CN101875369A - 伺服助力转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服助力转向系统及其控制方法，该伺服助力转向系统包括方向盘、第一转向轴、第二转向轴、减速器、转向机构和车轮，所述的方向盘与第一转向轴的一端连接，第一转向轴的另一端与第二转向轴连接，第二转向轴上设有减速器，第二转向轴通过转向机构与车轮连接，所述的第一转向轴、第二转向轴和伺服电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置感测到转轴的转动输入信号给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机驱动减速器并通过转向机构使车轮转向。本发明降低能耗；成本低、结构简单；保证可靠性和安全性；系统响应快并可以提供最佳助力，驾驶员转向力小且始终恒定；方向盘平稳。

Description

伺服助力转向系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种伺服助力转向系统及其控制方法，属于汽车制造技术领域。

背景技术

现有的汽车转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两类。机械转向系统是依靠驾驶员操纵转向盘的转向力来实现车轮转向；动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向，分别称之为液压助力转向系统和电动助力转向系统。

液压助力转向系统由液压和机械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械转向器，从而实现转向的。液压泵依靠发动机的动力工作，发动机运行时液压泵始终处于工作状态，使发动机燃油消耗增加。液压系统包含油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目多，同时还存在漏油问题，对环境有污染。

电动助力转向系统一般由机械转向系统加上转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、减速器、电动机等组成，它在传统机械转向系统的基础上，根据方向盘上的转矩信号和汽车的行驶车速信号，利用电子控制装置使电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行转向操作。电动助力转向系统仅在需要转向时才启动电动机产生助力，相比于液压助力转向系统，降低了能耗。同时没有液压系统复杂的油路零部件，不会因漏油造成环境污染。控制装置根据不同行驶工况提供助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用对助力向系统的扰动，改善汽车的转向特性。因此，电动助力转向系统是现代汽车转向系统的发展方向。

现有电动助力转向系统都包含转矩传感器，根据方向盘的转矩和车速来提供助力，转矩传感器的价格较高，而且是根据方向盘连接杆的变形来检测转矩，对连接杆的要求高，难加工。响应慢，驾驶员转动方向盘后，引起方向盘连接杆变形，转矩传感器根据变形检测转矩，控制器根据转矩计算，控制电动机运行，整个过程需要较长的响应时间。现有助力转向系统同时将转矩信号和车速信号作为控制电动机的参数，在一定程序上改善了助力，但是相同车速下不同的路况需要的助力不同，因此助力效果不是最佳，不同车速或者不同路况下，驾驶员转动方向盘需要的力仍差别较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种伺服助力转向系统及其控制方法，降低了能耗，避免环境污染；成本低、结构简单；保证了驾驶的可靠性和安全性；系统响应快并可以提供最佳助力，驾驶员转向力小且始终恒定，与路况、车速无关；方向盘平稳，不受发动机或车轮振动的影响。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种伺服助力转向系统，包括方向盘、第一转向轴、第二转向轴、减速器、转向机构和车轮，所述的方向盘与第一转向轴的一端连接，第一转向轴的另一端与第二转向轴连接，第二转向轴上设有减速器，第二转向轴通过转向机构与车轮连接，所述的第一转向轴、第二转向轴和伺服电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置感测到转轴的转动输入信号给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机驱动减速器并通过转向机构使车轮转向。

所述的第一转向轴与第二转向轴之间通过连接装置相连。

所述的连接装置包括对应设置的第一、第二连接头，两者分别与第一、第二转向轴相连，所述的第一、第二连接头上对应设置有凸部和凹部，凸部和凹部相互咬合连接，咬合后凸部与凹部之间设有间隙。

进一步地，所述的第一连接头包括连接头本体，所述的凸部沿轴向凸伸于第一连接头本体之外。相对应的，所述的第二连接头包括连接头本体，所述的凹部沿轴向凹陷入第二连接头本体之内。

在另一个实施例中，所述的第一连接头包括连接头本体，所述的凸部沿径向凸设在第一连接头本体的外表面之外。相对应的，所述的第二连接接头包括连接接头本体，所述的凹部沿径向凹陷在第二连接接头本体的外表面之内。

所述的凸部与第一连接头本体等长或比第一连接头本体短。所述的凹部与第二连接头本体等长或比第二连接头本体短。

此外，根据不同的需要，所述的凸部或凹部为1个或1个以上。

进一步地，所述的凸部为一凸块，所述的凹部对应设置为一凹槽。

在另一个实施例中，所述的凸部为设置在第一连接接头上的凸爪，所述的凹部为设置在第二连接接头上的相邻的两个凸爪之间构成的凹槽。进一步地，所述的凸部或凹部的设置数量为3个。

在另一个实施例中，优选地，所述的凸部为三键连接头，所述的凹部对应设置为三键凹槽。优选地，所述的凸部为三芯连接头，所述的凹部对应设置为三芯凹槽。优选地，所述的凸部为十字连接头，所述的凹部对应设置为十字凹槽。

所述的减速器为蜗轮蜗杆减速器或圆柱齿轮减速器或圆锥齿轮减速器或行星齿轮减速器或其组合。

所述的伺服电机优选为交流伺服电机。

所述的位置检测装置、伺服控制器和伺服电机可一体设置。

所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制。

具体地，所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

所述传感器信号处理子单元接收所述位置检测装置输出的代表电机角度的信息，将电机的角度传输给所述的机械环控制子单元；所述传感器信号处理子单元还接收所述电流传感器的检测到的电流信号，经过A/D采样后输出给所述的电流环控制子单元；

所述机械环控制子单元根据接收到的指令信号和电机轴的转动角度，经过运算得到电流指令，并输出给所述的电流环控制子单元；

所述电流环控制子单元根据接收到的电流指令的电流传感器输出的电流信号，经过运算得到三相电压的占空比控制信号，并输出给所述的PWM控制信号产生子单元；

所述PWM控制信号产生子单元根据接收到的三相电压的占空比控制信号，生成具有一定顺序的六路PWM信号，分别作用于电机驱动单元。

所述电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。

优选地，所述数据处理单元为MCU，所述电机驱动单元为IPM模块。

在一个实施例中，所述的位置检测装置，包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置。

所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。

优选地，所述的导磁环的弧段端部可以设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

所述的位置检测装置还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。

所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：A/D转换电路，对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；合成电路，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；角度获取电路，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及存储电路，用于存储标准角度表。

在本发明的另一个实施例中，所述的位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环可以分别固定在一转动轴上；

在定子上，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个顺序分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。

