电动助力转向系统转矩传感器.doc

1绪论

作为一种新兴的汽车助力转向系统，电动助力转向系统（EPS系统）具有重要的开发价值和广阔的应用前景。EPS系统主要由机械转向系统、转矩传感器、控制器、电机减速器总成的组成。转矩传感器是汽车电动助力转向系统（EPS系统）的关键部件之一，它的设计是EPS系统开发的关键技术其输出特性直接影响到EPS系统的控制性能。目前用于机械测量的传感器主要有电感式、电容式、应变片式等几种。这些传感器都存在一定的缺点和不足，或者结构复杂、或者测量电路复杂，使之成本高、应用范围有限。我们针对上述

的不足研制一种新型的转矩传感器-------------------------------光电式转矩传感器。

1.1传感器的国内外现状和发展趋势

传感器是控制中心赖以存在的信息源，通过传感器的处理，各种物理、化学量，如时问、光、电、温度、压力、速度、气体等可以转变成各种可接受信号。传统的传感器主要用于动力传递系统、车身控制系统、通讯系统，以及提高汽车性能的系统上。近10年传感器的队伍在不断扩大，汽车安全、节能、舒适和环保性能的进一步改善。不同的传感器担负着不同的功能，各种传感器遍布车辆的各个角落，就象汽车派生的“触角”，感觉外界每一个细小的变化，并将这些信息传给最高控制系统。这使得汽车所需要的传感器的种类和数量与日俱增，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器称为实现汽车新功能的关键问题之一。目前汽车上所使用的传感器约50多种,就其工作原理来讲分为：磁电式、光电式、磁敏电阻式、霍尔元件式、金属片式等。而光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置，具有结构简单、响应速度快、可靠性较高，能实现参数的非接触测量，广泛应用于各种工业自动化仪表中，因此20世纪80年代以来，世界各国相继将传感器技术列为重点发展的技术领域。近几年来，我国传感技术正在蓬勃发展，应用领域也在迅速扩大。由于传感技术所涉及的技术如此广泛，它几乎渗透到各个科学领域，因此对

传感器新理论的探索、新技术的应用、新材料和新工艺的研究将成为传感器总的发展方向。

具体地讲，主要有以下儿个方面的动向。

（1）向高精度发展：

随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器，以确保自动化生产检测和控制的准确性。目前能生产万分之一以上的传感器的厂家为数很少，其产量也远远不能满足要

求。

（2）向高可靠性、宽温度范围发展：

确保传感器工作可靠性的意义是很直观的，因为它直接关系到电子设备的抗干扰和误动作问题。传感器的可靠性主要体现在：具有较长的使用寿命，能在恶劣环境下工作及具有失效保险功能。研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-20c?70C,在军用系统中要求工作温度在-40C?85c范围，而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料（如陶瓷）

的传感器将很有前途。

（3）提高传感器集成化及功能化的程度

传感器集成化是实现传感器小型化、智能化和多功能的重要保证。现在已能将敏感元件、温度补偿电路、信号放大电路、电压调制电路和基准电压等元件电路集成在同一芯片上。根据需要，今后将会把超大规模集成电路、执行机构与多种传感器集成在单个芯片上，

以实现传感器功能与信息处理功能的一体化。

（4）向微型化发展：

各种控制仪器设备的功能越来越大，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。微机电系统（乂称MEMS）技术借助集成电路的制造技术来制造机械装置，可制造出微型齿轮、微型电机、泵、阀门、各种光学镜片及各种悬臂梁等，而它们的尺寸仅有30—100电。微机电系统技术与微电子技术的结合,为实现信号检测、信号处理、

控制及执行机构集于一体的微型集成传感器提供了可能性。

（5）新型功能材料的开发

传感器技术的发展是与新材料的研究开发密切结合在一起的，可以说，各种新型传感器孕育在新材料之中。例如，半导体材料和新工艺的进展，促进了半导体传感器的迅速发展；压电半导体材料促进了压电集成传感器的形成;高分子压电薄膜的出现,将使机器人的触觉系统更加接近人的皮肤功能。可以预料，不久的将来，高分子材料、金属互化物、超导体与半导体的结合材料、非晶半导体、超微粒陶瓷、记忆合金、功能性薄膜等新型材料，

将