CN102712341B - 用于检测转向力矩和转向角的装置及具有该装置的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向力矩和转向角测量装置，本发明包括：固定到输出轴的定子；布置在所述定子内部并且固定到输入轴的磁体；转矩传感器，通过感测所述定子与所述磁体之间产生的磁场来测量转矩；以及转向角信号生成部，通过在所述输出轴转动时的一般时期输出ON信号和在所述输出轴的各个预设转动期间输出OFF信号来测量所述转向角，由此减少部件数目、简化制造过程并且节约成本。

Description

用于检测转向力矩和转向角的装置及具有该装置的转向系统

技术领域

本发明涉及一种在车辆的转向系统中采用的用来测量转向力矩和转向角的装置。

背景技术

通常，汽车动力转向系统是辅助操作力提供系统，被配置为在被方向盘施加的大摩擦阻力作用时稳定地操作转向把手从而提供大的操作力来使转向把手转向。帮助转向把手进行转向的辅助操作力的大小可以通过测量在对转向把手进行转向时施加到扭力杆的转矩来确定。

作为转向把手的转矩测量装置，已经研发并使用了几种类型的方法的转矩测量装置，但是广泛采用的是具有少量部件的低价磁场方法。

转向角测量装置（模块）包括转向角传感器，并且该传感器测量用来控制行进中车辆所需的转向把手的转向角度。

另外，转矩测量装置（模块）安置有转矩传感器，并且转矩传感器测量施加到扭力杆的转矩，以稳定地操纵转向把手。

重叠的角度传感器和转矩传感器在角度转矩传感器组件内与其它组成部件一起被分别模块化，就是说，被配置为角度传感器模块和转矩传感器模块。

常规地，单独安装分别用于检测上述转矩和转向角度的转矩传感器和角度传感器。因此，常规的转矩测量装置的问题在于，部件数目增加并且安装过程复杂，导致制造成本增加。特别地，角度传感器的缺点是制造成本高以及安装困难。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种用于检测转向力矩和转向角的装置及具有该装置的转向系统（在下文中被称为“转向力矩和转向角测量装置及具有该装置的转向系统”），从而可以被配置为一个组件来实现转向力矩和转向角测量功能，由此减少部件数目、简化制造过程并且节约成本。

本发明要实现的技术目标不限于以上描述，本领域技术人员可以通过下面的描述将清楚地理解到目前为止未提及的任何其它技术目标。

技术方案

根据一个实施例的转矩和转向角测量装置包括：一种转矩和转向角测量装置，包括：固定到输出轴的定子；布置在所述定子内部并且固定到输入轴的磁体；转矩传感器，通过感测所述定子与所述磁体之间产生的磁场来测量转向力矩；以及转向角信号生成部，通过在所述输出轴转动时的一般时期输出ON信号和在所述输出轴的各个预设转动时期输出OFF信号来测量所述转向角。

所述转向角信号生成部可以包括：磁体，固定到印刷电路板，以产生磁场；霍尔开关，通过被布置为与所述磁体面对并且感测所述磁体的磁场而在一般时期输出ON信号；以及圆形齿部，被固定到所述输出轴以便同时进行转动，并且在位于与所述霍尔开关面对的位置时，使得所述霍尔开关生成OFF信号。

所述磁体可以被布置为与所述霍尔开关面对的面为N极或S极。

所述圆形齿部可以形成为从固定到输出轴的固定件的一侧突出，或者可以凹陷地形成在固定到输出轴的固定件上。

一种用于车辆的转向系统，包括：与转向把手连接的输入轴；与方向盘连接并且通过扭力杆的中间物与所述输入轴接连的输出轴；布置在定子内部并且固定到所述输入轴的磁体；转矩传感器，通过感测所述定子与所述磁体之间产生的磁场来测量转向力矩；以及转向角信号生成部，通过在所述输出轴转动时的一般时期输出ON信号和在所述输出轴的各个预设转动期间输出OFF信号来测量所述转向角。

有益效果

根据本发明一个实施例的转向力矩和转向角测量装置的有益效果在于，转向角信号生成部被固定到所述输出轴，并且通过在随着输出轴的周期性转动而同时转动时，在输出轴的各个预设的转动期间输出OFF信号来测量转向角，从而可以被配置为一个组件来实现转矩和转向角测量功能，由此减少部件数目、简化制造过程并且节约成本。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的转向系统的构造图；

图2是根据本发明一个实施例的转向力矩和转向角测量装置的分解透视图；

图3是根据本发明一个实施例的转向角信号生成部的侧视图；

图4是根据本发明一个实施例的转向角信号生成部的构造图；

图5是示出根据本发明另一个实施例的转向角信号生成部的圆形齿部的俯视图；

图6是示出根据本发明一个实施例的转向角信号生成部的用于转向角感测的霍尔开关的输出的曲线图；以及

图7是示出根据本发明一个实施例的磁体的磁通量变化的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述本发明的优选实施例。为描述的清楚和方便起见，在全部附图中所示的部件的尺寸和形状可以被夸大或简化。此外，考虑到本发明的构造和功能的特定术语可以根据使用者或操作者的意图以及习惯用法而有所不同。这些特定术语的定义应该基于整个说明书记载的内容。

