CN212721465U - 扭矩角度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种扭矩角度传感器，安装在转向柱上，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板(3)，所述扭矩感应单元包括信号输入转子(4)和信号输出转子(1)，所述角度感应单元包括一中间齿轮(6)以及感应齿轮(8)，其中所述中间齿轮(6)与感应齿轮(8)啮合，所述感应齿轮(8)上设置有第一感应体(61)和第二感应体(62)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器、一种被配置用于监测车辆的转向状况的集成的扭矩角度传感器。
背景技术
扭矩角度传感器，将扭矩传感器和角度传感器集成组合在一起，用于测量车辆方向盘转动的角度和受到的扭矩大小。现有的扭矩角度传感器具有盖体、扭矩测量模块、角度测量模块、连接器和壳体。使用时，扭矩角度传感器安装在方向盘的转向管柱上，为保护扭矩角度传感器，转向管柱上还设置有组装在一起的外壳体和外盖体，用以收容并保护扭矩角度传感器，外盖体上设置有输入转接连接器和输出转接连接器，其中输入转接连接器用以与扭矩角度传感器的连接器电连接，输出转接连接器通过两端设置有连接器的与电子控制装置电连接，从而将扭矩角度传感器的信号传输到电子控制装置。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了扭矩角度传感器，其可以能够满足对于车辆方向盘转动的转向角度测量的冗余需求。
首先，根据本实用新型的一个方面，它提供了一种扭矩角度传感器，安装在转向柱上，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板，所述扭矩感应单元包括信号输入转子和信号输出转子，所述角度感应单元包括一中间齿轮以及感应齿轮，其中所述中间齿轮与感应齿轮啮合，所述感应齿轮上设置有第一感应体和第二感应体。
根据一个可行实施方式，其中，所述第一感应体是磁体，所述第二感应体是金属转子，所述第二感应体包括至少一个扇叶。
根据一个可行实施方式，其中，所述第一感应体和第二感应体通过焊接、镶件注塑或压入连接方式与感应齿轮固定在一起。
根据一个可行实施方式，其中，所述感应齿轮、第一感应体和第二感应体同轴设置，所述第一感应体与第二感应体间隔设置。
根据一个可行实施方式，其中，所述PCB板包括第一角度感应芯片和第二角度感应芯片，第一角度感应芯片是霍尔芯片，第二角度感应芯片是电磁感应芯片，或者，所述第二角度感应芯片采用电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感和光电式传感中的至少一种原理的芯片。
根据一个可行实施方式，其中，所述PCB板上设置有测量角度用的磁场产生和采集部件，该测量角度用的磁场产生和采集部件以印刷电路形成的线圈实现，按照一定旋绕规律旋绕形成，大致呈同心圆环状排布。
根据一个可行实施方式，其中，所述信号输入转子包括第一扇叶组，信号输出转子包括第二扇叶组。
根据一个可行实施方式，其中，所述信号输入转子、信号输出转子分别被构造成设置在车辆的转向柱的输入轴、输出轴相互相对的端部上，随同转向柱同轴旋转。
根据一个可行实施方式，其中，所述PCB板包括测量扭矩用的磁场产生和采集部件和扭矩感应芯片，所述PCB板采用电磁感应、电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感、光电式传感或霍尔式传感感应所述信号输入转子及信号输出转子的角度信号。
根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩角度传感器包括收容所述扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板的外壳。
与现有技术相比较，本实用新型扭矩角度传感器在其感应齿轮上设置第一感应体和第二感应体，分别被第一角度感应芯片和第二角度感应芯片感应，从而可以分别利用两种不同的感应原理得出两套独立的车辆方向盘转动的转向的绝对角度，不仅能够满足对于车辆方向盘转动的转向角度测量的冗余需求，检测信号更稳定可靠，而且成本低、不额外占用空间。
附图说明
