CN105043238A - 一种汽车方向盘转角传感器以及转角信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车方向盘转角传感器，包括：机械部分和信号处理电路部分。机械部分与方向盘转向柱相连，将方向盘转角通过齿轮传动传给霍尔传感器，包括主齿轮、小齿轮、上壳体、下壳体，主齿轮与转向柱同步转动，主齿轮与小齿轮啮合设置，两个双极霍尔传感器A、B分别在磁环的外圆周上呈90°布置，产生脉冲信号。信号处理电路部分对输入脉冲处理，可实现方向识别、转角与角速度计算功能，引入四倍频电路和软件修正算法使方向盘转角传感器分辨率达到0.0070°～0.0005°之间任意值。信号输出形式为CAN接口、串口、脉冲输出、模拟量输出。本发明提供了一种结构简单、成本低、可靠性高的方向盘转角测量技术，同时满足其它高精度转角、角速度测量系统的要求。

Description

一种汽车方向盘转角传感器以及转角信号的处理方法

技术领域

本发明涉及一种传感器技术领域，特别是涉及一种汽车方向盘转角传感器。此外，本发明涉及一种对转角信号的处理方法。

背景技术

汽车方向盘转角传感器是汽车电控系统的重要组成部件，为汽车电子稳定系统和大灯随动转向提供方向盘转角和转向信号。随着电子稳定系统和大灯随动转向这两项技术在汽车上的普及，汽车方向盘转角传感器的需求量也在不断上升。市场上方向盘转角传感器有光电感应式、电阻分压式、电磁感应式等多种样式。

最初的方向盘转角传感器是基于电阻分压式的，在滑动触点和电阻器的相互运动过程中，二者会产生磨损，这影响了传感器的使用寿命。这类传感器的尺寸比较大，这就给安装空间提出了要求，信号处理电路也比较复杂，此类传感器现在已经很少使用。

光电感应式方向盘转角传感器由于在结构上需要一个或多个永久光源，所以在寿命和可靠性上具有一定的劣势。同时，汽车方向盘转角传感器工作在高温、震动强烈的环境下，这就对光电感应式传感器这种较精密复杂元件提出了严格的要求。所以，基于光电感应的传感器逐渐被淘汰，但是光电感应式传感器的编码和解码方式给我们信号处理提供了思路。

电磁感应式传感器利用永磁体和电子线路来产生与转角相关的信号，基于的原理包括霍尔效应和磁阻效应。磁阻效应是一项新兴的技术，具有代表性的产品有GMR芯片，此芯片可以通过检测外加磁场的变化达到检测转角的目的，在某些方面非常适合方向盘转角传感器，但是GMR芯片受到磁场范围、气隙等多方面因素的限制，并且需要用复杂的机械结构来判断方向盘的转向，从而导致此类方向盘转角传感器在制造精度和安装精度上都有严格要求，由此导致的测量误差需要通过软件校正，比较复杂。

霍尔效应方向盘转角传感器是比较成熟的一项技术，市场上适应各种场合的霍尔传感器种类繁多，因此基于霍尔效应的传感器在实用方面有很大优势，并且霍尔传感器能够适应方向盘转角传感器的工作环境，能够在高温下正常工作，并且不受震动和粉尘的影响，是比较理想的传感器元件，但是霍尔传感器只能输出数字信号，不适用对分辨率要求很高的方向盘转角传感器，因此，利用霍尔传感器就必须要解决分辨率低和辨向的问题。

方向辨别和角度分辨率问题是汽车方向盘转角传感器的两个技术难点，所以，人们提出了许多种设计方案来解决这个两个问题。这些方案大都基于以上原理，同时也具有以上原理自身的不足。