在定子上对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。

在本发明的另一个实施例中，所述的位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被顺序地磁化为N[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈一定角度分布的磁感应元件；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。

在定子上对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/2ⁿ。

具体地，在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/2ⁿ，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/2ⁿ；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/2ⁿ。

所述磁感应元件可直接表贴在定子的内表面上。

优选地，所述的位置检测装置还包括两个内置于定子内表面的、分别对应于第一磁钢环和第二磁钢环的导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

进一步地，所述的导磁环的弧段端部可以设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

所述的磁感应元件优选为霍尔感应元件。

所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

A/D转换电路，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

相对偏移角度θ₁计算电路，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；

绝对偏移量θ₂计算电路，根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；

存储模块，用于存储数据。

还包括信号放大电路，用于在A/D转换电路进行A/D转换之前，对来自于磁电式传感器的电压信号进行放大。

所述相对偏移角度θ₁计算电路包括第一合成电路和第一角度获取电路，所述第一合成电路对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取电路根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁

所述相对偏移角度θ₁计算电路内或在合成电路之前还包括温度补偿电路，用于消除温度对磁电式传感器发送来的电压信号的影响。

所述合成电路或所述第一合成电路的输出还包括信号R；

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成电路。

所述绝对偏移量θ₂计算电路包括第二合成电路和第二角度获取电路，所述第二合成电路用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取电路根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。

本发明还提供一种上述伺服助力转向系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：非转向状态下，检测第一转向轴与第二转向轴之间的角度位置差，并将其设定为S₀；

步骤2：在转动方向盘的状态下，检测第一转向轴与第二转向轴之间的角度位置差，并将其设定为S₁；

步骤3：计算出S₀与S₁的差值ΔS；

步骤4：伺服控制器根据ΔS以及减速器的传动比，计算电机轴的驱动角度，并通过伺服电机进行位置控制，控制ΔS为零，使第二转向轴跟踪第一转向轴旋转，实现车轮转向。

所述的步骤1和步骤2中检测的具体步骤为：所述的伺服控制器每隔一个固定周期，读取位置检测装置的电压信号，并将所述的电压信号通过角度求解算法转换成第一转向轴、第二转向轴和电机轴的角度位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.伺服助力转向系统属于一种新的电动助力转向系统，具有电动助力转向系统的优点，如降低了能耗，不存在液压油路，不会漏油造成环境污染等。

2.成本低。与现有的电动助力系统相比，不需要用转矩传感器，也不需要用到车速传感器。现有助力转向系统对转向轴的要求很高，转向轴难加工，成本高，如专利号为200710041156.4的专利提到了一种转向轴。本专利的伺服助力转向系统对转向轴没有特殊的要求，转向轴的成本也降低了。专利号为200420110889.0的专利，提到了一种助力转向轴，降低现有电动转向系统成本，但与本专利相比成本仍较高，而且结构复杂。专利号为200520035963.1的专利也是改进汽车转向轴的一种方法。本专利虽然增加了位置检测装置，但是位置检测装置的成本非常低。与液压助力系统相比，没有油泵、油管、阀等液压部件，成本也降低了很多。

3.可靠性高。在交流伺服系统的控制程序中，加了很多保护功能，系统不容易损坏或失效。如果控制器失效或者电机失效，伺服助力转向系统只是没有了助力，相当于机械转向系统，驾驶员仍可以转动方向盘来控制转向，保证了可靠性和安全性，只是需要的转向力大一些。

4.响应快。方向盘、转向轴1和爪形连接头1的连接刚性大，因此方向盘的转动能立即被位置检测装置检测到，交流伺服系统的响应也非常快，是毫秒级的，因此爪形连接头2对爪形连接头1的跟踪特性非常快。

5.可以提供最佳助力。两个爪形连接头的爪之间存在间隙，驾驶员转动方向盘，伺服系统跟踪方向盘的转动，使两个爪之间始终保持这个间隙，因此驾驶员需要提供的转向力是转动方向盘、转向轴1和爪形连接头1的力，而爪形连接头2至车轮部分的转动完全由伺服电机驱动。驾驶员的转向力很小，而且始终是恒定的，与路况、车速无关，因此可以提供最佳助力。

6.方向盘平稳，不受发动机或车轮的振动的影响。因为爪形连接头1，2的爪不接触，所以发动机或车轮的振动不会传递到方向盘上。现有的助力转向系统不可能完全消除发动机或车轮的振动引起方向盘的振动。如专利号为03820579.3的专利，提到了一种联轴器，用于减小方向盘的振动。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。

说明书附图

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明伺服助力转向系统的控制结构简图；

图3为本发明伺服助力转向系统的控制结构简图的实施例一；

图4为伺服助力转向系统的控制系统的机械环框图；

图5为本发明伺服助力转向系统的控制结构实施例二的简图；

图6为单极位置检测装置安装于轴上的结构示意图；

图7为单极位置检测装置的立体分解图；

图8～图9为单极位置检测装置安装于轴上的立体图；

图10～图13为导磁环的倒角设计图；

图14为单极位置检测装置实施例一的结构示意图；

图15为单极位置检测装置实施例一的信号处理装置的框图；

图16为单极位置检测装置实施例二的结构示意图；

图17为单极位置检测装置实施例二的信号处理装置的框图；

图18为单极位置检测装置实施例三的结构示意图；

图19为单极位置检测装置实施例三的信号处理装置的框图；

图20为单极位置检测装置实施例四的结构示意图；

图21为单极位置检测装置实施例四的信号处理装置的框图；

图22为多极位置检测装置的立体分解图；

图23为将设有两个导磁环的位置检测装置的各元件组合到一起的结构示意图；

图24为顺序设置的多极位置检测装置的信号处理方法的流程图之一；

图25为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之二；

图26为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之三；

图27为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之四；

图28为顺序设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图29为顺序设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图；

图30为磁钢环303的算法流程图；

图31为顺序设置的位置检测装置的实施例一的信号处理装置的框图；

图32为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；

图33为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图；

图34为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的信号处理装置的框图；

图35为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；

图36为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图；

图37为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的信号处理装置的框图；

图38为顺序设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；

图39为顺序设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图；

图40为顺序设置的位置检测装置的实施例四的信号处理装置的框图；

图41为磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的位置检测装置结构的立体分解图；

图42～图45分别是对应于第一磁钢环的磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的结构示意图；

图46为均匀设置的位置检测装置的实施例一对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时得到的编码；

图47为均匀设置的位置检测装置的实施例一对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时第二磁钢环的充磁顺序；

