CN110126918B - 一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置及其校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置及其校验方法，通过在传统转角传感器信号盘上设置在一个信号校验孔并在转角传感器底座上加装两个校验位，信号校验孔到达校验位时进行一次校验来减少转角传感器的累加误差。本发明适用性强，无需考虑转角传感器内部与外部等因素所造成的误差，只需对误差进行逐次清除，从而减少了计数累计误差，提高了转角传感器的精度。

Description

一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置及其校验方法

技术领域

本发明涉及转角传感器计数领域，具体是一种用于减少转角传感器累加误差装置及其校验方法。

背景技术

转角传感器，是测量或监控物体转动角度的传感器，被广泛应用到各个领域，例如风力发电机轴转动角度、汽车方向盘与转向轮转动角度、焊接管转动角度监控、海上平台定位转角测量等。目前传统的转角传感器都具有良好的抗噪性能，能有效消除脉冲边缘振荡造成的干扰，在测量时能有效提高准确性，但是由于现实工况复杂多变，干扰因素较多，因此传统的传感器并不能完全满足当今时代高精度科技的需求。

采用传统的转角传感器传统的计数时，当检测目标快速工作或者反向工作时转角传感器可能会产生毛刺、电磁干扰等，或因外部电路误差以及转角传感器磨损等因素，这将会造成脉冲信号丢失、多计数等现象，从而产生计数误差。例如在方向盘在快速转动或快速换向过程中产生转角脉采集冲丢失问题，主要由于方向盘转动速度过快时方向盘转角传感器产生尖刺、电磁干扰等原因导致。因此找到一种能高效、准确、免疫干扰的新型转角传感器是减小转角传感器计数误差的关键技术。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置及其校验方法，以期能实现正交编码传感器的高精度，无误差计数，从而减少脉冲信号丢失、多计数等现象，提高正交编码转角传感器的适用场合和计数能力。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置，是应用于转向系统中，所述转向系统是在转向轴上套装有转向管柱，并在所述转向轴的顶部设置有方向盘，其特点在于，在所述转向管柱上套装有转角传感器底座，在所述转向轴上套装有转角传感器信号盘，且所述转角传感器信号盘位于所述方向盘与所述转角传感器底座之间；

在所述转角传感器底座上对称安装校验位A和校验位B，所述校验位A和校验位B均由上部发射端与下部接收端组成的光电式或磁电式信号发射器，且所述上部发射端位于所述转角传感器信号盘的上方，所述下部接收端位于所述转角传感器信号盘的下方；在所述转角传感器信号盘上设置一信号校验孔，并与所述校验位A或校验位B的位置对应。

本发明所述的用于减少转角传感器累加误差的校验装置的校验方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、设定所述信号校验孔转到所述校验位A时理论计数脉冲数累计值为f_A＝n+x×a、所述信号校验孔转到所述校验位B时理论计数脉冲数累计值为f_B＝m+x×a，其中，a为转角传感器单圈脉冲数，x为方向盘转动圈数；n为校验位A距方向盘中位的脉冲值个数，m为校验位B距方向盘中位的脉冲值个数；

步骤2、判断所述信号校验孔是否转到所述校验位A或校验位B所对应的位置上，若是，则表示相应校验位上产生脉冲信号，并执行步骤3；否则，执行步骤2；

步骤3、采集所述信号校验孔转到所述校验位A或校验位B时的实际计数脉冲值累计值F_A或F_B，并将采集到的实际计数脉冲数累计值F_A与理论计数脉冲数累计值f_A或将采集到的实际计数脉冲数累计值F_B与理论计数脉冲数累计值f_B进行比较，从而得到比较结果；

步骤4、根据所述比较结果，对实际计数脉冲数累计值F_A或F_B进行相应的修正。

本发明所述的校验装置的特点也在于：所述校验位A的上部发射端与校验位B的上部发射端上分别设置不同强度的磁片，从而使得所述校验位A的信号强度与校验位B的强度不同，以区分校验位A和校验位B。

