轉角傳感器 信號：一種汽車方向盤轉角傳感器以及轉角信號的處理方法

轉角傳感器 信號：一種汽車方向盤轉角傳感器以及轉角信號的處理方法

一種汽車方向盤轉角傳感器以及轉角信號的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種傳感器技術領域，特別是涉及一種汽車方向盤轉角傳感器。此外， 本發明涉及一種對轉角信號的處理方法。
【背景技術】
[0002] 汽車方向盤轉角傳感器是汽車電控系統的重要組成部件，為汽車電子穩定系統和 大燈隨動轉向提供方向盤轉角和轉向信號。隨著電子穩定系統和大燈隨動轉向這兩項技術 在汽車上的普及，汽車方向盤轉角傳感器的需求量也在不斷上升。市場上方向盤轉角傳感 器有光電感應式、電阻分壓式、電磁感應式等多種樣式。
[0003] 最初的方向盤轉角傳感器是基于電阻分壓式的，在滑動觸點和電阻器的相互運動 過程中，二者會產生磨損，這影響了傳感器的使用壽命。這類傳感器的尺寸比較大，這就給 安裝空間提出了要求，信號處理電路也比較復雜，此類傳感器現在已經很少使用。
[0004] 光電感應式方向盤轉角傳感器由于在結構上需要一個或多個永久光源，所以在壽 命和可靠性上具有一定的劣勢。同時，汽車方向盤轉角傳感器工作在高溫、震動強烈的環境 下，這就對光電感應式傳感器這種較精密復雜元件提出了嚴格的要求。所以，基于光電感應 的傳感器逐漸被淘汰，但是光電感應式傳感器的編碼和解碼方式給我們信號處理提供了思 路。
[0005] 電磁感應式傳感器利用永磁體和電子線路來產生與轉角相關的信號，基于的原理 包括霍爾效應和磁阻效應。磁阻效應是一項新興的技術，具有代表性的產品有GMR芯片，此 芯片可以通過檢測外加磁場的變化達到檢測轉角的目的，在某些方面非常適合方向盤轉角 傳感器，但是GMR芯片受到磁場范圍、氣隙等多方面因素的限制，并且需要用復雜的機械結 構來判斷方向盤的轉向，從而導致此類方向盤轉角傳感器在制造精度和安裝精度上都有嚴 格要求，由此導致的測量誤差需要通過軟件校正，比較復雜。
[0006] 霍爾效應方向盤轉角傳感器是比較成熟的一項技術，市場上適應各種場合的霍爾 傳感器種類繁多，因此基于霍爾效應的傳感器在實用方面有很大優勢，并且霍爾傳感器能 夠適應方向盤轉角傳感器的工作環境，能夠在高溫下正常工作，并且不受震動和粉塵的影 響，是比較理想的傳感器元件，但是霍爾傳感器只能輸出數字信號，不適用對分辨率要求很 高的方向盤轉角傳感器，因此，利用霍爾傳感器就必須要解決分辨率低和辨向的問題。
[0007] 方向辨別和角度分辨率問題是汽車方向盤轉角傳感器的兩個技術難點，所以，人 們提出了許多種設計方案來解決這個兩個問題。這些方案大都基于以上原理，同時也具有 以上原理自身的不足。
[0008] 中國專利（CN U)公開了一種基于光電編碼器的方向盤轉角測量方案， 通過三個U型光耦元件和三組透光板與不透光板交替碼道的組合，碼道轉動時，三個光耦 元件會輸出三列周期和相位不同的脈沖序列，根據脈沖序列能夠計算出方向盤的轉動方向 和轉動角度。首先，這種方案還是基于光電效原理提出的，所以在可靠性方面就有缺陷，并 且此方案采用三個光耦元件，這樣一來更加減少了傳感器的使用壽命；其次，碼道上不透明 遮光板的數量是有限的，所以轉盤轉動一周產生的脈沖數量也是有限的，傳感器的分辨率 就受到很大限制，但是脈沖信號的精度比較高，相對誤差較小，比較適合方向盤轉角傳感器 工作條件的要求，在震動過程中不會產生較大誤差，采用多列脈沖信號辨向的方式也比較 簡單。
[0009] 中國專利（CN A)披露了一種基于巨磁阻效應的方向盤轉角測量方案， 此方案基于GMR芯片能夠輸出與角度有關的模擬信號的特點，其產品的分辨率能夠無限提 高，但是GMR芯片只能輸出單圈轉角信號，并且不能獨立辨別方向，所以此方案采用一個主 動齒輪與兩個從動齒輪嚙合，兩個從動齒輪的齒數是不等的，通過兩個GMR芯片輸出信號 的信號差，根據電壓信號就可以標定主動齒輪的轉動角度和方向，具體的，方向盤在-2圈 的時候能夠對應角度為0°，復位時對應720°，+2圈的時候對應1440°。這種方案必然能 夠滿足方向盤轉角傳感器的需求，但是這種利用巨磁阻效應測量方向盤轉動絕對角度的汽 車方向盤轉角傳感器對結構精度要求高，容易造成圈數誤判的問題，這樣就帶來了成本和 制造、安裝精度等一系列問題，因此我們必須提出更加簡單可靠的轉角測量方案。
【發明內容】
[0010] 為了克服現有技術存在的上述不足，本發明提供一種汽車方向盤轉角傳感器以及 轉角信號的處理方法。該發明可實現方向識別、轉角與角速度計算功能，引入的四倍頻電路 和軟件修正算法使方向盤轉角傳感器分辨率達到0. 0070°。
[0011] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種汽車方向盤轉角傳感器，包括 機械部分和信號處理電路部分，所述機械部分：主齒輪中心位置上有供方向盤轉向柱穿過 的通孔II，主齒輪內環周邊的安裝爪與方向盤轉向柱相配合使二者相對固定，主齒輪與小 齒輪周向固定在下殼體的凹槽內并相互嚙合。下殼體內的凸臺裝配軸上安裝小齒輪，方向 盤轉向柱通過主齒輪帶動小齒輪轉動，與小齒輪同軸的磁環托盤上安裝磁環，所述磁環上 的N、S極為交替布置。兩個雙極霍爾傳感器A、B分別在磁環的外圓周上呈90°布置，上 殼體上有供主齒輪穿過的通孔III。所述信號處理電路部分：兩個雙極霍爾傳感器A、B分別 在磁環的外圓周上呈90°布置，這種布置能保證兩個雙極霍爾傳感器A、B產生兩列相位差 為四分之一周期的脈沖序列，單片機通過判斷哪一個脈沖序列先到達來判斷方向盤的轉動 角度；同時對磁環的N、S極交替排列，在雙極霍爾傳感器元件能夠識別的范圍內，盡量增加 單位磁極的數目，兩個雙極霍爾傳感器A、B產生的兩路脈沖信號一方面輸入單片機對轉動 方向進行識別，另一方面經過四倍頻電路處理后產生四倍頻信號進入單片機，對轉動角度 進行計數；單片機對兩路雙極霍爾傳感器A、B的脈沖信號和四倍頻信號處理以后會產生轉 向、轉角和角速度信號，最終結果通過CAN接口與整車總線系統連接，也可以通過串口供其 他系統使用，還可以通過DAC數模轉換器轉換成與電壓相關的轉角信號或可直接輸出脈沖 信號和模擬量信號供其它元件使用；本發明一個提高分辨率的途徑為采用四倍頻電路，兩 列脈沖的任意一個上升沿或下降沿都會被四倍頻電路計數并產生一個脈沖周期，此脈沖頻 率為原脈沖頻率的四倍，傳感器的分辨率就提高了四倍，單片機通過對此脈沖序列進行處 理和計數，達到計算轉角的目的。
[0012] 所述兩個雙極霍爾傳感器A、B內部布置合理的情況下，盡量增加磁環的直徑，這 樣一個周期內就會產生更多的脈沖，使傳感器的分辨率得到明顯提高。
[0013] 所述主齒輪與小齒輪的傳動比為i=2~4。
[0014] -種汽車方向盤轉角傳感器轉角信號的處理方法，所述方法的具體步驟如下：所 述方法的具體步驟如下：
[0015] 步驟 1 :
[0016] 兩個雙極霍爾傳感器A、B上電

