CN201983887U - 非接触扭矩传感器及电动助力转向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种非接触扭矩传感器以及使用该传感器的电动助力转向系统。方案是通过借助两个耦合线圈的无线能量与信号传输，将第二耦合线圈检测处理得到的扭矩信号耦合至第一耦合线圈，并输出至电动助力转向控制器，控制器输出控制信号控制助力电机，再经减速器将相应的转向助力传递至车轮，实现了扭矩信号的无线传输，避免了接触型扭矩传感造成的磨损，提高了使用寿命。本实用新型结构简单，制造成本较低，且灵敏度高，具有较高的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆助力转向系统，具体涉及一种用于车辆助力转向的非接触 扭矩传感器以及使用该传感器的电动助力转向系统。
背景技术
汽车转向系统是汽车的重要组成系统之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。电动助力转向系统因其节能环保、结构简单、助力特性易于控制等优点成为当前汽车转向系统的主流趋势。
电动助力转向系统主要由 扭矩传感器、车速传感器、助力电机及减速器、控制单元等组成。一般通过 扭矩传感器感应转向操作时方向盘施加到转向轴上的扭矩信号，并转换成电信号传送给控制单元，驱动助力电机产生适当的助力，帮助驾驶员完成转向操作。
扭矩传感器是电动助力转向的关键装置，主要有接触式和非接触式两种。接触式用得较多的是电位计式扭矩传感器，方向盘上有扭矩时，与之连接的扭杆相对转动，扭杆下方连接的圆环上下移动，圆环带动电位器旋转，通过检测电位器的电压变化进而得到扭矩的大小。由于电位器、圆环与固定壁面不断摩擦，易产生磨损，大大降低了传感器的检测精度和使用寿命。
非接触式较为典型的有电磁感应式，输入轴和输出轴由扭杆连接，扭杆受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就被改变，使得花键上的磁感强度改变，磁感强度的变化，通过线圈转化为电压信号。然而磁电式的测量容易受磁场及温度的影响，且轴上 的花键及键槽的加工及精度要求使得工艺较为复杂。
在高档车中采用的非接触式光电扭矩传感是通过光栅的相对位移来测量扭杆扭转的角度，再将光线的变化转化为扭矩信号，虽然光电式检测无磨损的问题且精度高，但由于对光栅的精度要求十分严格，因此工艺复杂，成本很高。
发明内容
本适用新型的目的是针对现有技术存在的上述缺点，提供一种结构简单、制造成本较低，且灵敏度高、可靠性好的非接触 扭矩传感器，以及使用该传感器的电动助力转向系统。
为实现上述目的，本实用新型的非接触扭矩传感器采用如下的技术方案：
一种非接触 扭矩传感器，包括外壳、输入轴、输出轴和扭杆，还包括固定在所述外壳内壁的第一耦合线圈，及固定在所述扭杆上的第二耦合线圈，扭杆穿过所述两个耦合线圈，第一耦合线圈依靠连接的外部电源供电，第二耦合线圈连接扭矩检测单元，第二耦合线圈通过与第一耦合线圈的耦合获得电源能量，并与之进行无线信号传输。扭矩检测单元采集到扭杆的扭矩变化并进行处理，将扭矩信号通过第二耦合线圈无线传输给第一耦合线圈，输出至与第一耦合线圈连接的电动助力转向控制单元，控制助力电机提供转向助力。
所述第二耦合线圈通过一个固定支架固定在扭杆上，第二耦合线圈随扭杆转动而转动，固定支架可以为一个套筒，扭杆穿过套筒，套筒靠近输入轴的一端与扭杆连接固定，第二耦合线圈与套筒另一端固定，扭杆直径较套筒及第二耦合线圈的内径小。
所述第一和第二耦合线圈可为具有特定铜箔布线的PCB板，即PCB板上的印制铜箔可以作为无线发射及接收天线。
所述扭矩检测单元可以包括霍尔传感器。
所述扭矩检测单元可以包括电阻应变片。
一种电动助力转向系统，包括上述的任一非接触扭矩传感器。
相比接触式扭矩传感器，本实用新型的非接触式扭矩传感器通过采用无线能量与信号传输的方式实现了对扭矩信号的检测和传递，所借助的检测部件没有直接的接触与摩擦，所以无机械磨损，不会因为频繁使用而造成磨损，具有更好的耐用性。
本实用新型不但保证较高的测量精度，且结构简单，制造成本低，
附图说明
图1为本实用新型的扭矩传感器结构原理框图；
图2为本实用新型的电动助力转向系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1-2，1是输出轴，2是扭矩检测单元，3是圆盘，4是第二耦合线圈，5是外壳，6是第一耦合线圈，7是套筒，8是扭杆，9是轴承，10是输入轴。
