專利名稱：一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度角度測(cè)量裝置，尤其是一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，很多情況下需要檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體多圈絕對(duì)轉(zhuǎn)角度數(shù)。尤其是汽車領(lǐng) 域，近年來(lái)隨著汽車電子的發(fā)展，車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(VDC)，電子助力轉(zhuǎn)向(EPS)，彎道輔助 照明系統(tǒng)(AFS)等的普及率越來(lái)越高，而這些系統(tǒng)都依賴方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)來(lái)工作，方 向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)即為多圈的絕對(duì)高精度轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量，目前已經(jīng)有很多方法，工作原理也各不相同。按輸出信號(hào)類 型，可以分為絕對(duì)、相對(duì)兩種角度測(cè)量方式。相對(duì)角度測(cè)量是指對(duì)信號(hào)的零點(diǎn)無(wú)記憶功能， 不能得到當(dāng)前旋轉(zhuǎn)體的絕對(duì)角度信息，需要額外的電控單元使用算法配合才能使用該角度 信息。絕對(duì)角度測(cè)量則是在零點(diǎn)標(biāo)定后直接輸出當(dāng)前角度。 按原理的不同，有光電式、霍爾效應(yīng)式、磁阻效應(yīng)式、電阻分壓式等角度測(cè)量方式。
科世達(dá)公司公司的轉(zhuǎn)角測(cè)量采用光電測(cè)量原理，其測(cè)量精度為1.5° ，該方法的缺 點(diǎn)是電池掉電以后需要重新校準(zhǔn)，同時(shí)光電測(cè)量的一個(gè)很大的缺點(diǎn)是光孔失效難以控制。
德爾福公司的轉(zhuǎn)角測(cè)量采用霍爾式原理，其測(cè)量精度為0.7?！?.5。。該方法在 電池掉電后也無(wú)法識(shí)別當(dāng)前的角度狀態(tài)，故也需要在掉電后重新校準(zhǔn)。 而本發(fā)明是結(jié)合巨磁阻芯片可以記憶當(dāng)前小齒輪角度和齒輪組絕對(duì)角度測(cè)量?jī)?部分內(nèi)容，可以根據(jù)記憶的小齒輪的當(dāng)前角度及其關(guān)系推斷出大齒輪的當(dāng)前絕對(duì)角度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述各種轉(zhuǎn)角測(cè)量存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于巨磁阻效應(yīng)來(lái)檢 測(cè)絕對(duì)轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝 置，具有與旋轉(zhuǎn)體相連的主齒輪和與主齒輪嚙合的第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪；在第一 隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪中內(nèi)嵌有產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵，在第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪的上 方設(shè)置有用于探測(cè)磁場(chǎng)方向變化的巨磁阻芯片。所述第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪的齒數(shù) 不同主齒輪與第一隨動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為3 5，與第二隨動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為2 3。所述 巨磁阻芯片距離磁鐵距離不超過2mm。 基于此裝置設(shè)計(jì)的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器可以滿足汽車方向盤4圈角度測(cè)量范圍要 求，輸出角度分辨率可以達(dá)到O. l度，滿足車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(VDC)，電子助力轉(zhuǎn)向(EPS)， 彎道輔助照明系統(tǒng)(AFS)等系統(tǒng)的使用要求。此裝置輸出的為絕對(duì)轉(zhuǎn)角，方向盤零點(diǎn)位置 為機(jī)械記憶，傳感器掉電下次上電后仍可以記憶，無(wú)需輔助系統(tǒng)計(jì)算或存儲(chǔ)零點(diǎn)位置。
本發(fā)明借助基于巨磁阻效應(yīng)(GMR)的角度探測(cè)芯片測(cè)量單圈角度。該芯片將四個(gè) 巨磁電阻(GMR)構(gòu)成惠更斯電橋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以減少外界環(huán)境對(duì)傳感器輸出穩(wěn)定性的影
3響，增加傳感器靈敏度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明主齒輪與兩隨動(dòng)齒輪嚙合俯視圖。
圖2是本發(fā)明立體圖。 圖3是主齒輪與隨動(dòng)齒輪多圈轉(zhuǎn)角關(guān)系圖。其中橫軸代表主齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，而 縱軸代表隨動(dòng)齒輪的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度。兩個(gè)直線代表了主動(dòng)齒輪與兩個(gè)隨動(dòng)齒輪之間的角度 關(guān)系。 圖4是主齒輪與兩隨動(dòng)齒輪角度變化關(guān)系。 圖5是兩個(gè)隨動(dòng)齒輪隨主齒輪角度變化時(shí)角度的相對(duì)關(guān)系。 圖中1主齒輪，2旋轉(zhuǎn)體，3第一隨動(dòng)齒輪，4第一隨動(dòng)齒輪，5磁鐵，6巨磁阻效應(yīng) 心片。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示的一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，具有與旋轉(zhuǎn)體2相連的 主齒輪1和與主齒輪1嚙合的第一隨動(dòng)齒輪3和第二隨動(dòng)齒輪4 ;在第一隨動(dòng)齒輪3和第 二隨動(dòng)齒輪4中內(nèi)嵌有產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵5，在第一隨動(dòng)齒輪3和第二隨動(dòng)齒輪4的上方設(shè)置 有用于探測(cè)磁場(chǎng)方向變化的巨磁阻芯片6，巨磁阻芯片6距離磁鐵5距離不超過2mm。。所 述第一隨動(dòng)齒輪3和第二隨動(dòng)齒輪4的齒數(shù)不同主齒輪1與第一隨動(dòng)齒輪3的齒數(shù)比為 3 5，與第二隨動(dòng)齒輪4的齒數(shù)比為2 3。 