CN100554064C - 非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，包括非接触式扭矩转角传感器，转向输入轴，转向输出轴，蜗轮蜗杆减速箱壳体，传感器下端盖，传感器上端盖，扭杆，尼龙压套，尼龙压套，扭矩传感器的转子与转向轴的输入轴通过尼龙压套配合压紧固定连接，扭矩传感器的定子即转角传感器的转子与转向输出轴也通过尼龙压套配合压紧固定连接，转角传感器定子通过传感器下端盖与蜗轮蜗杆减速箱壳体固定连接，输入轴与输出轴通过扭杆相连，扭矩转角传感器与输出轴之间设有角度限位。本发明有更高的测量精度，更高的耐用性，更高的可靠性，更短的滞后效应和更广的应用范围。

Description

非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构

技术领域

本发明涉及一种汽车管柱助力式电动助力转向系统(C-EPS)上传感器的安装结构，具体地说，涉及一种非接触式扭矩/转角传感器的安装结构。

背景技术

汽车转向性能是汽车的主要性能之一，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。为了提高转向性能，目前普遍采用了动力转向系统：液压助力转向系统、电液助力转向系统、电动助力转向系统(简称EPS)。电动助力转向系统因其节能环保、结构简单、易于维护与保养、随动性强回正性好且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。

EPS是一种直接由电机提供辅助扭矩的动力转向系统。不同类型的EPS基本原理是相同的：扭矩传感器与转向轴连接在一起，当转向轴转动时，扭矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给ECU，EUC根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流有大小，从而完成实时助力转向控制。因此它可以很容易地实现在车速不同时由电动机提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。因此EPS转向特性的设计具有较高的自由度。

EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、助力电机及减速机构、ECU控制单元组成。一般EPS助力的大小只与车速相关，即常说的车速感应型。但随着EPS的发展，助力特性不止与车速有关还与方向盘转角相关，所以国外一些中、高档汽车的EPS除安装了扭矩传感器外还安装了转角传感器，从而大幅度地改变助力特性，提高了转向的舒适性及改善回正性。而集成了转角测量的扭矩传感器已成为EPS的重要组成部分。

扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小与方向，以及转向盘转角的大小和方向。这些信号都是EPS的控制信号。扭矩测量系统比较复杂且成本较高，所以精确、可靠、低成本的扭矩传感器是决定EPS能否占领市场的关键因素之一。扭矩传感器是EPS的关键传感器，主要有接触式与非接触式两种。

目前接触式用得较多的是电位计式扭矩传感器，非接触式用得较多的是电磁感应式、光电式和超声波式扭矩传感器。接触式成本较低，但受温度与磨损影响易发生漂移、使用寿命较低、需要对制造精度和扭杆刚度进行折中，难以实现绝对转角和角速度的测量。非接触式的测量精度高、抗干扰能力强、刚度相对较高、易实现绝对转角和角速度的测量。

发明内容

本发明是要提供一种非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构。该结构中的非接触式传感器与接触式传感器相比，有更高的测量精度，更高的耐用性，更高的可靠性，更短的滞后效应和更广的应用范围，并且具有结构简单，易于安装的特点。

本发明的技术方案是：一种非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，包括非接触式扭矩转角传感器，转向输入轴，转向输出轴，蜗轮蜗杆减速箱壳体，传感器下端盖，传感器上端盖，扭杆，尼龙压套，扭矩传感器的转子与转向轴的输入轴通过尼龙压套配合压紧固定连接，扭矩传感器的定子即转角传感器的转子与转向输出轴也通过尼龙压套配合压紧固定连接，转角传感器定子通过传感器下端盖与蜗轮蜗杆减速箱壳体固定连接，输入轴与输出轴通过扭杆相连，扭矩转角传感器与输出轴之间设有角度限位。

电磁感应式非接触式扭矩转角传感器，定子和转子由磁性材料制成，定子与转子之间形成闭合的磁路，转角传感器定子与扭矩传感器定子固定连接在一起。

扭矩转角传感器与输出轴之间的角度限位由输入轴下端部的扇形侧表面与输出轴上端部矩形侧表面组成。

尼龙压套与输入轴，输出轴，扭矩传感器转子，扭矩传感器定子之间的配合为过盈配合；

扭矩传感器转子，扭矩传感器定子与尼龙压套之间由尼龙压套爪部的弹性变形实现配合。

输入轴的下端部的扇形侧面D1与面D3平行，面D2与面D4平行，且均相对于输入轴的轴线对称；输出轴的上端部的矩形侧面E1和面E4共面，面E2和面E3共面，面E1，E4和面E2，E3相对于输出轴的轴线对称。

