CN2934010Y - 汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器。其解决了现有机械接触式扭矩传感器结构复杂、加工精度要求高、使用寿命短、长时间使用后输出信号不一致的缺陷。其设置在两段式转向轴之间端部的联接处，所述的两段式转向轴包括输出轴和输入轴，输出轴与输入轴的轴向上设有连接两者的扭力杆，所述扭矩传感器包括固连在输出轴上的、由非磁敏材料制成的滤磁环，在滤磁环的外侧并列间隙地套接有至少两个感应线圈，在滤磁环上对应于每个感应线圈的位置处设有一组周向设置的通透的窗口，每组窗口之间在滤池环上的周向位置相互错开，所述输入轴的端部间隙地插在滤磁环内，在输入轴的插接端的外周面上设有若干轴向设置的凸体。

Description

汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车电动助力转向装置，尤其涉及汽车电动助力转向装置中的可感知与方向盘连接的转向轴转动的扭矩传感器。

背景技术

为了提高汽车驾驶的舒适性，在现有中高档汽车上与方向盘相连接的转向轴上一般都设有电动助力转向系统。电动助力转向系统是采用控制模块，对两段式转向轴上所设的扭矩传感器和感应汽车速度的传感器所发出的信号进行分析处理，从而进一步对加装在转向轴上的伺服电机进行控制，使伺服电机实现正转或反转，以对转向轴提供合适大小的辅助扭力，提高驾驶安全性和舒适性。要想使伺服电机能及时、准确地提供辅助扭力，其中最重要的一点就是转动轴位置传感器所发出的信号必须真实地反映转动轴的转动方向和转动角度。

中国专利200420110889.0中公开了一种电动助力转向轴总成，在该转向轴上设有一机械接触式扭矩传感装置，其设置在两段式的转向轴的端部联接处，所述转向轴的是由端部联接在一起的输入轴和输出轴构成，输入轴的上端部与方向盘固定连接。该扭矩传感装置的结构包括套接在输入轴上的滑套、设于滑套与输入轴之间的几个钢球、设于滑套外侧并与滑套相联接的扭矩传感器。所述钢球与输入轴端部外周面上所设的螺旋凹槽相配合，并且与设于滑套中的环状凹槽相配合，在输出轴的联接端固连有一圆筒状的套筒，该套筒的端部开有与所述钢球数目相一致的开口，输出轴与输入轴相联接时，钢球位于所述的开口内。当与方向盘直接固连的输入轴在方向盘的带动下发生转动时，由于输出轴与输入轴之间设有扭力杆，输入轴与输出轴之间具有一个相对的转动角度，而输出轴相对不动，这样，输入轴在周向转里时，螺旋凹槽会促使钢球轴向滑动，钢球轴向滑动时会进一步促使滑套进行轴向滑动，进而会使扭矩传感器上的力臂发生转动，使扭矩传感器输出信号，促使助动电机实时而动，为汽车的转向提供助力。

这种扭矩传感器具有一定的缺陷，首先，结构复杂，输入轴上的螺旋凹槽及滑套上的环状凹槽加工精度要求高。具次，由于钢球是在相应的滑轴中进行滑动，当本扭矩感应装置工作时间过久后钢球与凹槽之间会出现磨损的现象，这样输入轴与输出轴之间偏转相同的角度时，扭矩传感器所感应信号的强弱不一致，这会影响到辅助电机提供辅助力的准确性，需要重新设定信号处理模块或更换相应的部件。

发明内容

为克服现有用于汽车上的助力转向感应装置所具有的上述缺陷，本实用新型需要解决的技术问题是：提供一种新型结构的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其具有结构简单、加工方便的优点，且在使用过程中.所输出的感应信号一致好。

为解决所述技术问题，本实用新型的技术方案：一种汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，设置在两段式转向轴之间端部的联接处，所述的两段式转向轴包括输入轴和输出轴，输入轴与输出轴的轴向上设有连接两者的扭力杆，其特征在于，所述扭矩传感器包括固连在输入轴上的、由非磁敏材料制成的滤磁环，在滤磁环的外侧并列间隙地套接有至少两个感应线圈，在滤磁环上对应于每个感应线圈的位置处设有一组周向设置的通透的窗口，每组窗口之间在滤池环上的周向位置相互错开，所述输出轴的端部间隙地插在滤磁环内，在输出轴的插接端的外周面上设有若干轴向设置的凸体。本扭矩传感器装配在汽车上后，输出轴的上端与方向盘固定连接。输入轴的下端与汽车上的转向系统相联接。所述的滤磁环一般由铜、铝等非磁敏材料制成的，而转向轴则由铁等导磁材料制成的。上述的感应线圈上通有直流电，并且感应线圈上设有导线与电动助力转向装置中的信号处理模块电连接。当输出轴在方向盘的带动下与输入轴发生相对转动时.输出轴上所设的凸体也与滤磁环发生相对转动，这样滤磁环上所设通透的窗口就会与凸体之间发生变化，所述不同的感应线圈之间的磁场会产生变化，该磁场的变化可以电流的形式产生一个电信号，该电信号通过导线被传导到信号处理模块上，从而为电动助力转向装置中的伺服电机的转动控制提供准确的信号源，处理模块通过预先设定的方式对所述的电信号进行处理，并使所述伺服电机为转向轴的转动提供实时的辅助动力。

