專利名稱：用于汽車方向盤轉角的測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器領域，特別涉及用于汽車方向盤轉角的測量方法。
背景技術：
轉角傳感器用來檢測一個轉動的轉角位置，在測量小于360G的轉角可以 達到很高的精度。高精度光電碼盤能夠做到20位以上，也就是1秒，若用 細分則可以達到更高的分辨率。然而當測量的角度范圍超過360Q時就會遇到 確定所轉的圈數(shù)問題，增量式轉角傳感器可以在不降低精度的情況下可以測 量多圈轉角，然而增量型編碼器存在零點累計誤差，抗干擾較差，接收設備 的停機需斷電記憶，開機應找零或參考位等問題不能進行絕對的轉角測量， 存在數(shù)據(jù)丟失和斷電后無法識別的問題，在要求較高的場合是不適用的。
一種顯而易見的方法是將多圈轉角通過齒輪減速或者蝸輪蝸桿結構減速 將其變?yōu)閱稳D動，這么做的缺點是機械傳動所帶來的空程誤差會降低測量 精度，尤其是在往復轉動的裝置當中，另一方面當將多圈轉動變?yōu)閱稳D動 的時候，其精度會隨減速比的增大而降低，而且也會增加裝置的體積。
常用的方法是運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳 動另一組碼盤(或多組齒輪，多組碼盤)，在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的 編碼，以擴大編碼器的測量范圍，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置 編碼唯一不重復，而無需記憶，然而這需要較大體積、復雜而緊密的齒輪傳 動，在不是很多圈數(shù)的多圈測量中顯得沒有必要，而且增加精密傳動機構會 降低抗震動性能。
美國德爾福的專利US6519549,對德國羅伯特'博施公司的方法進行改 進，減少了一個齒輪，通過測量主旋轉體和副旋轉體的位置來確定主旋轉體 的多圈絕對轉角。
此專利與本發(fā)明最為接近，但是一方面這種技術是通過測定副旋轉體的多圈轉角再除以兩輪的轉數(shù)比來獲得主旋轉體的多圈絕對轉角的，無法消除空 程所帶來的誤差，另一方面，此專利并未給出齒輪轉動圈數(shù)計算的數(shù)學表達 式，而是通過假定具體參數(shù)進行分析的。
曰本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社專利US6630823,利用齒輪傳動將多圈轉動 轉化為直線運動用來確定轉動的圈數(shù)，同時測量單圈轉動位置，從而確定多 圈絕對轉角，但是此裝置有上下運動的部件， 一方面存在長期磨損而導致精 度降低甚至打滑的問題，另一方面，此裝置在縱向上長度大，不符合汽車方 向盤轉角傳感器扁平的要求，再者，此裝置傳動體較多，不利于長期使用的 穩(wěn)定性。
這些現(xiàn)有技術發(fā)明中，無法做到在較小的體積、盡量少的傳動機構的情況 下消除空程引起的誤差從而準確地測量多圏絕對轉角。

發(fā)明內容
發(fā)明目的:是針對現(xiàn)有的方向盤轉角傳感器長期使用存在因磨損和振動導 致的空程誤差，提出一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，可以滿足傳感器 小體積、長期磨損和振動而不降低精度的要求。
本發(fā)明的技術方案是 一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，特別是 汽車方向盤中的主旋轉體在轉動軸的轉動帶動下帶動副旋轉體旋轉，所 述主旋轉體和所述副旋轉體傳動比為m:n，其中m、 n為互質的整數(shù)，即主 旋轉體轉動m圈時，副旋轉體轉動n圈， 一般選擇rron;
主旋轉體通過第一轉角傳感器獲得主旋轉體的相對轉角《，副旋轉體通 過第二轉角傳感器獲得副旋轉體的相對轉角《，由此獲得實際截矩《，由實
際截矩《獲得理論截矩丄，再由理論截矩丄獲得主旋轉體的轉動圈數(shù)P，將所 述主旋轉體的相對轉角3和副旋轉體的相對轉角《輸入微處理器，微處理器 處理后輸出主旋轉體的m圈內絕對轉角0，即是由主旋轉體轉動圈數(shù)P和主 旋轉體相對轉角《獲得主旋轉體在m圈內絕對轉角^;該方法的流程如下 設定主旋轉體轉動時帶動副旋轉體轉動；