图48为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第二磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图

图49为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环均匀磁化为6对极时对应2个磁感应元件的布置图；

图50为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图51为均匀设置的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图

图52为均匀设置的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图53为均匀设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图54是均匀设置的位置检测装置的实施例一至实施例四的另一种结构的立体分解图；

图55为另一种减速装置的结构示意图；

图56为另一种减速装置的结构示意图；

图57为一种连接装置的结构示意图；

图58为另一种连接装置的结构示意图；

图59为另一种连接装置的结构示意图；以及

图60为一体机的分解图。

具体实施方式

图1为本发明的整体结构示意图。如图1所示，本发明提供一种伺服助力转向系统，包括方向盘1、第一转向轴2、第二转向轴3、减速器4、转向机构5和车轮6，所述的方向盘1与第一转向轴2的一端连接，第一转向轴2的另一端与第二转向轴3连接，第二转向轴3上设有减速器4，第二转向轴3通过转向机构5与车轮6连接，所述的第一转向轴2、第二转向轴3和伺服电机10上设有位置检测装置7(图1中分别为7a、7b、7c)，位置检测装置7通过信号线8输入信号给伺服控制器9，伺服控制器9输出电压给伺服电机10，伺服电机10驱动减速器4并通过转向机构5使车轮6转向。

图2为本发明伺服助力转向系统的控制结构简图。如图2所示，电动助力转向控制系统由伺服控制器9、伺服电机10、位置检测装置7组成。

伺服控制器9包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置7输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机10，从而实现对伺服电机10的精确控制。

数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

传感器信号处理子单元接收位置检测装置输出的代表电机角度的信息，将电机的角度传输给所述的机械环控制子单元；所述传感器信号处理子单元还接收所述电流传感器的检测到的电流信号，经过A/D采样后输出给所述的电流环控制子单元；

所述机械环控制子单元根据接收到的指令信号和电机轴的转动角度，经过运算得到电流指令，并输出给所述的电流环控制子单元；

电流环控制子单元根据接收到的电流指令的电流传感器输出的电流信号，经过运算得到三相电压的占空比控制信号，并输出给PWM控制信号产生子单元；

PWM控制信号产生子单元根据接收到的三相电压的占空比控制信号，生成具有一定顺序的六路PWM信号，分别作用于电机驱动单元。

电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。电机驱动单元根据PWM信号，产生三相电压给伺服电机10，控制伺服电机10运行。伺服电机10通过减速器4驱动转向轴2转动，实现转向轴2对转向轴1的伺服跟踪。

图3为本发明伺服助力转向系统的控制结构简图的实施例一。如图3所示，数据处理单元为MCU，电机驱动单元为IPM模块。在该实施例中，从位置检测装置7中输出电压信号，因此在伺服控制器9的数据处理单元中需要角度计算单元，将位置检测装置7中输出的电压信号转换成角度信息。

图4为伺服助力转向系统的控制系统的机械环框图。如图4所示，转向轴2角度反馈，经过计算，得到转向轴3角度指令，作为机械环的输入。机械环根据转向轴3角度指令和转向轴3角度反馈，电机角度反馈，计算出电流指令，传递给电流环。机械环包括转向轴3位置环、电机位置环和速度环，转向轴3位置环输出电机角度指令，电机位置环输出速度指令，速度环输出电流指令。

驾驶员转动方向盘，带动转向轴2转动，位置检测装置7感应转向轴2的角度位置，并将感应的电压信号传递给MCU，经过A/D采样，转换为数字信号，CPU运行角度求解算法，得到转向轴2角度反馈。转向轴2角度反馈，经过计算，得到转向轴3角度指令，作为机械环的输入。位置检测装置7感应转向轴3的角度位置，并将感应的电压信号传递给MCU，经过A/D采样得到包含角度信息的数字信号，传递给MCU内的CPU，CPU运行角度求解算法，得到转向轴3角度反馈。转向轴3角度指令减去转向轴3角度反馈，得到转向轴3角度误差，通过PID控制器对转向轴3角度进行PID控制，得到电机角度指令，转向轴3角度的PID控制叫做转向轴3位置环，转向轴3位置环输出的是电机角度指令，传递给电机位置环。

位置检测装置7感应电机轴的角度位置，并将感应的电压信号传递给MCU，经过A/D采样得到包含角度信息的数字信号，传递给MCU内的CPU，CPU运行角度求解算法，得到电机角度反馈。电机角度指令减去电机角度反馈，得到电机角度误差，通过PID控制器对电机角度进行PID控制，得到速度指令，电机角度的PID控制叫做电机位置环，电机位置环输出的是速度指令，传递给速度环。

电机角度反馈通过微分器得到速度反馈，速度指令减去速度反馈，得到速度误差，通过PID控制器对速度进行PID控制，得到电流指令I_{q_ref}。速度的PID控制叫做速度环。电流指令为速度环的输出，也为机械环的输出，机械环输出电流指令I_{q_ref}给电流环。

图5为本发明伺服助力转向系统的控制结构实施例二的简图。如图5所示，与图3所示的控制结构不同之处在于，在该实施例中，位置检测装置7集成有角度计算单元，因此在位置检测装置7内完成了将电压信号转换成角度信号。直接输出的角度信号通过同步口通讯输入机械环子单元中。

结合上述伺服助力转向系统的控制结构简图，来说明本发明伺服助力转向系统的控制方法。伺服控制器9每隔一个固定周期，读取位置检测装置7的电压信号，并将所述的电压信号通过角度求解算法转换成第一转向轴2、第二转向轴3和电机轴的角度位置。在非转向状态下检测出的第一转向轴2与第二转向轴3之间的角度位置差被设定为S₀。在转动方向盘1的状态下，检测出的第一转向轴2与第二转向轴3之间的角度位置差被设定为S₁。计算出S₀与S₁的差值ΔS。

伺服控制器9根据ΔS以及减速器4的传动比，计算电机轴的驱动角度，并通过伺服电机10进行位置控制，控制ΔS为零，使第二转向轴3跟踪第一转向轴2旋转，实现车轮6转向。

本发明的位置检测装置设有1个磁钢环和1个导磁环，被称为单极位置检测装置。然而，在本发明的位置检测装置中可以设有多个磁钢环和相应的多个导磁环，被称为多极位置检测装置。无论采用单级或者多级的位置检测装置，都是将1个或多个磁钢环设置在转轴上，磁钢环的外部套设导磁环，并将磁感应元件插设在导磁环的间隙中，为了便于固定导磁环，还设置有骨架，使导磁环和骨架一体成型。当转轴发生转动时，磁感应元件感测到转轴的转动输入信号给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机驱动减速器并通过转向机构使车轮转向。

