专利名称：一种汽车方向盘转动角度测量方法
技术领域：
本发明涉及传感器领域，特别涉及汽车方向盘转动角度的测量方法，该方法利用 巨磁阻传感器的测量结果来计算汽车方向盘转动的角度。
背景技术：
汽车方向盘中有主旋转轴、大齿轮和小齿轮，主旋转轴带动主齿轮旋转，主齿轮通 过耦合结构带动大齿轮和小齿轮的转动。主齿轮与大齿轮和小齿轮的转动比为L M N， 在检测汽车方向盘转动角度时，有两种方法，一种是增量计数式，通过记录齿数的增减来判 断角度的增减，另一种是直接得到绝对位置。增量计数式角度传感器由于通电之后需要判 断中间位置，计数存在出错的概率较大，角度分辨率受限等原因，市场应用逐渐被绝对位置 角度传感器挤占。绝对位置角度传感器通常采用GMR原理，GMR是指巨磁效应电阻，由巨磁效应电阻 制成的芯片在磁场中时，芯片的输出随磁场方向的变化而变化。GMR原理的绝对位置角度传 感器，分辨率可以比传统的增量计数式角度传感器提高一个数量级，并且体积小巧，安装方 便。通电就能得到绝对位置。汽车方向盘角度传感器用于检测汽车方向盘转动的角度，在采用GMR原理进行角 度检测时，在测量小于360度的角度时，单个GMR芯片即可实现绝对角度的测量，但当测量 的角度大于360度时，就会遇到确定转动圈数的问题，专利200810126440的处理方法是大 齿轮和小齿轮的转动比为m η;获得大齿轮旋转的角度Q1，获得小齿轮旋转的角度θ2， 由此获得实际的截矩K，由实际的截矩K获得理论的截矩L，再由理论的截矩L获得大齿轮 旋转的圈数P。具体流程如下通过GMR传感器获得大齿轮旋转的相对转动角度θ ”小齿轮旋转的角度θ 2。以相对转动角度θ工为横坐标，以相对转动角度θ 2为纵坐标，获得实际截矩K。由实际截矩K算出理论截矩L。通过对理论截矩L的处理，获得大齿轮旋转的圈数P。经过(θ ρ θ 2)，且斜率为1的直线与纵轴相交获得实际的截矩K。实际的截矩K为(θ 2- θ ；理论截矩L为int(k+l/2)；大齿轮旋转的圈数P判断如下for χ = 0 1 :m_l ；if (x*n-l) /m = int ((x*n_l) /m)p = x；但这种计算方法不直观，且在正反方向转动时不能判断方向，会产生误判。
发明内容
本发明为了解决目前利用巨磁电阻测量汽车方向盘角度不直观且在正反方向转 动时不能判断方向而产生误判的不足，本发明提供一种汽车方向盘转动角度的测量方法。
本发明为了实现其技术目的所采用的技术方案是一种汽车方向盘转动角度测量 方法，该方向盘中主齿轮与大齿轮和小齿轮的转动比为L M N是已知的，其特征在于 包括以下步骤步骤1 采用巨磁电阻传感器分别获得小齿轮旋转的角度α和大齿轮旋转的角度 β ；步骤2 算出α，β在相图上对应的坐标α ideal, β ideal ；步骤3:由Ciideal，Pideal算出大齿轮转动的圈数P;步骤4 由i3idMl，P，L，M算出主齿轮旋转的绝对角度θ，输出主齿轮旋转的绝对 角度θ，主齿轮的旋转角度即为方向盘旋转角度。进一步的，上述的一种汽车方向盘转动角度测量方法中在所述的步骤2中所述 的相图是根据理想的大齿轮和小齿轮的转动情况，以小齿轮的旋转的相对角度α为横轴， 大齿轮旋转的相对角度β为纵轴算出的。更进一步的，上述的一种汽车方向盘转动角度测量方法中所述的步骤2中所述 的α，β在相图上对应的坐标α ideal, β ideal是按下列算式计算的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为相图上的直线编号。发明的有益效果是用于汽车方向盘角度传感器的角度计算方法可以实现自动正 反向判断和处理的功能。本发明设计的用于汽车方向盘转动的角度的测量方法，可以做到 绝对转角的精确测量，其测量精度取决与大小齿轮的的单圈测量精度，该方法对正反向能 实现自动判断和处理的功能。以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