通過第一轉角傳感器和第二轉角傳感器分別測量主旋轉體的相對轉角《 和副旋轉體的相對轉角《；以主旋轉體相對轉角《為橫軸，副旋轉體相對轉角《為縱軸建立坐標系， 獲得實際截矩《；通過對實際截矩《的處理，獲得理論截矩丄； 通過對理論截矩z的處理，獲得主旋轉體的轉動圈數(shù)p; 通過轉動圈數(shù)p獲得主旋轉體的m圈內絕對轉角e。 過主旋轉體的相對轉角《和副旋轉體的相對轉角《且斜率為1的直線與 縱軸相交獲得實際截矩《，或是橫軸相交獲得實際截矩《。 實際截矩〖=(《-《)；理論截矩丄—nt(/: +丄)；2主旋轉體(1 )的轉動圈數(shù)P判斷如下 for x=0:1: ( m-1 )if xx w —丄=jnt( xx" —丄)附 附尸=叉endend;主旋轉體的m圈內絕對轉角0是《=360°*尸+《。主旋轉體和副旋轉體可以是相互嚙合的齒輪、由傳動帶鏈接的輪組、由 鏈條鏈接的齒輪。發(fā)明的有益效果是用于汽車方向盤轉角的測量方法可以避免由空程帶來 的系統(tǒng)誤差，而在現(xiàn)有技術US6519549無法避免空程帶來的系統(tǒng)誤差。用于汽車方向盤轉角的測量方法可以讓副旋轉體體積減小，而不帶來系統(tǒng) 誤差，而在現(xiàn)有技術US6519549中，倘若其對應的旋轉體也縮的很小，那么空程帶來的系統(tǒng)誤差將會很大。用于汽車方向盤轉角的測量方法給出了主旋轉體的圈數(shù)判斷的一般表達式，不需要知道傳動比的具體數(shù)值。用于汽車方向盤轉角的測量方法對副旋轉體的精度要求可以很低，如選擇m:n為4:9，則精度要求為土f,即±卯。。本發(fā)明設計的用于汽車方向盤轉角的測量方法，可以做到絕對轉角的精確 測量，其測量精度取決于主旋轉體的單圈測量精度，其360。內的角度由主旋 轉體提供，而所轉的圈數(shù)由主旋轉體和副旋轉體的相對位置比較得出，從而 在獲得圈數(shù)的同時不會降低傳感器精度。該方法消除了因為空程引起的系統(tǒng) 誤差，長期磨損和振動導致的空隙不會引起測量精度的降低。

圖1為用于汽車方向盤轉角的測量方法流程圖。 圖2為用于汽車方向盤轉角測量系統(tǒng)結構示意圖。 圖3為用于汽車方向盤轉角的測量方法原理圖。 圖4為汽車方向盤轉角傳感器的一個具體實施方案。 圖5為傳動比為4:9的方向盤轉角傳感器的原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明 圖1為用于汽車方向盤轉角的測量方法流程圖。該方法的步驟為 開始(步驟100);獲得主旋轉體1的相對轉角《(步驟110)和副旋轉 體2的相對轉角《(步驟120);獲得實際截矩《(步驟130);由實際截矩K 獲得理論截矩Z(步驟140);再由理論截矩Z獲得主旋轉體1的轉動圈數(shù)P(步 驟150);由主旋轉體1轉動圈數(shù)和主旋轉體1相對轉角《獲得主旋轉體在 m圈內絕對轉角0 (步驟160),然后輸出主旋轉體的m圈內絕對轉角^ (步 驟170)。圖2為汽車方向盤轉角測量系統(tǒng)結構示意圖。其中轉動軸是11,主旋 轉體是1，副旋轉體是2，第一轉角傳感器是3，第二轉角傳感器是4，微處 理器是5。轉動軸11與主旋轉體1緊密連接在一起，以相同的角度旋轉，并帶動副 旋轉體2旋轉，主旋轉體1和副旋轉體2的傳動比為m:n，即主旋轉體1轉動m圈時，副旋轉體2轉動n圈， 一般選擇m〉n;第一轉角傳感器3和第二轉角傳感器4分別測量主旋轉體1的相對轉角 《和副旋轉體2的相對轉角《，即一圈360。內的轉角，將主旋轉體1的相對 轉角《和副旋轉體2的相對轉角《輸入到微處理器5中，微處理器5處理后 輸出主旋轉體1的m圈內絕對轉角e。圖3為用于汽車方向盤轉角的測量方法原理圖。以主旋轉體1的相對轉角3為橫軸X,副旋轉體2的相對轉角《為縱軸Y,橫軸坐標單位選為^， 縱軸坐標單位選為^，因為第一轉角傳感器3和第二轉角傳感器4只能檢附測單圈轉角，所以在此坐標系內主旋轉體1和副旋轉體2的最大值分別為n 和m。當主旋轉體1轉動時，副旋轉體2同時轉動，傳動比為m:n,因為坐標單 位的選擇，主旋轉體1的相對轉角和副旋轉體2相對轉角在此坐標系內對應的就是斜率為1的一條條線段，這些線段不會超出由(0,0),("，0),(0，m),( m)四點 組成的矩形，這些線段間距相同，且一共為w + w-l條，這些線段所處的直線 表達式為_y =艾+丄。