CN103253304A - 一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器，包括旋转变压器，旋变信号解码器、微处理器、信号调理电路。所述旋转变压器的电压输出端通过旋变信号解码器与微处理器电连接，所述旋转变压器的电压输入端与产生励磁电压的励磁调节器进行电连接，励磁调节器的输入端与驱动器电连接，所述旋变数字转换器的输出端与所述驱动器连接。同时还公开了本传感器用于检测方向盘转向角度的方法，即当方向盘转向机转动时，转向机的转轴带动旋转变压器的转子做同步位移，旋转变压器定子绕组上会产生相应改变的电压，电压信号通过旋变解码器进行数据解码并传输给微处理器，最后将采集到的角度信号传递到汽车控制系统调整后桥两轮之间的扭矩输出比，实现车辆平稳转向。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器及其检测方法。
背景技术
轮边驱动电动客车是在其左、右后桥侧各放置一个驱动电机，实现两后轮直接驱动。采用轮边驱动系统的电动客车由于可以将车轮附近的车架变得很低，使空间有效利用，并具有减轻整车重量等优点，但同时也带来轮边驱动桥电子差速、制动力控制，牵引力控制、轮边驱动安全等新的技术难题。车辆转弯时左右后桥的输出扭矩分配是根据当前的转角、车速等因素分配输出的，所以方向盘转角传感器是汽车动力学稳定性控制系统的重要组成部分，其精度和稳定性直接关系着行车安全。
旋转变压器是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的微型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。由定子和转子组成，其中定子绕组的原边和副边均绕在定子上，接受励磁电压和产生输出电压；转子由硅钢片垫成，当转子转动时。定子上的两组副边绕组随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化。（如图2所示）。
由于电动客车行业是刚刚起步，其转角传感器多是通过光电效应、霍尔效应、磁阻效应、电阻分压效应等原理对传统的方向盘转角传感器进行改进替代的，其多采用槽板或齿轮，结构复杂，价格昂贵，输出的信号还需要外接相应的电路进行二次处理，信号在传输过程中容易受到干扰，使其输出的转角数据不准确而导致安全隐患。
发明内容
为了解决现有的转角传感器存在的技术问题，本发明提供一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器及其检测方法，用于检测轮边驱动电动客车的方向盘转向角度，使车辆在行驶过程中根据方向盘的转向角度来调整后桥两轮之间的扭矩输出比，实现车辆平稳转向。
本发明的技术方案为:
一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器，包括旋转变压器，所述旋转变压器的电压输出端通过旋变数字转换器与微处理器电连接，所述旋转变压器的电压输入端与产生励磁电压的励磁调节器进行电连接，励磁调节器的输入端与驱动器电连接，所述旋变数字转换器的输出端与所述驱动器连接。
进一步，所述驱动器的输入端连接有DC/DC转换器。
所述旋转变压器的电压输出端分别通过两个信号调理器与旋变数字转换器连接。
所述微处理器的输出端连接有用于指示其内部运行状态及故障指示的状态指示灯状态指示灯。
所述微处理器的输出端连接有与外部网络通讯的CAN通讯接口。
所述旋转变压器为正-余弦旋转变压器，其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
本发明中DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器； 励磁调节器为旋转变压器提供工作磁场的直流电源，可以维持电压恒定并调节励磁，提高输送功率极限。
本发明的另一个目的是提供一种上述旋转变压器式转向角度传感器的检测方法，包括以下步骤：
（1）将旋转变压器式转向角度传感器中的旋转变压器的转子和汽车方向盘转向机的转轴连接，再将DC/DC转换器与汽车外部电源接通；24V电源经过DC/DC转换器输出低压电源为各设备提供工作电源；
（2）旋变数字转换器产生一个工作频率为10KHz的正弦驱动电压，经过驱动器、励磁调节器放大后，加载到旋转变压器的激励电压输入端，为旋转变压器工作提供激励源；
