非接触式扭矩传感器在EPS中的应用_包寿红

专利名称：非接触式动态扭矩传感器专利类型：实用新型专利
发明人：庄庆森,艾新国,莫婵娟,武伟成申请号：CN201921285062.6
申请日：20190809
公开号：CN210037036U
公开日：
20200207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种非接触式动态扭矩传感器，包括定子机座、转子以及高速轴承；定子机座和转子之间通过非接触的方式传递信号和能量；转子包括弹性轴、敏感元件、信号处理电路单元以及转子线圈；敏感元件用于检测弹性轴上产生的机械形变并输出对应的信号；信号处理单元用于对敏感元件输出的信号进行处理以驱动转子线圈；定子机座包括主电路单元、定子线圈、壳体以及电路接口，定子线圈以与转子线圈同轴的方式与转子线圈耦合固定；主电路单元固定于定子机座的电子仓内，电路接口用于连接导线；主电路单元用于对定子线圈进行供电，以及将检测的定子线圈的电流进行转换并输出。

本实用新型提供具有更高的使用寿命和工作可靠性，适用范围更广。

申请人：上海天沐自动化仪表有限公司
地址：201612 上海市松江区漕河泾高科技园莘砖公路518号11幢16楼
国籍：CN
代理机构：上海弼兴律师事务所
代理人：胡美强
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专利名称：一种非接触式转向扭矩传感器专利类型：发明专利
发明人：朱卫民,焦玉,张宇
申请号：CN201711077086.8
申请日：20171106
公开号：CN107655609A
公开日：
20180202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种非接触式转向扭矩传感器，包括外壳组件、导磁组件、磁环组件和PCB 组件。

本发明的有益效果是：通过将传感器组件和磁环组件分别固定在两端转向轴上，当有扭矩施加在其中一端的转向轴上时，导磁组件与磁环组件发生相对转动，此时导磁组件检测到的磁场发生变化，PCB组件上的磁感应芯片就可以感应到磁场及其变化，扭矩传感器导磁组件与磁环组件不接触，能避免传感器本身内摩擦对扭矩信号的影响，有效的提高了信号传输的质量，而且由于扭矩传感器各部件相互接触部位少，工作摩擦噪音低，减少机械磨损，延长工作寿命长。

传感器具有结构灵敏度高，使用可靠，装配制造成本低，可应用在各种型号的转向系统中。

申请人：浙江仕善汽车科技股份有限公司
地址：314100 浙江省嘉兴市嘉善县罗星街道世纪大道3088号5号楼5104号
国籍：CN
代理机构：北京中政联科专利代理事务所(普通合伙)
代理人：姚海波
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EPS系统在工作过程中,需要接受哪些传感器信号简答题（一）EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成，扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一，是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。

HPS由液压和机械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械转向器，从而实现转向的。

EPS与HPS 相比,EPS具有很多优点。

第一，减少发动机燃油消耗。

因为EPS系统仅在需要转向时才启动电机产生助力，而HPS在汽车发动之后，无论是否转向，都要工作，所以在一定程度上浪费了发动机动力资源。

第二，能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性。

此外，EPS不存在漏油问题,减小对环境的污染。

因此相对来说买车如果有EPS的要比HPS的好。

大众开迪和途安这款多功能车就是EPS系统的，转向手感特好。

（二）一、电阻式转向传感器它由电位计、集成电路IC部分、电流信号输出部分组成。

电位计实际上是一个滑动可变电阻器，其滑动触电固定在输出轴上，电阻线(滑动部分)固定在输入轴上。

当操作方向盘时，滑动触电在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化。

这种电阻值的变化经IC处理*终以电流变化的形式从滑环与电刷输出结构将方向盘转向信导送至ECU中。

ECU从该电流信导可以判断出方向盍回转方向.即在设置值以上为向右旋转，在设置值以下为向左旋转.并且以此来决定电机的回转方向。

电阻式转向传感器在早期的EPS中应用较多。

这种传感器体积大，价格低，由于是接触式结构，工作时产生的摩擦使其易于磨损。

二、非接触式电感扭矩传感器非接触式电感扭矩传感器由安装在输出轴上的探测环以及探测线圈、补偿线圈组成。

两种线圈构成桥式电路。

当扭杆受方向盘的转动力矩作用而扭转时，因线匿是固定不动的，使得探测线圈与探测环之间的位置发生变化而导致线圈磁阻改变，因此该磁阻的变化就反映了扭矩的变化。

EPS扭矩传感器的研究和发展徐志军黄妙华武汉理工大学汽车工程学院摘要：本文介绍了应用于电动助力转向系统（EPS）中扭矩传感器的种类，包括电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器以及其它类型的新型扭矩传感器，并且详细论述了各种扭矩传感器的结构、测量原理和设计方法，并对未来EPS扭矩传感器的发展方向提出一些看法。

