RU73966U1 - TORQUE SENSOR FOR ELECTROMECHANICAL POWER STEERING - Google Patents

Abstract

Предполагаемое решение относится к автомобилестроению и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля. Технический результат предлагаемого решения - повышение точности измерения и помехоустойчивости и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности, который достигается тем, что в датчике крутящего момента, составленного из упругого элемента с предельным углом скручивания 8пр, связывающего входной и выходной валы, входного и выходного вращающихся трансформаторов с неподвижными статорными обмотками с числом пар полюсов р на электроизоляционных каркасах, закрепленными на корпусе усилителя руля и с вращающимися роторными обмотками с числом пар полюсов р на электроизоляционных каркасах, связанными соответственно с входным и выходным валами, электронного преобразователя в виде печатной платы, который включает в себя генератор последовательности входных сигналов, первый и второй фильтры низких частот, триггер Шмидта, синхронный детектор, третий фильтр низких частот, выходной усилитель, диагностический блок, каркасы со статорными обмотками соосно закреплены друг с другом посредством печатной платы и расположены с двух ее сторон, обмотки вращающихся трансформаторов расположены в продольных пазах на внешних цилиндрических поверхностях электроизоляционных каркасов, диагностический блок состоит из сумматора сигналов статорных обмоток выходного вращающегося трансформатора, выпрямителя сигналов сумматора, четвертого фильтра низких частот, компаратора и выходного ключа; число полюсов обмоток вращающихся трансформаторов 2р выбирается при заданном предельном угле скручивания δ_пр=3,5° и определяется из соотношения р≤δ_{эл max}/δ_пр, где максимальный угол скручивания в электрических градусах δ_{эл mах}≈30°; так же в частном случае, электронный преобразователь выполнен в виде микроконтроллера. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.The proposed solution relates to the automotive industry and can be used as a sensor for non-contact measurement of the torque of the steering shaft in the control system of an electromechanical power steering. The technical result of the proposed solution is to increase the accuracy of measurement and noise immunity and, as a consequence, to increase operational reliability, which is achieved by the fact that the torque sensor is composed of an elastic element with a maximum torsion angle of 8pr connecting the input and output shafts, input and output rotating transformers with fixed stator windings with the number of pairs of poles p on insulating frames fixed to the power steering housing and with rotating rotor windings with the number of pairs of poles p on the insulating frames associated respectively with the input and output shafts, an electronic converter in the form of a printed circuit board, which includes an input signal sequence generator, first and second low-pass filters, a Schmidt trigger, a synchronous detector, a third low-pass filter , output amplifier, diagnostic unit, frames with stator windings are coaxially fixed to each other by means of a printed circuit board and are located on its two sides, windings of rotating transformers are located in longitudinal grooves on the outer cylindrical surfaces of the insulating frames, the diagnostic unit is composed of the adder output signal of the rotary transformer stator windings, a rectifier adder signal, a fourth low-pass filter, a comparator and an output switch; the number of poles of the windings of rotating transformers 2p is selected for a given limiting torsion angle δ _pr = 3.5 ° and is determined from the ratio p≤δ _{el max} / δ _pr , where the maximum twist angle in electrical degrees δ _{el max} ≈30 °; also in the particular case, the electronic converter is made in the form of a microcontroller. 3 s.p. f-ly, 6 ill.

Description

Предлагаемое решение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами, и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля.The proposed solution relates to the automotive industry, namely to steering drives with servomechanisms, and can be used as a sensor for non-contact measurement of the torque of the steering shaft in the control system of an electromechanical power steering.

Известен сервомеханизм электроусилителя руля, описанный в заявке Великобритании N 1395954 (опубл. 29.05.1975 г.), содержащий торсионный элемент, соединяющий две части рулевого вала. Крутящий момент замеряется на торсионном элементе посредством следящего выключателя, выполненного в виде потенциометра, установленного на частях рулевого вала.A known servo-electric power steering described in UK application N 1395954 (publ. 05/29/1975), containing a torsion element connecting the two parts of the steering shaft. Torque is measured on the torsion element by means of a follow-up switch made in the form of a potentiometer mounted on parts of the steering shaft.

