CN109238129A - 一种用于转角装置的检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于转角装置技术领域，提供了一种用于转角装置的检测方法及检测系统，该转角装置包括一主转子和两个从转子；主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的磁式传感器，该检测方法包括：将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度；将可信度高的绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。该检测方法简单易行，精确地检测主转子的绝对角度。

Description

一种用于转角装置的检测方法及检测系统

技术领域

本发明属于转角装置技术领域，尤其涉及一种用于转角装置的检测方法及检测系统。

背景技术

现代汽车广泛使用的EPS(Electric Power Steering，电动助力转向)系统，也即是汽车电子助力转向系统，要求能精确和实时检测到方向柱的绝对位置，其量程应可达+/-1000°(+/-3圈)以上，特别是商用车，实际需要更高量程的绝对角度检测。

现有技术中，通常采用一个主转子和一个从转子的方案，在应用中使用Vernier算法(游标算法)来实现绝对角度的计算，单个角度信号不能满足汽车行业ISO2626标准的安全要求；另外，转角和扭矩传感器在实际生产产线中，会利用绝对角度信号作为标定的基础，而安装时，主转子和从转子相对关系的随机性，导致产品在产线上进行校正时，由于Vernier算法中的置信度不高而导致需要额外的装置来实现转动，以期望达到一个置信度相对较高的位置再做计算以确定初始的绝对角度。该种检测方法相对比较复杂，并且检测结果不精确。

因此，现有的绝对角度的检测技术存在角度信号无法满足汽车行业最新安全标准，以及产品产线中检测方法相对比较复杂的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于转角装置的检测方法及检测系统，旨在解决现有的绝对角度的检测技术存在角度信号无法满足汽车行业最新安全标准，以及产品产线中检测方法相对比较复杂的问题。

本发明第一方面提供了一种用于转角装置的检测方法，所述转角装置包括一主转子和两个从转子，所述主转子和两个所述从转子通过齿轮联动，两个所述从转子的齿轮数均不是所述主转子齿轮数的约数，所述主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个所述从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，所述检测方法包括以下步骤：

A.将所述第一角度信号与所述第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及所述第一角度信号与所述第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

B.判断所述第一绝对角度值的可信度是否高于所述第二绝对角度值的可信度，若是，则执行步骤C，若否，则执行步骤D；

C.将所述第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

D.将所述第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

E.根据跟随的所述初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出所述主转子的绝对角度。

本发明第二方面提供了一种用于转角装置的检测系统，所述转角装置包括一主转子和两个从转子，所述主转子和两个所述从转子通过齿轮联动，两个所述从转子的齿轮数均不是所述主转子齿轮数的约数，所述主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个所述从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，所述检测系统包括：

运算模块，用于将所述第一角度信号与所述第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及所述第一角度信号与所述第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

判断模块，用于判断所述第一绝对角度值的可信度是否高于所述第二绝对角度值的可信度，若是，则驱动第一更新模块进行更新，若否，则驱动第二更新模块进行更新；

第一更新模块，用于将所述第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

第二更新模块，用于将所述第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

输出模块，用于根据跟随的所述初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出所述主转子的绝对角度。

本发明提供的一种用于转角装置的检测方法及检测系统，该转角装置包括一主转子和两个从转子，主转子和两个从转子通过齿轮联动，两个从转子的齿轮数均不是主转子齿轮数的约数，主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，该检测方法包括：将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度；将可信度高的绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。由此实现了精确检测主转子的绝对角度的效果，其检测方法简单易行，并且实现了角度信号的冗余，满足了汽车行业的安全性要求，解决了现有的绝对角度的检测技术存在角度信号无法满足汽车行业最新安全标准，以及产品产线中检测方法相对比较复杂的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于转角装置的检测方法的步骤流程图。

