一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，包括：底座與頂蓋，其中央設(shè)有中空部，底座與頂蓋相互配合并通過螺栓固定；主動齒輪，其設(shè)置在底座與頂蓋之間，主動齒輪與方向盤固定并以中空部為軸心轉(zhuǎn)動；第一從動齒輪，其固定在底座內(nèi)，并與主動齒輪嚙合，第一從動齒輪的中央設(shè)有第一磁性元件；第二從動齒輪，其固定在底座內(nèi)，并與主動齒輪嚙合，第二從動齒輪的中央設(shè)有第二磁性元件；測量單元，其設(shè)置在底座與頂蓋之間，用于測量第一磁性元件與第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度計算方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。本發(fā)明提供了一種非接觸工作、測量方法簡便、機(jī)械加工簡單的汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。
【專利說明】一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車轉(zhuǎn)向傳感器技術(shù)，尤其涉及一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]公知地，汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器是測量方向盤轉(zhuǎn)向角度的電子部件，為汽車主動安全系統(tǒng)提供必需的方向盤轉(zhuǎn)角信號。例如:電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)有了方向盤轉(zhuǎn)角信號可以實現(xiàn)防滑和防側(cè)擺等高級功能；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)有了精確的方向盤轉(zhuǎn)角信號可以實現(xiàn)方向盤抖動的阻尼控制功能和將方向盤帶到零位的主動回正控制功能；自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)有了方向盤轉(zhuǎn)角信號就可以自動調(diào)節(jié)照明角度，避免在坡道和彎道處出現(xiàn)照明盲區(qū)。
[0003]目前，汽車方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中普遍采用了電位計式、電磁線圈式和磁敏芯片式三類轉(zhuǎn)角傳感器。電位計式傳感器是美國BI公司專利技術(shù)，傳感器基于滑動變阻器原理工作，輸出方向盤的絕對轉(zhuǎn)角信號，但接觸式工作會嚴(yán)重影響器件的壽命和信號噪聲；電磁線圈式傳感器是德國Hella公司的專利技術(shù)，使用時除了電磁線圈，還必須附加角度芯片才能測得方向盤絕對轉(zhuǎn)角；磁敏芯片式轉(zhuǎn)角傳感器主要是德國BOSCH公司LWS系列產(chǎn)品的專利技術(shù)，采用增量法測量最后只能輸出相對轉(zhuǎn)角信號，采用差角法測量可以直接輸出絕對轉(zhuǎn)角信號，而計算差角和判斷方向又增加了邏輯計算單元的任務(wù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中上述缺陷，提出了一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。
[0005]本發(fā)明提出了一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，包括:底座與頂蓋，其中央設(shè)有中空部，所述底座與所述頂蓋相互配合并通過螺栓固定；主動齒輪，其設(shè)置在所述底座與所述頂蓋之間，所述主動齒輪與方向盤固定并以所述中空部為軸心轉(zhuǎn)動；第一從動齒輪，其固定在所述底座內(nèi)，并與所述主動齒輪嚙合，所述第一從動齒輪的中央設(shè)有第一磁性元件；第二從動齒輪，其固定在所述底座內(nèi)，并與所述主動齒輪嚙合，所述第二從動齒輪的中央設(shè)有第二磁性元件；測量單元，其設(shè)置在所述底座與所述頂蓋之間，用于測量所述第一磁性元件與第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0006]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述第一從動齒輪的齒數(shù)與所述第二從動齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。
