汽车智能转向系统扭矩和角度传感器技术方案

本实用新型专利技术公开了汽车智能转向系统扭矩和角度传感器。该扭矩和角度传感器包括磁环总成、爪环总成、传导环总成、角度检测总成和线束总成；磁环总成包括第一环体和第二环体，第二环体沿其周向均匀分布有多个N/S相间的磁极；爪环总成的一端套设于第二环体的外侧，爪环总成的另一端安装于转向轴的输入轴上，爪环总成能够切割第二环体上的磁极产生的磁场；传导环总成套设于爪环总成的外侧；角度检测总成与传导环总成相连，角度检测总成包括第一磁铁和第一霍尔转角传感器，第一环体能够带动第一磁铁旋转；线束总成包括至少一个霍尔磁敏传感器。本实用新型专利技术采用模块化分装结构，每个模块可以单独进行更换，降低了生产和使用成本。

Torque and Angle Sensors for Automotive Intelligent Steering System

The utility model discloses a torque and angle sensor for an intelligent steering system of an automobile. The torque and angle sensor includes magnetic ring assembly, claw ring assembly, conduction ring assembly, angle detection assembly and wire harness assembly; magnetic ring assembly includes the first ring and the second ring, and the second ring has multiple N/S phase magnetic poles uniformly distributed along its circumference; one end of claw ring assembly is set on the outer side of the second ring, claw ring assembly The other end is mounted on the input shaft of the steering shaft, and the claw ring assembly can cut the magnetic field generated by the magnetic pole on the second ring body; the conduction ring assembly is set on the outer side of the claw ring assembly; the angle detection assembly is connected with the conduction ring assembly, and the angle detection assembly includes the first magnet and the first Hall angle sensor, and the first ring body can be taped. The first magnet rotates; the wiring harness assembly includes at least one Hall magnetic sensor. The utility model adopts a modular sub-assembly structure, and each module can be replaced separately, thereby reducing the production and use cost.

