一種汽車方向盤轉動角度測量方法
2023-08-03 22:13:31
專利名稱：一種汽車方向盤轉動角度測量方法
技術領域：
本發明涉及傳感器領域，特別涉及汽車方向盤轉動角度的測量方法，該方法利用 巨磁阻傳感器的測量結果來計算汽車方向盤轉動的角度。
背景技術：
汽車方向盤中有主旋轉軸、大齒輪和小齒輪，主旋轉軸帶動主齒輪旋轉，主齒輪通 過耦合結構帶動大齒輪和小齒輪的轉動。主齒輪與大齒輪和小齒輪的轉動比為L M N， 在檢測汽車方向盤轉動角度時，有兩種方法，一種是增量計數式，通過記錄齒數的增減來判 斷角度的增減，另一種是直接得到絕對位置。增量計數式角度傳感器由於通電之後需要判 斷中間位置，計數存在出錯的概率較大，角度解析度受限等原因，市場應用逐漸被絕對位置 角度傳感器擠佔。絕對位置角度傳感器通常採用GMR原理，GMR是指巨磁效應電阻，由巨磁效應電阻 製成的晶片在磁場中時，晶片的輸出隨磁場方向的變化而變化。GMR原理的絕對位置角度傳 感器，解析度可以比傳統的增量計數式角度傳感器提高一個數量級，並且體積小巧，安裝方 便。通電就能得到絕對位置。汽車方向盤角度傳感器用於檢測汽車方向盤轉動的角度，在採用GMR原理進行角 度檢測時，在測量小於360度的角度時，單個GMR晶片即可實現絕對角度的測量，但當測量 的角度大於360度時，就會遇到確定轉動圈數的問題，專利200810126440的處理方法是大 齒輪和小齒輪的轉動比為m η;獲得大齒輪旋轉的角度Q1，獲得小齒輪旋轉的角度θ2， 由此獲得實際的截矩K，由實際的截矩K獲得理論的截矩L，再由理論的截矩L獲得大齒輪 旋轉的圈數P。具體流程如下通過GMR傳感器獲得大齒輪旋轉的相對轉動角度θ 」小齒輪旋轉的角度θ 2。以相對轉動角度θ工為橫坐標，以相對轉動角度θ 2為縱坐標，獲得實際截矩K。由實際截矩K算出理論截矩L。通過對理論截矩L的處理，獲得大齒輪旋轉的圈數P。經過(θ ρ θ 2)，且斜率為1的直線與縱軸相交獲得實際的截矩K。實際的截矩K為(θ 2- θ ；理論截矩L為int(k+l/2)；大齒輪旋轉的圈數P判斷如下for χ = 0 1 :m_l ；if (x*n-l) /m = int ((x*n_l) /m)p = x；但這種計算方法不直觀，且在正反方向轉動時不能判斷方向，會產生誤判。
發明內容
本發明為了解決目前利用巨磁電阻測量汽車方向盤角度不直觀且在正反方向轉 動時不能判斷方向而產生誤判的不足，本發明提供一種汽車方向盤轉動角度的測量方法。
本發明為了實現其技術目的所採用的技術方案是一種汽車方向盤轉動角度測量 方法，該方向盤中主齒輪與大齒輪和小齒輪的轉動比為L M N是已知的，其特徵在於 包括以下步驟步驟1 採用巨磁電阻傳感器分別獲得小齒輪旋轉的角度α和大齒輪旋轉的角度 β ；步驟2 算出α，β在相圖上對應的坐標α ideal, β ideal ；步驟3:由Ciideal，Pideal算出大齒輪轉動的圈數P;步驟4 由i3idMl，P，L，M算出主齒輪旋轉的絕對角度θ，輸出主齒輪旋轉的絕對 角度θ，主齒輪的旋轉角度即為方向盤旋轉角度。進一步的，上述的一種汽車方向盤轉動角度測量方法中在所述的步驟2中所述 的相圖是根據理想的大齒輪和小齒輪的轉動情況，以小齒輪的旋轉的相對角度α為橫軸， 大齒輪旋轉的相對角度β為縱軸算出的。更進一步的，上述的一種汽車方向盤轉動角度測量方法中所述的步驟2中所述 的α，β在相圖上對應的坐標α ideal, β ideal是按下列算式計算的α ideal = (α +(β -Y_INC*ee)*Ν/Μ)/(Ν*Ν/(Μ*Μ))；β ideal = α ideal*N/M+Y_INOee，式中其中ee為相圖上的直線編號。發明的有益效果是用於汽車方向盤角度傳感器的角度計算方法可以實現自動正 反向判斷和處理的功能。本發明設計的用於汽車方向盤轉動的角度的測量方法，可以做到 絕對轉角的精確測量，其測量精度取決與大小齒輪的的單圈測量精度，該方法對正反向能 實現自動判斷和處理的功能。以下將結合附圖和實施例，對本發明進行較為詳細的說明。