[0007]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述主動齒輪的軸心為一中空柱體部，所述中空柱體部底部的外緣設(shè)有輪齒；所述中空柱體部嵌在所述中空部上自由旋轉(zhuǎn)；所述中空柱體部的空心內(nèi)表面設(shè)有軸向定位件，用于與所述方向盤固定并同步旋轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述測量單元包括第一測量元件、第二測量元件與邏輯處理單元；所述第一測量元件正對于所述第一磁性元件設(shè)置，用于測量所述第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；所述第二測量元件正對于所述第二磁性元件設(shè)置，用于測量所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；所述邏輯處理單元分別與所述第一測量元件及所述第二測量元件連接，用于根據(jù)所述第一磁性元件及所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角；所述邏輯處理單元通過電極輸出所述絕對轉(zhuǎn)角的信號。
[0009]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述第一測量元件與第二測量元件為角度芯片，所述角度芯片為HALL芯片、AMR芯片或者GMR芯片。
[0010]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述邏輯處理單元將所述第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為主尺信號，將所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為游標(biāo)信號，利用游標(biāo)法計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0011]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，所述底座內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有第一齒輪定位件與第二齒輪定位件，所述第一從動齒輪嵌在所述第一齒輪定位件上并繞所述第一齒輪定位件旋轉(zhuǎn)，所述第二從動齒輪嵌在所述第二齒輪定位件上并繞所述第二齒輪定位件旋轉(zhuǎn)。
[0012]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，進(jìn)一步包括:所述底座設(shè)置有第一中空定位柱，所述頂蓋設(shè)置有第二中空定位柱，所述第一中空定位柱與所述第二中空定位柱相互配合，所述第一中空定位柱與所述第二中空定位柱的內(nèi)部設(shè)有螺紋，用于固定所述螺栓。
[0013]本發(fā)明提出的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中，進(jìn)一步包括:所述測量單元的邊緣設(shè)置有定位孔，所述定位孔與所述第一中空定位柱配合，用于固定所述測量單元。
[0014]本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于測量方向盤的轉(zhuǎn)向角度，巧妙設(shè)計的主動齒輪組件和從動齒輪組件，將多顆角度芯片測量的角度信號通過游標(biāo)法計算出方向盤的絕對轉(zhuǎn)角，傳感器測量轉(zhuǎn)角方便、結(jié)構(gòu)緊湊，裝配簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中底座的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中主動齒輪、第一從動齒輪與第二從動齒輪的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中測量單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中頂蓋的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖6是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中從動齒輪旋轉(zhuǎn)角度的信號波形圖。
[0021]圖7是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器中輸出的絕對轉(zhuǎn)角的信號波形圖。
【具體實施方式】
[0022]結(jié)合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施本發(fā)明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。