Недостатком конструкции является ее малая надежность, обусловленная наличием подвижного контакта в потенциометре. Кроме того, чувствительность потенциометра не позволяет производить точное измерение малых углов перемещения, характерных для датчика момента электромеханического усилителя руля.The disadvantage of the design is its low reliability, due to the presence of a movable contact in the potentiometer. In addition, the sensitivity of the potentiometer does not allow accurate measurement of small angles of movement characteristic of the torque sensor of an electromechanical power steering.

Известно устройство из патента США №4173265 (опубл. 06.11.1979 г.) для измерения крутящего момента на валу, содержащее вал, состоящий из 2-х частей, втулки, соединяющей обе части вала посредством упругого тела, на одной части вала закреплен постоянный магнит, на другой части вала напротив магнита расположен датчик величины магнитного поля, корпус с закрепленными контактами. При приложении крутящего момента к одной из частей вала вследствие деформации упругого тела магнит перемещается относительно датчика, который детектирует изменение магнитного поля, а угловое перемещение частей вала друг относительно друга является функцией приложенного крутящего момента и упругости упругого тела.A device is known from US patent No. 4173265 (publ. 06/11/1979) for measuring torque on a shaft containing a shaft consisting of 2 parts, a sleeve connecting both parts of the shaft by means of an elastic body, a permanent magnet is fixed on one part of the shaft , on the other side of the shaft opposite the magnet there is a magnetic field sensor, a housing with fixed contacts. When a torque is applied to one of the shaft parts due to deformation of the elastic body, the magnet moves relative to the sensor, which detects a change in the magnetic field, and the angular movement of the shaft parts relative to each other is a function of the applied torque and elasticity of the elastic body.

Недостатками этого устройства являются наличие проводов между вращающимся датчиком и выходными контактами, которые подвергаются многократному механическому воздействию, ограничение количества оборотов в одну сторону петлями проводов, необходимость настройки центра датчика и центра магнитного поля на магните механическим путем, недостаточная чувствительность устройства по причине того, что измерения осуществляются в зоне малых изменений магнитного поля через датчик при малых поворотах частей вала друг относительно друга, а также большой технологический разброс параметров постоянных магнитов.The disadvantages of this device are the presence of wires between the rotating sensor and the output contacts, which are subjected to repeated mechanical stress, the limitation of the number of revolutions in one direction by the wire loops, the need to adjust the center of the sensor and the center of the magnetic field on the magnet mechanically, insufficient sensitivity of the device because are carried out in the zone of small changes in the magnetic field through the sensor for small rotations of the shaft parts relative to each other, as well as Large technological variation in the parameters of permanent magnets.

Известны датчики крутящего момента, описанные в ряде заявок, например US 5394760 (опубл. 07.03.1995 г.). Указанные датчики состоят из входного кольцевого Known torque sensors described in a number of applications, for example, US 5394760 (publ. 03/07/1995). The indicated sensors consist of an input ring

трансформатора и вращающегося дискового передатчика с рядом катушек, установленных на входной части вала, и вращающегося дискового приемника с рядом катушек и выходных кольцевых трансформаторов, установленных на выходной части вала, схемного устройства для обработки выходного сигнала. Так же содержат опорные плиты для ограничения пути потока магнитной цепи и защитные экраны.a transformer and a rotating disk transmitter with a series of coils installed on the input part of the shaft, and a rotating disk receiver with a number of coils and output ring transformers installed on the output part of the shaft, a circuit device for processing the output signal. They also contain base plates to limit the flow path of the magnetic circuit and protective shields.

