Датчик крутящего момента применяется в автомобилях, оборудованных эдектроусилителями. Датчик устанавливается для определения намерения водителя чтобы измерять крутящий момент, заданный водителем.
В современных серийных датчиках, предназначенных для этих целей, в вале сошки рулевого управления установлен торсион, который в момент поворота рулевого колеса закручивается (рис. 3.48). Кручение можно измерить с помощью соответствующих инструментов и преобразовать его в электрические сигналы. Необходимый диапазон измерений датчика крутящего момента, использующегося в электромеханических рулевых механизмах, составляет обычно примерно от ± 8 до ± 10 Нм.
В целях защиты сплошного торсиона от перегрузки или разрушения максимальный угол кручения вокруг элемента сцепления ограничивается механически.
Чтобы иметь возможность измерить кручение и возникающий в результате него крутящий момент, с одной стороны торсиона устанавливают магниторезистивный датчик, который считывает поле магнитного мультиполюсного колеса, закрепленного, с другой стороны. Количество полюсов этого колеса выбрано таким образом, чтобы датчик в пределах своего максимального диапазона измерений отправлял однозначный сигнал, но, вместе с тем, в любое время существовала возможность получения однозначного показания по прилагаемому крутящему моменту.
Используемый магниторезистивный датчик подает два сигнала в диапазоне измерений, которые отображаются с помощью угла кручения торсиона в виде сигналов синуса и косинуса. Расчет угла кручения и соответственно крутящего момента осуществляется в блоке управления с помощью функции арктангенса.
Поскольку посредством обозначенного измерительного диапазона всегда обеспечивается строгое согласование обоих сигналов, при наличии отклонений от этого согласования распознаются неполадки в работе датчика и принимаются необходимые меры по его замене.
Для обеспечения электрического кон такта датчика через диапазон кручения в размере ± 2 оборота рулевого колеса используются угловые пружины с необходимым количеством контактов. С помощью угловых пружин осуществляется подача напряжения питания и передача параметров измерений.
Датчик момента поворота рулевого колеса (рис. 3.49) представляет собой кольцевой постоянный магнит с восемью парами полюсов жёстко связан с рулевым валом. Два зубчатых диска, с восемью зубьями каждый, жёстко соединены с валом-шестернёй. При этом эти диски повёрнуты друг относительно друга так, что если смотреть сверху (вдоль оси вала), то зубья одного диска будут находиться точно в промежутках между зубьями другого диска. Посередине между обоими дисками находятся два датчика Холла, жёстко связанные с корпусом датчика.
Если рулевое колесо не повёрнуто, диски находятся в таком положении относительно кольцевого магнита, что их зубья стоят точно посередине между соседними полюсами магнита (северным и южным). Таким образом, через оба зубчатых диска проходит одинаковое количество магнитных линий от каждого из полюсов. Магнитное поле между зубчатыми дисками отсутствует. Оба датчика Холла передают одинаковый выходной сигнал.
Датчик положения ротора. В рулевых управлениях с электроусилителем применяется датчик положения ротора (рис. 3.50), который служит для определения положения ротора электродвигателя. Блок управления должен знать точное положение ротора, чтобы правильно рассчитать фазовые напряжения, необходимые для создания вращающегося магнитного поля статора (электронная коммутация с использованием сигналов датчиков). Сигнал датчика положения ротора используется также для определения приближения к одному из крайних положений рулевого механизма. В зоне непосредственной близости к крайнему положению степень усиления рулевого механизма «мягко» увеличивается, это позволяет избежать резких ударов об ограничитель при быстром вращении рулевого колеса.
На роторе установлен диск из магнитопроводящего металла, имеющий по внешнему ободу выступы, напоминающие кулачки. Этот диск окружён установленным на корпусе кольцом из магнитных катушек, действующим как статор. Кольцо состоит из трёх отдельных катушек, одна из них играет роль катушки возбуждения, а две остальные служат чувствительными элементами. На катушку возбуждения подаётся сигнал напряжения синусоидальной формы. Создаваемое катушкой магнитное поле действует на диск ротора. Диск ротора проводит магнитный поток создаваемого катушкой возбуждения переменного магнитного поля к приёмным катушкам. Тем самым в приёмных катушках наводится переменное напряжение, сдвинутое по фазе относительно напряжения в катушке возбуждения, причём этот сдвиг по фазе пропорционален положению роторного диска.