作为优选，所述感应线圈为两个，所述的窗口为两组，且每组中窗口的数目相等，每组窗口周向均布在滤磁环上。感应线圈为两个，加之两组窗口中的数目一致，结构简单，且两个感应线圈之间所产生的电信号足够的强。

作为优选，所述输出轴上所设的凸体的数目与所述每组窗口中窗口的数目相等，且该凸体周向均布在输出轴的外周而上。凸体与窗口的数目相等，便于对控制模块的处理方式进行预先设定，使控制模块上输出的信号准确一致。

作为优选，所述每个窗口宽度相等，两组窗口错开的距离等于窗口的宽度，且所述凸体的宽度等于每个窗口的宽度。对于窗口与凸体的宽度要求，使得凸体在与窗口之间发生相对转动时，凸体能够从完全被遮盖住到完全与窗口重合的转变。

作为优选，所述的输出轴与输入轴的端部之间设行凸头凹孔结构，所述的凸头间隙地插接在所述凹孔中，所述扭力杆分别穿过所述的凸头和凹孔。凸头设置在输入轴或输出轴的端部，其与输入轴或输出轴连为一体.当输出轴在方向盘的作用下发生转动时，刚开始凸头会在所述的凹孔内发生相对转动，当完全转动到位后，输出轴上的扭矩会通过凸头凹孔结构而传输到输入轴上。

作为优选，所述的凸头设于输出轴的端部，所述凹孔设于输入轴的端部。凸头一体成型在输出轴的端部，凹孔成型在输入轴的端，所述的扭力杆分别穿过凹孔和凸头。

作为优选，所述输入轴端部的外周而周向设有环状凹槽、轴向上设有若干条状凹槽，所述滤磁环上设有与这些凹槽相配合的压坑。滤磁环在与输入轴相连接时，通过冲压加工的方式在滤磁环上形成若干压坑，该压坑顶压在所述的凹槽内，从而使滤磁环与输入轴的端部之间保持良好的周向和轴向固定。

因此，本实用新型的有益效果：

1、由于本汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器之间采取的是非接触式结构，其内各相关的可动作部件之间没有磨损，产品的使用寿命长，相比于接触式扭矩传感器具有更小的延时和滞后性，受轴的偏转和轴向偏移的影响更小。

2、由于本扭矩传感器中各相关可动作部件之间没有磨损，因此便于产生较稳定的电信号，所输出的电信号不会随着产品的使用时间的推离而发生改变，便于对信号处理模块进行预先的设定。

3、由于采用感应线圈磁通的变化产生电信号，各零部件便于加工，安装方便、快捷。

4、本扭矩传感器结构简单，制造成本低于现行的扭杆电位计式扭矩传感器。

附图说明

图1是本扭矩传感器的结构示意图；

图2是本扭矩传感器装配在转向轴上时一种工作状态的剖视结构图：

图3是本扭矩传感器装配在转向轴上时另一种工作状态的剖视结构图

具体实施方式

见图1，本汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器设置在转向轴上，转向轴由输出轴1和输入轴6构成。在输出轴1与输入轴6之间设有扭力杆3，该扭力杆3的两端分别固连在输出轴1和输入轴6上，扭力杆3沿转向轴的轴向位置设置。在扭力杆3的一端设有扭力孔11，输出轴1上设有输出轴孔13，该扭力杆3穿入到输出轴1中后，所述的扭力孔11可与输出轴孔13重合，在两者的重合处可以设有一个固定销分别穿过输出轴孔13和扭力孔11，从而使扭力杆3与输出轴1之间实现固连。在输出轴1的端部还设有一个与其连为一体的凸头12，该凸头12插接在输入轴6端部所设的凹孔10中，且凸头12与凹孔10之间为间隙配合。上述的扭力杆3分别穿过凹孔10和凸头12。

