CN102589412A

CN102589412A - 角度传感器

Info

Publication number: CN102589412A
Application number: CN2011104323836A
Authority: CN
Inventors: 申成澈
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: US8810239B2; KR20120069873A; JP2012132920A; US20120153938A1; JP6374139B2; EP2468607A1; CN102589412B; EP2468607B1; KR101829057B1

Abstract

本发明公开了一种角度传感器，该角度传感器能够通过选择组成角度传感器的主齿轮和辅助齿轮之间的最佳齿轮比准确地测量转向轴的角度，测量车辆转向轴的转动量，并且包括与所述转向轴一起转动的环形主齿轮；依靠所述主齿轮的转动来转动的第一辅助齿轮，该第一辅助齿轮具有与其表面耦接的磁体；以及用于检测所述磁体的磁场变化并且输出转动量数据的磁性设备，从而使得在所述主齿轮转动一次时，所述第一辅助齿轮转动四次，并且在获取测量所述主齿轮的角度的有效值期间最小化比例因子的值，从而最小化测量值的误差。

Description

角度传感器

技术领域

本发明通常涉及角度传感器，并且更加具体地，涉及能够通过选择组成所述角度传感器的主齿轮和辅助齿轮之间的最佳齿轮比，准确地测量转向轴的角度的角度传感器。

背景技术

通常，由附加动力支持的辅助转向系统被用作确保车辆的转向稳定性的设备。通常，所述辅助转向系统使用液压。然而，近年来，已经使用电动助力动力转向系统，该电动助力动力转向系统消耗较少的动力并且在准确性方面非常优异。

这种电动助力动力转向系统(EPS)根据车辆速度传感器、角度传感器和扭矩传感器检测到的驾驶状态，利用电子控制单元来驱动电机，由此确保转向时的稳定性并且提供快速回复力，并且由此允许驾驶者安全地驾驶车辆。

所述角度传感器是与转向轴的转动角成比例地输出电信号的设备。近年来，所述角度传感器经常与用于测量转向扭矩的扭矩传感器组合来形成组件。

图1是例示所述角度传感器的示例的平面图。

在所述角度传感器的情况下，在驾驶者转动方向盘时，附接到转向轴上的主齿轮20与所述方向盘一起转动，并且在所述转向轴的输入轴和输出轴的转动角之间存在差异。此时，磁性设备检测附接到与主齿轮20啮合的辅助齿轮21和22上的磁体31和33的磁场以及转动方向，并且随后将所检测到的信号发送给电子控制单元。

主齿轮20和辅助齿轮21、22被配置为具有预定齿轮比。通常，在主齿轮20的外缘上形成的齿数大于每个辅助齿轮21或22的齿数。

例如，在通常情况下，如果主齿轮与辅助齿轮的齿轮比是2∶1，则当主齿轮转动一次时，辅助齿轮转动两次。用于检测所述磁体中的磁场变化的霍尔传感器的数字输出与和预定比例因子对应的增益相乘，并且由此使用14比特计时计数器来测量转动量。

这里，由于主齿轮的转动数必须利用所述辅助齿轮的转动数来测量，所以所述比例因子可能影响测量所述主齿轮的转动数时的准确性。因此，由于所述比例因子的值大，所以常规角度传感器是有问题的，从而发生转动量的测量误差。

发明内容

因此，鉴于现有技术中发生的上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种角度传感器，该角度传感器能够通过选择所述角度传感器的主齿轮和辅助齿轮之间的最佳齿轮比，最小化测量转向轴的转动时的误差。

根据本发明的一个方面，提供了一种角度传感器，该角度传感器测量车辆转向轴的转动量，并且包括与所述转向轴一起转动的环形主齿轮；依靠所述主齿轮的转动来转动的第一辅助齿轮，该第一辅助齿轮具有与其表面耦接的磁体；以及磁性设备，用于检测所述磁体的磁场变化并且输出转动量数据，从而使得在所述主齿轮转动一次时，所述第一辅助齿轮转动四次。因此，所述角度传感器的优点在于在获取测量所述主齿轮的角度的有效值的同时最小化比例因子的值，从而最小化所述测量值的误差。