[0023]本發(fā)明的方向盤轉(zhuǎn)角器中，包括底座1、頂蓋2、主動齒輪3、第一從動齒輪4、第二從動齒輪5與測量單兀6。底座I與頂蓋2的中央設(shè)有中空部,底座I與頂蓋2相互配合并通過螺栓7固定。主動齒輪3設(shè)置在底座I與頂蓋2之間，主動齒輪3與方向盤固定并以中空部為軸心轉(zhuǎn)動。第一從動齒輪4固定在底座I內(nèi)，并與主動齒輪3嚙合，第一從動齒輪4的中央設(shè)有第一磁性元件。第二從動齒輪5固定在底座I內(nèi)，并與主動齒輪3嚙合，第二從動齒輪5的中央設(shè)有第二磁性元件；測量單元6設(shè)置在底座I與頂蓋2之間，用于測量第一磁性元件與第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度計算方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0024]其中，第一從動齒輪4的齒數(shù)與第二從動齒輪5的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。主動齒輪3的軸心為一中空柱體部16，中空柱體部16底部的外緣設(shè)有輪齒；中空柱體部16嵌在中空部上自由旋轉(zhuǎn)；中空柱體部16的空心內(nèi)表面設(shè)有軸向定位件17，用于與方向盤固定并同步旋轉(zhuǎn)。
[0025]測量單元6包括第一測量元件、第二測量元件與邏輯處理單元；第一測量元件正對于第一磁性元件設(shè)置，用于測量第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；第二測量元件正對于第二磁性元件設(shè)置，用于測量第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；邏輯處理單元分別與第一測量元件及第二測量元件連接，用于根據(jù)第一磁性元件及第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度計算方向盤的絕對轉(zhuǎn)角；邏輯處理單元通過電極輸出絕對轉(zhuǎn)角的信號。第一測量元件與第二測量元件為角度芯片，角度芯片為HALL芯片、AMR芯片或者GMR芯片。邏輯處理單元將第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為主尺信號，將第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為游標(biāo)信號，利用游標(biāo)法計算方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0026]其中，底座I內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有第一齒輪定位件10與第二齒輪定位件11，第一從動齒輪4嵌在第一齒輪定位件10上并繞第一齒輪定位件10旋轉(zhuǎn)，第二從動齒輪5嵌在第二齒輪定位件11上并繞第二齒輪定位件11旋轉(zhuǎn)。
[0027]底座I設(shè)置有第一中空定位柱12，頂蓋2設(shè)置有第二中空定位柱22，第一中空定位柱12與第二中空定位柱22相互配合，第一中空定位柱12與第二中空定位柱22的內(nèi)部設(shè)有螺紋，用于固定螺栓7。
[0028]測量單元6的邊緣設(shè)置有定位孔20，定位孔20與第一中空定位柱12配合，用于固定測量單元6
[0029]圖1顯示的是本發(fā)明方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的立體結(jié)構(gòu)圖，從上至下依次設(shè)有頂蓋2、測量單元6、主動齒輪3、第一從動齒輪4、第二從動齒輪5與底座I。底座I與頂蓋2利用螺栓7固定。
[0030]參閱圖5，頂蓋2的中央設(shè)有中空部21，頂蓋2的邊緣設(shè)有四個第二中空定位柱22a、22b、22c、22d。參閱圖2，底座I設(shè)有中空部8，繞中空部8設(shè)置有向上凸起的定位件9，中空部8與中空部21相對應(yīng)。底座I的邊緣設(shè)置有四個第一中空柱體部12a、12b、12c、12d，分別與第二中空定位柱22a、22b、22c、22d相對應(yīng)，其內(nèi)部均設(shè)有螺紋。參閱圖1螺釘7a、7b、7c、7d分別通過頂蓋2的中空定位柱22a、22b、22c、22d和底座I的中空定位柱12a、12b、12c、12d將底座I與頂蓋2緊固。
[0031]參閱圖2，底座I的內(nèi)表面設(shè)有向上凸起的第一齒輪定位件柱10和第二齒輪定位件11，第一從動齒輪4和第二從動齒輪5分別鑲套在第一齒輪定位件10和第二齒輪定位件11上。其中，第一從動齒輪4的齒數(shù)與第二從動齒輪5的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。本實施例中，第一從動齒輪4的齒數(shù)分別為37,第二從動齒輪5的齒數(shù)為8。
