专利名称：能同时测量转向角与转矩的转向传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车转向器上使用的传感器，特别是转向器上使用的转向传感器。
背景技术：
目前，机动车转向器上使用的转向传感器(如CN2227050Y公开的机动车转向传感器)， 只能测量转向角，不能测量转向扭矩。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时测量转向角与转矩的转向传感器。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是-
能同时测量转向角与转矩的转向传感器，它包括输入轴、输出轴、扭杆、第一信号圆盘、 第二信号圆盘、第三信号圆盘；
扭杆的一端与输入轴连接，另一端与输出轴连接；
第一信号圆盘与输入轴连接，第二信号圆盘、第三信号圆盘与输出轴连接； 输入轴、输出轴、扭杆、第一信号圆盘、第二信号圆盘、第三信号圆盘同轴线。 上述的三个信号圆盘均为铁磁材料制成齿轮，三个信号圆盘外围设置有磁阻变换器组件， 磁阻变换器组件包括三个磁感应传感器，三个磁感应传感器分别设置在三个信号圆盘外围。 上述方案中，第二信号圆盘的齿数比第三信号圆盘的齿数多一个。
上述方案中，输入轴上设有衬套，第一信号圆盘通过衬套与输入轴连接；输入轴与衬套 同轴线；扭杆从衬套内穿过。
上述方案中，三个信号圆盘并排设置；输出轴为空心轴，第二信号圆盘、第三信号圆盘 与输出轴一端的外壁连接，扭杆插入输出轴并与输出轴的另一端的连接。
上述方案中，磁感应传感器为MR传感器。
上述方案中，所述输入轴通过轴销与衬套、扭杆连接。
上述方案中，所述输出轴通过轴销与扭杆连接。
上述方案中，第一信号圆盘与第二信号圆盘的齿数相同。
与现有技术相比，本发明取得了以下的技术效果
1、 通过三个铁磁材料制成齿轮的信号圆盘就可以的同时完成对转向扭矩和转向角的变换 与测量，结构简单，操作起来也很方便。
2、 第二信号圆盘和第三信号圆盘都固定在输出轴上，它们之间没有相对转动，但第三信 号圆盘要少一个齿，所以通过第二信号圆盘和第三信号圆盘可以计算出方向盘转过的绝对转 角。
33、 输入轴上设有衬套，第一信号圆盘通过衬套与输入轴连接，有利于调整第一信号圆盘 的位置。
4、 三个信号圆盘并排设置，有利于磁阻变换器组件及其三个磁感应传感器的布置，结构 简单，操作起来也很方便，精度也比较高。
5、 磁感应传感器为MR传感器，克服了磁敏电阻受温度的影响，进一步提高了测量的精 度；另外，MR传感器稳定性好，耐用性强，灵敏度高，可靠性好，响应速度快，工作寿命长。
6、 所述输入轴通过轴销与衬套、扭杆连接，输出轴通过轴销与扭杆连接，装置的拆卸更 换的方便。
图1为本发明实施例的结构剖视图
图2为本发明实施例的局部剖视图
图3为MR传感器的工作原理框图
图4为本发明实施例测量转矩的工作原理图
图5为本发明实施例测量转向、转角的工作原理图
其中l一第一信号圆盘、2—第二信号圆盘、3—第三信号圆盘、4一输入轴、5 —扭杆、 6—滚动衬套、7—磁阻变换器组件、8—输出轴、9一销轴。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步的描述。
如图1、 2所示的本发明能同时测量转向角与转矩的转向传感器实施例，它包括输入轴4、 输出轴8、扭杆5、第一信号圆盘l、第二信号圆盘2、第三信号圆盘3;扭杆5的一端与输 入轴4连接，另一端与输出轴8连接。第一信号圆盘1与输入轴4连接；第二信号圆盘2、 第三信号圆盘3与输出轴8连接。
上述的三个信号圆盘均为铁磁材料制成齿轮，第一信号圆盘与第二信号圆盘的齿数相同， 齿数均为36;第二信号圆盘的齿数比第三信号圆盘的齿数多一个，三个信号圆盘外围设置有 磁阻变换器组件7，磁阻变换器组件7包括三个磁感应传感器，三个磁感应传感器分别设置 在三个信号圆盘外围。磁感应传感器为MR传感器。
三个信号圆盘并排设置；输出轴8为空心轴，第二信号圆盘2、第三信号圆盘3与输出 轴8—端的外壁连接，扭杆5插入输出轴8并与输出轴8的另一端的连接。输入轴4上设有 衬套6，扭杆5从衬套6内穿过，第一信号圆盘1通过衬套6与输入轴4连接。
输入轴4、输出轴8、扭杆5、衬套6、第一信号圆盘l、第二信号圆盘2、第三信号圆盘 3同轴线。
输入轴4通过轴销9与衬套6、扭杆5连接。输出轴8通过轴销9与扭杆5连接。如图3所示，MR传感器工作原理为在传感器总成内有一个磁铁，可以产生一个稳定的 磁场。当信号圆盘旋转时，通过磁铁与圆盘之间的磁阻变换器组件的磁通量就会发生相应的 变化，其波形是准正弦波，从而引起K和R2的阻值发生不同的改变，阻值的变化使得半桥输 出的电压发生变化，阻值和输出电压的关系见式(1):
式中，^,为参考电压(V) F。",为传感器输出(V)
R,、 R2为磁阻变换器组件的阻值(Q)
转矩信号的采集和测量当扭杆受扭矩时，沿轴向相距为Z的任意两截面之间，将产生相
对扭转角p，其值为-
M ,、
式中G为剪切弹性模量，^为轴体截面的极惯性矩。
