本文将对应用于电动助力转向系统的扭矩传感器的分类、工作原理、性能指标及系统匹配展开阐述。
传感器是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，狭义来讲， 传感器就是把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理化学量转换成电信号的变换器。 应用于电动助力转向系统的扭矩传感器就是通过特定的敏感元件，将转矩物理量转 换成电信号，并集成有信号处理电路的变换器，如图 2 所示。扭矩传感器与扭杆组装在一起构成扭矩传感器总成，方向盘转动时，扭杆与扭矩传 感器的上半部分和下半部分存在一个相对偏转角，扭矩传感器就是通过检测这个相对转角来测量方向盘力矩的。如图 3 所示。 按照内部结构分类可分为接触式传感器和非接触式传感器，如表 1 所示。 接触式传感器由于传感元件之间一直存在滑动摩擦，因此在使用过程中容易受到磨 损老化，出现测量信号不准确甚至报错的情况。这种类型的传感器已经逐渐被淘汰，非接触式传感器成为市场主流。 本文主要介绍应用较为广泛的非接触式 扭矩传感器：霍尔式扭矩传感器。 该扭矩传感器通过霍尔效应在导体的两端产生电势差。主要由定子分总成、转子分 总成、上端盖、下端盖、集磁极、Hall IC 组成。转子由多级磁铁组成，固定在输入轴上， 主要是提供磁场。定子上装有磁轭（导磁率比较高的金属材料），固定在下端盖上，下端盖与壳体固定。当方向盘向左转动时，传感器扭杆发生扭转变形，导致转子和定子发生转动，使得上下磁轭与多级磁铁发生错动， 磁通量从 N 极至 S 极，Hall IC 接收到磁通。如果转子与定子反方向相对位移，Hall IC 也接收反向的磁通。磁通的变化经过霍尔 IC 转换为相应的电压变化，从而测量出相应的扭矩大小和方向。如图 4 所示。当方向盘在中间位置时，磁通量为零。当方向盘左转（+4.5°），磁通量高斯值为 550（示例）。当方向盘右转（-4.5°），磁通量反向， 高斯值为 -550（示例），如图 5 所示。 传感器输出量（电压）与输入量（扭矩）之间的实际关系曲线偏离理想直线的程度。一般要求：≤ ±2%。在测试行程内所有测试位置来回电压的差值。一般要求：≤ 1%。 安装完成的 EPS 产品，360°旋转输出轴，传感器信号的电压变化。一般要求：0.08V （max）。 判断转向管柱是否受到转向力的作用。中位电压：2.50V。 a、机械限位角度。当转向力增大时，限位机构无法再相对转动。此时限位机构所产生的角度称为机械限位角度。 b、传感器有效角度。当转向力增大时，是指传递给ECU的信号中，产生有效助力的那部分信号，称为有效机械角度。 c、传感器的角度匹配在设计总成和生产装配时，必须保证：机械限位角度＞传感器有效角度。 传感器的输出电压最终是被 ECU 控制器进行采集的，而 ECU 通过计算传感器的电压 信号，得知驾驶员转动方向盘扭矩的大小。那么就必须定义传感器电压和扭矩之间的关系。如果传感器图纸中给定的是电压和角度的关系，那么就必须确定扭杆的刚度来最终 确定输出信号。 已 知：U=3.5V；T=7.8Nm；K1= （1/3.5）V/°； 所以：K2=7.8/3.5;K2=2.23Nm/° K1：传感器电压与角度的关系，单位为 V/°，和传感器的类型有关。 K2：扭杆的刚度，单位为 Nm/°，由扭杆的粗细和长短来确定。 本文主要针对电动助力转向系统用扭矩传感器的工作原理、性能指标和系统匹配等 方面进行了分析，对后续扭矩传感器的开发具有指导意义。扭矩传感器http://www.krckcn.com/
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