CN201522288U - 旋转体多圈绝对角度测量装置 - Google Patents

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    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种角度测量装置，尤其是一种用于检测旋转体多圈绝对角度测量装置。具有与旋转体相连的主齿轮和与主齿轮啮合的第一随动齿轮和第二随动齿轮；在第一随动齿轮和第二随动齿轮中内嵌有产生磁场的磁铁，在第一随动齿轮和第二随动齿轮的上方设置有用于探测磁场方向变化的巨磁阻芯片。本实用新型结构简单，测量方便快捷，并且具有较强的纠错能力。

Description

旋转体多圈绝对角度测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种角度测量装置，尤其是一种用于检测旋转体多圈绝对角度测量装置。
背景技术
随着工业的发展，很多情况下需要检测旋转体多圈绝对转角度数。尤其是汽车领域，近年来随着汽车电子的发展，车辆电子稳定系统(VDC)，电子助力转向(EPS)，弯道辅助照明系统(AFS)等的普及率越来越高，而这些系统都依赖方向盘转动角度信号来工作，方向盘转角信号即为多圈的绝对转动角度。
对于转动角度的测量，目前已经有很多方法，工作原理也各不相同。按输出信号类型，可以分为绝对、相对两种角度测量方式。相对角度测量是指对信号的零点无记忆功能，不能得到当前旋转体的绝对角度信息，需要额外的电控单元使用算法配合才能使用该角度信息。绝对角度测量则是在零点标定后直接输出当前角度。
按原理的不同，有光电式、霍尔效应式、磁阻效应式、电阻分压式等角度测量方式。
科世达公司公司的转角测量采用光电测量原理，其测量精度为1.5°，该方法的缺点是电池掉电以后需要重新校准，同时光电测量的一个很大的缺点是光孔失效难以控制。
德尔福公司的转角测量采用霍尔式原理，其测量精度为0.7°…1.5°。该方法在电池掉电后也无法识别当前的角度状态，故也需要在掉电后重新校准。
而本实用新型是结合巨磁阻芯片可以记忆当前小齿轮角度和齿轮组绝对角度测量两部分内容，可以根据记忆的小齿轮的当前角度及其关系推断出大齿轮的当前绝对角度。
发明内容
为了克服上述各种转角测量存在的不足，本实用新型提供了一种基于巨磁阻效应来检测旋转体多圈绝对角度测量装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种旋转体多圈绝对角度测量装置，具有与旋转体相连的主齿轮和与主齿轮啮合的第一随动齿轮和第二随动齿轮；在第一随动齿轮和第二随动齿轮中内嵌有产生磁场的磁铁，在第一随动齿轮和第二随动齿轮的上方设置有用于探测磁场方向变化的巨磁阻芯片。所述第一随动齿轮和第二随动齿轮的齿数不同：主齿轮与第一随动齿轮的齿数比为3～5，与第二随动齿轮的齿数比为2～3。所述巨磁阻芯片距离磁铁距离不超过2mm。
基于此装置设计的方向盘转角传感器可以满足汽车方向盘4圈角度测量范围要求，输出角度分辨率可以达到0.1度，满足车辆电子稳定系统(VDC)，电子助力转向(EPS)，弯道辅助照明系统(AFS)等系统的使用要求。此装置输出的为绝对转角，方向盘零点位置为机械记忆，传感器掉电下次上电后仍可以记忆，无需辅助系统计算或存储零点位置。
本实用新型借助基于巨磁阻效应(GMR)的角度探测芯片测量单圈角度。该芯片将四个巨磁电阻(GMR)构成惠更斯电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型主齿轮与两随动齿轮啮合俯视图。
图2是本实用新型立体图。
图3是主齿轮与随动齿轮多圈转角关系图。其中横轴代表主齿轮的旋转角度，而纵轴代表随动齿轮的实际旋转角度。两个直线代表了主动齿轮与两个随动齿轮之间的角度关系。
