Датчик крутящего момента рулевого колеса

Главной особенностью электрического усилителя автомобильного руля является то, что он посредством электропривода создает дополнительный крутящий момент, который передается рулевому редукторному механизму в момент вращения водителем рулевого колеса машины. Ну а для измерения силы этого крутящего момента предназначен специальный датчик, который входит в состав рулевого управления. В некоторых рулевых системах этот датчик имеет общий корпус с датчиком, который контролирует угол поворота руля.



В зависимости от физических принципов, которые лежат в основе датчика крутящего момента, существуют его различные варианты исполнения: магниторезистивный, датчик Холла, оптический и индуктивный. Эти типы датчиков относятся к бесконтактным видам устройств. Кроме различий в их конструкции они отличаются еще точностью и скоростью считывания показаний. Датчик Холла является самым широко-используемым прибором для фиксирования показаний крутящего момента.



Устройство



Известно, что датчик, считывающий крутящий момент располагается на рулевой колонке и имеет такую конструкцию: рулевой вал оборудован многополюсным магнитом, который состоит из нескольких парных полюсов. Вал рулевой шестерни оборудован статорами, имеющими зубья особой конструкции. Эти оба вала взаимодействуют между собой при помощи торсионного стержня, который сделан из материала обладающего способностью к кручению. Непосредственным считыванием показаний крутящего момента занимается неподвижно укрепленный на корпусе чувствительный датчик Холла. Чтобы повысить точность показаний, в конструкцию датчика считывания крутящего момента внесены два элемента Холла.



Принцип работы



Считывание показаний датчиком осуществляется по принципу замера угла, на который закручивается торсион. Эта величина получается пропорциональной величине усилия прилагаемого к рулевому колесу. Когда руль находится в положении покоя, зубья обеих статоров пребывают параллельно полюсов магнита, соответственно датчиком считывается минимальный сигнал. Однако при вращении руля происходит закручивание торсиона, и магнит начинает проворачиваться в плоскости статоров. Максимальные показания датчик фиксирует в тот момент, когда статорные зубья занимают положение напротив магнитных полюсов, тем самым достигается максимальная величина магнитного потока, которую определяют элементы Холла. Прочие положения относятся к промежуточным.



Отметим, что торсион не обладает большим углом закручивания, следовательно, датчик имеет относительно небольшой (всего 4-5 градусов) диапазон измерения. Как уже говорилось выше, датчик Холла имеет малую погрешность измерения, которая составляет всего 0,002 градуса. Дабы компенсировать температурные перемещения в процессе считывания показаний датчик крутящего момента комплектуется термодатчиком.



Примерно такое же устройство и у магниторезистивного датчика. Величину момента вращения он также измеряет по величине закручивания стержня. Вал рулевой колонки также имеет магнит с несколькими полюсами, а вал рулевой шестерни, вместо статоров оборудован высокочувствительными магниторезистивными элементами, которые в момент вращения магнитного диска считывают изменение величины магнитного потока.



Стоит отметить, что поломка датчика крутящего момента приводит к плавному выключению электрического усилителя руля.