專利名稱：角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及角度傳感器，并且更加具體地，涉及能夠通過(guò)選擇組成所述角度傳感器的主齒輪和輔助齒輪之間的最佳齒輪比，準(zhǔn)確地測(cè)量轉(zhuǎn)向軸的角度的角度傳感器。
背景技術(shù)：
通常，由附加動(dòng)力支持的輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被用作確保車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性的設(shè)備。通常，所述輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用液壓。然而，近年來(lái)，已經(jīng)使用電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗較少的動(dòng)力并且在準(zhǔn)確性方面非常優(yōu)異。這種電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)根據(jù)車輛速度傳感器、角度傳感器和扭矩傳感器檢測(cè)到的駕駛狀態(tài)，利用電子控制單元來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由此確保轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性并且提供快速回復(fù)力，并且由此允許駕駛者安全地駕駛車輛。所述角度傳感器是與轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角成比例地輸出電信號(hào)的設(shè)備。近年來(lái)，所述角度傳感器經(jīng)常與用于測(cè)量轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器組合來(lái)形成組件。圖I是例示所述角度傳感器的示例的平面圖。在所述角度傳感器的情況下，在駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，附接到轉(zhuǎn)向軸上的主齒輪 20與所述方向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在所述轉(zhuǎn)向軸的輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角之間存在差異。 此時(shí)，磁性設(shè)備檢測(cè)附接到與主齒輪20嚙合的輔助齒輪21和22上的磁體31和33的磁場(chǎng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并且隨后將所檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給電子控制單元。主齒輪20和輔助齒輪21、22被配置為具有預(yù)定齒輪比。通常,在主齒輪20的外緣上形成的齒數(shù)大于每個(gè)輔助齒輪21或22的齒數(shù)。例如，在通常情況下，如果主齒輪與輔助齒輪的齒輪比是2 1，則當(dāng)主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)，輔助齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩次。用于檢測(cè)所述磁體中的磁場(chǎng)變化的霍爾傳感器的數(shù)字輸出與和預(yù)定比例因子對(duì)應(yīng)的增益相乘，并且由此使用14比特計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)量。這里，由于主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)必須利用所述輔助齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)來(lái)測(cè)量，所以所述比例因子可能影響測(cè)量所述主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)時(shí)的準(zhǔn)確性。因此，由于所述比例因子的值大，所以常規(guī)角度傳感器是有問(wèn)題的，從而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)量的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生的上述問(wèn)題提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種角度傳感器，該角度傳感器能夠通過(guò)選擇所述角度傳感器的主齒輪和輔助齒輪之間的最佳齒輪比，最小化測(cè)量轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的誤差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種角度傳感器，該角度傳感器測(cè)量車輛轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量，并且包括與所述轉(zhuǎn)向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形主齒輪；依靠所述主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一輔助齒輪，該第一輔助齒輪具有與其表面耦接的磁體；以及磁性設(shè)備，用于檢測(cè)所述磁體的磁場(chǎng)變化并且輸出轉(zhuǎn)動(dòng)量數(shù)據(jù)，從而使得在所述主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)，所述第一輔助齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)四次。因此，所述角度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于在獲取測(cè)量所述主齒輪的角度的有效值的同時(shí)最小化比例因子的值，從而最小化所述測(cè)量值的誤差。所述角度傳感器還包括與所述主齒輪嚙合的第二輔助齒輪，其中所述第一輔助齒輪與所述第二輔助齒輪嚙合，并且所述主齒輪與所述第一輔助齒輪的齒輪比是4 I。因此，所述角度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)變化的高度敏感性，并且改進(jìn)所述測(cè)量值的數(shù)據(jù)的非線性。此外，所述磁性設(shè)備包括霍爾1C。因此，所述角度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于可以利用磁場(chǎng)中的變化來(lái)高效地分析輸出信號(hào)。根據(jù)上述描述顯而易見(jiàn)的是，根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于在所述主齒輪和輔助齒輪之間設(shè)置最佳齒輪比，從而減少所述磁性設(shè)備的誤差比，而不會(huì)降低磁場(chǎng)變化的檢測(cè)效率，由此增加輸出數(shù)據(jù)的非線性，并且實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的角度測(cè)量。