【技术实现步骤摘要】
汽车智能转向系统扭矩和角度传感器
本技术涉及汽车智能转向
，特别涉及汽车智能转向系统扭矩和角度传感器。
技术介绍
汽车电子化、智能化是未来的发展方向。智能汽车控制技术需要知道转向系统工作的状态，一般是采用测量转向执行机构的转动力矩和转角位置，以此来判断汽车转向操纵状态。在转向系统中安装相应的传感器是必不可少的。转向系统是任何智能汽车必不可少的安全保障和操控系统之一，通过转向系统控制，可以实现智能汽车的直线行驶、转向行驶、停车进库等一系列控制操作。汽车电子化发展，使转向系统可以与汽车行驶姿态控制、车道保持、自动转向、主动避让等形成智能联动。这些智能汽车所具有的行驶特性，都取决于车载计算机系统能够随时了解汽车行驶状态，做到这一点，转向系统的扭矩传感器和角度传感器具有不可取代的重要作用。为了测量转向轴的扭矩，转向轴弹性装置被设计成一个输入轴和一个输出轴通过中间的扭杆连接的结构，输入轴和输出轴之间有齿爪相扣，使扭杆可以在设计规定的偏角θTB之内扭转。由于转向轴弹性装置作用，转向输入转角θSW与转向输出转角θSS之间存在一个转角差，这个转角差就是扭杆偏转角θTB。即有：θSW＝θSS+θTB。转向扭矩Tm与扭杆偏转角θTB之间具有线性关系：Tm＝kTB·θTB，其中，kTB为扭杆刚度。当驾驶员转动方向盘时，扭矩传感器开始工作，把输入轴与输出轴在扭杆作用下产生的相对位移变成电信号传送给ECU(汽车转向控制器)，ECU根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时助力转向控制。现有的转向系统扭矩和角度传感器主要有两种：接触式传感器和非接触式传感器。接触式传感器采用碳膜电路和碳刷可变电位器原理，由于接触式传感器经过长期使用后容易出现碳膜磨损而导致传感器失效，引起汽车转向系统控制故障，目前已经很少使用。目前智能汽车转向系统主要采用非接触式传感器，其原理是采用通用的霍尔磁敏传感器和多极永磁铁圆环，通过非接触旋转机构，使霍尔传感器检测磁环旋转时产生的微量磁场变化，获得扭矩和角度的线性测量值。非接触式转向系统传感器采用了公开的标准霍尔磁敏传感器元器件和检测电路，全世界有很多厂家都在采用这些通用的霍尔传感器技术原理制造了很多种结构的汽车转向系统扭矩和角度传感器装置，但是，目前的汽车转向系统扭矩和角度传感器装置存在以下几个问题：①由于整体封装结构的限制，只能检测输入转角，在控制程序中就需要对弹性扭杆偏转角进行计算，由于是随机变化的，造成控制计算复杂化和容易引起转向系统控制不稳定。②角度传感器的检测范围只能达到最大±1080°角度，而汽车方向盘实际最大工作转角可能达到±1260°，无法满足所有汽车车型的智能驾驶需求。③现有传感器装置的输入端安装孔直径一般为24mm，输出端安装孔直径一般为25mm，无法满足商用汽车安装直径大等于26mm的需求。④现有转向传感器装置都采用整体封装结构，在转向系统生产和汽车售后无法进行拆卸维修或更换，传感器故障时需要更换整机，生产和使用成本很高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，可以解决上述现有技术问题中的一个或多个。根据本技术的一个方面，提供了汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，包括磁环总成、爪环总成、传导环总成、角度检测总成和线束总成；磁环总成包括相连的第一环体和第二环体，第一环体安装于转向轴的输出轴上，第二环体套设于第一环体上，第二环体沿其周向均匀分布有多个N/S相间的磁极；爪环总成的一端套设于第二环体的外侧，爪环总成与第二环体之间存在间隙，爪环总成的另一端安装于转向轴的输入轴上，爪环总成能够切割第二环体上的磁极产生的磁场；传导环总成套设于爪环总成的外侧，传导环总成与爪环总成之间存在间隙，传导环总成与转向系统的外壳相连；角度检测总成与传导环总成相连，角度检测总成与第一环体传动连接，角度检测总成包括对应设置的第一磁铁和第一霍尔转角传感器，第一环体能够带动第一磁铁旋转；线束总成包括至少一个霍尔磁敏传感器，霍尔磁敏传感器与传导环总成相连，线束总成与角度检测总成电连接。本技术的有益效果在于：在扭矩测量部分，当转动方向盘时，通过第二环体可以提供一个稳定的多极环形且均布的磁场，该磁场能够随着转向轴的旋转同步旋转，由于输出轴与输入轴之间由一个弹性扭杆连接，当转向轴受到扭矩作用时，会产生一个扭杆偏转角θTB，从而使得第二环体与爪环总成之间发生偏转，爪环总成感应出磁场将发生变化，这种磁场变化通过传导环总成传递给霍尔磁敏传感器，从而可以在霍尔磁敏传感器上获得霍尔电压反馈，该电压反馈与扭杆偏转角具有线性关联特性，进而可以根据霍尔电压变化量推算出偏转角和计算出扭杆承受的扭矩值。在角度测量部分，当转动方向盘时，第一环体可以随着输出轴一起转动，进而带动角度检测总成中的第一磁铁一起转动，由于第一磁铁转动引起磁场转动，第一霍尔转角传感器能够检测出磁场的转动并输出电压信号，随着第一磁铁的旋转，第一霍尔转角传感器的输出电压信号呈线性变化。本技术通过将角度检测总成安装于转向轴的输出端，可以直接检测转向输出转角θSS，进而可以直接获得转向输出角度的绝对测量值，简化了控制程序，提高了控制稳定性。同时本技术采用模块化分装结构，每个模块可以单独进行更换，在转向系统生产和汽车售后维修中，只需要维修更换有问题的模块，避免了转向系统整机更换，降低了生产和使用成本。在一些实施方式中，爪环总成包括相连的第一管体和第二管体，第一管体内设有一对相互插接的爪环，爪环沿其周向均匀设有多个棘爪，棘爪的数目与N/S磁极的对数相同，任意相邻的两棘爪之间形成插口，第一管体套设于第二环体的外侧，第二管体安装于转向轴的输入轴上。由此，通过这对爪环可以切割第二环体上产生的磁场，并可以感应出相应的磁性。在一些实施方式中，第二管体靠近第一管体所在位置的一端设有向外凸出设置的翻边。由此，此种设计，可以更加便于第一管体与第二管体之间的连接，提高二者之间的连接稳定性。在一些实施方式中，传导环总成包括传导环本体，传导环本体的外部设有凸台，凸台上设有通孔和凹槽，线束总成与传导环总成之间通过通孔相连，传导环总成与角度检测总成之间通过凹槽相连。在一些实施方式中，传导环本体内设有一对相对设置的金属环，金属环的截面为L型，通孔位于两金属环之间。由此，通过两金属环可以感应处于转动状态的爪环总成上产生的磁场并传递给霍尔磁敏传感器。在一些实施方式中，角度检测总成还包括对应设置的第二磁铁和第二霍尔转角传感器，第一环体能够带动第二磁铁旋转，线束总成包括两个霍尔磁敏传感器。由此，通过第一霍尔转角传感器可以测量出转向轴的绝对转角值，通过第二霍尔转角传感器可以对转向轴每个360°转角进行细分测量，从而可以提高转角测量精度。在一些实施方式中，第一环体的外部设有齿轮圈，角度检测总成上设有与齿轮圈相啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与行星齿轮相连，第一磁铁与行星齿轮相连，第二磁铁与第二齿轮相连。由此，当转动方向盘时，磁环总成能够随着转向轴的转动而转动，由于磁环总成中的第一环体上设有齿轮圈，由此通过该齿轮圈，第一环体可以带动与其相啮合的第一齿轮和第二齿轮一起转动，转动的第一齿轮又可以带动与其相连的行星齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，其特征在于，包括磁环总成(1)、爪环总成(2)、传导环总成(3)、角度检测总成(4)和线束总成(5)；所述磁环总成(1)包括相连的第一环体(11)和第二环体(12)，所述第一环体(11)安装于转向轴(6)的输出轴上，所述第二环体(12)套设于所述第一环体(11)上，所述第二环体(12)沿其周向均匀分布有多个N/S相间的磁极；所述爪环总成(2)的一端套设于所述第二环体(12)的外侧，所述爪环总成(2)与所述第二环体(12)之间存在间隙，所述爪环总成(2)的另一端安装于所述转向轴(6)的输入轴(62)上，所述爪环(211)能够切割所述第二环体(12)上的磁极产生的磁场；所述传导环总成(3)套设于所述爪环总成(2)的外侧，所述传导环总成(3)与所述爪环总成(2)之间存在间隙，所述传导环总成(3)与所述转向系统的外壳(7)相连；所述角度检测总成(4)与所述传导环总成(3)相连，所述角度检测总成(4)与所述第一环体(11)传动连接，所述角度检测总成(4)包括对应设置的第一磁铁(41)和第一霍尔转角传感器(51)，所述第一环体(11)能够带动所述第一磁铁(41)旋转；所述线束总成(5)包括至少一个霍尔磁敏传感器，所述霍尔磁敏传感器与所述传导环总成(3)相连，所述线束总成(5)与所述角度检测总成(4)电连接。...

