CN207773235U - 感测方向盘转向角的转向角感测装置 - Google Patents

感测方向盘转向角的转向角感测装置 Download PDF

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Abstract

根据本实用新型实施例的一种感测方向盘转向角的转向角感测装置，包括：主齿轮，与连接在所述方向盘上的转向轴联动并旋转；以及多个副齿轮，包括磁体，并与所述主齿轮啮合旋转，连接所述主齿轮和所述多个副齿轮的各圆心所获得的三角形的面积为334mm2以上且528mm2以下。

Description

感测方向盘转向角的转向角感测装置
本申请根据2016年11月09日申请的韩国专利申请第10-2016-0148762号为基础主张优先权，该韩国专利申请的全部内容在此引入本申请。
技术领域
本发明涉及转向角感测装置，更具体地，涉及一种感测车辆方向盘转向角的转向角感测装置。
背景技术
通常情况下，在汽车上使用的转向器是一种根据驾驶员的要求转换行驶路线和行驶方向的装置，包括：驾驶员操作的方向盘(Steering wheel)；与所述方向盘进行联动并传递操作力的转向轴(Steering shaft)；以及安装在所述转向轴上，并感测方向盘转向角的转向角感测装置。
其中，使用各向异性磁阻(AMR：Anisotropic Magneto Resistive)传感器的磁性方式被广泛用于转向角感测装置。这种磁性方式通常在连接转向轴的主齿轮上啮合插入有磁体的多个副齿轮后，通过测量多个齿轮旋转所产生的磁场变化，计算方向盘的转向角。
图1是示出现有技术中普通的转向角感测装置的结构示意图。
如图1所示，根据现有技术的普通的转向角感测装置，包括：一个主齿轮110，贯通结合车辆的转向轴(未图示)，与转向轴成一体旋转；第1、第2副齿轮120a、 120b，与主齿轮110啮合并旋转。在第1、第2副齿轮120a、120b上分别结合与第 1、第2副齿轮120a、120b成一体旋转的第1、第2磁体130a、130b，而在第1、第 2副齿轮120a、120b的外侧安装感测第1、第2磁体130a、130b的磁场变化的第1、第2传感器140a、140b。此时，第1、第2传感器140a、140b采用各向异性磁阻 (AMR：Anisotropic Magneto Resistive)传感器。
因此，根据驾驶员对方向盘(未图示)的转动操作，转向轴旋转，则主齿轮110旋转，由此带动第1、第2副齿轮120a、120b以及第1、第2磁体130a、 130b旋转。通过第1、第2传感器140a、140b感测这种第1、第2磁体130a、 130b旋转所产生的磁场变化，将各感测信号发送至运算器150，通过独立的算法计算方向盘的转向角。
发明内容
本发明的发明人发现采用上述磁性方式的转向角感测装置中，主齿轮和两个副齿轮的布置结构会对性能产生很大的影响。
因此，本发明的目的在于提供一种转向角感测装置，通过优化主齿轮和两个副齿轮之间的布置，减少转向角的测量误差率。
课题的解决手段
本发明的一个实施例的感测方向盘转向角的转向角感测装置，包括：主齿轮，与连接在所述方向盘上的转向轴联动并旋转；以及多个副齿轮，包括磁体，并与所述主齿轮啮合并旋转，连接所述主齿轮和所述多个副齿轮的各圆心所获得的三角形的面积为334mm2以上且528mm2以下。
优选地，所述主齿轮和所述多个副齿轮中一个副齿轮之间的中心距为27mm 以上且38mm以下，所述主齿轮和所述多个副齿轮中其他副齿轮之间的中心距为 27.5mm以上且38.5mm以下。
更优选地，所述多个副齿轮之间的中心距为25mm以上且35mm以下。
发明效果
根据本发明一个实施例的转向角感测装置，通过优化主齿轮和两个副齿轮的布置，减少方向盘转向角的测量误差率。
根据本发明一个实施例的转向角感测装置可以提高汽车驾驶员对方向盘的操作准确性。
附图说明
图1是示出现有技术中普通的转向角感测装置的结构示意图。
图2是示出本发明实施例中转向角感测装置的主齿轮和两个副齿轮的啮合结构的图。
图3是示出本发明实施例中啮合的两个齿轮之间的中心距的图。
图4是示出本发明实施例中转向角感测装置的测试环境的图。
图5是表2的曲线图。
附图标记
210 主齿轮
230、240 副齿轮
211、231 节距圆
410 马达
420 编码器
430 转向角感测装置
440 运算器
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的上述目的、特征及优点，使其更加清楚，基于此，本领域技术人员能够容易实施本发明的技术思想。此外，在描述本发明的过程中，如果与本发明相关公知技术的具体说明对本发明的要点造成不必要的混淆时，则省略其详细描述。下面将结合附图，对本发明优选实施例进行清楚、完整的描述。
