способ и устройство измерения крутящего момента в системе управления колесного транспортного средства

Формула изобретения

1. Способ измерения крутящего момента вала рулевого колеса в системе управления автомобилем с сервомеханизмом, при котором на выходе устройства измерения крутящего момента вырабатывается сигнал, пропорциональный моменту, прикладываемому к валу рулевого колеса, отличающийся тем, что организацией двухкоординатного перемещения чувствительного элемента датчика момента, при котором перемещение в одном направлении зависит от момента вращения, а перемещение в ортогональном направлении - от угла поворота вала руля, на том же выходе получают сигнал управления реверсивным сервомеханизмом, зависящий от угла поворота вала относительно нейтрального положения.

2. Устройство, реализующее способ по п.1, содержащее корпус, внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками, включенными в мостовую измерительную цепь, электропроводящие экраны с перфорированными в них окнами, установленные у обращенных друг к другу торцов частей контролируемого вала, соединенных торсионным валом, установленным концентрично контролируемому валу; один из экранов охватывает другой, окна в первом экране выполнены в два ряда со смещением, так что окна одного ряда расположены напротив междуоконных перемычек, а во втором экране окна выполнены в один ряд, отличающееся тем, что первый экран установлен с возможностью перемещения в осевом направлении, для чего на внутренней стороне корпуса, обращенной к торцу первого экрана, выполнена канавка переменной глубины, на первом экране закреплен выступ, который упирается в дно канавки, между экранами установлена пружина сжатия, внешние границы двух рядов окон первого экрана выступают за границы окон второго экрана симметрично в обе стороны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что профиль канавки имеет в развертке форму, например, синусоиды с амплитудой, определяемой по эмпирической формуле

где h - ширина одного ряда окон первого экрана в осевом направлении;

М - максимальный контролируемый момент;

L - длина торсиона;

d₁ - внешний диаметр внутреннего экрана;

d₂ - диаметр торсиона;

- длина окон первого экрана;

G - модуль сдвига материала, из которого сделан торсион,

глубина канавки при повороте вала от исходной позиции вправо уменьшается, а при повороте влево - увеличивается.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешние границы двух рядов окон первого экрана выступают в исходном положении за границы окон второго экрана не менее чем на величину R с каждой стороны.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выступ выполнен в виде ролика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами, и может использоваться в системе управления усилителем руля.

Известна гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства, представленная в описании изобретения к патенту РФ 2059497, работающая в режиме усиления поворачивающего момента на управляемых колесах. Для работы в режиме возврата управляемых колес из повернутого положения в нейтральное система дополнена двумя распределителями, имеющими привод от датчика момента, дискретным трехпозиционным датчиком положения управляемых колес с магнитоуправляемыми контактами, усилителями тока, ключами, управляющими еще одним вспомогательным распределителем.

Недостатком известного изобретения является сложность, обусловленная необходимостью устанавливать дополнительное оборудование, снижение надежности системы, повышенная трудоемкость монтажа, жесткая характеристика возвращения в нейтральное положение из-за дискретного типа датчика положения колес.

Задачей изобретения является создание способа и устройства формирования на выходе датчика измерения крутящего момента системы управления сигнала, зависящего от момента прикладываемого к валу рулевого колеса и сигнала, зависящего от угла поворота вала от нейтрали, обеспечивающих усиление поворачивающего момента прикладываемого к рулевому валу и возврат его из повернутого положения в нейтральное после исчезновения поворачивающего момента.

Указанная задача решается организацией двухкоординатного перемещения чувствительного элемента датчика момента, при котором перемещение в одном направлении зависит от момента вращения, а перемещение в ортогональном направлении - от угла поворота вала руля.

Способ реализован в устройстве для бесконтактного измерения крутящего момента вала руля, содержащем торсионный вал, соединяющий две части контролируемого вала, электропроводящие экраны с перфорированными в них окнами, установленные у обращенных друг к другу торцов частей контролируемого вала, причем один экран охватывает другой, окна в первом экране выполнены в два ряда со смещением, так, что окна одного ряда расположены напротив оконных перемычек другого ряда, а во втором экране окна выполнены в один ряд, корпус, установленный преимущественно концентрично контролируемому валу и внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками, включенными, в частном случае, в мостовую измерительную цепь переменного тока. Для решения задачи первый экран установлен с возможностью перемещения в осевом направлении, а между экранами установлена пружина сжатия, на внутренней стороне корпуса, обращенной к торцу первого экрана, выполнена канавка переменной глубины по периметру, профиль канавки имеет в развертке преимущественно форму синусоиды, в дно канавки упирается выступ, закрепленный на первом экране таким образом, что при повороте вала в одну сторону от исходной нейтральной позиции глубина канавки уменьшается, а при повороте в другую - увеличивается. Внешние границы рядов окон первого экрана в исходном состоянии симметрично выступают за границы окон второго ряда в обе стороны.

