CN102530059B - 电动助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的电动助力转向系统，包括扭矩传感器、控制电机、电子助力系统控制单元，电子助力系统控制单元与扭矩传感器信号连接，被输入方向操纵系统中的转向管柱的输入轴扭矩信号，该电子助力系统控制单元输出一控制信号至控制电机，控制电机正向和反向运转转速提供助力；其扭矩传感器设置在所述方向盘内。本发明将扭矩传感器安装在方向盘内，扭矩传感器输出的方向盘输入轴扭矩信号通过两根线束连接至螺旋电缆接插件上，通过螺旋电缆经过线束传送给电子助力系统控制单元，不需要改变螺旋电缆的结构，只要在线束中加若干条导线即可，可以是与安全气囊等其它装置共用的。本发明在保证系统可靠性的同时，简化了电子助力系统的统构，降低了成本。

Description

电动助力转向系统

技术领域

本发明公开了一种汽车电动助力转向系统。该电动助力转向系统通过改变扭矩传感器的结构和安装位置，改变整个助力转向装置的结构，解决了现有电动助力转向系统结构复杂，加工精度要求高，成本较高等缺陷，从而达到减轻质量，减化结构，节省成本的目的。 

背景技术

近年来，随着汽车保有量的不断增加，城市的交通情况错综复杂，使得驾驶员转向盘的操作频率不断增大，这就需要减轻驾驶疲劳，提高操纵的轻便性和灵活性，因此对助力转向系统的要求也越来越高。 

助力转向系统经过了常规液压助力转向系统、电子控制液压助力转向系统、电动助力转向系统三个发展阶段。由于常规液压助力转向系统的舒适性差，转向助力不可调，能量消耗大等缺点，市场上很快出现了电子控制液压助力转向系统。在汽车以不同速度运行时，电子控制液压助力转向系统能实时提供相应的转向助力以克服该运行速度下的转向阻力，并使驾驶员能轻便地操纵方向盘，又有足够的路感。但仍然存在能量消耗大、结构复杂、整个液压系统占用空间大、容易泄露、噪声大等缺点。加之日前全球提倡节能环保，目前在现有中高档汽车上多数安装了电动助力转向系统，它的特点是在机械转向系统基础上加入电机作为动力源，以电动助力代替了液压助力，节省能源并提高了环保特性。 

参见图1，目前，电动助力转向系统EPS扭矩传感器多采用安装在转向管柱6上的电位计式扭矩传感器1，电位计式扭矩传感器1通过线束2将信号传送给电子控制单元3，由电子控制单元3综合分析运算后，通过线束4控制电机5正向和反向运转转速提供助力，从而实现助力转向功能。 

该电位计式扭矩传感器1为一机械接触式扭矩传感装置，安装在两段式的转向管柱6的端部联接处，而转向管柱6是由端部联接在一起的输入轴7和输出轴8构成，输入轴7的上端部与方向盘9固定连接。电位计式 扭矩传感器1的结构包括套接在输入轴7上的滑套、设于滑套与输入轴之间的几个钢球、设于滑套外侧并与滑套相联接的扭矩传感器，可见电动助力转向系统的零部件安装结构仍然很复杂，且成本较高。因此降低成本和简化装置结构将有效提高电动助力转向系统的竞争力。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有电动助力转向系统的零部件安装结构复杂、成本较高的问题，而提供一种电动助力转向系统，该电动助力转向系统通过重新设计扭矩传感器的结构和安装位置，改变整个助力转向装置的结构，从而达到减轻质量，减化结构，节省成本的目的。 

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现： 

电动助力转向系统，包括扭矩传感器、控制电机、电子助力系统控制单元，所述电子助力系统控制单元被输入车速信号、发动机转速信号、点火信号，并与所述扭矩传感器信号连接，被输入方向操纵系统中的转向管柱的输入轴扭矩信号，该电子助力系统控制单元输出一控制信号至控制电机，控制电机正向和反向运转转速提供助力，所述输入轴的上端部与方向盘固定连接；其特征在于，所述扭矩传感器设置在所述方向盘内。 

所述扭矩传感器，包括 

一弹性体，所述弹性体一端结合在所述输入轴的花键上，另一端与方向盘相结合，以使得方向盘转动时弹性体在扭矩的作用下产生扭转，从而带动与所述弹性体一端相结合的花键发生相应转动； 

