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動力輔助系統的關鍵零件 -- 整合式扭力感測器介紹
  • 發布年度:2012
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 研發處  底盤與系統驗證工程專案 游超智

    隨著科技的進步,車輛所搭載的智慧化輔助系統也愈來愈多,其中開車最常接觸的輔助系統就是動力輔助轉向,傳統的動力輔助轉向系統是利用引擎的動力帶動一油壓泵浦,油壓推動轉向機的方式提供輔助力,但隨著環保節能意識抬頭,油壓式的動力輔助轉向面臨拖累引擎效率與廢油汙染等問題,因此,由馬達取代油壓的電動輔助轉向(Electric Power Steering)系統因應而生。

    在油壓系統中是利用油壓閥機構來控制油的流量與流向,但是在電動輔助轉向系統中,則需要扭力感測器擔負感知駕駛操舵力的大小與方向,並將之轉為電子訊號給控制單元(Electronic Control Unit ),供其判斷並控制馬達提供適當的輔助力,因此可說是電動輔助轉向系統的關鍵零組件。但目前國內業者開發系統時,仍需向國外進口感測器,不僅成本高且需製作與感測器配合之傳力機構,且配合件的加工精度、公差都會影響到感測器的量測精度,對系統開發者甚是不便,故車輛中心提出一整合式的設計概念,不同於現在市面上的扭力感測器,本設計將感測元件與傳動元件,以模組化設計成整合式扭力感測器(Integrated Beam-type Torque Sensor, IBTS),組成包含:
    1.上輸入圓盤 – 將使用者的操舵力傳遞至扭力樑
    2.扭力樑 – 承受扭力並產生形變,並將扭力傳遞至下圓盤
    3.與整合於上下圓盤的位置感測器–負責量測上下圓盤的相對角度位移,可依據需求搭配採接觸式或非接觸式量測。

    其創新性如下:
    1.整合式設計:將感測元件與傳力機構結合,適用於任何軸向傳動機構,無須額外設計傳動件,使扭力訊號零間隙傳遞。
    2.扭力樑取代現有放大器設計:藉由樑的幾何結構放大扭力訊號,系統無需再設計放大機構與放大器,簡化電路設計。
    3.縮小系統體積:整合式且無放大器的設計較原系統體積縮小1/3~1/2。
     

    扭力感測器元件組成與功能示意
    整合/傳統扭力感測器比較表

    從比較表可看出,相較傳統感測器,整合式的設計由於元件間傳遞無間隙,量測的訊號品質更好,且沒有放大機構,零件數、機構大小也都降低,相對成本也下降,能夠降低業者在進入力感知/力輔助系統的門檻。除了電動輔助轉向系統,扭力感測器還可以運用在電動助力單車(E-Bike)、混合動力車與工具機等產品。

    此整合式扭力感測器並榮獲2011台北國際發明展金牌、2012日內瓦發明展金牌及波蘭發明協會之特別獎,顯示此設計概念備受肯定,歡迎您連結至車輛中心網站參考有關整合式扭力感測器的介紹說明 http://www.artc.org.tw/chinese/02_research/02_01detail.aspx?pdid=51

     

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