图2为图1中涉及到的转角装置的结构示意图。

图3是角度传感器的输出与磁式传感器的输出对应绝对角度输出的信号示意图。

图4是本发明另一实施例提供的一种用于转角装置的检测系统的模块结构示意图。

图5是主转子上角度传感器的输出信号与左从转子上磁式传感器的输出信号的信号示意图。

图6是主转子上角度传感器的输出信号与右从转子上磁式传感器的输出信号的信号示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的一种用于转角装置的检测方法及检测系统，该转角装置包括一主转子和两个从转子，主转子和两个从转子通过齿轮联动，两个从转子的齿轮数均不是主转子齿轮数的约数，主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，该检测方法包括：将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度；将可信度高的绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。

图1和图2分别示出了本发明实施例提供的一种用于转角装置的检测方法的步骤流程以及转角装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种用于转角装置的检测方法，该转角装置包括一主转子11和两个从转子，分别为左从转子12和右从转子13，主转子和两个从转子通过齿轮联动，两个从转子的齿轮数均不是主转子11齿轮数的约数，主转子11设有用于获取第一角度信号的角度传感器20，左从转子12设有用于获取第二角度信号的第一磁式传感器14，右从转子13设有用于获取第三角度信号的第二磁式传感器15，该检测方法包括以下步骤：

S101.将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

S102.判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度，若是，则执行步骤S103，若否，则执行步骤S104；

S103.将第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

S104.将第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

S105.根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。

作为本发明一实施例，上述左从转子12和右从转子13都位于主转子11的下方位置，并且左转子12通过齿轮19与主转子的齿轮17咬合联动，右转子13通过齿轮18与住转子的齿轮17咬合联动。通过主转子11和两个从转子的齿轮比设计，在转角装置上电时应用游标算法实现初始角度的计算和一致性检查，并且通过角度跟随算法，在转角装置运行过程中对一直有冗余的绝对角度信息进行一致性检查，以满足ISO26262的标准。由于两个从转子的齿轮数均不是主转子11齿轮数的约数，实现了可对主转子11进行超过360°量程的检测。

具体地，采用角度传感器20感应主转子11的转动角度，量程小于180°，属于高精度的角度检测，精度可达0.5°；采用360度量程的霍尔传感器，属于磁式传感器的一种，用于检测左从转子12和右从转子13的旋转角度，当然，上述的第一磁式传感器14和第二磁式传感器15都不局限于采用霍尔传感器。通过两个跟主转子11联动的从转子的角度信号分别跟主转子11的角度信号进行游标运算，实现的绝对角度信号精度等同从转子上的磁式传感器的精度，可达0.5°，而且温漂很小；另外，由于两个从转子在装配时保证特定的角度差，能有效避免游标算法在绝对角度的初始化计算时出现置信度不高的问题。

作为本发明一实施例，上述步骤S101中采用了游标运算，其基于游标卡尺的原理，游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成，在本实施例中，主转子11上的角度传感器的读数，对应游标卡尺中的主尺读数；而两个从转子上磁式传感器的读数，对应游标上的读数。

主转子和两个从转子的输出组合决定了最后的绝对角度输出的结果，具体地，x轴上的某个值对应的Y1，Y2的组合是唯一的。因此，在算法实现时，根据两个传感器输出的组合，计算出最终的读数；同时，由于信号存在误差和干扰，Y1与Y2的组合也许是不存在的，那么它们与正式的值之间误差决定了最终输出结果的可信度，游标算法的另外一个输出是结果的可信度。如图3所示，当角度传感器输出为Y1，磁式传感器的输出为Y2时，对应的绝对角度输出为X0。其次，两个从转子可以在转角装置实时计算更新绝对角度时，提供两路有效的信号，作为冗余计算，以保证能满足汽车工业的ISO26262安全标准。

其中，游标算法可采用相位差游标-角度算法，包括：

提取出角度因子，任选两个测量角周期，二者的最小公倍数是总测量周期，二者的最大公约数是允许的误差容量，如：选取7和10，最小公倍数70(角度总周期)，最大公约数1(误差容限，最小跳变区间)；