Недостатками датчиков являются их конструктивная и технологическая сложность из-за большого числа деталей, необходимость прецизионной сборки для обеспечения параллельности дисков, экранов, наличие трущихся частей, снижающих эксплуатационную надежность датчиков.The disadvantages of the sensors are their structural and technological complexity due to the large number of parts, the need for precision assembly to ensure parallel disks, screens, the presence of rubbing parts that reduce the operational reliability of the sensors.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для бесконтактного измерения крутящего момента из изобретения по авторскому свидетельству N 175275 (опубл. 21.09.1965 г.), взятое за прототип. Датчик крутящего момента включает торсионный вал, входной и выходной вращающиеся трансформаторы, выпрямительный мост, выполняющий роль преобразователя.The closest in technical essence is a device for non-contact measurement of torque from the invention according to the copyright certificate N 175275 (publ. 09/21/1965), taken as a prototype. The torque sensor includes a torsion shaft, input and output rotating transformers, a rectifier bridge acting as a converter.

Недостатками датчика крутящего момента, взятого за прототип, являются его недостаточные точность измерения и помехоустойчивость.The disadvantages of the torque sensor, taken as a prototype, are its lack of measurement accuracy and noise immunity.

Технический результат предлагаемого решения - повышение точности измерения и помехоустойчивости и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности.The technical result of the proposed solution is to increase the accuracy of measurement and noise immunity and, as a result, increase operational reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчике крутящего момента для электромеханического усилителя руля, составленного из упругого элемента с предельным углом скручивания δ_пр, связывающего входной вал электромеханического усилителя руля с выходным валом, входного и выходного вращающихся трансформаторов, которые включают неподвижные статорные обмотки с числом пар полюсов р, расположенные на электроизоляционных каркасах и закрепленные на корпусе усилителя руля и вращающиеся роторные обмотки с числом пар полюсов р, расположенные на электроизоляционных каркасах и связанные соответственно с входным и выходным валами, электронного преобразователя в виде печатной платы, при чем электронный преобразователь включает в себя генератор последовательности входных сигналов, соединенный через первый и второй фильтры низких частот с обмотками входного вращающего трансформатора, триггер Шмидта, вход которого соединен с одной из обмоток выходного вращающегося трансформатора, а выход триггера Шмидта соединен с входом синхронного детектора, далее третий фильтр низких частот, соединенный с выходным усилителем, диагностический блок, электроизоляционные каркасы с неподвижными статорными обмотками соосно закреплены друг с другом посредством печатной платы и расположены с двух ее сторон, обмотки вращающихся The specified technical result is achieved by the fact that in the torque sensor for the electromechanical power steering, composed of an elastic element with a limiting torsion angle δ _pr connecting the input shaft of the electromechanical power steering with the output shaft, input and output rotary transformers, which include fixed stator windings with a number pairs of poles of p located on the insulating frames and mounted on the housing of the power steering and rotating rotor windings with the number of pairs of poles of p, located on the insulating frames and associated respectively with the input and output shafts of the electronic converter in the form of a printed circuit board, wherein the electronic converter includes an input signal sequence generator connected through the first and second low-pass filters to the windings of the input rotary transformer, Schmidt trigger, input which is connected to one of the windings of the output rotary transformer, and the output of the Schmidt trigger is connected to the input of the synchronous detector, then the third filter p low frequencies coupled to the output amplifier, the diagnostic unit, insulating frames with fixed stator windings secured coaxially to each other through the printed circuit board and located on both sides thereof, the rotating winding

