轉(zhuǎn)向扭矩傳感器淺析
作者：小編時間：2024-07-01 16:41:04 次瀏覽
信息摘要：
本文將對應(yīng)用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器的分類、工作原理、性能指標(biāo)及系統(tǒng)匹配展開闡述。1、扭矩傳感器概述傳感器是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信
本文將對應(yīng)用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器的分類、工作原理、性能指標(biāo)及系統(tǒng)匹配展開闡述。
傳感器是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，狹義來講， 傳感器就是把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號的變換器。 應(yīng)用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器就是通過特定的敏感元件，將轉(zhuǎn)矩物理量轉(zhuǎn) 換成電信號，并集成有信號處理電路的變換器，如圖 2 所示。扭矩傳感器與扭桿組裝在一起構(gòu)成扭矩傳感器總成，方向盤轉(zhuǎn)動時，扭桿與扭矩傳 感器的上半部分和下半部分存在一個相對偏轉(zhuǎn)角，扭矩傳感器就是通過檢測這個相對轉(zhuǎn)角來測量方向盤力矩的。如圖 3 所示。 按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類可分為接觸式傳感器和非接觸式傳感器，如表 1 所示。 接觸式傳感器由于傳感元件之間一直存在滑動摩擦，因此在使用過程中容易受到磨 損老化，出現(xiàn)測量信號不準(zhǔn)確甚至報錯的情況。這種類型的傳感器已經(jīng)逐漸被淘汰，非接觸式傳感器成為市場主流。 本文主要介紹應(yīng)用較為廣泛的非接觸式 扭矩傳感器：霍爾式扭矩傳感器。 該扭矩傳感器通過霍爾效應(yīng)在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差。主要由定子分總成、轉(zhuǎn)子分 總成、上端蓋、下端蓋、集磁極、Hall IC 組成。轉(zhuǎn)子由多級磁鐵組成，固定在輸入軸上， 主要是提供磁場。定子上裝有磁軛（導(dǎo)磁率比較高的金屬材料），固定在下端蓋上，下端蓋與殼體固定。當(dāng)方向盤向左轉(zhuǎn)動時，傳感器扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子發(fā)生轉(zhuǎn)動，使得上下磁軛與多級磁鐵發(fā)生錯動， 磁通量從 N 極至 S 極，Hall IC 接收到磁通。如果轉(zhuǎn)子與定子反方向相對位移，Hall IC 也接收反向的磁通。磁通的變化經(jīng)過霍爾 IC 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓變化，從而測量出相應(yīng)的扭矩大小和方向。如圖 4 所示。當(dāng)方向盤在中間位置時，磁通量為零。當(dāng)方向盤左轉(zhuǎn)（+4.5°），磁通量高斯值為 550（示例）。當(dāng)方向盤右轉(zhuǎn)（-4.5°），磁通量反向， 高斯值為 -550（示例），如圖 5 所示。 傳感器輸出量（電壓）與輸入量（扭矩）之間的實際關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。一般要求：≤ ±2%。在測試行程內(nèi)所有測試位置來回電壓的差值。一般要求：≤ 1%。 安裝完成的 EPS 產(chǎn)品，360°旋轉(zhuǎn)輸出軸，傳感器信號的電壓變化。一般要求：0.08V （max）。 判斷轉(zhuǎn)向管柱是否受到轉(zhuǎn)向力的作用。中位電壓：2.50V。 a、機械限位角度。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大時，限位機構(gòu)無法再相對轉(zhuǎn)動。此時限位機構(gòu)所產(chǎn)生的角度稱為機械限位角度。 b、傳感器有效角度。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大時，是指傳遞給ECU的信號中，產(chǎn)生有效助力的那部分信號，稱為有效機械角度。 c、傳感器的角度匹配在設(shè)計總成和生產(chǎn)裝配時，必須保證：機械限位角度＞傳感器有效角度。 傳感器的輸出電壓最終是被 ECU 控制器進行采集的，而 ECU 通過計算傳感器的電壓 信號，得知駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤扭矩的大小。那么就必須定義傳感器電壓和扭矩之間的關(guān)系。如果傳感器圖紙中給定的是電壓和角度的關(guān)系，那么就必須確定扭桿的剛度來最終 確定輸出信號。 已 知：U=3.5V；T=7.8Nm；K1= （1/3.5）V/°； 所以：K2=7.8/3.5;K2=2.23Nm/° K1：傳感器電壓與角度的關(guān)系，單位為 V/°，和傳感器的類型有關(guān)。 K2：扭桿的剛度，單位為 Nm/°，由扭桿的粗細和長短來確定。 本文主要針對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用扭矩傳感器的工作原理、性能指標(biāo)和系統(tǒng)匹配等 方面進行了分析，對后續(xù)扭矩傳感器的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。