单极位置检测装置

图6为单极位置检测装置安装于轴上的结构示意图；图7为单极位置检测装置的立体分解图；图8和图9是单极位置检测装置安装于轴上的立体图；如图6～图9所示，本发明的位置检测装置由磁感应元件板102、磁钢环103、导磁环104、骨架105组成；磁感应元件板102由PCB板和磁感应元件106组成，，磁感应元件板102上还装有接插件108。

磁钢环103装在轴107上，导磁环104固定在骨架105上，骨架105固定在电机的合适位置。当轴107转动时，磁钢环103转动，产生正弦磁场，而导磁环104起聚磁作用，磁钢环103产生的磁通通过导磁环104。PCB板上固定的磁感应元件106把通过导磁环104的磁场转换成电压信号并输出，该电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理，最后得到位角位移。

其中，在制作所述的位置检测装置时，导磁环104设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架105固定在一起。

图10～图13以由1/4弧段和3/4弧段构成的导磁环为例，图示了本发明的导磁环的倒角设计。如图10～图13所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，图10所示的导磁环没有设计倒角，图11～图13所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向(图11)或径向(图12)或同时沿轴向、径向(图13)切削而形成的倒角，151、153表示轴向切面，152、154表示径向切面。相邻两弧段间留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的控制器。

根据磁密公式

可以知道，当φ一定时候，可以通过减少S，增加B。

因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中S较大，所以B比较小，因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。而通过减少导磁环端部面积能够增大端部的磁场强度，使得磁感应元件的输出信号增强。

本发明还提供了一种基于上述结构的位置检测装置的信号处理装置，包括：A/D转换电路、合成模块、角度获取模块和存储模块，其中，A/D转换电路对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，对应于磁感应元件的个数，该模块中具有多个A/D转换器，分别用于对每个磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换；所述合成模块对经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D；所述角度获取模块，根据该基准信号D，在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；所述存储模块用于存储数据。

上述各个模块可以构成一MCU。以下通过实施例详细描述本发明的位置检测装置及其信号处理装置。

实施例一

在单极位置检测装置中设有两个磁感应元件。

图14为单极位置检测装置实施例一的结构示意图。如图14所示，导磁环由两段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段111和3/4弧段112，位置A和B相距角度为90°，并开有狭缝，分别以109和110表示的两个磁感应元件H₁、H₂放置于A和B处的狭缝中。在电机轴上，导磁环104与磁钢环113同心安装。

图15为单极位置检测装置实施例一的信号处理装置的框图，磁感应元件H₁和H₂的输出信号接MCU的内置A/D转换器模拟输入口，经模数转换后得到输出信号接乘法器1、2，系数矫正器7的输出信号K接乘法器1、2的输入端，乘法器1、2的输出信号接合成器3的输入端，合成器3输出信号D和R，系数矫正器7接收合成器3输出的信号D和R，通过运算得到信号K，通过使磁感应元件H₁和H₂的信号与该信号K进行相乘，以此来进行温度补偿，消除温度对信号的影响。存储器4中存储有一角度存储表，MCU根据信号D在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ。

其中对信号的处理，即合成器3对信号的处理原则是：比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例，说明如下：

约定：

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。

如果A_D＞＝B_D

        D＝{A_0；B_0；B_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则：

        D＝{A_0；B_0；A_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2}.$

在存储模块中存储有一标准角度表，其中存储了对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。

另外，在存储模块中还存储了一些数据修正表，这些表中包括一个信号R与其标准状态下的信号R₀的对应表，通过合成模块，即合成器3得到的信号R，通过查表可以得到一信号R₀，通过将信号R₀和信号R进行比较，如除法运算，得到信号K。

实施例二

在单极位置检测装置的实施例二中设有四个磁感应元件。

图16为单极位置检测装置实施例二的结构示意图。如图16所示，与设有两个磁感应元件的位置检测装置不同之处在于，导磁环由四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成，A，B，C，D四个位置角度依次相隔为90°。分别以114、115、116和117表示的4个磁感应元件H₁、H₂、H₃、H₄分别放置于狭缝A、B、C和D处。

图17为单极位置检测装置实施例二的信号处理装置的框图。如图17所示，信号处理装置与处理方法与实施例一相类似，不同在于，由于本实施例二中有4个互成90度的磁感应元件，因此，在信号处理装置上增加了减法器，即数字差分模块，通过该减法器模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器的信号仍为2个，处理过程及方法与实施例一相同。因此，在此不再赘述。

实施例三

图18为单极位置检测装置实施例三的结构示意图。如图18所示，与设有四个磁感应元件的位置检测装置不同之处在于，导磁环由三段同半径的1/3弧段126、127和128构成，A，B，C三个位置依次相距120°。分别以123、124和125表示的3个传感器H₁、H₂、H₃分别放置狭缝处。

图19为单极位置检测装置实施例三的信号处理装置的框图。与实施例一不同的是，磁感应元件有三个，输出给合成器的信号为三个，合成器在处理信号时与实施例一不同，其余与实施例一相同。在这里，仅说明合成器如何处理信号。

在本实施例中，对信号的处理，即合成器4对信号的处理原则是：先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例：

约定：

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＜C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＞＝C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＜C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＞＝A_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＜A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＞＝A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＜A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

$\mathrm{\α}=A-B\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$\mathrm{\β}=B\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$R=\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}$

实施例四

图20为单极位置检测装置实施例四的结构示意图。如图20所示，导磁环由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成，A，B，C，D，E，F六个位置依次相距60°，分别以130、131、132、133、134和135表示的6个传感器H₁、H₂、H₃、H₄、H₅、H₆分别放置狭缝内。

图21为单极位置检测装置实施例四的信号处理装置的框图。与设有三个磁感应元件的位置检测装置不同之处在于，磁感应元件有六个，因此，在信号处理装置上增加了减法器模块，通过该减法器模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器的信号仍为3个，处理过程及方法与设有三个磁感应元件的位置检测装置相同。

多极位置检测装置

图22为多极位置检测装置的立体分解图。如图22所示，该位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，具体地，转子包括第一磁钢环302和第二磁钢环303，磁钢环302、303的直径小于导磁环304、305的直径，因而导磁环304、305分别套设在磁钢环302、303外侧，磁钢环302、303固定在转轴301上，且导磁环304、305与磁钢环302、303可以相对转动，从而使设置在支架306内表面上的多个传感器元件307处于磁钢环的空隙内。

