專利名稱：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別是涉及一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，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(通常為卯° )，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)題是提供一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器， 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)明提供的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，主要由由齒圈、太陽(yáng)輪、行 星齒輪、CPU控制單元和霍爾傳感器組成，其中太陽(yáng)輪是具有一對(duì)N和S磁極的齒輪，其 齒圈具有一對(duì)N和S磁極的齒輪；太陽(yáng)輪通過(guò)花鍵固定在轉(zhuǎn)向管柱上，轉(zhuǎn)向管柱與汽車方向
盤固定連接；行星齒輪有3個(gè)，均勻分布，它們固定安裝在行星架上，只能自轉(zhuǎn)，并且與太 陽(yáng)輪嚙合相連，還與齒圈嚙合相連，行星架固定在套筒上部；當(dāng)汽車方向盤帶動(dòng)太陽(yáng)輪以1:1
轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星齒輪自轉(zhuǎn)，然后行星齒輪帶動(dòng)齒圈自轉(zhuǎn)；在所述太陽(yáng)輪和齒圈
的N和S磁極附近分別安裝有一對(duì)霍爾傳感器，每對(duì)成90度布置；霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線 與CPU控制單元相連。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向轉(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 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(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、潮濕和高溫等對(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)量范圍為士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是軸向剖視圖。
圖3是圖1中齒圈1的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是霍爾傳感器4和霍爾傳感器8的輸出波形。
圖5是霍爾傳感器2和霍爾傳感器5的輸出波形。
圖6是太陽(yáng)輪空間磁場(chǎng)示意圖。
圖中l(wèi).齒圈； 2、 4、 5和8.霍爾傳感器；3.太陽(yáng)輪；6.行星架；7.行星齒輪；
9.轉(zhuǎn)向管柱；10.管柱外殼；ll.CPU控制單元；
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，主要由齒圈l、太陽(yáng)輪3、行 星齒輪7、 CPU控制單元11和霍爾傳感器組成。如圖1、圖2和圖3所示在齒圈1和太陽(yáng) 輪3上各有一對(duì)磁極，距離磁極2mm處布置有霍爾傳感器，共計(jì)四個(gè)霍爾傳感器。四個(gè)霍爾 傳感器分成兩組，每組互成90度角，分別測(cè)量太陽(yáng)輪和齒圈的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)太陽(yáng)輪以1:1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。太陽(yáng)輪固定在轉(zhuǎn)向管柱9上，轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向盤固定連接。行 星齒輪有3個(gè)，均勻分布，它們固定安裝在行星架6上，只能自轉(zhuǎn)，并且與太陽(yáng)輪嚙合相連， 還與齒圈1嚙合相連，行星架固定在套筒上部。在所述太陽(yáng)輪和齒圈的磁極附近分別安裝有 一對(duì)霍爾傳感器，每對(duì)成90度布置?；魻杺鞲衅魍ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元11相連，霍爾 傳感器輸出電壓為相位相差90度的正弦波形。通過(guò)CPU控制單元對(duì)兩組霍爾傳感器的波形計(jì) 算獲得轉(zhuǎn)向管柱9的轉(zhuǎn)角位置。在距離太陽(yáng)輪和齒圈的磁極附近1.5 2.2mm處，分別安裝有一對(duì)霍爾傳感器。
轉(zhuǎn)向管柱與太陽(yáng)輪固定連接一起轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)輪3和外部的齒圈1通過(guò)行星齒輪7嚙合傳 動(dòng)動(dòng)力。通過(guò)行星齒輪傳動(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。轉(zhuǎn)向管柱9與管柱外殼10不 連接，轉(zhuǎn)向管柱通過(guò)花鍵與汽車方向盤固定連接，管柱外殼與車架焊接固定。
本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 的轉(zhuǎn)角。該轉(zhuǎn)角傳感器的測(cè)量精度可達(dá)0.1度。
該轉(zhuǎn)角傳感器可以采用以下方法測(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)部有一個(gè)能夠產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)的磁鐵，可以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，當(dāng)太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，通 過(guò)磁鐵與太陽(yáng)輪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 引起霍爾傳感器的阻值發(fā)生不同的改變，霍爾傳感器阻值的變化使得半橋輸出的電壓發(fā)生變 化。太陽(yáng)輪周圍安裝的霍爾傳感器2和霍爾傳感器5的輸出電壓隨磁場(chǎng)方向的變化而變化。
