CN112319609A - 一种感知机动车方向机转角的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种感知机动车方向机转角的系统和方法，能够对使用中方向机的角度方向和操控快慢进行检测，本申请包括:强磁体、磁场角度传感器、控制计算单元、通信接口和安装单元；所述安装单元设置有内部齿轮和外部齿轮，所述内部齿轮与所述外部齿轮相互啮合；所述强磁体设置于所述外部齿轮上，沿着所述强磁铁的垂直轴向固定有所述磁场角度传感器；所述控制计算单元与所述磁场角度传感器电性连接，用于获取所述磁场角度传感器的变化并计算所述机动车方向变化的情况；所述通信接口与所述控制计算单元电性连接，用于向接入该通信接口的设备传输所述控制计算单元的输出的结果。

Description

一种感知机动车方向机转角的系统和方法

技术领域

本申请涉及机动车转向传感器领域，具体涉及一种感知机动车方向机转角的系统和方法。

背景技术

在机动车配件中，方向盘转角传感器是车辆稳定性控制系统的一个组成部分，主要安装在方向盘下方的方向柱内，一般通过CAN总线和车载电脑ECU相连，可以分为模拟式方向盘转角传感器和数字式方向盘转角传感器。现有技术中通常使用的方向盘转角传感器采用三个齿轮的机械结构，来测量转角和转过的圈数。大齿轮随方向盘管柱一起转动，两个小齿轮齿数相差1个，与传感器外壳一起固定在车身，不随方向盘转动而转动。两个小齿轮分别采集到随方向盘转动的转角，由于相差一个齿，不同的圈数就会相差特定的角度，通过计算得到方向盘的转角存在误差。

发明内容

本申请提供了一种感知机动车方向机转角的系统和方法，能够精确的对方向机的角度方向和操控快慢进行检测。

本申请实施例第一方面提供了一种感知机动车方向机转角的系统，包括：

强磁体、磁场角度传感器、控制计算单元、通信接口和安装单元；

所述安装单元设置有内部齿轮和外部齿轮，所述内部齿轮与所述外部齿轮相互啮合；

所述强磁体设置于所述外部齿轮上，沿着所述强磁铁的垂直轴向固定有所述磁场角度传感器；

所述控制计算单元与所述磁场角度传感器电性连接，用于获取所述磁场角度传感器的变化并计算所述机动车方向变化的情况；

所述通信接口与所述控制计算单元电性连接，用于向接入该通信接口的设备传输所述控制计算单元的输出的结果；

所述安装单元通过所述内部齿轮连接于机动车方向机的传动轴上，当所述方向盘传动轴发生转动时，所述内部齿轮带动所述外部齿轮以及所述强磁体转动形成转动的磁场，进而与所述磁场角度传感器产生相对位移与角度偏移，所述控制计算单元接收所述磁场角度传感器的变化值并计算机动车方向机的旋转角度和方向，通过所述通信接口将所述控制计算单元的计算结果传输至与所述通信接口连接的第一设备。

可选的，所述内部齿轮为可调节固定位置的开口结构，打开后套接于所述方向盘传动轴上。

可选的，所述通信接口的接口为控制局域网络(Controller Area Network,CAN)总线接口，用于使所述控制计算单元与其他外围设备或单片机进行通信。

可选的，所述磁场角度传感器设置于所述强磁铁的垂直轴向的上方或下方。

可选的，所述通信接口的接口类型为可转换接口类型。

可选的，所述磁场角度传感器具有多个可独立配置的输出级，所述输出方式为同步或异步。

可选的，所述控制计算单元通过配置接口对所述磁场角度传感器进行输出和模式匹配，并设置有非递归型滤波器(Finite Impulse Response，FIR)滤波器功能，用于同步读取所述磁场角度传感器的角度值。

本申请实施例第二方面提供了一种感知机动车方向机转角的方法，包括：

通过磁场角度传感器获取强磁铁形成的磁场随着机动车方向机的传动轴发生转动时的转动角度和速度；

将控制计算单元设置为与所述磁场角度传感器输出方式相匹配的模式，并监测所述磁场角度传感器输出的值；

通过所述控制计算单元对所述磁场角度传感器输出的值进行计算，得出所述方向机转动的角度信息；

通过通信接口将所述方向机转动的角度信息传输至其它外围设备。

可选的，所述将控制计算单元设置为与所述磁场角度传感器输出方式相匹配的模式包括：

所述磁场角度传感器选用单边半字传输协议(Single Edge NibbleTransmission，SENT)输出模式，增加FIR滤波器功能，同步读取角度值模式。

本申请实施例第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时执行前述感知机动车方向机转角的方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