进行斜率归一化，让二者的信号输出斜率一致，将二者的最大值分别设置成最大公约数下的各自的商；

对齐角度信号，然后将小周期信号减去大周期信号，得到带有跳变段的阶梯相位图；

接着纠正跳度，将跳变阶梯相位图加上一个“大信号幅值”偏移量，以回归正半轴，同时取大信号幅值的模，以纠正跳变点，并采用四舍五入法取整数，得到无“小跳变段”的阶梯图，此阶梯之间的梯度差最小为1，将整个测量周期平分成多个小信号段；

根据顺序重整幅值信号，如果幅值跳变不以1为单位连续变化，则根据阶梯的各个高度为每个阶梯重新定义幅值，可以取模，也可以查表，最终使得阶梯呈现以1为单位的递增状态；

最终将周期信号进行归一化，将小周期信号范围限制在0～1，并且与阶梯信号段相结合，形成连续的具有斜率的最终信号，范围是0段～n段，并进行可信度检查，两个角度信号简单作差后，差值与其最近整数的偏差不超过37.5％，本质是看跳变阶梯图是否划分均匀，其跳变点的最小宽度，就是最大公约数，公约数数值越大，跳变点越宽，越容易容许大误差。

当然，游标算法的特点是根据两个角度的相位差，形成高度为1的梯度线，再将小量程填入到每个梯度中去，实现了采用两个小角度周期信号，算出超大角度的变化。

作为本发明一实施例，在上述步骤S101之后，以及步骤S102之前还可包括：判断第一绝对角度值和第二绝对角度值是否有效，若有效，则执行步骤S102，若无效，则返回执行步骤S101。由此可得，当判定第一绝对角度值和第二绝对角度值无效时，暂不更新初始绝对角度。

上述具备判断功能的执行者可以为仲裁器，具备更新功能的执行者可以为更新器，具备跟随功能的执行者可以为角度跟随器。当然，采用其他器件，只要能达到上述的功能作用亦可。

在步骤S102中，如果仲裁器认为当前时刻需要更新绝对角度值，并认为游标算法1的输出结果(即是第一绝对角度值)更可信，

则当前时刻跟随器的起始绝对角度＝游标算法1的输出；

如果仲裁器认为当前时刻需要更新绝对角度，并认为游标算法2的输出结果(即是第二绝对角度值)更可信，

则当前时刻跟随器的起始绝对角度＝游标算法2的输出；

否则，

当前时刻跟随器的起始绝对角度保持。

作为本发明一实施例，在上述步骤S103和步骤S104中，由于仲裁器是根据游标算法1和游标算法2的结果(包括绝对角度和绝对角度的可信度)以及第一角度跟随器、第二角度跟随器以及第三角度跟随器的结果，从而决定更新器的工作策略和最终输出信号的选择。首先是根据每个时刻第一角度跟随器、第二角度跟随器以及第三角度跟随器的输出，计算实时转速，与设定的最快速度对比，决定是否让启动游标算法和触发更新器将游标算法的结果更新到角度跟随器中；其次是根据游标算法中输出的绝对角度值的可信度信息，来决定选择哪个信号作为最终的输出信号。

系统初始化时，仲裁器直接通知游标算法器计算初始的绝对角度，并根据两个游标算法的可信度，决定更新器使用哪个游标算法器的输出结果：

如果游标算法器1计算的当前绝对角度值的可信度大于游标算法器2计算的当前绝对角度值的可信度，那么更新器将游标算法器1的绝对角度值作为T0时刻的绝对角度。

如果游标算法器2计算的当前绝对角度值的可信度大于游标算法器1计算的当前绝对角度值的可信度，那么更新器将游标算法器2的绝对角度值作为T0时刻的绝对角度。

上述跟随初始绝对角度具体为：

根据角度传感器在T0时刻和T1时刻获取到的第一角度信号进行相减后，加上T0时刻的初始绝对角度，即可得到T1时刻的初始绝对角度，其中，T1是T0经过预设时间后的某一时刻。

作为本发明一实施例，在上述步骤S105中，根据第一角度跟随器、第二角度跟随器以及第三角度跟随器的输出计算实时转速：

转速结果1＝第二角度跟随器(T2时刻)-第一角度跟随器(T1时刻)/(T2-T1)

转速结果2＝第二角度跟随器(T2时刻)-第二角度跟随器(T1时刻)/(T2-T1)

转速结果3＝第三角度跟随器(T2时刻)-第二角度跟随器(T1时刻)/(T2-T1)

如果转速结果大于预设的最高转速，通知游标算法器重新计算绝对角度值，并让更新器更新相应的初始绝对角度；于此同时，根据游标算法器置信度来判定哪个结果更可信，以反馈给更新器，即是返回执行步骤S101；

如果转速结果小于或等于预设的最高转速，判定上述获取的所述可信度准确，则输出主转子的绝对角度。

图4示出了本发明另一实施例提供的一种用于转角装置的检测系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明还提供了一种用于转角装置的检测系统，该转角装置包括一主转子和两个从转子，主转子和两个从转子通过齿轮联动，两个从转子的齿轮数均不是主转子齿轮数的约数，主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，该检测系统包括：

运算模块100，用于将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

判断模块200，用于判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度，若是，则驱动第一更新模块300进行更新，若否，则驱动第二更新模块400进行更新；

第一更新模块300，用于将第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

第二更新模块400，用于将第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

输出模块500，用于根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。

具体地，在第一更新模块300或第二更新模块400中，跟随初始绝对角度具体为：

根据角度传感器在T0时刻和T1时刻获取到的所述第一角度信号进行相减后，加上T0时刻的初始绝对角度，即可得到T1时刻的初始绝对角度，其中，T1是T0经过预设时间后的某一时刻。

并且，上述输出模块具体包括：

驱动单元，用于当实时转速大于预设转速时，则返回驱动运算模块100进行运算；

判定单元，用于当实时转速小于或等于预设转速时，判定上述获取的所述可信度准确，则输出主转子的绝对角度。

图5和图6分别示出了主转子上角度传感器的输出信号与左从转子上磁式传感器的输出信号的信号示意图，以及主转子上角度传感器的输出信号与右从转子上磁式传感器的输出信号的信号示意图，以下结合图1-图6，对上述一种用于转角装置的检测方法及检测系统的工作原理进行描述如下：

量程为+/-1184°(+/-3.288圈)的一个实现案例，其中主转子上的角度传感器使用对应的实现参数为10个叶片的转子，对应的角度信号量程为36°(如图5中104和图6中106所示轨迹)；主转子上的齿数45，两个从转子的齿数为37(当然，可以选择两个从转子的齿数不同)；转配在两个霍尔式360°传感器(比如型号为MLX90365的霍尔传感器)检测到的从转子的转角对应到主转子上的角度量程为360*37/45＝296°，对应图5中105和图六中107所示轨迹；根据两个信号的组合，通过游标算法(又称Vernier算法或nonius算法)，可以计算出主转子的绝对转过角度。

上述的游标算法，输出结果除了最终的绝对角度信号，同时输出的还有最终结果的置信度结果，初始化时或者在算法根据需求更新结果时，主转子与左从转子所处的位置不同，游标算法的置信度将不同，这样在实际应用中，会导致实际产品的MCU出现上报错误状态，在转配产线中，需要重新选择两个转子的组合来重新校正产品，总之，会在实际应用中导致产品安全性能下降，在装配时，导致效率下降。

右从转子的加入可以有效规避以上应用问题，实际应用中，可以设计右从转子跟左从转子的齿数不同，或者装配时两者相对主转子有明确的相位差，也可以两者兼有；本实例中，右转子跟左转子的齿数一样，不过他们相对主转子的相位不同。

接着，判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度，并将可信度高的绝对角度值更新作为初始绝对角度，以及进行跟随。

