扭矩传感器、转向角传感器及相应集成传感器和监测系统技术方案

公开了一种用于检测转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其中，转向柱包括输入轴、输出轴和连接在输入轴与输出轴之间的扭杆，所述扭矩传感器包括：输入旋转部件，其可随输入轴一起旋转并设有第一传导部分；输出旋转部件，其可随输出轴一起旋转并设有第二传导部分；和电磁载体，其以位置固定的方式定位，并设有磁场产生装置和磁场检测装置；磁场产生装置被配置为产生穿过第一传导部分和第二传导部分的磁场，磁场检测装置被配置为检测在转向柱处于扭转应力下时由于第一传导部分和第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，并且至少基于检测到的磁场的变化确定转向转矩。还公开了集成的扭矩和角度传感器、转向角传感器和主动转向状况监测系统。

【技术实现步骤摘要】
扭矩传感器、转向角传感器及相应集成传感器和监测系统
本专利技术涉及一种扭矩传感器、一种被配置用于监测车辆的转向状况的集成的扭矩和角度传感器(TAS)、一种转向角传感器以及一种包括这种传感器的主动转向状况监测系统。
技术介绍
当前和未来的转向系统如电控动力转向系统(EHPS)、电动助力转向系统(EPS)、自适应电动助力转向系统以及一些驾驶辅助功能如车身电子稳定系统(ESP)、高级驾驶辅助系统(ADAS)需要可靠且可廉价获得的转向扭矩和/或角度信息。用于检测转向的传感器必须覆盖许多应用的变型(不同的转向柱、独立固定结构、集成在组合开关中等)，并且还希望它们非常便宜和可靠。现有技术中可用的任何传感器解决方案不能同时满足这些要求。
技术实现思路
鉴于如上所述的现有技术，本专利技术的目的是提供一种扭矩传感器、一种被配置用于监测车辆的转向状况的集成的扭矩和角度传感器、一种转向角传感器以及一种包括这种传感器的主动转向状况监测系统。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于检测转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其中，转向柱包括输入轴、输出轴和连接在输入轴与输出轴之间的扭杆，所述扭矩传感器包括：输入旋转部件，其可随输入轴一起旋转并设有第一传导部分；输出旋转部件，其可随输出轴一起旋转并设有第二传导部分；和电磁载体，其以位置固定的方式定位，并设有磁场产生装置和磁场检测装置，其中，磁场产生装置被配置为产生穿过第一传导部分和第二传导部分的磁场，磁场检测装置被配置为检测在转向柱处于扭转应力下时由于第一传导部分和第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，并且至少基于检测到的磁场的变化确定转向转矩。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于检测转向柱的转向扭矩和转向角的集成的扭矩和角度传感器，所述集成的扭矩和角度传感器至少包括：用于检测转向扭矩的扭矩检测装置；和用于检测转向角的角度检测装置；其中，扭矩检测装置被配置成包括所述扭矩传感器。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于检测转向柱的转向角的转向角传感器，至少包括：待安装在转向柱上的套筒齿轮；与套筒齿轮啮合的第一测量齿轮；第一角度检测器，其用于测量第一测量齿轮的旋转角度；旋转部件，其可随转向柱一起旋转并设有传导部分；和电磁载体，其以位置固定的方式定位并设有磁场产生装置和磁场检测装置；其中，磁场产生装置被配置为产生穿过传导部分的磁场，磁场检测装置被配置为检测当转向柱旋转时由于传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，基于检测到的磁场的变化获得转向柱的旋转角度信息，并且转向角传感器被配置为至少基于转向柱的旋转角度信息和第一测量齿轮的旋转角度来检测转向角。根据本专利技术的第四方面，提供了一种主动转向状况监测系统，包括所述扭矩传感器或所述集成的扭矩和角度传感器或所述转向角传感器。本专利技术的传感器可用于车辆的各种功能，例如车身电子稳定系统、高级驾驶辅助系统、高度自动化驾驶(HAD)和故障保护或故障操作解决方案中。没有任何机械滞后现象，传感器制造成本也低。附图说明通过以下结合附图所作的详细描述，将更全面地理解本专利技术的前述和其它方面，附图包括：图1示出了车辆的转向柱和被构造成检测转向柱的转向扭矩的扭矩传感器。图2以俯视图示意性地示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的第一传导部分、第二传导部分和电磁载体的布置形式。图3以局部视图示意性地示出了磁场产生线圈的一个示例性实施例。图4以俯视图示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的输入旋转部件、输出旋转部件和电磁载体的布置形式。图5以沿图4中的A-A线所作的侧剖视图示出了所述布置形式。图6以三维视图示出了所述布置形式。图7以俯视图示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的输入旋转部件、输出旋转部件和电磁载体的布置形式。图8以沿图7中的B-B线所作的侧剖视图示出了所述布置形式。图9以三维视图示出了所述布置形式。图10以分解图示出了所述布置形式。图11示出了转向角传感器的一个示例性实施例。图12示例性地示出了两个测量出的角度θ和ψ的输出特性，其中，虚线表示θ。图13以分解图示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的集成的扭矩和角度传感器。图14以剖视图示出了处于装配状态下的集成的扭矩和角度传感器。具体实施方式下面，将参看附图更为详细地描述本专利技术的一些示例性实施例，以便更好地理解本专利技术的基本思想和优点。本专利技术的第一方面涉及一种被构造成用于检测车辆的转向柱的转向扭矩的扭矩传感器。扭矩传感器可以以各种配置形式形成，其中一种配置形式在图1中以非常示意性的视图示出。图1示出了车辆的转向柱1和被构造成用于检测转向柱1的转向扭矩的扭矩传感器2。如图1所示，转向柱1示例性地且示意性地被构造成包括自方向盘(未示出)的输入轴11、至转向轴连接器(未示出)的输出轴12以及连接在输入轴11与输出轴12之间的扭杆13。扭矩传感器2邻近扭杆13设置。本领域技术人员可以理解，利用扭杆13的材料的已知的力学特性，可以基于输入轴11相对于输出轴12的相对旋转角度来确定转向扭矩，该相对旋转角度可表征扭杆13的扭转变形。扭矩传感器2主要包括固定地安装在壳体(未示出)中的电磁载体21、可随输入轴11一起旋转的输入旋转部件22以及可随输出轴12一起旋转的输出旋转部件23。壳体可例如通过独立固定结构固定在车辆中。例如，输入旋转部件22固定在输入轴11上，输出旋转部件23固定在输出轴12上。根据本专利技术的一个示例性实施例，输入旋转部件22设置有第一传导部分，输出旋转部件23设置有第二传导部分，并且电磁载体21设置有磁场产生装置和磁场检测装置，其中，为清楚起见，图1中未示出第一传导部分、第二传导部分、磁场产生装置和磁场检测装置。磁场产生装置被配置为用于产生穿过第一传导部分和第二传导部分的磁场，并且磁场检测装置被配置为用于检测当转向柱1处于扭转应力下时由于第一传导部分和第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化。可以至少基于检测到的磁场的变化来确定转向扭矩。术语“传导的”是指“磁传导和/或电传导的”。根据本专利技术的一个示例性实施例，所述磁场检测装置可包括：第一磁场检测元件，用于检测由于第一传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化；以及第二磁场检测元件，用于检测由于第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化。在这种情况下，第一磁场检测元件和第二磁场检测元件优选地设置在电磁载体21的相反侧，使得第一磁场检测元件面对第一传导部分，第二磁场检测元件面对第二传导部分。根据本专利技术的一个示例性实施例，所述磁场产生装置可包括：第一磁场产生元件，用于产生穿过第一传导部分的第一磁场；以及第二磁场产生元件，用于产生穿过第二传导部分的第二磁场。在这种情况下，磁场检测装置检测由于第一传导部分在第一磁场中的位置变化引起的第一磁场的变化和由于第二传导部分在第二磁场中的位置变化引起的第二磁场的变化。然而，优选地，磁场产生装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其中，转向柱包括输入轴、输出轴和连接在输入轴与输出轴之间的扭杆，所述扭矩传感器包括：/n输入旋转部件，其可随输入轴一起旋转并设有第一传导部分；/n输出旋转部件，其可随输出轴一起旋转并设有第二传导部分；和/n电磁载体，其以位置固定的方式定位，并设有磁场产生装置和磁场检测装置，/n其中，磁场产生装置被配置为产生穿过第一传导部分和第二传导部分的磁场，磁场检测装置被配置为检测在转向柱处于扭转应力下时由于第一传导部分和第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，并且至少基于检测到的磁场的变化确定转向转矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于检测转向柱的转向扭矩的扭矩传感器，其中，转向柱包括输入轴、输出轴和连接在输入轴与输出轴之间的扭杆，所述扭矩传感器包括：
输入旋转部件，其可随输入轴一起旋转并设有第一传导部分；
输出旋转部件，其可随输出轴一起旋转并设有第二传导部分；和
电磁载体，其以位置固定的方式定位，并设有磁场产生装置和磁场检测装置，
其中，磁场产生装置被配置为产生穿过第一传导部分和第二传导部分的磁场，磁场检测装置被配置为检测在转向柱处于扭转应力下时由于第一传导部分和第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，并且至少基于检测到的磁场的变化确定转向转矩。


