专利名称：一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，属于车辆电子助力转向系统。
背景技术：
在典型的电子助力转向系统中，转向盘连接于转向管柱，转向管柱分为两级，两级 传动轴之间由扭杆连接。第一级转向管柱上端与转向盘连接，第二级转向管柱下端与中间 轴连接，此中间轴固定于车架上，并最终与车辆的蜗轮蜗杆式转向机构连接。当转动方向盘 时，带动第一级传动轴转动，连接于传动轴末端的扭矩传感器可以感知扭杆的角位移。扭矩 传感器一般安装于第一级和第二级传动轴之间，扭杆也安装于此。扭矩传感器一般为非接 触型，它借助于一个扭杆，测量转向时扭杆产生的扭转变形，然后向转向控制器发送转向信 号，控制器接收到信号后，加以分析，向电机发送工作信号。电机驱动齿轮副，对第二级传动 轴提供助力，最终实现车轮的转向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的模块式的装有非接触式扭矩传感器的转向管 柱。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种装有非接触式扭矩传感器的转 向管柱，其内部设有一转轴及安装在转轴上的蜗轮，所述转轴上端部设有一罩型的支架，所 述转轴的中段与上端之间的任意位置通过定位器固定有扭矩传感器，所述扭矩传感器上罩 有一磁力罩，所述支架左侧面设有控制器，所述支架上部设有位移传感器，所述位移传感器 固定在转轴上。 为了便于扭矩传感器与控制器之间的信号传输，进一步的所述扭矩传感器与控 制器之间设有一通路。 为了便于扭矩传感器与控制器之间的信号传输，进一步的所述磁力罩右侧面设 有一与控制器信号传输的插头。 为了增加传动效率，本发明还提供的第二种技术方案一种装有非接触式扭矩传 感器的转向管柱，其内部为二级传动，分为前传动轴和后传动轴，所述前传动轴的中段与上 端之间的任意位置上通过定位器固定有扭矩传感器，所述前转轴上端部设有一罩型的支 架，所述后传动轴上设有蜗轮，所述扭矩传感器上罩有一磁力罩，所述支架左侧面设有控制 器，所述支架上部设有位移传感器，所述位移传感器固定在前转轴上。 为了便于扭矩传感器与控制器之间的信号传输，进一步的所述扭矩传感器与控 制器之间设有一通路，所述前传动轴通过一扭杆与后传动轴相连。 为了便于扭矩传感器与控制器之间的信号传输以及使得在二级传动中可以角度 调节，进一步的所述磁力罩右侧面设有一与控制器信号传输的插头，所述前传动轴通过节 点与后传动轴上部设置的空心轴相连。
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为了增加传动效率以及便于实现不同车辆的安装需要，本发明还提供的第三种技 术方案一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱内部为二级传动，分为前传动轴和后传 动轴，所述前传动轴的中段与上端之间的任意位置上设有扭矩传感器，所述扭矩传感器下 方设有位移传感器，所述后传动轴上设有蜗轮，所述扭矩传感器上罩有一磁力罩，所述磁力 罩右侧面设有一与控制器信号传输的插头，所述蜗轮罩于蜗轮箱内，所述蜗轮箱下部设有 控制器。 为了使在二级传动中可以角度调节，进一步的所述前传动轴通过节点与后传动 轴上部设置的空心轴相连。 本发明的优点是使车辆电子助力转向系统模块化，减轻了其本身的重量，并且提 供了多种解决方案，使得市场更多元话，且生产简单，易操作。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为车辆转向系统示意图。图2为装备电机的EPS系统平面图。图3为本发明的第一种实施例在EPS系统中的横断面图。图4为本发明的第二种实施例在EPS系统中的横断面图。图5为本发明的第三种实施例在EPS系统中的横断面图。图6为本发明的第四种实施例在EPS系统中的横断面图。图7为本发明的第五种实施例在EPS系统中的横断面图。图8为本发明的第六种实施例在EPS系统中的横断面图。图9为本发明的第七种实施例在EPS系统中的横断面图。图10为本发明的第八种实施例在EPS系统中的横断面图。图11为非接触式扭矩传感器的示意图。图中1、转轴；2、扭矩传感器；3、定位器；4、支架；5、磁力罩；6、通路；7、控制器
