电动转向系统（EPS）传感器类型及工作原理浅析

01.

传感器概述

国标GB7665-87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

电动转向系统(以下简称：EPS)的基本工作原理：当汽车转向时，传感器会检测到转向盘的力矩(和角度)，信号通过数据总线发给电子控制单元，电子控制单元根据转向盘的转动力矩、拟转动的方向以及车辆速度等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩来产生助动力，传感器是EPS不可或缺的一部分。

EPS控制简要原理图

02.

EPS传感器分类

03.

工作原理

3.1、扭矩测量：

通常扭矩的测量是当方向盘存在转向力矩时，扭杆发生刚度变形，扭杆的上下两个部分形成角度差，基于不同原理，可将角度差转换为相应的变量，随后对该变量进行检测、计算转换，最终供ECU使用；

扭矩测量--角度差分结构

扭矩测量--角度差分检测机制

基于不同的检测原理，可分为以下5种形式：

①电位器式（接触式）

②磁场检测原理式（扭杆变形量φ转换为磁通量B）

③电磁感应原理式（扭杆变形量φ转换为感应系数L/M）

④电容感应原理式（扭杆变形量φ转换为电容量C）

⑤光电式

3.2、角度测量：

3.2.1、相对位置角度信号

可通过TOS传感器直接输出方向盘转角信号，但由于测量范围只有360°（不同产品，测量范围甚至更小），无法识别方向盘转过的圈数，只是一个相对位置角度信号；

3.2.2、绝对位置角度信号

在TOS传感器基础上增加对比信号，主信号与对比信号存在一定的相位差（可通过设置主副信号传递结构的传动比实现），对主副信号进行处理后可获取测量范围大于360°的绝对位置角度信号，通常处理后的信号测量范围为主副信号周期的最小公倍数；

按照对比信号的不同可分为以下2种：

①单副齿轮式：在TOS主齿轮旁增加一个副齿轮，主副齿轮输出的角度信号经MCU处理后获取一组绝对位置角度信号；

对两组独立信号处理后获取的绝对位置信号：

②双副齿轮式：在TOS主齿轮旁增加一组副齿轮，两个副齿轮输出的角度信号经MCU处理后获取一组绝对位置角度信号；

对两组独立信号处理后获取的绝对位置信号：

04.

冗余式传感器技术简介

基于测量原理不变的情况下，通过增加检测芯片的数量，以实现多路扭矩和角度信号的输出，提升传感器信号的整体功能安全等级，进而实现EPS系统的功能安全机制的扩展性；

EPS传感器信号冗余

05.

结束语

随着汽车智能驾驶的飞速发展，高等级的智能驾驶功能应用的愈发普遍，作为汽车智能系统中的一员，EPS系统也在不断的进化以期达到更高等级的功能安全；基于EPS系统功能安全目标分解：传感器的冗余设计是达成目标的必要环节，包括扭矩信号的冗余与角度信号的冗余，多冗余形式传感器产品的出现从不同维度扩展了EPS系统的功能安全机制的选择；基于不同冗余的传感器技术，EPS系统在出现单点失效后，可以实现limp aside，limp home，fail operation等不同方式的安全处理机制，为客户带来更安全的驾驶环境。