[发明专利]一种非接触式转角转矩传感器

说明书

技术领域

本发明属于磁、机电一体化数字式传感器领域，具体涉及一种非接触式磁阻转矩转角传感器。

背景技术

转向扭矩、角度及方向是汽车行驶中的重要参数，特别是对于装备有电动助力转向系统的汽车而言。扭矩传感器是电动助力转向系统是关键的部件之一。而将转向扭矩、角度及方向三者的测量集成到单一的传感器上进行是汽车发展必然的选择，同时非接触式扭矩传感器也必将代替接触式扭矩传感器。扭矩传感器成本的降低及测量更加易于实现也将成为电动助力转向快速发展的一个重要因素。因此为电动助力转向提出一种符合条件的结构并做出研究是非常必要的。

传统的转角传感器，有的采用在旋转轴上安装加工有栅槽的齿盘，通过发光晶体管产生光源，光敏电阻元件接受光信号，输出脉冲电信号，信号频率对应一定的转速数据，实现转速的测量。转速传感器的测量精度主要受栅槽齿的间距、光敏元件信号的分辨率和电路性能限制。

 传统的扭矩传感器也由转速传感器和受扭矩的弹性元件等组成。弹性元件上贴有应变片，弹性元件受扭矩后应力发生变化，应变片输出电信号，通过集流环将信号引出，信号大小对应一定的扭矩数据。

为了克服传统的转角传感器测量精度受到栅槽齿的间距和光敏元件信号分辨率的限制等不足以及转矩信号测量精度不足，本文系统地探讨和建立了一种基于磁阻效应的，可以同时测量转向扭矩、角度及转向方向的转向传感器。该传感器精度很高，能够满足电动助力转向系统的要求。

目前，这种非接触式转矩转角传感器适用于例如汽车的电动助力转向技术方面作为电动助力转向中主要参数转矩和转角来检测因驾驶员的转向操作而旋转的转向轴的转角和转矩。一般在检测转角所用的方法为：一边与转向轴的转向联动而是主动齿轮一体旋转，一边根据与该主动齿轮啮合的多个从动齿轮之间产生的旋转的相位差，通过在ARM中的数据处理运算出绝对转角。在检测转矩中所用的方法是通过一个扭杆将两个轴连接在一起，在这两个轴上面装上旋转角度的检测装置，当转矩作用于两轴之间并产生轴间的扭曲时，通过比较旋转轴的旋转角度可以检测出转矩。这样不管是对转角还是转矩的测量都转化为对转角的测量。

发明内容

为了克服上述各种转角测量存在的不足，本发明提供了一种基于磁阻效应来检测绝对转角的转角测量装置，来分别测量方向盘转过的转角和以及驾驶员所施加的转矩。

本发明解决测量方向盘转角的技术问题所采用的技术方案是：采用了一种大范围高精度绝对转角测量装置，具有与旋转体相连的主动齿轮9和与主齿轮啮合的第一从动齿轮10和第二从动齿轮12；在第一从动齿轮10和第二从动齿轮12中内嵌有产生磁场的磁铁11，在第一从动齿轮10和第二从动齿轮12的上方分别设置有测量转角芯片组合17a和测量转角芯片组合17b。所述第一从动齿轮10和第二从动齿轮12的齿数不同：主动齿轮9与第一从动齿轮10的齿数比为3，与第二从动齿轮12的齿数比为2。所述磁阻芯片13距离磁铁11距离不超过3mm。 

基于此装置设计的方向盘转角传感器可以满足汽车方向盘5圈角度测量范围要求，输出角度分辨率可以达到0.1 度，满足车辆电子助力转向（EPS )系统的使用要求。此装置输出的为绝对转角，方向盘零点位置为机械记忆，传感器掉电后下次上电仍可以记忆，无需辅助系统计算或存储零点位置。本发明借助基于磁阻效应（MR）的角度探测芯片测量单圈角度。该芯片将四个磁电阻（MR）构成惠更斯电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。

本发明解决测量转矩的技术问题所采用的技术方案是：将信号盘3与输入轴部件1通过过盈配合相固接，将测量输入轴部件1与输出轴部件6相对转角的磁阻传感器组件5与输出轴部件6相固接，这样当输入轴部件1与输出轴部件6因转矩作用发生相对转动的时候，二者之间会产生一个相对转角。在外加磁场的作用下测量转角芯片组合17可以检测通过后处理芯片15得到这个角度，再通过后处理芯片15可以把所施加的转矩计算出来。本发明的目的在于提供一种可以没有误差、高精度且高分辨率地检测出转向轴等旋转轴的旋转角度及转矩的旋转角度检测装置。

 本发明所提供的旋转角度检测装置包括：具有扭杆的轴部；检测上述轴部的旋转角度的旋转角度检测部；检测上述扭杆弹簧8的扭转角度的转矩检测部，其中，上述旋转角度检测部及上述转矩检测部通过利用彼此的检测结果来提高自身的检测精度。