图23为将设有两个导磁环的位置检测装置的各元件组合到一起的结构示意图。从图23可以看出，磁钢环302、磁钢环303平行布置在轴301上，对应于磁钢环302、磁钢环303分别设有两列磁感应元件308和309。这里为下文说明方便，将第一列磁感应元件即对应磁钢环302和导磁环304的多个磁感应元件都用磁感应元件308表示，而将第二列磁感应元件即对应磁钢环303和导磁环305的多个磁感应元件都用磁感应元件309表示。为了说明方便，这里将磁钢环302定义为第一磁钢环，将磁钢环303定义为第二磁钢环，将导磁环304限定为对应于第一磁钢环302，将导磁环305限定为对应于第二磁钢环305，然后本发明不限于上述的限定。

其中，导磁环304、305上也可以设有倒角，其结构与单极位置检测装置的导磁环相同，具体参照图10～图13。

对于多极位置检测装置而言，其磁感应元件的布置方式，磁钢环的磁化方式可以不同。

顺序设置方式

第一磁钢环302被顺序地磁化为N(N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n))对磁极，并且相邻两极的极性相反，第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照磁序算法确定；在支架306上，对应于第一磁钢环302，以第一磁钢环302的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件308；对应于第二磁钢环303，以第二磁钢环303的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈360°/N角度分布的磁感应元件309。

本发明还提供了一种上述位置检测装置的信号处理装置，其包括A/D转换电路、相对偏移角度θ₁计算电路、绝对偏移量θ₂计算电路、角度合成及输出模块和存储模块，其中，所述A/D转换电路对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，并将模拟信号转换为数字信号；所述相对偏移角度θ₁计算电路用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；所述绝对偏移量θ₂计算电路根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；所述角度合成及输出模块用于将上述相对偏移量θX和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；所述存储模块用于存储标定过程中得到的角度和系数K矫正用数据。

图24为顺序设置的多极位置检测装置的信号处理方法的流程图之一。如图24所示，对位置检测装置中第一磁钢环和第二磁钢环发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；由相对偏移量θ₁计算电路对位置检测装置发送来的对应于第一磁钢环的第一电压信号进行角度θ₁求解，计算对应于第一磁钢环的信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；由绝对偏移量θ₂计算电路对位置检测装置发送来的对应于第二磁钢环的第一电压信号进行角度θ₂求解，来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；通过角度合成及输出模块，如加法器用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ。

图25为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之二。在图24的基础上增加了信号放大模块，如放大器，用于在A/D转换电路进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。

图26为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之三。如图26所示，在进行角度θ₁求解之前，还包括温度补偿的过程。

图27为顺序设置的位置检测装置的信号处理方法的流程图之四。如图27所示，为基于图5的温度补偿的具体过程，即进行温度补偿时，要先进行系数矫正，而后再将A/D转换器输出的信号与系数矫正的输出通过乘法器进行相乘的具体方式来进行温度补偿。当然，温度补偿的具体方式还有很多种，在些就不一一介绍。

以下通过实施例详细说明顺序设置方式的位置检测装置及其信号处理装置与方法。

实施例一

顺序设置的位置检测装置的实施例一提供了第一列磁感应元件设有两个磁感应元件308，第二列感应元件设有三个磁感应元件309的位置检测装置。

图28为顺序设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；图29为顺序设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为2个，即m＝2，用H₁和H₂表示，这两个磁感应元件H₁和H₂分别放置于对应导磁环304的两个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n＝3，用H₃、H₄和H₅表示。取磁极数N＝8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360°/8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为90°/8。

从图29可以看出，磁钢环302的充磁顺序以及H₁和H₂的磁极排布；图30为磁钢环303的算法流程图。如图30所示，首先进行初始化a[0]＝“0……0”；然后将当前编码入编码集，即编码集中有“0……0”；接着检验入编码集的集合元素是否达到8，如果是则程序结束，反之将当前编码左移一位，后面补0；然后检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则将当前码末位去0补1；接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为“0……0”，是则结束，否则将当前编码的直接前去码末位去0补1；接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为“0……0”，然后继续进行下面的程序。其中0磁化为“N/S”，1磁化为“S/N”。

图31为顺序设置的位置检测装置的实施例一的信号处理装置的框图。如图31所示，磁感应元件H₁和H₂的输出信号接放大器，放大器的输出信号输入给A/D转换器模拟输入口，经模数转换后得到输出信号接乘法器4、5，系数矫正器10的输出信号接乘法器4、5的输入端，乘法器4、5的输出信号A，B接合成器6的输入端，第一合成器6的输出信号D作为存储器8和存储器9的输入信号，存储器9的输出信号接系数矫正器10，存储器8的输出信号θ₁作为加法器12的输入端。

传感器H₃、H₄和H₅的输出信号分别接三个放大器23、24和25进行放大，然后接AD转换器进行模数转换后通过第二器7进行译码，然后接存储器11得到θ₂。θ₁和θ₂通过加法器12得到测量的绝对角位移θ输出。

其中，在信号的处理过程中，第一合成器6的输出按以下方式进行：

约定：

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。

比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。具体如下：

如果A_D＞＝B_D

       D＝{A_0；B_0；B_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则：

       D＝{A_0；B_0；A_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2}.$

第二合成器7的输出按以下方式进行：

E＝{C3_0；C4_0；...Cn_0}

信号K一般是通过将信号R₀和R进行除法运算得到。

对于第一、二标准角度表，在存储器中存储了两个表，每个表对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。也就是，对应于信号D存储了一个第一标准角度表，每一个信号D代表一个相对偏移量θ₁。对应于信号E，存储了一个第二标准角度表，每一个信号E代表一个绝对偏移量θ₂。

实施例二

顺序设置的位置检测装置的实施例二提供了对应于第一磁钢环302设有四个磁感应元件的示意图。

图32为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图33为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。

如图32所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为4个，即m＝4，用H₁、H₂、H₃和H₄表示，这两个磁感应元件H₁、H₂、H₃和H₄分别放置于对应第一导磁环304的四个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n＝3，用H₅、H₆和H₇表示。取N＝8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360°/8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为90°/8。

从图33可以看出，磁钢环302的充磁顺序以及H₁、H₂、H₃和H₄的磁极排布。第一磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例一的相同，在此省略对它们的说明。

