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汽车电动助力转向(EPS)中传感器的研究

张英福  
【摘要】: 在汽车电动助力转向(EPS)系统中,ECU要进行助力控制必须获得转动过程中的动态参数。这些参数主要有转向扭矩、方向盘位置角度及方向等,它们是ECU实施助力控制的重要依据。因此,测量这些参数的传感器是电动助力转向系统关键的部件之一。而车用传感器对使用环境,成本,稳定性等要求都比较高,这也是人们对它不断研究,更新的原因。随着微处理器技术的发展,成本的不断降低,以及对传感器性能要求的不断提高,智能传感器必将是未来传感器发展的方向,它具有设计简单,稳定性高,更新容易,等优点。本传感器中就嵌入了微处理器。 本文通过对扭矩测量方法的研究,使用新型角度测量芯片,设计了一种非接触式的,智能的,集成有扭矩测量、绝对位置角度测量和转动方向测量为一体的转向传感器。首先对扭矩测量方法和角度测量芯片TLE5011进行了介绍,并通过实验获得其角度测量的精度。它是整个测量系统的机械量到电量转化的重要桥梁。然后对扭矩测量方法进行介绍、比较,并根据汽车转向特性和角度测量芯片性能,提出了转向传感器的测量方法。通过测量扭杆的扭转变形角度测得扭矩。使用游标卡尺原理测量方向盘的绝对位置角度。在MCU中使用微分计算获得转动方向及转动速度。最后,根据测量方法提出了传感器的整体结构设计方案。传感器系统使用三个TLE5011角度测量芯片IC1、IC2、IC3。其中IC1与IC2由于扭杆的扭转变形会产生转角差,IC1与IC3由于传动比不同也会产生转角差,通过计算分析可以得到扭矩与转角差和方向盘转角与转角差之间的关系,最终转向参数的测量可以通过这三个角度测量芯片测得的角度值计算求得。传感器的设计包括机械结构设计、测量电路设计和测量程序设计。通过各章节的具体描述设计出了一个完整的传感器。


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