CN109141486B - 电动汽车方向盘位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车方向盘位置传感器，属于电动汽车方向检测装置技术领域，包括：外齿小齿轮，位于位置传感器本体最内侧，外齿小齿轮套装在方向盘轴上，且可随方向盘轴同步转动；内齿大齿轮，位于外齿小齿轮的外侧，且与外齿小齿轮啮合转动联接；遮光板，联接于内齿大齿轮的外边缘且随内齿大齿轮转动；位置检测环，位于内齿大齿轮的外侧，位置检测环上左半环和右半环对称且均匀放置多个光电门，分别用于方向盘的左转位置和右转位置检测；光电门，可通过遮光板的遮挡产生相应的检测信号。能够为分布式驱动电动汽车动力管理系统提供方向盘位置信息，结构简单，算法简单，为分布式驱动电动汽车技术的研究和推广提供了一种有效的配套技术方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车方向盘位置传感器，属于电动汽车方向检测装置技术领域。
背景技术
电动汽车未来的发展方向是将电动机直接装在驱动轮上，这种电动汽车叫分布式驱动电动汽车。分布式驱动电动汽车在转弯时需要采集方向盘位置信息，通过“整车动力分配管理系统”对内外侧车轮实施电子差速。用于检测方向盘位置信息的部件称方向盘位置传感器，也称方向盘转角位置传感器，现有的方向盘位置传感器分成接触式和非接触式两类。由于接触式转角位置传感器具有产生噪音以及耐久性较差的问题，所以目前优选的是非接触式转角位置传感器。由于汽车转向系统方向盘的转向最大转角一般在±540°，所以现有技术的转向系统的转角传感器一般采用转向柱连接的主动齿轮分别啮合两个不同齿数的从动齿轮的结构。转角位置传感器的输出信号主要是利用两个具有不同齿数的从动齿轮的转动周期信号的相位差计算方向盘的转向角度位置。这种转角位置传感器导致了较复杂的角度位置的计算公式，同时这种转角位置传感器的结构导致了安装和标定的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于用较简单的结构和最简单的算法提供一种电动汽车方向盘位置传感器，能够为分布式驱动电动汽车动力管理系统提供方向盘位置信息。
本发明所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的位置传感器包括：
外齿小齿轮，位于位置传感器最内侧，外齿小齿轮套装在方向盘轴上，且可随方向盘轴同步转动；
内齿大齿轮，位于外齿小齿轮的外侧，且与外齿小齿轮啮合转动联接；
内齿大齿轮的齿数是外齿小齿轮的三倍；
遮光板，固定在内齿大齿轮的外边缘随内齿大齿轮同步转动；
位置检测环，位于内齿大齿轮的外侧，用于放置光电门元件，位置检测环上左半环和右半环对称且均匀放置多个光电门，分别用于方向盘的左转位置和右转位置检测；
光电门，放置在位置检测环上，可通过遮光板的遮挡产生相应的检测信号。
外齿小齿轮套装在方何盘轴上，随方向盘同步转动；外齿小齿轮和内齿大齿轮紧密啮合且可灵活转动。传感器内的位置检测环实际是一块环形PCB线路板，固定在传感器外壳上，其左半环和右半环分别布置多个光电门，检测电路其它元件也焊接在上面。内齿大齿轮外圆半径稍小于位置检测环内圆半经，在内齿大齿轮的外边缘固定有遮光板，当外齿小齿轮随方向盘轴转动时，内齿大齿轮被带动，遮光板随内齿大齿轮同步旋转对光电门遮光，以此检测方向盘位置。
所述的光电门，包括光电发射部分和光电接收部分，由一对光电发射和接收对管分别串电阻R1和R2构成。光电发射和接收对管分别装在一个槽型塑料架两侧，遮光板从槽中间穿过时遮光，光电门输出相应的位置信号。
汽车电源启动后，光电门的发射管处常通电状态，遮光板不遮光前提下，接收管受光照射是低电阻状态，与接收管串联的R2上端(即光电门输出端)高电平输出，输出端信号状态为“1”；遮光板遮光时，接收管无光照射是高电阻状态，R2上端低电平输出，输出端信号状态为“0”。
所述的位置检测环上，设有检测环初始位置，检测环初始位置处在遮光板1.5倍宽度范围内不设置光电门，电动汽车直行时方向盘对应位置为方向盘初始位置，遮光板开始运动的位置为遮光板初始位置，检测环初始位置与方向盘初始位置和遮光板初始位置正对；在电动汽车直行时，所有光电门不被遮光，各光电门输出信号均为“1”状态。
所述的位置传感器本体还包括外壳，外齿小齿轮、内齿大齿轮、遮光板、光电检测元件和位置检测环均封装于外壳的内部，外壳上设有一方向盘轴套装孔，外壳的外部设有引线插座。