本发明所述的校验方法的特点也在于：所述步骤1中的理论计数脉冲数累计值f_A和f_B是按以下方法确定：

将转角传感器安装在方向盘上，设置方向盘中位时转角传感器脉冲为0，校验位A距方向盘中位n个脉冲值，校验位B距方向盘中位m个脉冲值；

假设转角传感器单圈具有a个脉冲数，且n与m相差a/2；则方向盘距离中位转动x圈时，有f_A＝n+x×a、f_B＝m+x×a。

所述步骤4中实际计数脉冲数累计值F_A或F_B是按以下方法修正：

若所述信号校验孔转到所述校验位A，则：

(1)若F_A≠f_A，则令F_A＝f_A；

(2)若F_A＝f_A，则不对F_A进行修正；

若所述信号校验孔转到所述校验位B，则：

(1)若F_B≠f_B，则令F_B＝f_B；

(2)若F_B＝f_B，则不对F_B进行修正。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过对传统转角传感器信号盘上设置在一个信号校验孔并在转角传感器底座上加装两个校验位，信号校验孔到达校验位时进行一次校验来实现，适用性强，无需考虑转角传感器内部与外部等因素所造成的误差，只需对误差进行逐次清除，从而减少了计数累计误差，提高了转角传感器的精度。

2、本发明适用性强，只需在信号校验孔到达校验位时进行一次校验来清除误差，即不用考虑转角传感器工作时产生毛刺、电磁干扰等影响，也不用考虑因外部电路干扰和转角传感器磨损等因素造成的误差。

3、本发明能有效地减少了计数累计误差，提高了转角传感器的精度，通过校验规则对转角传感器进行校验，有效地遏制了误差的累加；并可通过此发明方法将校验位个数增加，更有效地减少了计数累计误差，提高了转角传感器的精度。

附图说明

图1是本发明结构轮廓示意图；

图2是本发明转角传感器安装位置图；

图中序号：1校验位A；2校验位A的上部发射端；3信号校验孔；4校验位A的下部接收端；5校验位B；6校验位B的上部发射端；7校验位B的下部接收端；8转角传感器信号盘；9转角传感器底座；10方向盘；11转向管柱；12转向轴。

具体实施方式

本实施例中，一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置，是在传统的转角传感器基础上进行改进的，可用于车辆、工程机械等众多领域。本发明具体是应用于转向系统中，转向系统是在转向轴12上套装有转向管柱11，并在转向轴12的顶部设置有方向盘10，在转向管柱11上套装有转角传感器底座9，在转向轴12上套装有转角传感器信号盘8，且转角传感器信号盘8位于方向盘10与转角传感器底座9之间。且转角传感器信号盘8与转向轴12固定在一起，一起随方向盘转动，转角传感器底座9与转向管柱11固定，转角传感器信号盘8在转角传感器内部，如图1和图2所示。

在转角传感器底座9上对称安装校验位A1和校验位B5，校验位A1和校验位B5均由上部发射端与下部接收端组成的光电式或磁电式信号发射器，且上部发射端位于转角传感器信号盘8的上方，下部接收端位于转角传感器信号盘8的下方；在转角传感器信号盘8上设置一信号校验孔3，并与校验位A1或校验位B5的位置对应。上部发射端与下部接收端处上下位置对应，并与信号校验孔3相对于转向轴12的轴线处于同一圆周上。校验位A1的上部发射端与校验位B5的上部发射端上分别设置不同强度的磁片，从而使得校验位A1的信号强度与校验位B5的强度不同，以区分校验位A1和校验位B5。不同的磁片产生不同的磁场信号1和2，下部信号接收端4和7放置磁敏元件，接收到不同磁场强度信号，输出不同的电压；当信号校验孔3未到达校验位A1和校验位B5时，校验位A1和校验位B5上部发射端2和6发出的磁场信号被信号盘8隔离，下部接收端4和7接收不到上部发射端2和6发出的磁场信号，输出电压为0；当信号校验孔3到达校验位A1时，校验位A1上部发射端1发出的磁场信号通过信号校验孔3传送至下部接收端4，下部接收端4接收到上部发射端1发出的磁场信号1，输出电压为V1；当信号校验孔3到达校验位B5时，校验位B5上部发射端6发出的磁场信号通过信号校验孔3传送至下部接收端7，下部接收端7接收到上部发射端6发出的磁场信号2，输出电压为V2。

