CN101633369B - 转向角传感器和具有转向角传感器的车辆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种转向角传感器和具有该传感器的车辆系统。该转向角传感器安装在一车辆中，包括一个主齿轮、一第一辅助齿轮以及一第二辅助齿轮、角检测装置以及一计算/控制模块。该主齿轮与一转向柱耦合并随其旋转；该第一辅助齿轮以及第二辅助齿轮分别与主齿轮相啮合；角检测装置分别临近安装于第一和第二辅助齿轮，对应于第一和第二辅助齿轮的旋转产生电信号；该计算/控制模块由角检测装置产生的电信号计算出转向角度，确定该转向角对应的占空比，并且产生一个粗增益脉宽调制信号和一精增益脉宽调制信号。

Description

转向角传感器和具有转向角传感器的车辆系统
【技术领域】
本发明是有关于一种转向角传感器和具有转向角传感器的车辆系统，且特别是有关于一种通过脉宽调制(Pulse Width Modulation，PMW)信号传输转向角度数据的转向角传感器以及具有该转向角传感器的车辆系统。 
【背景技术】
随着汽车技术的发展，各种系统的安装提供便捷的驾驶和乘坐体验。这些系统包括电动动力转向系统(Electric Power Steering，以下简称EPS)、电子稳定程序系统(Electronic Stability Program，ESP)、电子控制悬挂系统(Electronically Controlled Suspension，ECS)。其中EPS为司机提供转向助力，ESP通过比较/评价司机的转向意图来防止车辆偏离车道并且控制车辆动态，ECS根据路面情况和驾驶需求改变车辆高度，以提高动态稳定性乘坐舒适度。 
图1是一种配备了EPS、ESP以及ECS的车辆系统的方框图。扭矩传感器102感测司机操作方向盘所造成的扭矩，并将其传递至EPS的电子控制单元(或ECU)(以下简称EPS ECU 106)，该EPS ECU 106将一对应于其接收扭矩的助力电流提供至一马达，以提供转向助力。 
一转向角传感器104检测司机操作方向盘的转向角度，并通过一控域网(Controller Area Network，CAN)传递至ESP的电子控制单元(以下简称ESP ECU 108)以及ECS ECU 110，ESP ECU 108以及ECS ECU 110接收到的转向角度用于执行各自的稳定和悬挂控制。 
图2是一现有转向角传感器的构造的示意图。可以看出，该传感器具有 一主齿轮202，与一第一辅助齿轮204以及一第二辅助齿轮206相啮合。相邻于第一辅助齿轮204和第二辅助齿轮206，分别安装有磁电阻传感器208和210。这样，当转动方向盘时，主齿轮202以及辅助齿轮204、206随其旋转。辅助齿轮204、206的旋转使磁电阻传感器208和210与辅助齿轮204、206内的磁性组件相互作用而反复产生正弦波电信号。 
一计算/控制模块212利用来自磁电阻传感器208和210的电信号计算转向角度，并且通过一CAN收发器214将其传输到其他系统。然而，由于该现有转向角传感器使用了CAN通讯来传输计算后的转向角度，必须为CAN通信使用CAN收发器214专用系统，这增加了制造成本。 
特别是，本领域的发展趋势是将现有的扭矩传感器和转向角传感器整合成为扭矩-转向角传感器综合模块，各单个的CAN通信模块向各系统传输转向角数据的排配方式具有效率低下的缺点。 
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种转向传感器以及一种具有该转向传感器的车辆系统，其不使用CAN通信而是以脉宽调制(PulseWidth Modulation，PMW)信号传输转向数据。 
本发明的一个实施例提供一种车辆系统，包括一扭矩-转向角传感器以及一电动助力转向系统的一电子控制单元，该扭矩-转向角传感器由一个传感器单元或两个单个的传感器成对构成，用来检测司机转向操作所引起的扭矩和转向角度，确定该转向角度对应的占空比，并且产生一个粗增益脉宽调制信号和精增益脉宽调制信号，该电子控制单元接收该粗增益脉宽调制信号以及精增益脉宽调制信号，从而获取转向角度数据，以向其他在车辆控制中会使用转向角度的系统传递转向角度数据，精增益脉宽调制信号从根据粗增益脉宽调制信号计算出的片断转向角度值中，提供转向角度的必要精确度。 
