CN2771822Y

CN2771822Y - 一种电容式角度扭矩双信号车用传感器

Info

Publication number: CN2771822Y
Application number: CN 200520007587
Authority: CN
Inventors: 杨其华; 张珂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2015-02-24

Abstract

一种电容式角度扭矩双信号车用传感器，它是利用在测量扭杆的敏感轴上安装双角位移测量机构的方法，实现角度和扭矩信号同时采集输出。其角度测量通过在一种变结构电容极板上形成多相电场后，经过电场合成耦合实现。上述原理构成的传感器具有以下特征：a.轴联动片6固定于轴套5上，插入外接扭杆后跟随扭杆转动；壳联动片10由外接扭杆敏感轴12另一端拨动；b.定片上的源极板1沿圆周紧密排列、均匀分布，且面积相等；c.激励源电路、信号处理鉴相电路及信号差分电路是其基本附属电路，集成或组合安装于定片上；d.极板可直接制作在覆铜板上。

Description

一种电容式角度扭矩双信号车用传感器

技术领域：

本实用新型涉及汽车助力转向专用传感器的角度与扭矩测量技术。

背景技术：

传统概念上的扭矩和角度测量一般分两个传感器实现。在汽车电动助力转向系统(EPS)中，同时获取方向盘旋转角度和转动扭矩，有利于EPS控制模型的实现和控制性能的优化。EPS是一个集机械机构、助力电机、传感器、控制器为一体的总成部件，传感器设计必须结合总成相关尺寸与技术要求进行，影响一体化安装空间的传感器尺寸、扭杆信号获取方式、传感器引线等是其中的主要因素。车用传感器具有量大、可靠性要求高等特点，原理结构与性价比将成为应用的关注点。

发明内容：

本实用新型的目的：

提出一种低成本高可靠性、结构工艺简单、可多圈连续旋转(无引出线缠绕)的车用角度扭矩双信号传感器。

本实用新型的技术关键：

利用一种变结构电容原理方案组对，测量汽车扭杆的多圈旋转角度和扭杆两端因扭变引起的相对于圆周角起点累计的角位移差值，获取对应扭矩信号，实现角度和扭矩同时测量。

为了实现本实用新型，拟采用以下的技术：

a.变结构电容极板原理的角位移测量

将平行结构的电容极板布置在同一个基材平面上，在沿圆周扇形均匀分布排列的多块正极板(源极板)上通以固定相位差的源信号后，产生等相位差多相电场；负极板连接成一块公共极板，且围绕圆心环状布置。当某一或多块源极板平行面上出现导电的过渡极板感应耦合其电荷时，电场在过渡极板上合成得到对应于角位移量的相位信号，再耦合至公共极板输出。

——此结构解决了角度测量时运动部分以非接触方式获取角位移信息，避免引线旋转中缠绕。

b.双角位移测量的差分结构

两组角位移测量的定片安装于主壳体上，一个角位移动片安装于轴联动片，另一个角位移动片安装于壳联动片上。两块动片可分别联接于外接的扭杆敏感轴两端。利用两个对应于定片位置角位移的相位信号进行差分，实现扭矩大小和方向的测量。角度信号可从任一端动片与定片组合中取出。

——此结构配合特定EPS总成解决了车用传感器的角度、扭矩双信号输出。

c.电相位与空间位置对应的鉴相测量

源极板(组)形成多相电场，过渡极板移动时合成得到对应于角位移量的相位信号，此相位信号理论上不会受到电容变化影响。

——这种原理性设计从根本上避免了工艺及环境条件因素造成的系统性误差。

最终，构成本实用新型的下述结构：

它的轴联动片固定在轴套上，定片装于传感器壳体上，定片上的源极板沿圆周均匀排列，各源极板的面积相等，并且，沿圆周上弧度区连续均匀分布源极板的组数m是≥1的整数，源极板组内的极板数n是≥3的整数。其特征在于：