本实用新型的非接触 扭矩传感器，包括外壳5、输入轴10、输出轴1和扭杆8，输入输出轴通过轴承9连接扭杆8的两端，还包括固定在所述外壳5的内壁上的第一耦合线圈6，及固定在所述扭杆8上的第二耦合线圈4，扭杆8穿过所述两个耦合线圈，第一耦合线圈6依靠连接的外部电源供电，第二耦合线圈4连接扭矩检测单元2，第二耦合线圈4通过与第一耦合线圈6的耦合获得电源能量，并与之进行无线信号传输。扭矩检测单元2采集到扭杆8的扭矩变化并进行处理，将扭矩信号通过第二耦合线圈4无线传输给第一耦合线圈6，输出至与第一耦合线圈6连接的助力控制单元，控制助力电机提供转向助力。
在扭杆8靠近输出轴一端固定有一个圆盘3，第二耦合线圈4通过一个固定支架固定在扭杆8上，本实施例中选用的固定支架为套筒7，套筒7为具有一定长度的中空筒柱，扭杆8穿过套筒7，套筒7靠近输入轴10的一端与扭杆8连接固定，第二耦合线圈4固定在套筒7靠近输出轴1的另一端上，与圆盘3相对，扭杆8的直径较套筒7及第二耦合线圈4的内径小。因此扭杆8靠输入轴10一端的转动变化通过连接的套筒7传递至第二耦合线圈4，扭杆8的形变即为第二耦合线圈4相对圆盘3的转动角度。
本实施例的扭矩检测单元2包括霍尔传感器及信号处理模块，在圆盘3的圆周上装有一对磁极相对的磁铁，两磁铁间隔一定宽度，在第二耦合线圈4对应两磁铁的中心位置上装有霍尔元件，构成霍尔传感器，霍尔元件连接信号处理模块，当第二耦合线圈4转动时，霍尔元件偏离圆盘3上两个磁铁的中心位置，霍尔传感器将转动偏离造成的磁场变化转为相应的电压信号送入信号处理模块进行A/D转换，并与预存的扭杆弹性系数进行计算，得到施加在扭杆8上的扭矩信号。为了使扭矩数据采集更为准确且更具有可靠性，可以设置两组霍尔传感器，即圆盘3上设置两组磁铁，第二耦合线圈4对应的位置上设置两个霍尔元件。
本实用新型的另一个实施例，即扭矩检测单元2包括电阻应变片及信号处理模块，将电阻应变片贴在扭杆8上，直接检测扭杆的扭矩信息，因此这个实施例中不需要放置磁铁的圆盘3，且第二耦合线圈4的固定支架可以选用简单的平面件，将第二耦合线圈4固定在扭杆8上即可，电阻应变片将检测的数据通过信号线传输至信号处理模块。
第一和第二耦合线圈可以制成具有特定铜箔布线的PCB板，即PCB板上的印制铜箔可以作为无线发射及接收天线。则第一实施例中的霍尔元件及信号处理模块均可与第二耦合线圈集成至一块PCB板上，减小了传感部件的体积，装配更简单。
本实用新型的电动助力转向系统，包括上述的任一非接触扭矩传感器。 结构图如附图2。 扭矩传感器的输入轴与方向盘相连，输出轴与减速器相连，助力控制器与 扭矩传感器内的第一耦合线圈及助力电机相连接，助力电机输出至减速器，助力控制器通过车载电源供电。第一耦合线圈通过车载电源经过助力控制器提供电源，第二耦合线圈通过与第一耦合线圈的耦合获得能量并与之传递信号。
当车辆发生转向时，驾驶员通过方向盘输入扭矩，引起 扭矩传感器内的扭杆变形，第二耦合线圈检测扭矩信号并无线传输至第一耦合线圈，再输出至助力控制器，助力控制器根据所测扭矩信号控制助力电机运行，经减速器将所需的转向助力传递至传动机构，实现电动助力转向。
Claims (7)
1.一种非接触扭矩传感器，包括外壳、输入轴、输出轴和扭杆，其特征在于：还包括固定在所述外壳内壁的第一耦合线圈，及固定在所述扭杆上的第二耦合线圈，扭杆穿过所述两个耦合线圈，第一耦合线圈依靠连接的外部电源供电，第二耦合线圈连接扭矩检测单元，第二耦合线圈通过与第一耦合线圈的耦合获得电源能量，并与之进行无线信号传输。
2.根据权利要求1所述的非接触扭矩传感器，其特征在于：所述第二耦合线圈通过一个固定支架固定在扭杆上，第二耦合线圈随扭杆转动而转动。
3.根据权利要求2所述的非接触扭矩传感器，其特征在于：所述固定支架可以为一个套筒，扭杆穿过套筒，套筒靠近输入轴的一端与扭杆连接固定，第二耦合线圈与套筒另一端固定，扭杆直径较套筒及第二耦合线圈的内径小。
4.根据权利要求1所述的非接触扭矩传感器，其特征在于：所述第一和第二耦合线圈可为具有特定铜箔布线的PCB板。
5.根据权利要求1所述的非接触扭矩传感器，其特征在于：所述扭矩检测单元可以包括霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的非接触扭矩传感器，其特征在于：所述扭矩检测单元可以包括电阻应变片。
7.一种电动助力转向系统，其特征在于：包括权利要求1～6的任一非接触扭矩传感器。
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