输入轴、扭杆、输出轴处在同一轴心线上。

本发明的有益效果是：相比接触式传感器，非接触式传感器有着更高的测量精度，更高的耐用性(不会因时间而磨损)，更高的可靠性(多种冗余度的实现)，更短的滞后效应和更广的应用范围(可根据用户需求调整测量范围)。因此安装非接触式传感器的EPS具有较高的可靠性、耐用性等。由于本发明在现有C-EPS的机械结构基础上，对与扭矩传感器的相关装配接口进行了改进，因此，具有结构简单，易于安装的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是1的A-A剖视图；

图3是限位装置剖视图；

图4是尼龙压套开口端面正视图；

图5是图4的俯剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，由非接触式扭矩转角传感器，转向输入轴1，转向输出轴11，蜗轮蜗杆减速箱壳体8，传感器下端盖4，传感器上端盖3，扭杆9，尼龙压套6，尼龙压套15等构成。

扭矩传感器的转子14与转向轴的输入轴1通过尼龙压套15压紧固定配合连接，扭矩传感器的定子13即转角传感器的转子12与转向输出轴11也通过尼龙压套6压紧配合固定连接.

其中，尼龙压套6，15的结构(如图4，5所示)，面G分别与输入轴1或输出轴11面过盈配合，而尼龙压套15、6的面F部与扭矩传感器的转子14和定子13亦采用过盈配合，由于面F部被切割成四个爪型，过盈配合主要由面F部的弹性变形来完成，因此亦于传感器的拆卸和安装。

输入轴1与输出轴11中间安装一根扭杆9，扭杆9与输入轴1之间放置铜套5，扭杆9的另一端与输出轴11用圆柱销10连接；将挡圈7安装在输出轴11轴肩处，转角传感器定子12通过半圆筋B与传感器下端盖4固定，用螺栓将传感器下端盖4与蜗轮蜗杆减速箱壳体8装配连接；安装支架2和传感器上端盖3与传感器下端盖4用螺栓联接在一起。

转向时，驾驶员通过方向盘输入扭矩，扭杆9变形，引起输入轴1与输出轴11相对位置改变，从而带动扭矩传感器的转子14与定子13之间磁通量的相应变化，如果线圈通上交流电，线圈的端压随着扭矩引起的感应系数的改变而变化，从而可测出相应的扭矩变化。驾驶员通过转向输入轴1、扭杆9传递扭矩至转向输出轴11，从而带动转向输出轴11转动，转向输出轴11带动转角传感器转子即扭矩传感器定子13相对转角传感器12转动，引起转角传感器转子1与转角传感器定子12之间磁通量的相应变化，线圈通交流电，线圈的端压随着角度引起的感应系数的改变而变化，从而可测出相应的绝对角度变化。

转向输入轴1下端部的扇形侧表面与输出轴11上端部矩形侧表面间的夹角即为扭矩传感器的限位角度。

扭矩转角传感器的限位装置(如图2、图3所示)。在图3中，转向输入轴1下端部的扇形侧面D1与面D3平行，面D2与面D4平行；输出轴11上端部矩形侧面E1和E4共面，面E2和面E3共面。面D1/面E1、面D2/面E2、面D3/面E3、面D4/面E4间的夹角相同，且为扭矩传感器的允许限位角度。安装时要保证输入轴1、扭杆9和输出轴11同轴。面D1与面D3、面D2与面D4、面E1E4与面E2E3均相对于输入轴1和输出轴11的轴线对称。

扭杆9变形在允许限位角度范围内时，输入轴1通过扭杆9将扭矩传递给输出轴11；当扭矩引起的扭杆9变形超出允许限位角度范围时，面D1/面E1、面D3/面E3(或面D2/面E2、面D4/面E4)相接触，即转向输入轴1下端部的扇形侧表面与输出轴11上端部的矩形侧表面相接触，输入轴1直接通过端面的表面将扭矩传递给输出轴11。

本发明所采用的非接触式传感器转角检测范围3圈，超出量程将会损坏传感器；同时扭矩传感器在安装时要对其零位进行标定，因此在安装时要特别注意安装方法和安装顺序。其具体的安装步骤如下：

(1)将扭杆9压入转向输入轴1，并进行同轴度的检测和调整；

(2)将铜套5在转向输出轴上定位，并将扭杆9的另一端与输出轴11进行装配，调整输入轴1、扭杆9与输出轴11的同轴度，满足同轴度的要求后，调整输入轴1与输出轴11各限位面间角度相等，配钻圆柱销孔，并安装圆柱销10；