关键字：扭矩传感器、非接触式、电动助力转向（EPS）1综述电动助力转向系统EPS(electric power steering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(hydraulic power steering)相比,EPS系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。

EPS系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。

图1 EPS结构图如图1所示，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。

通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。

因此扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一。

扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。

2电位计式扭矩传感器电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。

磁阻式传感器在EPS中的应用毕玲峰;高明【摘要】为解决接触式转角和扭矩传感器在使用寿命及测量精度方面的问题,研制出一种非接触式的传感器,在测量角度的同时,还能测出系统被施加的扭矩.本文介绍了一种基于磁阻式的,集成了转角和方向以及扭矩测量的传感器系统,并对该系统的结构进行相关设计,以实现同时测量转角和扭矩的功能.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】4页(P32-35)【关键词】非接触式;磁阻;扭矩;转角【作者】毕玲峰;高明【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U463.4EPS的英文全称是Electronic Power Steering，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。

其基本工作原理是：不转向时，电动机不工作；当转向时，扭矩传感器将检测到的动力作用于转向盘上的扭矩信号传送给ECU，ECU同时接收车速传感器传来的车速信号，ECU对输入信号进行处理后，向电动机发出指令，电动机据此输出与之相应大小及方向的扭矩以产生助力，从而实现助力转向的实时控制。

传统的电动助力转向器的扭矩传感器大都采用接触式方式，并且只能检测转向的扭矩，并不能检测转向角度，并且因为其接触式测量方式，传感器的寿命和磨损后的测量精度都会下降，从而影响整个转向系统的性能［1］。

我们设计的新型的非接触式传感器，利用磁阻效应的原理，实现了非接触测量，并且能够同时测量扭矩和角度及其方向。

因为非接触测量，传感器的寿命也大大延长，并且其测量精度也不会因为接触测量的磨损而有所降低［2］。

1 磁阻式传感器的原理利用基于磁阻芯片KMT36H的非接触式测量系统结构框图如图1所示。

由被测部件、磁阻传感器、信号预处理系统、单片机系统、上位机显示系统组成［3］。

其中磁阻传感器包括角度传感器和扭矩传感器，它们的核心芯片为KMT36H。

磁阻式传感器在EPS中的应用作者：毕玲峰高明来源：《汽车科技》2012年第03期摘要:为解决接触式转角和扭矩传感器在使用寿命及测量精度方面的问题,研制出一种非接触式的传感器,在能测量角度的同时,测出系统被施加的扭矩。

本文介绍了一种基于磁阻式的,集成了转角和方向以及扭矩测量的传感器系统,并对该系统的结构进行相关设计,以实现同时测量转角和扭矩的功能。

关键词:非接触式; 磁阻; 扭矩; 转角中图分类号:U462 文章标识码:A 文章编号:1005-2550(2012)02-0000-00引言EPS的英文全称是Electronic Power Steering,它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。

其基本工作原理是:不转向时,电动机不工作;当转向时,扭矩传感器将检测到的作用于转向盘上的扭矩信号传送给ECU,ECU同时接收车速传感器传来的车速信号,ECU对输入信号进行处理后,向电动机发出指令,电动机据此输出与之相应大小及方向的扭矩以产生助力,从而实现助力转向的实时控制。

传统的电动助力转向器的扭矩传感器大都采用接触式方式,并且只能检测转向的扭矩,并不能检测转向角度,并且因为其接触式测量方式,传感器的寿命和磨损后的测量精度都会下降,从而影响整个转向系统的性能[1]。