下面結(jié)合圖1和圖2，簡(jiǎn)述本發(fā)明的工作過(guò)程
當(dāng)汽車方向盤帶動(dòng)太陽(yáng)輪以1:1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)輪3帶動(dòng)行星齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，然后行星 齒輪7通過(guò)自轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒圈1轉(zhuǎn)動(dòng)。太陽(yáng)輪3轉(zhuǎn)動(dòng)3圈，則齒圈l轉(zhuǎn)動(dòng)l圈，因而可以測(cè)量士 1080度的范圍。太陽(yáng)輪3和齒圈1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過(guò)四個(gè)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11。齒圈1轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則霍爾傳感器2和霍爾傳感器5測(cè)量輸 出波形(圖5)，該波形代表齒圈1的轉(zhuǎn)角位置。太陽(yáng)輪3轉(zhuǎn)動(dòng)一周，霍爾傳感器4和霍爾傳 感器8測(cè)量輸出波形(圖4)，該波形代表太陽(yáng)輪3的轉(zhuǎn)角位置。四個(gè)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11的計(jì)算，從而獲得轉(zhuǎn)向管柱9的精確角度位置。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其特征是主要由齒圈(1)、太陽(yáng)輪(3)、行星齒輪(7)、CPU控制單元(11)和霍爾傳感器組成，其中太陽(yáng)輪是具有一對(duì)N和S磁極的齒輪，其齒圈具有一對(duì)N和S磁極的齒輪；太陽(yáng)輪通過(guò)花鍵固定在轉(zhuǎn)向管柱(9)上，轉(zhuǎn)向管柱與汽車方向盤固定連接；行星齒輪有3個(gè)，均勻分布，它們固定安裝在行星架(6)上，只能自轉(zhuǎn)，并且與太陽(yáng)輪嚙合相連，還與齒圈(1)嚙合相連，行星架固定在套筒上部；當(dāng)汽車方向盤帶動(dòng)太陽(yáng)輪以1∶1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星齒輪自轉(zhuǎn)，然后行星齒輪帶動(dòng)齒圈自轉(zhuǎn)；在所述太陽(yáng)輪和齒圈的N和S磁極附近分別安裝有一對(duì)霍爾傳感器，每對(duì)成90度布置；霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元(11)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其特征是在距離太陽(yáng)輪和齒圈的磁極附近1.5 2.2mm處分別安裝有一對(duì)霍爾傳感器。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一權(quán)利要求所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn) 角傳感器的用途，其特征是該轉(zhuǎn)角傳感器用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角。
4. 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)部有一個(gè)能夠產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)的磁鐵，可以 產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，當(dāng)太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)磁鐵與太陽(yáng)輪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的阻值發(fā)生不同的改變，霍 爾傳感器阻值的變化使得半橋輸出的電壓發(fā)生變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用途，其特征是該轉(zhuǎn)角傳感器的測(cè)量精度為0.1度。
全文摘要
本發(fā)明是一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行星齒輪絕對(duì)角度輸出轉(zhuǎn)角傳感器，其主要由齒圈(1)、太陽(yáng)輪(3)、行星齒輪(7)、CPU控制單元(11)和霍爾傳感器組成，其中太陽(yáng)輪是一個(gè)具有磁性的齒輪，其和齒圈各有一對(duì)磁極；太陽(yáng)輪固定在轉(zhuǎn)向管柱(9)上，轉(zhuǎn)向管柱與汽車方向盤固定連接；行星齒輪有3個(gè)，均勻分布，它們固定安裝在行星架(6)上，并且與太陽(yáng)輪和齒圈嚙合相連，行星架固定在套筒上部；在所述太陽(yáng)輪和齒圈的磁極附近分別安裝有一對(duì)霍爾傳感器，每對(duì)成90度布置；霍爾傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與CPU控制單元(11)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)G01B7/30GK101608898SQ20091006314
公開(kāi)日2009年12月23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 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué);株洲易力達(dá)機(jī)電有限公司