图34为顺序设置方式的位置检测装置的实施例二的信号处理装置的框图。信号处理装置与处理方法与实施例一相类似，不同在于，由于本实施例二中有4个磁感应元件，磁感应元件H₁和H₂的输出信号接放大电路2-1进行差动放大，磁感应元件H₃和H₄的输出信号接放大电路2-2进行差动放大，最终输出给合成器的信号仍为2个，处理过程及方法与实施例一相同。因此，在此不再赘述。

实施例三

为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三提供了对应于第一磁钢环设有三个磁感应元件的结构图。

图35为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图36为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图；

如图35所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为3个，即m＝3，用H₁、H₂和H₃表示，这两个磁感应元件H₁、H₂和H₃分别放置于对应第一导磁环304的三个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n＝3，用H₄、H₅和H₆表示。取N＝8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360°/8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为120°/8。

从图36可以看出，磁钢环302的充磁顺序以及H₁、H₂和H₃的磁极排布。第一磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例一的相同，在此省略对它们的说明。

图37为顺序设置方式的位置检测装置的实施例三的信号处理装置的框图。与实施例一不同的是，磁感应元件有三个，输出给合成器的信号为三个，合成器在处理信号时与实施例一不同，其余与实施例一相同。在这里，仅说明合成器如何进行处理得到D和R。

在本实施例中，对信号的处理，即第一合成器7的输出原则是：先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例：

约定：

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D

        D＝{B_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＜C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＞＝C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＜C_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＞＝A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＜A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＞＝A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＜A_D

        D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

$\mathrm{\α}=A-B\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$\mathrm{\β}=B\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right).$

$R=\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}$

实施例四

顺序设置的位置检测装置的实施例四提供了对应于第一磁钢环设有六个磁感应元件的结构图。

图38为顺序设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图39为顺序设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。

如图38所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为6个，即m＝6，用H₁、H₂、H₃、H₄、H₅和H₆表示，这两个磁感应元件H₁、H₂、H₃、H₄、H₅和H₆分别放置于对应第一导磁环304的六个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n＝3，用H₇、H₈和H₉表示。取N＝8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360°/8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为60°/8。

从图39可以看出，磁钢环302的充磁顺序以及H₁、H₂、H₃、H₄、H₅和H₆的排布。第一磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例一的相同，在此省略对它们的说明。

图40为顺序设置的位置检测装置的实施例四的信号处理装置的框图。与实施例三不同的是，磁感应元件有六个，因此，磁感应元件H₁和H₂的输出信号接放大电路2-1进行差动放大，磁感应元件H₃和H₄的输出信号接放大电路2-2进行差动放大，磁感应元件H₅和H₆的输出信号接放大电路2-3进行差动放大，最终输出给合成器的信号仍为3个，处理过程及方法与实施例三相同。

上述四个实施例是在n＝3的情况下，m值变化的各种实施例，本发明不限于此，第二磁钢环上的磁感应元件n可以是任意整数(n＝0，1，2…n)，如图40所示，分别为当n＝3、4、5时的第二磁钢环、导磁环和磁感应元件的分布分。

图41为磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的位置检测装置结构的立体分解图。图42～图45分别是对应于第一磁钢环的磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的结构示意图。在磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的情况下，磁感应元件的排布顺序与上述带有导磁环的顺序相同，且信号处理装置及方法也相同，在此省略详细说明。

均匀设置的位置检测装置

与顺序设置的多极位置检测装置不同的是，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个顺序分布的磁感应元件，第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。

第一磁钢环顺序磁化为g(g的取值等于第二磁钢环中的磁极总数)对极(N极和S极交替排列)，当第二磁钢环中的磁极总数为6时，第一磁钢环的极对数为6对。以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上，设置有m个磁感应元件，如2个，二个磁感应元件H₁、H₂之间的夹角为90°/6。

定义第一磁钢环中相邻一对“N-S”为一个信号周期，因此，任一“N-S”对应的机械角度为360°/g(g为“N-S”个数)，假定转子在t时刻旋转角度θ位于第n^th信号周期内，则此时刻角位移θ可认为由两部分构成：1.在第n^th信号周期内的相对偏移量，磁感应元件H₁和H₂感应第一磁钢环的磁场来确定在此“N-S”信号周期内的偏移量θ₁(值大于0小于360°/g)；2.第n^th信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，用传感器H₃，H₄，...H_n感应磁环2的磁场来确定此时转子究竟是处于哪一个“N-S”来得到θ₂。

均匀设置的位置检测装置的信号处理装置与顺序设置的相同，在此不再做详细说明。

实施例一

在实施例一中，对应于第二磁钢环设有3磁感应元件，对应于第一磁钢环设有2磁感应元件。

图46为均匀设置的位置检测装置的实施例一对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时得到的编码。图47为均匀设置的位置检测装置的实施例一对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时第二磁钢环的充磁顺序；图48为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第二磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图。如图所示，由于第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。因此，在本实施例中，由于n为3时，得到如图46所示的编码，得到6个码，即得到6个极，充磁顺序如图47所示，磁感应元件均布周围进行读数。

图49为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环均匀磁化为6对极时对应2个磁感应元件的布置图；图50为均匀设置的位置检测装置的实施例一的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图。如图所示，由于第二磁钢环的磁极总数为6，因此，第一磁钢环被顺序的磁化为6对极，其与2个磁感应元件的布置图及磁序如图49所示，第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的位置关系如图50所示.

实施例二

图51为均匀设置的位置检测装置的实施例二的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图。如图51所示，与实施例一不同的，在本实施例中，对应于第一磁钢环设置有4个磁感应元件，四个磁感应元件H₁、H₂、H₃、H₄之间的夹角为90°/6。

实施例三

图52为均匀设置的位置检测装置的实施例三的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图。如图52所示，本实施例与实施例一和二不同的是对应于第一磁钢环设置有3个磁感应元件，三个磁感应元件H₁、H₂、H₃之间的夹角为120°/6。

实施例四

图53为均匀设置的位置检测装置的实施例四的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图。如图53所示，本实施例与实施例三的不同在于，对应于第一磁钢环设置有6个磁感应元件，六个磁感应元件之间的夹角为60°/6。

图54是均匀设置的位置检测装置的实施例一至实施例四的另一种结构的立体分解图。该位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环201a和第二磁钢环201b，第一磁钢环201a和第二磁钢环201b分别固定在电机轴200上，其中定子为支架203。磁感应元件204直接表贴在支架203的内表面。

