CN201914313U - 一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置 - Google Patents

Abstract

一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，提供了一种利用电磁感应原理，把被测量转化为电感量的一种装置，主要包括输入轴、止动销、线圈、线圈盒组合、传感器电路板、隔磁窗、输出轴、扭力杆和上壳体，其中上壳体为最外层保护外壳，输入轴为动力输入部分，输入轴下部连接输出轴；输入轴与输出轴之间有一限位结构。另外输入轴上部通过一止动销与扭力杆连接，输入轴八处凸键与隔磁窗配合，隔磁窗外有一线圈，通过线圈盒组合连接传感器电路板，传感器电路板内镶在上壳体上。本实用新型工艺简单，加工方便，装配容易，坚固耐用且与整车配合性好。

Description

一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置

技术领域

本实用新型涉及汽车，具体为一种作用于汽车电动助力转向器(EPS)的基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置。

背景技术

EPS是一种机电一体化的新一代汽车智能转向助力系统，使汽车在各种工况下都能得到满意的转向助力和良好的操纵性能，其基本工作原理是：扭矩传感器把转向盘的转向力矩信号送入ECU，同时车速传感器传递的车速信号及发动机信号也送入ECU。ECU根据转向盘力矩信号确定提供助力的时机。当需要提供助力时，ECU根据转向力矩大小和车速快慢，依据转向助力特性表，计算出提供助力所需的助力力矩值，控制助力电机，实现助力转向，协助驾驶员完成转向操作。

一般来说，传统的此扭矩限位结构为四槽式结构，输入轴和输出轴通过四槽式扭矩限位结构将驾驶员施加在方向盘上的转向扭矩进行传递，输入轴与隔磁窗配合的八处凸键与下部四槽式扭矩限位结构在工艺上为两次模塅成型，形位公差偏差大，整体装配后固定在输出轴上的隔磁窗窗口与输入轴凸键的相对扭转角度在理论设计范围值内的一致性差，降低了扭矩传感器采集扭转信号的精确性；同时，输入轴八处凸键与下部四槽式扭矩限位结构交接处会出现凹坑现象，毛刺翻边会影响隔磁窗装配，且加工处理凹坑会出现透磁现象，造成磁感强度发生变化，影响扭矩传感器采集扭矩信号的效果。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，以解决上述背景技术中的缺点。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，主要由输入轴、输出轴、扭力杆、隔磁窗、线圈、线圈盒组合等零部件相配合实现扭矩信号的采集和转换。主要包括输入轴、止动销、线圈、线圈盒组合、传感器电路板、隔磁窗、输出轴、扭力杆和上壳体，其中上壳体为最外层保护外壳，输入轴为动力输入部分，输入轴下部连接输出轴；输入轴与输出轴之间有一限位结构。另外输入轴上部通过一止动销与扭力杆连接，输入轴八处凸键与隔磁窗配合，隔磁窗外有一线圈，通过线圈盒组合连接传感器电路板，传感器电路板内镶在上壳体上。

将传统的输入轴和输出轴之间的四槽式扭矩限位结构改为八槽式扭矩限位结构。输入轴与隔磁窗配合的八处凸键与下部八槽式扭矩限位结构在工艺上为一次模塅成型，既降低了工艺难度同时又大大提高了两者的形位精度，整体装配后固定在输出轴上的隔磁窗窗口与输入轴凸键的相对扭转角度在3.3°±0.7°范围内的一致性大大提高，增强了扭矩传感器采集扭转信号的精确性。

在所述八槽式结构中，八槽轮廓结构可以是矩形也可以是梯形，可以是三角形也可以是齿轮渐开线形状以及类似的衍生结构。

输入轴八处凸键与下部八槽式扭矩限位结构交接处不会出现凹坑现象，不需再次机加处理，同时避免了透磁现象，提高了输入轴左右扭转时扭矩传感器采集信号的对称性。

本实用新型的工作原理为：扭矩传感器测量驾驶员施加在方向盘上的转矩大小，需要扭力杆与扭矩传感器协同工作。驾驶员转向时，对方向盘施加一定的扭矩，此扭矩通过与方向盘连接的输入轴传递给扭力杆，从而使扭力杆发生扭转变形并得到一个大小与方向盘扭矩成比例的扭转角(角度范围根据扭杆材料不同变化，一般最大为6～8°，对应最大转矩不超过7～10Nm)，扭矩传感器把这个扭转角转化为电压信号作为扭矩传感器的输出。

出于保护助力电机的考虑，当扭力杆扭曲变形产生的扭矩小于某设定值时，电机不助力。而当扭力杆扭曲变形的扭矩大于某设定值时，此时对应的电机助力转矩为一恒定值。介于两者之间为一直线型助力特性关系。