將這些線段延長至于Y軸相交獲得截矩丄的大小，那么交點從上到下為 m-1，m-2,…2,1,0，國1,-2,…-(n-1),—共是m + "-i個，且有相對應的丫軸截矩丄， 稱為理論截矩，且為m-1，m-2，…2,1，0，-1,-2,…-(n-1)。在圖1和圖3中，實際截矩的獲得(步驟130):當不存在誤差的時候， 主旋轉體1的相對轉角《與副旋轉體2的相對轉角《所處的直線與丫軸相交 于丄，即￡ =《-《，而實際測量的時候，會存在誤差，特別是副旋轉體2由 空程引起的系統(tǒng)誤差，因而丄一般不等于《-《，此時將《=的-《)稱為實際 截矩。由實際截矩《計算理論截矩￡ (步驟140):在實際截矩和理論截矩之間相差不超過±丄的時候，計入坐標單位，也就是士，的時候，可以認為實測值位于直線;;=1 +丄上，這樣就可以用實際截附矩K來獲得理論截矩i:,判定方法為這樣就可以由實測的主旋轉體1和副旋轉體2的相對轉角判斷出其所處 直線的Y軸理論截矩I。主旋轉體1轉動圈數(shù)尸(步驟150):在X軸和Y軸上，副旋轉體2轉動一圈對應的是線段通過m個點，主旋 轉體1旋轉一圈對應的是n個點，當主旋轉體1的m圈內絕對轉角落于P圈 的時候，其圈數(shù)戶與n的乘積加上截矩^應該是副旋轉體2轉動圈數(shù)的整數(shù)倍，即^^為整數(shù)，則判斷方法為 附for x=0:1: ( m-1 )附 附end end在0到m-1圈內，能夠唯一確定P主旋轉體m圈內絕對轉角P的獲得(步驟160):由主旋轉體1的轉動圈 數(shù)和主旋轉體1的相對轉角《，確定主旋轉體1的m-1圈內的m圈內絕對轉 角^，表達式為0 = 360°*尸+《圖4為汽車方向盤轉角傳感器的一個具體實施方案。其中主旋轉體1和副旋轉體2為兩個相互嚙合的齒輪，稱為主旋轉體1和副 旋轉體2， 11為方向盤轉動軸，3為主旋轉體1相對轉角傳感器，4為副旋 轉體2相對轉角傳感器，5為方向盤轉角微處理器。方向盤轉動軸11旋轉的時候，帶動主旋轉體1和副旋轉體2旋轉，主旋轉體1相對轉角《和副旋轉體2相對轉角《被主旋轉體1相對轉角傳感器3和副旋轉體2相對轉角傳感器4測出，方向盤轉角微處理器5對《和《進行 處理，獲得主旋轉體1在4圈內的m圈內絕對轉角e， e = p*3600 +《，尸為 主旋轉體1的轉動圈數(shù)，為0， 1, 2, 3。汽車方向盤能在4圈以內旋轉，選擇傳動比為4:9，即m:n=4:9，主旋轉 體旋轉4圈，副旋轉體旋轉9圈。圖5為傳動比為4:9的方向盤轉角傳感器的原理圖，橫軸為主旋轉體1 的相對轉角，單位為360Q/9=40Q,縱軸為副旋轉體2的相對轉角，單位為 3600/4=900。以主旋轉體1相對轉角《-60。，副旋轉體2相對轉角《=178°為例，計算 主旋轉體1的4圈內絕對轉角^。實際截矩K的獲得橫軸坐標600/40°=1.5;縱軸坐標189°/90°=2.01, 因而K=2.01-1.5=0.51;理論截矩L的獲得L=int ( K+1/2 ) =1圈數(shù)判斷(9P-1)/4=int((9P-1)/4)，P為0， 1, 2， 3，則P=1，即圈數(shù)為1， 所以此時4圈內絕對轉角為1 x360、60^4200對于主旋轉體旋轉相對轉角《=6(^而言，其實際截矩K,理論截矩L,轉 動圈數(shù)P ， 4圈內絕對轉角9與副旋轉體相對轉角《的關系如下副旋轉體相對 轉角《實際截矩K理論截矩L轉動圈數(shù)P主旋轉體4圈 內絕對轉角^900~湖o1.5-2.522780u1800~270Q0.5-1.511420u270Q ~ 360Q-0.5 ~ 0.50060u00 ~ 900-1.5 ~-0.5-131140u
權利要求
1、一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征在于汽車方向盤中的主旋轉體(1)在轉動軸(11)的轉動帶動下帶動副旋轉體(2)旋轉，所述主旋轉體(1)和所述副旋轉體(2)傳動比為m∶n，其中m、n為互質的整數(shù)，即所述主旋轉體(1)轉動m圈時，所述副旋轉體(2)轉動n圈，一般選擇m＞n；所述主旋轉體(1)通過第一轉角傳感器(3)獲得主旋轉體(1)的相對轉角θ1，所述副旋轉體(2)通過第二轉角傳感器(4)獲得副旋轉體(2)的相對轉角θ2，由此獲得實際截矩K，由實際截矩K獲得理論截矩L，再由理論截矩L獲得主旋轉體(1)的轉動圈數(shù)P，將所述主旋轉體(1)的相對轉角θ1和所述副旋轉體(2)的相對轉角θ2輸入微處理器(5)，所述微處理器(5)處理后輸出主旋轉體(1)的m圈內絕對轉角θ，即是由所述主旋轉體(1)轉動圈數(shù)P和主旋轉體(1)相對轉角θ1獲得所述主旋轉體(1)在m圈內絕對轉角θ；該方法的流程如下設定主旋轉體(1)轉動時帶動副旋轉體(2)轉動；通過第一轉角傳感器(3)和第二轉角傳感器(4)分別測量主旋轉體(1)的相對轉角θ1和副旋轉體(2)的相對轉角θ2；以主旋轉體(1)相對轉角θ1為橫軸，副旋轉體(2)相對轉角θ2為縱軸建立坐標系，橫軸坐標單位為 