CN102967399A - 应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件，其特征是设置：扭矩感应部分；中部为筒体，两端分别设置为法兰盘；上连接体是以上连接环外套在扭矩感应部分中的筒体上，并固定连接在法兰盘上，在上连接环的外圆周上对称设置有两只上环瓦片，在各上环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有上连接耳；下连接体以其下连接环、下环瓦片和下连接耳与上连接体相对设置；各上环瓦片与各下环瓦片处在同一圆周位置上并一一交错，相邻的上连接耳与下连接耳之间以钢片连接形成整环，在钢片上设置应变片。本发明可以提高分辨率和测量精度。

Description

应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件

技术领域

本发明涉及一种应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件。

背景技术

现有技术中的扭矩传感器弹性元件的结构形式以一基本扭矩感应部分为弹性元件，在弹性元件中间圆筒的外表面中央对称贴二到八片应变片，当扭矩加载在弹性元件两端时，弹性元件产生变形，该变形被应变片感应到并形成电参量的变化，进而通过后续电路处理而得到扭矩的变化。

这一弹性元件结构相对简单，但在为满足量程要求情况下必然使圆筒壁较厚，弹性元件对扭矩很不敏感，分辨率和测量精度都低；从而使得应变片检测到的信号很微弱，易受干扰、不易被后续电路处理，且易因受侧向力等干扰而测量不准确，重复性差。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件，以提高分辨率和测量精度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件的结构特点是设置：

扭矩感应部分；其中部为筒体，筒体的两端分别设置为上法兰盘和下法兰盘；

上连接体，是以其上连接环外套在所述扭矩感应部分中的筒体上，并固定连接在上法兰盘上，在所述上连接环的外圆周上对称设置有两只上环瓦片，在所述各上环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有上连接耳；

下连接体，是以其下连接环外套在所述扭矩感应部分中的筒体上，并固定连接在下法兰盘上，在所述下连接环的外圆周上对称设置有两只下环瓦片，在所述各下环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有下连接耳；

所述各上环瓦片与各下环瓦片处在同一圆周位置上并一一交错，相邻的上连接耳与下连接耳之间以钢片相连接以形成一整环，在所述钢片上设置应变片。

本发明应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件的特点也在于所述上连接体和下连接体均为分体设置的左右两半的结构形式。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明在基本扭矩感应件的基础上加装了机械放大单元，放大单元可以实现两级放大，且两级放大呈倍乘关系。所以，在保证量程和强度的基础上能放大应变片所贴部位的应变，使应变片输出增大，因此提高了分辨率和测量精度；

2、本发明因为应变片的输出增大，可使后续处理电路更简单，放大电路的简化又能带来体积缩小、功率减小、发热减少。并能使整个系统的输出信号稳定易于标定，从而使检测精度和重复性提高。

附图说明

图1为本发明中扭矩感应部分结构示意图；

图2为本发明中上连接体结构示意图；

图3为本发明中下连接体结构示意图；

图4为本发明中应变片的设置结构示意图；

图5为本发明装配示意图；

图中标号：11筒体；12上法兰盘；13下法兰盘；21上连接环；22上环瓦片；23上连接耳；31下连接环；32下环瓦片；33下连接耳；4钢片；5应变片。

具体实施方式

本实施例中应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件的结构设置为：

如图1所示的扭矩感应部分；其中部为筒体11，筒体11的两端分别设置为上法兰盘12和下法兰盘13；

如图2所示的上连接体，是以其上连接环21外套在扭矩感应部分中的筒体11上，并固定连接在上法兰盘12上，在上连接环21的外圆周上对称设置有两只上环瓦片22，在各上环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有上连接耳23；

如图3所示的下连接体，是以其下连接环31外套在扭矩感应部分中的筒体11上，并固定连接在下法兰盘13上，在下连接环31的外圆周上对称设置有两只下环瓦片32，在各下环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有下连接耳33；

如图4、图5所示，各上环瓦片22与各下环瓦片32处在同一圆周位置上并一一交错，相邻的上连接耳23与下连接耳33之间以钢片4相连接以形成一整环，在钢片4上设置应变片5。

如图2、图3所示，具体实施中，为了便于装配，上连接体和下连接体均为分体设置的左右两半的结构形式。

本发明利用杠杆原理、应力集中原理和勾股定理对常见的方向盘扭矩传感器的弹性元件进行改进。其中，杠杆原理是利用在同一平面内，对于两个同心圆上两个相邻的点在圆心角变化相同时，大圆上的绝对变化量大于小圆上的绝对变化量，根据圆的周长与半径的关系可知，两者变化量的比值等于所在圆的半径的比值；本发明是将应变片5贴于钢片4，应变片5所在圆半径与扭矩感应部分中间筒体的外壁的半径的比值大于一，所以能起到放大的作用。为了将应用杠杆原理后的设计的优势发挥出来，并且不引入因连接所引起的误差，通过将贴有应变片5的部位设计为在满足强度的情况下尽量薄，这样，根据应力集中原理，外部作用力引起的扭转变形就能绝大部分集中在较薄的壁部，再通过应变片检测并输出；应变片黏贴的部位有两种可选方案，一种是类似于常见的黏贴方法，另一种使应变片能贴在应力集中后的弹性元件的端点，或者交错排列在应力集中后的弹性元件的中间，为便于组装和拆卸维修，本实施例中采取了后一种方法，这样，利用勾股定理就能计算出具体的优化倍数。

本发明通过相当于半径之比的线性放大和勾股定理的二次方放大的两级放大，使得传感器在分辨力和测量精度上都有大幅提升。

Claims (2)

1.一种应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件，其特征是设置：

扭矩感应部分；其中部为筒体(11)，筒体(11)的两端分别设置为上法兰盘(12)和下法兰盘(13)；

上连接体，是以其上连接环(21)外套在所述扭矩感应部分中的筒体(11)上，并固定连接在上法兰盘(12)上，在所述上连接环(21)的外圆周上对称设置有两只上环瓦片(22)，在所述各上环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有上连接耳(23)；

下连接体，是以其下连接环(31)外套在所述扭矩感应部分中的筒体(11)上，并固定连接在下法兰盘(13)上，在所述下连接环(31)的外圆周上对称设置有两只下环瓦片(32)，在所述各下环瓦片沿圆周方向的两侧对称设置有下连接耳(33)；

所述各上环瓦片(22)与各下环瓦片(32)处在同一圆周位置上并一一交错，相邻的上连接耳(23)与下连接耳(33)之间以钢片(4)相连接以形成一个整环，在所述钢片(4)上设置应变片(5)。

2.根据权利要求1所述的应用于方向盘扭矩传感器的弹性元件，其特征是所述上连接体和下连接体均为分体设置的左右两半的结构形式。

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