圖1.汽車方向盤角度傳感器的角度測量方法流程圖。圖2.汽車方向盤角度傳感器的角度測量系統結構示意圖。圖3.大小齒輪轉角的相互關係圖(相圖)。圖4. ( α，β )在相圖上從基準位置開始移動的軌跡。
具體實施例方式實施例1，如圖1所示，本實施例是一種利用圖2所示的測量汽車方向盤轉動角度 的裝置來測量汽車方向盤角度的方法。本裝置包括設置在小齒輪和大齒輪上的第一 GMR和 第二 GMR，分別測量小齒輪旋轉的角度α和大齒輪旋轉角度β，轉送到微處理器，在微處理 器內進行處理，獲得汽車方向盤的角度Θ。該方法包括以下步驟步驟1 採用巨磁電阻傳感器分別獲得小齒輪旋轉的角度和大齒輪旋轉的角度 β ；步驟2 算出α，β在相圖上對應的坐標α ideal, β ideal ；步驟3:由Ciideal，Pideal算出大齒輪轉動的圈數P;步驟4 由i3idMl，P，L，M算出主齒輪旋轉的絕對角度θ，輸出主齒輪旋轉的絕對
4角度Θ，該角度θ就是方向盤旋轉的角度。如圖1所示汽車方向盤轉動角度傳感器的角度測量方法流程圖，程序完成初始 化後，通過第一 GMR(巨磁阻)傳感器獲得小齒輪旋轉的角度α，通過第二 GMR(巨磁阻) 傳感器獲得大齒輪旋轉的角度β ；再由微處理器根據α，β，和相圖算出以基準位置算起 大齒輪轉動的圈數P，最後由轉動的圈數P和大齒輪旋轉的角度β算出主齒輪旋轉的角度 θ，也就是方向盤旋轉的角度。如圖2所示，一種汽車方向盤轉動角度傳感器的角度測量系統結構示意圖。包括 汽車方向盤的主轉動軸帶動的主齒輪，主齒輪嚙合大齒輪和小齒輪。還包括注塑在大、小齒 輪上的磁鐵，布在線路板上的巨磁阻感應晶片和微處理器組成。主齒輪，大齒輪，小齒輪的 傳動比為L M N。第一 GMR傳感器和第二 GMR傳感器分別測量小齒輪和大齒輪的相對 旋轉角度，即一圈之內的轉角，將小齒輪的相對轉角α和大齒輪的相對轉角β輸入到微處 理器中，微處理器處理後輸出主齒輪P圈內的絕對轉角Θ。本實施例中，選用德國英飛凌 (Infineon)公司的處理器，型號為SAK-XC886C-8FFA。所述的第一巨磁阻感應晶片和第二 巨磁阻感應晶片也選用德國英飛凌(Infineon)公司的，型號都是TLE5011。所述的第一磁 鐵和第二磁鐵都是釤鈷磁鐵。本實施例中小齒輪為13齒，大齒輪有15齒，主齒輪有35齒。圖3是M為15，N為13的理想相圖。以小齒輪的相對旋轉角度α為橫坐標，以大 齒輪的相對旋轉角度β為縱坐標。相圖中的所有直線平行，斜率為Ν/Μ，且各直線的距離相 等。當程序通過傳感器獲得當前大小齒輪的相對角度時，形成一點(α，β)。尋找相圖中距離該點最近的直線ee，並計算該點到該直線的垂足(α ideal, β ideal)， 其中ee為直線編號，取值範圍與大小齒輪齒數有關。過原點的直線編號為0，沿y軸向上依 次為1，2，3，4……沿χ軸向右依次為-1，-2，-3……每條直線對應一個進位數P，該進位數 表明該直線上的點相對於基準點大齒輪轉過P圈。根據一組特定的大齒輪、小齒輪齒數，可 以確定相圖中所有直線，以及每條直線對應的相對於基準點大齒輪轉過的圈數P。據分析， 直線編號的取值範圍，有大小齒輪齒數M，N確定，ee最小取值為-LMC (M，N)/M, ee最大取 值為LMC (M，N)/N，其中M為大齒輪齒數，N為小齒輪齒數，LMC表示取最小公倍數。根據ee 的最大值，可以得到各條直線之間Y方向的增量Y_INC為Y_INC = 360/(LMC(Μ, N)/N)。對於直線編號ee的確定，方法如下由(α，β)算出在從原點出發的斜率為Ν/Μ 的斜線上橫坐標為α時的縱坐標Ptl，CC為β與的經過四捨五入後的差值，而這個差 值除以各條直線Y方向的增量，即可得到直線編號ee，ee = CC/Y_INC取整後的結果，這個 是就是相圖上斜線的編號ee，表明用於計算的點(α，β)是最靠近直線y = (N/M)*x+Y_ INOee 的。在實際的測量中不可避免的存在誤差，所以(α，β)是不會在標準相圖上的，肯 定會有一些偏差，即不會正好落在直線y = (N/M)*x+Y_INC*ee上，因此需將點(α，β )映 射為標準相圖上的直線y = N/M*x+Y_INC*ee的點(ciideal，i3ideal)。