中国专利(CN202074985U)公开了一种基于光电编码器的方向盘转角测量方案，通过三个U型光耦元件和三组透光板与不透光板交替码道的组合，码道转动时，三个光耦元件会输出三列周期和相位不同的脉冲序列，根据脉冲序列能够计算出方向盘的转动方向和转动角度。首先，这种方案还是基于光电效原理提出的，所以在可靠性方面就有缺陷，并且此方案采用三个光耦元件，这样一来更加减少了传感器的使用寿命；其次，码道上不透明遮光板的数量是有限的，所以转盘转动一周产生的脉冲数量也是有限的，传感器的分辨率就受到很大限制，但是脉冲信号的精度比较高，相对误差较小，比较适合方向盘转角传感器工作条件的要求，在震动过程中不会产生较大误差，采用多列脉冲信号辨向的方式也比较简单。

中国专利(CN103983183A)披露了一种基于巨磁阻效应的方向盘转角测量方案，此方案基于GMR芯片能够输出与角度有关的模拟信号的特点，其产品的分辨率能够无限提高，但是GMR芯片只能输出单圈转角信号，并且不能独立辨别方向，所以此方案采用一个主动齿轮与两个从动齿轮啮合，两个从动齿轮的齿数是不等的，通过两个GMR芯片输出信号的信号差，根据电压信号就可以标定主动齿轮的转动角度和方向，具体的，方向盘在-2圈的时候能够对应角度为0°，复位时对应720°，+2圈的时候对应1440°。这种方案必然能够满足方向盘转角传感器的需求，但是这种利用巨磁阻效应测量方向盘转动绝对角度的汽车方向盘转角传感器对结构精度要求高，容易造成圈数误判的问题，这样就带来了成本和制造、安装精度等一系列问题，因此我们必须提出更加简单可靠的转角测量方案。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种汽车方向盘转角传感器以及转角信号的处理方法。该发明可实现方向识别、转角与角速度计算功能，引入的四倍频电路和软件修正算法使方向盘转角传感器分辨率达到0.0070°。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车方向盘转角传感器，包括机械部分和信号处理电路部分，所述机械部分：主齿轮中心位置上有供方向盘转向柱穿过的通孔Ⅱ，主齿轮内环周边的安装爪与方向盘转向柱相配合使二者相对固定，主齿轮与小齿轮周向固定在下壳体的凹槽内并相互啮合。下壳体内的凸台装配轴上安装小齿轮，方向盘转向柱通过主齿轮带动小齿轮转动，与小齿轮同轴的磁环托盘上安装磁环，所述磁环上的N、S极为交替布置。两个双极霍尔传感器A、B分别在磁环的外圆周上呈90°布置，上壳体上有供主齿轮穿过的通孔Ⅲ。所述信号处理电路部分：两个双极霍尔传感器A、B分别在磁环的外圆周上呈90°布置，这种布置能保证两个双极霍尔传感器A、B产生两列相位差为四分之一周期的脉冲序列，单片机通过判断哪一个脉冲序列先到达来判断方向盘的转动角度；同时对磁环的N、S极交替排列，在双极霍尔传感器元件能够识别的范围内，尽量增加单位磁极的数目，两个双极霍尔传感器A、B产生的两路脉冲信号一方面输入单片机对转动方向进行识别，另一方面经过四倍频电路处理后产生四倍频信号进入单片机，对转动角度进行计数；单片机对两路双极霍尔传感器A、B的脉冲信号和四倍频信号处理以后会产生转向、转角和角速度信号，最终结果通过CAN接口与整车总线系统连接，也可以通过串口供其他系统使用，还可以通过DAC数模转换器转换成与电压相关的转角信号或可直接输出脉冲信号和模拟量信号供其它元件使用；本发明一个提高分辨率的途径为采用四倍频电路，两列脉冲的任意一个上升沿或下降沿都会被四倍频电路计数并产生一个脉冲周期，此脉冲频率为原脉冲频率的四倍，传感器的分辨率就提高了四倍，单片机通过对此脉冲序列进行处理和计数，达到计算转角的目的。

所述两个双极霍尔传感器A、B内部布置合理的情况下，尽量增加磁环的直径，这样一个周期内就会产生更多的脉冲，使传感器的分辨率得到明显提高。

所述主齿轮与小齿轮的传动比为i＝2～4。

一种汽车方向盘转角传感器转角信号的处理方法，所述方法的具体步骤如下：所述方法的具体步骤如下：

步骤1：

两个双极霍尔传感器A、B上电以后，单片机对信号处理电路的芯片和支持电路进行自检，确保电路没有问题之后执行模块初始化，初始化过程包括：读取传感器大齿轮与小齿轮传动比等机械参数，读取车辆配置信息，选择传感器通讯接口以及输出速率，选择转速、转向以及转角等输出量，初始化程序后，CPU打开总中断，此时单片机开始进入正常工作状态，执行主函数；