（3）方向盘转向机进行转动时，带动旋转变压器的转子同时转动，其定子原边绕组接受励磁电压，而转子切割磁力线在定子副边产生感应电压，两组副边绕组在相位上相差90度的两路差分输入电压各自通过一个信号调理器调整到0－5V电平后输入到旋变解码器，旋变解码器再将其接收的电压信号转换为角度和速度所对应的数字量；
（4）旋变数字转换器将角度和速度的数字量传输给微处理器，微处理器根据角度和速度的数字量计算出实时方向盘的转动角度值；
(5)微处理器通过CAN通讯接口将汽车方向盘的转动角度值传输给外部控制系统来调整汽车后桥两轮之间的扭矩输出比，实现平稳转向。
进一步，所述步骤（5）中控制系统通过CAN通讯接口发送命令给微处理器，对旋变数字转换器的工作方式、采样速率、采样精度进行预先设置。
DC/DC转换器将外部24V电源进行降压，输出12V电源供励磁调节器作为工作电源；另外输出5V电源供转向角度传感器内部电路的工作电源。
所述的旋转变压器的转子和转向机转轴相连，励磁调节器为旋转变压器提供激励信号源。
本发明的旋转变压器式转向角度传感器是采用磁电技术，通过方向盘转向机的转轴转动而发生角度位移，带动旋转变压器的转子做同步位移，旋转变压器的定子副边绕组上会产生相应感应电压，定子绕组的副边电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系, 两组绕组在相位上相差90度的两路差分输入电压各自通过一个信号调理器调整到0－5V电平后输入到旋变数字转换器构成的解码电路进行数据解码，微处理器通过外部接口与解码电路相连，读取当前的车辆方向盘转向角度信息。最终电动汽车的控制系统根据方向盘的转向角度来调整后桥两轮之间的扭矩输出比，实现车辆平稳转向。
本发明的旋转变压器式转向角度传感器中微处理器接收的采样值与方向盘转角位置关系如下表所示：
| 转角位置 | 左转2.5圈 | 中间位置 | 右转2.5圈 |
| 采样值(16进制) | 0xC000 | 0x8000 | 0x4000 |
| 采样值(10进制) | 49152 | 32768 | 16384 |
所以本发明的优点：
1、本发明旋转变压器式转向角度传感器将采样和处理系统均集成到转向角度传感器的内部，通过微处理器即可完成电压信号转换为转角数值，其响应速度快，最大跟踪速率达3125 rps（10位分辨率）,属于绝对值方向盘转角，它的量程包拓整个方向盘转角范围，在钥匙开关接通时就可以得到一个方向盘绝对转角位置。
2、本发明相对于电阻式或磁电式角度传感器，结构简单，且输出的信号不需要外接相应的电路进行二次处理，信号不会受到干扰，采样精度高，最高分辩率可达±2.5弧分。
3、本发明的转向角度传感器通过CAN总线进行输出，排除了信号干扰的可能。
附图说明
图1是本发明工作原理框图
图2是本发明的旋转变压器电压信号输出波形图。
具体实施方式
如图1所示，一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器1，包括旋转变压器1-1，所述旋转变压器1-1的电压输出端分别通过第一信号调理器1-2、第二信号调理器1-3与旋变解码器1-4电连接，旋变解码器1-4与微处理器1-5交互式电连接，所述旋转变压器1-1的电压输入端与产生励磁电压的励磁调节器1-10进行电连接，励磁调节器1-10的输入端与驱动器1-9电连接，所述旋变解码器1-4的输出端与驱动器1-9连接；驱动器1-9的输入端连接有DC/DC转换器1-8。
进一步，微处理器1-5的输出端分别连接有用于指示其内部运行状态及故障指示的状态指示灯状态指示灯1-6以及与外部网络通讯的CAN通讯接口1-7连接。
旋转变压器式转向角度传感器1中的DC/DC 转换器1-8与电源3连接，将24V电源进行降压，输出12V电源供励磁调节器1-10作为工作电源；另外输出5V电源供其它内部电路如微处理器1-5、旋变解码器1-4等提供工作电源。旋转变压器1-1的转子和转向机2转轴相连，励磁调节器1-10为旋转变压器1-1提供激励信号源。旋转变压器1-1为正-余弦旋转变压器，其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。电压信号送到旋变数字转换器构成的解码电路进行数据解码，微处理器通过外部接口与解码电路相连，读取当前的车辆方向盘转向角度信息。最终电动汽车的控制系统根据方向盘的转向角度来调整后桥两轮之间的扭矩输出比，实现车辆平稳转向。
如图2所示，是旋转变压器电压信号输出波形图。当旋转变压器接收到励磁调节器为其提供激励信号源后产，通过方向盘转向机的转轴转动而发生角度位移，带动旋转变压器的转子做同步位移，旋转变压器的定子绕组上会产生相应感应电压，图中输出信号1与输出信号2是旋转变压器两组绕组在相位上相差90度的两路差分输入电压后而输出的两路数字量电压信号。