[0032]參閱圖3，第一從動齒輪4內(nèi)設(shè)有第一磁性元件4a，第二從動齒輪5設(shè)有第二磁性兀件5a。第一磁性兀件4a與第二磁性兀件5a為兩個相同的徑向充磁的圓柱形磁鐵,分別與第一從動齒輪4及第二從動齒輪5同軸旋轉(zhuǎn)。徑向充磁磁鐵材料優(yōu)選稀土釹鐵硼或稀土釤鈷。第一從動齒輪4和第二從動齒輪5與主動齒輪3嚙合，由主動齒輪3驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
[0033]主動齒輪3的軸心為一中空柱體部16，中空柱體部16嵌套在定位件9上，主動齒輪3在定位件9上自由旋轉(zhuǎn)。中空柱體部16底部的外緣設(shè)有輪齒；中空柱體部16的空心內(nèi)表面設(shè)有軸向定位件17，用于與方向盤固定并同步旋轉(zhuǎn)。
[0034]參閱圖4，測量單元6為一個圓形的測量電路板，其中央是中空的，與中空柱體部16相配合。測量單元6的邊緣設(shè)置有4個定位孔20a、20b、20c、20d，該定位孔分別與第一中空柱體部12a、12b、12c、12d配合。進(jìn)一步地，中空柱體部16與第一中空柱體部12a、12b、12c、12d的頂部設(shè)有凹部，測量單元的中央及定位孔20a、20b、20c、20d嵌套在凹部上，從而固定在底座I與頂蓋2之間。
[0035]測量單元6中設(shè)有第一測量元件18a、第二測量元件18b和邏輯處理單元18c。第一測量元件18a和第二測量元件18b為角度芯片,優(yōu)選為Hall元件、AMR元件或者GMR元件。第一測量元件18a正對于第一從動齒輪4設(shè)置，用于測量第一磁性元件4a的旋轉(zhuǎn)角度得到第一旋轉(zhuǎn)角度信號。第二測量元件18b正對于第二從動齒輪5設(shè)置，用于測量第二磁性元件5a的旋轉(zhuǎn)角度得到第二旋轉(zhuǎn)角度信號。邏輯處理單元18c將第一旋轉(zhuǎn)角度信號作為主尺信號，將第二旋轉(zhuǎn)角度信號的旋轉(zhuǎn)角度作為游標(biāo)信號，利用游標(biāo)法計算方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0036]進(jìn)一步地，測量單元6至少包括兩層，第一層包括至少兩個相同的Hal1、AMR或GMR第一測量元件18a與第二測量元件18b，以及邏輯處理單元18c。第二層主要刻蝕有至少四個長方形焊盤19。長方形焊盤19與邏輯處理單元18相連接。參閱圖2與圖4，底座I設(shè)置有至少四個接觸電極13，電極13的中空外圍套15設(shè)有卡扣14，電極包括電源、地線、信號輸出引線，用于與測量單元6的焊盤19接觸，向外界發(fā)送方向盤絕對轉(zhuǎn)角的信號。
[0037]本發(fā)明中，主動齒輪3的齒數(shù)Z大于第一從動齒輪4的齒數(shù)Zl和第二從動齒輪5的齒數(shù)Z2，使第一從動齒輪4和第二從動齒輪5產(chǎn)生增速轉(zhuǎn)動，且Z1>Z2，Zl和Z2互質(zhì)。當(dāng)主動齒輪3從-η圈位置轉(zhuǎn)到+η (η = O?5)圈位置，第一從動齒輪4轉(zhuǎn)過nl圈，第二從動齒5輪轉(zhuǎn)過n2圈。通過角度芯片測量第一從動齒輪4與第二從動齒輪5轉(zhuǎn)過的角度，測量第一從動齒輪4得到nl個周期角度信號，測量第二從動齒輪5得到n2個周期角度信號，采用游標(biāo)算法將nl個角度信號作為主尺信號，將n2個角度信號作為游標(biāo)信號，通過查表得到主動齒輪轉(zhuǎn)過的角度，即方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
[0038]參閱圖6和圖7,本實施例中，主動齒輪3的齒數(shù)為90齒、第一從動齒輪4的齒數(shù)為37齒,第二從動齒輪5的齒數(shù)為8齒。方向盤有效轉(zhuǎn)動范圍是±2圈。第一測量元件18a測得第一從動齒輪4上的第一磁性元件4a的第一旋轉(zhuǎn)角度信號為23a，第二測量元件18b測得第二從動齒輪5上的第二磁性元件4b的第二旋轉(zhuǎn)角度信號為23b，邏輯處理單元18c將旋轉(zhuǎn)角度信號23a作為主尺信號，旋轉(zhuǎn)角度信號23b作為游標(biāo)信號。參閱圖6，根據(jù)游標(biāo)信號23b (即旋轉(zhuǎn)角度信號23b)將主尺信號(即旋轉(zhuǎn)角度信號23a)分成37個區(qū)間，并事先將這些區(qū)間值寫入邏輯處理單元18c中，邏輯處理單元18c根據(jù)第一測量元件18a和第二測量元件18b輸出的實際信號進(jìn)行查表確定該信號存在于在哪一個區(qū)間中，最后邏輯處理單元18c將區(qū)間值加上主尺信號值得到方向盤的絕對角度信號24，絕對角度信號24如圖7。本例中方向盤在-2圈時對應(yīng)角度為0°，復(fù)位時對應(yīng)720°，+2圈時對應(yīng)1440°。