如图4所示，本实施例以扭角法测量车辆转向转矩。假设加载在方向盘上的扭矩为M， 通过输入轴，连同扭杆上端，带着第一信号圆盘一起转动，转过的角度记为9 1，装在滚动衬 套6上的第二信号圆盘2和第三信号圆盘3因为和扭杆的下端固定在一起，所以也会转过一 个角度，记为02。根据材料力学知识，此时扭杆的相对扭转角为^=0 1—6 2。将^带入到 公式(2)，即可得到扭矩M的值。这里的J在传感器结构设计时已经定义好。G和/p是常数。 该过程在电路上表现为由于第一信号圆盘1的转动，MK1半桥随周围磁场的改变输出一个 正弦波信号，记为V1A，另一半桥输出一余弦波形(两个半桥输出波形相位相差90° ，这是 由MR1封装时已设计好的结构决定的，MR2、 MR3同理)，记为V1B。 (V1A， V1B)是随转角变 化的电压信号。MR2在第二信号圆盘2转动，也会输出一个正弦波和余弦波V2A和V2B。因为 第一信号圆盘1和第二信号圆盘2齿数相同，所以受它们的影响而输出正弦波形的频率相同， 相位差是固定不变的。设MR1的相位为e^， MR2的相位为e^ 二者相位差即为061—662。 这个相位差就是转矩在电信号中的反映。
如图5所示，绝对转角信号的采集和测量在传感器中，绝对转角的测量是利用第二信 号圆盘2和第三信号圆盘3测量的。假设加载在方向盘上的扭矩为M，第二信号圆盘2和第 三信号圆盘3在扭矩的作用下，都会转过一定的角度，记第二信号圆盘2转过的角度为6 2，
第三信号圆盘3转过的角度为e 3，则绝对转角为e 3— e 2。根据第二信号圆盘和第三信号圆
盘的设计参数，第三信号圆盘3比第二信号圆盘2少一个齿，也就是说，第三信号圆盘3转 过一个齿比第二信号圆盘2转过一个齿要多出0.3° 。转向角为
5,"J — ，，，、 ,'、
—0 3x 360 (5)
该过程在电路上表现为第二信号圆盘的转动，MR2桥式电路随周围磁场的改变输出一 对正余弦波信号(V2A, V2B)，同理MR3桥式电路随第三信号圆盘3转动，也会输出一对正余 弦波信号(V3A， V3B)。因为第二信号圆盘2和第三信号圆盘3相差一个齿，所以(V2A， V2B) 和(V3A， V3B)两组信号的频率并不相同，随转角的变化，输出的两组波形的相位差也不断 变化。设(V2A， V2B)的相位为e。2, (V3A， V3B)的相位为6 e3，相位差即为9 ,2—0 e3。
所述的本发明的保护范围并不限于上述的实施例，其它与本发明实质相同的技术方案都 属于本发明保护的范围。
权利要求
1、能同时测量转向角与转矩的转向传感器，其特征在于它包括输入轴(4)、输出轴(8)、扭杆(5)、第一信号圆盘(1)、第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)；扭杆(5)的一端与输入轴(4)连接，另一端与输出轴(8)连接；第一信号圆盘(1)与输入轴(4)连接，第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)与输出轴(8)连接；输入轴(4)、输出轴(8)、扭杆(5)、第一信号圆盘(1)、第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)同轴线。上述的三个信号圆盘均为铁磁材料制成齿轮，三个信号圆盘外围设置有磁阻变换器组件(7)，磁阻变换器组件(7)包括三个磁感应传感器，三个磁感应传感器分别设置在三个信号圆盘外围。
2、 如权利要求l所述的转向传感器，其特征在于第二信号圆盘的齿数比第三信号圆盘 的齿数多一个。
3、 如权利要求1所述的转向传感器，其特征在于输入轴(4)上设有衬套(6)，第一 信号圆盘(1)通过衬套(6)与输入轴(4)连接；输入轴(4)与衬套(6)同轴线；扭杆(5) 从衬套(6)内穿过。
4、 如权利要求l所述的转向传感器，其特征在于三个信号圆盘并排设置；输出轴(8) 为空心轴，第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)与输出轴(8) —端的外壁连接，扭杆(5) 插入输出轴(8)并与输出轴(8)的另一端的连接。
5、 如权利要求l所述的转向传感器，其特征在于磁感应传感器为MR传感器。
6、 如权利要求3所述的转向传感器，其特征在于所述输入轴(4)通过轴销(9)与衬 套(6)、扭杆(5)连接。
7、 如权利要求4所述的转向传感器，其特征在于所述输出轴(8)通过轴销(9)与扭 杆(5)连接。
8、 如权利要求2所述的转向传感器，其特征在于第一信号圆盘与第二信号圆盘的齿数 相同。
全文摘要
本发明涉及能同时测量转向角与转矩的转向传感器，它包括输入轴(4)、输出轴(8)、扭杆(5)、第一信号圆盘(1)、第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)；扭杆(5)的一端与输入轴(4)连接，另一端与输出轴(8)连接；第一信号圆盘(1)与输入轴(4)连接，第二信号圆盘(2)、第三信号圆盘(3)与输出轴(8)连接；上述的三个信号圆盘均为铁磁材料制成齿轮，三个信号圆盘外围设置有磁阻变换器组件(7)，磁阻变换器组件(7)包括三个磁感应传感器，三个磁感应传感器分别设置在三个信号圆盘外围。本发明通过三个铁磁材料制成齿轮的信号圆盘就可以同时完成对转向扭矩和转向角的变换与测量，结构简单，操作起来也很方便。
文档编号G01B7/30GK101458063SQ20091006044
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者徐汉斌, 燕 赵 申请人:武汉理工大学