一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置制造方法及图纸

一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，属于汽车转向控制检测技术领域。本发明专利技术提供了一种新型的应用于汽车EPS系统的扭矩测量装置，通过利用无源有线的扭矩测量方式提高了信号传输速度,降低了无线信号衰减及电磁干扰问题；通过改变输入轴结构、输出轴结构、控制器结构及安装位置减小了汽车EPS系统扭矩测量部分的结构尺寸；通过运用差分原理，降低了环境因素对传感信号造成的共模干扰，提高了灵敏度。整体结构包括由弹性扭杆轴，输入轴，输出轴，椭圆形销轴组成的机械传动部分；由第一声表面波谐振器、第二声表面波谐振器、数据传输线组成的扭矩测量部分；由PCB板、处理电路组成的控制器。

A Cable and Passive Torque Measuring Device for Automotive EPS System

The utility model relates to a wired passive torque measuring device for an automobile EPS system, which belongs to the technical field of automobile steering control detection. The invention provides a new type of torque measuring device applied to automotive EPS system, which improves signal transmission speed by using passive cable torque measuring method, reduces wireless signal attenuation and electromagnetic interference problems, and reduces the structure size of automotive EPS system torque measuring part by changing input shaft structure, output shaft structure, controller structure and installation position. By using the principle of difference, the common mode interference caused by environmental factors on the sensing signal is reduced and the sensitivity is improved. The whole structure includes a mechanical transmission part consisting of an elastic torsion bar shaft, an input shaft, an output shaft and an elliptical pin shaft; a torque measurement part consisting of a first SAW resonator, a second SAW resonator and a data transmission line; and a controller consisting of a PCB board and a processing circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置
本专利技术涉及一种汽车EPS用扭矩测量装置，尤其涉及一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，属于汽车转向控制检测

