CN105109481A - 一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构 - Google Patents

一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构 Download PDF

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邵文彬
廖武
张雷
朱联邦
罗朗
王文建
王海峰
许宽林
尹爱霞
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    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，包括有电动转向管柱壳体、输入轴、输出轴、扭杆及转角传感器；输入轴及输出轴设置于电动转向管柱壳体内；所述扭杆设置于所述输入轴和所述输出轴之间；所述转角传感器设置于所述电动转向管柱壳体内。本发明将转角传感器集成在电动转向管柱的内部，实现转角和转矩的集成式检测并通过总线传递转角和转矩信号，和传统技术方案相比，节省了整车的安装空间，实现了部件的集成化设计和装配，同时降低了整车成本。并能很好的抵抗电磁辐射以及电气防护，并降低了转角传感器因拆装带来的可能损坏。

Description

一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构
技术领域
本发明属于汽车转向系统技术领域，特别是指一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构。
背景技术
随着汽车技术的发展，目前的汽车已经普遍装备ESP(汽车电子稳定系统)和EPS(电子助力转向系统)。ESP主要由中央控制单元(ECU)、执行器、方向盘转角传感器、车速传感器、制动力传感器、横摆角速度传感器等组成，在汽车行驶过程中，方向盘转角传感器感知驾驶者试图操作的转弯方向和角度，横摆角速度传感器检测汽车沿垂直轴线的偏转(该偏转的大小代表汽车的稳定程度，如果偏转角速度达到一个阈值，则说明汽车处于侧滑或甩尾等危险工况)。ESP的中央控制单元了解到这些信息以后，通过计算后判断汽车正常安全行驶和驾驶者操纵汽车意图的差距，然后由ECU发出指令，调整发动机的转速和车轮上的制动力，从而修正汽车的过度转向或转向不足，以避免汽车打滑、转向过度、转向不足或抱死，从而保证汽车的行驶安全。
电动助力转向系统(EPS—ElectricPowerSteering)是汽车转向系统的发展方向，EPS的组成主要由车速传感器、转向盘转动传感器(包括扭矩传感器和转角传感器)、控制器、功率驱动电路、离合器和直流电动机等组成。其工作原理是，电子控制单元(ECU)根据各传感器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力转矩，向电动机和离合器发出控制信号，通过功率驱动电路控制直流电动机的转动，电动机的输出经过蜗轮蜗杆减速机构减速增扭后，驱动齿轮齿条机构，产生相应的转向助力。
公知地，ESP必须设置方向盘转角传感器，方向盘转角传感器用于将方向盘转角转换为一个可以代表驾驶员期望的行驶方向的信号，ESP通过计算方向盘转角的大小和转角变化速率来识别驾驶员的操作意图。
现有的ESP普遍采用的是在转向轴上加装转角传感器的方式，如图1所示，时钟弹簧包括有时钟弹簧上壳体1和时钟弹簧下壳体5；具体是将组合开关3通过两个螺钉安装在转向管柱4的柱管上，转角传感器2首先通过卡扣安装在时钟弹簧上连为一体，时钟弹簧再通过卡扣安装在组合开关3上。从而实现方向盘转角传感器在组合开关时钟弹簧之间的安装。方向盘转动时通过上转向轴6驱动时钟弹簧内圈进而驱动转角传感器进行检测方向盘的角度。
现有技术必须采用单独的转角传感器部件，在整车上零部件越来越多的背景下，占用了更多的装配空间，整车厂生产线的装配节拍也变慢。此种安装结构中转角传感器暴露于外部环境中，容易受到电磁的干扰以及湿度的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的转角传感器安装结构，通过本技术方案，实现转角传感器的集成式安装，降低生产成本，并且本技术方案能够克服电磁的干扰及环境的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，包括有电动转向管柱壳体、输入轴、输出轴、扭杆及转角传感器；