第一方面，当方向机发生转动时带动安装单元上的内部齿轮转动，进而带动安装于内部齿轮上的强磁体转动产生磁场的变化，安装于强磁体垂直轴向上的磁场角度传感器可以精确的感知磁场转动的角度和方向趋势，控制计算单元将磁场转动的角度和方向趋势经过处理计算后转化成精确的方向机转动的角度值；第二方面，磁场角度传感器、控制计算单元和通信接口设置于同一面板上，结构小巧，并且安装单元使得固定方式更灵活方便。

附图说明

图1为本申请中感知机动车方向机转角系统的一个实施例结构示意图；

图2为本申请中感知机动车方向机转角方法的一个实施例流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种感知机动车方向机转角的系统和方法，能够精确的对方向机的转动的角度方向和操控快慢进行检测。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例公开了一种感知机动车方向机转角的系统，包括：

强磁体1、磁场角度传感器2、控制计算单元3、通信接口4和安装单元5；

所述安装单元5设置有内部齿轮501和外部齿轮502，所述内部齿轮501与所述外部齿轮502相互啮合；

所述强磁体1设置于所述外部齿轮502上，沿着所述强磁铁1的垂直轴向固定有所述磁场角度传感器2；

所述控制计算单元3与所述磁场角度传感器2电性连接，用于获取所述磁场角度传感器2的变化并计算所述机动车方向变化的情况；

所述通信接口4与所述控制计算单元3电性连接，用于向接入该通信接口4的设备传输所述控制计算单元3的输出的结果；

所述安装单元5通过所述内部齿轮连接于机动车方向机的传动轴上，当所述方向盘传动轴发生转动时，所述内部齿轮501带动所述外部齿轮502以及所述强磁体1转动形成转动的磁场，进而与所述磁场角度传感器2产生相对位移与角度偏移，所述控制计算单元3接收所述磁场角度传感器2的变化值并计算机动车方向机的旋转角度和方向，通过所述通信接口4将所述控制计算单元3的计算结果传输至与所述通信接口4连接的第一设备。

本申请实施例中，磁场角度传感器2是用来测量角度变化的核心部件，能测量强磁铁1的绝对位置，可以为MLX90374型号或其他能准确测量磁场变化的传感器芯片，具体此处不做限定。

可选的，所述内部齿轮501为可调节固定位置的开口结构，打开后套接于所述方向盘传动轴上。

本实施例中，安装单元5的内部齿轮501为可调节打开的结构，打开后可根据实际情况套接与方向盘传动轴上，随着方向盘传动轴的转动，内部齿轮501可以与方向盘传动轴以同样的角速度转动。

可选的，所述磁场角度传感器2设置于所述强磁铁1的垂直轴向的上方或下方。

当磁铁转动时，由该磁铁形成的磁场也会跟着转动，在本申请实施例中，当内部齿轮501随着方向盘传动轴转动时，带动与之相互啮合的外部齿轮502进行转动，该外部齿轮502又带动其上固定的强磁体1进行转动，进而得到一个转动的磁场，通过测量这个磁场的转动角度和速度就可以得到该方向盘转动的角度和速度，为了能够得到准确的测量值，将磁场角度传感器2固定于该强磁铁1的垂直轴向的上方或下方，取决于该强磁1铁固定于该外部齿轮502的方向。

可选的，所述通信接口4的接口为CAN总线接口，用于使所述控制计算单元3与其他外围设备或单片机进行通信。

在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低功耗、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来，为了能够使这些系统能够进行高速通信，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一，因此本实施例中对外的通信接口使用CAN接口。

可选的，所述通信接口4的接口类型为可转换接口类型。

由于某些设备使用的通信接口类型并不都适用同一种通信接口，因此本实施例中，将通信接口设置为多个接口类型，例如通用异步收发传输接口(UniversalSynchronous Asynchronous Receiver Transmitter，UART)和通用串行接口(UniversalSerial Bus，USB)等等，具体此处不做限定，以使得该系统能够匹配更多型号的设备类型。

可选的，所述磁场角度传感器2具有多个可独立配置的输出级，所述输出方式为同步或异步。

本申请实施例中，由于磁场角度传感器2能感应与该传感器表面平行的磁场，通过选择合适的磁路，感应出旋转范围在0到360度的绝对角度位置，由于磁场间隙变化、温度变化等因素会引起磁场强度变化，因此该磁场角度传感器2设置有独立的输出级以适配外部的温度传感器和信号调节模块等部件，当磁场发送旋转变化时，磁场角度传感器2可配置为脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)或者SENT模式输出，可以是同步的也可以是异步的，通过监测PWM值或都SENT的脉冲周期及数量即可得到对应的角度值。

