CN109398484B - 绝对转向角传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝对转向角传感器，包括：单个主齿轮，其中主齿轮包括具有第一齿距的第一轮齿、具有第二齿距的第二轮齿，并且第一齿距与第二齿距不同；由第一轮齿驱动的第一磁齿轮，其中第一磁齿轮具有第一齿形和第一直径；由第二轮齿驱动的第二磁齿轮，其中第二磁齿轮具有第二齿形和第二直径，第一齿形和第二齿形不同，并且第一直径和第二直径不同；第一磁体，其与第一磁齿轮一起旋转并且释放第一磁场；第二磁体，其与第二磁齿轮一起旋转并且释放第二磁场；以及传感器组件，其测量第一磁场和第二磁场的强度并且计算绝对转向角。

Description

绝对转向角传感器组件
技术领域
本发明整体上涉及用于车辆的转向组件，并且具体地涉及用于在这样的转向组件中使用的绝对转向角传感器组件的改进结构。
发明内容
本发明涉及用于在车辆的转向组件中使用的改进的绝对转向角传感器组件及其相关部件。
根据一个实施例，绝对转向角传感器组件包括围绕转向柱的单个主齿轮，该主齿轮包括具有第一齿距的第一轮齿和具有第二齿距的第二轮齿，其中第一齿距和第二齿距不同。
实施例的优点是较低的操作速度，其降低了由绝对转向角传感器组件产生的可听得见的噪声。实施例的额外的优点是绝对转向角传感器组件的更加紧凑的尺寸。当参考附图时，从下面的优选实施例的详细描述中，本发明的其他优点对本领域技术人员而言将变得明显。
附图说明
图1是用于在车辆的转向组件中使用的绝对转向角传感器组件的实施例的分解透视图。
图2是图1的绝对转向角传感器组件的另外的分解透视图。
图3是图1的绝对转向角传感器组件的多个透视图和正视图。
图4是图1的绝对转向角传感器组件的另外的透视图和正视图，其中省略了传感器组件。
图5是图1的绝对转向角传感器组件的第一磁齿轮的多个视图。
图6是图1的绝对转向角传感器组件的无齿隙齿轮的多个视图。
图7是图1的绝对转向角传感器组件的第二磁齿轮的多个视图。
图8是图1的绝对转向角传感器组件的磁体的多个视图。
图9是图1的绝对转向角传感器组件的另外的正视图。
图10是图1的绝对转向角传感器组件的另外的正视图。
具体实施方式
现在参照图1-10，示出了绝对转向角传感器(ASAS)组件的实施例，所述绝对转向角传感器组件整体上以100表示，用于与车辆的转向组件一起使用。ASAS组件100具有整体上以102表示的齿轮和适配器104。齿轮102和适配器104容置在壳体内。如图所示，壳体分别由连接在一起的第一部分106A和第二部分106B形成。
齿轮102包括主齿轮108，所述主齿轮和适配器104都在转向轴线X1上。适配器104与主齿轮108操作地连接，使得适配器104的旋转还使主齿轮108旋转。适配器104还绕转向柱(未示出)操作地连接，使得转向柱的旋转还使适配器104旋转。例如，适配器104可以通过时钟弹簧销(clockspring pin)连接至转向柱。转向柱沿着转向柱轴线X1延伸并且还操作地连接成与方向盘一起旋转。这样，当车辆的驾驶员旋转方向盘时，转向柱、适配器104和主齿轮108也旋转。
齿轮102还分别包含第一磁齿轮110和第二磁齿轮112。通过主齿轮108单独地分别驱动第一磁齿轮110和第二磁齿轮112中的每一个。第一磁齿轮110在第一齿轮轴线X2上并且第二磁齿轮112在第二齿轮轴线X3上。第一磁齿轮110具有第一齿距直径并且第二磁齿轮112具有第二齿距直径，其中第一齿距直径和第二齿距直径不同。此外，第一磁齿轮110和第二磁齿轮112具有不同的直径。
齿轮102还包含无齿隙(ABL)齿轮114，以减少主齿轮108和第一磁齿轮110之间的空隙并且提高通过ASAS组件100进行测量的精确度。ABL齿轮114也在第一齿轮轴线X2上。ABL齿轮114相对于轮齿124(在下面描述)弹性地偏置，以减少第一磁齿轮110和主齿轮108之间的空隙。