轉角傳感器 信號：北汽紳寶X55&X35轉角傳感器（SAS）標定指導

針對市場上紳寶X55、X35個別車輛轉角傳感器（SAS）手動標定失敗問題，制定了轉角傳感器標定指導書?，F通過技術通訊向各特約店發布：
(1)故障現象
轉向系統在某些情況下，控制器中記錄的方向盤中位信號會丟失。在這種情況下，裝備ESP的車輛會失去部分ESP功能，故障燈點亮，同時VDS中會有SAS標定錯誤\SAS故障等故障碼，此時需要重新進行轉角信號標定，才能恢復相關功能。
(2)需要進行SAS標定的情況
? 蓄電池斷電；
? 轉向控制器電源插接件斷開（如：轉向管柱總成維修、更換，EPS程序刷新等）情況；
? 更換、維修底盤零部件導致前輪定位變化（此時控制器中記錄的中位信號會與實際中位信號存在偏差）。
(3)SAS標定方法
方法一：通過VDS進行SAS標定(以下為X35標定過程，X55類似)，具體操作過程如下：
? 選擇X35車型，點擊“開始診斷”，加載程序；
? 雙擊“電動助力轉向器（EPS）”進入診斷界面；
? 選擇“ECU配置”，并點擊“轉角傳感器標定”；
? 點擊”轉向角傳感器標定”，進入如下界面，并仔細閱讀前提條件；
? 點擊“校準”，開始標定；
[1] [2] 下一頁

轉角傳感器 信號：方向盤轉角傳感器

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汽車部件有很多，但是大家有了解多少呢？方向盤轉角傳感器用于檢測方向盤的中間位置、轉動方向、轉動角度和轉動速度。在電控懸架中，懸架ECU根據車速傳感器信號和方向盤轉角傳感器信號，判斷汽車轉向時側向力的大小，以控制車身的傾斜。
轉角傳感器介紹：介紹
轉角傳感器，是測量或監控物體轉動角度的傳感器，例如風力發電機軸轉動角度、焊接管轉動角度監控、海上平臺定位轉角測量等。正如我們所知道的，很多微小的角度變化都會影響到某些工程的整體控制，所以，對角度的實時測量或監控就顯得尤為重要。
轉角傳感器介紹：功能
“方向盤轉角傳感器”廣泛應用于汽車動力穩定性控制系統。其穩定性、精度與行車安全直接關聯。與目前汽車上普遍應用“ABS系統”相比較，其不僅包含“ABS系統”的全部功能，還能在汽車失去穩定時主動制動，從而實現對“車身姿態”的控制，一定程度上保障了行車安全。
“方向盤轉角傳感器”是實現“ESP”主動制動關鍵部件之一，不僅檢測方向盤轉動角度，同時提供給“ECU”系統相關信號作為“ESP”控制依據。
了解完轉角傳感器的作用。其實懸架ECU根據兩個光電耦合器輸出“ON/OFF”變換的速度，檢測出轉向軸的轉向速度。此外由于兩個光電耦合器變換的相位錯開約90°，所以通過判斷哪個遮光盤首先轉變為“ON”狀態，就可以檢測出轉向軸的轉動方向。
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