转向柱监视系统及传感器技术方案

一种用于至少检测钢制转向柱的转向扭矩的传感器包括：磁场发生元件，其配置成产生磁场，该磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的磁场变化，磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；和基板，其承载着所述磁场发生元件和磁场检测元件。

【技术实现步骤摘要】
转向柱监视系统及传感器
本申请涉及用于监视车辆转向状态的扭矩传感器和集成式扭矩和转角传感器(TAS)以及包括所述传感器的主动转向状态监视系统。
技术介绍
当前和未来的车辆转向系统，诸如EHPS(电控动力转向系统)、EPS(电动助力转向系统)、适应性EPS，以及一些驾驶辅助功能，诸如ESP(电子车身稳定程序)、ADAS(高级驾驶辅助系统)、HAD(高级自动驾驶)，要求采用可靠的转向扭矩和/或角度信息。用于转向检测的各种传感器必须适用于多种应用形式(不同的转向柱，独立传感器架，集成于组合开关中，等等)，并且还希望传感器价格很低但又可靠。现有技术中的任何传感器方案都尚且不能同时满足这些要求。
技术实现思路
考虑到前述现有技术状况，本申请的一个目的是提供一种转向状态监视用传感器，其能够以简单的构造和低成本实现至少是转向扭矩的检测。为此，本申请在其一个方面提供了一种用于检测钢制转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其包括：磁场发生元件，其配置成产生磁场，该磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的磁场变化，磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；和基板，其承载着所述磁场发生元件和磁场检测元件。在本申请的扭矩传感器中，可选地，所述磁场发生元件和磁场检测元件布置成面向转向柱，优选大致垂直于转向柱中心轴线布置。在本申请的扭矩传感器中，可选地，所述磁场发生元件包括磁场发生线圈，所述磁场检测元件包括至少一对布置在所述磁场发生线圈相反两侧的磁场检测线圈。在本申请的扭矩传感器中，可选地，所述磁场检测元件包括围绕磁场发生线圈布置的两对或更多对磁场检测线圈。在本申请的扭矩传感器中，可选地，每对中的两个磁场检测线圈沿彼此相反的方向定向。本申请在其另一方面提供了一种用于检测钢制转向柱的转向扭矩和转角的集成式扭矩和转角传感器，包括：磁场发生元件，其配置成产生第一磁场，该第一磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；第一磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的第一磁场变化，第一磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；磁性从动件，其与转向柱关联并且配置成随动于转向柱的转动；第二磁场检测元件，其配置成检测穿过磁性从动件的第二磁场的变化，第二磁场检测元件的输出信号表征转向角度；和基板，其承载着所述磁场发生元件和第一和第二磁场检测元件。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述磁场发生元件和第一磁场检测元件布置成面向转向柱，优选大致垂直于转向柱中心轴线布置。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述第二磁场由磁性从动件本身产生，例如由磁性从动件携带的磁体产生；或者，所述第二磁场也由所述磁场发生元件产生；或者，所述第二磁场由附加的磁场发生元件产生。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述磁场发生元件包括磁场发生线圈，所述第一磁场检测元件包括至少一对布置在所述磁场发生线圈相反两侧的磁场检测线圈。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，每对中的两个磁场检测线圈沿彼此相反的方向定向。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述第一磁场检测元件包括围绕磁场发生线圈布置的两对或更多对磁场检测线圈。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述第二磁场检测元件包括面对所述磁性从动件布置的多个磁场检测线圈。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述磁性从动件包括围绕转向柱固定在转向柱上以便与转向柱一起转动的检测环，所述检测环的不同角位置处具有不同的轴向高度和/或宽度和/或斜度和/或形状；所述检测环由可磁化材料、例如钢制成，或者，检测环承载着分布在检测环的不同圆周部位处的磁体。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述磁性从动件包括围绕转向柱安装成与转向柱一起转动的驱动齿轮和至少两个具有不同齿数且都与所述驱动齿轮啮合的磁性从动齿轮。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述磁性从动件包括围绕转向柱安装成与转向柱一起转动的驱动齿轮和与所述驱动齿轮啮合的磁性齿条。在本申请的集成式扭矩和转角传感器中，可选地，还集成有用于检测转向柱温度的温度传感器。在本申请的扭矩传感器或集成式扭矩和转角传感器中，可选地，所述基板包括围绕转向柱布置的两个或更多个基板，基板之间由柔性电缆连接。本申请在其另一方面提供了一种转向柱主动转向状态监视系统，包括前面所述的扭矩传感器，和数据处理单元，其构造成基于扭矩传感器的输出信号确定转向柱的转向扭矩。可选地，所述扭矩传感器的磁场检测元件包括两对或更多对的磁场检测线圈；并且所述数据处理单元还配置成对确定的转向扭矩进行综合处理和可信度评估，以获得综合的转向扭矩数据。本申请在其另一方面提供了一种转向柱主动转向状态监视系统，包括前面描述的集成式扭矩和转角传感器，和数据处理单元，其构造成基于集成式扭矩和转角传感器的输出信号确定转向柱的转向扭矩和转角。可选地，所述扭矩和转角传感器的第一磁场检测元件包括两对或更多对的磁场检测线圈，第二磁场检测元件包括两个或更多个磁场检测线圈；并且所述数据处理单元还配置成对确定的转向扭矩和转角进行综合处理和可信度评估，以获得综合的转向扭矩和转角数据。根据本申请，扭矩传感器或集成式扭矩和转角传感器包括电磁线圈，其基于转向柱中因转向扭矩引起的应力检测转向柱的转向扭矩。传感器中的各传感元件可集成式在单一的PCB上，并且不需要采用ASIC，因此传感器成本低。此外，传感器基于磁场中发生的变化检测扭矩(或扭矩和转角二者)，检测迟滞量小。本申请的传感器可被用于各种车辆功能，诸如ESP、ADAS、HAD，以及用于故障下安全或故障下操作方案。附图说明通过下面结合附图所做详细描述，本申请的上述以及其它方面可被更充分地理解，在附图中：图1是根据本申请一种实施方式的扭矩传感器的示意性剖视图；图2是图1所示扭矩传感器的示意性俯视图；图3示意性示出了图1所示扭矩传感器中的线圈的定向；图4是根据本申请一种实施方式的扭矩和转角传感器的示意性剖视图；图5是图4所示扭矩和转角传感器的示意性俯视图；图6示意性示出了扭矩和转角传感器工作期间扭矩和转角传感器的角度检测部分中的检测环的状态；图7是展现扭矩和转角传感器的扭矩检测部分和转角检测部分的信号计算和综合的示意性框图；图8和9是扭矩和转角传感器检测的角度信号和扭矩信号的示意性曲线图；图10是角度信号和扭矩信号融合后的示意性曲线图；图11是根据本申请的一种改型的传感器的示意性俯视图；图12是根据本申请的另一种改型的传感器的示意性俯视图；图13是根据本申请另一实施方式的扭矩和转角传感器的示意性剖视图；以及图14是根据本申请又一实施方式的扭矩和转角传感器的示意性剖视图。具体实施方式本申请在其一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测钢制转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其包括：/n磁场发生元件，其配置成产生磁场，该磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；/n磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的磁场变化，磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；和/n基板，其承载着所述磁场发生元件和磁场检测元件。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于检测钢制转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其包括：
磁场发生元件，其配置成产生磁场，该磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；
磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的磁场变化，磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；和
基板，其承载着所述磁场发生元件和磁场检测元件。


