壓信號，通過一定的軟體把此電壓信號定義為扭矩傳感器的中點電壓值，軟體編好後存儲在EEPROM 27 中，最後微處理器30處理後經輸出放大器25輸出扭矩信號26,輸出扭矩信號26則為正常使用的電壓信號。當輸入一定扭矩時，當輸入軸和輸出軸兩端產生轉角差時，內支撐環7上的磁極6將相對應齒形感應環5產生轉角，使得齒形感應環5感應出磁場將發生變化，這種磁通變化通過弧形過渡環8把磁場傳遞到可編程霍爾元件9，這種磁場的變化最後通過上述電路輸出放映扭矩信號。在上述電路中還將設有溫度補償及間隙補償模塊24，此模塊設置在米樣保持濾波器23和輸出放大器25之間。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，包括角度測量部分和扭矩測量部分，其特徵在於，還包括可編程霍爾元件，其中，所述角度測量部分包括一個主動齒輪和從動齒輪I和從動齒輪II，主動齒輪靠緊輸入軸，從動齒輪I與主動齒輪相螯合，從動齒輪II與從動齒輪I相螯合，可編程霍爾元件分別連接從動齒輪I和從動齒輪II ;所述扭矩測量部分包括彈性軸、內支撐環、外支撐環、齒形感應環和弧形過渡環，彈性軸安裝在輸入軸和輸出軸之間，內支撐環和輸入軸上部相連，在內支撐環外圓周均勻分布有N/S相間的磁極，外支撐環與輸出軸相連，上下各有一個齒形感應環交錯的呈圓周均勻插入外支撐環上，所述弧形過渡環分別連接上下兩個齒形感應環，並與可編程霍爾元件相連接，由磁極、 齒形感應環、弧形過渡環與可編程霍爾元件形成一個磁迴路。
2.根據權利要求I所述的一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，其特徵在於，所述從動齒輪I與從動齒輪II的齒數不一樣多。
3.根據權利要求I所述的一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，其特徵在於，所述可編程霍爾元件集成外部電路及單片機、霍爾元器件於一體。
4.根據權利要求I或2或3所述的一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，其特徵在於，所述一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器的各零部件集成為一體，封裝在一個殼體內，包括上、中、下三部分，其中角度測量部分安裝在上、中殼體之間，扭矩測量部分安裝在中、下殼體之間。
專利摘要一種集成角度扭矩於一體的電動助力轉向系統傳感器，提供了一種用在汽車電動助力轉向系統的非接觸式角度扭矩一體化傳感器，包括角度測量部分和扭矩測量部分，角度測量採用多級齒輪變速產生角度差的原理，即主動齒輪帶動兩級從動齒輪；扭矩測量採用旋轉磁極的方法，把磁鐵安裝在輸入軸上，把磁感應部件做成環形帶齒狀，分上下兩部分交錯呈圓周均勻地布置輸出軸上，使角度測量和扭矩測量更為簡單和精準，採用可編程霍爾元件測量，使實時檢測、調整和補償更為簡單，本實用新型能同時檢測角度和扭矩，並把角度測量和扭矩測量集中在一起，方便整體布置，減少安裝空間，節約成本。
文檔編號G01L3/10GK202350721SQ20112051654
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者張寶明, 石廣林, 趙斌, 高明 申請人:株洲易力達機電有限公司