外壳与车身固定，外壳内设置相关结构，支撑外齿小齿轮、内齿大齿轮紧密啮合且相对外壳各自可灵活转动，外壳内设置环形槽，内齿大齿轮装配在环形槽内可灵活转动，不发生位置偏移。
所述的外壳的下方设有安装固定孔，外壳通过安装固定孔与电动汽车车身固定联接，方向盘轴套装孔的内侧设有外齿小齿轮轴套。
所述的内齿大齿轮的齿数是外齿小齿轮齿数的三倍，方向盘右转时，遮光板右转最大转程为位置检测环的右半环；方向盘左转时，遮光板左转最大转程为位置检测环左半环。
所述的遮光板在圆周方向的宽度是相邻两个光电门间距的1.5倍。
方向盘右转全程中，左半环均不被遮光，所有光电门输出均为“1”，右半环始终有1个或2个光电门被遮光；方向盘左转全程中，右半环均不被遮光，所有光电门输出均为“1”，而左半环体始终有1个或2个光电门被遮光。
本发明所述的电动汽车方向盘位置传感器，还配有两只译码器。
所述的译码器包括第一译码器和第二译码器，分别连接位置检测环的左半环光电门输出和右半环光电门输出。译码器的作用有两个:一是检测环左半环和右半环各有19个光电门，左、右转信号都体现在19条线上，译码器将19条线上的编码信息译码后汇集到一根线上传输；二是检测环左半环和右半环光电门输出的原码均是“1”和“0”数字编码，译码器将其译成“模拟变化量”或“PWM信号”等中央控制器控制左、右侧电机差速所需的控制信号。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所述的电动汽车方向盘位置传感器，用较简单结构、简单算法准确检测方向盘位置信息，为分布式驱动电动汽车技术的研究和推广提供了一种有效的配套技术方案。
(1)工作可靠，稳定性好:
初始信息源自光电门，所有光电门被密封在外壳中；同时，信息码处理过程全数字化；涉及的机械结构最简单，仅有一级齿轮变速。具有很强的抗干扰能力和较高的可靠性。
(2)采用了左、右转向分别检测，左、右转信息分别输出，光电门输出的信息编码，与方向盘位置一一对应。左转时，检测环右转输出信息固定，左转输出信息随方向盘位置变化；右转时，检测环左转输出信息固定，右转输出信息随方向盘位置变化。因此，信息规律清晰，处理信息所用电路和算法非常简单，不需要经过复杂信息处理计算即可体现方向盘位置。对于电动汽车分布式驱动电子差速、自动驾驶等功能的实施应该是足够满足要求。
附图说明
图1为本发明实施例的内部结构示意图；
图2为本发明实施例中光电门的布局图；
图3为本发明实施例的外部结构示意图；
图4为本发明实施例中安装后的效果图；
图5为本发明实施例中光电门的结构示意图；
图6为本发明实施例中光电门的电路图；
图7为本发明在二轮驱动电动汽车上实施电子差速功能的应用举例图；
图中：1、遮光板；2、光电门；3、方向盘轴；4、外齿小齿轮；5、内齿大齿轮；6、位置检测环；7、外壳；8、引线插座；9、安装固定孔；10、外齿小齿轮轴套；11、方向盘轴套装孔；12、方向盘；13、光电发射部分；14、槽型塑料架；15、光电接收部分；16、检测环初始位置；U1、槽型塑料架；R1、第一电阻；R2、第二电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
如图1-6所示，本发明所述的电动汽车方向盘位置传感器，包括：
外齿小齿轮4，位于位置传感器本体最内侧，外齿小齿轮4套装在方向盘轴3上，且可随方向盘轴3同步转动；
内齿大齿轮5，位于外齿小齿轮4的外侧，且与外齿小齿轮4啮合转动联接；
内齿大齿轮5的齿数是外齿小齿轮4的三倍；
遮光板1，联接于内齿大齿轮5的外边缘且随内齿大齿轮5同步运动；
位置检测环6，位于内齿大齿轮5的外侧，位置检测环6上左半环和右半环对称且均匀放置多个光电门2，分别用于方向盘12的左转位置和右转位置检测；
光电门2，放置在位置检测环6上，可通过遮光板1的遮挡产生相应的检测信号。
为了进一步说明上述实施例，光电门2包括光电发射部分13和光电接收部分15，光电发射部分13和光电接收部分15由一对光电发射管和光电接收对管分别串联第一电阻R1和第二电阻R2构成。
为了进一步说明上述实施例，光电发射和接收对管分别装在一个槽型塑料架U1两侧，遮光板1从槽中间穿过时遮光，光电门2输出相应的位置信号。
