電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電感式轉(zhuǎn)矩傳惑器的研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.comResearch&Development電感或轉(zhuǎn)矩傳惑器的研究摘要：轉(zhuǎn)矩傳感器是汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其輸出特性直接影響到EPS系統(tǒng)的控制性能．本文介紹了一種電感式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器原理，采用Ansoft對(duì)其磁場(chǎng)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行了標(biāo)定，給出了傳感器的輸出特性曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器各項(xiàng)性能滿足EPS系統(tǒng)的要求．關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；電感式；轉(zhuǎn)矩傳感器中圖分類號(hào)：TP212．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006—883X(

2、2007D2—0011—-o4季學(xué)武劉學(xué)孫凌玉．．一一、引言汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(ElectricPowerSteering，EPS)系統(tǒng)成為國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向行業(yè)研究的熱點(diǎn)。EPS系統(tǒng)主要由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳感器、控制器(ECU)、電機(jī)及減速器等組成。ECU根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)，通過分析、判斷及查表計(jì)算，控制電機(jī)電流，從而產(chǎn)生合適的助力。由此可以看出，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器是汽車EPS系統(tǒng)中的主要組成部件之一。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)矩傳感主要有以下形式：①光電式，LUCAS~有該類型的產(chǎn)”，清華大學(xué)也進(jìn)行了這方面的研究【2】、并做

3、出了樣件，前者結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高，后者對(duì)前者進(jìn)行了改進(jìn)，但是存在溫度漂移和繞線的問題。②電位計(jì)式，BI公司和NSK公司都有該類型的產(chǎn)品【，前者集成了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角測(cè)量，后者采用滑套機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)角差變換為電位計(jì)擺臂擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩測(cè)量。該類型的傳感器都屬于接觸式，存在磨損，降低了其性能【4】。③電感式，KOYO公司和NSK公司都有該類型的產(chǎn)，該類型傳感器具有較高的精度，很好地實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，非常適合EPS系統(tǒng)使用。本文介紹了電感式轉(zhuǎn)矩傳感器原理，對(duì)其磁場(chǎng)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出標(biāo)定。二、傳慰器的原理電感

4、式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖l(a)所示，傳感器存在兩個(gè)磁路：由檢測(cè)環(huán)l、2與檢測(cè)線圈殼體等構(gòu)成的檢測(cè)磁路和由檢測(cè)環(huán)2、3與補(bǔ)償線圈殼體等構(gòu)成的補(bǔ)償磁路。其中線圈殼體和檢測(cè)環(huán)l、2、3由高導(dǎo)磁材料制成。傳感器的信號(hào)變換與傳遞過程如圖1Co)所示，當(dāng)在轉(zhuǎn)矩傳感器扭桿兩端施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生轉(zhuǎn)角差A(yù)O。由材料力學(xué)可知：△：：(1)維普資訊http://www.cqvip.com分析方法會(huì)帶來很大的誤差，本文利用Ansofi軟件對(duì)傳感器進(jìn)行了三維靜磁場(chǎng)分析，得到傳感器1／8模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖，如圖2(a)所示。改變檢測(cè)環(huán)l、2間相對(duì)轉(zhuǎn)角A0

5、，得到電感與AO的關(guān)系曲線如圖2(b)所示。從圖2(b)可以看出，曲線中間部分與檢測(cè)環(huán)l、2端面齒重疊角存在很好的線性關(guān)系，結(jié)合式(1)可知，和M存在很好的線降，這是由于磁通—扭桿材料剪切模量；飽和引起的。為了保護(hù)扭桿，傳感器中設(shè)計(jì)了機(jī)械限位機(jī)一扭桿軸有效直徑；構(gòu)使扭轉(zhuǎn)角保證在±5。的范圍內(nèi)，所以在傳感器正常工作七一扭桿剛度。的情況下，是隨△線性變化的。另一方面，補(bǔ)償線圈電由于扭桿的變形，使得與扭桿輸出端連接的檢測(cè)環(huán)l感基本保持為常數(shù)，不隨△師變化，同時(shí)，檢測(cè)線圈和和與扭桿輸入端連接的檢測(cè)環(huán)2之間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)補(bǔ)償線圈之間的互感在整個(gè)區(qū)間都

6、有<

7、所示。傳感器的信號(hào)調(diào)理電路有由于檢測(cè)環(huán)2、3都與扭桿輸入端連接，施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，檢測(cè)兩個(gè)通道分別輸出主、副轉(zhuǎn)矩信號(hào)，以便ECU根據(jù)這兩個(gè)環(huán)2、3間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即檢測(cè)環(huán)2、3端面正對(duì)面積不信號(hào)對(duì)傳感器進(jìn)行故障診斷。主、副轉(zhuǎn)矩的信號(hào)處理電路發(fā)生變化，所以補(bǔ)償磁路的兩部分磁阻都不隨轉(zhuǎn)矩變化，基本相同，僅差動(dòng)輸入端反相，使得輸出信號(hào)正好反相。即補(bǔ)償線圈的自感不隨轉(zhuǎn)矩變化。傳感器調(diào)幅處理采用RL單臂電橋，其中補(bǔ)償磁路電感由于傳感器所采用的導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率不是很高，不隨轉(zhuǎn)矩變化。調(diào)幅的載波信號(hào)由振蕩器提供，并經(jīng)過電并且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使得漏磁通不能忽視，

8、簡(jiǎn)單的磁路流放大器進(jìn)行功率放大。由此，單臂電橋的輸出曲為：圈慰維普資訊http://www.cqvip.comResearch＆Development