单个主齿轮108具有两个独立的轮齿组：第一轮齿116和第二轮齿118。第一轮齿116和第二轮齿118分别具有不同的齿轮模数和轮齿数量。优选地，轮齿的差为2。主齿轮108在第一轮齿116处具有第一外径并且在第二轮齿118处具有第二外径。第一外径和第二外径不同。如图所示，第一外径小于第二外径。此外，第一轮齿118具有第一齿距并且第二轮齿118具有第二齿距，其中第一齿距和第二齿距不同。这使得能够获得第一外径和第二外径之间的差，所述差仅仅由于轮齿数量的差而较大。这种较大的差在单个主齿轮108的注射模制期间具有优点。
主齿轮108的第一轮齿116和带有无齿隙齿轮114的第一磁齿轮110包括整体以120表示的第一齿轮组。第一齿轮组120具有第一齿形。主齿轮108的第二轮齿118和第二磁齿轮112包括第二齿轮组122。第二齿轮组122具有第二齿形，第二齿形与第一齿形不同。这样，轮齿的尺寸和数量分别在第一齿轮组120和第二齿轮组122之间变化。
第一磁齿轮110具有第三轮齿124。第二磁齿轮112具有第四轮齿126。第一轮齿116与第三轮齿124啮合，使得主齿轮可旋转地驱动第一磁齿轮110。如图所示，第一轮齿116和第三轮齿124分别具有粗齿距并且第一磁齿轮110为粗齿距齿轮。相似地，第二轮齿118与第四轮齿126啮合，使得主齿轮108还与第一磁齿轮110同时地可旋转地驱动第二磁齿轮112。如图所示，第二轮齿118和第四轮齿126分别具有细齿距并且第二磁齿轮112为细齿距齿轮。
因此，当驾驶员旋转方向盘时，主齿轮108还分别旋转并且驱动第一磁齿轮110和第二磁齿轮112。第一磁齿轮110以第一速率旋转并且第二磁齿轮112以不同于第一速率的第二速率旋转。这样，当方向盘从完全向左旋转至完全向右或者反之亦然——即方向盘从锁止旋转至锁止时，第一磁齿轮110以高于主齿轮108速率的速率旋转并且第二磁齿轮112也以高于主齿轮108速率的速率旋转。作为非限定性示例，如果方向盘被旋转3周，则主齿轮108被旋转3周(1080度)，第一磁齿轮110被旋转12周(4320度)并且第二磁齿轮112被旋转13周(4680度)。
第一磁体128被定位成与第一磁齿轮110一起旋转。相似地，第二磁体130被定位成与第二磁齿轮112一起旋转。除非另外标注，对第一磁体128和第二磁体130中的一个的描述和展示还相应地适用于对第一磁体128和第二磁体130中的另外一个的描述和展示。第一磁体128释放第一磁场，该第一磁场随着第一磁体128与第一磁齿轮110一起旋转而旋转。相似地，第二磁体130释放第二磁场，该第二磁场随着第二磁体130与第二磁齿轮112一起旋转而旋转。
第一磁体128被固定成与第一磁齿轮110一起旋转并且第二磁体130被固定成与第二磁齿轮112一起旋转。作为非限定性实例，第一磁齿轮110和第二磁齿轮112分别可以由塑性材料制成，所述塑性材料分别可以包覆成型到相应的第一磁体128和第二磁体130上。塑性材料分别包覆成型到第一磁体128和第二磁体130上可以相应地固定第一磁体128和第二磁体130，以分别与相应的第一磁齿轮110和第二磁齿轮112一起旋转。
绝对转向角传感器组件100还具有整体上以132表示的传感器组件。传感器组件132包括印制电路板134，第一磁检测传感器136和第二磁检测传感器138分别处于所述印制电路板上。第一传感器136和第二传感器138分别通过数据网络连接至电子控制单元(ECU)。第一传感器136和第二传感器138中的每个分别可以与另外的磁检测传感器配对以提供冗余度。
作为非限定性示例，第一传感器136和第二传感器138分别可以为霍尔效应传感器。作为非限定性示例，霍尔效应传感器可以为Melexis MLX90363 Triaxis MagnetometerIC’s。可选地，第一传感器136和第二传感器138分别可以为巨磁电阻传感器、各向异性磁电阻传感器或者饱和式磁力计。
第一传感器136和第二传感器138分别相对于第一磁齿轮110和第二磁齿轮112相应地被固定就位。例如，第一传感器136和第二传感器138分别可以通过被支撑在壳体上而被固定就位。第一传感器136和第二传感器138分别定位成测量第一磁场和第二磁场中的变化。