所述输入轴及所述输出轴设置于所述电动转向管柱壳体内；所述扭杆设置于所述输入轴和所述输出轴之间；所述扭杆的一端与所述输入轴固定连接，所述扭杆的另一端与所述输出轴固定连接；
所述转角传感器设置于所述电动转向管柱壳体内。
所述转角传感器包括有壳体、第一转子、第二转子、电路板、第一齿轮及第二齿轮；
所述壳体固定于所述电动置身管柱壳体的内壁上；所述电路板固定于所述壳体上，在所述电路板中心设置有通孔；所述输入轴穿过所述通孔；
所述第一齿轮固定设置于输入轴上；所述第一转子固定设置于所述第一齿轮与所述电路板之间的输入轴上；
所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；在所述第二齿轮与所述电路板相对的表面设置有磁铁；在所述电路板上与所述磁铁相对处设置有磁阻芯片；
所述第二转子固定设置于所述输出轴上；所述第一转子与所述第二转子分别位于所述电路板的两侧；
在所述电路板上设置有圆环形线圈。
所述输入轴与所述轴出轴相对的一端设置有第一中心孔；所述输出轴与所述输入轴相对的一端设置有第二中心孔；所述扭杆设置于所述第一中心孔及所述第二中心孔内。
所述圆环形线圈为以所述通孔的中心为圆心的同心圆结构。
所述第一齿轮的齿数大于所述第二齿轮的齿数。
本发明的有益效果是：
本发明对于应用于汽车电子稳定系统的转角传感器而言，将转角传感器集成在电动转向管柱的内部，实现转角和转矩的集成式检测并通过总线传递转角和转矩信号，和传统技术方案相比，节省了整车的安装空间，实现了部件的集成化设计和装配，同时降低了整车成本。
另外，由于安装在转向管柱的金属壳体内部，转角传感器的使用环境较好，能很好的抵抗电磁辐射以及电气防护，并降低了转角传感器因拆装带来的可能损坏。
附图说明
图1为现技术转角传感器安装结构示意图；
图2为本发明转角传感器安装结构示意图；
图3为本发明转角传感器内部结构原理图。
附图标记说明
1时钟弹簧上壳体，2转角传感器，3组合开关，4转向管柱，5时钟弹簧下壳体，6上转向轴，001输出轴，002扭杆，003输入轴，004蜗轮，005减速机构壳体，006第一转子，007第二转子，008壳体，009电路板，010第一齿轮，011第二齿轮。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图2所示，在本发明的技术方案中，输出轴001、输入轴003、蜗轮004、减速机构壳体005等均为现有技术，并且电动转向管柱壳体也为现有技术，以及输入轴和输出轴的连接关系及输出轴和输入轴与电动转向管柱壳体的连接关系均为现有技术，并不在本申请的技术方案改进中，因此，在本申请的技术方案中，并不对上述的连接及结构等进行详细的描述。
本发明提供一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，如图2和图3所示，包括有电动转向管柱壳体、输入轴003、输出轴001、扭杆002及转角传感器；
所述输入轴003及所述输出轴001设置于所述电动转向管柱壳体内；所述扭杆002设置于所述输入轴003和所述输出轴001之间；所述扭杆002的一端与所述输入轴003固定连接，所述扭杆002的另一端与所述输出轴001固定连接；在本实施例中，所述输入轴与所述轴出轴相对的一端设置有第一中心孔；所述输出轴与所述输入轴相对的一端设置有第二中心孔；所述扭杆设置于所述第一中心孔及所述第二中心孔内。即扭杆的一端插入第一中心孔内，另一端插入第二中心孔内。第一中心孔和第二中心孔共同组成了扭杆的通道。
所述转角传感器设置于所述电动转向管柱壳体内。
所述转角传感器包括有壳体008、第一转子006、第二转子007、电路板009、第一齿轮010及第二齿轮011；
所述壳体008固定于所述电动置身管柱壳体的内壁上；所述电路板009固定于所述壳体008上，在所述电路板的中心设置有通孔；所述输入轴穿过所述通孔；并且输入轴的转动不干涉电路板，在本实施例中，电路板为PCB板。