本发明的另一个实施例提供一种安装于一车辆的转向角传感器，该转向角传感器包括一个主齿轮、一第一辅助齿轮以及一第二辅助齿轮、角检测装置以及一计算/控制模块。该主齿轮与一转向柱耦合并随其旋转；该第一辅助齿轮以及第二辅助齿轮分别与主齿轮相啮合；角检测装置分别临近安装于第一和第二辅助齿轮，对应于第一和第二辅助齿轮的旋转产生电信号；该计算/控制模块由角检测装置产生的电信号计算出转向角度，确定该转向角度对应的占空比，并且产生一个粗增益脉宽调制信号和一精增益脉宽调制信号，精增益脉宽调制信号从根据粗增益脉宽调制信号计算出的片断转向角度值中，提供转向角度的必要精确度。 
本发明传感器的特点是根据线性的转向角来确定粗增益脉宽调制信号的占空比。 
【附图说明】
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下： 
图1是一种配备了现有EPS、ESP以及ECS的车辆系统的方框图。 
图2是一现有转向角传感器的构造的示意图。 
图3是依照本发明一实施例的一车辆系统的方框图。 
图4是依照本发明一实施例的一转向角传感器的结构的示意图。 
图5和图6是本发明采用的一粗增益PWM信号以及一精增益PWM信号的曲线图。 
【具体实施方式】
以下，将参考所附图示描述本发明的实施范例。下列实施例的说明是参考附加的图式，下列描述以及图示中，不同图示中的相同的元件使用相同的 标号来指定，此外，在本发明的下述描述中，省略已知功用以及结构的详细描述，以使本发明的主题更明确。 
图3是依照本发明一实施例的一车辆系统的方框图。 
本发明车辆系统包括一扭矩-转向角传感器302、一电动动力转向系统的电子控制单元(EPS ECU)304、电子稳定程序系统的电子控制单元(ESP ECU)306以及电子控制悬挂系统的电子控制单元(ECS ECU)308。扭矩-转向角传感器302检测方向盘操作引起的转向柱的扭矩和转向角度，并且将检测到的扭矩和转向角度传递至EPS ECU 304。在此过程中，扭矩-转向角传感器302是在两个脉宽调制(Pulse Width Modulation，PMW)信道内或PWM信号内传递检测到的扭矩和转向角，这些PWM信号分为粗增益PWM信号和精增益PWM信号，其中粗增益PWM信号代表传递的0-1620°的转向角度数据(关于绝对角度的转向角度数据)，精增益PWM信号代表传递的0-90°的转向角度数据(关于相对角度的转向角度数据)。粗增益PWM信号和精增益PWM信号将参照图5和图6进行论述。 
EPS ECU 304使用收到的扭矩和转向角度数据进行控制，以提供转向助力，并且将转向角度数据传至ESP ECU 306或ECS ECU 308。也可以采用控域网(Controller Area Network，CAN)通信来传输转向角度数据。 
ESP ECU 306以及ECS ECU 308利用传来的转向角度数据可以履行各自的稳定和悬挂控制。在本实施例中，是将扭矩-转向角传感器302作为一个整体模块进行描述，但是本发明并不限于此。当然，扭矩-转向角传感器302可以包括两个独立模块，分别承载扭矩传感器和转向角传感器。 
图4是依照本发明一实施例的一转向角传感器的结构示意图。 
本实施例的转向角传感器包括一主齿轮402、一第一辅助齿轮404、一第二辅助齿轮406、角检测装置408以及一计算/控制模块412。 
该主齿轮402与转向柱一体耦合并随其旋转，并且与第一及第二辅助齿 轮404、406相啮合。角检测装置408和410临近设置于该等辅助齿轮404、406。角检测装置408和410可重复地输出电信号指示辅助齿轮404、406的转向角度。可使用磁电阻传感器特别是各向异性磁电阻传感器作为角检测装置408和410。此外，也可以使用霍尔集成电路作角检测装置408和410。 
当驾驶员的转向操纵方向盘时，主齿轮402随其旋转并带动第一和第二辅助齿轮404、406旋转，从而使角检测装置408和410与第一、第二辅助齿轮404、406内的磁性组件(未图示)相互作用而输出电信号。 
该计算/控制模块412利用来自角检测装置408、410的电信号计算出转向角度。该计算方向盘的转向角度的方法属于现有技术的范畴，在此省略其说明。此外，计算/控制模块412利用粗增益PWM信号和精增益PWM信号的形式向要求的转向角度数据的车辆系统传递转向角度数据。 
图5和图6将描述粗增益PWM信号和精增益PWM信号，其中图5说明转向柱角度与PWM信号的占空比之间的关系。 
