一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法與流程
2023-05-05 13:55:09 1
本發明涉及檢測、定位用傳感器領域，尤其涉及一種應用於汽車轉向機的採用電容器的扭矩傳感器及相應的扭矩傳感計算方法。
背景技術：
目前，控制汽車運行的關鍵部件之一-轉向機總成的扭矩傳感器通常採用磁感應式扭矩傳感器，該磁感應式扭矩傳感器的設計要點在於：在輸入軸端和小齒輪端分別安裝有扇形磁鐵和對磁場強度敏感的磁阻傳感器，兩者配合形成磁感應式扭矩傳感器，當輸入軸無外加扭矩時，扭轉角為零，而當有扭矩作用於輸入軸而使扭杆產生形變時，扇形磁鐵和磁阻傳感器也會產生相對位移，磁場強度發生變化，此時通過磁阻傳感器感應出來的磁場強度的變化就可以計算出位移量，進而再繼續換算成扭矩的大小。
經過裝配成本計算綜合得出，現有技術下的磁感應式扭矩傳感器雖然靈敏度較高，受溫度等外界環境因素的影響較小，但也存在缺點：
1.磁感應式扭矩傳感器其成本較高，不利於轉向機總成成本的降低；
2.磁感應式扭矩傳感器信號處理較複雜，需要其他裝置的輔助，進一步提高了轉向機總成的成本。
故現迫切需要一種新型的扭矩傳感器，再降低成本的同時，也能維持磁感應式扭矩傳感器靈敏度高、受外界環境因素的影響較小的優點。
技術實現要素：
為了解決現有技術下的磁感應式扭矩傳感器成本較高、信號處理較複雜的缺點，本發明提供了一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法，將原設計中的感應磁場強度變化的磁感應式扭矩傳感器的扇形磁鐵及磁阻傳感器分別替換成兩塊正對、平行的金屬極板，將扭杆的形變轉化為平行板電容器極板正對面積的變化，從而使得電容量產生變化，，並在下方極板兩邊分別安裝一塊小極板來感應轉向方向，通過電路處理可以將電容量的變化轉換為電流量的變化，將其輸入到單片機直接進行處理獲得扭矩大小，本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法可以減少磁阻傳感器、扇形磁鐵及信號處理IC等元器件，大大降低了生產成本，而且靈敏度、精度較高，同時受溫度等外界環境因素的影響較小。
本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法，其具體結構和方法步驟如下所述：
一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器，包括輸入軸端和小齒輪端，其其特徵在於：
所述的輸入軸端在其下端部設置有金屬製成的上主極板；
所述的小齒輪端在其上端部設置有金屬製成的下主極板；
所述的上主極板與下主極板呈位置與大小對應的正對式設計，且在下主極板的兩側分別安裝設置有用於感應轉動方向的左子極板和右子極板。
根據本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器，其特徵在於，所述的上主極板與下主極板間的電介質恆定且距離恆定，而上、下主極板兩者之間的電容量隨上、下極板正對面積的變化而線性變化。
一種扭矩傳感計算方法，基於上述的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器，其具體步驟如下所述：
1)輸入軸端無外加扭矩，處於靜止時，上主極板與下主極板間的正對面積恆定，電容量恆定，此時的上主極板與下主極板兩側的左子極板和右子極板也無正對面積，故無電容產生；
2)扭矩作用於輸入軸端，產生轉向時，上主極板與下主極板間的正對面積發生變化，導致電容量隨上、下極板的正對面積的變化而線性變化，這一變化通過電路處理轉換成電流量的變化，將其輸入到單片機進行處理後就可直接換算成扭矩大小；
3)步驟2)中，由於上主極板的位置發生變化，上主極板與設置在下主極板兩側的左子極板和右子極板的其中一個子極板也產生了正對面積，從而有了電容量，即，電路檢測到該電容量就可以作為轉向的方向信號依據。
本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法，其設計方案基於平行板電容器的原理，即，當平行極板間電介質恆定且距離恆定時，電容量隨極板正對面積的變化而線性變化。
使用本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法獲得了如下有益效果：
1.本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法用上、下金屬主極板及左、右子極板替代了現有技術下的磁感應式扭矩傳感器，不再需要磁阻傳感器、扇形磁鐵及信號處理IC等元器件，大大降低了生產成本；
2.本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法基於平行板電容器的原理，故靈敏度、精度較高，同時受溫度等外界環境因素的影響較小。
附圖說明
圖1為本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法的具體結構示意圖；
圖2為本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法的具體實施安裝效果圖；
圖中：1-輸入軸端，2-小齒輪端，3-上主極板，4-下主極板，5-左子極板，6-右子極板。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法做進一步的描述。
實施例
如圖1和圖2所示，一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器，包括輸入軸端1和小齒輪端2，輸入軸端在其下端部設置有金屬製成的上主極板3；
小齒輪端2在其上端部設置有金屬製成的下主極板4；
上主極板3與下主極板4呈位置與大小對應的正對式設計，且在下主極板的兩側分別安裝設置有用於感應轉動方向的左子極板5和右子極板6。
上主極板3與下主極板4間的電介質恆定且距離恆定，而上、下主極板兩者之間的電容量隨上、下極板正對面積的變化而線性變化。
一種扭矩傳感計算方法，基於上述的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器，其具體步驟如下所述：
1)輸入軸無外加扭矩，處於靜止時，上主極板3與下主極板4間的正對面積恆定，電容量恆定，此時的上主極板與下主極板兩側的左子極板5和右子極板6也無正對面積，故無電容產生；
2)扭矩作用於輸入軸，產生轉向時，上主極板3與下主極板4間的正對面積發生變化，導致電容量隨上、下極板的正對面積的變化而線性變化，這一變化通過電路處理轉換成電流量的變化，將其輸入到單片機進行處理後就可直接換算成扭矩大小；
3)步驟2)中，由於上主極板3的位置發生變化，上主極板與設置在下主極板4兩側的左子極板5和右子極板6的其中一個子極板也產生了正對面積，從而有了電容量，即，電路檢測到該電容量就可以作為轉向的方向信號依據。
本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法用上、下金屬主極板及左、右子極板替代了現有技術下的磁感應式扭矩傳感器，不再需要磁阻傳感器、扇形磁鐵及信號處理IC等元器件，大大降低了生產成本；本發明基於平行板電容器的原理，故靈敏度、精度較高，同時受溫度等外界環境因素的影響較小。
本發明的一種汽車轉向機用電容式扭矩傳感器及扭矩傳感計算方法，適用於各種汽車轉向機的扭矩傳感領域。