所述第一齿轮010固定设置于输入轴003上；所述第一转子006通过激光焊接的方式固定设置于所述第一齿轮010与所述电路板009之间的输入轴003上，实现高精度的定。
所述第一齿轮010与所述第二齿轮011啮合；在所述第二齿轮011与所述电路板009相对的表面设置有磁铁；在所述电路板上与所述磁铁相对处设置有磁阻芯片；
所述第二转子007通过激光焊接的方式固定设置于所述输出轴001上，实现高精度的定位；所述第一转子006与所述第二转子007分别位于所述电路板009的两侧；
在所述电路板上设置有圆环形线圈。所述圆环形线圈为以所述通孔的中心为圆心的同心圆结构。
驾驶员对转向盘的输入力矩传递到输入轴以后，由于转向系统的负载端通过输出轴形成的反力作用，扭杆将产生角位移，其两端的力矩与扭杆的角位移比值即为扭杆的刚度。从而将转向盘的力矩转化为第一转子和第二转子之间的相对转角。
在转角传感器内设置一个电路板，其上布置有圆环形线圈并通以正弦规律变化的交流电，线圈电流产生的磁通在第一转子和第二转子上感应出自感电动势进而产生感应电流，第一转子和第二转子的感应电流产生的感应磁通反过来耦合在电路板的圆环形线圈上，通过检测圆环形线圈的感应电动势便可知道第一转子和第二转子相对于PCB电路板转过的角度，第一转子和第二转子之差即为扭杆自身的形变，结合扭杆的刚度可以计算出扭矩。考虑到扭杆的工作寿命，必须设计机械限位结构来限制输入轴和输出轴的最大相对扭转角度。
在输入轴上同时固联设计一个第一齿轮(45齿)作为驱动齿轮，通过齿轮副的啮合传动带动第二齿轮(37齿)，在第二齿轮上的端面放置一个磁铁，同时在电路板上和磁铁对应的位置使用一个磁阻芯片(MR芯片，magneto-Rtsistive)用以检测第二齿轮的转动角度，通过对第二齿轮的角度的计算及齿轮传动比的折算，能够计算出第一转子的转动角度，由于汽车的方向盘转角一般为三圈，而第二齿轮的转动角度只能检测到360度范围内，因而对第二齿轮测得的转动角度进行区域定位后即可准确得出方向盘的转角。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，其特征在于：包括有电动转向管柱壳体、输入轴、输出轴、扭杆及转角传感器；
所述输入轴及所述输出轴设置于所述电动转向管柱壳体内；所述扭杆设置于所述输入轴和所述输出轴之间；所述扭杆的一端与所述输入轴固定连接，所述扭杆的另一端与所述输出轴固定连接；
所述转角传感器设置于所述电动转向管柱壳体内。
2.根据权利要求1所述的用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，其特征在于：所述转角传感器包括有壳体、第一转子、第二转子、电路板、第一齿轮及第二齿轮；
所述壳体固定于所述电动置身管柱壳体的内壁上；所述电路板固定于所述壳体上，在所述电路板中心设置有通孔；所述输入轴穿过所述通孔；
所述第一齿轮固定设置于输入轴上；所述第一转子固定设置于所述第一齿轮与所述电路板之间的输入轴上；
所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；在所述第二齿轮与所述电路板相对的表面设置有磁铁；在所述电路板上与所述磁铁相对处设置有磁阻芯片；
所述第二转子固定设置于所述输出轴上；所述第一转子与所述第二转子分别位于所述电路板的两侧；
在所述电路板上设置有圆环形线圈。
3.根据权利要求1所述的用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，其特征在于：所述输入轴与所述轴出轴相对的一端设置有第一中心孔；所述输出轴与所述输入轴相对的一端设置有第二中心孔；所述扭杆设置于所述第一中心孔及所述第二中心孔内。
4.根据权利要求2所述的用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，其特征在于：所述圆环形线圈为以所述通孔的中心为圆心的同心圆结构。
5.根据权利要求2所述的用于汽车电子稳定系统的转角传感器的安装结构，其特征在于：所述第一齿轮的齿数大于所述第二齿轮的齿数。
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