這個映射其實就是取 (α , β)在直線 y = (N/M) *x+Y_INC*ee 的垂足點(α ideal, β ideal)，其中 α ideal = (α+(β-Υ_ INC*ee) *N/M) / (N*N/ (M*M)) ； β ideal = α ideal*N/M+Y_INC*ee ；因為第一 GMR 傳感器和第二 GMR傳感器只能檢測單圈轉角，垂足點(aidMl，β ideal)只能反應單圈的轉角，所以必須確定 在一點的大齒輪轉動的圈數P才能得到實際轉動的絕對角度。圖3是以大小齒輪齒數分別為15，13，主齒輪齒數為45的相圖。編號為-13和15的直線縮為一點，是在大齒輪或小齒輪達到360度時的位置，-13是在起始點，所以其轉動 的圈數為0，15是在大齒輪轉動了最大的圈數(12圈)後回到的起始位置，所以其轉動的圈 數為12圈。圖4(α，β )在相圖上從基準位置開始移動的軌跡中，從0號線，坐標原點開始 移動，其大小齒輪在相圖中的移動軌跡為0,13 ；-2，11 ；-4,9 ；-6,7 ；-8,5 ；-10,3 ；-12，11， 4 ；-1,12 ；-3 ；10 ；-5,8 ；-7,6 ；-9,4 ；_11，2。其中 0，13 是在大齒輪轉動了 0 圈時，-2，11 是 在大齒輪轉動了 1圈時，_4，9是在大齒輪轉動了 2圈時，其餘的依次類推，可確定每一條直 線對應的大齒輪旋轉的圈數。從直線編號為-13到15依次對應的大齒輪旋轉的圈數為0， 6，12，5，11，4，10，3，9，2，8，1，7，0，6，12，5，11，4，10，3，9，2，8，1，7，0，6，12 ；這些數值在程序 中放在一個數組中。 根據ee(ee對應相圖中直線的編號)的值可確定大齒輪旋轉的圈數P，由於大齒輪 和主齒輪的轉動比為M ;L;根據公式θ = (i3ideal+360*ee_m)*M/L可算出主齒輪旋轉的絕 對角度值θ。
權利要求
一種汽車方向盤轉動角度測量方法，該方向盤中主齒輪與大齒輪和小齒輪的轉動比為L∶M∶N是已知的，其特徵在於包括以下步驟步驟1採用巨磁電阻傳感器分別獲得小齒輪旋轉的角度α和大齒輪旋轉的角度β；步驟2算出α，β在相圖上對應的坐標αideal，βideal；步驟3由αideal，βideal算出大齒輪轉動的圈數P；步驟4由αideal，P，L，M算出主齒輪旋轉的絕對角度θ，輸出主齒輪旋轉的絕對角度θ，主齒輪的旋轉角度即為方向盤旋轉角度。
2.根據權利要求1所述的汽車方向盤轉動角度測量方法，其特徵在於在所述的步驟2 中所述的相圖是根據理想的大齒輪和小齒輪的轉動情況，以小齒輪的旋轉的相對角度α 為橫軸，大齒輪旋轉的相對角度β為縱軸算出的。
3.根據權利要求1或2所述的汽車方向盤轉動角度測量方法，其特徵在於所述的步 驟2中所述的α，β在相圖上對應的坐標α ideal, β ideal是按下列算式計算的α ideal = (α +(β -Y_INC*ee)*Ν/Μ)/(Ν*Ν/(Μ*Μ))； β ideal = α ideal*N/M+Y_INOee， 式中其中ee為相圖上的直線編號。
全文摘要
本發明公開了一種汽車方向盤轉動角度的測量方法，通過第一GMR傳感器獲得小齒輪旋轉的角度α，通過第二GMR傳感器獲得大齒輪旋轉的角度β；再有微處理器根據α，β，和大小齒輪轉角關係圖算出大齒輪轉動的圈數P，最後有轉動的圈數P和大齒輪旋轉的角度β算出主齒輪旋轉的角度θ。這種汽車方向盤的角度測量方法能夠實現正反向自動判斷，實現了在多圈內精確測量主齒輪轉動的絕對轉角θ。對溫度、振動、安裝定位誤差、空程等環境參量的改變具有良好的容差特性。
文檔編號B62D15/02GK101966856SQ20101029222
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者李東兵, 汪春華, 王進丁 申請人:昌輝汽車電氣系統(安徽)有限公司