CN213008341U - 方向盘转角信号获取装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种方向盘转角信号获取装置，包括：方向盘、转向轴、减速机构、助力转向电机、电机转角传感器、控制单元、中间轴以及齿轮齿条。所述方向盘与所述转向轴的一端连接；所述转向轴的另一端与所述减速机构的输入端连接；所述减速机构的输出端与所述助力转向电机的输入端连接；所述助力转向电机的输出端与所述中间轴的输入端连接。所述电机转角传感器的输入端与所述助力转向电机的输出端连接，所述电机转角传感器用于获取助力转向电机的转角位置；所述控制单元的输入端与所述电机转角传感器的输出端连接，所述控制单元的输出端与所述助力转向电机连接。

Description

方向盘转角信号获取装置

技术领域

本申请涉及电子转向控制系统领域，特别涉及一种方向盘转角信号获取装置。

背景技术

转向系统是汽车重要的系统之一，它关系到汽车的安全性与操作性。转向系统的发展经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统以及电动助力转向系统3个阶段，电动助力转向系统因安全性更高、控制更快等优点，成为汽车电子技术的新的研究热点。方向盘转角的获取是电子转向控制系统的重要环节。通过方向盘转角来判断驾驶员的操作意图，并为电子助力转向系统提供动作依据。现有技术通过给方向盘安装专用的转角传感器获取方向盘转角，此方法不仅增加了系统设备的复杂性，而且显著升高了系统成本。

亟待一种复杂度低，成本更低的电子转向助力装置。

实用新型内容

本申请提供的方向盘转角信号获取装置，取消了方向盘转角传感器，通过使用已有的电机转角位置传感器来获得方向盘转角信号，从而降低了系统复杂性，降低了系统成本。

本申请提供的方向盘转角信号获取装置，包括：方向盘1、转向轴2、减速机构3、助力转向电机4、电机转角传感器5、控制单元6、中间轴7以及齿轮齿条8；

所述方向盘1与所述转向轴2的一端连接；

所述转向轴2的另一端与所述减速机构3的输入端连接；

所述减速机构3的输出端与所述助力转向电机4的输入端连接；

所述助力转向电机4的输出端与所述中间轴7的一端连接；

所述电机转角传感器5的输入端与所述助力转向电机4的输出端连接；

所述控制单元6的输入端与所述电机转角传感器5的输出端连接，所述控制单元6的输出端与所述助力转向电机4连接；

所述中间轴7的另一端与所述齿轮齿条8的输入端连接。

在一个优选例中，所述连接可以包括机械连接、电气连接以及通信连接。

在一个优选例中，所述电机转角传感器5是角度位置传感器A1339。

在一个优选例中，所述方向盘1用于获取转向角度，并将转向角度传递给转向轴。

在一个优选例中，将所述助力转向电机4、所述电机转角传感器5以及所述控制单元6机电一体化集成。

在一个优选例中，所述助力转向电机4是永磁同步电机。

在一个优选例中，所述减速机构3是齿轮齿条减速机构。

在一个优选例中，所述转向轴2用于传递转向角度给所述减速机构3。

在一个优选例中，所述减速机构3用于传递转向角度给所述助力转向电机4。

在一个优选例中，所述电机转角传感器5用于获取助力转向电机4的电机轴的角度值。

与现有技术相比，本申请提供的方向盘转角信号获取装置的有益效果为：

1.本申请提供的方向盘转角信号获取装置取消了一个方向盘转角传感器，降低了系统的系统复杂性和系统成本。

2.本申请提供的方向盘转角信号获取装置采用低功耗芯片传感器，降低了系统的功耗。

3.本申请提供的方向盘转角信号获取装置取消了方向盘转角传感器，从而助力转向系统减少了外部引入模块，进而降低了外部干扰的影响，提高了系统的稳定性。

4.本申请提供的方向盘转角信号获取装置使用的助力转向电机是永磁同步电机，所述助力转向电机具有响应迅速、效率高的优点。

附图说明

图1是根据本申请的方向盘转角信号获取装置结构示意图。

图2是根据本申请中通过电机转角传感器获得方向盘转角位置的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本申请提供的方向盘转角信号获取装置，包括：方向盘1、转向轴2、减速机构3、助力转向电机4、电机转角传感器5、控制单元6、中间轴7以及齿轮齿条8；

所述方向盘1与所述转向轴2的一端连接；

所述转向轴2的另一端与所述减速机构3的输入端连接；

所述减速机构3的输出端与所述助力转向电机4的输入端连接；

所述助力转向电机4的输出端与所述中间轴7的一端连接；

所述电机转角传感器5的输入端与所述助力转向电机4的输出端连接；

所述控制单元6的输入端与所述电机转角传感器5的输出端连接，所述控制单元6的输出端与所述助力转向电机4连接；

所述中间轴7的另一端与所述齿轮齿条8的输入端连接。

所述连接可以包括机械连接、电气连接以及通信连接。

所述电机转角传感器5是角度位置传感器A1339。

所述方向盘1用于获取转向角度，并将转向角度传递给转向轴。

将所述助力转向电机4、所述电机转角传感器5以及所述控制单元6，即为控制器机电一体化集成。

所述助力转向电机4是永磁同步电机。

所述减速机构3是齿轮齿条减速机构。

所述转向轴2用于传递转向角度给所述减速机构3。

所述减速机构3用于传递转向角度给所述助力转向电机4。

所述电机转角传感器5用于获取助力转向电机4的电机轴的角度值。

优选地，所述电机转角传感器5有低功耗模式和正常工作模式，可在上电之后直接读取转子的实际位置，具有12位的角度位置值。同时，所述电机转角传感器5具备电机反馈电压唤醒功能，并且电机反馈唤醒电压可编程，能够在满足系统需求的前提下降低系统低功耗。