与实施例一至四类似，图53中的位置检测装置中的第一磁钢环可以设置有2、4、3、6个磁感应元件。基于不同数目的磁感应元件的位置检测装置的信号处理装置和信号处理方法分别与实施例一至四的方法相同。

在本发明的伺服助力转向系统中，伺服电机10优选为交流伺服电机。

再参照图1，减速器4为蜗轮蜗杆减速器。减速器4与伺服控制器9、伺服电机10、位置检测装置7等构成减速装置。伺服电机10在伺服控制器9的控制下，通过联轴器带动蜗杆25转动，蜗杆25再带动蜗轮24转动。涡轮24设置在第二转向轴3上，在第二转向轴3和电机轴上分别装有位置检测装置7，用于感应第二转向轴3和电机轴的角度位置。位置检测装置7输出的是其内部的霍尔元件感应的电压信号，位置检测装置7通过信号线8将感应的电压信号传递给伺服控制器9，伺服控制器9经过A/D采样并运行角度求解算法获得第二转向轴3和电机轴的角度位置，然后运行控制程序对减速装置进行全闭环控制。

图55为另一种减速装置的结构示意图。如图55所示，减速器4可以是圆柱齿轮减速器。

图56为另一种减速装置的结构示意图。如图56所示，减速器4可以是圆锥齿轮减速器。

此外，在实际的应用中，还可以根据需要采用本领域已知的其它类型减速器，如行星齿轮减速器，或者是上述类型减速器的组合。

第一转向轴2与第二转向轴3之间可以通过连接装置11相连。

图57为一种连接装置的结构示意图。如图57所示，连接装置11包括分别与第一转向轴2和第二转向轴3相连的第一连接头11a和第二连接头11b。第一连接头11a具有本体12a和凸部13，且凸部13为沿轴向凸伸于本体12a之外的凸块；第二连接头11b具有本体12b和凹部14，凹部14为沿轴向凹陷入本体12b之内的凹槽。

图57所示的实施例中，第一连接头11a的凸部13和第二连接头11b的凹部14的个数均为三个，然而可以理解的是，上述个数也可以为两个或者三个以上。

上述凸块也可以为凸爪。当凸块为凸爪时，所述的凹部为设置在第二连接接头上的相邻的两个凸爪之间构成的凹槽。此外，上述凸块也可以是一字结构，相应地，凹部4可以是沿轴向凹陷入本体2b之内的一字凹槽。

第一连接头11a的凸部13和第二连接头11b的凹部14对应设置，且凸部13和凹部14相互咬合连接，咬合后凸部13与凹部14之间存在间隙。

图58为另一种连接装置的结构示意图。如图58所示，该实施例与上述连接装置11不同之处在于，凸部13为沿轴向凸伸于本体12a之外的十字连接头；凹部14为沿轴向凹陷入本体12b之内的十字凹槽。此外，可理解的是，该实施例中的十字连接头可以替换为三芯连接头，相应地，十字凹槽可替换为三芯凹槽。

图59为另一种连接装置的结构示意图。如图59所示，与上述连接装置11不同之处在于，凸部13为沿径向凸设在本体12a的外表面之外的三键连接头；凹部14为沿径向凹陷在本体12b的外表面之内的三键凹槽。其中，凸部与第一连接头本体等长或比第一连接头本体短，凹部与第二连接头本体等长或比第二连接头本体短。在该连接装置11的实施例中示出了设有三个凸部和凹部的情况，应理解的是，也可以设有三个以上的凸部和凹部。

在以上各实施例的连接装置11的结构中，凸部13和凹部14相互咬合连接，咬合后凸部与凹部之间设有间隙。该间隙的作用是当伺服助力转向系统正常工作时，第一连接头11a转动时存在一个缓冲空间，不与第二连接头11b接触到，第二连接头11b在伺服电机的带动下跟踪第一连接头11a的转动。只有在第二连接头11b跟踪速度不够或者系统失效时第一连接头11a才会与第二连接头11b接触到。伺服系统的响应速度可以达到毫秒级，所以第二连接头11b的跟踪速度非常快，几乎不存在跟踪不上的问题。如果伺服系统失效，电机不工作，当驾驶员转动方向盘1，第一连接头11a将和第二连接头11b接触到，通过第一连接头11a直接接触带动第二连接头11b转动，第二转向轴3与第二连接头11b连在一起，随第二连接头11b一起转动，第二转向轴3带动车轮6的转向机构5，实现车轮6的转向。因此，即使伺服系统失效，驾驶员仍可以控制汽车转向，保证了驾驶的可靠性和安全性。

当驾驶员转动方向盘1时，伺服系统跟踪方向盘1转动，使凸部13和凹部14之间始终保持这个间隙，因此驾驶员需要提供的转向力是转动方向盘1、转向轴2和3、以及连接装置的凸部13的力，而凹部14至车轮6部分的转动完全由伺服电机10驱动。驾驶员的转向力很小，而且始终是恒定的，与路况、车速无关，因此可以提供最佳助力。此外，利用本发明提供的连接装置11，可以使方向盘1平稳，不受发动机或车轮6的振动的影响。因为第一连接头11a的凸部13和第二连接头11b的凹部14不接触，所以发动机或车轮6的振动不会传递到方向盘1上，方向盘1平稳。对第一转向轴2、连接装置的第一连接头11a、第二连接头11b和第二转向轴3的材料及加工精度要求都不高，如：采用普通45钢，普通机床的加工精度即可，并且不需要做特殊的处理，降低了成本。

图60为一体机的分解图，如图60所示，位置检测装置7、伺服控制器9和伺服电机10一体设置。在该实施例中，位置检测装置7是单磁极结构，并位于伺服控制器9之后，而伺服控制器9通过连接件与伺服电机10固定在一起。然而，应理解的是，位置检测装置7也可以是多磁极结构。此外，位置检测装置7可以位于伺服电机10和伺服控制器9之间。