方向盘可具有4.5个回转圈数(1620°)，使车轮由锁定扭转到锁定(从最左边到最右边)，并且此处的粗增益PWM信号提供其相关信息，也就是，0-1620°的转向角度的低清晰度信息。图5的实施例中，将转向角度1620°以90°为单元分为18个片断，每个片断分别具有其确定的占空比。例如，0-90°范围内的转向角度处于片断1，占空比设定为15％，90-180°范围内的转向角度处于片断2，占空比设定为19％。因此，根据计算/控制模块的转向角的计算，可以确定相应于转向角度的占空比并且以粗增益PWM信号的形式传播。也就是说，可以通过PWM信号向该ECU传送一般转向角度信息。 
另一方面，精增益PWM信号可用于提供0-90°的转向角度的高清晰度信息。考虑到粗增益PWM信号只提供小于准确转向角度数据的低清晰度的方向盘角度的限制，精增益PWM信号从根据粗增益PWM信号计算出的片断转向角度值中，提供转向角度的必要精确度。 
图5中的实施例，0-90°范围内的转向角度以0.1°为单元分为909个片断。这样，确定每0.1°的占空比将提供更精确的高精度转向角度。例如，假如粗增益PWM信号占空比为15％，精增益PWM信号占空比为15％，由该粗增益占空比可知其转向角在0-90°范围内的某处，由精增益占空比可精确到0-0.1°，从而表明传输的转向角度为零。如果粗增益PWM信号占空比为19％，而精增益PWM信号占空比为15％，该条件代表转向角度在90°和180°之间，因此是90°。 
因此，无需使用CAN通信，粗、精增益PWM信号可以向不同的车辆控制系统提供转向角度。 
此外，转向角度1620°可以被细分，使粗增益PWM信号占空比线性取决于转向角度，从而减少任何由以PWM信号形式传递的转向信号引起的错误。例如，如果精增益PWM信号占空比为15％，粗增益PWM信号滞后或抖动接近90°，则可以在片断1或2内确定粗增益PWM信号，也就是在15％或19％内。因此，转向角度是0°或90°，导致90°的错误。 
图6是描述一种减少这种错误的方法的示意图，说明在粗增益PWM信号占空比适合线性遵循转向角度。 
图6实施例将转向角度分为900个以0.8°为单元的片断，其中以1.8°为单元确定粗增益PWM信号占空比，这样，即使发生滞后或抖动，也可以将任何错误控制到最低限度。 
如上所述，依据本发明的该实施例，由转向角传感器产生的转向角度数据可被传递到各种车辆系统，而不需要额外使用CAN通信，节省了CAN通信的制造成本。 

Claims (6)

1.一种车辆系统，其特征在于：该车辆系统包括一扭矩-转向角传感器以及一电动助力转向系统的电子控制单元，该扭矩-转向角传感器由一个传感器单元或两个单个的传感器成对构成，用来检测司机转向操作所引起的扭矩和转向角度，确定该转向角度对应的占空比，并且产生一个粗增益脉宽调制信号和精增益脉宽调制信号，该电动助力转向系统的电子控制单元接收该粗增益脉宽调制信号以及精增益脉宽调制信号，以获取转向角度数据，向其他在车辆控制中会使用转向角的系统传递转向角度数据，精增益脉宽调制信号从根据粗增益脉宽调制信号计算出的片断转向角度值中，提供转向角度的必要精确度。
2.如权利要求1所述的车辆系统，其特征在于：粗增益脉宽调制信号的占空比线性取决于转向角度。
3.如权利要求1所述的车辆系统，其特征在于：该其他系统包括至少一电子稳定程序系统以及一电子控制悬挂系统。
4.如权利要求1所述的车辆系统，其特征在于：该电子控制单元通过一控域网向该其他系统传输转向角度数据。
5.一种转向角传感器，安装于一车辆上，其特征在于：该转向角传感器包括一个主齿轮、一第一辅助齿轮以及一第二辅助齿轮、角检测装置以及一计算/控制模块，其中该主齿轮与一转向柱耦合并随其旋转；该第一辅助齿轮以及第二辅助齿轮分别与主齿轮相啮合；角检测装置分别临近安装于第一和第二辅助齿轮，对应于第一和第二辅助齿轮的旋转产生电信号，该计算/控制模块由角检测装置产生的电信号计算出转向角度，确定该转向角度对应的占空比，并且产生一个粗增益脉宽调制信号和一精增益脉宽调制信号，精增益脉宽调制信号从根据粗增益脉宽调制信号计算出的片断转向角度值中，提供转向角度的必要精确度。 
6.如权利要求5所述的转向角传感器，其特征在于：粗增益脉宽调制信号的占空比线性取决于转向角度。 
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