步骤2：

初始化操作后，传感器进入主函数的死循环中，单片机首先判断能否采样到四倍频脉冲信号即四倍频信号是否发生变化，只有下一个脉冲信号到来以后单片机才会执行辨向和计数功能，假如四倍频信号不发生变化，则单片机会持续对四倍频信号进行采样；

步骤3：

采样到四倍频信号后，证明方向盘已经转过一定的角度，接下来单片机会采集转向信号；双极霍尔传感器A和双极尔霍传感器B产生的两列脉冲序列总是有一个序列超前一个序列滞后，当双极霍尔传感器A脉冲超前时，单片机采样后可以判断方向盘正转，当双极霍尔传感器B脉冲超前后，单片机采样后判断方向盘反转，此时单片机会输出一列转向信号，当方向盘正转时，转向信号为高电平，方向盘反转时，转向信号为低电平；单片机采样到转向信号之后才能对转动角度进行正确的计数，防止计数错误；转向信号的作用是帮助单片机判断是对角度进行增计数还是减计数，然后单片机进行角度计算函数；

步骤4：

在计算角度的过程中，软件系统利用单片机内部的高精度定时器，对倍频后信号进行计数和计时：

计数功能：单片机采样到一个四倍频脉冲之后，计算出其周期T，假设下一脉冲周期与采样到的脉冲周期相同，以此预测下一脉冲未到来时方向盘转动角度，将此周期在时域上均分成k个区间，将定时器时间设置为T/100，对应的角度也被均分成k份，定时器中断一次就对角度累加一次，直到计数完毕或下一个周期到来，采用这种算法使传感器的分辨率进一步提高，能够达到0.007°以内，计算公式为：

其中：

n-磁环中磁极对数；

i-主齿轮与小齿轮的传动比；

4-代表四倍频电路对分辨率的影响；

k-在时域内将脉冲周期均分的份数，k>100；

计时功能：由于方向盘不是匀速转动，所以每个脉冲周期是不一样的，所以在一个计数周期结束后，需要计算本次计数周期并对下一次计数周期时间进行校正，同时刷新定时器时间，从而在提高单片机分辨率的同时保证了单片机的测量精度，需要进一步说明的是，系数k可以在单片机高频定时器的频率范围内无限提高，传感器的分辨率也能够无限提高。在计数和计时过程中，可以得到每分辨率角度对应的时间信号，经过简单的处理我们就可以得到方向盘的角速度信号，角速度信号在判断方向盘转向速度和力度方面也有中要作用；

步骤5：

计算出的角度信号、角速度信号和转向信号会通过传感器的通信结构共享到汽车的总线系统中，输出接口形式有CAN接口、模拟量输出和串行通信接口供单片机选择，此时单片机会继续对四倍频脉冲信号进行采样，主函数不断循环。

本发明的有益效果是：两个霍尔传感器布置在小齿轮上的磁环周向，产生脉冲信号，信号处理电路部分对输入脉冲处理，可实现方向识别、转角与角速度计算功能，引入四倍频电路和软件修正算法使方向盘转角传感器分辨率达到0.0070°～0.0005°之间任意值。信号输出形式为CAN接口、串口、脉冲输出、模拟量输出；本发明提供了一种结构简单、成本低、可靠性高的方向盘转角测量技术，同时满足其它高精度转角、角速度测量系统的要求。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明方向盘转角传感器的主视图；