通过第一传感器136测量第一磁场中的变化。第一传感器136之后输出表示第一磁场的测量结果的第一信号。相似地，通过第二传感器138测量第二磁场中的变化并且第二传感器之后输出代表第二磁场的测量结果的第二信号。
可以通过ECU使用第一信号以计算第一磁齿轮110的第一位置值(例如以旋转程度表示)。相似地，可以通过ECU使用第二信号以计算第二磁齿轮112的第二位置值(例如以旋转程度表示)。第一位置值和第二位置值在ASAS组件100的测量范围内不匹配或重合，即第一位置值和第二位置值不相等。因此，通过ECU在算法中使用第一位置值和第二位置值以确定绝对转向角。绝对转向角对应于方向盘的位置。
作为非限定性示例，将描述用于确定绝对转向角的三种算法。
第一种算法通过计算确定绝对转向角。对于ASAS组件100而言，已知主齿轮108的节圆直径与第一磁齿轮110的节圆直径的第一比率和主齿轮108的节圆直径与第二磁齿轮112的节圆直径的第二比率。作为非限定性示例，第一比率可以为4:1并且第二比率可以为4.23:1。使用第一比率、用于第一磁齿轮110的第一位置值、第二比率和用于第二磁齿轮112的第二位置值作为输入，第一种算法计算绝对转向角。
第二种算法通过使用查找表确定绝对转向角。查找表具有对应于方向盘的旋转的角度范围中的每个值的用于第一位置值和第二位置值的特别范围。通过前述方法测量第一位置值和第二位置值。将第一位置值和第二位置值与查找表比较以确定对于主齿轮108(和方向盘)的位置的唯一可信的角度范围。通过基于第一位置值和第一比率的计算确定相对角度并且通过使用所述相对角度和来自查找表的可信的角度范围来确定绝对角度。
第三种算法是对于第一种算法的可选的计算方法。通过使用第一位置值和第一比率的计算确定相对位置。粗略的绝对转向角基于第一位置值和第二位置值的计算(按照第一算法)。使用从第一磁齿轮110确定的相对角度的测量结果和粗略绝对转向角的计算结果计算最终算出的绝对转向角的位置。
可选地，利用除了已经描述的那些算法之外的算法，可以使用ASAS组件100的结构来计算绝对转向角。
根据专利法规的规定，已经在本发明的优选实施例中描述和示出了本发明的原理和操作模式。然而，必须理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以除了已经具体说明和示出的之外的方式实施本发明。

Claims (4)

1.一种绝对转向角传感器组件，其包括：
单个主齿轮，其中所述单个主齿轮包括具有第一齿距的第一轮齿、具有第二齿距的第二轮齿，并且所述第一齿距和所述第二齿距不同；
第一磁齿轮，所述第一磁齿轮由所述第一轮齿驱动，其中所述第一磁齿轮具有第一齿形和第一直径；
第二磁齿轮，所述第二磁齿轮由所述第二轮齿驱动，其中所述第二磁齿轮具有第二齿形和第二直径，所述第一齿形和所述第二齿形不同，并且所述第一直径和所述第二直径不同；
第一磁体，所述第一磁体与所述第一磁齿轮一起旋转并且释放第一磁场；
第二磁体，所述第二磁体与所述第二磁齿轮一起旋转并且释放第二磁场；以及
传感器组件，所述传感器组件测量所述第一磁场和所述第二磁场的强度并且计算绝对转向角。
2.根据权利要求1所述的绝对转向角传感器组件，其中所述第一轮齿的数量与所述第二轮齿的数量的差为2。
3.根据权利要求2所述的绝对转向角传感器组件，其中所述单个主齿轮的第一直径和第二直径的差大于限定较大直径的轮齿的高度。
4.根据权利要求1所述的绝对转向角传感器组件，其中所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮中的至少一个磁齿轮利用两组轮齿接合到所述单个主齿轮内，所述两组轮齿绕连接中心轴线相对于彼此弹性地偏置。
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