8、位移传感器；9、插头；10、前传动轴；11、后传动轴；12、扭杆；13、节点；14、空心轴；15、蜗 轮箱；16、蜗轮；17、助理转向系统；18、方向盘；19、助力电机；20、蜗杆；21、中间轴；22、万 向节；23、转向轮；24、齿轮箱；25、齿条；26、拉杆；27、转向节；28、紧固件；29、轴承保护套； 30保护轴承；31、轴衬；32、螺母；33、液体防漏塞；34、轴套；35、套筒；36、封套；37、固定把
手；38、固定块；39、螺钉；40、滚针轴承；202、变换器；204、磁域向量传感器；206、圆周带； 208、单独定义轴；214、力矩。
具体实施例方式
如3所示的一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其内部设有一转轴1及安 装在转轴1上的蜗轮16，所述转轴1上端部设有一罩型的支架4，所述转轴1的中段与上端 之间的任意位置上通过定位器3固定有扭矩传感器2，所述扭矩传感器2上罩有一磁力罩 5，所述支架4左侧面设有控制器7，所述支架4上部设有位移传感器8，所述位移传感器8 固定在转轴1上，所述扭矩传感器2与控制器7之间设有一通路6，所述通路6设置在助理 转向系统17上，通过通路6可以把矩传感器2的线束直接连接到位于转轴1靠近方向盘18一端的控制器3上。 同时参考图1、2可知，通过结合装有非接触式扭矩传感器的转向管柱、外部的助理转向系统17，以及方向盘23可组成一个EPS系统，EPS系统辅助驾驶员对转向轮23进行转向。方向盘18机械连接于转轴l，驾驶员转动方向盘18，把扭矩传递给转轴l，非接触式的扭矩传感器2可以测量到此转动扭矩，将测量施加在转轴1上的的扭矩信号通过通路6发送给控制器7，然后控制器7向助力电机19发送工作信号。助力电机19转动，带动机械连接的蜗杆20转动，通过蜗轮蜗杆传动副将助力传递给蜗轮16，从而驱动转轴1的转动提供助力，转轴1转动后，中间轴21 ，通过万向节22驱动位于齿轮箱24内的小齿轮旋转，从而带动齿条25移动并驱动转向横拉杆26，最终横拉杆26的移动驱动转向节27，从而实现转向轮23的转向。 固定在支架4上的角位移传感器8，可以检测到方向盘18转角的位置变化，并与控制器7进行通信，支架4紧贴在转轴1上(支架4和位移传感器8都位于靠近方向盘18的一端)。 上述所述的磁力罩5，可保护内部的扭矩传感器2不受磁力影响，保证其工作的稳定性，其通过紧固件28固定于轴承保护套29内，轴承保护套29包括一个保护轴承30和一个轴衬31，轴衬31保证磁力罩5能牢牢地固定在扭矩传感器2上。 参考图11，扭矩传感器2包括变换器202和一个磁域向量传感器204，变换器202包括一个或多个磁极区，磁性相同或相反的圆周带206,208单独定义轴26上的转换器区域。轴的210区域到A线的左侧及212区域到B的右侧此两个区域，只能通过检查这些区域是否有明显剩磁的方法与活跃区域区分。转轴l由特殊材料制作，此材料是铁磁的，具有理想的晶体构造。扭矩作用在转轴1的一端，并由转轴1传递到另一端，扭矩214驱动轴的转动最终转变为车轮的转向。如图所示，力矩214在转轴1的可见端为顺时针方向，很明显，此扭矩的方向对应与驾驶员转动方向盘18的方向。 磁域向量传感器204，是一个对磁域向量敏感的仪器，它位于转化器202的旁边，并且面对于转化器202，这样便于监测转换器202区域内，由于磁极由静圆周位置向螺旋方向再定位时出现的或多或少的磁量和磁极变化。磁域向量传感器204可以发出信号对扭矩214的扭矩大小作出反应，并把此信号传送给转向控制器7。 参考图2和图3，控制器7接收到扭矩传感器2传送来的信号，助力电机19输出信号使其开始工作。助力电机19开始工作，通过由蜗轮16和蜗杆20组成的运动副使转轴1发生转动，蜗轮16通过花键连接周向固定在转轴上，花键内有弹簧，螺母32把齿轮固定于转轴1上防止轴向窜动。轴承在轴承上承载蜗轮16。