2.根据权利要求1的扭矩传感器，其中，所述磁场发生元件和磁场检测元件布置成面向转向柱，优选大致垂直于转向柱中心轴线布置。


3.根据权利要求1或2的扭矩传感器，其中，所述磁场发生元件包括磁场发生线圈，所述磁场检测元件包括至少一对布置在所述磁场发生线圈相反两侧的磁场检测线圈；
可选地，所述磁场检测元件包括围绕磁场发生线圈布置的两对或更多对磁场检测线圈；
可选地，每对中的两个磁场检测线圈沿彼此相反的方向定向。


4.一种用于检测钢制转向柱的转向扭矩和转角的集成式扭矩和转角传感器，包括：
磁场发生元件，其配置成产生第一磁场，该第一磁场穿过转向柱以使其钢材料磁化；
第一磁场检测元件，其配置成在转向柱承受扭矩应力时检测因转向柱的磁化钢材料的磁弹性效应引起的第一磁场变化，第一磁场检测元件的输出信号表征转向扭矩；
磁性从动件，其与转向柱关联并且配置成随动于转向柱的转动；
第二磁场检测元件，其配置成检测穿过磁性从动件的第二磁场的变化，第二磁场检测元件的输出信号表征转向角度；和
基板，其承载着所述磁场发生元件和第一和第二磁场检测元件。


5.根据权利要求4的集成式扭矩和转角传感器，其中，所述磁场发生元件和第一磁场检测元件布置成面向转向柱，优选大致垂直于转向柱中心轴线布置；
可选地，所述第二磁场由磁性从动件本身产生，例如由磁性从动件携带的磁体产生；或者，所述第二磁场也由所述磁场发生元件产生；或者，所述第二磁场由附加的磁场发生元件产生。


6.根据权利要求4的集成式扭矩和转角传感器，其中，所述磁场发生元件包括磁场发生线圈，所述第一磁场检测元件包括至少一对布置在所述磁场发生线圈相反两侧的磁场检测线圈；可选地，第一磁场检测元件每对中的两个磁场检测线圈沿彼此相反的方向定向；可选地，所述第一磁场检测元件包括围绕磁场发生线圈布置的两对或更多对磁场检测线圈；
可选地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·奥斯曼，A·库斯曼，S·费拉，M·希尔，陈国涛，M·克莱因克内希特，A·库尔兹，R·德林，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE