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1、2009年第5期工业仪表与自动化装置·37·电感式扭矩传感器在电动助力转向系统中的应用刘强,于涌川,綦慧(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100124)摘要:扭矩传感器是汽车电动助力转向系统(EPS)的关键部件之一,其输出特性直接影响到EPS系统的控制性能。该文介绍了一种电感式转向盘扭矩传感器的原理,设计了传感器的信号调理电路,并在具体的EPS实验系统中得到了应用。实验结果表明,该扭矩传感器各项性能满足EPS系统的要求。关键词:扭矩传感器;电感式;AD623;AD630中图分类号:TM93文献标志码:A文章编号:1000-0682(2009)0
2、5-0037-03ApplicationofinductivetorquesensorinEPSLIUQiang,YUYongchuan,QIHui(CollegeofElectronicandControlEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:Thetorquesensorisoneofthekeypartsofanelectricpowersteering(EPS)system,andthecharacteristicofEPSsystemism
3、uchconcernedwiththeoutputofthetorquesensor.Theprincipleofaninductivesteeringtorquesensorwasproposed;thesignalprocessingcircuitofthesensorwasdesignedandappliedintheEPSexperimentalsystem.Theexperimentwascarriedout,ithasbeenfoundthatthesensorhasexcellentoutputcharacteristic,andcoul
4、dsatisfytherequirementofperformanceforEPStorquesensor.Keywords:torquesensor;inductive;AD623;AD630作用产生微小变形后引起电桥电阻变化,应变电桥0引言电阻的变化转变为电压信号的变化从而实现扭矩测近年来电动助力转向(EPS-ElectricPower量。该类型传感器受应变片材料及稳压电源精度影Steering)系统已成为汽车行业的热门课题之一,具响较大。有重要研究价值和巨大应用前景。EPS系统主要由(2)电位计式,该类型传感器主要可以分为旋车速传感器、扭矩传感器
5、、电流传感器、电子控制单臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结元(ECU)、电动机、电磁离合器以及减速机构等构构简单、可靠性能相对比较高,在早期应用比较多。成。ECU主要根据接收到的转向盘扭矩信号,通过该类型的传感器都属于接触式,存在磨损,降低了其分析、判断及查表计算,控制电机电流,从而产生合性能。适的助力,达到转向轻便的目的。因此,扭矩传感器(3)电感式,该类型传感器采用了非接触的测已成为汽车EPS系统中的关键部件之一。量方式,因而寿命长,可靠性高,不易受到磨损,有更目前,常用的扭矩传感器主要有以下形式:小的延时,受轴的偏转和轴向偏移的影响更
6、小,非常(1)金属电阻应变片式,该类型传感器是在弹适合EPS系统使用。性轴上粘贴应变片组成测量电桥,当弹性轴受扭矩该文介绍了电感式扭矩传感器的原理及其在EPS系统中的具体应用。收稿日期:2008-12-08基金支持:北京市教委科技创新平台项目支持(05002011200701)1电感式扭矩传感器的工作原理作者简介:刘强(1983),男,硕士研究生,研究方向为汽车电子技术。如图1所示,电感式传感器的输入轴和输出轴·38·工业仪表与自动化装置2009年第5期由扭杆连接起来,输入轴上有花键,输出轴上有键出放大的过程全部结束,然后将信号送至ECU。槽。2.1正
7、弦波发生电路图2扭矩信号调理框图正弦波发生电路选用的是文氏桥电路,如图3所示。产生的正弦波信号经过放大后,分两路发送,一路送至扭矩传感器,作为载波信号使用;另外一路送至相敏检波电路,作为检波时的参考信号使用。由于正弦波信号对后面的调理电路来说非常重要,图1电感式传感器结构图因此在文式桥电路后面增加了一级运放跟随,这样在扭矩传感器扭杆两端施加扭矩M时,扭杆将就得到了稳定的正弦波信号。发生变形,产生转角差Δθ,由材料力学可知132LΔθ=M=4M(1)kπDG式中:L为扭杆有效长度;G为扭杆材料剪切模量;D为扭杆轴有效直径;k为扭杆刚度。由式(1)可知,待
8、测扭矩M和扭杆的转角差Δθ成正比,因此求待测扭矩M可以转化为求扭杆的转角差Δθ,而扭杆的转角差
