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基于磁弹性效应的电动转向轴用新型扭矩传感器
摘要
本文针对电动转向轴中的扭矩传感器进行了深入研究，提出了一种基于磁弹性效应的新型扭矩传感器，并进行了实验验证。首先介绍了电动转向轴的特点和扭矩传感器的基本原理，接着详细阐述了新型传感器的结构和工作原理，并通过实验对其进行了验证。结果表明，该传感器可以准确地测量电动转向轴的扭矩，具有较高的精度和可靠性，对于电动转向系统的稳定性和安全性具有重要意义。
关键词：电动转向轴；扭矩传感器；磁弹性效应；精度；可靠性
Abstract
Thispaperfocusesonthetorquesensorintheelectricsteeringaxle,andproposesanewtypeoftorquesensorbasedonthemagnetoelasticeffect,whichisverifiedbyexperiment.Firstly,thecharacteristicsoftheelectricsteeringaxleandthebasicprincipleoftorquesensorareintroduced.Secondly,thestructureandworkingprincipleofthenewsensorareelaborated,andthenexperimentallyverified.Theresultsshowthatthissensorcanaccuratelymeasurethetorqueoftheelectricsteeringaxle,withhighprecisionandreliability,whichisofgreatsignificanceforthestabilityandsafetyoftheelectricsteeringsystem.
Keywords:electricsteeringaxle;torquesensor;magnetoelasticeffect;precision;reliability
1.引言
随着汽车电动化技术的不断发展，电动转向系统在汽车中的应用越来越广泛。与传统的机械转向系统相比，电动转向系统具有转向灵活、响应快、能耗低等优点。然而，电动转向系统中的扭矩传感器的精度和可靠性对系统的稳定性和安全性有着至关重要的影响。
目前，常用的扭矩传感器有应变式和磁敏感式传感器。应变式传感器通常需要复杂的机械结构，并且容易受到温度和机械疲劳的影响，影响其精度和可靠性。磁敏感式传感器通常利用基于霍尔效应或磁电阻效应的传感器来测量扭矩，但它们也存在着灵敏度低、易受到干扰等问题。
为了克服上述问题，本文提出了一种基于磁弹性效应的新型扭矩传感器，其利用了铁磁性材料的磁弹性效应来测量扭矩。与其他传感器相比，该传感器具有响应速度快、灵敏度高、精度高和可靠性好等优点。本文将详细介绍该新型传感器的结构和工作原理，并通过实验对其进行了验证。
2.电动转向系统中的扭矩传感器
2.1电动转向系统的特点
电动转向系统是指使用电动机代替液压泵或传统的机械连接转向系统来辅助车辆转向的系统。电动转向系统的主要组成部分包括电动机、电子控制单元、转向机构和扭矩传感器等。相对于传统的液压或机械转向系统，电动转向系统具有以下特点：
(1)能耗低
电动转向系统只有在需要转向时才会启动电动机，因此相对于传统的液压或机械转向系统，它的能耗更低。
(2)响应快
电动转向系统的电动机可以非常迅速地响应驾驶员的转向动作，因此可以提供更快的转向响应速度。这是其在城市驾驶中的重要优势之一。
(3)稳定性好
由于电动转向系统不受机械液压泵系统的影响，因此能够提供更加稳定和精确的转向力矩。
2.2扭矩传感器的基本原理
扭矩传感器是电动转向系统中的一个重要组成部分。其主要作用是将电动转向轴输出的扭矩信号转化为电信号，然后传输给电子控制单元进行处理。
扭矩传感器一般利用材料的应变或磁性质来进行测量。应变式传感器利用材料的应变特性来测量扭矩，其结构一般由弹性杆、应变片及传感电路组成。磁敏感式传感器则利用磁性材料的磁特性来测量扭矩，其结构一般由磁敏电阻、霍尔元件或磁通变压器等构成。
3.基于磁弹性效应的新型扭矩传感器
基于磁弹性效应的新型扭矩传感器利用了铁磁性材料的磁弹性效应来测量扭矩。当铁磁性材料受到力矩作用时，其会发生形变，同时磁性也会发生变化，因此可以利用磁特性来测量扭矩。
3.1传感器的结构
基于磁弹性效应的新型扭矩传感器的结构如图1所示。其主要由铁磁性轴和磁敏感元件组成。磁敏感元件一般采用磁敏电阻或霍尔元件，以实现磁性信号的测量。
图1基于磁弹性效应的新型扭矩传感器结构示意图
3.2传感器的工作原理
该传感器的工作原理如下所述。当电动转向系统中的电动转向轴产生扭矩作用时，传入