CN102478442A - 用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，包括壳体、输入轴、输出轴和扭杆，壳体与输入轴和输出轴活动连接，输入轴的下端安装在扭杆的上端，输出轴的上端安装在扭杆的下端，壳体内还设置有转向装置，在扭杆表面上设置有螺旋型壳体，沿螺旋形壳体4纵向连续布设在螺旋形壳体内部相对两侧的多组A侧变形齿和多组B侧变形齿，多组A侧变形齿和多组B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供信号光纤穿过的曲线形通道，信号光纤通过一端固定在输入轴或输出轴上的传输光纤一连接至测试单元，测试单元后接控制单元ECU。本发明可以抗电磁干扰并具有较好的防水防尘性能，满足机动车的实际使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种扭矩传感装置，特别涉及一种用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置。
背景技术
为提高机动车驾驶的舒适性和安全性，现有的大部分机动车辆上在与方向盘连接的转向管柱上安置有助力转向装置。常见的助力转向装置有：液压助力转向装置、电液助力转向装置、电动助力转向装置(简称EPS)。电动助力转向装置因具有节能环保、结构简单、维护保养方便且易于控制等优点，已广泛应用于当前的机动车辆中。
EPS是一种直接由电机提供辅助扭矩的动量转向装置。EPS的种类很多，但其基本原理是相同的：扭矩传感装置与转向管柱连接在一起，当转向管柱在方向盘转动下随之转动，在扭转力矩作用下，扭矩传感装置中的扭杆两端产生相对转动位移应变，扭矩传感装置将给应变转化为电信号传给车辆的电子控制单元(简称ECU)，ECU根据车速传感装置和扭矩传感装置提供的信号控制电机的转动方向和助力电流大小，从而完成实时助力转向辅助。并且可以根据车辆速度不同提供不同的辅助助力，使车辆在低速时转弯灵活方便，高速时稳定行驶。
EPS主要由扭矩传感装置、车速传感装置、助力电机、减速机构和电子控制单元ECU构成。一般EPS助力的大小只与车速相关，俗称车速感应型。但随着EPS的发展，助力特性在与车速相关的同时还与方向盘转向角度相关，从而进一步提高了助力性能，提高了转向的舒适性病改善了回正性。方向盘转向角度传感装置也成为EPS的组成部分。
扭矩传感装置的功能是检测车辆驾驶人员作用在方向盘上的力矩大 小和方向，并将这些信息传递给控制单元ECU以便控制其他部件。扭矩传感装置主要有接触式和非接触式两种。接触式主要是电位计型扭矩传感装置，其优点是成本低、安装使用方便，缺点是易受温度变化影响、容易磨损、使用寿命短容易受到电磁干扰，并在个别极端情况下由于传感装置内水的进入而丧失监测功能，如汽车被积水浸没；非接触式扭矩传感装置主要有电磁感应式、光电式以及超声波式扭矩传感装置，其优点是非接触、没有磨损、精度较高、寿命长，缺点是安装精度要求高、成本高，容易受到电磁干扰以及防水功能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置。本发明其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、寿命长，并且可以抗电磁干扰并具有较好的防水防尘性能，满足机动车的实际使用要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：包括壳体、输入轴、输出轴和扭杆，所述输入轴、输出轴和扭杆设置在壳体内部，所述壳体与输入轴和输出轴活动连接，所述输入轴的下端安装在扭杆的上端，所述输出轴的上端安装在扭杆的下端，所述壳体内还设置有能使输入轴、输出轴和扭杆发生转动的转向装置，在所述扭杆表面上以螺旋缠绕的方式设置有螺旋型壳体且至少螺旋型壳体的两端分别固定于扭杆的两端头部，沿螺旋形壳体纵向连续布设在所述螺旋形壳体内部相对两侧的多组A侧变形齿和多组B侧变形齿，每一组A侧变形齿均包括一个A侧变形齿或并排布设的多个A侧变形齿，每一组B侧变形齿均包括一个B侧变形齿或并排布设的多个B侧变形齿，多组A侧变形齿和多组B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，螺旋型壳体内部相对两侧中的一侧自扭杆一端 至扭杆另一端始终较另一侧更靠近扭杆的扭转中心轴线，信号光纤通过一端固定在输入轴或输出轴上的传输光纤一连接至测试单元，测试单元后接控制单元ECU。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述转向装置包括转向管柱一和转向管柱二，所述转向管柱一安装在输入轴的上端，所述转向管柱二安装输出轴的下端。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，壳体与输入轴和输出轴分别通过轴承一连接，壳体内的传输光纤一与壳体外的传输光纤一通过壳体上的固定点二连接，壳体内的传输光纤一与信号光纤通过固定点一连接，固定点一和固定点二之间的传输光纤一以变动状态的缠绕在输入轴和输出轴表面上，所以固定点一和固定点二之间的传输光纤一的长度大于输入轴或输出轴径向周长的一倍以上。