技术介绍
汽车电动助力转向系统(EPS)是通过电子控制单元采集并分析处理汽车转向系统中的扭矩信号、方向盘转角信号与车速信号后控制助力电动机的转速和转向，以达到提供实时随速转向助力并改善驾驶舒适性与安全性的目的。扭矩信号作为汽车EPS系统三大主要测量信号,其测量精度的高低与响应速度的快慢直接决定着车辆转向系统的舒适性与安全性。目前应用于汽车EPS系统的扭矩传感器有如下几种形式：电位计式扭矩传感器，其属于接触式测量方式，由于其工作时磨损严重，导致其测量精度不高，使用寿命较短；光电式扭矩传感器，其属于非接触式测量方式，由于其对加工精度要求很高且光源寿命短，导致使用成本较高；电感式扭矩传感器，其属于非接触式测量方式，由于结构中含有磁性元件，导致测量结果受温度影响较大；电磁式扭矩传感器，其属于非接触式测量方式，由于结构简单，动态性能好，所以是目前汽车EPS系统中使用最为广泛的扭矩传感器，但是极易受到外界磁场干扰，导致测量精度降低，如果增加电磁屏蔽设施，又会增大其整体结构。因此亟待设计一种新型的应用于汽车EPS系统的扭矩测量装置，并改变其配套结构以达到减小结构尺寸，降低温度影响与电磁干扰，提高响应速度与灵敏度的目的。经过对现有技术文献检索后发现，虽然有基于声表面波无源无线式扭矩传感器结构及原理的相关研究，但是被测转轴工作条件及结构特点与汽车EPS系统差别较大，所以目前并未有一种可以完全应用于汽车EPS系统的基于声表面波原理的无源有线式扭矩测量机构。
技术实现思路
本专利技术提出了一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，该装置安装在汽车方向盘与助力电动机之间，用于测量方向盘转动时输入轴与输出轴之间的扭矩，以至少解决现有汽车EPS扭矩传感器结构复杂,体积大,存在温度与电磁干扰的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，由机械传动部分，扭矩测量部分以及控制器部分组成。所述机械传动部分包括弹性扭杆轴，输入轴，输出轴，椭圆形销轴。所述扭矩测量部分包括第一声表面波谐振器、第二声表面波谐振器、数据传输线。所述控制器部分包括PCB板、处理电路部分。本专利技术采用的技术方案工作原理如下：当车辆直线行驶或怠速时，输入轴与输出轴无直接接触关系，控制器按照设定好的固定周期通过数据传输线向第一声表面波谐振器与第二声表面波谐振器发射激励信号，并通过数据传输线接收返回信号，控制器处理电路对返回信号进行处理运算并与第一声表面波谐振器及第二声表面波谐振器固有中心频率进行比较，由于弹性扭杆轴此时并未出现扭转变形，运算处理后的频率与固有中心频率相同，此时控制器不给助力电机提供启动电压，助力系统不工作；随着驾驶员施加于方向盘上的扭矩的增大，输入轴棘爪与输出轴棘爪开始相互靠近，在此过程中，控制器按照设定好的固定周期通过数据传输线向第一声表面波谐振器与第二声表面波谐振器发射激励信号，并通过数据传输线接收返回信号，控制器处理电路对返回信号进行处理运算并与第一声表面波谐振器及第二声表面波谐振器固有中心频率进行比较，由于弹性扭杆轴此时出现扭转变形，导致返回频率与固有中心频率出现差值，此时控制器根据该差值的大小给助力电机提供电压，差值越大，提供电压越大，助力系统提供的助力扭矩越大；当驾驶员施加于方向盘上的扭矩增大到输入轴棘爪与输出轴棘爪相互接触时，弹性扭杆轴将达到最大允许扭转变形，此时控制器提供给助力电机的电压将不再增加，助力系统提供的助力扭矩也将不再增大，若此时驾驶员继续增大施加于方向盘上的扭矩，这些额外的扭矩将通过输入轴直接传递给与之接触的输出轴，再通过输出轴后端传递给转向机构；当弹性扭杆轴损坏或无法正常工作时，驾驶员施加于方向盘上的扭矩将通过输入轴棘爪直接传递给与之接触的输出轴棘爪，再通过输出轴后端花键传递给转向机构，虽然此时助力完全消失且方向盘无效转角增大，但是依然能提供给驾驶员足够的转向功能尽快前往修理厂维修。与现有汽车EPS系统扭矩测量技术相比,本专利技术所达到的有益效果为：1)在信号传输方式上没有选用一般声表面波器件的无源无线方式而是根据汽车EPS系统动力传递特点,选用无源有线方式，选用该方式既提高了信号的传输速度，避免了无线信号在传输过程中的衰减及易受电磁场干扰的问题，又可以去除用于信号收发的固定天线结构，同时简化了信号收发电路；2)结合无源有线信号传输形式以及汽车转向系统双向最大转角固定的特点，本专利技术将一般安装在助力电机旁的矩形控制器设计为圆形并安装与输出轴上，并且由于处理电路更为简单，所以进一步缩小了控制器的体积，最终达到了简化整体结构，减小了整体装配体积的效果，也符合汽车EPS系统安装环境狭小的特点；3)利用差分原理,将两个相同的声表面波谐振器遭受外界环境影响所产生的共模干扰信号消除的同时提高一倍的扭矩测量灵敏度。附图说明图1是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置粘贴有声表面波谐振器的弹性扭杆轴示意图；图2是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置输入轴示意图；图3是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置输出轴示意图；图4是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置控制器示意图；图5是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置椭圆形销轴示意图；图6是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置总成爆炸图；图7是本专利技术的一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置总成装配图。图中：1为弹性扭杆轴；2为椭圆形销座孔；3为第一矩形平面；4为第二矩形平面；5为花键；6为输入轴；7为圆形凸起；8为输入轴棘爪；9为槽口底平面；10为椭圆形销座孔；11为花键；12为输出轴；13为棘爪前端面；14为圆形凹槽；15为输出轴棘爪；16为花键；17为控制器安装平面；18为定位凸台；19为花键；20为导线孔；21为控制器；22为椭圆形销轴；23为第一声表面波谐振器；24为第二声表面波谐振器；25为数据传输线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。在此，还需要说明的一点是，为了避免不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅表示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而忽略了与本专利技术关系不大的其他细节。一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，由机械传动部分，扭矩测量部分以及控制器21组成。所述机械传动部分包括弹性扭杆轴1，输入轴6，输出轴12，椭圆形销轴22。所述扭矩测量部分包括第一声表面波谐振器23、第二声表面波谐振器24、数据传输线25。所述控制器21包括PCB板、处理电路。如图1所示，本专利技术所述弹性扭杆轴1可分为前端、中端及后端三部分，所述弹性扭杆轴1前端中部开有椭圆形销座孔2，所述弹性扭杆轴1中端两侧切削有完全对称的第一矩形平面3与第二矩形平面4，所述弹性扭杆轴1后端制有外花键5；所述第一声表面波谐振器23粘贴于所述弹性扭杆轴1中端第一矩形平面3上，轴线方向与所述弹性扭杆轴1轴线方向呈45°，所述第二声表面波谐振器24粘贴于所述弹性扭杆轴中端第二矩形平面4上，轴线方向与所述弹性扭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，其特征在于由机械传动部分，扭矩测量部分以及控制器三部分组成；所述机械传动部分包括：弹性扭杆轴(1)，所述弹性扭杆轴(1)可分为前端、中端及后端三部分，所述弹性扭杆(1)轴前端中部开有椭圆形销座孔(2)，所述弹性扭杆轴(1)的中端两侧切削有完全对称的第一矩形平面(3)与第二矩形平面(4)，所述弹性扭杆轴(1)后端制有外花键(5)；输入轴(6)，所述输入轴(6)可分为前端、中端及后端三部分，所述输入轴(6)前端为等间距环形阵列布置的四个棘爪(8)，每个棘爪(8)两侧均有半圆形凸起(7)，所述输入轴(6)中端为中空桶结构，中端中部开有椭圆形销座孔(10)，所述输入轴(6)后端制有三段外花键(11)；输出轴(12)，所述输出轴(12)可分为前端、中端及后端三部分，所述输出轴(12)前端为等间距环形阵列布置的四个棘爪(15)，每个棘爪(15)两侧均有半圆形凹槽(14)，所述输出轴(12)中端为中空桶结构，中端内表面制有内花键(16)，中端外表面靠近所述输出轴(12)的前端棘爪(15)槽口位置钻有对称的两个导线孔(20)，所述输出轴(12)中端外表面中部制有控制器安装平面(17)，控制器安装平面(17)后部制有定位凸台(18)，所述输出轴(12)后端制有两段外花键(19)；椭圆形销轴(22)，所述椭圆形销轴(22)为中空结构，中空结构亦为椭圆形；所述扭矩测量部分包括：第一声表面波谐振器(23)，其为单端口谐振器，粘贴于弹性扭杆轴(1)的第一矩形平面(3)上，轴线方向与所述弹性扭杆轴(1)轴线方向呈45°，基底选择欧拉角为(0°,35.24°,0°)的石英单晶体，中心频率为400MHz；第二声表面波谐振器(24)，其为单端口谐振器，粘贴于弹性扭杆轴(1)的第二矩形平面(4)上，轴线方向与所述弹性扭杆轴(1)轴线方向呈‑45°，基底选择欧拉角为(0°,35.24°,0°)的石英单晶体，中心频率为404MHz；数据传输线(25)，所述数据传输线(25)通过所述输出轴(12)中端外表面上的两个导线孔(20)将所述第一声表面波谐振器(23)、所述第二声表面波谐振器(24)与控制器(21)相连接；其中所述控制器(21)包括：PCB板，所述PCB板为中空圆形结构；处理电路，所述处理电路部分包含信号激励电路、信号接收电路、信号处理电路，所述处理电路部分印刷于所述PCB板上。...