图中：1主齿轮，2旋转体，3第一随动齿轮，4第二随动齿轮，5磁铁，6巨磁阻效应芯片。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种旋转体多圈绝对角度测量装置，具有与旋转体2相连的主齿轮1和与主齿轮1啮合的第一随动齿轮3和第二随动齿轮4；在第一随动齿轮3和第二随动齿轮4中内嵌有产生磁场的磁铁5，在第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的上方设置有用于探测磁场方向变化的巨磁阻芯片6，巨磁阻芯片6距离磁铁5距离不超过2mm。所述第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的齿数不同：主齿轮1与第一随动齿轮3的齿数比为3～5，与第二随动齿轮4的齿数比为2～3。
本实用新型中共使用了3个齿轮来完成多圈转角测量，主齿轮1由旋转体2(方向盘管柱)驱动或者与组合开关集成为一体由时钟弹簧驱动旋转。第一随动齿轮3和第二随动齿轮4与主齿轮1啮合，随主齿轮1转动而转动。第一随动齿轮3和第二随动齿轮4齿数不同，因而转速不同。使得主齿轮1转动1圈，第一随动齿轮3和第二随动齿轮4各转动3或4圈(取决于传动比)。
在第一随动齿轮3和第二随动齿轮4中各封塑一个磁铁5，磁铁5随着第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的旋转而旋转，磁场方向的变化反映在巨磁阻效应芯片6上，其输出角度值发生变化，变化范围0～360度。此角度即是第一随动齿轮3和第二随动齿轮4转动的角度。如果在主齿轮1测量范围内，第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的角度排列组合从不重复，则可以实现齿轮1的多圈测量。
本实用新型可以实现主齿轮1在1440°转角范围内的精确测量。在主齿轮1旋转1440°范围内，按传动比可以计算出第一随动齿轮3和第二随动齿轮4旋转的度数，按此特性可绘制出图3，横轴为主齿轮1转动多圈角度，纵轴为第一随动齿轮3和第二随动齿轮4转动多圈角度。因该磁场检测芯片只能探测0～360°单圈转角，将第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的角度按360°计算，可以得到主齿轮1转动多圈角度，第一随动齿轮3和第二随动齿轮4按360°计算的转动角度关系。在本实用新型描述得齿轮比范围内，角度输出分辨率可高达0.1°，内部小齿轮角度测量精度更高。
通过软件将当前第一随动齿轮3和第二随动齿轮4得到的角度组合通过数学公式转换就可以得出主齿轮1角度。将其设定为零点，即将此时主齿轮1的角度作为偏移量并存储起来，下一时刻得到的角度减去此偏移量即可得到转动的角度。即使系统掉电后，下次上电可以通过当前第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的组合减去存储的偏移量得到当前角度。这时系统输出的即为绝对转动角度。系统使用者可以在安装结束后进行零点确认，在系统生命历程中，无需进行再次零点确认，直至系统重新被安装。
本实用新型具有很强的错误判断能力，当来自第一随动齿轮3和第二随动齿轮4的角度组合不在对应曲线允许的范围之内时，可以得知系统内部存在错误，因此该测量方法具有纠错能力。

Claims (4)

1.一种旋转体多圈绝对角度测量装置，其特征是：具有与旋转体(2)相连的主齿轮(1)和与主齿轮(1)啮合的第一随动齿轮(3)和第二随动齿轮(4)；在第一随动齿轮(3)和第二随动齿轮(4)中内嵌有产生磁场的磁铁(5)，在第一随动齿轮(3)和第二随动齿轮(4)的上方设置有用于探测磁场方向变化的巨磁阻芯片(6)。
2.根据权利要求1所述的旋转体多圈绝对角度测量装置，其特征是：所述第一随动齿轮(3)和第二随动齿轮(4)的齿数不同。
3.根据权利要求2所述的旋转体多圈绝对角度测量装置，其特征是：所述主齿轮(1)与第一随动齿轮(3)的齿数比为3～5，与第二随动齿轮(4)的齿数比为2～3。
4.根据权利要求1所述的旋转体多圈绝对角度测量装置，其特征是：所述巨磁阻芯片(6)距离磁铁(5)距离不超过2mm。
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