一种上述旋转变压器式转向角度传感器的检测方法，包括以下步骤：
（1）将旋转变压器式转向角度传感器中的旋转变压器的转子和汽车方向盘转向机的转轴连接，再将DC/DC转换器与汽车外部电源接通；24V电源经过DC/DC转换器输出低压电源为各设备提供工作电源；
（2）旋变数字转换器产生一个工作频率为10KHz的正弦驱动电压，经过驱动器、励磁调节器放大后，加载到旋转变压器的激励电压输入端，为旋转变压器工作提供激励源；
（3）方向盘转向机进行转动时，带动旋转变压器的转子同时转动，其定子绕组接受励磁电压，而转子绕组切割磁力线产生感应电压，两组绕组在相位上相差90度的两路差分输入电压各自通过一个信号调理器调整到0－5V电平后输入到旋变数字转换器，旋变数字转换器再将其接收的电压信号转换为角度和速度所对应的数字量；
（4）旋变数字转换器将角度和速度的数字量传输给微处理器，微处理器根据角度和速度的数字量计算出实时方向盘的转动角度值；
(5)微处理器通过CAN通讯接口将汽车方向盘的转动角度值传输给外部控制系统来调整汽车后桥两轮之间的扭矩输出比，实现平稳转向；同时控制系统通过CAN通讯接口发送命令给微处理器，对旋变数字转换器的工作方式、采样速率、采样精度进行预先设置。
以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电动汽车的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：包括旋转变压器，所述旋转变压器的电压输出端通过旋变数字转换器与微处理器电连接，所述旋转变压器的电压输入端与产生励磁电压的励磁调节器进行电连接，励磁调节器的输入端与驱动器电连接，所述旋变数字转换器的输出端与所述驱动器连接。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：所述驱动器的输入端连接有DC/DC转换器。
3.根据权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：所述旋转变压器的电压输出端分别通过两个信号调理器与旋变数字转换器连接。
4.根据权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：所述微处理器的输出端连接有状态指示灯。
5.根据权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：所述微处理器的输出端连接有与外部网络通讯的CAN通讯接口。
6.根据权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器，其特征在于：所述旋转变压器为正-余弦旋转变压器。
7.一种如权利要求1所述的旋转变压器式转向角度传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将旋转变压器式转向角度传感器中的旋转变压器的转子和汽车方向盘转向机的转轴连接，再将DC/DC转换器与汽车外部电源接通；24V电源经过DC/DC转换器输出低压电源为各设备提供工作电源；
（2）旋变数字转换器产生一个工作频率为10KHz的正弦驱动电压，经过驱动器、励磁调节器放大后，加载到旋转变压器的激励电压输入端，为旋转变压器工作提供激励源；
（3）方向盘转向机进行转动时，带动旋转变压器的转子同时转动，其定子绕组接受励磁电压，而转子绕组切割磁力线产生感应电压，两组绕组在相位上相差90度的两路差分输入电压各自通过一个信号调理器调整到0－5V电平后输入到旋变数字转换器，旋变数字转换器再将其接收的电压信号转换为角度和速度所对应的数字量；
（4）旋变数字转换器将角度和速度的数字量传输给微处理器，微处理器根据角度和速度的数字量计算出实时方向盘的转动角度值；
(5)微处理器通过CAN通讯接口将汽车方向盘的转动角度值传输给外部控制系统来调整汽车后桥两轮之间的扭矩输出比，实现平稳转向。
8.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述步骤（5）中控制系统通过CAN通讯接口发送命令给微处理器，对旋变数字转换器的工作方式、采样速率、采样精度进行预先设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |