專利名稱：編碼磁阻結(jié)合式esp絕對(duì)式多圈角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器,具體地說(shuō),是一種專為汽車ESP (Electrical StabilityProgram電子穩(wěn)定性程序)開發(fā)的編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器。
背景技術(shù)：
角度的檢測(cè)應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于汽車領(lǐng)域，角度檢測(cè)的是駕駛員操作方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，由于方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是多圈的，因此需要使用多圈檢測(cè)技術(shù)。多圈檢測(cè)可以分為接觸式與非接觸式，接觸式中常用的是滑動(dòng)變阻器式，角度的變化改變滑動(dòng)變阻器電阻值；非接觸式中有電感式，光電式，電磁式等。非接觸式在精度、噪聲、使用壽命等方面都優(yōu)于接觸式，其中電磁式因?yàn)閼?yīng)用式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。在專利CN1090315C中披露了一種檢測(cè)可轉(zhuǎn)動(dòng)物體之轉(zhuǎn)角的裝置結(jié)構(gòu)，用于檢測(cè)一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)多于360°之物體轉(zhuǎn)角，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖中10為旋轉(zhuǎn)軸，11為旋轉(zhuǎn)軸10帶動(dòng)的主齒輪，與11嚙合的有2個(gè)齒數(shù)不同的從齒輪12和13，在從齒輪12和13內(nèi)含有2個(gè)磁體；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸10旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)齒輪12與13以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)周期性的轉(zhuǎn)角傳感器14與15分別探測(cè)從動(dòng)齒輪12與13轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；其中轉(zhuǎn)角傳感器周期為Q，主齒輪齒數(shù)為n,從動(dòng)齒輪12齒數(shù)為m,轉(zhuǎn)角為0 ,從動(dòng)齒輪13齒數(shù)為z(=m+l),轉(zhuǎn)角為W。該技術(shù)方案是基于游標(biāo)原理，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒數(shù)不同的兩個(gè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)齒輪單圈的角度，進(jìn)而得到方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。其缺點(diǎn)有1.必須使用兩顆磁感應(yīng)角度芯片檢測(cè)兩個(gè)齒輪的角度，磁感應(yīng)角度芯片目前均為國(guó)外產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)沒有成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)采購(gòu)這類芯片的價(jià)格昂貴，在整個(gè)產(chǎn)品成本中占40%以上，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)開發(fā)的傳感器產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)法打開市場(chǎng)。2.游標(biāo)原理是基于兩組不同齒數(shù)比的齒輪副傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度要求高，同時(shí)兩組齒輪副之間齒數(shù)比不能超差否則超出游標(biāo)原理適用范圍。US7775129專利也公開了一種基于上述專利改進(jìn)后的方案，如圖5所示，也是使用游標(biāo)原理，但是將其中一個(gè)小齒輪29與另一小齒輪26相嚙合，并設(shè)置兩顆角度磁感應(yīng)芯片序號(hào)27和30來(lái)檢測(cè)角度；圖中25為主齒輪，2為傳感器外殼，I為轉(zhuǎn)動(dòng)管柱。該技術(shù)方案與前述專利一樣，仍然使用兩顆角度感應(yīng)芯片，只是改變了齒輪的嚙合對(duì)象，因此同樣存在對(duì)齒輪精度的要求以及齒數(shù)比超差問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于霍爾開關(guān)和霍爾角度傳感器的磁感應(yīng)技術(shù)的編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，包括與方向盤管柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，所述齒輪上設(shè)置有同心圓的編碼盤，編碼盤上分布有圓弧段的缺口 ；所述齒輪還嚙合著一個(gè)小齒輪，小齒輪包含徑向分布的磁鐵，可被磁感應(yīng)角度傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出范圍在0° -360° ;所述小齒輪的齒數(shù)為齒輪的l/k(k為齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，k>l);在所述編碼盤的圓周上還間隔30°排列著4個(gè)帶磁鐵的霍爾開關(guān)芯片，當(dāng)編碼盤每轉(zhuǎn)動(dòng)30°，4個(gè)霍爾開關(guān)芯片就輸出變化一次。作為一種優(yōu)選，所述編碼盤上分布的圓弧段的缺口有4段，分別位于圓周的