трансформаторов расположены в продольных пазах на внешних цилиндрических поверхностях электроизоляционных каркасов, диагностический блок состоит из сумматора сигналов статорных обмоток выходного вращающегося трансформатора, выпрямителя сигналов сумматора, четвертого фильтра низких частот, компаратора и выходного ключа; число полюсов обмоток вращающихся трансформаторов 2р выбирается при заданном предельном угле скручивания δ_пр=3,5° и определяется из соотношения p≤δ_{эл max}/δ_пр, где максимальный угол скручивания в электрических градусах δ_{эл max}≈30°; так же в частном случае, электронный преобразователь выполнен в виде микроконтроллера, имеющего, по крайней мере, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, четыре входных ключа и выходной цифро-аналоговый преобразователь.transformers are located in longitudinal grooves on the outer cylindrical surfaces of the insulating frames, the diagnostic unit consists of an adder of signals of the stator windings of the output rotating transformer, a rectifier of the adder signals, a fourth low-pass filter, a comparator and an output key; the number of poles of the windings of rotating transformers 2p is selected for a given limiting torsion angle δ _pr = 3.5 ° and is determined from the ratio p≤δ _{el max} / δ _pr , where the maximum twist angle in electric degrees is δ _{el max} ≈30 °; also in the particular case, the electronic converter is made in the form of a microcontroller having at least a two-channel analog-to-digital converter, four input keys and an output digital-to-analog converter.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет выполнения преобразователя определенным образом и выбора величины сдвига фаз между входным и выходным напряжением входного и выходного вращающихся трансформаторов, соответственно, в качестве параметра измерения, а не величины выходного напряжения, как в прототипе, удалось повысить точность измерения крутящего момента и помехоустойчивость датчика крутящего момента.The essence of the proposed technical solution is that due to the implementation of the Converter in a certain way and the choice of the phase shift between the input and output voltage of the input and output rotating transformers, respectively, as a measurement parameter, and not the value of the output voltage, as in the prototype, it was possible to increase accuracy of torque measurement and noise immunity of the torque sensor.

На фиг.1 показан предложенный датчик крутящего момента в разрезе, на фиг.2 показан фрагмент электроизоляционного каркаса с обмотками, на фиг.3 показана электрическая-функциональная схема датчика крутящего момента, на фиг.4 показана электрическая-функциональная схема варианта исполнения датчика крутящего момента, когда электронным преобразователем является микроконтроллер, на фиг.5 показана графическая зависимость выходного сигнала датчика крутящего момента от величины угла скручивания (в электрических градусах) между входным и выходным валами, на фиг.6 показана графическая зависимость выходного сигнала датчика крутящего момента от величины крутящего момента, приложенного к входному валуFigure 1 shows the proposed torque sensor in the context, figure 2 shows a fragment of an insulating frame with windings, figure 3 shows the electrical and functional diagram of the torque sensor, figure 4 shows the electrical and functional diagram of an embodiment of the torque sensor when the electronic converter is a microcontroller, figure 5 shows a graphical dependence of the output of the torque sensor on the value of the angle of twist (in electrical degrees) between the input and output m shafts 6 is a graphical depiction of the torque sensor output signal from the torque applied to the input shaft

Датчик крутящего момента для электромеханического усилителя руля состоит из следующих узлов и деталей. Датчик крутящего момента 1 содержит упругий элемент 2, связанный соответственно с входным 3 и выходным 4 валами. Так же датчик момента 1 содержит входной ВТ1 5 и выходной ВТ2 6 вращающиеся трансформаторы, работающие в синусно-косинусном режиме, электронный преобразователь 7 для подачи питания и обработки выходных сигналов вращающихся трансформаторов,. ВТ1 5 состоит из неподвижных статорных обмоток 8 (обмотка возбуждения F1 и квадратурная обмотка КЛ) на электроизоляционном каркасе 9, расположенном на корпусе усилителя руля и вращающихся роторных обмоток 10 (sin-обмотка SI и cos-обмотка С1) на электроизоляционном каркасе 9, расположенном на упругом элементе 2, связанном с The torque sensor for an electromechanical power steering consists of the following components and parts. The torque sensor 1 contains an elastic element 2 connected respectively to the input 3 and output 4 shafts. The torque sensor 1 also contains an input VT1 5 and an output VT2 6 rotating transformers operating in a sine-cosine mode, an electronic converter 7 for supplying power and processing the output signals of the rotating transformers. BT1 5 consists of stationary stator windings 8 (field winding F1 and KL quadrature winding) on an electrical insulating frame 9 located on the power steering housing and rotating rotor windings 10 (sin-winding SI and cos-winding C1) on an electrical insulating frame 9 located on elastic element 2 associated with

