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互聯(lián)網(wǎng) <月夜獨(dú)徘徊> 汽車構(gòu)造維修 2007-05-07
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關(guān)鍵字：扭矩傳感器、非接觸式、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS） 1 綜述 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS(electric power steering)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)相比,EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：僅在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才啟動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生助力,能減少發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳動(dòng)裝置的作用而助力向系的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性,提高汽車的主動(dòng)安全性；沒有液壓回路,調(diào)整和檢測(cè)更容易,裝配自動(dòng)化程度更高,且可通過(guò)設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配,縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期；不存在漏油問(wèn)題,減小對(duì)環(huán)境的污染。EPS系統(tǒng)是未來(lái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
2 電位計(jì)式扭矩傳感器 電位計(jì)式扭矩傳感器主要可以分為旋臂式、雙級(jí)行星齒輪式、扭桿式。其中扭桿式測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性能相對(duì)比較高，在早期應(yīng)用比較多。 2.1 EPS中扭桿式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)、原理 扭桿式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉(zhuǎn)角-位移變換器、電位計(jì)組成。扭桿彈簧主要作用是檢測(cè)司機(jī)作用在方向盤上的扭矩，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值。轉(zhuǎn)角-位移變換器是一對(duì)螺旋機(jī)構(gòu)，將扭桿彈簧兩端的相對(duì)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)套的軸向位移，由剛球、螺旋槽和滑塊組成。滑塊相對(duì)于輸入軸可以在螺旋方向上移動(dòng)，同時(shí)滑塊通過(guò)一個(gè)銷安裝到輸出軸上，可以相對(duì)于輸出軸在垂直方向上移動(dòng)。因此，當(dāng)輸入軸相對(duì)于輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊按照輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向和相對(duì)于輸出軸的旋轉(zhuǎn)量，垂直移動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的時(shí)候，鈕矩被傳遞到扭力桿，輸入軸相對(duì)于輸出軸方向出現(xiàn)偏差。該偏差是滑塊出現(xiàn)移動(dòng)，這些軸方向的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為電位計(jì)的杠桿旋轉(zhuǎn)角度，滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻線上的移動(dòng)使電位計(jì)的電阻值隨之變化，電阻的變化通過(guò)電位計(jì)轉(zhuǎn)化為電壓。這樣扭矩信號(hào)就轉(zhuǎn)化為了電壓信號(hào)。 2.２ 扭桿式扭矩傳感器的設(shè)計(jì) 扭桿是整個(gè)扭桿扭矩傳感器的重要部件，因而扭桿式扭矩傳感器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是扭桿的設(shè)計(jì)。扭桿通過(guò)細(xì)齒形漸開線花鍵和方向盤軸連接，另外的一端通過(guò)徑向銷（直徑D）與轉(zhuǎn)向輸出軸連接，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
d0=(1.15~1.25)d ,長(zhǎng)度 L=（0.5~0.7）d，為了避免過(guò)大的應(yīng)力集中，采用過(guò)度圓角時(shí)，半徑 R=（3~5）d，扭桿的有效長(zhǎng)度為l，d為扭桿有效長(zhǎng)度的直徑。 扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度k是扭桿的一個(gè)重要的物理量，可以參照下面的公式計(jì)算。 當(dāng)其受到扭矩Ｔ的時(shí)候，其扭轉(zhuǎn)的切應(yīng)力τ和變形角φ分別為：
扭桿式扭矩傳感器在早期的EPS中應(yīng)用比較多，但由于是接觸式的，工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦使其易磨損，影響其精度，將會(huì)被逐步淘汰。 ３ 金屬電阻應(yīng)變片的扭矩傳感器 傳感器扭矩測(cè)量采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計(jì)組成測(cè)量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。傳感器就完成如下的信息轉(zhuǎn)換：
Ｗp—軸截面極矩 測(cè)量電橋可以采用半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，并將它們接成差動(dòng)全橋,其輸出電壓正比于扭轉(zhuǎn)軸所受的扭矩。 應(yīng)變片的電阻R1=R2=R3=R4＝R0,可以得到下面的式子：
u－電橋的供電電壓 S－電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) 放大電路采用儀器用放大電路，它由專用儀器用放大電路構(gòu)成，也有三只單運(yùn)放電路組合而成，放大倍數(shù)為K，放大后的電壓Ｖ為：
在金屬電阻應(yīng)變片的扭矩傳感器中，需要解決的技術(shù)關(guān)鍵是： (1)、彈性軸的工作區(qū)域不應(yīng)該大于彈性區(qū)域的1/3，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)選取最大的軸徑。 (2)、采用LM型硅擴(kuò)散力敏全橋應(yīng)變片，較好的敏感性，很小的非線形度 (3)、采用高精度的穩(wěn)壓電源。 ４ 非接觸式扭矩傳感器
5 其它扭矩傳感器 如圖5所示為相位差傳感方式來(lái)檢測(cè)扭矩的扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理圖，這種傳感器具有高精度，高重復(fù)性的特點(diǎn)。其測(cè)量原理為：在受扭軸的兩端各安上一個(gè)齒輪，對(duì)著齒面再各裝一個(gè)電磁傳感器，從傳感器上就能感應(yīng)出兩個(gè)與動(dòng)力軸非接觸的交流信號(hào)。取出其信號(hào)的相位差，在這兩個(gè)相位差之間，插入由晶體震蕩器產(chǎn)生的高精度，高穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。以這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)，巧妙運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)就能精確地測(cè)出所承受的扭矩。
隨著EPS系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，對(duì)扭矩傳感器的精度、可靠性和響應(yīng)速度提出了跟高的要求。EPS扭矩傳感器正呈現(xiàn)以下的發(fā)展趨勢(shì)： （1）、測(cè)試系統(tǒng)向微型化!數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展; （２）、從單功能向多功能發(fā)展,包括自補(bǔ)償、自修正、自適應(yīng)、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶; （3）、向著小型化、集成化方向發(fā)展。傳感器的檢測(cè)部分可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)小型化，IC部分可以整合盡可能多的半導(dǎo)體部件、電阻到一個(gè)單獨(dú)的IC部件上，減少外部部件的數(shù)量。 （4）、由靜態(tài)測(cè)試向動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)方向發(fā)展。 |
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