O。-60。 、90。 -120。 ,150° -180。和 270。 -300。。作為一種優(yōu)選，所述4個(gè)霍爾開關(guān)芯片可結(jié)合編碼盤實(shí)現(xiàn)單圈內(nèi)由0與I構(gòu)成的4位二進(jìn)制數(shù)字量表示每30°。本發(fā)明還公開了一種編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器在方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)多圈范圍內(nèi)，基于段數(shù)與磁感應(yīng)角度傳感器0 360°輸出計(jì)算多圈方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度的方法，該方法如下(a)根據(jù)磁感應(yīng)角度傳感器4輸出a與齒輪(2)與小齒輪3間傳動(dòng)比k，記當(dāng)前圈數(shù)i，則方向盤多圈角度A為A=(a+i*360° )/k(b)根據(jù)當(dāng)前段數(shù)n與方向盤所在圈數(shù)j，總段數(shù)m，則方向盤多圈角度A為A n*360° /m+j*360°(c)其中i，j均為整數(shù)，由以上兩個(gè)公式與限定的誤差范圍確定最終的i值，進(jìn)而得到方向盤多圈角度值A(chǔ)。作為一種優(yōu)選，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)多圈范圍內(nèi)，段數(shù)與磁感應(yīng)角度傳感器的輸出值相對(duì)關(guān)系沒有重疊。本發(fā)明是將角度感應(yīng)芯片的使用個(gè)數(shù)降低，因此在不降低傳感器精度的同時(shí)，降低了設(shè)計(jì)成本。相比現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果具體表現(xiàn)在a)減少一個(gè)傳動(dòng)齒輪，減少了對(duì)應(yīng)的模具開發(fā)。b)減少了一個(gè)磁感應(yīng)角度芯片，從設(shè)計(jì)上降低了產(chǎn)品成本。c)將游標(biāo)原理進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了產(chǎn)品的容差范圍。d)由于本發(fā)明只有一個(gè)磁感應(yīng)角度芯片使用，因此系統(tǒng)對(duì)MCU(Micro ControlIer Unit微型處理芯片)的要求降低，可以選擇更為簡(jiǎn)單的MCU，從而進(jìn)一步節(jié)省了成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為轉(zhuǎn)角和磁感應(yīng)角度傳感器輸出與段數(shù)XY圖；圖3為段數(shù)和磁感應(yīng)角度傳感器輸出的角度XY圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)(專利CN1090315C)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)(專利US7775129)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，與方向盤管柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪2上設(shè)置著同心圓的編碼盤1，編碼盤I為導(dǎo)磁體材料，其上分布有圓弧段缺口 ；如此時(shí)編碼盤的圖示位置為0°，則按逆時(shí)針方向，缺口位置分別在圓周的0° -60。、90。-120。、150。-180。和270。-300。;編碼盤I與齒輪2在機(jī)械上可做成一個(gè)整體，一起跟隨方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪2還嚙合著一個(gè)小齒輪3，小齒輪3包含徑向分布的磁鐵,其齒數(shù)為齒輪2的1/k ；4為檢測(cè)齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)的磁感應(yīng)角度傳感器，感應(yīng)在小齒輪3內(nèi)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵方向變化，得出小齒輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，其范圍在0° -360°。圖中，5、6、7、8為4個(gè)帶磁鐵的霍爾開關(guān)芯片，在編碼盤I的圓周上間隔30°地排列。當(dāng)缺口到達(dá)霍爾開關(guān)芯片5時(shí)，開關(guān)閉合輸出；缺口離開時(shí)，開關(guān)斷開。4個(gè)霍爾開關(guān)芯片5、6、7、8可結(jié)合編碼盤I實(shí)現(xiàn)單圈內(nèi)由0與I構(gòu)成的4位二進(jìn)制數(shù)字量表示每30° ;如果記開關(guān)閉合時(shí)輸出為1，斷開時(shí)為0，則編碼盤I順時(shí)針旋轉(zhuǎn)360°時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的霍爾開關(guān)芯片輸出列表如下
