CN109211447A - 一种无源无线汽车c-eps系统扭矩测量装置 - Google Patents

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孟旭
张超
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Abstract

一种无源无线汽车C‑EPS系统扭矩测量装置，属于汽车转向控制检测技术领域。本发明提供了一种无源无线汽车C‑EPS系统扭矩测量装置，通过利用声表面波谐振器无源无线的数据传输特点结合本发明提出的无线信号收发机构，使汽车C‑EPS系统扭矩测量结构更为简单紧凑，尺寸更小，不受电磁干扰；通过利用本发明提出的无线信号收发机构将环状天线与信号处理电路进行集成，使信号收到的外界干扰与衰减更少,处理速度更快。整体结构包括有由第一谐振器，第二谐振器，信号传输天线构成的扭矩测量机构，由薄壁塑料空心筒，PCB电路板，8针数据交换接口，环状天线，收发信号处理电路构成的信号收发机构，由输入轴，输出轴，固定支架构成的附属机构。

Description

一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置
技术领域
本发明涉及一种汽车EPS系统用扭矩测量装置，尤其涉及一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置,属于汽车转向控制检测技术领域。
背景技术
管柱式电动助力转向系统(C-EPS)因其安装于驾驶室内，无需隔热隔水，价格低，尤其可以根据不同车型的要求更改管柱的长度及固定形式，所以成为当下应用于汽车电动助力转向系统(EPS)的三种电动助力转向方式之一。在C-EPS系统的总体结构中，扭矩测量装置、直流助力电机、减速机构以及转向传动轴是安装在一起的，控制器和机械转向器是独立安装的，其中扭矩测量信号的稳定与准确直决定着转向助力及回正助力的大小，直接影响着汽车的行驶安全性及舒适性。目前应用于C-EPS系统的扭矩测量装置可分为接触式与非接触式，接触式扭矩测量装置因其接触磨损大，测量精度低已逐渐被非接触式取代，而非接触式扭矩测量装置又存在着结构相对复杂，成本偏高，易受电磁干扰与外界环境温度影响的问题。
经过对现有技术文献检索后发现，虽然有基于声表面波无源无线式扭矩传感器结构及原理的相关研究，但是目前并未有一种可以完全应用于汽车C-EPS系统的基于声表面波原理的无源无线式扭矩测量装置,与此同时,由于驾驶人的驾驶习惯及路况的不确定性,C-EPS系统中的转向传动轴可能在转动到任意角度后驻足任意时刻,所以无线信号的无死角稳定传输方式也是需要被重点研究的内容。
因此亟待设计一种新型的应用于汽车C-EPS系统的扭矩测量装置，以达到结构简单，测量方便，稳定性好，无信号传输死角，不受电磁干扰及外界环境温度影响的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于声表面波原理的新型无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量核心装置，并以此为基础构成汽车用电动助力转向系统。
本发明采用的技术方案是：所述的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置由扭矩测量机构，信号收发机构，附属机构三部分组成。所述扭矩测量机构包括弹性扭杆，第一谐振器，第二谐振器，信号传输天线；所述信号收发机构包括薄壁塑料空心筒，PCB电路板，8针数据交换接口，圆弧状天线，收发信号处理电路；所述附属机构包括输入轴，输出轴，固定支架。
本发明采用的技术方案的工作原理是：
当车辆启动后，车辆若未出现转向或转向后回正的情况，PCB板上印刷的收发信号处理电路通过圆弧状天线将查询信号发送给第一谐振器与第二谐振器，第一谐振器与第二谐振器在经历信号转换后通过信号传输天线将未驮载有扭矩信息的回波信号返回给圆弧状天线，回波信号经过PCB板上印刷的收发信号处理电路处理后传输给控制器进行后续的处理与控制。
当汽车行驶过程中出现转向或转向后回正时，连接方向盘的输入轴与连接减速机构的输出轴之间会出现相对扭转角，此扭转角将体现为分别连接输入轴与输出轴的弹性扭杆的扭转变形，此时通过第一谐振器与第二谐振器将驮载有扭矩信息的回波信号通过谐振器信号传输天线传输给圆弧状天线，再由PCB板上印刷的收发信号处理电路接收处理并通过数据线传递给控制器进行后续的运算与处理以及对直流助力电机的控制。
本发明提出的技术方案的有益效果是：
1)本发明所提出的扭矩测量结构与其他形式的EPS扭矩传感器相比，由于采用无源无线的信号传输方式使得整体结构零件数量较少，此外固定环状收发天线的薄壁塑料筒在保护PCB板及其上印刷的圆弧状天线和电路的同时，间接的对第一谐振器与第二谐振器进行了防护，所以无需对第一谐振器与第二谐振器进行额外的保护措施，此类结构进一步减少了零件的数量，可以使扭矩测量装置整体结构简单紧凑，尺寸更小，可靠性更高。
2)固定PCB板用薄壁塑料筒并未简单使用360°圆筒式结构，而是提出了一种270°圆弧并带有一个直角边的薄壁塑料筒结构，此种结构可以在满足信号传输无死角的同时解决安装定位的要求。