在输入轴6的端部带固连有一个圆筒状的滤磁环7，该滤磁环7一般由铜、铝等非磁敏材料制成的。相应地，在输出轴1的端部的外周面上沿其轴向设有若干凸体2，该凸体2与输出轴1连为一体，并且所述凸体2间隙地插接在圆筒状的滤磁环7中。所述滤磁环7的外周间隙地并列套接有上感应线圈4和下感应线圈5，在滤磁环7上对于应于上、下感应线圈的位置处分别设有通透的两组上窗口9和下窗口8。上、下窗口的数目与前述凸体2的数目一致，其沿滤磁环7的周向上均布，并且每个上窗口9在滤磁环7上的周向位置均与每个下窗口8在滤磁环7上的周向位置均相互错开.也即是说，每个上窗口9与每个下窗口8在滤磁环7周向上具有一定的间隔。该间隔在滤磁环7周向上的尺寸优选等于所述凸体2的宽度，这样，在本扭矩传感器工作过程中，滤磁环7可完全遮挡住凸体2。对于上、下窗口的宽度，两者宽度应相等，并且可等于或略大于凸体2的宽度。所述的上窗口9设置在滤磁环7的开口端，其是由在滤磁环7上所设的若干缺口而形成的。

为了实现滤磁环7与输入轴6之间的固定连接，在输入轴6的端部的外周面上设有一环状凹槽和至少一条轴向设置的条状凹槽，滤磁环7套接在输入轴6的端部时，可通过冲压的方式在所述凹槽的位置处形成若干压坑14，这样可实现滤磁环7与输入轴6端部之间实现周向和轴向上的固定。

上述的输出轴1的外端部与方向盘固定连接，而输入轴6的外端部与汽车上的转向系统相联接，所述的上、下感应线圈固定在汽车上。本扭矩传感器在工作时，设于输出轴1端部上的凸体2与设于输入轴6端部上的滤磁环7中的上、下窗口之间具有几个相对的工作位置。见图2，此时所述的凸体2与所述上窗口9完全重合。见图3，输出轴1转动一个角度后，凸体2与下窗口8完全重合。本扭矩传感器从图2的位置处旋转到图3的位置处时，上、下感应线圈中的磁通量会发生改变，相应地，上、下感应线圈之间会产生一个感应电动势，从而上、下感应线圈会以电流的形式向信号处理模块输送一个电信号。当然，在实际的工作过程中，所述凸体2与上、下窗口之间并不限于图2、图3中所示的相对位置，该凸体2可以处于上、下窗口之间的位置处，即凸体2完全不与上、下窗口重合，也可以只与上窗口9或下窗口8部分重合。凸体2与上、下窗口之间的极限相对位置还会与扭力杆3的极限扭力或凸头12与凹孔10之间的间隙有关，一旦扭力杆3的极限扭力和凸头12与凹孔10之间的间隙，以及上、下感应线圈的大小被确定后，可以对所述的信号处理模块进行设定，以确定信号处理模块处理信号的方式和处理参数，便于确定对辅助电机输出合适大小和方向的直流电流。

Claims (7)

1、一种汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，设置在两段式转向轴之间端部的联接处，所述的两段式转向轴包括输入轴和输出轴，输入轴与输出轴的轴向上设有连接两者的扭力杆，其特征在于，所述扭矩传感器包括固连在输入轴(6)上的、由非磁敏材料制成的滤磁环(7)，在滤磁环(7)的外侧并列间隙地套接有至少两个感应线圈，在滤磁环(7)上对应于每个感应线圈的位置处设有一组周向设置的通透的窗口，每组窗口之间在滤池环(7)上的周向位置相互错开，所述输出轴(1)的端部间隙地插在滤磁环(7)内，在输出轴(1)的插接端的外周面上设有若干轴向设置的凸体(2)。

2、根据权利要求1所述的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其特征在于，所述感应线圈为两个，所述的窗口为两组，且每组中窗口的数目相等，每组中窗口周向均布在滤磁环(7)上。

3、根据权利要求2所述的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其特征在于，所述输出轴(1)上所设的凸体(2)的数目与所述每组窗口中窗口的数目相等，且该凸体(2)周向均布在输出轴(1)的外周面上

4、根据权利要求3所述的的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器.其特征在于，所述每个窗口宽度相等，两组窗口错开的距离等于窗口的宽度，且所述凸体(2)的宽度等于每个窗口的宽度。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其特征在于，所述的输出轴(1)与输入轴(6)的端部之间设有凸头凹孔结构，所述的凸头(12)间隙地插接在所述凹孔(10)中，所述扭力杆(3)分别穿过所述的凸头(12)和凹孔(10)。

6、根据权利要求5所述的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其特征在于，所述的凸头(12)设于输出轴(1)的端部，所述凹孔(10)设于输入轴(6)的端部。

7、根据权利要求1或2或3或4所述的汽车电动助力转向装置中的扭矩传感器，其特征在于，所述输入轴(6)的端的外周面周向设有环状凹槽轴向上设有若干条状凹槽，所述滤磁环(7)上设有与这些凹槽相配合的压坑(14)。

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