входным валом 3, причем все обмотки соосные и симметричные относительно общей оси. ВТ2 6 состоит из неподвижных статорных обмоток 11 (sin-обмотка S2 и cos-обмотка С2) на электроизоляционном каркасе 9, расположенном на корпусе усилителя руля и вращающихся роторных обмоток 12 (обмотка возбуждения F2 и квадратурная обмотка К2) на электроизоляционном каркасе 9, расположенном на упругом элементе 2, связанном с выходным валом 4, причем все обмотки соосные и симметричные относительно общей оси. Обмотки вращающихся трансформаторов размещены в продольных пазах 13 на внешних цилиндрических поверхностях электроизоляционных каркасов 9. Электронный преобразователь 7 выполнен в виде печатной платы с элементами и выполняет функции питания обмоток входного вращающегося трансформатора «sin-cos» напряжением и обработки сигналов выходного вращающегося трансформатора с целью получения информации о вращающем моменте. Неподвижные обмотки 8, 11 входного 5 и выходного 6 вращающихся трансформаторов с каркасами 9 жестко соосно соединены друг с другом посредством печатной платы 7 и расположены по разные ее стороны. Каркасы 9 с вращающимися обмотками 10, 12 входного 5 и выходного 6 вращающихся трансформаторов расположены концентрически внутри каркасов 9 с неподвижными обмотками 8, 11 на упругом элементе 2, связанном соответственно с входным 3 и выходным 4 валами. Вращающиеся обмотки 10, 12 вращающихся трансформаторов соединены согласно.input shaft 3, and all windings are coaxial and symmetrical about a common axis. VT2 6 consists of fixed stator windings 11 (sin-winding S2 and cos-winding C2) on an electrical insulating frame 9 located on the power steering housing and rotating rotor windings 12 (field winding F2 and quadrature winding K2) on an electrical insulating frame 9 located on an elastic element 2 connected to the output shaft 4, and all windings are coaxial and symmetrical with respect to the common axis. The windings of rotating transformers are placed in longitudinal grooves 13 on the outer cylindrical surfaces of the insulating frames 9. The electronic converter 7 is made in the form of a printed circuit board with elements and performs the functions of supplying voltage to the windings of the input rotary transformer “sin-cos” and processing the signals of the output rotary transformer in order to obtain information about the torque. Fixed windings 8, 11 of input 5 and output 6 of rotating transformers with frames 9 are rigidly coaxially connected to each other by means of a printed circuit board 7 and are located on its different sides. Frames 9 with rotating windings 10, 12 of input 5 and output 6 of rotary transformers are concentrically inside the frames 9 with fixed windings 8, 11 on an elastic element 2 connected respectively to input 3 and output 4 shafts. Rotating windings 10, 12 of rotating transformers are connected according to.

Электронный преобразователь 7 состоит из генератора последовательности входных сигналов 14, выдающего три последовательности прямоугольных импульсов одинаковой частоты и синхронизированные друг с другом, первый выход которого соединен с первым фильтром низких частот 15, второй выход - со вторым фильтром низких частот 16, выходы фильтров соединены с обмоткой возбуждения F1 и квадратурной обмоткой К1 (статорными обмотками 8) ВТ1, соответственно. Электронный преобразователь включает в себя также триггер Шмидта 17 вход, которого соединен с sin-обмоткой S2 (одной из статорных обмоток 11) ВТ2, а выход соединен с первым входом синхронного детектора 18, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора 14. Выход синхронного детектора 18 соединен с третьим фильтром низких частот 19, выход которого соединен с выходным усилителем 20 преобразователя.The electronic Converter 7 consists of a generator of a sequence of input signals 14, issuing three sequences of rectangular pulses of the same frequency and synchronized with each other, the first output of which is connected to the first low-pass filter 15, the second output - to the second low-pass filter 16, the outputs of the filters are connected to the winding excitation F1 and quadrature winding K1 (stator windings 8) VT1, respectively. The electronic converter also includes a Schmidt trigger 17 input, which is connected to the sin-winding S2 (one of the stator windings 11) BT2, and the output is connected to the first input of the synchronous detector 18, the second input of which is connected to the third output of the generator 14. The output of the synchronous detector 18 is connected to a third low-pass filter 19, the output of which is connected to the output amplifier 20 of the converter.

