霍尔效应传感器电动助力转向的应用
在本文中，我们将研究霍尔效应传感器的主要用例之一——转向扭矩测量。通过使用可靠的霍尔效应传感器，可以进行准确而强大的扭矩测量，这在电动助力转向（EPAS）系统中至关重要。
液压助力转向的简史
当您驾驶全手动转向系统时，有时可能难以转动方向盘，尤其是当您以低速驾驶大型车辆时。为了解决这个问题，汽车制造商在1950年代引入了第一个液压助力转向（HPAS）系统。该系统的基本思想如下所示。
HPAS系统的简化架构。图片（修改）由Global Auto Solutions提供
该系统使用动力转向泵提供的高压流体来协助驾驶员进行转向。可以通过流体管线将流体引导到液压活塞的右侧或左侧。
当驾驶员顺时针或逆时针旋转方向盘时，加压流体将被施加到液压活塞的适当一侧。以这种方式，活塞（以及因此）使齿条沿期望的方向运动，而无需驾驶员过多的体力劳动。
尽管液压助力转向使驾驶员可以轻松地操纵车辆，但它仍存在一些缺点。该系统的主要问题是其低功率效率低，因为即使不使用转向系统，发动机也必须连续驱动动力转向泵。为了克服HPAS的局限性，汽车工程师决定重新设计系统，以使用电动机的动力。
电动助力转向的兴起
电动助力转向（EPAS）使用电动机而不是液压系统来辅助驾驶员旋转方向盘。这里说明了基本思想。
EPAS系统的简化架构。图片由DCE Motorsport提供
由于仅在使用转向系统时才打开电动机，因此EPAS系统比HPAS系统能效更高。为了控制电动机，我们应该能够计算出所需的辅助功率。决定所需辅助动力的重要参数是驾驶员输入，即驾驶员施加在方向盘上的扭矩。
非接触式扭矩传感器
基于霍尔效应传感器的非接触式扭矩感应机制包括：
两个由铁磁材料制成的同向旋转的定子环。定子环固定在扭杆的输入端，扭杆的输入端连接到方向盘柱。我们将在稍后解释什么是扭力杆。
带有交替磁北极和南极的编码器环。该编码器环连接到扭杆的输出端。
一个或两个（用于冗余）霍尔效应传感器固定在定子环上。
基于霍尔效应传感器的非接触式扭矩感应机构。图片由语义学者WJ Fleming提供
在解释该扭矩传感器的操作之前，我们需要了解扭杆的操作。
扭杆基本上是具有弹簧特性的金属杆。如果我们固定扭力杆的一端并在另一端施加扭矩，则扭力将扭转角度θ，这是扭力杆的长度和刚度的函数。扭力杆希望抵抗扭力的影响，并且在移除扭矩后会恢复到其正常状态。下图显示了扭杆如何响应所施加的扭矩而扭曲。???
扭杆如何响应施加的扭矩而扭转
现在，让我们看看上面的扭矩传感器是如何工作的。关键是定子环连接到扭杆的一端，编码器环连接到另一端。当驾驶员旋转方向盘时，扭杆略微扭曲，编码器环相对于定子环成角度地移动。
随着编码器环相对于定子环的位置变化，霍尔效应传感器感测到的磁通量也随之变化。这使我们能够生成与驾驶员施加的扭矩有关的电信号。
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沈韩杨
996工程师。
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