参考图2，具有磁电性的液体防漏塞33，安装在助力电机19上。
参考图4，是本发明的一种可选型式。它与图3所示的可选型式基本相同。其区别在于外部为轴套34包括一个套筒35和一个封套36， 二者相互锁止，可以焊接在一起。由固定把手37和固定块38两处把轴套34固定在车架上。在固定块38通过螺钉39固定在转轴l上。由于本发明中的每种实施例中转轴1内结构都会有所不同，所以，对于本针对此种转轴1的内部结构，蜗轮16由轴承支撑，轴承紧压在转轴1上，卡在凹槽内。此外，蜗轮16和蜗杆20安装在蜗轮箱15内。参考图5，这种转轴的型式与图4所示类型相似，不同之处为蜗轮16由两个轴承支撑，轴承分列蜗轮16的两端，紧压在转轴1上，并且在转轴1上设置有卡槽，其卡槽位置在蜗轮上下两侧，而两轴承则卡在卡槽中。 图6所示的是本发明的另一种可选型式，这种转轴类似于图4所呈现的转轴型式。 其区别在于扭矩传感器2不是通过通路6在直接链接到控制器7上的，而是通过在磁力罩 5右侧面设有一与控制器7信号传输的插头9，然后通过插头9再连接到控制器7上。蜗轮 16由下部由两个轴承支撑，其紧压在转轴1上，而蜗轮16外部则有一个较大的蜗轮箱如图 所示，在上部由固定把手37固定。 图7，呈现的是另一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱结构，其内部为二级传 动，分为前传动轴IO和后传动轴11，它们由滚针轴承40径向支撑，所述前传动轴10的中段 与上端之间的任意位置上通过定位器3固定有扭矩传感器2，所述前转轴10上端部设有一 罩型的支架4，所述后传动轴11上设有蜗轮16，所述扭矩传感器2上罩有一磁力罩5，所述 支架4左侧面设有控制器7，所述支架4上部设有位移传感器8，所述位移传感器8固定在 前转轴10上。 驾驶员转动方向盘18，带着前传动轴10转动，扭矩传感器2测量到前传动轴10的 扭矩，并通过通路6把扭矩信号发送给控制器7，然后向助力电机19发送工作信号，助力电 机19开始工作后，它通过蜗杆蜗轮运动副驱动后传动轴11转动。蜗杆20和蜗轮16安装 在蜗轮箱15内。 图8，呈现的是转轴的选的另一种型式。型式类似于图7，其区别在于所述磁力罩 5右侧面设有一与控制器7信号传输的插头9，所述前传动轴IO通过节点13与后传动轴11 上部设置的空心轴14相连，从而可以进行角度调整。 图9，呈现的是本发明的另一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱结构，其分为 前传动轴IO和后传动轴ll，其前传动轴IO和后传动轴11的连接方式和固定方式同图7，所 述前传动轴10的中段与上端之间的任意位置上设有扭矩传感器2，所述扭矩传感器2下方 设有位移传感器8，所述后传动轴11上设有蜗轮16，所述扭矩传感器2上罩有一磁力罩5， 所述磁力罩5右侧面设有一与控制器7信号传输的插头9，所述蜗轮16罩于蜗轮箱15内， 所述蜗轮箱15下部设有控制器7。本实施例中的扭矩传感器2在转轴1上没有定位器3。
图IO，呈现的是转轴的选的另一种型式。型式类似于图7，其区别在于所述前传 动轴10通过节点13与后传动轴11上部设置的空心轴14相连，从而可以进行角度调整。
需要强调的是以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰， 均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述装有非接触式扭矩传感器的转向管柱内部设有一转轴(1)及安装在转轴(1)上的蜗轮(16)，所述转轴(1)上端部设有一罩型的支架(4)，所述转轴(1)的中段与上端之间的任意位置上通过定位器(3)固定有扭矩传感器(2)，所述扭矩传感器(2)上罩有一磁力罩(5)，所述支架(4)左侧面设有控制器(7)，所述支架(4)上部设有位移传感器(8)，所述位移传感器(8)固定在转轴(1)上。