图1.汽车方向盘角度传感器的角度测量方法流程图。图2.汽车方向盘角度传感器的角度测量系统结构示意图。图3.大小齿轮转角的相互关系图(相图)。图4. ( α，β )在相图上从基准位置开始移动的轨迹。
具体实施例方式实施例1，如图1所示，本实施例是一种利用图2所示的测量汽车方向盘转动角度 的装置来测量汽车方向盘角度的方法。本装置包括设置在小齿轮和大齿轮上的第一 GMR和 第二 GMR，分别测量小齿轮旋转的角度α和大齿轮旋转角度β，转送到微处理器，在微处理 器内进行处理，获得汽车方向盘的角度Θ。该方法包括以下步骤步骤1 采用巨磁电阻传感器分别获得小齿轮旋转的角度和大齿轮旋转的角度 β ；步骤2 算出α，β在相图上对应的坐标α ideal, β ideal ；步骤3:由Ciideal，Pideal算出大齿轮转动的圈数P;步骤4 由i3idMl，P，L，M算出主齿轮旋转的绝对角度θ，输出主齿轮旋转的绝对
4角度Θ，该角度θ就是方向盘旋转的角度。如图1所示汽车方向盘转动角度传感器的角度测量方法流程图，程序完成初始 化后，通过第一 GMR(巨磁阻)传感器获得小齿轮旋转的角度α，通过第二 GMR(巨磁阻) 传感器获得大齿轮旋转的角度β ；再由微处理器根据α，β，和相图算出以基准位置算起 大齿轮转动的圈数P，最后由转动的圈数P和大齿轮旋转的角度β算出主齿轮旋转的角度 θ，也就是方向盘旋转的角度。如图2所示，一种汽车方向盘转动角度传感器的角度测量系统结构示意图。包括 汽车方向盘的主转动轴带动的主齿轮，主齿轮啮合大齿轮和小齿轮。还包括注塑在大、小齿 轮上的磁铁，布在线路板上的巨磁阻感应芯片和微处理器组成。主齿轮，大齿轮，小齿轮的 传动比为L M N。第一 GMR传感器和第二 GMR传感器分别测量小齿轮和大齿轮的相对 旋转角度，即一圈之内的转角，将小齿轮的相对转角α和大齿轮的相对转角β输入到微处 理器中，微处理器处理后输出主齿轮P圈内的绝对转角Θ。本实施例中，选用德国英飞凌 (Infineon)公司的处理器，型号为SAK-XC886C-8FFA。所述的第一巨磁阻感应芯片和第二 巨磁阻感应芯片也选用德国英飞凌(Infineon)公司的，型号都是TLE5011。所述的第一磁 铁和第二磁铁都是钐钴磁铁。本实施例中小齿轮为13齿，大齿轮有15齿，主齿轮有35齿。图3是M为15，N为13的理想相图。以小齿轮的相对旋转角度α为横坐标，以大 齿轮的相对旋转角度β为纵坐标。相图中的所有直线平行，斜率为Ν/Μ，且各直线的距离相 等。当程序通过传感器获得当前大小齿轮的相对角度时，形成一点(α，β)。寻找相图中距离该点最近的直线ee，并计算该点到该直线的垂足(α ideal, β ideal)， 其中ee为直线编号，取值范围与大小齿轮齿数有关。过原点的直线编号为0，沿y轴向上依 次为1，2，3，4……沿χ轴向右依次为-1，-2，-3……每条直线对应一个进位数P，该进位数 表明该直线上的点相对于基准点大齿轮转过P圈。根据一组特定的大齿轮、小齿轮齿数，可 以确定相图中所有直线，以及每条直线对应的相对于基准点大齿轮转过的圈数P。据分析， 直线编号的取值范围，有大小齿轮齿数M，N确定，ee最小取值为-LMC (M，N)/M, ee最大取 值为LMC (M，N)/N，其中M为大齿轮齿数，N为小齿轮齿数，LMC表示取最小公倍数。根据ee 的最大值，可以得到各条直线之间Y方向的增量Y_INC为Y_INC = 360/(LMC(Μ, N)/N)。对于直线编号ee的确定，方法如下由(α，β)算出在从原点出发的斜率为Ν/Μ 的斜线上横坐标为α时的纵坐标Ptl，CC为β与的经过四舍五入后的差值，而这个差 值除以各条直线Y方向的增量，即可得到直线编号ee，ee = CC/Y_INC取整后的结果，这个 是就是相图上斜线的编号ee，表明用于计算的点(α，β)是最靠近直线y = (N/M)*x+Y_ INOee 的。