1、总述
电动助力转向体系EPS(electricpowersteering)是一种直接依托电机供给辅佐扭矩的动力转向体系,与传统的液压助力转向体系HPS(hydraulicpowersteering)比较,EPS体系具有许多长处：仅在需求转向时才发动电机发生助力,能削减发动机燃油耗费；能在各种行进工况下供给最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩经过传动装置的效果而助力向系的扰动，改进轿车的转向特性,前进轿车的自动安全性；没有液压回路,调整和检测更简略,安装自动化程度更高,且可经过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短出产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。
EPS体系是未来动力转向体系的一个开展趋势。
图1 EPS结构图
如图1所示，EPS首要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速组织和电子操控单元(ECU)等组成。经过传感器勘探司机在转向操作时方向盘发生的扭矩或转角的巨细和方向，并将所需信息转化成数字信号输入操控单元,再由操控单元对这些信号进行运算后得到一个与行进工况相适应的力矩,最终宣布指令驱动电动机作业，电动机的输出转矩经过传动装置的效果而助力。因此扭矩传感器是EPS体系中最重要的器材之一。扭矩传感器的品种有许多，首要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非触摸式扭矩传感器等，随技能的前进将会有精度更高、本钱更低的传感器出现。
2、电位计式扭矩传感器
电位计式扭矩传感器首要能够分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其间扭杆式丈量结构简略、牢靠功用相对比较高，在前期使用比较多。
2.1EPS中扭杆式扭矩传感器的结构、原理
扭杆式扭矩传感器首要由扭杆绷簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆绷簧首要效果是检测司机效果在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋组织，将扭杆绷簧两头的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴能够在螺旋方向上移动，一同滑块经过一个销安装到输出轴上，能够相对于输出轴在笔直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴滚动时，滑块依照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，笔直移动。当滚动方向盘的时分，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现差错。该差错是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转视点，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之改动，电阻的改动经过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。
2.２扭杆式扭矩传感器的规划
扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因此扭杆式扭矩传感器的规划关键是扭杆的规划。扭杆经过细齿形渐开线花键和方向盘轴衔接，别的的一端经过径向销（直径D）与转向输出轴衔接，根本结构如图2所示。
图2 圆柱截面扭杆结构图
扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径
d0=(1.15~1.25)d,长度L=（0.5~0.7）d，为了防止过大的应力会集，选用过度圆角时，半径R=（3~5）d，扭杆的有用长度为l，d为扭杆有用长度的直径。
扭杆的改动刚度k是扭杆的一个重要的物理量，能够参照下面的公式核算。
当其遭到扭矩Ｔ的时分，其改动的切应力τ和变形角φ分别为：
其改动刚度为：
其间d-扭杆直径，有用长度，Ip惯性矩，Zi抗扭截面系数
图3
如图3为某扭矩传感器扭杆的实验曲线，曲线的斜率即为改动刚度k。
扭杆式扭矩传感器在前期的EPS中使用比较多，但因为是触摸式的，作业时发生的冲突使其易磨损，影响其精度，将会被逐渐筛选。
３、金属电阻应变片的扭矩传感器
传感器扭矩丈量选用应变电测技能。在弹性轴上张贴应变计组成丈量电桥，当弹性轴受扭矩发生细小变形后引起电桥电阻值改动，应变电桥电阻的改动转变为电信号的改动然后完结扭矩丈量。传感器就完结如下的信息转化：
传感器由弹性轴、丈量电桥、仪器用扩大器、接口电路组成。弹性轴是灵敏元件，在45度和135度的方向上发生最大压应力和拉应力，这个时分接受的主应力和剪应力持平，其核算公式为：
式中τ—主应力，此刻与σ持平
Ｗp-轴截面极矩
丈量电桥能够选用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥,其输出电压正比于改动轴所受的扭矩。应变片的电阻R1=R2=R3=R4＝R0,能够得到下面的式子：
Ｅ－轴资料的弹性模量
u－电桥的供电电压
S－电阻应变片的灵敏度系数
扩大电路选用仪器用扩大电路，它由专用仪器用扩大电路构成，也有三只单运放电路组合而成，扩大倍数为K，扩大后的电压Ｖ为：
为了使一同具有高精度，有必要使灵敏度系数为常数。
在金属电阻应变片的扭矩传感器中，需求处理的技能关键是：
(1)弹性轴的作业区域不应该大于弹性区域的1/3，且取初始段。为了将迟滞差错减低到最底，依照超载才能指数选取最大的轴径。
(2)选用LM型硅分散力敏全桥应变片，较好的灵敏性，很小的非线形度
(3)选用高精度的稳压电源。
４、非触摸式扭矩传感器
图4
如图4所示为非触摸式扭矩传感器的典型结构。输入轴和输出轴由扭杆衔接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受方向盘的滚动力矩效果发生改动时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对方位就被改动了。花键和键槽的相对位移改动量等于改动杆的改动量，使得花键上的磁感强度改动，磁感强度的改动，经过线圈转化为电压信号。信号的高频部分由检测电路滤波，仅有扭矩信号部分被扩大。非触摸扭矩传感器因为选用的对错触摸的作业方法，因此寿命长、牢靠性高，不易遭到磨损、有更小的延时、受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，现在现已广泛用于轿车和轻型车中，是EPS传感器的主流产品。
5、其它扭矩传感器
如图5所示为相位差传感方法来检测扭矩的扭矩传感器的结构和丈量原理图，这种传感器具有高精度，高重复性的特色。其丈量原理为：在受扭轴的两头各安上一个齿轮，对着齿面再各装一个电磁传感器，从传感器上就能感应出两个与动力轴非触摸的沟通信号。取出其信号的相位差，在这两个相位差之间，刺进由晶体震动器发生的高精度，高安稳的时钟信号。以这个时钟信号为基准，奇妙运用数字信号处理技能就能精确地测出所接受的扭矩。
图5
6、EPS扭矩传感器的开展趋势
跟着EPS体系的不断完善和开展，对扭矩传感器的精度、牢靠性和响应速度提出了跟高的要求。EPS扭矩传感器正出现以下的开展趋势：
（1）、测验体系向微型化!数字化、智能化、虚拟化和网络化方向开展;
（２）、从单功用向多功用开展,包含自补偿、自批改、自适应、自确诊、长途设定、状况组合、信息存储和回忆;
（3）、向着小型化、集成化方向开展。传感器的检测部分能够经过结构的合理规划和优化来完结小型化，IC部分能够整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个独自的%&&&&&%部件上，削减外部部件的数量。
（4）、由静态测验向动态在线检测方向开展。