图2为本发明方向盘转角传感器的剖视图；

图3为图1所示方向盘转角传感器内部结构图；

图4为图1所示传感器的工作部分示意图；

图5为方向盘转角传感器测量电路结构框图；

图6为四倍频电路信号波形；

图7为角度计算函数计算方法的周期波形；

图8为传感器信号处理主函数；

图9为图8所示的信号处理主函数包含的角度计算函数；

图10为本发明引入的四倍频电路的电路图。

在上述附图中，1.下壳体，2.主齿轮，3.小齿轮，4.上壳体，5.通孔Ⅰ，6.通孔Ⅱ，7.通孔Ⅲ，8.凸台装配轴，9磁环托盘，10.限制电路板位置的装置，11.CAN总线接口，12.安装爪，13.磁环，14、14′.双极霍尔传感器A、B。

具体实施方式

实施例

本发明的机械结构部分如图1-图4所示，一种汽车方向盘转角传感器，包括有下壳体1、上壳体4、主齿轮2、小齿轮3，所述主齿轮2设置在下壳体1上，所述下壳体1上设置有供主齿轮2穿过的通孔Ⅰ5，所述主齿轮2上设置有供方向盘转向柱穿过的通孔Ⅱ6，所述主齿轮2由上壳体4进行轴向固定，所述主齿轮2通过安装爪12与方向盘转向柱相连，所述上壳体4设置有供主齿轮穿过的通孔Ⅲ7，所述小齿轮4固定设置在下壳体1上，所述下壳体1上设置有供小齿轮3安装的凸台装配轴8，所述主齿轮2和小齿轮3啮合设置，所述小齿轮有供安装磁环的磁环托盘9。

本发明的电路系统固定在下壳体1和上壳体2之间，上壳体上1和下壳体4上有限制电路板位置的装置10，从而保证了电路板位置的固定。电路设置有CAN总线接口，所以在上壳体4上设置有CAN总线接口11。

本发明的工作原理如图4所示，主齿轮2与小齿轮3啮合设置，小齿轮3上方的磁环托盘9上安装磁环13，磁环13周向呈90°设置有两个双极霍尔传感器A、B(14、14′)，两个双极霍尔传感器A、B(14、14′)相对位置固定，所述磁环13的特点为N、S极交替分布，当磁环13旋转时，双极霍尔传感器就能够产生脉冲序列。

机械结构如上所述，这样设置的目的为：为了能够简化传感器的机械机构，本发明只采用一对齿轮啮合的方式，其传动比i＝3.2，从而达到给小齿轮增速的目的，进而提高传感器的的测量精度。为了能够提高传感器的分辨率，本发明在小齿轮上方设置了磁环托盘9，磁环托盘9的直径大于小齿轮直径，N、S极交替分布的磁环13放置在磁环托盘9内，直径较大的磁环13能够布置更多的单位磁场，方向盘转动一周能够产生更多的脉冲，360°/(传动比i×脉冲个数n)就可以求得机械装置能够达到的传感器的分辨率，大的传动比和脉冲个数增多导致的结果就是传感器的分辨率提高。

图5所示为本发明的测量电路结构框图，其中，两个双极霍尔传感器产生的两路脉冲信号一方面输入单片机对转动方向进行识别，两列脉冲信号的波形和相位关系如图6所示，另一方面经过四倍频电路处理后产生四倍频信号进入单片机，对转动角度进行计数，四倍频电路的原理如图6所示。单片机对两列霍尔传感器脉冲信号和四倍频信号处理以后会产生转向、转角和角速度信号，具体处理算法如图8和9所示。最终结果通过CAN接口与整车总线系统连接，结果也可以通过串口供其他系统使用，还可以通过DAC数模转换器转换成与电压相关的转角信号，无论通过什么方式，最终的转角、转向、角度信号都能够提供给电子稳定系统和大灯随动转向系统使用，实现方向盘转角传感器的作用。

本发明采用的脉冲发生装置为两个双极霍尔传感器A、B(14、14′)，传感器与信号处理电路连接在一起，布置在磁环13的周向，并且具有固定的位置，所述固定位置的目的是使两个霍尔传感器产生的脉冲序列有四分之一的相位差。如图6所示，霍尔传感器A14和霍尔传感器B14′产生的两列脉冲序列总是有一个序列超前一个序列滞后，当A脉冲超前时，单片机采样后可以判断方向盘正转，当B脉冲超前后，单片机采样后判断方向盘反转，此时单片机会输出一列转向信号，当方向盘正转时，转向信号为高电平；方向盘反转时，转向信号为低电平。单片机采样到转向信号之后才能对转动角度进行正确的计数，防止计数错误。

