Патент на изобретение №2296689

(54) ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ РУЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к составным узлам электромеханического усилителя руля (ЭМУР), предназначенного для снижения усилия на руле, в частности, при маневрах на малых скоростях и повороте колес на неподвижном автомобиле. Основание предназначено для крепления к ротору электродвигателя. На одной стороне первой печатной платы размещена микросхема обработки сигнала, а на другой стороне – подпружиненные токосъемники. Измерительный узел образован торсионом, связывающим выходной и входной валы ЭМУР, и нанесенным на него тензорезистивным мостом. Измерительный узел имеет проводную связь с микросхемой обработки сигнала. Цилиндрический кожух выполнен с «плюсовым», «минусовым» выводами питания и выходным выводом устройства. Вторая печатная плата жестко прикреплена одной стороной к плоской поверхности кожуха, а другой стороной контактирует с токосъемниками первой печатной платы посредством нанесенных на нее проводящих концентрических дорожек, соединенных с упомянутыми выводами кожуха. В центрах основания, первой печатной платы, плоской поверхности кожуха и второй печатной платы выполнены сквозные отверстия для торсиона. В основании имеются по меньшей мере две защелки с обеих сторон отверстия для торсиона. Первая печатная плата жестко прикреплена к основанию. Защелки основания предназначены для обеспечения соединения с кожухом. Кожух вместе с основанием составляет подвижную систему, осуществляющую осевое вращение основания относительно кожуха на неограниченный угол. Изобретение позволяет упростить конструкцию датчика и исключить из нее монтажную плату, а также неустойчивое и подверженное износу и старению контактное соединение между первой печатной платой и основанием. Кроме того, обеспечивается нечувствительность датчика к изготовлению деталей с большими допусками. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности датчика и, как следствие, всего ЭМУР. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к составным узлам электромеханического усилителя руля (ЭМУР), предназначенного для снижения усилия на руле, в частности, при маневрах на малых скоростях и повороте колес на неподвижном автомобиле.

В настоящее время для установок с электродвигателями достаточно широкое распространение получили контактные и бесконтактные датчики крутящего момента с измерительными узлами на основе расположенных на роторе или внутри полого ротора тензорезистивных мостов, соединенных с элементами, находящимися на статоре, с помощью токосъемников, например, в виде токосъемных колец или посредством преобразователей напряжения в частоту и вращающихся трансформаторов (RU 2262676 С2, 20.10.2005; RU 2252402 C1, 20.05.2005; RU 2184358 C1, 27.06.2002; RU 2180734 С2, 20.03.2002; RU 2068550 C1, 27.10.1996).

Однако известные датчики имеют узкую область практического применения и не приспособлены для использования в ЭМУР с торсионами.

Известен датчик крутящего момента в ЭМУР со связанными торсионом входным и выходным валами, содержащий измерительный узел в виде первой подвижной системы, образованной прикрепленным к выходному валу основанием и прикрепленной к входному валу первой печатной платой, поворачивающейся относительно основания на ограниченный угол при контактировании резистивных слоев измерительного моста с упругими контактами основания, монтажную пластину, прикрепленную к первой печатной плате, кожух с прикрепленной к нему второй печатной платой, образующий совместно с упомянутым измерительным узлом вторую подвижную систему для осуществления осевого вращения измерительного узла относительно кожуха на неограниченный угол, контакты, токосъемники, выводы «плюс», «минус» питания и выходной вывод устройства (US 6190264 В1, 20.02.2001).

Конструкция известного датчика представляет собой «слоеный пирог», собираемый в функционально законченное изделие на этапе установки на входной и выходной валы ЭМУР. Такая сборка нетехнологична и не позволяет получить стабильную передаточную функцию датчика при малых рассогласованиях углов поворота входного и выходного валов ЭМУР. Данное обстоятельство влечет за собой снижение точности преобразования крутящего момента в напряжение, увеличение угла рассогласования ЭМУР как следящей системы, ужесточение требований к упругим свойствам торсиона.