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的转向系统的构造图。

根据本发明一个实施例的转向系统包括：转向把手100；与转向把手100连接的输入轴200，用来在转向把手100旋转时同时进行转动；通过利用扭力杆的中介物与输入轴200连接并且与方向盘连接的输出轴300；以及安装在输入轴200与输出轴300之间的转向力矩和转向角测量装置400，用来感测转向力矩和转向角。

图2是根据本发明一个实施例的转向力矩和转向角测量装置的分解透视图。

如图2所示，根据一个实施例的转向力矩和转向角测量装置包括：外壳10、布置在该外壳中的定子20、以及布置在定子20内部的磁体30。

外壳11、13包括互相耦接并且在它们的内部具有空间的第一外壳11和第二外壳13。第一外壳11形成有被输入轴200插入的通孔14，第二外壳13形成有被输出轴300插入的通孔15。

定子20包括布置在第二外壳13中并且固定到输出轴300的定子固定件22以及耦接到定子固定件22的内缘表面的多个定子齿部21。

所述定子齿部包括分别在定子固定件22的上侧和下侧耦接的一对齿部。

定子22应当由非磁性材料形成，以防止聚集磁通量的定子齿部21发生磁通量泄漏，并且定子22应当具有预定或更高的强度，以便输出轴插入定子22中进行固定。

磁体30可以布置在定子固定件22中，并且布置为与安置在定子固定件22内部的定子齿部21距离一定间隔以互相面对，并且磁体30形成为具有多个磁极的环形，从而其极性可以在圆周方向上的按相等间隔改变。

这样的磁体30固定到磁体固定件32的外缘表面，并且磁体固定件32固定到输入轴200。

由于输入轴200和输出轴300通过扭力杆连接，并且输出轴300连接到方向盘，与高速公路接触，当在外力作用下转动转向把手100时，输入轴200和输出轴300的转动角度不同。因此，磁体30与定子20的转动角度也不同。

外壳10的内部具有转矩感测部，用来感测转向力矩。收集器（collector）聚集形成在定子20与磁体30之间的磁场，转矩传感器50通过感测聚集在收集器的磁场来测量转向力矩。

转矩传感器50固定到安装在外壳10中的印刷电路板40上，以便与印刷电路板40电连接。

外壳11和13的内部具有转向角信号生成部，用于输出测量转向角的指示信号。

如图3和图4所示，转向角信号生成部包括：固定到印刷电路板40的磁体41，用于产生磁场；布置为与磁体41面对的霍尔开关，用于感测磁体41的磁场；固定到所述转动件的外缘表面的一个或多个磁体52；以及在面对磁体52时产生ON（开）信号的霍尔开关。

印刷电路板40形成有大致圆形的槽，其一侧被移除以在中心处布置圆形齿部31，并且其整体形状形成为去除了圆形的一部分的形状。

磁体41固定到印刷电路板40上，并且布置为使得与霍尔开关42面对的面为N极或S极。

另外，霍尔开关42布置为与磁体41面对，从而它通过感测磁体41的磁场而一般保持在ON信号，并且当它位于与旋转的圆形齿部31面对的位置时输出OFF（关）信号。

输出轴300的外缘表面本身固定到形成为环形的转动件30，并且转动件30形成有一个或多个突出的转动齿部31。

另外，在另一个实施例中，如图5所示，圆形齿部34可以形成为从转动件35的外缘表面向内凹陷的形状。此时，理想的是圆形齿部34可以形成有三角形的槽。

通过这样构造的圆形齿部和磁体，霍尔开关42输出信号，如图6所示。就是说，由于磁体41和霍尔开关42安装为互相面对，因此霍尔开关42在磁体41的磁场作用下输出连续的ON操作信号（数字1），但是当圆形齿部31转动并且位于面对霍尔开关42的位置时，霍尔开关42输出OFF操作信号（数字0）。当该圆形齿部远离霍尔开关42时，霍尔开关42再次输出连续的ON操作信号并且重复该过程。

参照图7所示的曲线可以理解这些，即，磁通密度由于转动齿部31而逐渐降低，并且当曲线到达霍尔开关42与圆形齿部31的中心线完全重合的位置时，得到如图7的曲线中所示的最低点，并将其标识为转动感测信号。

