2016年第35卷第3期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
DOI:10.13873/J.1000-9787(2016)03-0099-03
电动助力转向
扭矩传感器设计
吴志敏,万茂松
(南京林业大学汽车与交通工程学院,江苏南京210037
摘要:扭矩传感器作为电动助力转向(PS)的传感元件,对转向的精确性至关重要。介绍了一种FPS
扭矩传感器设计,主要通过蛋尔元件采集磁通量的改变转换为电压,此电压值传送到控制器,控制器根据
此电压值转换为扭矩值并依此计算出助力值,此外,还可以根据采集到的扭矩信号达到诊断功能。
关键词:扭矩传感器;电动助力转向;磁感应强度
中图分类号:TP212
文献标识码:A文章编号:1009787(2016)03-0099-08
Design of torque sensor for EPS
WU Zhi-min, WAN Mao-song
College of Automobile and Traffic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
Abstract As sensing component of electrical power steering(EPS), torque sensor is very important for accuracy
of steering. A design of EPS torque sensor is introduced, which collects flux change and converts it into voltage
through Hall component, then the voltage value is sent to controller, then converted torque value, calculate power
value according to the value converted by the voltage, besides diagnostic function can be achieved by torque
gr
Key words: torque sensor; electrical power steering( EPS); magnetic induction intensity
0引宮
时,电子控制单元不向电动机控制器发出指令,电动机不工
汽车电动助力转向( electrical power steering,EPS)系统作。
已成为汽车转向系统的发展方向,汽车EPS直接由电机提
扭矩传
方向盘输入门位資传感器
手力矩
总力矩
供助力,省去液压助力转向系统所必需的动力转向油泵、软
管、液压油、传送带等装置,既节省能量又保护环境,而且
装配灵活、调整筒单、高效率、路感好以及回正性强,在多种
助力系统门
助力力矩
状况下都能提供助力。EPS主要是依靠扭矩传感器传来的
图1EPS转向控制图
信号来计算出所需要的助力值2,因此,扭矩传感器信号
Fig 1 Steering control diagram of EPS
对电机输出扭矩值起决定性作用,如何准确地将方向盘扭
2EPS扭矩传感器结构与原理
矩信号传送到控制器中变得尤为重要
方向盘扭矩传感器主要作用是向EPS助力算法提供
本文提出了一种BPS扭矩传感器设计,能有效地反映代表输人轴扭矩的信号。该扭矩传感器主要由上转子、下
方向盘力矩的大小。
转子、扭杆、传感器支架和定位垫圈组成,如图2。
EPS结构与原理
提供电源
EPS主要由转向传感器、车速传感器、机械转向助力
上轴门「扭杆下轴传感器支架」』控制器
助力电机以及控制器组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向
时,转矩传感器检测到转向盘的转向和转矩的大小,将电压
限位
信号输送到电子控制单元,电子控制单元根据转矩传感器
上转子
下转子{线
检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机
磁通来源
磁通量
传感器信學
控制器发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助
图2扭矩传感器结构图
力转矩,从而产生辅助动力,如图1所示。汽车不转向
Fig 2 Structure diagram of torque sensor
收稿日期:2015-05-29
*基金项目:江苏省普通高校学术学位研究生科研创新计划资助项目(KYIX-0886)
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传感器与微系统
第35卷
2.1上下转子与传感器支架
上转子由永磁铁组成,固定在上轴上,主要是提供磁
场。下转子由磁环和注塑在一起的上下两片导磁钢组成,
固定在下轴上,每个导磁钢各有6个导磁头,主要功能通过
上导磁钢的导磁头把相同磁极的磁力线导到同一片导磁钢
(a)上转子
(b)下转子
上(有6对磁极等角度分布在360°内,作用等同于1对导
图6左打方向盘时磁极分布图
磁头对应1对磁极的状况),如图3所示。
Fig 6 Pole distribution map while turning
steeling wheel to the left
上转子
电压八N
4
下转子
T2
1015-=T1+T2
图3上下转子结构图
Fig 3 Structure diagram of upper rotor and lower rotor
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上转子压人下转子中,每对磁极的中间位置对应一个
扭杆弯曲角度/°)
导磁钢探头,当没有手力矩时,上下导磁钢之间磁感应强度
图7T1,12信号
为零,如图4所示,扭矩传感器1,12未检测到磁感应强度
Fig 7 Signal of TI and T2
的变化,故霍尔元件没有电压输出。
EPS扭矩传感器主要检测加在方向盘的力矩,然后传
递给控制系统以计算所需的助力。扭矩传感器是一种非接
N极
上导磁钢
触式角位移传感器,它将输出通过扭杆装置连接在一起的
TI
上下轴之间的相对变化角,打方向盘时,手力矩驱动上下轴
下号磁{钢
之间有相对转角,位置量为扭杆刚度。上下轴的相对位移
对应的就是上下转子的相对位移,当没有相对位移时,下转
(a)上转子
(b)下转子
子的上下导磁钢的探头都是处在S,N磁极中间位置,即磁
图4无手力矩时磁极分布图
感应强度零位;当有相对位移时,会引起上导磁钢探头接近
Fig 4 Pole distribution map without handwheel torque
S极,下导磁钢接近N极。磁力线N极沿着上导磁钢探头
当向右转动方向盘时,经过上导磁钢的N极磁力线会
进入上导磁钢,再从上导磁钢进入下导磁钢,然后从下导磁
增多,经过下导磁钢的S极磁力线会增多,如图5所示,T1,
钢回到S极,形成这样一个封闭回路。处于上下导磁钢之
12会感知到磁感应强度的变化。
间的霍尔元件此时监测到磁感强度的变化。
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