Наиболее близким к предложенному является датчик крутящего момента, в котором при сохранении общего конструктивного построения по US 6190264 В1 на первой печатной плате измерительного узла дополнительно установлена микросхема обработки сигнала, в основании выполнены по меньшей мере два сквозных крепежных отверстия, расположенных в зоне, ограниченной проекцией отверстия кожуха на плоскость основания, при этом основание выполнено с проточками по дугам контура отверстия для входного вала и по меньшей мере с двумя защелками по внешнему контуру для обеспечения соединения с первой печатной платой, а монтажная пластина выполнена по меньшей мере с двумя защелками с обеих сторон отверстия для входного вала для обеспечения соединения с основанием с одной стороны и кожухом с другой (RU 32597 U1).

Недостаток указанного устройства также определяется его конструктивной сложностью вследствие применения, как и в US 6190264 В1, упругих контактов на основании. Кроме того, точность такого датчика зависит от разброса размеров деталей в пределах допусков.

Задачей изобретения является упрощение конструкции подобного устройства с исключением монтажной платы, а также неустойчивого и подверженного износу и старению контактного соединения между первой печатной платой и основанием. Кроме того, предусматривается обеспечение нечувствительности датчика к изготовлению деталей с большими допусками. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности датчика и, как следствие, всего ЭМУР.

Поставленная задача решается тем, что в датчике крутящего момента для электромеханического усилителя руля, содержащем выполненное в виде диска основание, предназначенное для крепления к ротору электродвигателя, первую печатную плату с размещенными на одной ее стороне микросхемой обработки сигнала и на другой стороне по меньшей мере тремя подпружиненными токосъемниками, измерительный узел, соединенный с микросхемой обработки сигнала, цилиндрический кожух с «плюсовым», «минусовым» выводами питания и выходным выводом устройства, вторую печатную плату, жестко прикрепленную одной стороной к плоской поверхности кожуха, а другой стороной контактирующую с токосъемниками первой печатной платы посредством трех нанесенных на нее проводящих концентрических дорожек, две из которых соединены с «плюсовым» и «минусовым» выводами питания, а третья – с выходным выводом устройства, при этом в центрах основания, первой печатной платы, плоской поверхности кожуха и второй печатной платы выполнены сквозные отверстия для торсиона, обеспечивающего упругое соединение между выходным валом, связанным с ротором электродвигателя рулевого механизма, и входным валом, связанным с рулем, а в основании имеются по меньшей мере две защелки с обеих сторон отверстия для торсиона – первая печатная плата жестко прикреплена к основанию, упомянутые защелки основания предназначены для обеспечения соединения с кожухом, кожух вместе с основанием составляют подвижную систему, осуществляющую осевое вращение основания относительно кожуха на неограниченный угол, а измерительный узел образован торсионом и нанесенным на него тензорезистивным мостом, который имеет проводную связь с микросхемой обработки сигнала.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки.

Основание выполнено с проточками по дугам контура отверстия для входного вала.

В основании для крепления к ротору электродвигателя выполнены по меньшей мере два сквозных крепежных отверстия, расположенных в зоне, ограниченной проекцией отверстия кожуха на плоскость основания.

На фиг.1, 2 представлен общий вид предложенного датчика крутящего момента.