圖I是示出常規(guī)角度傳感器的平面圖；圖2是示出所測(cè)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量的誤差的曲線圖，所測(cè)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量作為常規(guī)角度傳感器中的主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的函數(shù)；和圖3是示出所測(cè)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量的誤差的曲線圖，所測(cè)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量作為根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器中的主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的函數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的角度傳感器。在下文中，將參照?qǐng)DI中示出的角度傳感器的構(gòu)造來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器。此外，所述角度傳感器包括與車輛的轉(zhuǎn)向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形主齒輪20，與主齒輪 20嚙合的第二輔助齒輪21，以及與第二輔助齒輪21嚙合的第一輔助齒輪22。齒輪20、21和22可轉(zhuǎn)動(dòng)地耦接到外殼10的一個(gè)表面。外殼10的形狀近似盤狀， 并且在外殼10的中心部分中形成開(kāi)口，以對(duì)應(yīng)于主齒輪20的中空部分。車輛的轉(zhuǎn)向軸連接到主齒輪20的中心部分，以與主齒輪20 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。在主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二輔助齒輪21相對(duì)于主齒輪20的轉(zhuǎn)動(dòng)方向反向轉(zhuǎn)動(dòng)，以及第一輔助齒輪22正向轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)量時(shí)的準(zhǔn)確性以及布置關(guān)系，優(yōu)選第二輔助齒輪21與第一輔助齒輪22的齒輪比是1:1。所述角度傳感器可以單獨(dú)地耦接到所述轉(zhuǎn)向軸，但是也可以與扭矩傳感器集成在一起。在后者的情況下，所述扭矩傳感器設(shè)置在外殼10的另一表面上，并且所述轉(zhuǎn)向軸穿過(guò)所述扭矩傳感器和所述角度傳感器。如上所述，根據(jù)主齒輪20和第一輔助齒輪22之間的齒輪比，可能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)量的測(cè)
量誤差。圖2是示出當(dāng)主齒輪與輔助齒輪的齒輪比是2 I時(shí)作為主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的函數(shù)的測(cè)量值的誤差的曲線圖。在該曲線圖中，水平軸表示以度數(shù)表示的主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量，而垂直軸表示利用度數(shù)表示的主齒輪的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)量和測(cè)量值之間的差。
具體地，用于檢測(cè)第一輔助齒輪22的磁場(chǎng)變化的磁性設(shè)備生成O到16，383步階的數(shù)字輸出，對(duì)應(yīng)于14比特。因此，如果所述齒輪比是2 1，則當(dāng)主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)， 第一輔助齒輪22兩次生成輸出。通過(guò)使用第一輔助齒輪22的輸出，更為準(zhǔn)確地，用于檢測(cè)耦接到第一輔助齒輪22 的第二磁體32的磁場(chǎng)變化的磁性設(shè)備的輸出，將脈寬調(diào)制(PWM)輸出按照四個(gè)象限進(jìn)行分割，以生成間隔為90度的輸出。通過(guò)14比特計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，利用角度表示利用所述PWM獲得的輸出，并且步長(zhǎng)值使用大約下限值的25%到83%的數(shù)據(jù)。這里，所述數(shù)據(jù)的范圍被設(shè)置為2，400到13，600。因此，在主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，第一輔助齒輪21的輸出數(shù)據(jù)在O到8，192的范圍內(nèi)，該范圍是全數(shù)據(jù)的一半。將該值與給定的比例因子相乘，以變換為所設(shè)置范圍的數(shù)據(jù)， 即，2，400到13,600，由此測(cè)量角度。如上所述，誤差范圍可以根據(jù)所述比例因子改變。圖2示出了當(dāng)主齒輪20與第一輔助齒輪22的齒輪比是2 I時(shí)的曲線圖。在主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)大約250度時(shí)，關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)量的測(cè)量值的最大誤差近似為I度。此時(shí)，由于比例因子的影響，在水平軸的數(shù)據(jù)之間示出某種線性。因此，本發(fā)明提供了所述角度傳感器，在該角度傳感器中，主齒輪與輔助齒輪的齒輪比被設(shè)置為4 1，從而通過(guò)減小所述轉(zhuǎn)動(dòng)量中的誤差和所述線性來(lái)最小化轉(zhuǎn)向角中的誤差。