图2是示出本发明实施例中转向角感测装置的主齿轮210和两个副齿轮230、 240的啮合结构的图。一个实施例中，为了保证稳定的感测功能，两个副齿轮230、 240采用对称的布置结构。在各副齿轮230、240的上部的内侧设置磁体。此外，在各副齿轮230、240的外侧，优选地，磁性传感器设置为与各副齿轮230、240 的磁体相对，且在垂直方向上与磁体保持一定的距离。当主齿轮210随着转向轴的旋转而旋转时，与主齿轮210啮合的两个副齿轮230、240也一同旋转，此时，通过磁性传感器感测两个副齿轮230、240的磁体的磁场变化。
通常，啮合并一起旋转的两个齿轮的尺寸越大，越增加齿隙(backlash)，导致大大降低啮合率。齿隙是两个齿轮啮合时，两个齿的齿面之间产生的缝隙。因此，加大转向角感测装置的主齿轮210和两个副齿轮230、240的尺寸时，随着啮合率下降导致转向角的测量误差率增加。为了减少齿隙并提高啮合率，本发明的发明人尝试缩小主齿轮210和两个副齿轮230、240的尺寸。但是发现仍然不能有效地降低转向角的测量误差率。本发明发明人认为这是因为缩小主齿轮210 和两个副齿轮230、240的尺寸时，两个副齿轮230、240之间的距离变小，所以设置在各副齿轮230、240上的磁体之间产生磁场干扰，导致转向角的测量值出现错误。因此发明人还尝试不调整主齿轮210与副齿轮230、240的尺寸，而增加副齿轮230、240之间的距离，但发现转向角的测量误差率并不一定成比例下降。通过不懈的努力，发明人发现各齿轮210、230、240的尺寸和设置磁体的两个副齿轮230、240之间的距离对误差率产生综合影响。即，连接齿轮210、230、240 的圆心所获得的三角形的面积对误差率产生直接影响。
如图2所示，通过以下公式1计算连接齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A：
[公式1]
其中，
R1为主齿轮210和副齿轮230之间的中心距，R2为主齿轮210和副齿轮240之间的中心距，L为两个副齿轮230、240之间的中心距。
图3为示出本发明实施例中啮合的两个齿轮之间的中心距的图，表示主齿轮 210与副齿轮230之间的中心距。如图3所示，主齿轮210和副齿轮230之间的中心距是：主齿轮210的节距圆(pitch circle)211的半径r1、副齿轮230的节距圆231 的半径r2、两个节距圆211、231之间最短距离d的总和。主齿轮210和副齿轮240 之间的中心距计算方式也相同。
由此，连接转向角感测装置的三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积大A为334mm2以上且528mm2以下时，可以有效地降低转向角的测量误差率。此时，优选地，主齿轮210和副齿轮230之间的中心距R1为27mm以上且 38mm以下。优选地，主齿轮210和副齿轮240之间的中心距R2为27.5mm以上且 38.5mm以下。优选地，副齿轮230和副齿轮240之间的中心距L为25mm以上且 35mm以下。
下面说明根据连接三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A，对转向角感测装置的性能进行试验的试验结果。
制作样品
首先，对连接三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A，准备10个不同的转向角感测装置。10个转向角感测装置各自的齿轮210、230、240 之间的中心距和连接齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A，如表 1所示。
分类 R1(mm) R2(mm) L(mm) A(mm2)
比较例1 24 24.5 24 253
比较例2 25 25.5 27 288
比较例3 26 26.5 32 333
实施例1 27 27.5 29 334
实施例2 28 28.5 35 388
实施例3 37 37.5 25 439
实施例4 38 38.5 30 528
比较例4 39 39.5 29 529
比较例5 40 40.5 36 648
比较例6 41 41.5 38 696
表1
如表1所示，从第一行到最后一行，三角形的面积A在增加。比较例1～比较例3中，连接三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A为不满 334mm2。实施例1～实施例4中，连接三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A为334mm2以上且528mm2以下。比较例4～比较例6中，连接三个齿轮 210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A为超过528mm2。
性能测量