id="icf0001" file="A2008101264400002C1.tif" wi="8" he="9" top= "175" left = "82" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>，縱軸坐標單位為 id="icf0002" file="A2008101264400002C2.tif" wi="8" he="9" top= "175" left = "132" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>，過主旋轉體(1)的相對轉角θ1和所述副旋轉體(2)的相對轉角θ2且斜率為1的直線與縱軸相交，獲得實際截矩K；通過對實際截矩K的處理，獲得理論截矩L；通過對理論截矩L的處理，獲得主旋轉體(1)的轉動圈數(shù)P；通過轉動圈數(shù)P獲得主旋轉體(1)的m圈內絕對轉角θ。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征是所述過主旋轉體(1 )的相對轉角《和所述副旋轉體(2)的相對轉角6 2且斜率為1的直線與縱軸相交獲得實際截矩《，或是橫軸相交獲得實際截矩《。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征 是所述實際截矩《=的-《)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征 是所述理論截矩<formula>formula see original document page 3</formula>。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征 是所述主旋轉體(1)的轉動圈數(shù)P判斷如下for x=0:1: ( m-1 )<formula>formula see original document page 3</formula>p=xendend。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征 是所述主旋轉體(1)的m圈內絕對轉角^是0 = 360°*尸+《。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于汽車方向盤轉角的測量方法，其特征 是所述主旋轉體(1 )和副旋轉體(2)是相互嚙合的齒輪，由傳動帶鏈接 輪組并由鏈條鏈接的齒輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了汽車方向盤轉角的測量方法。汽車方向盤中的主旋轉體在轉動軸的轉動帶動下帶動副旋轉體旋轉，主旋轉體與副旋轉體傳動比為m∶n，主旋轉體通過第一轉角傳感器獲得主旋轉體的相對轉角θ₁，副旋轉體通過第二轉角傳感器獲得副旋轉體的相對轉角θ₂，由此獲得實際截矩K，由實際截矩K獲得理論截矩L，再由理論截矩L獲得主旋轉體的轉動圈數(shù)P，將所述主旋轉體的相對轉角θ₁和副旋轉體的相對轉角θ₂輸入微處理器，微處理器處理后輸出主旋轉體的m圈內絕對轉角θ，即是由主旋轉體轉動圈數(shù)P和主旋轉體相對轉角θ₁獲得主旋轉體在m圈內絕對轉角θ。這種汽車方向盤轉角的測量方法能夠消除由空程引起的系統(tǒng)誤差，實現(xiàn)在小體積、簡單結構內精確測量m圈內絕對轉角θ。
文檔編號G01D5/12GK101293535SQ200810126440
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者倪化生, 濤 張, 莊 李, 李繼來, 林丙濤, 梁華為, 濤 梅, 汪小華, 茅 陳, 陳池來 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院