本发明的伺服助力转向系统的具体工作过程如下：当方向盘1转动时，带动第一转向轴2和连接装置11a、11b一起转动。安装在第一转向轴2上的位置检测装置7可以感应到第一转向轴2的角度位置，将感应电压信号传递给伺服控制器9，伺服控制器9经过计算，获得第一转向轴2的角度位置。安装在第二转向轴3上的位置检测装置7可以感应到第二转向轴3的角度位置，将感应电压信号传递给伺服控制器9，伺服控制器9经过计算，获得第二转向轴3的角度位置。安装在伺服电机上的位置检测装置7可以感应电机轴的角度位置，将感应电压信号传递给伺服控制器9，伺服控制器9经过计算，获得电机轴的角度位置。连接装置11a的凸部13和连接装置11b的凹部14之间存在间隙，方向盘1不转动时这个间隙为一个固定的值，第一转向轴2和第二转向轴3的角度位置差也为一个定值。方向盘1转动时，第一转向轴2的角度位置发生变化，第一转向轴2和第二转向轴3的角度位置差也发生变化，伺服控制器9的任务是通过控制电机带动第二转向轴3转动，使第一转向轴2与第二转向轴3的角度位置差始终为一个定值，设为S₀。也就是说控制第二转向轴3跟踪第一转向轴2的运动，第二转向轴3跟踪第一转向轴2转过一个相同大小和方向的角度，第二转向轴3与车轮6的转向机构5相连，从而实现车轮6的转向。

在本发明的伺服助力转向系统中采用内置角度检测方式，因此不存在角度信息的延时和通信引起的错误，缩短了控制周期，提高了系统对负载扰动的快速响应性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种伺服助力转向系统，包括方向盘、第一转向轴、第二转向轴、减速器、转向机构和车轮，所述的方向盘与第一转向轴的一端连接，第一转向轴的另一端与第二转向轴连接，第二转向轴上设有减速器，第二转向轴通过转向机构与车轮连接，其特征在于，所述的第一转向轴、第二转向轴和伺服电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置感测到转轴的转动输入信号给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机驱动减速器并通过转向机构使车轮转向。

2.如权利要求1所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述的第一转向轴与第二转向轴之间通过连接装置相连；

所述的连接装置，包括对应设置的第一、第二连接头，两者分别与第一、第二转向轴相连，所述的第一、第二连接头上对应设置有凸部和凹部，凸部和凹部相互咬合连接，咬合后凸部与凹部之间设有间隙；

所述的第一连接头包括连接头本体，所述的凸部沿轴向凸伸于第一连接头本体之外；所述的第二连接头包括连接头本体，所述的凹部沿轴向凹陷入第二连接头本体之内；

所述的第一连接头包括连接头本体，所述的凸部沿径向凸设在第一连接头本体的外表面之外；所述的第二连接接头包括连接接头本体，所述的凹部沿径向凹陷在第二连接接头本体的外表面之内；

所述的凸部与第一连接头本体等长或比第一连接头本体短；所述的凹部与第二连接头本体等长或比第二连接头本体短；

所述的凸部或凹部为1个或1个以上；

所述的凸部为一凸块，所述的凹部对应设置为一凹槽；

或者所述的凸部为设置在第一连接接头上的凸爪，所述的凹部为设置在第二连接接头上的相邻的两个凸爪之间构成的凹槽；且凸部或凹部的设置数量为3个；

或者所述的凸部为三键连接头，所述的凹部对应设置为三键凹槽；

或者所述的凸部为三芯连接头，所述的凹部对应设置为三芯凹槽；

或者所述的凸部为十字连接头，所述的凹部对应设置为十字凹槽。

3.如权利要求1所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述的减速器为蜗轮蜗杆减速器或圆柱齿轮减速器或圆锥齿轮减速器或行星齿轮减速器或其组合；

所述的伺服电机优选为交流伺服电机；所述的位置检测装置、伺服控制器和伺服电机一体设置。

4.如权利要求1-3任一所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制；

所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

所述传感器信号处理子单元接收所述位置检测装置输出的代表电机角度的信息，将电机的角度传输给所述的机械环控制子单元；所述传感器信号处理子单元还接收所述电流传感器的检测到的电流信号，经过A/D采样后输出给所述的电流环控制子单元；

所述机械环控制子单元根据接收到的指令信号和电机轴的转动角度，经过运算得到电流指令，并输出给所述的电流环控制子单元；

所述电流环控制子单元根据接收到的电流指令的电流传感器输出的电流信号，经过运算得到三相电压的占空比控制信号，并输出给所述的PWM控制信号产生子单元；

所述PWM控制信号产生子单元根据接收到的三相电压的占空比控制信号，生成具有一定顺序的六路PWM信号，分别作用于电机驱动单元；

所述电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通；

所述数据处理单元为MCU，所述电机驱动单元为IPM模块。

5.如权利要求1所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述的位置检测装置包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，其特征在于，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置；

所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个；

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角；

还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

6.如权利要求4所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

A/D转换电路，对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

合成电路，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；

角度获取电路，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及

存储电路，用于存储标准角度表。

7.如权利要求1所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述的位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在同一转动轴上；

在定子上，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个顺序分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置；

在定子上对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

8.如权利要求1所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述的位置检测装置，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被顺序地磁化为N[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈一定角度分布的磁感应元件；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置；

在定子上对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/2ⁿ；

在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/2ⁿ，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/2ⁿ；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/2ⁿ’；

所述磁感应元件直接表贴在定子的内表面；

还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内；

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

9.如权利要求7或8任一项所述的伺服助力转向系统，其特征在于，所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

A/D转换电路，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

相对偏移角度θ₁计算电路，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；

绝对偏移量θ₂计算电路，根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；

存储模块，用于存储数据；

还包括：

信号放大电路，用于在A/D转换电路进行A/D转换之前，对来自于磁电式传感器的电压信号进行放大；

所述相对偏移角度θ₁计算电路包括第一合成电路和第一角度获取电路，所述第一合成电路对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取电路根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁；

所述相对偏移角度θ₁计算电路内或在合成电路之前还包括温度补偿电路，用于消除温度对磁电式传感器发送来的电压信号的影响；

所述合成电路或所述第一合成电路的输出还包括信号R；

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R0进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成电路；

所述绝对偏移量θ₂计算电路包括第二合成电路和第二角度获取电路，所述第二合成电路用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取电路根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的伺服助力转向系统的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：非转向状态下，检测第一转向轴与第二转向轴之间的角度位置差，并将其设定为S₀；

步骤2：在转动方向盘的状态下，检测第一转向轴与第二转向轴之间的角度位置差，并将其设定为S₁；

步骤3：计算出S₀与S₁的差值ΔS；

步骤4：伺服控制器根据ΔS以及减速器的传动比，计算电机轴的驱动角度，并通过伺服电机进行位置控制，控制ΔS为零，使第二转向轴跟踪第一转向轴旋转，实现车轮转向；

所述的步骤1和步骤2中检测的具体步骤为：所述的伺服控制器每隔一个固定周期，读取位置检测装置的电压信号，并将所述的电压信号通过角度求解算法转换成第一转向轴、第二转向轴和电机轴的角度位置。

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