本实施例中，一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置的校验方法是按如下步骤进行：

步骤1、设定信号校验孔3转到校验位A1时理论计数脉冲数累计值为f_A＝n+x×a、信号校验孔3转到校验位B5时理论计数脉冲数累计值为f_B＝m+x×a，其中，a为转角传感器单圈脉冲数，x为方向盘转动圈数，n为校验位A1距方向盘中位的脉冲值个数，m为校验位B5距方向盘中位的脉冲值个数。理论计数脉冲数累计值f_A和f_B是按以下方法确定：

按照上述各元件位置关系将转角传感器安装至转向系统中，设置方向盘中位时转角传感器脉冲为0，即把方向盘中位时转角传感器的位置确定为转角传感器的初始位置，校验位A1距方向盘中位n个脉冲值，校验位B5距方向盘中位m个脉冲值，此时有f_A＝n、f_B＝m。假设转角传感器单圈具有a个脉冲数，且n与m相差a/2；则方向盘距离中位转动x圈时，有f_A＝n+x×a、f_B＝m+x×a。

步骤2、判断信号校验孔3是否转到校验位A1或校验位B5所对应的位置上，若是，则表示相应校验位上产生脉冲信号，并执行步骤3；否则，执行步骤2；

步骤3、采集信号校验孔3转到校验位A1或校验位B5时的实际计数脉冲值累计值F_A或F_B，并将采集到的实际计数脉冲数累计值F_A与理论计数脉冲数累计值f_A或将采集到的实际计数脉冲数累计值F_B与理论计数脉冲数累计值f_B进行比较，从而得到比较结果。

步骤4、根据比较结果，对实际计数脉冲数累计值F_A或F_B进行相应的修正。其中，实际计数脉冲数累计值F_A或F_B是按以下方法修正：

若信号校验孔3转到校验位A，则：

(1)若F_A≠f_A，则令F_A＝f_A；

(2)若F_A＝f_A，则不对F_A进行修正；

若信号校验孔(3)转到校验位B，则：

(1)若F_B≠f_B，则令F_B＝f_B；

(2)若F_B＝f_B，则不对F_B进行修正。

实施例：本实施例中，以某型正交编码式方向盘转角传感器为例：

将本发明的减少转角传感器累加误差的校验装置及其校验方法应用于某型正交编码式方向盘转角传感器上，该转角传感器为轴承式，单圈具有64个脉冲，且设定顺时针旋转脉冲数增加，逆时针旋转脉冲数减小，设定n＝16、m＝48，则初始时理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48。将该正交编码式方向盘转角传感器安装在某型车辆的方向盘传动轴上，并将两路脉冲信号输入至单边机与示波器中。将该正交编码式方向盘转角传感器安装在某型车辆的方向盘传动轴上，并将两路脉冲信号与校验位A、B的脉冲信号输入至单边机。

减少转角传感器累加误差的过程如下：

步骤1、将本发明的校验装置按照所要求位置安装至该车辆上，转角传感器对所产生的的脉冲信号只进行采集计数，不进行校验修正，启动车辆，采集此时校验位A的脉冲值n＝16、校验位B的脉冲值m＝48,即理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48，并记录此时方向盘位置，方向盘初始位置对应转向轮中位；

步骤2、转动方向盘，将方向盘顺时针2圈再逆时针转2圈并回至初始位置，分别得到四个实际计数脉冲数累计值F_A和F_B，单片机根据f_A＝n+x×a、f_B＝m+x×a计算得到所对应的f_A、f_B，分别为：

第一圈时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝15、F_B＝46，且理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48；

第二圈时所采集得到的F_A＝81、F_B＝114，且理论计数脉冲数累计值f_A＝80、f_B＝112；

回方向盘至距方向盘中位一圈位置时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝82、F_B＝116，且理论计数脉冲数累计值f_A＝80、f_B＝112；

回方向盘至初始位置时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝19、F_B＝52，且理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48；

可知，实际计数脉冲数累计值与理论计数脉冲数累计值不一致，产生累加误差，且方向盘回至初始位置时，转向轮不在中位，即产生转向误差。

步骤3、利用本发明的校验方法，转角传感器对所产生的的脉冲信号进行校验修正，重复步骤1和步骤2，分别得到四个实际计数脉冲数累计值F_A和F_B，单片机根据f_A＝n+x×a、f_B＝m+x×a计算得到所对应的f_A、f_B，分别为：

第一圈时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝16、F_B＝48，且理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48；