所述角度传感器还包括与所述主齿轮啮合的第二辅助齿轮，其中所述第一辅助齿轮与所述第二辅助齿轮啮合，并且所述主齿轮与所述第一辅助齿轮的齿轮比是4∶1。因此，所述角度传感器的优点在于实现对磁场变化的高度敏感性，并且改进所述测量值的数据的非线性。

此外，所述磁性设备包括霍尔IC。因此，所述角度传感器的优点在于可以利用磁场中的变化来高效地分析输出信号。

根据上述描述显而易见的是，根据本发明的角度传感器的优点在于在所述主齿轮和辅助齿轮之间设置最佳齿轮比，从而减少所述磁性设备的误差比，而不会降低磁场变化的检测效率，由此增加输出数据的非线性，并且实现准确的角度测量。

附图说明

图1是示出常规角度传感器的平面图；

图2是示出所测量的转动量的误差的曲线图，所测量的转动量作为常规角度传感器中的主齿轮的转动量的函数；和

图3是示出所测量的转动量的误差的曲线图，所测量的转动量作为根据本发明的角度传感器中的主齿轮的转动量的函数。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的优选实施例的角度传感器。

在下文中，将参照图1中示出的角度传感器的构造来描述根据本发明的角度传感器。

此外，所述角度传感器包括与车辆的转向轴一起转动的环形主齿轮20，与主齿轮20啮合的第二辅助齿轮21，以及与第二辅助齿轮21啮合的第一辅助齿轮22。

齿轮20、21和22可转动地耦接到外壳10的一个表面。外壳10的形状近似盘状，并且在外壳10的中心部分中形成开口，以对应于主齿轮20的中空部分。

车辆的转向轴连接到主齿轮20的中心部分，以与主齿轮20一起转动。

在主齿轮20转动时，第二辅助齿轮21相对于主齿轮20的转动方向反向转动，以及第一辅助齿轮22正向转动。

考虑到测量转动量时的准确性以及布置关系，优选第二辅助齿轮21与第一辅助齿轮22的齿轮比是1∶1。

所述角度传感器可以单独地耦接到所述转向轴，但是也可以与扭矩传感器集成在一起。在后者的情况下，所述扭矩传感器设置在外壳10的另一表面上，并且所述转向轴穿过所述扭矩传感器和所述角度传感器。

如上所述，根据主齿轮20和第一辅助齿轮22之间的齿轮比，可能发生转动量的测量误差。

图2是示出当主齿轮与辅助齿轮的齿轮比是2∶1时作为主齿轮的转动量的函数的测量值的误差的曲线图。在该曲线图中，水平轴表示以度数表示的主齿轮的转动量，而垂直轴表示利用度数表示的主齿轮的实际转动量和测量值之间的差。

具体地，用于检测第一辅助齿轮22的磁场变化的磁性设备生成0到16,383步阶的数字输出，对应于14比特。因此，如果所述齿轮比是2∶1，则当主齿轮20转动一次时，第一辅助齿轮22两次生成输出。

通过使用第一辅助齿轮22的输出，更为准确地，用于检测耦接到第一辅助齿轮22的第二磁体32的磁场变化的磁性设备的输出，将脉宽调制(PWM)输出按照四个象限进行分割，以生成间隔为90度的输出。

通过14比特计时计数器，利用角度表示利用所述PWM获得的输出，并且步长值使用大约下限值的25％到83％的数据。这里，所述数据的范围被设置为2,400到13,600。

因此，在主齿轮20转动90度时，第一辅助齿轮21的输出数据在0到8,192的范围内，该范围是全数据的一半。将该值与给定的比例因子相乘，以变换为所设置范围的数据，即，2,400到13,600，由此测量角度。