最后，根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。

上述由于主转子采用的角度传感器以及两个从转子采用的磁式传感器的量程较小，达到了检测精度较高的效果；同时，还运用了两两进行游标运算的方式，即是第一角度信号与第二角度信号进行游标运算，第一角度信号与第三角度信号进行游标运算，确保了整体方案的计算结果的可靠性，实现了可精确获取主转子的绝对角度的作用。

综上，本发明实施例提供的一种用于转角装置的检测方法及检测系统，该转角装置包括一主转子和两个从转子，主转子和两个从转子通过齿轮联动，两个从转子的齿轮数均不是主转子齿轮数的约数，主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，该检测方法包括：将第一角度信号与第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及第一角度信号与第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；判断第一绝对角度值的可信度是否高于第二绝对角度值的可信度；将可信度高的绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；根据跟随的初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出主转子的绝对角度。由此实现了精确检测主转子的绝对角度的效果，其检测方法简单易行，并且实现了角度信号的冗余，满足了汽车行业的安全性要求，解决了现有的绝对角度的检测技术存在角度信号无法满足汽车行业最新安全标准，以及产品产线中检测方法相对比较复杂的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于转角装置的检测方法，其特征在于，所述转角装置包括一主转子和两个从转子，所述主转子和两个所述从转子通过齿轮联动，两个所述从转子的齿轮数均不是所述主转子齿轮数的约数，所述主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个所述从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，所述检测方法包括以下步骤：

A.将所述第一角度信号与所述第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及所述第一角度信号与所述第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

B.判断所述第一绝对角度值的可信度是否高于所述第二绝对角度值的可信度，若是，则执行步骤C，若否，则执行步骤D；

C.将所述第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

D.将所述第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

E.根据跟随的所述初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出所述主转子的绝对角度。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤C或所述步骤D中，跟随所述初始绝对角度具体为：

根据所述角度传感器在T0时刻和T1时刻获取到的所述第一角度信号进行相减后，加上T0时刻的所述初始绝对角度，即可得到T1时刻的所述初始绝对角度，其中，T1是T0经过预设时间后的某一时刻。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：

当所述实时转速大于所述预设转速时，则返回执行步骤A；

当所述实时转速小于或等于所述预设转速时，判定所述可信度准确，则输出所述主转子的绝对角度。

4.一种用于转角装置的检测系统，其特征在于，所述转角装置包括一主转子和两个从转子，所述主转子和两个所述从转子通过齿轮联动，两个所述从转子的齿轮数均不是所述主转子齿轮数的约数，所述主转子设有用于获取第一角度信号的角度传感器，两个所述从转子分别设有用于获取第二角度信号和第三角度信号的第一磁式传感器和第二磁式传感器，所述检测系统包括：

运算模块，用于将所述第一角度信号与所述第二角度信号进行游标运算得到第一绝对角度值，以及所述第一角度信号与所述第三角度信号进行游标运算得到第二绝对角度值；

判断模块，用于判断所述第一绝对角度值的可信度是否高于所述第二绝对角度值的可信度，若是，则驱动第一更新模块进行更新，若否，则驱动第二更新模块进行更新；

第一更新模块，用于将所述第一绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

第二更新模块，用于将所述第二绝对角度值更新作为初始绝对角度，并进行跟随；

输出模块，用于根据跟随的所述初始绝对角度，计算出实时转速，并与预设转速对比后，输出所述主转子的绝对角度。

5.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，在所述第一更新模块或所述第二更新模块中，跟随所述初始绝对角度具体为：

根据所述角度传感器在T0时刻和T1时刻获取到的所述第一角度信号进行相减后，加上T0时刻的所述初始绝对角度，即可得到T1时刻的所述初始绝对角度，其中，T1是T0经过预设时间后的某一时刻。

6.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述输出模块具体包括：

驱动单元，用于当所述实时转速大于所述预设转速时，则返回驱动所述运算模块进行运算；

判定单元，用于当所述实时转速小于或等于所述预设转速时，判定所述可信度准确，则输出所述主转子的绝对角度。