通过以下结合附图所作的详细描述，将更全面地理解本实用新型的前述和其它方面，附图包括：
图1示出了被构造成检测方向盘转动的转向扭矩和角度的扭矩角度传感器的部分元件组装示意图，其中示出了扭矩感应单元和角度感应单元。
图2示出了被构造成检测方向盘转动的转向扭矩和角度的扭矩角度传感器的部分元件组装的剖视示意图，其中示出了扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板。
图3示出了被构造成检测方向盘转动的转向扭矩和角度的扭矩角度传感器的部分元件组装的又一示意图，其中示出了角度感应单元的第一感应体、第二感应体和PCB板。
具体实施方式
下面通过示范性实施例详细描述本实用新型。
下面，将参看附图更为详细地描述本实用新型的一些示例性实施例，以便更好地理解本实用新型的基本思想和优点。
车辆的转向柱(未示出)包括自方向盘的输入轴、至转向轴连接器(未示出)的输出轴以及连接在输入轴与输出轴之间的扭杆。当方向盘受力后，扭杆发生形变，利用扭杆的材料的已知的力学特性，可以基于输入轴相对于输出轴的相对旋转角度来确定方向盘转向的转向扭矩，该相对旋转角度可表征扭杆的扭转变形。车辆的转向柱的结构为本领域一般技艺人士所熟知，在此不赘述。
请参照图1至图3，本实用新型一实施方式的扭矩角度传感器，安装在转向柱上，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板3。扭矩感应单元包括信号输入转子4和信号输出转子1，角度感应单元包括一中间齿轮6以及感应齿轮8，其中中间齿轮6与感应齿轮8啮合，感应齿轮8上设置有第一感应体61和第二感应体62。
信号输入转子4包括第一扇叶组，信号输出转子1包括第二扇叶组。信号输入转子4、信号输出转子1分别被构造成设置在车辆的转向柱的输入轴、输出轴相互相对的端部上，具体地，信号输入转子4套设在转向柱的输入轴上，与输入轴同轴旋转，信号输出转子1套设在转向柱的输出轴上，与输出轴同轴旋转，使得输入轴与输出轴间的扭矩可转化为信号输入转子4与信号输出转子1间的扭矩，对信号输入转子4与信号输出转子1间的扭矩测量即可完成方向盘转向的扭矩测量。
感应齿轮8上的第一感应体61例如是磁体，第二感应体62例如是金属转子，本实施方式中，第二感应体62包括至少一个扇叶。第一感应体61和第二感应体62通过焊接、镶件注塑、压入等连接方式与感应齿轮8固定在一起。感应齿轮8、第一感应体61和第二感应体62同轴设置，第一感应体61与第二感应体62间隔设置，此处，间隔设置是指二者相隔一定距离而相互不接触。中间齿轮6套设并固定在信号输出转子1上，信号输出转子1与中间齿轮6可通过焊接、镶件注塑、压入等连接方式固定在一起。可以理解，在其他实施方式中，中间齿轮6可以套设并固定在信号输入转子4上。
本实施方式中，PCB板3套设在输入轴上，PCB板3包括测量扭矩用的磁场产生和采集部件(未图示)和扭矩感应芯片31，当信号输入转子4与信号输出转子1转动时，信号输入转子4的第一扇叶组和信号输出转子1的第二扇叶组切割PCB板产生的磁场，PCB板3上的扭矩感应芯片31通过电磁感应原理感应信号输入转子4的第一扇叶组和信号输出转子1的第二扇叶组的旋转角度，并乘以扭杆系数，从而测得两路交叉扭矩和角度信号。测量扭矩用的磁场产生和采集部件(未图示)以印刷电路形成的线圈实现。PCB板3也可采用其他常规方式，例如是采用电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感、光电式传感或霍尔式传感感应中至少一种原理的芯片，感应所述信号输入转子4及信号输出转子1的角度信号。
所述PCB板3包括第一角度感应芯片321和第二角度感应芯片322。第一角度感应芯片321是霍尔芯片，第二角度感应芯片322是电磁感应芯片。PCB板3上设置有测量角度用的磁场产生和采集部件323，该测量角度用的磁场产生和采集部件323以印刷电路形成的线圈实现，按照一定旋绕规律旋绕形成，大致呈同心圆环状排布，其旋绕圈数和旋绕规律根据实际需求和参数确定。