CN203287133U

CN203287133U - 新型转矩传感器

Info

Publication number: CN203287133U
Application number: CN2013202903579U
Authority: CN
Inventors: 韩以伦; 杜新业; 丁道山; 焦振广; 王菲; 陈倩; 剡海静; 王敬; 王倩
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2013-05-25
Filing date: 2013-05-25
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2023-05-25

Abstract

本实用新型公开了一种新型的转矩传感器。该机构包括输入轴、输出轴、套筒、滑环、线圈、扭力杆等部分。在本转矩传感器结构中，当转向柱扭力杆两端受到转矩作用时，扭力杆便产生扭转变形，产生一定的扭力角，扭力杆左右两端两个套筒即产生相对转动，安装在右套筒的滑环便相对左套筒上的线圈产生一定的滑动，从而改变接线两端的电阻，给线圈两端一个恒定的电流、则接线柱两端产生一定的电压信号，通过对电压信号的读取，计算出电阻值，继而计算出相应的滑环转角，根据扭转角度与转矩之间的关系，转矩便得出数值，这样就对达到测量输入轴与输出轴之间转矩的目的，此种转矩传感器结构原理相对简单，减少了制造过程中的复杂性。

Description

新型转矩传感器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车电动助力转向转矩测量技术，其特征是在转向轴转动时，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元，从而得出转矩值。

背景技术

汽车电动助力转向系统（EPS）是一种直接依靠电机辅助扭矩的动力转向系统，相较于传统的液压助力转向系统（HPS）具有很多优点：仅在需要转向的时候提供电动助力，减少燃油消耗，适合各工况下工作，改善了汽车的转向特性，并且不存在漏油问题，减少对环境的污染。电动助力转向系统主要包括转矩传感器、车速传感器、电机、离合器、减速机构、电子控制单元等部件。转矩传感器作为电动助力转向系统的关键部件之一，其输出特性直接影响EPS系统的控制性能。现有的转矩传感器主要有光电式、电位计时、电感式几种形式。光电式转矩传感器结构比较复杂，对加工工艺要求较高，后者对前者进行了改进，但是存在温度漂移和绕线的问题。电位计式转矩传感器属于接触式，存在磨损，降低了其性能，电感式转矩传感器采用了非接触的测量方式,因而寿命长,可靠性高,不易受到磨损,有更小的延时,受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，但其结构相对也复杂，并且可能出现漏磁通现象。此新型转矩传感器结构简单，制造相对容易，但转矩传感器属精密仪器，对精度要求比较高，而本实用新型转矩传感器依靠线圈电阻值改变来确定转矩，测量的高精度可能无法实现。

因此，现有技术有待于进一步的改进和发展。

发明内容

本实用新型的目的是公开一种扭矩传感器，以解决现有的扭矩传感器的结构复杂、制造困难等状况。为实现上诉目的，本实用新型所述的转矩传感器采用解决方案是：

一种新型的转矩传感器，其特征是包括有输入轴、输出轴、套筒、滑环、线圈、扭力杆等部分。测量转向柱上的转矩通过测量转角差来实现，即在转向柱扭力杆两端受到转矩作用时，扭力杆便产生扭转变形，左右两个套筒即产生相对转动，安装在右套筒的滑环便相对左套筒上的线圈产生滑动，从而改变接线两端的电阻，产生电信号，根据电阻值的变化确定扭转角度的变化，这样就可以根据扭力杆材料通过扭转角与转矩之间的关系计算出转向柱上的转矩大小，其特征是在左套筒上安装有线圈、金属导电体、接线柱，右套筒上安装有滑环，滑环相对于线圈产生相对滑动，从而改变电阻值，扭转角度对应电阻值变化。其推导过程如下：

设线圈两段总电阻为

Figure DEST_PATH_224739DEST_PATH_IMAGE001

，金属导电体电阻忽略不计，滑环起始位置位于线圈中间，线圈恒定电流为I，测得接线柱两端电压为U

则

Figure DEST_PATH_107244DEST_PATH_IMAGE002

由以上两式可以得出

值，即：

Figure DEST_PATH_963128DEST_PATH_IMAGE004

这样就可以根据扭力杆材料通过扭转角与转矩之间的关系计算出转向柱上的转矩大小，其推导过程如下：

Figure DEST_PATH_463380DEST_PATH_IMAGE005

则转矩：

Figure DEST_PATH_946314DEST_PATH_IMAGE006

式中：

G为比例常数，是材料的切边模量；

Figure DEST_PATH_418883DEST_PATH_IMAGE007

为扭力杆截面极惯性矩；

为滑环转角；

这样就达到了测量输入轴与输出轴之间转矩的目的，而且其结构原理相对简单，制造的复杂性相对较低。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的左视图。

图3是本实用新型的立体结构示意图。

图中各标号表示如下：1.输出轴；2.左套筒；3.销钉；4.接线柱；5.金属导电体；6.线圈；7.滑环；8.右套筒；9.扭力杆；10.输入轴。

具体实施方式

参看图1、图2、图3所示，一种新型的转矩传感器，包括输出轴1、左套筒2、接线柱4、金属导电体5、线圈6、滑环7、右套筒8、扭力杆9、输入轴10等。接线柱4、金属导电体5、线圈6，安装在左套筒上，形成一个圆弧状的滑动变阻器。

工作时，输入轴10接收转向盘传递来的扭矩，而输出轴1形成相反方向的扭矩，在两者相互作用下，扭力杆9两端产生一定的扭转变形，即左套筒2与右套筒8产生一定角度的相对转动，右套筒8上的滑环相对左套筒2上的线圈6和金属导电体5转一定角度，则接线柱4两端的电阻值产生一定变化，控制器根据接收的电信号，对信号进行运算、处理，可以得出扭转角度，基于材料扭转转矩跟扭转角度的关系，得出输入轴10与输出轴1之间的转矩。

Claims

1.一种新型的转矩传感器，其特征是：包括输入轴、输出轴、套筒、滑环、线圈、扭力杆等部分，测量转向柱上的转矩通过测量转角差来实现，即在转向柱扭力杆两端受到转矩作用时，扭力杆便产生扭转变形，左右两个套筒即产生相对转动，安装在右套筒的滑环便相对左套筒上的线圈产生滑动，从而改变接线两端的电阻，产生电信号，根据电阻值的变化确定扭转角度的变化，这样就可以根据扭力杆材料通过扭转角与转矩之间的关系计算出转向柱上的转矩大小。

2.根据权利要求1所述的新型的转矩传感器，其特征是：在左套筒上安装有线圈、金属导电体、接线柱，右套筒上安装有滑环，滑环相对于线圈产生相对滑动，从而改变电阻值，扭转角度对应电阻值变化。