【技术特征摘要】
1.一种汽车EPS系统有线无源式扭矩测量装置，其特征在于由机械传动部分，扭矩测量部分以及控制器三部分组成；所述机械传动部分包括：弹性扭杆轴(1)，所述弹性扭杆轴(1)可分为前端、中端及后端三部分，所述弹性扭杆(1)轴前端中部开有椭圆形销座孔(2)，所述弹性扭杆轴(1)的中端两侧切削有完全对称的第一矩形平面(3)与第二矩形平面(4)，所述弹性扭杆轴(1)后端制有外花键(5)；输入轴(6)，所述输入轴(6)可分为前端、中端及后端三部分，所述输入轴(6)前端为等间距环形阵列布置的四个棘爪(8)，每个棘爪(8)两侧均有半圆形凸起(7)，所述输入轴(6)中端为中空桶结构，中端中部开有椭圆形销座孔(10)，所述输入轴(6)后端制有三段外花键(11)；输出轴(12)，所述输出轴(12)可分为前端、中端及后端三部分，所述输出轴(12)前端为等间距环形阵列布置的四个棘爪(15)，每个棘爪(15)两侧均有半圆形凹槽(14)，所述输出轴(12)中端为中空桶结构，中端内表面制有内花键(16)，中端外表面靠近所述输出轴(12)的前端棘爪(15)槽口位置钻有对称的两个导线孔(20)，所述输出轴(12)中端外表面中部制有控制器安装平面(17)，控制器安装平面(17)后部制有定位凸台(18)，所述输出轴(12)后端制有两段外花键(19)；椭圆形销轴(22)，所述椭圆形销轴(22)为中空结构，中空结构亦为椭圆形；所述扭矩测量部分包括：第一声表面波谐振器(23)，其为单端口谐振器，粘贴于弹性扭杆轴(1)的第一矩形平面(3)上，轴线方向与所述弹性扭杆轴(1)轴线方向呈45°，基底选择欧拉角为(0°,35.24°,0°)的石英单晶体，中心频率为400MHz；第二声表面波谐振器(24)，其为单端口谐振器，粘贴于弹性扭杆轴(1)的第二矩形平面(4)上，轴线方向与所述弹性扭杆轴(1)轴线方向呈-45°，基底选择欧拉角为(0°,35.24°,0°)的石英单晶体，中心频率为404MHz；数据传输线(25)，所述数据传输线(25)通过所述输出轴(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志鹏，孟旭，马龙祥，王世涛，单长伟，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23