Для реализации функции диагностики одиночных обрывов и коротких замыканий в цепях вращающихся трансформаторов, а также исправности цепей первого и второго выходов генератора 14, в электронный преобразователь введен диагностический блок 21, состоящий из сумматора 22 сигналов «sin-cos» обмоток ВТ2, выпрямителя 23 сигналов сумматора, четвертого фильтра нижних частот 24, компаратора 25, выходного ключа 26.To implement the diagnostic function of single breaks and short circuits in the circuits of rotating transformers, as well as the serviceability of the circuits of the first and second outputs of the generator 14, a diagnostic unit 21 is introduced into the electronic converter, consisting of an adder 22 of the sin-cos signals of the VT2 windings, a rectifier 23 of the adder signals , a fourth low-pass filter 24, a comparator 25, an output key 26.

Датчик момента работает следующим образом.The torque sensor operates as follows.

С выходов генератора последовательности входных сигналов 14 прямоугольные импульсы со скважностью 2, смещенные друг относительно друга на четверть периода подаются через фильтры нижних частот 15, 16 на обмотку возбуждения F1 и квадратурную обмотку К.1 (статорные обмотки 9) ВТ1. Сигнал с «sin-cos» обмоток S1, C1 (роторные обмотки) ВТ1 поступает на обмотку возбуждения F2 и квадратурную обмотку К2 (роторные обмотки 12) ВТ2.From the outputs of the generator of the input signal sequence 14, rectangular pulses with a duty cycle of 2, offset from each other by a quarter of the period, are fed through low-pass filters 15, 16 to the excitation winding F1 and quadrature winding K.1 (stator windings 9) VT1. The signal from the sin-cos windings S1, C1 (rotor windings) of VT1 is fed to the field winding F2 and quadrature winding K2 (rotor windings 12) of VT2.

При вращающем моменте равном нулю, роторные обмотки вращающихся трансформаторов неподвижны относительно друг друга и пары напряженийWhen the torque is equal to zero, the rotor windings of the rotating transformers are stationary relative to each other and the voltage pair

статорных обмоток вращающихся трансформаторов совпадают по фазе, соответственно, где - круговая частота питающего напряжения.stator windings of rotating transformers are in phase, respectively, where - circular frequency of the supply voltage.

При возникновении крутящего момента электромеханического усилителя руля, роторные обмотки выходного вращающегося трансформатора смещаются в пределах упругой деформации упругого элемента на угол δ=γ-θ, где γ и θ углы поворота роторов выходного и входного вращающихся трансформаторов относительно их статоров, и на выходе статорных обмоток выходного вращающегося трансформатора появляются «sin-cos» напряжения:When a torque occurs, the electromechanical power steering, the rotor windings of the output rotating transformer are shifted within the elastic deformation of the elastic element by an angle δ = γ-θ, where γ and θ are the rotation angles of the rotors of the output and input rotating transformers relative to their stators, and at the output of the stator windings of the output A rotary transformer appears sin-cos voltage:

, ,

сдвинутые по фазе относительно напряжений статорных обмоток входного вращающегося трансформатора. Этот сдвиг в пределах малых углов пропорционален крутящему моменту и обрабатывается электронным преобразователем.phase shifted relative to the voltage of the stator windings of the input rotary transformer. This shift within small angles is proportional to the torque and is processed by an electronic converter.