为了增加传感器的分辨率以及软件算法的精度，本发明中双极霍尔传感器信号A(以下简称信号A)和双极霍尔传感器信号B(以下简称信号B)要经过四倍频电路处理。如图6所示，信号A和信号B相位相差四分之一周期，四倍频电路的特点是信号A和信号B的上升沿和下降沿均能触发四倍频电路进行计数，通过图中可以看出，四倍频电路的频率为信号A(或信号B)的4倍。本发明采用的对角度进行计数的信号是四倍频信号，这样传感器的分辨率就能够提升四倍，并且能够提高后续信号处理方法的精度。

本发明中一个重要的部分在于传感器的软件结构部分，图8展示了本发明的信号处理电路的主函数结构框图。主函数对单片机内需要用到的资源进行配置，控制传感器数据处理的时序和处理顺序，保证传感器正常工作。

如图8所示，传感器上电以后，传感器单片机对信号处理电路的芯片和支持电路进行自检，确保电路没有问题以后执行模块初始化，初始化过程包括：读取传感器大齿轮与小齿轮传动比等机械参数，读取车辆配置信息，选择传感器通讯接口以及输出速率，选择转速、转向以及转角等输出量，初始化程序以后，CPU打开总中断，此时单片机开始进入正常工作状态，执行主函数。初始化操作以后，单片机首先判断能否采样到四倍频脉冲信号即四倍频信号是否发生变化，只有下一个脉冲信号到来以后单片机才会执行辨向和计数的功能，假如四倍频信号不发生变化，则单片机会持续对四倍频信号进行采样。采样到四倍频信号以后，证明方向盘已经转过一定的角度，接下来单片机会采集转向信号，转向信号的作用是帮助单片机判断是对角度进行增计数还是减计数，然后单片机进行角度计算函数，角度计算函数的结构框图如图9所示，具体的角度和角速度算法下文会加以解释，此处不再赘述。计算的出角度信号、角速度信号和转向信号会通过传感器的通信结构共享到汽车的总线系统中，此时单片机会继续对四倍频脉冲信号进行采样，主函数不断循环。

图9所示为角度计算函数结构框图，是本发明的一个重要发明内容。如图所示，此函数的循环开始是通过检测单片机对转向判断后产生的转向信号的到来进行的，只要能够采样到转向信号，此函数就能够正常循环。在计算角度的过程中，软件系统利用单片机内部的高精度定时器，对倍频后信号进行计数和计时。计数功能：采样到一个四倍频脉冲之后，计算出其周期T，假设下一脉冲周期与采样到的脉冲周期相同，以此预测下一脉冲未到来时方向盘转动角度，将此周期在时域上均分成k(k>100)个区间，将定时器时间设置为T/k，对应的角度也被均分成k份，定时器中断一次就对角度进行累加一次，直到累加完毕或下一个周期到来，此时传感器的分辨率进一步提高，能够达到0.007°以内，具体计算公式为：其中n为磁环中磁极对数，i为主齿轮与小齿轮的传动比，4代表四倍频电路对分辨率的影响，k为在时域内将脉冲周期均分的份数。计时功能：由于方向盘不是匀速转动，所以每个脉冲周期是不一样的，所以在一个计数周期结束后，需要计算本次计数周期并对下一次计数周期时间进行校正，同时刷新定时器时间，从而在提高单片机分辨率的同时保证了单片机的测量精度，需要进一步说明的是，系数k可以在单片机高频定时器的频率范围内无限提高，传感器的分辨率也能够无限提高。在计数和计时过程总，我们可以得到每分辨率角度对应的时间信号，经过简单的处理我们就可以得到方向盘的角速度信号，角速度信号在判断方向盘转向速度和力度方面也有中要作用。具体实施如图7所示，T₁和T₂代表两个提取的脉冲周期，两个脉冲长度不同代表周期不等，图中将每个脉冲周期均分成100份，t₀代表单位时间，同时根据上一周期时间设置定时器时间，此时，每个脉冲对应的角度也被均分成100份，定时器中断一次角度就累加一次，当下一个脉冲T₂到来或者100次累加结束以后，修正下一次基准周期为T₁，刷新定时器设置为T₁/100，同时等待下一个脉冲的到来。在此图中，t₁和t₂代表的是相邻两周期的定时器时间，t₂>t₁说明方向盘角速度降低。在此计数和计时过程中，单片机可以得到每定时器时间对应的方向盘转角，因此可以计算出方向盘的角速度信号。

