專利名稱：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別是涉及一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，它是 一種在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的用于測(cè)量轉(zhuǎn)角的傳感器。
背景技術(shù)：
目前所使用的有電阻式和光電式轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角傳感器。
電阻式轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角傳感器由電阻器和滑動(dòng)觸點(diǎn)組成，其缺陷是 一是對(duì)溫度敏感；二是偏 差較大，約為土l度；三是測(cè)量范圍太小，僅為土100度。
光電式轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角傳感器由光敏元件，透光膠片以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路組成，光電感應(yīng) 式傳感器包括至少2個(gè)光敏元件、1個(gè)透光膠片以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路。透光膠片指的是 在不透光的基片(通常做成圓環(huán)形)上均勻分布著一些透光矩形孔的膠片。透光膠片一般固 定在轉(zhuǎn)向管柱上，可以隨著方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。在透光膠片的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，光線通過(guò)矩形 孔入射在透光膠片后面固定的光敏元件表面。光敏元件表面的光強(qiáng)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成 不同幅值的輸出電壓。由于矩形孔均勻分布，故輸出的電壓呈現(xiàn)方波形狀。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)， 讓2個(gè)光敏元件輸出的兩路電壓存在一定相位差(通常為90° )，通過(guò)比較兩路信號(hào)的相位 關(guān)系就可以判斷方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輸出的方波信號(hào)數(shù)就是矩形孔的個(gè)數(shù)， 因此，每個(gè)方波周期對(duì)應(yīng)的方向盤轉(zhuǎn)角可以求出。在2個(gè)時(shí)刻tl和t2之間，知道了方向盤的 轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及方波的個(gè)數(shù)，就可以知道2個(gè)時(shí)刻之間方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)角度。因此，這種傳 感器被稱為相對(duì)值轉(zhuǎn)角傳感器。通過(guò)一定的算法判斷出方向盤的中間位置，再由相對(duì)值轉(zhuǎn)角 傳感器求出相對(duì)于中間位置轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，就可以求出方向盤的絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。該光電式轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)角傳感器的缺陷是 一是安裝要求高，需要光源；二是價(jià)格貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器， 該傳感器價(jià)格較低，測(cè)量范圍大，對(duì)溫度導(dǎo)致的誤差不敏感，而且能夠精確的測(cè)量轉(zhuǎn)向管柱 轉(zhuǎn)角位置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，由磁缸、CPU控制單元、磁 輪機(jī)構(gòu)和霍爾傳感器組成，其中磁輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)從動(dòng)磁輪和與之嚙合相連的主動(dòng)磁輪組 成，每個(gè)從動(dòng)磁輪的中心部位安裝一個(gè)磁鋼；主動(dòng)磁輪固定在轉(zhuǎn)向管柱上；在每個(gè)磁鋼附近 安裝一個(gè)霍爾傳感器，霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元相連。
本發(fā)明提供的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 的轉(zhuǎn)角。
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角傳感器價(jià)格昂貴，使用環(huán)境要求高的缺點(diǎn)，提出一種
3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下的顯著效果
1. 對(duì)環(huán)境要求低在粉塵、潮濕，高溫等對(duì)傳感器不利的環(huán)境下，仍然能夠保持良好的 性能。
2. 價(jià)格較低與電阻式和光電式轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角傳感器相比，擁有較高的性價(jià)比。
3. 測(cè)量范圍廣測(cè)量范圍為土1080度，可用于工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、建筑設(shè)備、石化 設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、航空航天儀器儀表、國(guó)防工業(yè)等旋轉(zhuǎn)速度和角度的測(cè)量。如汽車電子腳 踩油門角位移，方向盤位置，座椅位置，前大燈位置，自動(dòng)化機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)控制，旋轉(zhuǎn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)和控制。
4. 對(duì)溫度導(dǎo)致的誤差不敏感，工作溫度范圍在-40度至+150度之間。
5. 采用的霍爾傳感器，具有許多優(yōu)點(diǎn)它的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方 便，功耗小，頻率高(可達(dá)lMHz)，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、 無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高(可達(dá)um級(jí))。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 '
圖2是圖1的左視圖。
圖3是圖1的俯視圖。
圖4是兩個(gè)霍爾傳感器的輸出波形。
圖5是磁鋼空間磁場(chǎng)示意圖。
圖中l(wèi).磁鋼；2、 3從動(dòng)磁輪；4.霍爾傳感器；5.主動(dòng)磁輪；6.電路板；7. CPU 控制單元；8.轉(zhuǎn)向管柱。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示 由磁缸1、 CPU控制單元7、磁輪機(jī)構(gòu)和霍爾傳感器組成。其中磁輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)從動(dòng)磁 輪和與之嚙合相連的主動(dòng)磁輪5組成，每個(gè)從動(dòng)磁輪的中心部位安裝一個(gè)磁鋼1。磁鋼1安 裝方法在磁輪中心打孔，將磁鋼放進(jìn)去并用萬(wàn)能膠粘接。主動(dòng)磁輪5固定在轉(zhuǎn)向管柱8上。