在实际的测量中不可避免的存在误差，所以(α，β)是不会在标准相图上的，肯 定会有一些偏差，即不会正好落在直线y = (N/M)*x+Y_INC*ee上，因此需将点(α，β )映 射为标准相图上的直线y = N/M*x+Y_INC*ee的点(ciideal，i3ideal)。这个映射其实就是取 (α , β)在直线 y = (N/M) *x+Y_INC*ee 的垂足点(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 ；因为第一 GMR 传感器和第二 GMR传感器只能检测单圈转角，垂足点(aidMl，β ideal)只能反应单圈的转角，所以必须确定 在一点的大齿轮转动的圈数P才能得到实际转动的绝对角度。图3是以大小齿轮齿数分别为15，13，主齿轮齿数为45的相图。编号为-13和15的直线缩为一点，是在大齿轮或小齿轮达到360度时的位置，-13是在起始点，所以其转动 的圈数为0，15是在大齿轮转动了最大的圈数(12圈)后回到的起始位置，所以其转动的圈 数为12圈。图4(α，β )在相图上从基准位置开始移动的轨迹中，从0号线，坐标原点开始 移动，其大小齿轮在相图中的移动轨迹为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 是在大齿轮转动了 0 圈时，-2，11 是 在大齿轮转动了 1圈时，_4，9是在大齿轮转动了 2圈时，其余的依次类推，可确定每一条直 线对应的大齿轮旋转的圈数。从直线编号为-13到15依次对应的大齿轮旋转的圈数为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 ；这些数值在程序 中放在一个数组中。 根据ee(ee对应相图中直线的编号)的值可确定大齿轮旋转的圈数P，由于大齿轮 和主齿轮的转动比为M ;L;根据公式θ = (i3ideal+360*ee_m)*M/L可算出主齿轮旋转的绝 对角度值θ。
权利要求
一种汽车方向盘转动角度测量方法，该方向盘中主齿轮与大齿轮和小齿轮的转动比为L∶M∶N是已知的，其特征在于包括以下步骤步骤1采用巨磁电阻传感器分别获得小齿轮旋转的角度α和大齿轮旋转的角度β；步骤2算出α，β在相图上对应的坐标αideal，βideal；步骤3由αideal，βideal算出大齿轮转动的圈数P；步骤4由αideal，P，L，M算出主齿轮旋转的绝对角度θ，输出主齿轮旋转的绝对角度θ，主齿轮的旋转角度即为方向盘旋转角度。
2.根据权利要求1所述的汽车方向盘转动角度测量方法，其特征在于在所述的步骤2 中所述的相图是根据理想的大齿轮和小齿轮的转动情况，以小齿轮的旋转的相对角度α 为横轴，大齿轮旋转的相对角度β为纵轴算出的。
3.根据权利要求1或2所述的汽车方向盘转动角度测量方法，其特征在于所述的步 骤2中所述的α，β在相图上对应的坐标α ideal, β ideal是按下列算式计算的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为相图上的直线编号。
全文摘要
本发明公开了一种汽车方向盘转动角度的测量方法，通过第一GMR传感器获得小齿轮旋转的角度α，通过第二GMR传感器获得大齿轮旋转的角度β；再有微处理器根据α，β，和大小齿轮转角关系图算出大齿轮转动的圈数P，最后有转动的圈数P和大齿轮旋转的角度β算出主齿轮旋转的角度θ。这种汽车方向盘的角度测量方法能够实现正反向自动判断，实现了在多圈内精确测量主齿轮转动的绝对转角θ。对温度、振动、安装定位误差、空程等环境参量的改变具有良好的容差特性。
文档编号B62D15/02GK101966856SQ20101029222
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者李东兵, 汪春华, 王进丁 申请人:昌辉汽车电气系统(安徽)有限公司