【技术特征摘要】
1.汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，其特征在于，包括磁环总成(1)、爪环总成(2)、传导环总成(3)、角度检测总成(4)和线束总成(5)；所述磁环总成(1)包括相连的第一环体(11)和第二环体(12)，所述第一环体(11)安装于转向轴(6)的输出轴上，所述第二环体(12)套设于所述第一环体(11)上，所述第二环体(12)沿其周向均匀分布有多个N/S相间的磁极；所述爪环总成(2)的一端套设于所述第二环体(12)的外侧，所述爪环总成(2)与所述第二环体(12)之间存在间隙，所述爪环总成(2)的另一端安装于所述转向轴(6)的输入轴(62)上，所述爪环(211)能够切割所述第二环体(12)上的磁极产生的磁场；所述传导环总成(3)套设于所述爪环总成(2)的外侧，所述传导环总成(3)与所述爪环总成(2)之间存在间隙，所述传导环总成(3)与所述转向系统的外壳(7)相连；所述角度检测总成(4)与所述传导环总成(3)相连，所述角度检测总成(4)与所述第一环体(11)传动连接，所述角度检测总成(4)包括对应设置的第一磁铁(41)和第一霍尔转角传感器(51)，所述第一环体(11)能够带动所述第一磁铁(41)旋转；所述线束总成(5)包括至少一个霍尔磁敏传感器，所述霍尔磁敏传感器与所述传导环总成(3)相连，所述线束总成(5)与所述角度检测总成(4)电连接。2.根据权利要求1所述的汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，其特征在于，所述爪环总成(2)包括相连的第一管体(21)和第二管体(22)，所述第一管体(21)内设有一对相互插接的爪环(211)，所述爪环(211)沿其周向均匀设有多个棘爪(2111)，所述棘爪(2111)的数目与所述N/S磁极的对数相同，任意相邻的两所述棘爪(2111)之间形成插口(2112)，所述第一管体(21)套设于所述第二环体(12)的外侧，所述第二管体(22)安装于所述转向轴(6)的输入轴(62)上。3.根据权利要求2所述的汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，其特征在于，所述第二管体(22)靠近所述第一管体(21)所在位置的一端设有向外凸出设置的翻边(221)。4.根据权利要求1所述的汽车智能转向系统扭矩和角度传感器，其特征在于，所述传导环总成(3)包括传导环本体(31)，所述传导环本体(31)的外部设有凸台(311)，所述凸台(311)上设有通孔(3111)和凹槽(3112)，所述线束总成(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博熙，
申请(专利权)人：张博熙，
类型：新型
国别省市：江苏,32