Количество полюсов обмоток вращающихся трансформаторов 2р выбирается, исходя из заданной точности измерения момента и обеспечения работы на близком к линейному участке синусоиды (Фиг.5). В нашем случае, при предельном угле скручивания δ_пр=3,5°, соответствующий угол в электрических градусах δ_{эл max}≈30°, что обеспечивает рабочие участки синусоиды NM от 0° до 30° и -MN от -30° до 0° близкие к линейным. Таким образом, число пар полюсов обмоток вращающихся трансформаторов определяется как р≤δ_{эл max}/δ_пр, т.е. р≈9 и число полюсов 2р=18The number of poles of the windings of rotating transformers 2p is selected on the basis of a given accuracy of measuring the moment and ensuring operation at a close to linear section of the sinusoid (Figure 5). In our case, with a limiting torsion angle δ _pr = 3.5 °, the corresponding angle in electric degrees is δ _{el max} ≈30 °, which provides working sections of the sinusoid NM from 0 ° to 30 ° and -MN from -30 ° to 0 ° close to linear. Thus, the number of pairs of poles of the windings of rotating transformers r≤δ defined as _{E max} / δ _ave, i.e. p≈9 and the number of poles 2p = 18

Выходной сигнал «sin-cos» обмоток S2, С2 ВТ2 имеет синусоидальную форму и для улучшения помехоустойчивости он преобразовывается к прямоугольному виду с помощью триггера Шмидта 17. С выхода триггера Шмидта 17 сигнал поступает на The output signal "sin-cos" of the windings S2, C2 VT2 has a sinusoidal shape and to improve noise immunity it is converted to a rectangular shape using a Schmidt trigger 17. From the output of the Schmidt trigger 17, the signal is fed to

синхронный детектор 18, который управляется прямоугольными импульсами с третьего выхода генератора последовательности входных сигналов 14. В результате, на выходе синхронного детектора появляется последовательность прямоугольных импульсов со скважностью прямопропорциональной углу δ, которая после выделения постоянной составляющей фильтром низких частот 19 подается на выходной усилитель 20 преобразователя, усиливающий выходной сигнал до требуемого уровня.a synchronous detector 18, which is controlled by rectangular pulses from the third output of the input signal sequence generator 14. As a result, a sequence of rectangular pulses with a duty cycle of a directly proportional angle δ appears at the output of the synchronous detector, which, after isolating the DC component by the low-pass filter 19, is supplied to the converter output amplifier 20, amplifying output to the desired level.

Диагностический блок 21 работает следующим образом. При неисправностях в цепях первого и второго выходов генератора 14, а также ВТ1 и ВТ2, сумма напряжений на «sin-cos» обмотках S2, С2 ВТ2 будет меньше суммы этих напряжений при исправных вышеуказанных цепях. Соответственно, величина напряжения на выходе четвертого фильтра нижних частот 24 является диагностическим признаком. Это напряжение управляет через компаратор 25 ключом 26 на выходе выходного усилителя 20. При исправной работе датчика, сигнал на выходе датчика момента находится в рабочей области на графике Фиг.6, срабатывание ключа 26 выводит выходной сигнал в одну из двух областей сигналов диагностики (в нашем случае в нижнюю).Diagnostic unit 21 operates as follows. In case of malfunctions in the circuits of the first and second outputs of the generator 14, as well as VT1 and VT2, the sum of the voltages on the sin-cos windings S2, C2 VT2 will be less than the sum of these voltages with the above circuits operational. Accordingly, the voltage at the output of the fourth low-pass filter 24 is a diagnostic feature. This voltage controls, through the comparator 25, the key 26 at the output of the output amplifier 20. When the sensor is working properly, the signal at the output of the torque sensor is in the working area on the graph of Figure 6, the operation of the key 26 outputs the output signal to one of two areas of the diagnostic signals case to the bottom).

Одним из вариантов может быть исполнение части или всего электронного преобразователя в виде микроконтроллера (Фиг.4), имеющего, по крайней мере, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, четыре входных ключа и выходной цифро-аналоговый преобразователь.One of the options may be the execution of part or all of the electronic converter in the form of a microcontroller (Figure 4), which has at least a two-channel analog-to-digital converter, four input keys and an output digital-to-analog converter.

Заявляемый датчик момента для электромеханического усилителя руля позволяет при использовании всех отличительных признаков построить устройство с повышенной точностью измерения, компактное и недорогое.The inventive torque sensor for an electromechanical power steering allows using all the distinguishing features to build a device with increased measurement accuracy, compact and inexpensive.

