新型角度扭矩传感器研究

摘要

汽车行业是传感器市场各个分支中最大的一个。车用传感器在汽车的现代化智能系统中占据着非常重要的地位。随着整个社会对汽车的安全性、节能环保新能的需求的提高。越来越多的汽车都装备了电动助力转向器(EPS)以及电子稳定程序(ESP)和其他的智能控制系统。这些汽车用的电控系统能否正常有效的运行，不仅仅需要转向的转矩信号，同时也需要转向的角度信号。目前来说EPS转矩传感器以及ESP的转角传感器分别是两种相对独立的且应用了不同原理的器件。本文的主要工作是研究了一种可以安装于转向系统转向柱的非接触式的转矩、转向角都集成为一体的转向用传感器，通过对齿轮及磁路的仿真，将转矩、转角两种不同的传感器集成到一个整体传感器之上，实现了对转矩以及转角两个物理量的同时测量。
　　 本文介绍了目前常用于电动助力转向系统的转矩、转角传感器。目前情况普遍采用的多种不同的转矩传感器以及不同种类的转角传感器作出了较为详细的介绍，并针对他们各自的优缺点作出了综合的对比分析。在各种转矩以及转角传感器的理论基础之上，给出了一种新型的非接触式的转角转矩传感器。本文完成了该传感器的关键部份的机械结构的设计工作。采用霍尔元器件作为本传感器的敏感元件，针对霍尔元器件选取了合适的磁钢，利用ANSYS的永磁分析组件对磁路进行了仿真。完成了角度传感器部分的齿轮设计工作，并利用专业齿轮设计及仿真软件KISSSoft完成了齿形设计，并进行了仿真。完成了扭杆弹簧的设计工作，利用学校学习的扭矩计算方法进行了验算。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．3 本文研究领域、目的及研究内容

1．4 本章小结

第二章 转角及扭矩传感器原理

2．1 转角传感器的分类

2．2 绝对值转角传感器、相对值转角传感器

2．2．1 光电感应式角度传感器

2．2．2 电磁感应式传感器

2．2．3 电子传感器

2．3 扭矩传感器及其原理

2．3．1 电位计式

2．3．2 金属电阻应变片式

2．3．3 非接触式

2．3．4 光电式扭矩传感器

2．4 小结

第三章 霍尔转角传感器分析

3．1 磁电效应原理

3．2 霍尔效应和霍尔器件

3．3 霍尔集成电路

3．4 磁路设计原理

3．5 本章小结

第四章 齿轮结构分析

4．1 齿轮设计原理

4．1．1 模数以及压力角

4．1．2 齿轮齿数的分配

4．1．3 齿轮强度计算

4．2 KISSsoft齿轮设计

4．3 本章小结

第五章 磁路分析

5．1 磁路设计方法

5．1．1 永磁磁路的基本知识

5．1．2 磁路设计步骤

5．2 永磁有限元分析(ANSYS)

5．2．1 ANSYS三维静磁场参数化分析过程

5．3 本章小结

第六章 扭矩弹簧设计

6．1 基本性能的表征方式

6．1．1 特性线

6．1．2 扭杆的扭转刚度和柔度计算

6．1．3 扭杆弹簧所具有的固有频率、阻尼以及振幅的计算

6．2 扭杆弹簧以及固定件的设计

6．2．1 工作部分的设计

6．2．2 连接部分的相关设计

6．2．3 扭杆弹簧过渡部分的设计

6．2．4 扭杆弹簧的有效工作长度计算

6．3 本章小结

第七章 转角、扭矩传感器的机械结构

第八章 总结与展望

参考文献