采用转向角传感器(SAS：Steering Angle Sensor)的性能测试仪 (PerformanceTester)进行性能测量。图4为示出本发明实施例中转向角感测装置的测试环境的图。如图4所示，将转向角感测装置430固定连接在马达410的旋转轴的一端，在该旋转轴的另一端固定连接编码器(encoder)420。其中，马达410旋转轴起到汽车转向轴的作用，转速为100rpm。运算器440使用转向角感测装置430的输出值和从编码器420的接收的输出值，计算三个参数。三个参数分别为非线性(Non-linearity)、滞后(Hysteresis)、误差带(Error band)。运算器440针对表1中每个转向角感测装置，以10ms为单位接收4～5秒内的输出值，计算上述三个参数的最大值(max)和最小值(min)。
误差带是指在旋转轴的实际旋转角度和转向角感测装置430中测量的旋转角度之间的差值。在本实施例中，是编码器420的输出值和转向角感测装置430 的输出值之间的差值。
非线性是指转向角感测装置430对旋转角度进行什么程度的线性测量的值。是转向角感测装置430测量的各值的趋势线和各测量的值之间的差值。
滞后是指在一个点，即，在特定旋转角度中可发生的最大误差范围。
上述三个参数越接近0，其产品的可靠性越高。
具体地，表1中的10个转向角感测装置的上述三个参数值，如表2所示。图5 为表2的曲线图。
表2
如表1、表2及图5所示，比较例1～比较例6中，非线性的最小值为-0.71以下，最大值为0.77以上。与此相反，在实施例1～实施例4中，非线性的最小值为-0.47 以上，最大值为0.45以下，相比比较例更接近于0。此外，通过比较比较例1～比较例3与实施例1可知，面积A达到334mm2以上的瞬间，非线性的最小值和最大值急剧地接近于0。此外，通过比较比较例4～比较例6与实施例4可知，面积A超过528mm2的瞬间，非线性的最小值和最大值急剧地远离0。
对于滞后，比较例1～比较例6中，滞后的最小值为0.71以上，最大值为1.41 以上。与此相反，实施例1～实施例4中，滞后的最小值为0.39以下，最大值为1.06 以下，相比比较例更接近于0。此外，通过比较比较例1～比较例3与实施例1可知，面积A达到334mm2以上的瞬间，滞后的最小值和最大值急剧地接近于0。此外，通过比较比较例4～比较例6与实施例4可知，面积A超过528mm2的瞬间，滞后的最小值和最大值急剧地远离0。
对于误差带，比较例1～比较例6中，误差带的最小值为-0.82以下，最大值为0.89以上。与此相反，实施例1～实施例4中，误差带的最小值为-0.5以上，最大值为0.52以下，相比比较例更接近于0。此外，通过比较比较例1～比较例3与实施例1可知，面积A达到334mm2以上的瞬间，误差带的最小值和最大值急剧地接近于0。此外，通过比较比较例4～比较例6与实施例4可知，面积A超过528mm2的瞬间，误差带的最小值和最大值急剧地远离0。
由此可知，连接转向角感测装置的三个齿轮210、230、240的圆心所获得的三角形的面积A为334mm2以上且528mm2以下时为最优，即最佳模式。此时，参照表1可知，优选地，主齿轮210和副齿轮230之间的中心距R1为27mm以上且38mm以下。此外，优选地，主齿轮210和副齿轮240之间的中心距R2为27.5mm 以上且38.5mm以下。此外，优选地，副齿轮230与副齿轮240之间的中心距L为 25mm以上且35mm以下。
本发明包括很多特征，但是这些特征并不限制本发明的范围或者权利要求书的范围。此外，本发明的各个实施例中描述的各个特征可以被组合且在一个实施例中得到实现。与此相反，本发明的一个实施例中描述的各个特征可以在各种实施例中得到单独实现或者以适当地方式组合得到实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于上述的实施例和附图，本领域的技术人员在不脱离本发明的技术思想的范围内进行的各种置换、变形和变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种感测方向盘转向角的转向角感测装置，其特征在于，包括：
主齿轮，与连接在所述方向盘上的转向轴联动并旋转；以及
多个副齿轮，包含磁体，并与所述主齿轮啮合旋转，
连接所述主齿轮和所述多个副齿轮的各圆心所获得的三角形的面积为334mm2以上且528mm2以下。
2.根据权利要求1所述的感测方向盘转向角的转向角感测装置，其特征在于，
所述主齿轮和所述多个副齿轮中一个副齿轮之间的中心距为27mm以上且38mm以下，
所述主齿轮和所述多个副齿轮中其他副齿轮之间的中心距为27.5mm以上且38.5mm以下。
3.根据权利要求2所述的感测方向盘转向角的转向角感测装置，其特征在于，
所述多个副齿轮之间的中心距为25mm以上且35mm以下。
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