扭矩传感器在EPS上的实际应用案例分析
- 2019年12月13日 10:05来源： 人气：499
扭矩传感器是一种高精度传感器，其能够测量非常小的不确定性。但是，为了能够获得高精度的测量结果，减少影响传感器的寄生负载是非常重要的。其经常是由传动系的安装或组合不正确造成的。安装在测量法兰上的轴端的径向偏移将会产生径向力和弯矩，同样，径向角偏移将会对传感器产生轴向力和弯矩。
联轴器作为补偿部件包含两个元素，其具有万向轴功能。其可以补偿角度，径向和平行误差。补偿部件的紧凑形式是全耦合，两个具有万向轴功能的元件(半耦合)紧邻安装。由于彼此之间间隙非常小，因此补偿的偏差也非常小，更大的补偿需要更大的间隙。
考虑到需要在传动系上安装"扭矩传感器+补偿部件"这种组合形式，因此产生了多种联轴器和安装部件变种。
在实际的应用中，所有的偏移和寄生负载会同时发生。传动系的精确地对中只能解决部分问题，因为固有的偏移公差无法*消除。因此，需要安装扭转硬度高的弹性补偿部件，尤其是在高转速情况下，几乎能*补偿残留的偏差。采用补偿部件能提高传感器的精度，并且能保护传动系轴承，具有更高的耐磨性。
扭矩传感器在EPS上的应用具体分析如下：
EPS系统是未来动力转向系统的一个发展趋势，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，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系统中重要的器件之一。
EPS中扭杆式扭矩传感器的结构和原理
扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，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，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于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，滑块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。当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。
EPS扭杆式扭矩传感器的设计
扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销(直径D)与转向输出轴连接，扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径d0=(1.15~1.25)d,长度L=(0.5~0.7)d，为了避免过大的应力集中，采用过度圆角时，半径R=(3~5)d，扭杆的有效长度为l，d为扭杆有效长度的直径。
扭杆的扭转刚度k是扭杆的一个重要的物理量，可以参照下面的公式计算。当其受到扭矩T的时候，其扭转的切应力τ和变形角υ分别为：其扭转刚度为：其中d-扭杆直径，有效长度，Ip惯性矩，Zi抗扭截面系数如图3为某扭矩传感器扭杆的试验曲线，曲线的斜率即为扭转刚度k。
EPS扭矩传感器的发展趋势
随着EPS系统的不断完善和发展，对扭矩传感器的精度、可靠性和响应速度提出了跟高的要求。EPS扭矩传感器正呈现以下的发展趋势：
1、由静态测试向动态在线检测方向发站；
2、测试系统向微型化!数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展；
3、从单功能向多功能发展,包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆；
4、向着小型化、集成化方向发展。传感器的检测部分可以通过结构的合理设计和优化来实现小型化，IC部分可以整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个单独的IC部件上，减少外部部件的数量。
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