本文將對應用于電動助力轉向系統的扭矩傳感器的分類、工作原理、性能指標及系統匹配展開闡述。
傳感器是根據規定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，狹義來講， 傳感器就是把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理化學量轉換成電信號的變換器。 應用于電動助力轉向系統的扭矩傳感器就是通過特定的敏感元件，將轉矩物理量轉 換成電信號，并集成有信號處理電路的變換器，如圖 2 所示。扭矩傳感器與扭桿組裝在一起構成扭矩傳感器總成，方向盤轉動時，扭桿與扭矩傳 感器的上半部分和下半部分存在一個相對偏轉角，扭矩傳感器就是通過檢測這個相對轉角來測量方向盤力矩的。如圖 3 所示。 按照內部結構分類可分為接觸式傳感器和非接觸式傳感器，如表 1 所示。 接觸式傳感器由于傳感元件之間一直存在滑動摩擦，因此在使用過程中容易受到磨 損老化，出現測量信號不準確甚至報錯的情況。這種類型的傳感器已經逐漸被淘汰，非接觸式傳感器成為市場主流。 本文主要介紹應用較為廣泛的非接觸式 扭矩傳感器：霍爾式扭矩傳感器。 該扭矩傳感器通過霍爾效應在導體的兩端產生電勢差。主要由定子分總成、轉子分 總成、上端蓋、下端蓋、集磁極、Hall IC 組成。轉子由多級磁鐵組成，固定在輸入軸上， 主要是提供磁場。定子上裝有磁軛（導磁率比較高的金屬材料），固定在下端蓋上，下端蓋與殼體固定。當方向盤向左轉動時，傳感器扭桿發生扭轉變形，導致轉子和定子發生轉動，使得上下磁軛與多級磁鐵發生錯動， 磁通量從 N 極至 S 極，Hall IC 接收到磁通。如果轉子與定子反方向相對位移，Hall IC 也接收反向的磁通。磁通的變化經過霍爾 IC 轉換為相應的電壓變化，從而測量出相應的扭矩大小和方向。如圖 4 所示。當方向盤在中間位置時，磁通量為零。當方向盤左轉（+4.5°），磁通量高斯值為 550（示例）。當方向盤右轉（-4.5°），磁通量反向， 高斯值為 -550（示例），如圖 5 所示。 傳感器輸出量（電壓）與輸入量（扭矩）之間的實際關系曲線偏離理想直線的程度。一般要求：≤ ±2%。在測試行程內所有測試位置來回電壓的差值。一般要求：≤ 1%。 安裝完成的 EPS 產品，360°旋轉輸出軸，傳感器信號的電壓變化。一般要求：0.08V （max）。 判斷轉向管柱是否受到轉向力的作用。中位電壓：2.50V。 a、機械限位角度。當轉向力增大時，限位機構無法再相對轉動。此時限位機構所產生的角度稱為機械限位角度。 b、傳感器有效角度。當轉向力增大時，是指傳遞給ECU的信號中，產生有效助力的那部分信號，稱為有效機械角度。 c、傳感器的角度匹配在設計總成和生產裝配時，必須保證：機械限位角度＞傳感器有效角度。 傳感器的輸出電壓最終是被 ECU 控制器進行采集的，而 ECU 通過計算傳感器的電壓 信號，得知駕駛員轉動方向盤扭矩的大小。那么就必須定義傳感器電壓和扭矩之間的關系。如果傳感器圖紙中給定的是電壓和角度的關系，那么就必須確定扭桿的剛度來最終 確定輸出信號。 已 知：U=3.5V；T=7.8Nm；K1= （1/3.5）V/°； 所以：K2=7.8/3.5;K2=2.23Nm/° K1：傳感器電壓與角度的關系，單位為 V/°，和傳感器的類型有關。 K2：扭桿的剛度，單位為 Nm/°，由扭桿的粗細和長短來確定。 本文主要針對電動助力轉向系統用扭矩傳感器的工作原理、性能指標和系統匹配等 方面進行了分析，對后續扭矩傳感器的開發具有指導意義。扭矩傳感器http://www.ldhqyp.com/
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