在這種情況下，在主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，第一輔助齒輪22轉(zhuǎn)動(dòng)一次，也就是，轉(zhuǎn)動(dòng)360度。因此，第一輔助齒輪22所生成的輸出被表示為具有O到16，383的值的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)于14比特的全數(shù)據(jù)。因此，為了提取作為所述設(shè)置范圍的2，400到13，600的數(shù)據(jù)，可以使用小值的比例因子。根據(jù)這個(gè)概念，減小所述磁性設(shè)備的誤差比。結(jié)果是，可以增加輸出數(shù)據(jù)的非線性。圖3是示出測(cè)量值的誤差的曲線圖，該測(cè)量值作為根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的函數(shù)。可以看出，在主齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)大約250度時(shí)，垂直軸中示出的測(cè)量值的誤差小于O. 5 度。這個(gè)誤差范圍被減小到圖2中的誤差范圍的一半，在圖2中所述齒輪比是2 1，從而可以減小數(shù)據(jù)之間的線性。同時(shí)，為了響應(yīng)于磁場(chǎng)中的變化而高效地使用比特單位的輸出，優(yōu)選地，所述磁性設(shè)備是霍爾1C。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二輔助齒輪21和第一輔助齒輪22相對(duì)于主齒輪20具有相同的齒輪比，并且相對(duì)于主齒輪20的齒輪比為4 I。因此,齒輪比差可以被解釋為半徑差。也就是，主齒輪20與第一輔助齒輪22的半徑比可以是4 I。當(dāng)然，第二輔助齒輪21和第一輔助齒輪22在齒輪齒數(shù)上可以彼此不同，并且可以將多個(gè)齒輪置于主齒輪20和第一輔助齒輪22之間。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)齒輪比應(yīng)該變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)量的差。也就是，主齒輪與用于測(cè)量主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的輔助齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的比值被設(shè)置為I : 4。也就是，如上所述，在將輸出值以主齒輪20的90度的角度間隔分割為四個(gè)部分并且測(cè)量所述輸出值的情況下，考慮到所述磁性設(shè)備和齒輪之間的布置，最優(yōu)選地是具有能夠接近輸出全數(shù)據(jù)的齒輪比4 I。也就是，由于所述磁體的磁化位置和尺寸必須被認(rèn)為是高效地感測(cè)所述磁場(chǎng)，并且用于測(cè)量所述磁體的磁場(chǎng)變化的霍爾IC與所述磁體間隔開(kāi)預(yù)定間隔，所以所述輔助齒輪需要具有預(yù)定半徑。因此，用于高效地感測(cè)主齒輪和輔助齒輪的磁場(chǎng)變化并且最小化測(cè)量誤差的最佳齒輪比變?yōu)? I。當(dāng)然，根據(jù)所選擇的結(jié)構(gòu)，用于測(cè)量主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量的輔助齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量可以是4 的倍數(shù)。為了例示和描述，已經(jīng)呈現(xiàn)了優(yōu)選實(shí)施例的前述描述。前述描述不是意在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種角度傳感器，包括車輛的轉(zhuǎn)向軸；與所述轉(zhuǎn)向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形主齒輪；依靠所述主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一輔助齒輪，具有耦接到所述第一輔助齒輪的表面的磁體；以及磁性設(shè)備，用于檢測(cè)所述磁體的磁場(chǎng)變換以及輸出轉(zhuǎn)動(dòng)量數(shù)據(jù)，從而在所述主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)，所述第一輔助齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)四次，由此測(cè)量所述轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量。
2.如權(quán)利要求I所述的角度傳感器，還包括與所述主齒輪嚙合的第二輔助齒輪，其中，所述第一輔助齒輪與所述第二輔助齒輪嚙合，并且所述主齒輪與所述第一輔助齒輪的齒輪比是4 I。
3.如權(quán)利要求I所述的角度傳感器，其中，所述磁性設(shè)備包括霍爾1C。
4.如權(quán)利要求2所述的角度傳感器，其中，所述磁性設(shè)備包括霍爾1C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種角度傳感器，該角度傳感器能夠通過(guò)選擇組成角度傳感器的主齒輪和輔助齒輪之間的最佳齒輪比準(zhǔn)確地測(cè)量轉(zhuǎn)向軸的角度，測(cè)量車輛轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量，并且包括與所述轉(zhuǎn)向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形主齒輪；依靠所述主齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一輔助齒輪，該第一輔助齒輪具有與其表面耦接的磁體；以及用于檢測(cè)所述磁體的磁場(chǎng)變化并且輸出轉(zhuǎn)動(dòng)量數(shù)據(jù)的磁性設(shè)備，從而使得在所述主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)，所述第一輔助齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)四次，并且在獲取測(cè)量所述主齒輪的角度的有效值期間最小化比例因子的值，從而最小化測(cè)量值的誤差。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102589412SQ20111043238
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
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