3)普通环状PCB板仅能满足普通环状天线的布置，但是无法在其上印刷收发信号处理电路，所以本发明在圆弧状PCB板上增加了一个平面，在此平面上印刷有收发信号处理电路，此种结构设计可以提高信号处理速度的同时避免信号的远距离传输衰减问题，此外由于信号是经过处理后传输的，所以可以简化控制器电路，减小其尺寸。
4)由于C-EPS系统安装于驾驶室内，距离发动机较近，易受到环境温度及发动机震动的影响，所以利用第一谐振器与第二谐振器构成差分电路，消除此类差模信号影响的同时提高一倍的信号灵敏度。
5)本发明所提出的结构中并未使用任何磁感元件，所以不会受到电磁干扰的问题，而且无线传输距离只有3～5mm，属于超短距离信号传输，信号衰减程度极低。
附图说明
图1是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置的扭矩测量机构线构示意图；
图2是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置的薄壁塑料空心筒结构示意图；
图3是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置的PCB电路板结构示意图；
图4是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置的信号收发机构示意图；
图5是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置总体结构爆炸图；
图6是本发明的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置总体结构装配图。
图中：1为输入轴；2为弹性扭杆；3为薄壁塑料空心筒；4为输出轴；5为固定支架；6为第一谐振器；7为第二谐振器；8为信号传输天线；9为PCB电路板；10为8针数据交换接口；11为圆弧状天线，12为收发信号处理电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。
在此，还需要说明的一点是，为了避免不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅表示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构而忽略了与本发明关系不大的其他细节。
一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置,由扭矩测量机构，信号收发机构，附属机构三部分组成，其中：
所述扭矩测量机构包括弹性扭杆2，第一谐振器6，第二谐振器7，信号传输天线8；
所述信号收发机构包括薄壁塑料空心筒3，PCB电路板9，8针数据交换接口10，圆弧状天线11，收发信号处理电路12；
所述附属机构包括输入轴1，输出轴4，固定支架5。
如图1所示，所述弹性扭杆2中部外表面加工有两个平面，两个平面完全平行于所述弹性扭杆2的轴线且对称于所述弹性扭杆2的轴线，所述第一谐振器6与所述第二谐振器7分别粘贴于所述平面上，所述第一谐振器6轴线方向与所述弹性扭杆2的轴线方向夹角为±45°，所述第二谐振器7轴线方向与所述弹性扭杆2的轴线方向夹角为±135°，在所述第一谐振器6及第二谐振器7的侧面上连接有所述信号传输天线8。
如图2所示，所述薄壁塑料空心筒3为一270°圆弧面与一90°直角边所围成的薄壁空心筒结构，在所述直角边一侧钻有固定用螺栓孔，在所述直角边另一侧留有8针数据交换接口10安装口。
如图3所示，所述PCB电路板9为一270°圆弧面与一平面所构成的结构，在所述270°圆弧面中心固定有所述圆弧状天线11，在所述平面上印刷有所述收发信号处理电路12，在所述平面前端焊接有所述8针数据交换接口10。
如图2、3、4所示，所述信号收发机构由所述薄壁塑料空心筒3与所述PCB电路板9共同组成，所述PCB电路板9外表面通过胶粘法紧固于所述薄壁塑料空心筒3内表面，所述PCB电路板9的径向中心线与所述所述薄壁塑料空心筒3的径向中心线重合，8针数据交换接口10安装于所述薄壁塑料空心筒3直角边上的安装口上。
如图5所示，所述输入轴1，所述弹性扭杆2，所述薄壁塑料空心筒3以及所述输出轴4同轴，所述薄壁塑料空心筒3套在所述弹性扭杆2外侧并存在着3～5mm的径向间隙，使得所述弹性扭杆2与所述薄壁塑料空心筒3可以相互转动而不出现干涉。
如图4、5所示，所述信号收发机构的径向中心线与所述第一谐振器6及第二谐振器7中心连线处于同一平面内，并且所述平面垂直于所述弹性扭杆2轴线。
如图5、6所示，所述输入轴1与所述弹性扭杆2通过圆形销轴连接，所述输出轴4与所述弹性扭杆2通过花键连接，所述薄壁塑料空心筒3置于所述输入轴1的凸台平面与所述输出轴4的凸台平面上并存在着2～3mm径向间隙，以保证所述输入轴1与所述输出轴4在转动时不与所述薄壁塑料空心筒3发生干涉，所述固定支架5为倒梯子形结构，下底面上的两个螺栓孔与所述薄壁塑料空心筒3直角边上的两个螺栓孔配合，通过上表面的两个螺栓孔将所述薄壁塑料空心筒3固定于车身上。
当本发明提出的扭矩测量核心装置应用于汽车C-EPS转向系统时，所述输入轴1与汽车方向盘连接，所述输出轴4与减速机构连接，所述固定支架5与车身固定件连接。