通常，转矩传感器50输出的是V/Deg（电压/度）的值，并且所述角度表示扭力杆的扭转角，并且同时感测与角度大小成比例的电压输出。

因此，通过合成在驾驶者的操作力作用下的扭转角，可以推测出总的角度偏移量。此时，除了所获得的推测的角度大小之外，通过输出所述输出轴每转360°由霍尔开关42产生的指示信号值以及当输出轴转动360°时输出指示长度信号，可以计算在相同方向上转动超过360°的绝对角度或者可以用于确定计算出的角度的范围。例如，当霍尔开关的输出被记录为数字1时，可以推测出相应的转向角的范围是360°到720°。

尽管以上描述了本发明的实施例，但这只是为了例示的目的，并且本领域中的技术人员应该理解，可以对本发明的实施例进行各种修改和等同替换。因此，本发明的主要技术范围应当由所附的权利要求限定。

工业应用性

根据本发明的一个实施例的转向力矩和转向角测量装置的工业应用性在于，转向角信号生成部被固定到所述输出轴，并且通过在随着输出轴的周期性转动而同时转动时，在输出轴的各个预设的转动期间输出OFF信号来测量转向角，从而可以被配置为一个组件来实现转向力矩和转向角测量功能，由此减少部件数目、简化制造过程并且节约成本。

Claims (12)

1.一种转向力矩和转向角测量装置，包括：

外壳，包括相互耦接的第一外壳和第二外壳，在所述第一外壳和所述第二外壳的内部具有空间；

固定到输出轴并且布置在所述外壳内的定子；

布置在所述定子内部并且固定到输入轴的第一磁体，所述第一磁体形成为环形，并且被布置为使得该第一磁体的极性在圆周方向上按间隔改变；

转矩传感器，通过感测由收集器聚集的在所述定子与所述第一磁体之间产生的磁场来测量转向力矩，并且所述转矩传感器安装在所述外壳内部；以及

转向角信号生成部，通过在所述输出轴转动时的一般时期输出ON信号和在所述输出轴的各个预设转动期间输出OFF信号来测量转向角，并且所述转向角信号生成部布置在所述外壳的内部中；以及

布置在所述外壳内的印刷电路板，

其中，所述转向角信号生成部包括：

第二磁体，固定到所述印刷电路板，以产生磁场；

霍尔开关，通过被布置为与所述第二磁体面对并且感测所述第二磁体的磁场而在一般时期输出ON信号；以及

圆形齿部，被固定到所述输出轴以便同时进行转动，并且在位于与所述霍尔开关面对的位置时，使得所述霍尔开关生成OFF信号，

并且，其中，所述第二磁体以及所述霍尔开关固定到所述外壳内的所述印刷电路板。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述定子包括由非磁性材料形成的定子固定件以及与所述定子固定件的内缘表面耦接的多个定子齿部。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述转矩传感器固定到所述印刷电路板上，并且被布置为与收集器面对。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述磁体被布置为与所述霍尔开关面对的面为N极或S极。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述圆形齿部从固定到输出轴的固定件的一侧突出。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述圆形齿部凹陷地形成在固定到输出轴的固定件上。

7.一种用于车辆的转向系统，包括：

与转向把手连接的输入轴；

通过扭力杆的中间物与所述输入轴连接的输出轴；

外壳，包括相互耦接的第一外壳和第二外壳，在所述第一外壳和所述第二外壳的内部具有空间；

固定到所述输出轴并且布置在所述外壳内的定子；

布置在定子内部并且固定到所述输入轴的第一磁体，所述第一磁体形成为环形，并且被布置为使得该第一磁体的极性在圆周方向上按间隔改变；

转矩传感器，通过感测由收集器聚集的在所述定子与所述第一磁体之间产生的磁场来测量转向力矩，并且所述转矩传感器安装在所述外壳内部；以及

转向角信号生成部，通过在所述输出轴转动时的一般时期输出ON信号和在所述输出轴的各个预设转动期间输出OFF信号来测量转向角，并且所述转向角信号生成部布置在所述外壳的内部中；以及

布置在所述外壳内的印刷电路板，

其中，所述转向角信号生成部包括：

第二磁体，固定到所述印刷电路板，以产生磁场；

霍尔开关，通过被布置为与所述第二磁体面对并且感测所述第二磁体的磁场而在一般时期输出ON信号；以及

圆形齿部，被固定到所述输出轴以便同时进行转动，并且在位于与所述霍尔开关面对的位置时，使得所述霍尔开关生成OFF信号，

并且，其中，所述第二磁体以及所述霍尔开关固定到所述外壳内的所述印刷电路板。

8.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其中，所述定子包括由非磁性材料形成的定子固定件以及与所述定子固定件的内缘表面耦接的多个定子齿部。

9.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其中，所述转矩传感器固定到所述印刷电路板上，并且被布置为与收集器面对。

10.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其中，所述磁体被布置为与所述霍尔开关面对的面为N极或S极。

11.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其中，所述圆形齿部从固定到输出轴的固定件的一侧突出。

12.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其中，所述圆形齿部凹陷地形成在固定到输出轴的固定件上。