Экспериментальные исследования предлагаемого датчика момента показали, что предлагаемое техническое решение промышленно применимо и может найти применение в системах электромеханического усилителя руля.Experimental studies of the proposed torque sensor showed that the proposed technical solution is industrially applicable and can find application in systems of an electromechanical power steering.

Claims (4)

1. Датчик крутящего момента для электромеханического усилителя руля, составленный из упругого элемента с предельным углом скручивания δ_пр, связывающего входной вал электромеханического усилителя руля с выходным валом входного и выходного вращающихся трансформаторов, которые включают неподвижные статорные обмотки с числом пар полюсов р, расположенные на электроизоляционных каркасах и закрепленные на корпусе усилителя руля, и вращающиеся роторные обмотки с числом пар полюсов р, расположенные на электроизоляционных каркасах и связанные соответственно с входным и выходным валами электронного преобразователя в виде печатной платы, отличающийся тем, что электронный преобразователь включает в себя генератор последовательности входных сигналов, соединенный через первый и второй фильтры низких частот с обмотками входного вращающего трансформатора, триггер Шмидта, вход которого соединен с одной из обмоток выходного вращающегося трансформатора, а выход триггера Шмидта соединен с входом синхронного детектора, далее третий фильтр низких частот, соединенный с выходным усилителем, диагностический блок; электроизоляционные каркасы с неподвижными статорными обмотками соосно закреплены друг с другом посредством печатной платы и расположены с двух ее сторон, обмотки вращающихся трансформаторов расположены в продольных пазах на внешних цилиндрических поверхностях электроизоляционных каркасов.1. A torque sensor for an electromechanical power steering, composed of an elastic element with a limiting torsion angle δ _pr connecting the input shaft of the electromechanical power steering with the output shaft of the input and output rotating transformers, which include fixed stator windings with the number of pairs of poles p located on the electrical insulating frames and mounted on the housing of the power steering, and rotating rotor windings with the number of pairs of poles p located on the insulating frames and connected respectively with the input and output shafts of the electronic converter in the form of a printed circuit board, characterized in that the electronic converter includes an input signal sequence generator connected through the first and second low-pass filters to the windings of the input rotary transformer, a Schmidt trigger, the input of which is connected to one from the windings of the output rotary transformer, and the Schmidt trigger output is connected to the input of the synchronous detector, then a third low-pass filter connected to the output device filter, diagnostic unit; insulating frames with fixed stator windings are coaxially fixed to each other by means of a printed circuit board and are located on its two sides, windings of rotating transformers are located in longitudinal grooves on the outer cylindrical surfaces of the insulating frames. 2. Датчик крутящего момента по п.1, отличающийся тем, что диагностический блок состоит из сумматора сигналов статорных обмоток выходного вращающегося трансформатора, выпрямителя сигналов сумматора, четвертого фильтра низких частот, компаратора и выходного ключа.2. The torque sensor according to claim 1, characterized in that the diagnostic unit consists of an adder of signals of the stator windings of the output rotary transformer, a rectifier of the adder signals, a fourth low-pass filter, a comparator and an output key. 3. Датчик крутящего момента по п.1, отличающийся тем, что число полюсов обмоток вращающихся трансформаторов 2р определяется из соотношения р≤δ_{эл mах}/δ_пр, где максимальный угол скручивания в электрических градусах δ_{эл mах}≈30°.3. The torque sensor according to claim 1, characterized in that the number of poles of the windings of the rotating transformers 2p is determined from the ratio p≤δ _{el max} / δ _pr , where the maximum twist angle in electrical degrees δ _{el max} ≈30 °. 4. Датчик крутящего момента по п.1, отличающийся тем, что электронный преобразователь выполнен в форме микроконтроллера, имеющего, по крайней мере, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, четыре входных ключа и выходной цифроаналоговый преобразователь.

4. The torque sensor according to claim 1, characterized in that the electronic converter is made in the form of a microcontroller having at least a two-channel analog-to-digital converter, four input keys and an output digital-to-analog converter.