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述的螺旋形壳体内部布设有变形齿的相对A、B两侧是互相平行，并同时与扭杆的扭转中心轴线平行。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述的螺旋形壳体内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是紧贴在扭杆表面上的。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述的螺旋形壳体内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是通过胶黏剂、焊接、铆接、或螺丝固定的方式固定在扭杆表面上。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述螺旋型壳体的A、B两侧仅在螺旋型壳体的两端上固定在一起。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，所述螺旋型壳体的A、B两侧是通过弹性材料连接在一起的。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭转传感装置，所述转向装置包括转向管柱三和转向管柱四，所述转向管柱三安装在输入轴的上端， 所述转向管柱四通过轴承二安装在位于壳体外侧的外壳内，所述转向管柱四上设置有齿轮二，所述输出轴上安装有齿轮一，所述齿轮一和齿轮二相啮合。
上述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭转传感装置，所述螺旋型壳体中的信号光纤的一端安装有光反射装置，所述光反射装置固定在输入轴表面，信号光纤的另一端与传输光纤一连接，传输光纤一通过输出轴的中孔与固定于输出轴端面上的光纤滑环上的固定体部分的光纤接口连接，光纤滑环旋转体部分的光纤接口连接传输光纤二，传输光纤二通过固定点三和1X2光分路器连接至测试单元。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明具有结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；
2、本发明因使用光纤弯曲传感技术，使本装置具有抗电磁干扰、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、防水、防尘等诸多优点；
3、本发明由于可以采用的光源-光功率法测试，从而可以大幅度降低测试单元的成本，从而使本装置的整体成本大幅度降低，使本装置具有广阔的使用范围。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并具有成本低、消减光源功率波动带来的影响等优点，使本发明的装置具有良好的使用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图。
图2为本发明实施例1中螺旋形壳体的内部结构示意图。
图3为本发明实施例2的结构示意图。
图4为本发明实施例3的结构示意图。
图5为本发明实施例4的结构示意图。
附图标记说明：
| 1-传输光纤一； | 4-螺旋型壳体； | 5-测试单元； |
| 7-控制单元ECU； | 10-壳体； | 11-输入轴； |
[0026]
| 12-扭杆； | 13-输出轴； | 15-转向管柱一； |
| 16-轴承一； | 17-固定点一； | 20-光反射装置； |
| 21-齿轮一； | 22-齿轮二； | 25-光纤滑环； |
| 33-信号光纤； | 45-1X2光分路器； | 4-1-A侧变形齿； |
| 4-2-B侧变形齿； | 18-固定点二； | 23-固定点三； |
| 24-轴承二； | 30-扭转中心轴线； | 34-转向管柱二； |
| 35-转向管柱三； | 36-转向管柱四； | 37-外壳； |
| 38-传输光纤二； | 39-弹性材料。 |
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示的一种用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，包括壳体10、输入轴11、输出轴13和扭杆12，所述输入轴11、输出轴13和扭杆12设置在壳体10内部，所述壳体10与输入轴11和输出轴13活动连接，所述输入轴11的下端安装在扭杆12的上端，所述输出轴13的上端安装在扭杆12的下端，所述壳体10内还设置有能使输入轴11、输出轴13和扭杆12发生转动的转向装置，在所述扭杆12表面上以螺旋缠绕的方式设置有螺旋型壳体4且至少螺旋型壳体4的两端分别固定于扭杆12的两端头部，沿螺旋形壳体4纵向连续布设在所述螺旋形壳体4内部相对两侧的多组A侧变形齿4-1和多组B侧变形齿4-2，每一组A侧变形齿4-1均包括一个A侧变形齿4-1或并排布设的多个A侧变形齿4-1，每一组B侧变形齿4-2均包括一个B侧变形齿4-2或并排布设的多个B侧变形齿4-2，多组A侧变形齿4-1和多组B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33两侧，螺旋型壳体4内部相对两侧中的一侧自扭杆12一端至扭杆12另一端始终较另一侧更靠近扭杆12的扭转中心轴线30，信号光纤33通过一端固定在输入轴11或输出轴13上的传输光纤一1连接至测试单元5，测试单元5后接控制单元 ECU7。
