EPS轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角一體化傳感器的研究

方向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器是汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分,其輸出信號(hào)的品質(zhì)直接影響電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。結(jié)果表明,改進(jìn)算法不僅降低檢測(cè)概率的影響,同時(shí)也弱化了傳感器順序的影響。為了滿(mǎn)足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角的測(cè)量要求,本文研究了一種同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號(hào)的非接觸式智能傳感器。首先,本文對(duì)國(guó)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(duì)能夠同時(shí)提供復(fù)合信號(hào)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(duì)轉(zhuǎn)矩的常用測(cè)量方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。磁電阻效應(yīng)是對(duì)于一些磁性材料，當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，材料的電阻會(huì)發(fā)生變化的效應(yīng)。根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性及霍爾芯片的性能,提出了一種全新的測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩的同時(shí)測(cè)量。其次,通過(guò)對(duì)齒輪傳動(dòng)的推導(dǎo)分析,確定了齒輪的基本參數(shù)要求,并對(duì)傳感器總成中的各傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。再次,對(duì)傳感器的電路進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)。本文將傳感器的測(cè)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(duì)各測(cè)量電路進(jìn)行了選材和設(shè)計(jì)。

電阻應(yīng)變式壓力傳感器

將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致元件應(yīng)力和應(yīng)變的變化，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。電阻的變化經(jīng)電路處理后的以電信號(hào)的方式輸出，這就是電阻應(yīng)變片傳感器的工作原理。

電阻應(yīng)變片應(yīng)用的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。1988年，Grunberg和Baibich等人通過(guò)分子束外延的方法制備了Fe/Cr多層膜，并在其中發(fā)現(xiàn)了磁阻變化率達(dá)到50%以上。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的一種敏感元件。其中為了克服深反應(yīng)離子刻蝕關(guān)于深寬比不能做大的限制和降低噪聲，詳細(xì)介紹了電磁驅(qū)動(dòng)增大傳感器初始檢測(cè)電容的工作原理，通過(guò)嵌入可動(dòng)電極和電磁驅(qū)動(dòng)作用減小電容間隙，結(jié)果表明，電磁驅(qū)動(dòng)使得傳感器的電容間隙減小4μm，初始檢測(cè)電容由1。半導(dǎo)體應(yīng)變片需要粘貼在試件上測(cè)量試件應(yīng)變或粘貼在彈元件上間接地感受被測(cè)外力。利用不同構(gòu)形的彈元件可測(cè)量各種物體的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、扭矩、加速度等機(jī)械量。半導(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片相比，具有靈敏系數(shù)高（約高 50～100倍）、機(jī)械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點(diǎn)。

A1330器件介紹

為了滿(mǎn)足那些需要冗余傳感器的系統(tǒng)要求，A1330可提供單芯片和雙芯片版本，它們都包含有片上EEPROM技術(shù)，能夠支持多達(dá)100次的讀/寫(xiě)，可用于靈活的下線參數(shù)校準(zhǔn)。

兩個(gè)版本都非常適合需要0°至360°角度測(cè)量的車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用，例如EPS的電機(jī)位置測(cè)量，以及需要低延遲和高分辨率的泵類(lèi)與變速箱執(zhí)行器以及其他高速執(zhí)行器。目前在磁電阻傳感器領(lǐng)域性能為優(yōu)異、同時(shí)有應(yīng)用價(jià)值及潛力的當(dāng)屬GMR和TMR磁傳感器。A1330還包括有片上角度縮放功能，以支持小至11.25°等需要較短角位移的應(yīng)用，這些包括閥門(mén)位置、踏板位置和油箱油位感應(yīng)等。