[发明专利]汽车智能转向系统扭矩和角度传感器

说明书

本发明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。本发明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。

技术领域

本发明涉及汽车智能转向技术领域，特别涉及汽车智能转向系统扭矩和角度传感器。

背景技术

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θ_TB之内扭转。由于转向轴弹性装置作用，转向输入转角θ_SW与转向输出转角θ_SS之间存在一个转角差，这个转角差就是扭杆偏转角θ_TB。即有：θ_SW＝θ_SS+θ_TB。转向扭矩T_m与扭杆偏转角θ_TB之间具有线性关系：T_m＝k_TB·θ_TB，其中，k_TB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。

发明内容

本发明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。