我们设计的新型的非接触式传感器,利用磁阻效应的原理,实现了非接触测量,并且能够同时测量扭矩和角度及其方向。

因为非接触测量,传感器的寿命也大大延长,并且其测量精度也不会因为接触测量的磨损而有所降低[2]。

1磁阻式传感器的原理利用基于磁阻芯片KMT36H的非接触式测量系统结构框图如图1所示。

由被测部件,磁阻传感器,信号预处理系统,单片机系统、上位机显示系统组成[3]。

其中磁阻传感器包括角度传感器和扭矩传感器,它们的核心芯片为KMT36H。

1.1磁阻传感器的角度测量原理半导体材料根据外部磁场方向和大小的变化而相应改变阻抗的特性称为磁阻效应。

当半导体材料的外部磁场达到其饱和磁场强度,其阻抗的改变只和磁场的方向有关。

汽车EPS性能检测与评定方法
包寿红;刘运来
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2011(000)004
【摘要】汽车EPS性能一般采用测试设备检测和实车测试评估2种方法,本文将2种方法结合起来对EPS主要性能进行综合评定,能够比较客观地反映EPS性能状态,完善EPS性能测试方法.
【总页数】5页(P52-56)
【作者】包寿红;刘运来
【作者单位】浙江福林国润汽车零部件有限公司,浙江,台州,318050;山东中泰华研电子科技有限公司,山东,德州,253016
【正文语种】中文
【中图分类】U467.529
【相关文献】
1.一种修正的路面抗滑性能指数评定方法在路面检测中的应用 [J], 赵珺鹏
2.汽车电器性能测试仪对汽车电器的检测及调整方法 [J], 施久锋
3.汽车EPS性能试验与评价方法研究 [J], 杨其华
4.基于抽样检测方法评定大口径电子式水表计量性能 [J], 张伟;黄晓俊;胡玲;李俊;刘壮丽
5.汽车技术等级评定的检测方法——中华人民共和国交通行业标准JT/T199-1995 [J],
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汽车ESP和EPS系统的转角转矩组合式传感器
石延平;范书华;臧勇
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2012(000)010
【摘要】对一种可用于汽车ESP和EPS系统的转角与转矩组合式非接触传感器进行了研究.介绍了该传感器的结构和原理,推导了传感器的输出方程和灵敏度表达式.通过试验分析了传感器激磁磁场强度对转矩测量精度的影响,并得出了最佳激磁磁场强度.在0 ～450 N·m范围对传感器进行扭矩加载,得到了较高的测量灵敏度、线性度、重复度以及较低的迟滞静态误差;在500～3500 r/min范围内,转速最大相对误差为0.80％.试验数据显示:该传感器的精度能够达到1.0％,用于测量汽车方向盘的转矩和转角是可行的.
【总页数】4页(P4-6,52)
【作者】石延平;范书华;臧勇
【作者单位】淮海工学院机械系,江苏连云港222005;淮海工学院机械系,江苏连云港222005;淮海工学院机械系,江苏连云港222005
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.组合模型EPS转矩转角传感器可靠性预测 [J], 马峻
2.汽车EPS磁阻式转矩传感器的研制 [J], 胡延平;朱启林;庞磊;石广林;王全胜
3.车用转矩转角传感器无侧隙齿轮系统设计 [J], 马峻;刘本林
4.基于逆维捷曼效应的用于汽车EPS系统的转矩传感器 [J], 石延平;臧勇;范书华
5.汽车转矩转角一体化传感器研究 [J], 凌鹏;李伟;刘新
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转矩传感器磨损造成汽车跑偏的原因分析包寿红;罗嗣周【摘要】针对市场某车型基本存在转向左跑偏的现状,根据转矩传感器的原理,对转矩传感器的主要部件尺寸进行测量分析,找出跑偏的因为,并模拟试验进行验证.【期刊名称】《汽车电器》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】4页(P35-38)【关键词】扭杆式转矩传感器;跑偏现状;原因分析【作者】包寿红;罗嗣周【作者单位】浙江福林国润汽车部件有限公司,浙江,台州,318050;浙江福林国润汽车部件有限公司,浙江,台州,318050【正文语种】中文【中图分类】U463.449转矩传感器的功能是检测转向盘的操纵方向和操纵力矩的大小，该传感器的信号是EPS的一个重要输入控制信号。

它分接触式和非接触式2种，因为非接触式转矩传感器测量系统比较复杂且成本高，所以一般采用接触式转矩传感器，要求精确可靠、抗干扰能力强。

扭杆式转矩传感器是接触式传感器的一种，必须通过电位计杠杆上的小轴承与滑套电位计导槽上边缘部分紧密接触，跟踪滑套行程的变化，才能检测转向的实时状态，因此存在磨损的情况，加上钢球、螺旋槽及相关部分的磨损，当磨损累积到一定的时候，就出现较明显的跑偏现象。

市场中某款车根据退回或服务站反映，90%均为左跑偏现象。

1 转矩传感器检测的基本原理扭杆式转矩传感器的结构如图1所示，主要由扭力杆、转角-位移变换器以及电位计组成。

其中电位计的型号为DFL-01，阻值为1.1 kΩ±20%，独立线性为1%。

扭力杆的主要作用是检测驾驶员作用在转向盘上的转矩，并将其转化成相应的转角值。

转角-位移变换器是一对螺旋机构，由钢球、螺旋槽（在输出轴上，用于放置钢球等）和滑套组成，主要作用是将扭力杆两端的相对转角变化转化为滑套的轴向位移。

图1 扭杆式转矩传感器结构图滑套相对于输入轴可以在螺旋方向移动，同时滑套通过钢球安装到输出轴上，可以相对输出轴在垂直方向上移动。

因此当输入轴相对于输出轴转动时，滑套按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量垂直移动。