为了进一步说明上述实施例，位置检测环6上设有检测环初始位置16，检测环初始位置16在遮光板1的1.5倍宽度范围内不设置光电门2，电动汽车直行时方向盘12对应位置为方向盘初始位置，遮光板1开始运动的位置为遮光板初始位置，检测环初始位置16与方向盘初始位置和遮光板初始位置正对。
为了进一步说明上述实施例，位置传感器本体还包括外壳7，外齿小齿轮4、内齿大齿轮5、遮光板1、光电门元件2和位置检测环6均封装于外壳7的内部，外壳7上设有一方向盘轴套装孔11，外壳7的外部设有引线插座8。
为了进一步说明上述实施例，外壳7的下方设有安装固定孔9，外壳7通过安装固定孔9与电动车车身固定联接，方向盘轴套装孔11的内侧设有外齿小齿轮轴套10。
为了进一步说明上述实施例，内齿大齿轮5的齿数是外齿小齿轮4齿数的3倍，方向盘12右转时，遮光板1右转最大转程为位置检测环6的右半环体；方向盘12左转时，遮光板1左转最大转程为位置检测环6左半环体。
为了进一步说明上述实施例，遮光板1在圆周方向的宽度是相邻两个光电门2间距的1.5倍。
为了进一步说明上述实施例，还包括第一译码器和第二译码器，第一译码器和第二译码器分别连接位置检测环6的左半环光电门输出和右半环光电门输出。
本实施例的工作原理为：作为优选，外齿小齿轮4套装在方向盘轴3上，随方向盘12同步转动；传感器的外壳7与车身固定。外壳7内设置相关结构，支撑外齿小齿轮4、内齿大齿轮5紧密咬合且相对外壳7各自可灵活转动。
位置检测环6，其左半环上装有K2-1—K2-19，右半环上装有K1-1—K1-19共38个光电门，检测电路其它元件也焊接在上面，它固定安装在外壳7内。内齿大齿轮5的外圆半径稍小于位置检测环6内圆半经，外壳7内有环形槽，内齿大齿轮5装配在环形槽内可灵活转动，在内齿大齿轮5的外边缘固定有遮光板1，当外齿小齿轮4随方向盘12转动时，内齿大齿轮5被带动，遮光板1随内齿大齿轮5同步旋转对光电门2遮光，以此检测方向盘12位置。
(1)内齿大齿轮5的齿数是外齿小齿轮4齿数的3倍，方向盘12右转时，遮光板1右转最大转程为检测环右半周；方向盘12左转时，遮光板1左转最大转程为位置检测环6左半周。
(2)在汽车直行时方向盘对应位置规定为方向盘12初始位置，遮光板1初始位置与方向盘12初始位置和位置检测环6初始位置正对；
(3)位置检测环6右半环顺时针方向依次均匀排列光电门K1-1—K1-19；左半圈逆时针方向依次均匀排列光电门K2-1—K2-19，位置检测环6初始位置处不布置光电门2；
(4)选择遮光板1在圆周方向宽度是两光电门2间距的1.5倍。
(5)方向盘12右转全程中，位置检测环6左半环所有光电门2均不被遮光，输出均为“1”，而右半环始终有1个或2个光电门2被遮光，右转全程中，右半圈对应的光电门2输出37种编码如下表1所示；表1为方向盘右转时位置检测环右半环光电门输出编码。
表1
表1中遮光板右转全程共可得到37个位置偏码，总体全程共有74个位置偏码。
(5)方向盘12左转全程中，右半圈均不被遮光，所有光电门2输出均为“1”，而右半圈始终有1个或2个光电门2被遮光，左转过程中，左半圈对应的光电门2输出也有37种编码与表1完全相同。
实施例2：
如图7所示，是本发明所述的电动汽车方向盘位置传感器在二轮驱动电动汽车上实施电子差速功能的应用举例，包括电动汽车方向盘位置传感器，还包括译码器，译码器连接方向盘位置传感器，用于对方向盘位置传感器输出的检测信号进行译码，译码器的输出连接电动车上的中央控制器，中央控制器连接左侧电机和右侧电机。
为了进一步说明上述实施例，译码器包括第一译码器和第二译码器，分别连接位置检测环6的左半环输出端和右半环输出端。
本实施例的工作原理为：这里以两轮分散驱动(前驱或后驱)为例说明。
(1)两轮(前轮或后轮)分散驱动电动汽车上设置中央控制器，中央控制器依据车速、路况、方向盘转向转角等数据，通过特定的算法对两侧电机的转速转矩等参数合理分配。在直行时，方向信息不起作用，中央控制器保持两电机转速相同。
(2)在方向盘位置检测器后设置第一译码器和第二译码器，其作用是将位置检测环右半环K1-1—K1-18和左半环K22-1—K2-18输出的方向盘位置编码信息译成中央控制器所需的控制信号。
(3)方向右转时，检测环左半环中K2-1—K2-18输出无变化，第二译码器输出也无变化；检测环右半环中K1-1—K1-18输出减速编码，第一译码器输出减速信号，中央控制器对右侧电机减速，从而顺利实施车辆右向转弯。