本發(fā)明提出了一套可以實(shí)現(xiàn)主齒輪1位于1680度轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的測(cè)量。在主齒輪 1旋轉(zhuǎn)1680度范圍內(nèi)，按傳動(dòng)比可以計(jì)算出第一隨動(dòng)齒輪3和第二隨動(dòng)齒輪齒輪4旋轉(zhuǎn)的 度數(shù)，按此特性可繪制出圖3，橫軸為主齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)多圈角度，縱軸為第一隨動(dòng)齒輪3與第二 隨動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)多圈角度。因該磁場(chǎng)檢測(cè)霍爾傳感器只能探測(cè)0 360度單圈轉(zhuǎn)角，將第 一隨動(dòng)齒輪3與第二隨動(dòng)齒輪4的角度按360度計(jì)算，可以得到主齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)多圈角度，第 一隨動(dòng)齒輪3與第二隨動(dòng)齒輪4按360度計(jì)算的轉(zhuǎn)動(dòng)角度關(guān)系。在本專利描述的齒輪比范 圍內(nèi)，角度輸出分辨率可高達(dá)0. 1度，內(nèi)部小齒輪角度測(cè)量精度更高。 通過軟件將當(dāng)前第一隨動(dòng)齒輪3與第二隨動(dòng)齒輪4得到的角度組合通過數(shù)學(xué)公式 轉(zhuǎn)換就可以得出主齒輪1角度。將其設(shè)定為零點(diǎn)，即將此時(shí)主齒輪1的角度作為偏移量并 存儲(chǔ)起來(lái)，下一時(shí)刻得到的角度減去此偏移量即可得到轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。即使系統(tǒng)掉電后，下次 上電可以通過當(dāng)前第一隨動(dòng)齒輪3與第二隨動(dòng)齒輪4的組合減去存儲(chǔ)的偏移量得到當(dāng)前角 度。這時(shí)系統(tǒng)輸出的即為絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。系統(tǒng)使用者可以在安裝結(jié)束后進(jìn)行零點(diǎn)確認(rèn)，在 系統(tǒng)生命歷程中，無(wú)需進(jìn)行再次零點(diǎn)確認(rèn)，直至系統(tǒng)重新被安裝。 此算法具有很強(qiáng)的錯(cuò)誤判斷能力，當(dāng)來(lái)自第一隨動(dòng)齒輪3與第二隨動(dòng)齒輪4的角 度組合不在對(duì)應(yīng)曲線允許的范圍之內(nèi)時(shí)，可以得知系統(tǒng)內(nèi)部存在錯(cuò)誤，因此該測(cè)量方法具 有糾錯(cuò)能力。 由于在齒輪旋轉(zhuǎn)的過程中，來(lái)自第一隨動(dòng)齒輪3和第二隨動(dòng)齒輪4實(shí)時(shí)讀取的原 始角度組合存在非線性，所以必須對(duì)讀取回來(lái)的原始角度組合加以適當(dāng)算法的判定，從而確定實(shí)際的角度組合。本發(fā)明稱這種適當(dāng)?shù)呐卸ㄋ惴?靠近算法"。 根據(jù)圖3結(jié)合齒輪組合旋轉(zhuǎn)特性，可以繪制出齒輪旋轉(zhuǎn)角度周期變化圖4，圖4直 觀的反應(yīng)出齒輪在旋轉(zhuǎn)過程中角度變化的規(guī)律，但是這種規(guī)律并不適合算法實(shí)現(xiàn)，很難通 過圖形編寫出適當(dāng)?shù)乃惴?，于是通過模擬算法利用齒輪1、齒輪3和齒輪4的角度變化關(guān)系 擬合出算法特性曲線圖5。 基于算法特性曲線圖5，靠近算法實(shí)時(shí)分析齒輪旋轉(zhuǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，包括齒輪旋轉(zhuǎn)方 向，齒輪周期變化次數(shù)，齒輪旋轉(zhuǎn)速度，多組實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)比較分析，并結(jié)合了 PD(比例微分 算法)來(lái)分析實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)的真實(shí)實(shí)際位置。由此算法可以糾正由于齒輪旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的非線性 造成的主齒輪1實(shí)際角度計(jì)算錯(cuò)誤。
權(quán)利要求
一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征是具有與旋轉(zhuǎn)體(2)相連的主齒輪(1)和與主齒輪(1)嚙合的第一隨動(dòng)齒輪(3)和第二隨動(dòng)齒輪(4)；在第一隨動(dòng)齒輪(3)和第二隨動(dòng)齒輪(4)中內(nèi)嵌有產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵(5)，在第一隨動(dòng)齒輪(3)和第二隨動(dòng)齒輪(4)的上方設(shè)置有用于探測(cè)磁場(chǎng)方向變化的巨磁阻芯片(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征是所述第一 隨動(dòng)齒輪(3)和第二隨動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)不同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征是所述主齒 輪(1)與第一隨動(dòng)齒輪(3)的齒數(shù)比為3 5，與第二隨動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為2 3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征是所述巨磁 阻芯片(6)距離磁鐵(5)距離不超過2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度角度測(cè)量裝置，尤其是一種大范圍高精度絕對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。具有與旋轉(zhuǎn)體相連的主齒輪和與主齒輪嚙合的第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪；在第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪中內(nèi)嵌有產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵，在第一隨動(dòng)齒輪和第二隨動(dòng)齒輪的上方設(shè)置有用于探測(cè)磁場(chǎng)方向變化的巨磁阻芯片。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量方便快捷，結(jié)合相關(guān)糾錯(cuò)算法使得該裝置具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101706250SQ200910035399
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者張永生 申請(qǐng)人:張永生