一对对称的磁性体，固定地对称装配在所述花键上以在设置于所述方向盘上的一对齿槽周围产生磁场，使得在所述弹性体发生扭转时，固定在花键上的磁性体沿齿槽相应转动，从而使穿过磁传感器中的磁通量发生变化，产生输入轴扭矩信号； 

一对对称的磁传感器，分别固定在其对应的磁性体的外面且分别与对应的磁性体隔着空隙彼此相向，用于检测通过其中的磁通量的变化，产生输入轴扭矩信号通过一对线束和一螺旋电缆发送到电子助力系统控制单元；所述螺旋电缆安装在方向盘上。 

所述一对磁性体和一对磁传感器在方向盘不转动时，磁传感器与磁性体位置是分别正对的；在方向盘发生转动时，所述磁性体和磁传感器的相对位置发生变化，从而使穿过磁传感器的磁通量的大小和方向发生改变。 

所述磁传感器是固定的，而所述磁性体随弹性体的扭转沿齿槽相应转动。 

所述扭矩传感器还包括分别用于将所述磁传感器固定在方向盘上的两个磁传感器座。 

所述一对磁传感器是霍尔元件。 

由于采用了如上技术方案，本发明将扭矩传感器安装在方向盘内，扭矩传感器输出的方向盘输入轴扭矩信号通过两根线束连接至螺旋电缆接插件上，通过螺旋电缆经过线束传送给电子助力系统控制单元，不需要改变螺旋电缆的结构，只要在线束中加若干条导线即可，这条经过螺旋电缆的线束可以是与安全气囊等其它装置共用的。而方向盘输入轴扭矩信号由电子助力系统控制单元综合分析运算后，控制控制电机正向和反向运转转速提供助力，从而实现助力转向功能。此方案在保证系统可靠性的同时，简化了电子助力系统的统构，降低了成本。 

附图说明

图1为现有电动助力转向系统的结构示意图。 

图2为本发明电动助力转向系统从一个方向看的结构示意图。 

图3为本发明电动助力转向系统从另一个方向看的结构示意图。 

图4为本发明电动助力转向系统的原理框图。 

图5为本发明电动助力转向系统中扭矩传感器在方向盘内的安装示意图。 

图6为本发明电动助力转向系统中扭矩传感器在方向盘无转动时的状态示意图。 

图7为本发明电动助力转向系统中扭矩传感器在方向盘向左转动时的状态示意图。 

图8本发明电动助力转向系统中扭矩传感器在方向盘向右转动时的状态示意图。 

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明的实施方式。 

参见图2至图4，电动助力转向系统，包括扭矩传感器100、控制电机5、电子助力系统控制单元3，电子助力系统控制单元3被输入转速信号、发动机信号、点火信号并通过螺旋电缆6与扭矩传感器100信号连接，被输入方向操纵系统中的转向管柱的输入轴扭矩信号，该电子助力系统控制单元3输出一控制信号至控制电机，控制电机3正向和反向运转转速提供助力，扭矩传感器100设置在方向盘9内，通过左右两根线束连接至螺旋电缆接插件11；扭矩传感器100的信号通过螺旋电缆6经过线束2传送给电子助力系统控制单元3，不需要改变螺旋电缆的结构，只要在线束中加若干条导线即可，这条经过螺旋电缆的线束可以是与安全气囊等其它装置共用的，由电子控制单元3综合分析运算后，控制电机5正向和反向运转转速提供助力，从而实现助力转向功能。此方案在保证系统可靠性的同时，简化了电子助力系统的结构，降低了成本。 

参见图5至图8，方向盘9带有一对齿槽，安装在转向管柱的输入轴7上，输入轴7的外面是花键12，用小卡簧13将花键12固定。轴承14和弹性体110在花键12和方向盘9之间，在轴承14的上端有一大卡簧15，用以固定该轴承14。 

弹性体110位于输入轴7的中部，它的一端结合在花键12上，另一端与方向盘9相结合，以使得方向盘9转动时弹性体110在扭矩的作用下发生扭转。左右对称的左、右磁性体120、120a固定地装配在花键12的引脚上，并分别位于方向盘9骨架的左、右齿槽130、130a中以分别在左、右齿槽130、130a周围产生磁场，弹性体110发生扭转时带动与其一端相结合的花键12发生相应转动，同时使固定在花键12上的左、右磁性体120、120a分别沿左、右齿槽130、130a相应转动。 

