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电动助力转向系统用扭矩传感器分类
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电动助力转向系统用扭矩传感器分类

2020-05-21 11:58:12 来源: 佚名 点击:1240

【大比特导读】电动助力转向系统中,通过扭矩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。

扭矩传感器是汽车电动助力转向系统(EPS)的重要组成部分,其性能的优劣直接影响到EPS系统性能的优劣。本文介绍了目前具有代表性的几种扭矩传感器,同时预测了电动助力转向系统用扭矩传感器的发展趋势。

随着人们对环保问题的日益重视以及汽车电子的迅猛发展,电动助力转向系统(Electric Power Steering,EPS)这个集环保、节能、安全、舒适为一体的产品正越来越受到汽车厂商的重视。EPS与技术成熟的HPS相比,市场份额已初具规模。目前全球汽车工业发展势头良好,尤其是在中国市场。汽车电子能够极大提升汽车性能,多数汽车部件已经实现了电子化。转向系统作为汽车的重要组成部件,电子化也必将成为今后的必然趋势。目前,在全世界汽车行业中,EPS系统每年正以9%-10%的增长速度发展。国家发展改革委新修订的《产业结构调整指导目录(2011年本)》于2011年6月1日起开始实施。与上一版(2005年本)相比,新目录在汽车产业相关部分做了较大调整。其中,汽车业的政策优待程度“鼓励类”中新增加了电动转向系统,这表明未来EPS将得到国家相关政策的大力扶持。

传感器

电动助力转向系统中,通过扭矩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

电动助力转向系统用扭矩传感器原理

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。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。

电动助力转向系统用扭矩传感器分类

1、按传感器的敏感元件来分类,扭矩传感器主要有接触式和非接触式两大类。其中接触式扭矩传感器应用较广泛的主要有两种,一种是新跃仪表厂生产的悬臂梁式传感器,一种是美国BI公司生产的双圆盘式传感器。非接触式传感器主要有基于MMT公司技术的霍尔式传感器,代表性的公司有BOSCH公司、LG公司、BI公司、Valeo公司,另外还有Hella公司设计的电感耦合式传感器,Methode electronics公司设计的电容式传感器,Lucas公司设计的光电式传感器。

接触式传感器容易受温度和磨损的影响而产生信号漂移,使用一段时间后传感器的输出性能会下降,还容易产生噪声问题。但接触式传感器结构简单、价格低廉,因此在EPS系统中仍然被广泛使用。非接触式传感器具有无磨损、无噪声、耐久性可靠性高、迟滞小、精度高等优点。但相对于接触式传感器来说价格要高一些,在国内尚未得到广泛应用,其批量供货情况还有待进一步验证。目前世界主流的EPS供应商的产品中配套的都是非接触式扭矩传感器。因此,从长远来看,非接触式的扭矩传感器必将取代接触式的扭矩传感器。目前非接触式的国产传感器还没有能够批量供货的,对于国内各传感器厂商来说尽早推出这种形式的传感器是一个机遇,也可以为摆脱我国多年来汽车电子产品“空心化”局面,拉动相关产业的发展献一份力量。

2、按传感器的功能来分类,可以分为只输出扭矩信号的传感器(Torque Only Sensor,TOS)和扭矩信号和转角信号集成的传感器(Torque Angle Sensor,TAS)。转角传感器用于实时检测转向盘的转动方向以及转向盘的位置。转角信号对于回正和阻尼逻辑的开发十分重要,也可以供主动前轮转向系统,自动泊车系统,车辆稳定系统等控制器使用。

选用TAS还是TOS需要根据车辆的整体策略,以及整车厂对EPS的性能要求,在性能和价格之间做出权衡。如果对EPS的主动回正和阻尼控制性能要求不是很高,则选用TOS即可,可以通过回正补偿、回正力矩估计、试验数据统计分析等方法进行回正控制。如果整车厂对EPS的主动回正和阻尼控制性能要求较高,则必须要有转角信号,转角信号除了可以从集成了转角信号的扭矩传感器中获得外,如果车辆中有电子稳定程序(Electronic Stability Program,ESP),并且已经有了转向角度传感器(Steering Angle Sensor,SAS),则转角信号也可以从SAS获得。

正是因为TAS和TOS的需求都存在,所以目前很多传感器供应商在产品设计的时候都会考虑模块化设计,即TAS是在TOS的基础上增加角度检测模块,其他零件两款传感器可以共用。这样尽可能的实现了零部件的通用花,可以有效的降低产品成本。

各类型电动助力转向系统用扭矩传感器介绍

电位计式:该类型传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。通过电刷在碳膜电阻上位置的改变来输出不同的电压值。其缺点在于每一次使用的过程中都会导致电刷和碳膜电阻的磨损,经过长时间的使用之后会降低精度乃至失效。在使用路况恶劣的条件下,更会加速传感器的损坏,尤其在有较大振动的情况下,极端条件下会出现电刷与碳膜电阻脱开导致传感器无信号输出的情况。优点是价格低廉,在国内得到广泛应用。代表性的产品为新跃仪表厂和美国BI公司生产的扭矩传感器。电位计式扭矩传感器输出模拟信号,在设计ECU上的接口电路时只需进行简单的滤波和模数转化。

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