Claims (5)

1.一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置，其特征在于扭矩测量机构，信号收发机构，附属机构三部分组成。
所述扭矩测量机构包括弹性扭杆(2)，第一谐振器(6)，第二谐振器(7)，信号传输天线(8)，所述弹性扭杆(2)中部加工有两个平面，两个平面完全平行于所述弹性扭杆(2)的轴线且对称于所述弹性扭杆(2)的轴线，所述第一谐振器(6)与所述第二谐振器(7)分别粘贴于所述平面上，在所述第一谐振器(6)及第二谐振器(7)的侧面上连接有所述信号传输天线(8)；
所述信号收发机构包括薄壁塑料空心筒(3)，PCB电路板(9)，8针数据交换接口(10)，圆弧状天线(11)，收发信号处理电路(12)，所述薄壁塑料空心筒(3)为一270°圆弧面与一90°直角边所围成的薄壁空心筒结构，在所述直角边一侧钻有固定用螺栓孔，在所述直角边另一侧留有8针数据交换接口(10)安装口，所述PCB电路板(9)为一270°圆弧面与一平面所构成的结构，在所述270°圆弧面中心固定有所述圆弧状天线(11)，在所述平面上印刷有所述收发信号处理电路(12)，在所述平面前端焊接有所述8针数据交换接口(10)；
所述附属机构包括输入轴(1)，输出轴(4)，固定支架(5)，所述输入轴(1)制有与所述弹性扭杆(2)配合的销轴孔及与所述薄壁塑料空心筒(3)配合的凸台，所述输出轴(4)制有与所述弹性扭杆(2)配合的内花键及所述薄壁塑料空心筒(3)配合的凸台，所述固定支架(5)为到梯子形结构，上下表面各有两个螺栓孔，分别用于连接所述薄壁塑料空心筒(3)及车身固定件。
2.据权利要求1所述的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置，其特征在于：所述信号收发机构由所述薄壁塑料空心筒(3)与所述PCB电路板(9)共同组成，所述PCB电路板(9)外表面通过胶粘法紧固于所述薄壁塑料空心筒(3)内表面，所述PCB电路板(9)的径向中心线与所述所述薄壁塑料空心筒(3)的径向中心线重合，8针数据交换接口(10)安装于所述薄壁塑料空心筒(3)直角边上的安装口上。
3.据权利要求1、2所述的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置，其特征在于：所述信号收发机构的径向中心线与所述第一谐振器(6)及第二谐振器(7)中心连线处于同一平面内，并且所述平面垂直于所述弹性扭杆(2)轴线。
4.据权利要求1、2或3所述的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置，其特征在于：所述信号收发机构套在所述弹性扭杆(2)外侧并存在着3～5mm的径向间隙，使得所述弹性扭杆(2)与所述信号收发机构可以相互转动而不出现干涉。
5.据权利要求1、2、3或4所述的一种无源无线汽车C-EPS系统扭矩测量装置，其特征在于：所述输入轴(1)，所述弹性扭杆(2)，所述信号收发机构以及所述输出轴(4)同轴，所述输入轴(1)与所述弹性扭杆(2)通过圆形销轴连接，所述输出轴(4)与所述弹性扭杆(2)通过花键连接，所述信号收发机构置于所述输入轴(1)的凸台平面与所述输出轴(4)的凸台平面上并存在着2～3mm径向间隙，以保证所述输入轴(1)与所述输出轴(4)在转动时不与所述信号收发机构发生干涉。
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