2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，
基于检测到的磁场的变化确定所述输入轴相对于输出轴的相对旋转角度，并且至少基于所述相对旋转角度确定转向扭矩。


3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器，其中，
电磁载体包括印刷电路板和电连接器，并且设有安装通孔，转向柱在使用时延伸穿过所述安装通孔，而且磁场产生装置和磁场检测装置设置在印刷电路板上。


4.根据权利要求2或3所述的扭矩传感器，其中，
磁场产生装置以优选环形的磁场产生线圈的形式配置；和/或
磁场检测装置以优选环形的磁场检测线圈的形式配置。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的扭矩传感器，其中，
至少基于检测到的由于第一传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，确定输入轴相对于电磁载体的第一旋转角度；
至少基于检测到的由于第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化，确定输出轴相对于电磁载体的第二旋转角度；和
基于第一旋转角度和第二旋转角度确定相对旋转角度。


6.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其中，
磁场检测装置包括用于检测由于第一传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化的第一磁场检测元件以及用于检测由于第二传导部分在磁场中的位置变化引起的磁场的变化的第二磁场检测元件；
优选地，第一磁场检测元件和第二磁场检测元件设置在电磁载体的相反侧，使得第一磁场检测元件面对第一传导部分，第二磁场检测元件面对第二传导部分。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的扭矩传感器，其中，
第一传导部分被构造成沿垂直于转向柱的纵向轴线的第一平面径向延伸，第二传导部分被构造成沿垂直于转向柱的纵向轴线的第二平面径向延伸。


8.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其中，
第一传导部分和/或第二传导部分被构造为金属嵌件；或
第一传导部分被构造为第一平坦状图案化结构，和/或第二传导部分被构造为第二平坦状图案化结构。


9.根据权利要求8所述的扭矩传感器，其中，
磁场产生装置至少在沿圆周方向的预定角度范围内具有变化的电磁特性，例如随位置而独特的线圈轨迹。


10.根据权利要求7-9中任一项所述的扭矩传感器，其中，
第一传导部分和第二传导部分与电磁载体相邻地设置在电磁载体的同一侧，优选电磁载体的与输入轴相邻的一侧。


11.根据权利要求7-10中任一项所述的扭矩传感器，其中，
第一平面比第二平面更靠近输入轴定位，使得第一传导部分和第二传导部分轴向彼此间隔开；或
第一平面和第二平面共面，使得第一传导部分和第二传导部分嵌入彼此中并且允许在一预定旋转角度范围内相对于彼此旋转。


12.根据权利要求11所述的扭矩传感器，其中，
第一平坦状图案化结构被配置为具有优选地沿周向分布的多个第一齿，和/或第二平坦状图案化结构被配置为具有优选地沿周向分布的多个第二齿。


13.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其中，
第一齿具有相同的形状和/或第二齿具有相同的形状，优选地，第一齿和第二齿具有相同的形状；和/或
第一齿的数量等于第二齿的数量；和/或
第一齿和第二齿彼此交错。


14.根据权利要求12或13所述的扭矩传感器，其中，
第一齿或第二齿在其外径向端处与外环连接，和/或第一齿或第二齿从内环径向延伸。


15.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其中，
第二齿包括多个第三齿和多个第四齿，其中，第三齿和第四齿交替分布，第一齿的数量、第三齿的数量和第四齿的数量彼此相等，第一齿位于第三齿的径向外侧而在它们...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·希尔，梁高峰，李响，陈国涛，
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