本实施例中，所述转向装置包括转向管柱一15和转向管柱二34，所述转向管柱一15安装在输入轴11的上端，所述转向管柱二34安装输出轴13的下端。壳体10与输入轴11和输出轴13分别通过轴承一16连接，壳体10内的传输光纤一1与壳体10外的传输光纤一1通过壳体10上的固定点二18连接，壳体10内的传输光纤一1与信号光纤33通过固定点一17连接，固定点一17和固定点二18之间的传输光纤一1以变动状态的缠绕在输入轴11和输出轴13表面上，由于机动车转向旋转一般在±360度范围内，所以固定点一17和固定点二18之间的传输光纤一1的长度大于输入轴11或输出轴13径向周长的一倍以上。
本实施例中，本实施例中，螺旋型壳体4内部相对A、B两侧中的一侧自扭杆12一端至扭杆12另一端始终较另一侧更靠近扭杆12的扭转中心轴线30，则A侧与B侧相对于扭杆12的扭转中心轴线30有不同的距离，当扭杆12在输入轴11带动下扭转时，至少有两端固定于扭杆12的螺旋形壳体4内部的A、B两侧也需要在扭转相同的角度下伸长或缩短，但A、B两侧相对于扭转中心轴线30的距离不同，则距扭转中心轴线30距离远的一侧需要伸长或缩短的长度更多，而这在没有其他外力的帮助下是完不成的，这时距扭转中心轴线30距离远的一侧就会向距扭转中心轴线30距离近的一侧靠近或疏远，从而使布设在螺旋形壳体4内部的A侧变形齿和B侧变形齿之间的相对距离减小或增大，并导致在二者的变形齿间夹有信号光纤33的弯曲曲率的变化，并使信号光纤33内部传输的光信号功率的变化，测试单元5探测到光信号功率的变化并将给信息传输给控制单元ECU7，控制单元ECU7推算出扭杆12扭矩变化大小，该扭矩就是与转向管柱15相连接的方向盘上操作驾驶人员施加于方向盘上的扭矩。
所述的螺旋形壳体4内部布设有变形齿的相对A、B两侧是互相平行，并同时与扭杆12的扭转中心轴线30平行。
所述的螺旋形壳体4内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是 紧贴在扭杆12表面上的。
所述的螺旋形壳体4内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是通过胶黏剂、焊接、铆接、或螺丝固定的方式固定在扭杆12表面上。
在壳体10内填充有阻水油膏用以防水及延长信号光纤33的使用寿命。
所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤33也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤(如60微米或80微米石英包层外径的光纤)或光子晶体光纤。
实施例2
如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述螺旋型壳体4的A、B两侧仅在螺旋型壳体4的两端上固定在一起，其余部分的A、B两侧互相使没有接触的。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3
如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述螺旋型壳体4的A、B两侧是通过弹性材料39连接在一起的。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例4
如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述转向装置包括转向管柱三35和转向管柱四36，所述转向管柱三35安装在输入轴11的上端，所述转向管柱36通过轴承二24安装在位于壳体10外侧的外壳37内，所述转向管柱36上设置有齿轮二22，所述输出轴13上安装有齿轮一21，所述齿轮一21和齿轮二22相啮合。所述螺旋型壳体4中的信号光纤33的一端安装有光反射装置20，所述光反射装置20固定在输入轴11表面，信号光纤33的另一端与传输光纤一1连接，传输光纤一1通过输出轴13的中孔与固定于输出轴13端面上的光纤滑环25上的固定体部 分的光纤接口连接，光纤滑环25旋转体部分的光纤接口连接传输光纤二38，传输光纤二38通过固定点三23和1X2光分路器45连接至测试单元5。
由于采用了光纤滑环25，使转向管柱的扭转角度不再受到限制。由于光纤滑环25制造上的缺陷使其在一周的旋转中，不同的角度会引入不同的附加衰减值，一种优选的做法是通过在转向管柱四36上安置的转向角度传感装置获取转向角度用来补偿光纤滑环25引入的附加衰减值，提高转向扭矩传感测试的精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：包括壳体(10)、输入轴(11)、输出轴(13)和扭杆(12)，所述输入轴(11)、输出轴(13)和扭杆(12)设置在壳体(10)内部，所述壳体(10)与输入轴(11)和输出轴(13)活动连接，所述输入轴(11)的下端安装在扭杆(12)的上端，所述输出轴(13)的上端安装在扭杆(12)的下端，所述壳体(10)内还设置有能使输入轴(11)、输出轴(13)和扭杆(12)发生转动的转向装置，在所述扭杆(12)表面上以螺旋缠绕的方式设置有螺旋型壳体(4)且至少螺旋型壳体(4)的两端分别固定于扭杆(12)的两端头部，沿螺旋形壳体4纵向连续布设在所述螺旋形壳体(4)内部相对两侧的多组A侧变形齿(4-1)和多组B侧变形齿(4-2)，每一组A侧变形齿(4-1)均包括一个A侧变形齿(4-1)或并排布设的多个A侧变形齿(4-1)，每一组B侧变形齿(4-2)均包括一个B侧变形齿(4-2)或并排布设的多个B侧变形齿(4-2)，多组A侧变形齿(4-1)和多组B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤(33)穿过的曲线形通道，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(33)两侧，螺旋型壳体(4)内部相对两侧中的一侧自扭杆(12)一端至扭杆(12)另一端始终较另一侧更靠近扭杆(12)的扭转中心轴线(30)，信号光纤(33)通过一端固定在输入轴(11)或输出轴(13)上的传输光纤一(1)连接至测试单元(5)，测试单元(5)后接控制单元ECU(7)。
2.根据权利要求1所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述转向装置包括转向管柱一(15)和转向管柱二(34)，所述转向管柱一(15)安装在输入轴(11)的上端，所述转向管柱二(34)安装输出轴(13)的下端。
3.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：壳体(10)与输入轴(11)和输出轴(13)分别通过轴承一(16)连接，壳体(10)内的传输光纤一(1)与壳体(10)外的传输光纤一(1)通过壳体(10)上的固定点二(18)连接，壳体(10)内的传输光纤一(1)与信号光纤(33)通过固定点一(17)连接，固定点一(17)和固定点二(18)之间的传输光纤一(1)以变动状态的缠绕在输入轴(11)和输出轴(13)表面上，所以固定点一(17)和固定点二(18)之间的传输光纤一(1)的长度大于输入轴(11)或输出轴(13)径向周长的一倍以上。
4.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述的螺旋形壳体(4)内部布设有变形齿的相对A、B两侧是互相平行，并同时与扭杆(12)的扭转中心轴线(30)平行。
5.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述的螺旋形壳体(4)内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是紧贴在扭杆(12)表面上的。
6.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述的螺旋形壳体(4)内部布设有变形齿的相对A、B两侧中的一侧是通过胶黏剂、焊接、铆接、或螺丝固定的方式固定在扭杆(12)表面上。
7.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述螺旋型壳体(4)的A、B两侧仅在螺旋型壳体(4)的两端上固定在一起。
8.根据权利要求2所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭矩传感装置，其特征在于：所述螺旋型壳体(4)的A、B两侧是通过弹性材料(39)连接在一起的。
9.根据权利要求1所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭转传感装置，其特征在于：所述转向装置包括转向管柱三(35)和转向管柱四(36)，所述转向管柱三(35)安装在输入轴(11)的上端，所述转向管柱四(36)通过轴承二(24)安装在位于壳体(10)外侧的外壳(37)内，所述转向管柱四(36)上设置有齿轮二(22)，所述输出轴(13)上安装有齿轮一(21)，所述齿轮一(21)和齿轮二(22)相啮合。
10.根据权利要求9所述的用于机动车助力转向系统中的光纤扭转传感装置，其特征在于：所述螺旋型壳体(4)中的信号光纤(33)的一端安装有光反射装置(20)，所述光反射装置(20)固定在输入轴(11)表面，信号光纤(33)的另一端与传输光纤一(1)连接，传输光纤一(1)通过输出轴(13)的中孔与固定于输出轴(13)端面上的光纤滑环(25)上的固定体部分的光纤接口连接，光纤滑环(25)旋转体部分的光纤接口连接传输光纤二(38)，传输光纤(38)二通过固定点三(23)和1X2光分路器(45)连接至测试单元(5)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120530 |