按照可行性设置，本发明设计的一体化传感器中，电路部分的四倍频电路、双极霍尔传感器和CAN通讯模块都采用5V供电。电源模块采用LM2940S-5.0作为电源稳压芯片，工作温度范围为-40℃～125℃，四倍频电路采用图10所示由四个单稳态触发电路组成的四倍频模块，其输出脉冲的宽度由霍尔传感器脉冲宽度决定，占空比由电路参数决定，其输出脉冲的频率为原脉冲频率的4倍，分辨率也提高4倍。单片机采用的型号为飞思卡尔MC9S08DZ60，主要应用到的单片机模块有：S08CPU内核运算频率高达40MHz，总线频率达20MHz，完全满足方向盘转角传感器的使用要求；4K的RAM空间保证单片机能够满足CAN总线通信过程所需要的报文缓存要求；60K用户闪存用于储存程序和数据；CANJ接口用于转角和转向信号的对外发送，CAN控制器MSCAN支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，支持标准帧、扩展帧和远程帧，保证转角、转向信号准确及时收发，CAN接口电路如图9所示。机械部分拟设置磁环磁极对数为40对，齿轮传动比为3.2。软件算法上倍频后脉冲周期均分份数为100份，通过上述公式可以计算出传感器的分辨率为0.007°，完全符合方向盘转角传感器的分辨率要求。

通过这种算法，本发明在能够识别方向盘转动方向同时分辨率能够达到0.007°以内。单片机处理后的转角、转向、角速度信号可通过CAN接口、串口等方式输出，也可直接输出脉冲信号和模拟量信号供其他系统使用，本发明可以满足一切高精度转角、角速度测量系统。

Claims (4)

1.一种汽车方向盘转角传感器，包括机械部分和信号处理电路部分，其特征在于：

所述机械部分：主齿轮中心位置上有供方向盘转向柱穿过的通孔Ⅱ，主齿轮内环周边的安装爪与方向盘转向柱相配合使二者相对固定，主齿轮与小齿轮周向固定在下壳体的凹槽内并相互啮合；下壳体内的凸台装配轴上安装小齿轮，方向盘转向柱通过主齿轮带动小齿轮转动，与小齿轮同轴的磁环托盘上安装磁环，所述磁环上的N、S极为交替布置；两个双极霍尔传感器A、B分别在磁环的外圆周上呈90°布置，上壳体上有供主齿轮穿过的通孔Ⅲ；

信号处理电路部分：两个双极霍尔传感器A、B分别在磁环的外圆周上呈90°布置，这种布置能保证两个双极霍尔传感器A、B产生两列相位差为四分之一周期的脉冲序列，单片机通过判断哪一个脉冲序列先到达来判断方向盘的转动角度；同时对磁环的N、S极交替排列，在双极霍尔传感器元件能够识别的范围内，尽量增加单位磁极的数目，两个双极霍尔传感器A、B产生的两路脉冲信号一方面输入单片机对转动方向进行识别，另一方面经过四倍频电路处理后产生四倍频信号进入单片机，对转动角度进行计数；单片机对两路双极霍尔传感器A、B的脉冲信号和四倍频信号处理以后会产生转向、转角和角速度信号，最终结果通过CAN接口与整车总线系统连接，也可以通过串口供其他系统使用，还可以通过DAC数模转换器转换成与电压相关的转角信号或可直接输出脉冲信号和模拟量信号供其它元件使用；本发明一个提高分辨率的途径为采用4倍频电路，两列脉冲的任意一个上升沿或下降沿都会被四倍频电路计数并产生一个脉冲周期，此脉冲频率为原脉冲频率的4倍，传感器的分辨率就提高了4倍，单片机通过对此脉冲序列进行处理和计数，达到计算转角的目的。

2.根据权利要求1所述的汽车方向盘转角传感器，其特征在于：所述两个双极霍尔传感器A、B内部布置合理的情况下，尽量增加磁环的直径，这样一个周期内就会产生更多的脉冲，使传感器的分辨率得到明显提高。

3.根据权利要求1所述的汽车方向盘转角传感器，其特征在于：所述主齿轮与小齿轮的传动比为i＝2～4。

4.一种如权利要求1所述的汽车方向盘转角传感器的转角信号处理方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

所述方法的具体步骤如下：

步骤1：

两个双极霍尔传感器A、B上电以后，单片机对信号处理电路的芯片和支持电路进行自检，确保电路没有问题之后执行模块初始化，初始化过程包括：读取传感器大齿轮与小齿轮传动比等机械参数，读取车辆配置信息，选择传感器通讯接口以及输出速率，选择转速、转向以及转角等输出量，初始化程序后，CPU打开总中断，此时单片机开始进入正常工作状态，执行主函数；

步骤2：

初始化操作后，传感器进入主函数的死循环中，单片机首先判断能否采样到四倍频脉冲信号即四倍频信号是否发生变化，只有下一个脉冲信号到来以后单片机才会执行辨向和计数功能，假如四倍频信号不发生变化，则单片机会持续对四倍频信号进行采样；

步骤3：

采样到四倍频信号后，证明方向盘已经转过一定的角度，接下来单片机会采集转向信号；双极霍尔传感器A和双极霍尔传感器B产生的两列脉冲序列总是有一个序列超前一个序列滞后，当双极霍尔传感器A脉冲超前时，单片机采样后可以判断方向盘正转，当双极霍尔传感器B脉冲超前后，单片机采样后判断方向盘反转，此时单片机会输出一列转向信号，当方向盘正转时，转向信号为高电平，方向盘反转时，转向信号为低电平；单片机采样到转向信号之后才能对转动角度进行正确的计数，防止计数错误；转向信号的作用是帮助单片机判断是对角度进行增计数还是减计数，然后单片机进行角度计算函数；

步骤4：

在计算角度的过程中，软件系统利用单片机内部的高精度定时器，对倍频后信号进行计数和计时：

计数功能：单片机采样到一个四倍频脉冲之后，计算出其周期T，假设下一脉冲周期与采样到的脉冲周期相同，以此预测下一脉冲未到来时方向盘转动角度，将此周期在时域上均分成k个区间，将定时器时间设置为T/100，对应的角度也被均分成k份，定时器中断一次就对角度累加一次，直到计数完毕或下一个周期到来，采用这种算法使传感器的分辨率进一步提高，能够达到0.007°以内，具体计算公式为：

其中：

n-磁环中磁极对数；

i-主齿轮与小齿轮的传动比；

4-代表四倍频电路对分辨率的影响；

k-在时域内将脉冲周期均分的份数，k>100；

计时功能：由于方向盘不是匀速转动，所以每个脉冲周期是不一样的，所以在一个计数周期结束后，需要计算本次计数周期并对下一次计数周期时间进行校正，同时刷新定时器时间，从而在提高单片机分辨率的同时保证了单片机的测量精度，需要进一步说明的是，系数k可以在单片机高频定时器的频率范围内无限提高，传感器的分辨率也能够无限提高，在计数和计时过程中，可以得到每分辨率角度对应的时间信号，经过简单的处理我们就可以得到方向盘的角速度信号，角速度信号在判断方向盘转向速度和力度方面也有中要作用；

步骤5：

单片机处理后的角度信号、角速度信号和转向信号会通过传感器的通信结构共享到汽车的总线系统中，输出接口形式有CAN接口、模拟量输出和串行通信接口供单片机选择，此时单片机会继续对四倍频脉冲信号进行采样，主函数不断循环。