(4)方向左转时，检测环右半环中K1-1—K1-18输出无变化，第一译码器输出也无变化；位置检测环左半环中K2-1—K2-18输出减速编码，第二译码器输出减速信号，中央控制器对左侧电机减速，从而顺利实施车辆左向转弯。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的电动汽车方向盘位置传感器，能够为分布式驱动电动汽车动力管理系统提供方向盘位置信息，结构简单，为分布式驱动电动汽车技术的研究和推广提供了一种有效的配套技术方案。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种电动汽车方向盘位置传感器，包括位置传感器本体，其特征在于：所述的位置传感器本体包括：
外齿小齿轮(4)，位于位置传感器本体最内侧，外齿小齿轮(4)套装在方向盘轴(3)上，且可随方向盘轴(3)同步转动；
内齿大齿轮(5)，位于外齿小齿轮(4)的外侧，且与外齿小齿轮(4)啮合转动联接；
内齿大齿轮(5)的齿数是外齿小齿轮(4)的三倍；
遮光板(1)，联接于内齿大齿轮(5)的外边缘且随内齿大齿轮(5)同步转动；
位置检测环(6)，位于内齿大齿轮(5)的外侧，位置检测环(6)上左半环和右半环对称且均匀放置多个光电门(2)，分别用于方向盘(12)的左转位置和右转位置检测；
光电门(2)，放置在位置检测环(6)上，可通过遮光板(1)的遮挡产生相应的检测信号；位置检测环(6)上设有检测环初始位置(16)，检测环初始位置(16)在遮光板(1)的1.5倍宽度范围内不设置光电门(2)，电动汽车直行时方向盘(12)对应位置为方向盘初始位置，遮光板(1)开始运动的位置为遮光板初始位置，检测环初始位置(16)与方向盘初始位置和遮光板初始位置正对；初始位置所有光电门均不被遮光，所有光电门输出状态均为“1”；方向盘右转全程中，方向盘左半环均不被遮光，右半环始终有1个或2个光电门被遮光；方向盘左转全程中，方向盘右半环均不被遮光，而左半环体始终有1个或2个光电门被遮光。
2.根据权利要求1所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的光电门(2)包括光电发射部分(13)和光电接收部分(15)，光电发射部分(13)和光电接收部分(15)由一对光电发射和接收对管分别串联第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成。
3.根据权利要求2所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的光电发射和接收对管分别装在一个槽型塑料架(U1)两侧，遮光板(1)从槽中间穿过时遮光，光电门(2)输出相应的位置信号。
4.根据权利要求1所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的位置传感器本体还包括外壳(7)，外齿小齿轮(4)、内齿大齿轮(5)、遮光板(1)、光电检测元件和位置检测环(6)均封装于外壳(7)的内部，外壳(7)上设有一方向盘轴套装孔(11)，外壳(7)的外部设有引线插座(8)。
5.根据权利要求4所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的外壳(7)的下方设有安装固定孔(9)，外壳(7)通过安装固定孔(9)与电动车车身固定联接，方向盘轴套装孔(11)的内侧设有外齿小齿轮轴套(10)。
6.根据权利要求1所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的内齿大齿轮(5)的齿数是外齿小齿轮(4)齿数的3倍，方向盘(12)右转时，遮光板(1)右转最大转程为位置检测环(6)的右半环；方向盘(12)左转时，遮光板(1)左转最大转程为位置检测环(6)左半环。
7.根据权利要求1所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：所述的遮光板(1)在圆周方向的宽度是相邻两个光电门(2)间距的1.5倍。
8.根据权利要求1所述的电动汽车方向盘位置传感器，其特征在于：还包括第一译码器和第二译码器，第一译码器和第二译码器分别连接位置检测环(6)的左半环光电门输出和右半环光电门输出。
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