Изобретение поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 изображена развертка профиля канавки; на фиг.3 показан фрагмент развертки экрана.

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента вала 1, 2 содержит торсионный вал 3, корпус 4, внутри которого размещен каркас 5 катушек индуктивности с обмотками 6 и экраны 7, 8 с перфорированными в них окнами 9, 10, канавку 11, выступ 12, и пружину 13.

Части вала 1 и 2 соединены торсионным валом 3, у обращенных друг к другу торцов частей вала 1, 2 установлены экраны 7, 8, причем один экран охватывает другой. Первый экран 7, с двумя рядами окон 9, охвачен вторым экраном 8, с одним рядом окон 10. Окна 9 в рядах первого экрана 7 выполнены со смещением, как правило, окна одного ряда расположены напротив межоконных перемычек другого ряда. Первый экран установлен так, что может перемещаться в осевом направлении. Между экранами установлена пружина сжатия. Канавка 11 выполнена на внутренней стороне корпуса, обращенной к торцу первого экрана. Глубина канавки переменная, профиль ее может иметь в развертке, например, форму синусоиды с размахом амплитуды, определяемым по формуле:

где h - ширина одного ряда окон первого экрана в осевом направлении,

М - максимальный контролируемый момент,

L - длина торсиона,

d₁ - внешний диаметр внутреннего экрана,

- диаметр торсиона,

- длина окон первого экрана,

G - модуль сдвига материала, из которого сделан торсион.

Ролик 12 закреплен на экране таким образом, что упирается в дно канавки и при повороте вала в одну сторону от исходной позиции глубина канавки уменьшается, а при повороте в другую - увеличивается. Границы рядов окон первого экрана выходят за границы окон второго экрана не менее чем на величину 2R, распределенную в нейтральном положении контролируемого вала симметрично.

Работает устройство следующим образом. В исходном нейтральном положении, когда отсутствует крутящий момент на рулевом валу (положение колес автомобиля соответствует направлению движения "прямо"), напротив каждого окна 10 внешнего экрана 8 симметрично устанавливаются части окон 9 обоих рядов окон экрана 7. При этом под каждой катушкой индуктивности расположение окон 9 и 10 одинаково, соответственно равны просветы совместного сквозного окна под каждой катушкой. В результате индуктивности катушек L1 и L2 одинаковы, и мостовая измерительная цепь переменного тока находится в состоянии баланса.

При приложении момента вращения через рулевое колесо к валу 1, окна 9, 10 экранов 7, 8 взаимно смещаются, просвет совместного окна под одной катушкой увеличивается, а под другой - уменьшается. Индуктивности катушек L1 и L2 изменяются в противоположных направлениях, что приводит к разбалансу измерительной цепи переменного тока и генерации сигнала, величина которого пропорциональна моменту вращения рулевого вала. Сервомеханизм под действием этого сигнала начинает поворачивать часть рулевого вала 2 в направлении момента, приложенного к части вала 1 и тем самым, стремится вернуть систему к такому положению, когда взаимное положение экранов относительно друг друга по углу будет соответствовать исходному, а мостовая измерительная цепь будет в балансе. Однако при повороте части вала 2, окна 9, экрана 7, перемещаются относительно окон 10 экрана 8 еще в осевом направлении, под действием пружины 13 и выступа 12, катящегося по канавке 11. При этом площади просветов совместных окон 9, 10 экранов 7, 8 под катушками L1, L2 изменяются таким образом, что в мостовой измерительной цепи появляется сигнал, противоположный сигналу от момента вращения. Соотношения между составляющими выходного сигналами определяются вышеприведенной формулой.

При снятии момента вращения исчезает часть сигнала, пропорциональная моменту вращения, но остается часть сигнала, пропорциональная углу поворота вала, способствующая возвращению контролируемого вала в исходное положение.