第二圈时所采集得到的F_A＝80、F_B＝112，且理论计数脉冲数累计值f_A＝80、f_B＝112；

回方向盘至距方向盘中位一圈位置时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝80、F_B＝112，且理论计数脉冲数累计值f_A＝80、f_B＝112；

回方向盘至初始位置时，所采集得到的实际计数脉冲数累计值F_A＝16、F_B＝48，且理论计数脉冲数累计值f_A＝16、f_B＝48；

可知，利用本发明的校验方法对转角传感器的实际计数脉冲数累计值进行校验修正后，实际计数脉冲数累计值与理论计数脉冲数累计值一一对应，累加误差被清除，且方向盘回至初始位置时，转向轮位于中位，即对所产生的累加误差被清除，减少了累加误差，有利于实现同步转向。

综上所述，通过本发明的校验装置和校验方法可减少转角传感器累加误差。

Claims (5)

1.一种用于减少转角传感器累加误差的校验装置，是应用于转向系统中，所述转向系统是在转向轴(12)上套装有转向管柱(11)，并在所述转向轴(12)的顶部设置有方向盘(10)，其特征在于，在所述转向管柱(11)上套装有转角传感器底座(9)，在所述转向轴(12)上套装有转角传感器信号盘(8)，且所述转角传感器信号盘(8)位于所述方向盘(10)与所述转角传感器底座(9)之间；

在所述转角传感器底座(9)上对称安装校验位A(1)和校验位B(5)，所述校验位A(1)和校验位B(5)均由上部发射端与下部接收端组成的光电式或磁电式信号发射器，且所述上部发射端位于所述转角传感器信号盘(8)的上方，所述下部接收端位于所述转角传感器信号盘(8)的下方；在所述转角传感器信号盘(8)上设置一信号校验孔(3)，并与所述校验位A(1)或校验位B(5)的位置对应。

2.根据权利要求1所述的用于减少转角传感器累加误差的校验装置的校验方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、设定所述信号校验孔(3)转到所述校验位A(1)时理论计数脉冲数累计值为f_A＝n+x×a、所述信号校验孔(3)转到所述校验位B(5)时理论计数脉冲数累计值为f_B＝m+x×a，其中，a为转角传感器单圈脉冲数，x为方向盘转动圈数；n为校验位A(1)距方向盘中位的脉冲值个数，m为校验位B(5)距方向盘中位的脉冲值个数；

步骤2、判断所述信号校验孔(3)是否转到所述校验位A(1)或校验位B(5)所对应的位置上，若是，则表示相应校验位上产生脉冲信号，并执行步骤3；否则，执行步骤2；

步骤3、采集所述信号校验孔(3)转到所述校验位A(1)或校验位B(5)时的实际计数脉冲值累计值F_A或F_B，并将采集到的实际计数脉冲数累计值F_A与理论计数脉冲数累计值f_A或将采集到的实际计数脉冲数累计值F_B与理论计数脉冲数累计值f_B进行比较，从而得到比较结果；

步骤4、根据所述比较结果，对实际计数脉冲数累计值F_A或F_B进行相应的修正。

3.根据权利要求1所述的校验装置，其特征在于：所述校验位A(1)的上部发射端与校验位B(5)的上部发射端上分别设置不同强度的磁片，从而使得所述校验位A(1)的信号强度与校验位B(5)的强度不同，以区分校验位A(1)和校验位B(5)。

4.根据权利要求2所述的校验方法，其特征在于：所述步骤1中的理论计数脉冲数累计值f_A和f_B是按以下方法确定：

将转角传感器安装在方向盘上，设置方向盘中位时转角传感器脉冲为0，校验位A(1)距方向盘中位n个脉冲值，校验位B(5)距方向盘中位m个脉冲值；

假设转角传感器单圈具有a个脉冲数，且n与m相差a/2；则方向盘距离中位转动x圈时，有f_A＝n+x×a、f_B＝m+x×a。

5.根据权利要求2所述的校验方法，其特征在于：所述步骤4中实际计数脉冲数累计值F_A或F_B是按以下方法修正：

若所述信号校验孔(3)转到所述校验位A，则：

(1)若F_A≠f_A，则令F_A＝f_A；

(2)若F_A＝f_A，则不对F_A进行修正；

若所述信号校验孔(3)转到所述校验位B，则：

(1)若F_B≠f_B，则令F_B＝f_B；

(2)若F_B＝f_B，则不对F_B进行修正。

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