考虑以上原因，有效的工作电压区间为1V～4V。同时考虑驾驶员方向盘对中直行行驶时无需助力提供，左右对称转向需提供相应助力。

其具体参数为：扭力杆1N·m的扭转变形，电压变化值记录为a V，

扭力杆特性曲线遵循：Φ＝K*T*(1±5％)，

扭矩传感器故障诊断要求扭力杆扭矩为6N·m时电压值为3.5V。

由此：电气设计思路与扭力杆特性的对应关系如下：

方向盘对中	电压	扭矩	扭力杆扭转角
					2.5V	0N·m	0°

方向盘右转向电压值区间(2.5V-4V)

极限电压	最大扭矩	扭力杆扭转角
			4V	Tmax N·m	+Φmax
3.5V	6N·m	+Φmin

方向盘左转向电压值区间(1V-2.5V)

极限电压	最大扭矩	扭力杆扭转角
			1V	Tmax N·m)	-Φmax
1.5V	6N·m	-Φmin

(Φ_max+Φ_min)/2即为八槽扭矩限位结构的理论扭转角度设计值。

有益效果：本实用新型能有效改善零件的工艺性，降低零部件制造成本，提高扭矩传感器采集扭转信号的精度，且扭矩传感器输出信号的稳定性、一致性增强；另外扭矩传感器性能作为电动助力转向系统的关键性能之一，极大提高了EPS系统与其他控制系统的一体化，提高了整车性能。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的示意图；

图2为本实用新型较佳实施例的八槽新型扭矩限位装置截面图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。

参见图1的一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，其工作原理是基于电磁感应原理，把被测量转化为电感量的一种装置，其中上壳体9为主要的外保护装置，线圈盒组合4用来保护线圈3。

在本实用新型中，扭力杆传递扭矩的过程如下：输入轴1上部与方向盘相连，驾驶员作用在方向盘上的力矩传递给输入轴1，输入轴1通过与扭力杆8之间压装的止动销2将扭矩传递给扭力杆8。扭力杆8通过过盈配合下部花键压入输出轴7。传递给扭力杆8的扭矩使得扭力杆8发生扭曲变形，通过扭力杆8自身的扭转变形特性得到一个大小与方向盘扭矩成比例的扭转角，传感器5把这个扭转角转化为电压信号作为传感器5的输出，同时扭力杆8的扭曲变形产生的扭矩通过输入轴1的扭矩限位结构传递给输出轴7的扭矩限位结构。同时在控制器(ECU)的综合控制下产生助力带动汽车转向。

其信号传递的具体过程为：一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置利用自身振荡器产生一个同步的正反相正弦波，分别接到两个线圈3的各一端(其中两个线圈3有公共端子)。当输入轴1受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，转动力矩通过止动销2传递给扭力杆8，输入轴1上的凸键10和固定在输出轴7上的隔磁窗6窗口之间的相对位置就被改变了，相对位移改变量等于扭力杆8的扭转量，使得线圈3上的磁感强度改变，磁感强度的变化使线圈3公共端子出现同频率的正弦波，通过检测公共端子的信号并经过传感器5的放大、滤波、运算后即可进行进一步的检测，最后就能够得到精确的扭矩信号，传递给电子控制器(ECU)。

在本实用新型中，采用的同轴式无触点扭矩传感器采集精确的扭矩信号是通过与传递扭矩的机械元件，特别是重要关键零件扭力杆8的扭转变形特性和输入轴1、输出轴7的扭矩限位结构来实现的，在本实施例中，均处于安全范围内。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，其特征在于，主要包括输入轴、止动销、线圈、线圈盒组合、传感器电路板、隔磁窗、输出轴、扭力杆和上壳体，其中上壳体为最外层保护外壳，输入轴为动力输入部分，输入轴下部连接输出轴；输入轴与输出轴之间有一限位结构，另外输入轴上部通过一止动销与扭力杆连接，输入轴八处凸键与隔磁窗配合，隔磁窗外有一线圈，通过线圈盒组合连接传感器电路板，传感器电路板内镶在上壳体上。

2.根据权利要求1所述的一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，其特征在于，输入轴和输出轴之间限位结构为八槽式扭矩限位结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，其特征在于，输入轴与隔磁窗配合的八处凸键与下部八槽式扭矩限位结构为一次成型。

4.根据权利要求1所述的一种基于同轴式无触点传感器的新型扭矩限位装置，其特征在于，所述八槽式结构中，八槽轮廓结构可以是矩形也可以是梯形，可以是三角形也可以是齿轮渐开线形状。 

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