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1、個人收集整理僅供參考學習EPS扭矩傳感器地研究和發(fā)展07-12-1402:53???資訊來源：老古開發(fā)網本文介紹了應用于電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）中扭矩傳感器地種類,包括電位計式扭矩傳感器、金屬電阻應變片地扭矩傳感器、非接觸式扭矩傳感器以及其它類型地新型扭矩傳感器,并且詳細論述了各種扭矩傳感器地結構、測量原理和設計方法,并對未來EPS扭矩傳感器地發(fā)展方向提出一些看法.上一頁?1?2?3?4?5?6?7?8?9?下一頁圖1EPS結構圖1綜述電動助力轉向系統(tǒng)EPS(electricpowersteering)是一種直接依靠電機提供輔助扭矩地動力轉向系統(tǒng),與傳統(tǒng)
2、地液壓助力轉向系統(tǒng)HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點：僅在需要轉向時才啟動電機產生助力,能減少發(fā)動機燃油消耗;能在各種行駛工況下提供最佳助力,減小由路面不平所引起電動機地輸出轉矩通過傳動裝置地作用而助力向系地擾動,改善汽車地轉向特性,提高汽車地主動安全性;沒有液壓回路,調整和檢測更容易,裝配自動化程度更高,且可通過設置不同地程序,快速與不同車型匹配,縮短生產和開發(fā)周期;不存在漏油問題,減小對環(huán)境地污染.EPS系統(tǒng)是未來動力轉向系統(tǒng)地一個發(fā)展趨勢.10/10個人收集整理僅供參考學習如圖1所示,EPS主要由扭矩傳
3、感器、車速傳感器、電動機、減速機構和電子控制單元(ECU)等組成.通過傳感器探測司機在轉向操作時方向盤產生地扭矩或轉角地大小和方向,并將所需信息轉化成數(shù)字信號輸入控制單元,再由控制單元對這些信號進行運算后得到一個與行駛工況相適應地力矩,最后發(fā)出指令驅動電動機工作,電動機地輸出轉矩通過傳動裝置地作用而助力.因此扭矩傳感器是EPS系統(tǒng)中最重要地器件之一.扭矩傳感器地種類有很多,主要有電位計式扭矩傳感器、金屬電阻應變片地扭矩傳感器、非接觸式扭矩傳感器等,隨技術地進步將會有精度更高、成本更低地傳感器出現(xiàn).2電位計式扭矩傳感器電位計式扭矩傳感器主要可以分為旋臂式、雙
4、級行星齒輪式、扭桿式.其中扭桿式測量結構簡單、可靠性能相對比較高,在早期應用比較多.2.1EPS中扭桿式扭矩傳感器地結構、原理扭桿式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉角-位移變換器、電位計組成.扭桿彈簧主要作用是檢測司機作用在方向盤上地扭矩,并將其轉化成相應地轉角值.轉角-位移變換器是一對螺旋機構,將扭桿彈簧兩端地相對轉角轉化為滑動套地軸向位移,由剛球、螺旋槽和滑塊組成.滑塊相對于輸入軸可以在螺旋方向上移動,同時滑塊通過一個銷安裝到輸出軸上,可以相對于輸出軸在垂直方向上移動.因此,當輸入軸相對于輸出軸轉動時,滑塊按照輸入軸地旋轉方向和相對于輸出軸地旋轉量,垂直移
5、動.當轉動方向盤地時候,鈕矩被傳遞到扭力桿,輸入軸相對于輸出軸方向出現(xiàn)偏差.該偏差是滑塊出現(xiàn)移動,這些軸方向地移動轉化為電位計地杠桿旋轉角度,滑動觸點在電阻線上地移動使電位計地電阻值隨之變化,電阻地變化通過電位計轉化為電壓.這樣扭矩信號就轉化為了電壓信號.b5E2RGbCAP2.２扭桿式扭矩傳感器地設計扭桿是整個扭桿扭矩傳感器地重要部件,因而扭桿式扭矩傳感器地設計關鍵是扭桿地設計.扭桿通過細齒形漸開線花鍵和方向盤軸連接,另外地一端通過徑向銷（直徑D）與轉向輸出軸連接,基本結構如圖2所示.p1EanqFDPw上一頁?1?2?3?4?5?6?7?8?9?下一頁
6、10/10個人收集整理僅供參考學習圖2圓柱截面扭桿結構圖扭桿細齒形漸開線花鍵端部結構外直徑d0=(1.15~1.25)d,長度L=（0.5~0.7）d,為了避免過大地應力集中,采用過度圓角時,半徑R=（3~5）d,扭桿地有效長度為l,d為扭桿有效長度地直徑.扭桿地扭轉剛度k是扭桿地一個重要地物理量,可以參照下面地公式計算.當其受到扭矩Ｔ地時候,其扭轉地切應力τ和變形角φ分別為：上一頁?1?2?3?4?5?6?7?8?9?下一頁10/10個人收集整理僅供參考學習圖3如圖3為某扭矩傳感器扭桿地試驗曲線,曲線地斜率即為扭轉剛度k.扭桿式扭矩傳感器在早期地EPS中
7、應用比較多,但由于是接觸式地,工作時產生地摩擦使其易磨損,影響其精度,將會被逐步淘汰.３金屬電阻應變片地扭矩傳感器傳感器扭矩測量采用應變電測技術.在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋,當彈性軸受扭矩產生微小變形后引起電橋電阻值變化,應變電橋電阻地變化轉變?yōu)殡娦盘柕刈兓瘡亩鴮崿F(xiàn)扭矩測量.傳感器就完成如下地信息轉換：DXDiTa9E3d上一頁?1?2?3?4?5?6?7?8?9?下一頁10/10個人收集整理僅供參考學習為了使一起具有高精度,必須使靈敏度系數(shù)為常數(shù).在金屬電阻應變片地扭矩傳感器中,需要解決地技術關鍵是：(1)、彈性軸地工作區(qū)域不應該大于彈性區(qū)域地1/
8、3,且取初始段.為了將遲滯誤差減低到最底,按照超載能力指數(shù)選取最大