当输入/输出轴转动角度大于360度时，且中间齿轮6驱动感应齿轮8，第一角度感应芯片321通过霍尔感应原理第一感应体61，感知和计算该感应齿轮8的转动的角度位置并向ECU控制单元(未图示)输出第一路圈数跟随信号，该第一路圈数跟随信号与扭矩感应芯片31计算出的一路初始的转角信号，在ECU控制单元内部在通过游标算法耦合精确地计算得出最终所需的车辆方向盘转动的绝对角度信号；另外，第二感应体62的扇叶切割PCB板产生的磁场，PCB板3上的第二角度感应芯片322通过电磁感应原理感应第二感应体62，感知和计算感应齿轮8的旋转角度并向ECU控制单元输出第二路圈数跟随信号，该第二路圈数跟随信号与扭矩感应芯片31计算出一路初始的转角信号，在ECU控制单元内部在通过游标算法耦合精确地计算得出最终所需的车辆方向盘转动的绝对角度信号。PCB板3上的第二角度感应芯片322还可以是其他类型的芯片，例如是采用电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感和光电式传感中的至少一种原理的芯片获取所述第二感应体62的角度信号。
本实用新型扭矩角度传感器还包括收容扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板3的外壳(未图示)，外壳的型状结构根据实际需求和参数确定，且外壳的形状结构为本领域一般技术人员所熟知，在此不赘述。
本实用新型扭矩角度传感器在其感应齿轮上设置第一感应体61和第二感应体62，分别被第一角度感应芯片321和第二角度感应芯片322感应，从而可以分别利用两种不同的感应原理得出两套独立的车辆方向盘转动的转向的绝对角度，不仅能够满足对于车辆方向盘转动的转向角度的冗余需求，检测信号更稳定可靠，而且成本低、不额外占用空间。
尽管这里参考特定实施例说明和描述了本实用新型，但是本实用新型并不限于所示的细节。而是，可以在本实用新型的范围内对这些细节进行各种修改。
Claims (10)
1.一种扭矩角度传感器，安装在转向柱上，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板(3)，其特征在于：所述扭矩感应单元包括信号输入转子(4)和信号输出转子(1)，所述角度感应单元包括一中间齿轮(6)以及感应齿轮(8)，其中所述中间齿轮(6)与感应齿轮(8)啮合，所述感应齿轮(8)上设置有第一感应体(61)和第二感应体(62)。
2.根据权利要求1所述的扭矩角度传感器，其中所述第一感应体(61)是磁体，所述第二感应体(62)是金属转子，所述第二感应体(62)包括至少一个扇叶。
3.根据权利要求2所述的扭矩角度传感器，其中所述第一感应体(61)和第二感应体(62)通过焊接、镶件注塑或压入连接方式与感应齿轮(8)固定在一起。
4.根据权利要求3所述的扭矩角度传感器，其中所述感应齿轮(8)、第一感应体(61)和第二感应体(62)同轴设置，所述第一感应体(61)与第二感应体(62)间隔设置。
5.根据权利要求4所述的扭矩角度传感器，其中所述PCB板(3)包括第一角度感应芯片(321)和第二角度感应芯片(322)，第一角度感应芯片(321)是霍尔芯片，第二角度感应芯片(322)是电磁感应芯片，或者，所述第二角度感应芯片(322)采用电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感和光电式传感中的至少一种原理的芯片。
6.根据权利要求5所述的扭矩角度传感器，其中所述PCB板(3)上设置有测量角度用的磁场产生和采集部件(323)，该测量角度用的磁场产生和采集部件(323)以印刷电路形成的线圈实现，按照一定旋绕规律旋绕形成，大致呈同心圆环状排布。
7.根据权利要求6所述的扭矩角度传感器，其中所述信号输入转子(4)包括第一扇叶组，信号输出转子(1)包括第二扇叶组。
8.根据权利要求7所述的扭矩角度传感器，其中所述信号输入转子(4)、信号输出转子(1)分别被构造成设置在车辆的转向柱的输入轴、输出轴相互相对的端部上，随同转向柱同轴旋转。
9.根据权利要求5所述的扭矩角度传感器，其中所述PCB板(3)包括测量扭矩用的磁场产生和采集部件和扭矩感应芯片(31)，所述PCB板(3)采用电磁感应、电阻应变式传感、电感式传感、电容式传感、压电式传感、光电式传感或霍尔式传感感应所述信号输入转子(4)及信号输出转子(1)的角度信号。
10.根据权利要求9所述的扭矩角度传感器，其中所述扭矩角度传感器包括收容所述扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板(3)的外壳。
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