可选的，所述控制计算单元3通过配置接口对所述磁场角度传感器2进行输出和模式匹配，并设置有FIR滤波器功能，用于同步读取所述磁场角度传感器2的角度值。

由于FIR滤波器具有较高的可靠性和信噪比，因此在本实施例中，通过配置接口可以对磁场角度传感器2进行输出和模式配置，选用SENT输出模式，增加FIR滤波器功能，可同步读取角度值模式。这样能够连续读取SENT数据值，并结合旋转一周的范围标定，将连续的数据值变换成对应的角度值，再加上角度的变化趋势，该控制计算单元3即可确定出旋转的方向，顺时针或逆时针旋转超过一圈后，重新开始计数。

本申请的方法可以应用于机动车终端及其它模拟机动车驾驶终端的设备，对此，本申请不作限定。为方便描述，下面以执行主体为终端为例进行描述。

请参阅图2，本申请中发动机电控信号模拟方法的一个实施例包括：

101、终端通过磁场角度传感器获取强磁铁形成的磁场随着机动车方向机的传动轴发生转动时的转动角度和速度；

为了能够更直接的获知机动车方向机转动的情况，由强磁铁随着方向机转动而产生的磁场的变化，并通过获取该磁场的变化从而计算出方向机的转动情况，因此本申请实施例中，终端通过磁场角度传感器获知该磁场转动时的角度和转动速度。

102、终端将控制计算单元设置为与所述磁场角度传感器输出方式相匹配的模式，并监测所述磁场角度传感器输出的值；

由于磁场角度传感器输出模式有多种，因此在本实施例中，终端在使用控制计算单元接收该磁场角度传感器发送的数据之前需将传输方式设置为该传感器相匹配的模式，并实时接收该传感器发送的数据。

103、终端通过所述控制计算单元对所述磁场角度传感器输出的值进行计算，得出所述方向机转动的角度信息；

终端对步骤102获取的数据进行处理，终端连续接收磁场角度传感器发送的数据值，将连续的数据值变换成对应的角度值，再加上角度的变化趋势，就可以判定出旋转的方向，具体处理计算方式此处不做限定。

104、终端通过通信接口将所述方向机转动的角度信息传输至其它外围设备。

由于该通信接口包含多种类型的接口，当其它设备接入该通信接口并且可建立通信时，在完成步骤103对数据的处理后终端将处理结果发送至该设备。

本申请实施例提供的方法，能够快速精准的测量出方向机的转角，安装方便，计算结果误差小，通信接口为可切换的类型，适用性强。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种感知机动车方向转角的系统，其特征在于，包括：

强磁体、磁场角度传感器、控制计算单元、通信接口和安装单元；

所述安装单元设置有内部齿轮和外部齿轮，所述内部齿轮与所述外部齿轮相互啮合；

所述强磁体设置于所述外部齿轮上，沿着所述强磁铁的垂直轴向固定有所述磁场角度传感器；

所述控制计算单元与所述磁场角度传感器电性连接，用于获取所述磁场角度传感器的变化并计算所述机动车方向变化的情况；

所述通信接口与所述控制计算单元电性连接，用于向接入该通信接口的设备传输所述控制计算单元的输出的结果；

所述安装单元通过所述内部齿轮连接于机动车方向机的传动轴上，当所述方向盘传动轴发生转动时，所述内部齿轮带动所述外部齿轮以及所述强磁体转动形成转动的磁场，进而与所述磁场角度传感器产生相对位移与角度偏移，所述控制计算单元接收所述磁场角度传感器的变化值并计算机动车方向机的旋转角度和方向，通过所述通信接口将所述控制计算单元的计算结果传输至与所述通信接口连接的第一设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内部齿轮为可调节固定位置的开口结构，打开后套接于所述方向盘传动轴上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信接口的接口为CAN总线接口，用于使所述控制计算单元与其他外围设备或单片机进行通信。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场角度传感器设置于所述强磁铁的垂直轴向的上方或下方。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信接口的接口类型为可转换接口类型。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场角度传感器具有多个可独立配置的输出级，所述输出方式为同步或异步。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制计算单元通过配置接口对所述磁场角度传感器进行输出和模式匹配，并设置有FIR滤波器功能，用于同步读取所述磁场角度传感器的角度值。

8.一种感知机动车方向转角的方法，其特征在于，所述方法应用于包括如权利要求1至7中任一项所述的感知机动车方向转角的系统，包括：

通过磁场角度传感器获取强磁铁形成的磁场随着机动车方向机的传动轴发生转动时的转动角度和速度；

将控制计算单元设置为与所述磁场角度传感器输出方式相匹配的模式，并监测所述磁场角度传感器输出的值；

通过所述控制计算单元对所述磁场角度传感器输出的值进行计算，得出所述方向机转动的角度信息；

通过通信接口将所述方向机转动的角度信息传输至其它外围设备。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将控制计算单元设置为与所述磁场角度传感器输出方式相匹配的模式包括：

所述磁场角度传感器选用SENT输出模式，增加FIR滤波器功能，同步读取角度值模式。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时执行如权利要求7至9中任一项所述的方法。

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