2. 根据权利要求1所述的装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述扭矩 传感器(2)与控制器(7)之间设有一通路(6)。
3. 根据权利要求1所述的装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述磁力 罩(5)右侧面设有一与控制器(7)信号传输的插头(9)。
4. 一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱内部，其特征是所述装有非接触式扭矩 传感器的转向管柱内部为二级传动，分为前传动轴(10)和后传动轴(ll)，所述前传动轴 (10)的中段与上端之间的任意位置上通过定位器(3)固定有扭矩传感器(2)，所述前转轴 (10)上端部设有一罩型的支架(4)，所述后传动轴(11)上设有蜗轮(16)，所述扭矩传感器 (2)上罩有一磁力罩(5)，所述支架(4)左侧面设有控制器(7)，所述支架(4)上部设有位移 传感器(8)，所述位移传感器(8)固定在前转轴(10)上。
5. 根据权利要求4所述的装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述扭矩 传感器(2)与控制器(7)之间设有一通路(6)，所述前传动轴(10)通过一扭杆(12)与后传 动轴(11)相连。
6. 根据权利要求4所述的装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述磁力 罩(5)右侧面设有一与控制器(7)信号传输的插头(9)，所述前传动轴(10)通过节点(13) 与后传动轴(11)上部设置的空心轴(14)相连。
7. —种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱内部，其特征是所述装有非接触式扭矩 传感器的转向管柱内部为二级传动，分为前传动轴(10)和后传动轴(ll)，所述前传动轴 (10)的中段与上端之间的任意位置上设有扭矩传感器(2)，所述扭矩传感器(2)下方设有 位移传感器(8)，所述后传动轴(11)上设有蜗轮(16)，所述扭矩传感器(2)上罩有一磁力 罩(5)，所述磁力罩(5)右侧面设有一与控制器(7)信号传输的插头(9)，所述蜗轮(16)罩 于蜗轮箱(15)内，所述蜗轮箱(15)下部设有控制器(7)。
8. 根据权利要求7所述的装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其特征是所述前传 动轴(10)通过节点(13)与后传动轴(11)上部设置的空心轴(14)相连。
全文摘要
本发明涉及一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，属于车辆电子助力转向系统。一种装有非接触式扭矩传感器的转向管柱，其内部设有一转轴及安装在转轴上的蜗轮，所述转轴上端部设有一罩型的支架，所述转轴的中段与上端之间的任意位置通过定位器固定有扭矩传感器，所述扭矩传感器上罩有一磁力罩，所述支架左侧面设有控制器，所述支架上部设有位移传感器，所述位移传感器固定在转轴上。本发明的优点是使车辆电子助力转向系统模块化，减轻了其本身的重量，并且提供了多种解决方案，使得市场更多元话，且生产简单，易操作。
文档编号B62D5/04GK101786465SQ20101012869
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者毛靖, 王彦波, 陈箭 申请人:苏州萨克汽车科技有限公司