如上所述，误差范围可以根据所述比例因子改变。

图2示出了当主齿轮20与第一辅助齿轮22的齿轮比是2∶1时的曲线图。在主齿轮20转动大约250度时，关于转动量的测量值的最大误差近似为1度。此时，由于比例因子的影响，在水平轴的数据之间示出某种线性。

因此，本发明提供了所述角度传感器，在该角度传感器中，主齿轮与辅助齿轮的齿轮比被设置为4∶1，从而通过减小所述转动量中的误差和所述线性来最小化转向角中的误差。

在这种情况下，在主齿轮20转动90度时，第一辅助齿轮22转动一次，也就是，转动360度。因此，第一辅助齿轮22所生成的输出被表示为具有0到16,383的值的数据，对应于14比特的全数据。因此，为了提取作为所述设置范围的2,400到13,600的数据，可以使用小值的比例因子。

根据这个概念，减小所述磁性设备的误差比。结果是，可以增加输出数据的非线性。

图3是示出测量值的误差的曲线图，该测量值作为根据本发明的角度传感器的主齿轮的转动量的函数。

可以看出，在主齿轮20转动大约250度时，垂直轴中示出的测量值的误差小于0.5度。这个误差范围被减小到图2中的误差范围的一半，在图2中所述齿轮比是2∶1，从而可以减小数据之间的线性。

同时，为了响应于磁场中的变化而高效地使用比特单位的输出，优选地，所述磁性设备是霍尔IC。

根据本发明的实施例，第二辅助齿轮21和第一辅助齿轮22相对于主齿轮20具有相同的齿轮比，并且相对于主齿轮20的齿轮比为4∶1。因此，齿轮比差可以被解释为半径差。也就是，主齿轮20与第一辅助齿轮22的半径比可以是4∶1。

当然，第二辅助齿轮21和第一辅助齿轮22在齿轮齿数上可以彼此不同，并且可以将多个齿轮置于主齿轮20和第一辅助齿轮22之间。

在这种情况下，术语齿轮比应该变为转动量的差。也就是，主齿轮与用于测量主齿轮的转动量的辅助齿轮的转动量的比值被设置为1∶4。

也就是，如上所述，在将输出值以主齿轮20的90度的角度间隔分割为四个部分并且测量所述输出值的情况下，考虑到所述磁性设备和齿轮之间的布置，最优选地是具有能够接近输出全数据的齿轮比4∶1。也就是，由于所述磁体的磁化位置和尺寸必须被认为是高效地感测所述磁场，并且用于测量所述磁体的磁场变化的霍尔IC与所述磁体间隔开预定间隔，所以所述辅助齿轮需要具有预定半径。因此，用于高效地感测主齿轮和辅助齿轮的磁场变化并且最小化测量误差的最佳齿轮比变为4∶1。

当然，根据所选择的结构，用于测量主齿轮的转动量的辅助齿轮的转动量可以是4的倍数。

为了例示和描述，已经呈现了优选实施例的前述描述。前述描述不是意在限制本发明的范围。本发明的范围意在由权利要求限定。

Claims

1.一种角度传感器，包括：

车辆的转向轴；

与所述转向轴一起转动的环形主齿轮；

依靠所述主齿轮的转动来转动的第一辅助齿轮，具有耦接到所述第一辅助齿轮的表面的磁体；以及

磁性设备，用于检测所述磁体的磁场变换以及输出转动量数据，

从而在所述主齿轮转动一次时，所述第一辅助齿轮转动四次，由此测量所述转向轴的转动量。

2.如权利要求1所述的角度传感器，还包括：

与所述主齿轮啮合的第二辅助齿轮，

其中，所述第一辅助齿轮与所述第二辅助齿轮啮合，并且所述主齿轮与所述第一辅助齿轮的齿轮比是4∶1。

3.如权利要求1所述的角度传感器，其中，所述磁性设备包括霍尔IC。

4.如权利要求2所述的角度传感器，其中，所述磁性设备包括霍尔IC。