[0039]本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，包括: 底座(I)與頂蓋(2)，其中央設(shè)有中空部，所述底座(I)與所述頂蓋(2)相互配合并通過螺栓(7)固定； 主動齒輪(3)，其設(shè)置在所述底座(I)與所述頂蓋(2)之間，所述主動齒輪(3)與方向盤固定并以所述中空部為軸心轉(zhuǎn)動； 第一從動齒輪(4)，其固定在所述底座(I)內(nèi)，并與所述主動齒輪(3)嚙合，所述第一從動齒輪(4)的中央設(shè)有第一磁性元件； 第二從動齒輪(5)，其固定在所述底座(I)內(nèi)，并與所述主動齒輪(3)嚙合，所述第二從動齒輪(5)的中央設(shè)有第二磁性元件； 測量單元出)，其設(shè)置在所述底座(I)與所述頂蓋(2)之間，用于測量所述第一磁性元件與第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
2.如權(quán)利要求1所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述第一從動齒輪(4)的齒數(shù)與所述第二從動齒輪(5)的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述主動齒輪(3)的軸心為一中空柱體部(16)，所述中空柱體部(16)底部的外緣設(shè)有輪齒；所述中空柱體部(16)嵌在所述中空部上自由旋轉(zhuǎn)；所述中空柱體部(16)的空心內(nèi)表面設(shè)有軸向定位件(17)，用于與所述方向盤固定并同步旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述測量單元(6)包括第一測量元件、第二測量元件與邏輯處理單元；所述第一測量元件正對于所述第一磁性元件設(shè)置，用于測量所述第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；所述第二測量元件正對于所述第二磁性元件設(shè)置，用于測量所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度；所述邏輯處理單元分別與所述第一測量元件及所述第二測量元件連接，用于根據(jù)所述第一磁性元件及所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角；所述邏輯處理單元通過電極輸出所述絕對轉(zhuǎn)角的信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述第一測量元件與第二測量元件為角度芯片，所述角度芯片為HALL芯片、AMR芯片或者GMR芯片。
6.如權(quán)利要求4所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述邏輯處理單元將所述第一磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為主尺信號，將所述第二磁性元件的旋轉(zhuǎn)角度作為游標(biāo)信號，利用游標(biāo)法計算所述方向盤的絕對轉(zhuǎn)角。
7.如權(quán)利要求1所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述底座(I)內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有第一齒輪定位件(10)與第二齒輪定位件(11)，所述第一從動齒輪(4)嵌在所述第一齒輪定位件(10)上并繞所述第一齒輪定位件(10)旋轉(zhuǎn)，所述第二從動齒輪(5)嵌在所述第二齒輪定位件(11)上并繞所述第二齒輪定位件(11)旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括:所述底座(I)設(shè)置有第一中空定位柱(12)，所述頂蓋(2)設(shè)置有第二中空定位柱(22)，所述第一中空定位柱(12)與所述第二中空定位柱(22)相互配合，所述第一中空定位柱(12)與所述第二中空定位柱(22)的內(nèi)部設(shè)有螺紋，用于固定所述螺栓(7)。
9.如權(quán)利要求8所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括:所述測量單元(6)的邊緣設(shè)置有定位孔(20)，所述定位孔(20)與所述第一中空定位柱(12)配合，用于固定所述測量單元(6)。
【文檔編號】G01B7/30GK103983183SQ201410196000
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】潘海林, 王江濤, 逄金鑫, 趙振杰, 唐光德 申請人:華東師范大學(xué)