左右对称的诸如霍尔元件的左、右磁传感器140、140a产生与通过它的磁通的方向及大小相应的输出信号，且它们分别与左右对称的左、右磁性体120、120a的隔着空隙彼此相向。左、右磁传感器140、140a分别通过左、右磁传感器座150、150a固定在方向盘9上，且左、右磁传感器140、 140a的引脚分别连接在左、右电路板160、160a上。在方向盘9不转动时，如图6所示，左磁传感器140与左磁性体120位置是正对的，右磁传感器140a与右磁性体120a位置是正对的；当方向盘9转动时，左、右磁性体120、120a分别沿方向盘9的左、右齿槽130、130a转动，如图5和图6所示，左、右磁性体120、120a分别与左、右磁传感器140、140a之间产生相对位移，使得通过左、右磁传感器140、140a中的磁通方向和大小与它们的相向状态相应地变化。左、右磁传感器140、140a通过线圈将磁通量的变化转化为电压信号，其大小与上述检测的磁通的大小相应地变化，信号的高频部分由检测电路滤波，仅有扭矩信号部分被放大。 

如此，能将弹性体6上产生的扭转量作为流经左、右磁传感器140、140a回路的磁通的变化量进行检测，能够将该检测量作为扭矩扭转量通过左、右磁传感器140、140a求得，并通过左、右电路板160、160a上的线束170、170a、螺旋电缆6传送到电子助力系统控制单元3，该电子助力系统控制单元3通过左、右磁传感器140、140a的输出信号来确定驾驶员作用在方向盘的力矩的大小和方向。 

为了安装方便，参看图2和图3，线束170、170a通过螺旋电缆10上的接插件11连接到螺旋电缆10上。 

本实施例的弹性体110为一螺旋弹簧。 

本实用新型的扭矩传感器能可靠地将驾驶员作用在方向盘的力矩的大小和方向传递到左、右磁传感器140、140a上以形成输出信号，避免了部件之间的摩擦损耗，电子助力系统控制单元3通过磁传感器的输出信号便可确定驾驶员作用在方向盘的力矩的大小和方向，不仅工作稳定可靠，不易损坏而且结构简单。 

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不仅仅受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.电动助力转向系统，包括扭矩传感器、控制电机、电子助力系统控制单元，所述电子助力系统控制单元被输入车速信号、发动机转速信号、点火信号，并与所述扭矩传感器信号连接，被输入方向操纵系统中的转向管柱的输入轴扭矩信号，该电子助力系统控制单元输出一控制信号至控制电机，控制电机正向和反向运转转速提供助力，所述输入轴的上端部与方向盘固定连接；其特征在于，所述扭矩传感器设置在所述方向盘内；

所述扭矩传感器，包括

一弹性体，所述弹性体一端结合在所述输入轴的花键上，另一端与方向盘相结合，以使得方向盘转动时弹性体在扭矩的作用下产生扭转，从而带动与所述弹性体一端相结合的花键发生相应转动；

一对磁性体，固定地对称装配在所述花键上以在设置于所述方向盘上的一对齿槽周围产生磁场，使得在所述弹性体发生扭转时，固定在花键上的磁性体沿齿槽相应转动，从而使穿过磁传感器中的磁通量发生变化，产生输入轴扭矩信号；

一对磁传感器，分别固定在其对应的磁性体的外面且分别与对应的磁性体隔着空隙彼此相向，用于检测通过其中的磁通量的变化，产生输入轴扭矩信号通过一对线束和一螺旋电缆发送到电子助力系统控制单元；所述螺旋电缆安装在方向盘上。

2.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述一对磁性体和一对磁传感器在方向盘不转动时，磁传感器与磁性体位置是分别正对的；在方向盘发生转动时，所述磁性体和磁传感器的相对位置发生变化，从而使穿过磁传感器的磁通量的大小和方向发生改变。

3.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述磁传感器是固定的，而所述磁性体随弹性体的扭转沿齿槽相应转动。

4.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述扭矩传感器还包括分别用于将所述磁传感器固定在方向盘上的两个磁传感器座。

5.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述一对磁传感器是霍尔元件。