Торсион 1 (фиг.1) обеспечивает упругое соединение между выходным валом и входным валом ЭМУР (не показаны). При этом выходной вал связан с ротором электродвигателя 2 рулевого механизма, а входной вал – с рулем. Основание 3 предназначено для крепления к ротору электродвигателя 2. На одной стороне первой печатной платы 4 размещены микросхема 5 (фиг.2) обработки сигнала, а на другой стороне – по меньшей мере три подпружиненных токосъемника 6. Измерительный узел образован торсионом 1 и нанесенным на него тензорезистивным мостом 7 и соединен с микросхемой 5 обработки сигнала четырьмя проводами 8. Цилиндрический кожух 9 (фиг.1) выполнен с «плюсовым», «минусовым» выводами питания и выходным выводом устройства. Вторая печатная плата 10 жестко прикреплена одной стороной к плоской поверхности кожуха 9, а другой стороной контактирует с токосъемниками 6 первой печатной платы 4 посредством трех нанесенных на нее проводящих концентрических дорожек (не показаны), две из которых соединены с «плюсовым» и «минусовым» выводами питания, а третья – с выходным выводом устройства. В центрах основания 3, первой печатной платы 4, плоской поверхности кожуха 9 и второй печатной платы 10 выполнены сквозные отверстия для торсиона 1. В основании 3 имеются по меньшей мере две защелки с обеих сторон отверстия для торсиона 1. Первая печатная плата 4 жестко прикреплена к основанию 3. Упомянутые защелки основания 3 предназначены для обеспечения соединения с кожухом 9. Кожух вместе с основанием 3 составляют подвижную систему, осуществляющую осевое вращение основания 3 относительно кожуха 9 на неограниченный угол.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда момент, приложенный к входному валу относительно выходного вала, равен нулю, тензорезистивный мост 7 находится в сбалансированном состоянии и его выходное напряжение близко к нулю. При малом моменте скручивания торсиона 1, обеспечивающим относительную деформацию поверхности торсиона, например (0,1…0,2)%, происходит растяжение – сжатие тензорезисторов в мосте 7, в результате чего наступает разбаланс моста 7 и на его выходе вырабатывается сигнал рассогласования положительной или отрицательной полярности (в зависимости от направления приложенного момента), пропорциональный моменту скручивания торсиона 1 ЭМУР. Полученный сигнал обрабатывается и усиливается микросхемой 5, благодаря чему сигнал приобретает уровень, достаточный для нормального функционирования рулевого механизма ЭМУР. В результате выходной вал поворачивается в том же направлении, что и входной вал, и автоматически устанавливается по отношению к входному валу в положение, в котором торсион 1 не скручен и наблюдается баланс тензорезистивного моста 7. Далее процесс управления протекает аналогично вышеописанному.

Точность отслеживания выходным валом приложенного момента скручивания торсиона 1, а так же повторяемость параметров изделия при серийном производстве обеспечивается конструкцией заявляемого устройства, позволяющей осуществлять сборку датчика без выполнения операций юстировки его составных элементов относительно друг к другу.

Лабораторные и эксплуатационные испытания, проведенные ОАО «Автоэлектроника» совместно с ОАО «АвтоВАЗ», показали улучшенные эксплуатационные характеристики заявляемого технического решения, а так же подтвердили возможность его применения в качестве датчика крутящего момента в ЭМУР семейств автомобилей ВА3-2110, ВА3-1118, ВА3-2170.

Формула изобретения

1. Датчик крутящего момента для электромеханического усилителя руля, содержащий выполненное в виде диска основание, предназначенное для крепления к ротору электродвигателя, первую печатную плату с размещенными на одной ее стороне микросхемой обработки сигнала и на другой стороне по меньшей мере тремя подпружиненными токосъемниками, измерительный узел, соединенный с микросхемой обработки сигнала, цилиндрический кожух с «плюсовым», «минусовым» выводами питания и выходным выводом устройства, вторую печатную плату, жестко прикрепленную одной стороной к плоской поверхности кожуха, а другой стороной контактирующую с токосъемниками первой печатной платы посредством трех нанесенных на нее проводящих концентрических дорожек, две из которых соединены с «плюсовым» и «минусовым» выводами питания, а третья – с выходным выводом устройства, при этом в центрах основания, первой печатной платы, плоской поверхности кожуха и второй печатной платы выполнены сквозные отверстия для торсиона, обеспечивающего упругое соединение между выходным валом, связанным с ротором электродвигателя рулевого механизма, и входным валом, связанным с рулем, а в основании имеются по меньшей мере две защелки с обеих сторон отверстия для торсиона, отличающийся тем, что первая печатная плата жестко прикреплена к основанию, упомянутые защелки основания предназначены для обеспечения соединения с кожухом, кожух вместе с основанием составляют подвижную систему, осуществляющую осевое вращение основания относительно кожуха на неограниченный угол, а измерительный узел образован торсионом и нанесенным на него тензорезистивным мостом, который имеет проводную связь с микросхемой обработки сигнала.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что основание выполнено с проточками по дугам контура отверстия для входного вала.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в основании для крепления к ротору электродвигателя выполнены по меньшей мере два сквозных крепежных отверстия, расположенных в зоне, ограниченной проекцией отверстия кожуха на плоскость основания.

РИСУНКИ