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EPS轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角一體化傳感器的研究

方向盤的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器是汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分,其輸出信號的品質(zhì)直接影響電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。為了滿足電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對方向盤轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角的測量要求,本文研究了一種同時輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號的非接觸式智能傳感器。首先,本文對國內(nèi)外現(xiàn)有的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行了分析,并對能夠同時提供復(fù)合信號的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行了重點(diǎn)討論。

然后介紹了霍爾效應(yīng)的基本理論,并對轉(zhuǎn)矩的常用測量方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向特性及霍爾芯片的性能,提出了一種全新的測量方法,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩的同時測量。其次,通過對齒輪傳動的推導(dǎo)分析,確定了齒輪的基本參數(shù)要求,并對傳感器總成中的各傳動齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。再次,對傳感器的電路進(jìn)行了模塊化的設(shè)計。本文將傳感器的測量電路分為單片機(jī)管理模塊、轉(zhuǎn)矩傳感器芯片模塊、角度傳感器電路芯片模塊,并分別對各測量電路進(jìn)行了選材和設(shè)計。

RTD傳感器

當(dāng) 一邊測量RTD的電阻一邊改變它的溫度時，響應(yīng)幾乎是線性的，表現(xiàn)得像一個電阻器。如圖1所示，該RTD的電阻曲線并非完全呈線性，而是有幾度的偏差(示 出了一條用作參考的直線)-- 但卻是高度可預(yù)測并可復(fù)驗(yàn)的。為了對這種輕微的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，大多數(shù)設(shè)計人員都會對測得的電阻值進(jìn)行數(shù)字化處理，并使用微控制器內(nèi)的查找表以便應(yīng)用校正 因子。這種寬溫度范圍(大約-250℃至 750℃)內(nèi)的可復(fù)驗(yàn)性和穩(wěn)定性使RTD在應(yīng)用(包括在管道和大容器內(nèi)測量液體或氣體的溫度)中極為有用。

用 來處理RTD模擬信號的電路的復(fù)雜度基本上根據(jù)應(yīng)用而變化。放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等組件(這些組件會產(chǎn)生它們自己的誤差)是不可或缺的。只有當(dāng)測 量必要時才給傳感器供電 -- 通過該方法您也可實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，但這會使該電路復(fù)雜得多。而且，使傳感器通電所需的功率還會提高其內(nèi)部的溫度，從而影響測量準(zhǔn)確度。僅僅幾毫安的電流， 這種自加熱效應(yīng)就會產(chǎn)生溫度誤差(這些誤差是可糾正的，但需要進(jìn)一步的斟酌考量)。另外，請謹(jǐn)記:線繞式鉑RTD或薄膜RTD的成本可能相當(dāng)高，尤其當(dāng)與 IC傳感器的成本進(jìn)行比較時。

一種新型的高靈敏度磁探測器

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器作為一種新型的高靈敏度磁探測器， 其探測精度目前已接近SQUID器件并已達(dá)到fT 量級。同時這類傳感器又具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢，使其在未來發(fā)展?jié)摿薮蟆＞驮搹?fù)合式磁傳感器而言，進(jìn)一步提升器件的探測精度是其未來研究發(fā)展的主要方向。

一方面，繼續(xù)減小超導(dǎo)磁場放大器的狹窄區(qū)域?qū)挾戎? μm以下，同時增大磁場放大器的有效面積都可以將磁場放大倍數(shù)繼續(xù)提升至幾千甚至上萬倍，但是同時會對傳感器的工作區(qū)間以及小型化造成影響。另一方面，使用靈敏度更高的磁電阻傳感器件(TMR、巨磁阻抗器件(GMI)等[35])，將有望使得該復(fù)合式傳感器的磁場探測精度達(dá)到1fT，甚至0.1 fT 的量級。