權(quán)利要求
1.一種編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器,包括與方向盤管柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪(2)，其特征在于，所述齒輪(2)上設(shè)置有同心圓的編碼盤(1)，編碼盤(I)上分布有圓弧段的缺口 ；所述齒輪(2)還嚙合著一個(gè)小齒輪(3)，小齒輪(3)包含徑向分布的磁鐵，可被磁感應(yīng)角度傳感器(4)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出范圍在0° -360° ;所述小齒輪(3)的齒數(shù)為齒輪(2)的l/k(k為齒輪2與小齒輪3的齒數(shù)比，k>l);在所述編碼盤(I)的圓周上還間隔30°排列著4個(gè)帶磁鐵的霍爾開關(guān)芯片(5)、(6)、(7)、(8)，當(dāng)編碼盤(I)每轉(zhuǎn)動(dòng)30°，4個(gè)霍爾開關(guān)芯片就輸出變化一次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，其特征在于，所述編碼盤(I)上分布的圓弧段的缺口有4段，分別位于圓周的0° -60°、90° -120°、150。-180。和 270。-300。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，其特征在于，所述4個(gè)霍爾開關(guān)芯片(5)、(6)、(7)、(8)可結(jié)合編碼盤(I)實(shí)現(xiàn)單圈內(nèi)由0與I構(gòu)成的4位二進(jìn)制數(shù)字量表示每30°。
4.一種如權(quán)利要求3所述編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，在方向盤轉(zhuǎn)動(dòng) 多圈范圍內(nèi)，基于段數(shù)與磁感應(yīng)角度傳感器0 360°輸出計(jì)算多圈方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度的方法，該方法如下 (a)根據(jù)磁感應(yīng)角度傳感器(4)輸出a與齒輪(2)與小齒輪(3)間傳動(dòng)比k，記當(dāng)前圈數(shù)i，則方向盤多圈角度A為 A=(a+i*360° )/k (b)根據(jù)當(dāng)前段數(shù)n與方向盤所在圈數(shù)j，總段數(shù)m，則方向盤多圈角度A為 A n*(360。/m)+j*360。
(c)其中i，j均為整數(shù)，由以上兩個(gè)公式與限定的誤差范圍確定最終的i值，進(jìn)而得到方向盤多圈角度值A(chǔ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，其特征在于，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)多圈范圍內(nèi)，段數(shù)與磁感應(yīng)角度傳感器的輸出值相對(duì)關(guān)系沒有重疊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器，旨在提供一種專為汽車ESP開發(fā)的編碼磁阻結(jié)合式ESP絕對(duì)式多圈角度傳感器，包括與方向盤管柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，齒輪上設(shè)置有同心圓的編碼盤，編碼盤上分布有圓弧段的缺口；齒輪還嚙合著一個(gè)小齒輪，小齒輪包含徑向分布的磁鐵，可被磁感應(yīng)角度傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出范圍在0°-360°；小齒輪的齒數(shù)為齒輪的1/k；在編碼盤的圓周上還間隔30°排列著4個(gè)帶磁鐵的霍爾開關(guān)芯片，當(dāng)編碼盤1每轉(zhuǎn)動(dòng)30°，4個(gè)霍爾開關(guān)芯片就輸出變化一次；4個(gè)霍爾開關(guān)芯片可結(jié)合編碼盤實(shí)現(xiàn)單圈內(nèi)由0與1構(gòu)成的4位二進(jìn)制數(shù)字量表示每30°。本發(fā)明是將游標(biāo)原理進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了產(chǎn)品的容差范圍，本發(fā)明中將角度感應(yīng)芯片的使用個(gè)數(shù)降低，因此在不降低傳感器精度的同時(shí)，降低了設(shè)計(jì)成本。
文檔編號(hào)G01D5/14GK103063127SQ20121057601
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者周良杰 申請(qǐng)人:萬(wàn)向錢潮(上海)汽車系統(tǒng)有限公司, 萬(wàn)向集團(tuán)公司