(3)将蜗轮压装在输出轴11上，并将装配有蜗轮的转向输入轴1/输出轴11在蜗轮蜗杆减速箱壳体8内定位；

(4)将挡圈7安装在输出轴11轴肩处，用螺栓将传感器下端盖4与蜗轮蜗杆减速箱壳体8装配在一起；

(5)将尼龙压套6安装在转向输出轴11上，保证其端面与挡圈7端面平齐；

(6)转角传感器定子12与扭矩传感器定子13在传感器出厂时即被安装在一起，不可分，因此该步骤将同时安装转角传感器定子12与扭矩传感器定子13，首先将转角传感器定子12上的半圆筋B嵌入传感器下端盖4的半圆槽内，则转角传感器定子12通过半圆筋B与传感器下端盖4固定，微用力压下扭矩传感器定子13的上表面，使其与传感器下端盖4的上表面平齐，即表示扭矩传感器定子13已被尼龙压套6固定；

(7)安装扭矩传感器转子14至输入轴1轴肩固定，将传感器通电，并将两路扭矩信号引入示波器，旋转扭矩传感器转子14，使两路扭矩信号重合，此时即为扭矩传感器的零点；

(8)安装尼龙压套15，固定扭矩传感器的转子14；

(9)将安装支架2和传感器上端盖3与传感器下端盖4用螺栓联接在一起；

(10)传感器安装完毕后，当安装转向管柱伸缩套管时，需对非接触式扭矩/转角传感器进行角度零位标定。标定方法如下：向任一方向旋转转向输入轴1，至其内部角度机械限位处(即感到旋转稍费力)，然后再反向旋转1.5圈，该位置即可定为转角传感器的角度零位。转角传感器可将任一点定义为电信号零点，此时进行角度调零只是为了在使用过程中不破坏传感器内部的角度机械限位，所以此时近似调零，不需十分精确。

Claims (6)

1.一种非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，包括非接触式扭矩转角传感器，转向输入轴(1)，转向输出轴(11)，蜗轮蜗杆减速箱壳体(8)，传感器下端盖(4)，传感器上端盖(3)，其特征在于，还包括扭杆(9)，第一尼龙压套(6)，第二尼龙压套(15)，扭矩传感器的转子(14)与转向输入轴(1)通过第二尼龙压套(15)压紧配合固定连接，扭矩传感器的定子(13)即转角传感器的转子(13)与转向输出轴(11)通过第一尼龙压套(6)压紧配合固定连接，角度传感器定子(12)通过传感器下端盖(4)与蜗轮蜗杆减速箱壳体(8)固定连接，转向输入轴(1)与转向输出轴(11)通过扭杆(9)相连，扭矩转角传感器与转向输出轴(11)之间设有角度限位。

2.根据权利要求1所述的非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，其特征在于，所述扭矩转角传感器与转向输出轴(11)之间的角度限位由转向输入轴(1)下端部的扇形侧表面与转向输出轴(11)上端部矩形侧表面组成。

3.根据权利要求1所述的非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，其特征在于，所述第一尼龙压套(6)和第二尼龙压套(15)与转向输入轴(1)，转向输出轴(11)，扭矩传感器转子(14)，扭矩传感器定子(13)之间的配合为过盈配合。

4.根据权利要求1所述的非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，其特征在于，所述转向输入轴(1)、扭杆(9)、转向输出轴(11)处在同一轴心线上。

5.根据权利要求1或2所述的非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，其特征在于，所述转向输入轴(1)的下端部的第一扇形侧面(D1)与第三扇形侧面(D3)平行，第二扇形侧面(D2)与第四扇形侧面(D4)平行，且均相对于转向输入轴(1)的轴线对称；转向输出轴(11)的上端部的第一矩形侧面(E1)和第四矩形侧面(E4)共面，第二矩形侧面(E2)和第三矩形侧面(E3)共面，第一矩形侧面(E1)、第四矩形侧面(E4)和第二矩形侧面(E2)、第三矩形侧面(E3)相对于输出轴的轴线对称。

6.根据权利要求4所述的非接触扭矩转角传感器在电动助力转向系统上的安装结构，其特征在于，所述扭矩传感器转子(14)，扭矩传感器定子(13)与第二尼龙压套(15)、第一尼龙压套(6)之间由尼龙压套爪部的弹性变形实现配合。

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