在每個(gè)磁鋼附近安裝一個(gè)霍爾傳感器，霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元7相連。 在距離磁鋼1.5 2.2mm處安裝霍爾傳感器，該霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU相連。 轉(zhuǎn)向管柱8與管柱外殼不連接，轉(zhuǎn)向管柱通過(guò)花鍵與轉(zhuǎn)向盤固定連接，管柱外殼與車架
焊接固定。通過(guò)磁輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，霍爾傳感器的電磁感應(yīng)獲得管柱轉(zhuǎn)軸的位置信號(hào)，采用CPU
控制單元的計(jì)算獲得絕對(duì)轉(zhuǎn)角輸出位置，計(jì)算精確，測(cè)量范圍廣。
本發(fā)明提供的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中
的轉(zhuǎn)角。該傳感器的測(cè)量精度可達(dá)0.1度。
該轉(zhuǎn)角傳感器采用以下方法測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角，具體如下 在霍爾傳感器的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)能夠產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)的磁鐵，當(dāng)磁鋼旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)磁鐵與磁鋼之間的霍爾傳感器的磁通量就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，其波形是準(zhǔn)正弦波，從而引起霍爾 傳感器內(nèi)部阻值發(fā)生不同的改變，阻值的變化使得半橋輸出的電壓發(fā)生變化。
主動(dòng)磁輪5在隨汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還在做磁輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 在磁輪作用下，從動(dòng)磁輪中的磁鋼(由N極和S極構(gòu)成)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。磁鋼周圍安裝的兩個(gè)傳 感器的輸出電壓隨磁場(chǎng)方向的變化而變化。
電路板6固定安裝在套筒上部
下面結(jié)合附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的工作過(guò)程
轉(zhuǎn)向管柱8與主動(dòng)磁輪5固定連接一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)磁輪5通過(guò)磁輪嚙合傳動(dòng)從動(dòng)磁輪。 從動(dòng)磁輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過(guò)霍爾傳感器監(jiān)測(cè)，其輸出的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到CPU控制單元7。 主動(dòng)磁輪5轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則霍爾傳感器4測(cè)量輸出波形(圖4)，該波形代表主動(dòng)磁輪5的轉(zhuǎn)角 位置。霍爾傳感器輸出的波形其信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到CPU控制單元7的計(jì)算，從而獲得轉(zhuǎn) 向管柱8的精確角度位置。
權(quán)利要求
1.一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其特征是由磁鋼(1)、CPU控制單元(7)、磁輪機(jī)構(gòu)和霍爾傳感器組成，其中磁輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)從動(dòng)磁輪和與之嚙合相連的主動(dòng)磁輪(5)組成，每個(gè)從動(dòng)磁輪的中心部位安裝一個(gè)磁鋼(1)；主動(dòng)磁輪(5)固定在轉(zhuǎn)向管柱(8)上；在每個(gè)磁鋼附近安裝一個(gè)霍爾傳感器，霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元(7)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其特征是在距離磁鋼1.5 2.2mm處安裝霍爾傳感器，該霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其特征是磁 鋼(1)裝在從動(dòng)磁輪的中心孔中，并用萬(wàn)能膠粘接固定。
4 . 一種根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一權(quán)利要求所述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度 傳感器的用途，其特征是該傳感器用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角。
5 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的用途，其特征是該轉(zhuǎn)角傳感器采用以下方法測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角，具體是在霍爾傳感器的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)能夠產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)的磁鐵，當(dāng) 磁鋼旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)磁鐵與磁鋼之間的霍爾傳感器的磁通量就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，其波形是 準(zhǔn)正弦波，從而引起霍爾傳感器內(nèi)部阻^發(fā)生不同的改變，阻值的變化使得半橋輸出的電 壓發(fā)生變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用途，其特征是該傳感器的測(cè)量精度為0.1度。
全文摘要
本發(fā)明是一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非接觸磁傳動(dòng)絕對(duì)角度傳感器，其由磁缸(1)、CPU控制單元(7)、磁輪機(jī)構(gòu)和霍爾傳感器組成，其中磁輪機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)從磁齒輪和與之嚙合相連的主動(dòng)磁輪(5)組成，每個(gè)從動(dòng)磁輪的中心部位安裝一個(gè)磁鋼(1)；主動(dòng)磁輪固定在轉(zhuǎn)向管柱(8)上；在每個(gè)磁鋼附近安裝一個(gè)霍爾傳感器，霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元相連。本發(fā)明具有對(duì)環(huán)境要求低，性價(jià)比高，測(cè)量范圍廣，對(duì)溫度導(dǎo)致的誤差不敏感，以及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101603808SQ20091006314
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者楊勝兵, 俊 王, 過(guò)學(xué)迅, 威 馬 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)