设置两组定片，它们均定位在传感器壳体上；设置两个感应动片，它们均为导电材料，其扇翅弧度角α满足条件：β≤α≤γ。

上述的定片，在它上面设置激励源电路、信号处理鉴相电路以及信号差分电路。上述的定片，它上面的源极板和公共极板是直接制作在覆铜板上的。

本实用新型与现有技术比较的特点：

a.鉴相和差分的测量原理，根本上消除了测量中的结构因素对测量精度的影响，使传感器的性能得以提高，不仅降低了制作工艺难度，也明显降低了对使用环境的要求。

b.变结构的电容原理，使传感器易于采用覆铜板材料实现，便于电极和电路一体化，为传感器集成小型化和降低成本创造了条件。

c.当细化同一圆周弧度内的源极板组数后，可以进一步提高传感器精度。

附图说明：

图1示意了传感器定片上源极板和公共极板布置的一种实例情况。

图2示意了一种配合图1布置的过渡极板(感应动片)形状。

图3示意了图1和图2例下定片与动片的一个配合位置(两者之间装配留有径向小气隙隔离)。

图4给出角度扭矩双信号传感器结构件装配工作示意。

1：定片源电极；2：定片公共电极；3：电场合成动片；4：动片扇翅；5：轴套(可固定于轴上)；6：轴联动片；7：接线插座；8：传感器壳体(外固定)；9：源激励电极与公共电极(定片)；10：壳联动片；11：外连接拨杆；12：扭杆(敏感轴)；13：外安装轴；14：传感器封装体范围示意；A-B-C-D：以四个定片源电极构成的排列组合形式；β：一片源极板覆盖的圆周角；γ：一组源极板覆盖的圆周角；α：感应动片上的扇翅弧度角。

具体实施方法：

在覆铜板基材上制作激励源极板1和公共极板2。激励源极板1分布区域视角位移测量范围而定，而角位移测量范围又与外接的扭杆敏感轴12两端最大相对扭变量相关。当需要扭杆12多圈旋转时，敏感轴12两端的最大扭变仍是有限的，在动片扇翅合理配置下，激励源电极1可以只有一组A-B-C-D，也可以由多组A-B-C-D布满整个圆周。图1、图2、图3给出了激励源组数m＝3，每组内激励极板1数量n＝4时的极板布置。不同组之间对应的极板有电连接，以保证源电场沿圆周的等相位差分布。

当联接有角位移测量机构壳联动10部分和轴联动6部分分别安装在扭杆敏感轴12两端后，采用同一个多相位信号发生器分别激励，产生两组多相电场，在扭杆12转动后两个公共极板上分别产生两个对应各自轴向位置角度变化的相位信号。经过适当的处理后，取一路直接输出角度信号；另一路送入差分器，得到相应扭矩信号输出。

为简化电路处理难度，外接的扭杆敏感轴12两端的扭变角位移限定在一组激励极板分布的角度范围内。

信号处理与激励源等电路可集成于极板所在的定片背面。装配时定片可与传感器外壳连接，并引出信号线，动片3与外接轴连接。

Claims

1.一种电容式角度扭矩双信号车用传感器，轴联动片(6)定位在轴套(5)上，定片(9)装于传感器壳体(8)上，定片(9)上的源极板(1)沿圆周均匀排列，各源极板(1)的面积相等，并且，圆周上弧度区连续均匀分布的源极板(1)的组数m是≥1的整数，源极板组(1)内的极板数n是≥3的整数，

其特征在于：

a.设置两组定片(9)，它们均定位在传感器壳体(8)上；

b.设置两个感应动片(3)，它们均为导电材料，其扇翅(4)弧度角(α)满足条件：β≤α≤γ内的整数。

2.一种如权利要求1所述的电容式角度扭矩双信号车用传感器，其特征在于：所述的定片(9)，在它反面设置激励源电路、信号处理鉴相电路以及信号差分电路。

3.一种如权利要求1所述的电容式角度扭矩双信号车用传感器，其特征在于：所述的定片(9)，它上面的源极板(1)和公共极板(2)是直接制作在覆铜板上的。