图2示出了本实用新型提供的方向盘转角信号获取装置获得方向盘转角位置的流程，下面对本申请提供的方向盘转角信号获取装置的操作方法进行进一步说明：

首先，将系统初始化。

然后，启动电机角度传感器5，其中，所述电机角度传感器5记录助力转向电机4初始化位置并以一定周期(预设时间)，例如每次间隔10ms，检测所述助力转向电机4的电机轴的角度值，控制单元6读取所述角度值，并用上次读取的角度值与本次读取的角度值进行比较，从而确定所述助力转向电机4的电机轴的角度是否发生了变化。

如果所述助力转向电机4的电机轴的角度未发生变化，则不控制所述助力转向电机，重新读取所述助力转向电机4的电机轴的角度。

如果所述助力转向电机4的电机轴的角度发生了变化，此时的流程如下：当操作者转动方向盘1时，方向盘1的转向角度通过转向轴2传递给减速机构3，使得减速机构的输入端转动，进而使所述减速机构的输出端随之转动，带动电机轴转动。此时助力转向电机4未进行助力，该转动受到助力转向电机4内部的阻力作用，从而使所述助力转向电机4的电机轴缓慢地转动。

然后，电机角度传感器5检测到所述助力转向电机4的电机轴的当前角度值变化，控制单元6读取电机转角传感器5检测到的角度值，并计算出所述助力转向电机4的电机轴的角度变化值和角加速度。

若角度变化值为正，且角加速度为正，则判断方向盘正向加速转动。控制单元6控制助力转向电机4进行正向加速助力，控制助力转向电机4正向加速转动。

若角度变化值为正，且角加速度为负，则判断方向盘正向减速转动。控制单元6控制助力转向电机4进行正向减速助力，控制助力转向电机4正向减速转动。

若角度变化值为负，且角加速度为正，则判断方向盘反向加速转动。控制单元6控制助力转向电机4进行反向加速助力，控制助力转向电机4反向加速转动。

若角度变化值为负，且角加速度为负，则判断方向盘反向减速转动。控制单元6控制助力转向电机4进行反向减速助力，控制助力转向电机4反向减速转动。

若角度变化值为正，即角度值增加，则判断方向盘正向转动。控制单元 6控制助力转向电机4进行正向助力，控制助力转向电机4正转。

若角度变化值为负，即角度值减少，则判断方向盘反向转动。控制单元 6控制助力转向电机4进行反向助力，控制助力转向电机4反转。

当控制单元6读取到的角度值达到可转动的极限角度时，控制助力转向电机4为锁死状态，保持控制助力转向电机4不动。

需要注意的是，因为减速机构3的传动比由所述减速机构3的机械特性决定，所述减速机构3的输入端与输出端的角度变化比值是固定的，所以方向盘转向角度与电机转角传感器5检测到的助力转向电机4的转角成固定比例。因此可以通过换算，准确的得出助力转向电机4的电机轴需要转动的角度以及所述助力转向电机4助力的力度，进而省略现有技术中的方向盘转角传感器。

下面概要说明本实用新型的技术方案：

首先，驾驶员通过方向盘1传递转向意图(转向角度),所述方向盘1 通过转向轴2将转动意图传递至减速机构3，所述减速机构3通过机械连接 (物理连接)把转动意图传递至助力转向电机4，此时，电机转角传感器5 检测到助力转向电机4转动，从而检测到电机角度数值的增加或者减少(变化)。

其中，需要说明的是，因为减速机构3的传动比(值)由所述减速机构 3机械特性决定，所以所述减速机构3输入端与输出端的角度变化比值是固定的，进而所述方向盘的转向角度与所述电机转角传感器5获取到的所述助力转向电机4的电机轴的角度变化值成固定比例关系。所以，本申请人通过检测所述助力转向电机4的电机轴的角度变化值就能够获得方向盘的转向角度,进而将现有技术中的方向盘转角传感器省略。

控制单元6读取电机转角传感器5检测到的所述助力转向电机4的电机轴的角度值，并与上一次读取到的角度值进行对比。当读取到的助力转向电机4的电机轴的角度值增加，可以得知驾驶员有正向助力的需求，从而控制助力电机4进行正向助力。当读取的助力转向电机4的电机轴的角度值减小，可以得知驾驶员有反向助力的需求，从而控制助力电机4进行反向助力。

从而，系统得到驾驶员的助力需求信息，并运用获取到的方向盘转角信息(方向盘转动角度值)控制助力转向电机4转动，由于减速机构3的减速比是固定的，所以可以准确的控制所述助力转向电机4的电机轴需要转的角度以及所述助力转向电机4的助力力度。所述助力转向电机4通过减速机构 3带动中间轴7转动，从而带动齿轮齿条8转动，进而实现电子助力功能。

本控制系统通过获取助力转向电机的转角值，并对转角信息的进一步处理，计算获取准确的方向盘转角信息(角度值)，从而获取驾驶员的实际驾驶意图，并基于自动控制原理，以及电机控制算法，控制助力转向电机4，电机通过传动机构把控制意图传递出去，从而实现助力功能，实现了对驾驶员转向意图(转向角度)的精准实现。

本申请提供的方向盘转角信号获取装置运行流程图如附图2所示。本实用新型的实现原理为：上电系统初始，以一定周期，例如10ms，读取电机角度值,用本次角度值与上次角度值进行比较，确定电机角度是否发生了变化。如果角度值增加了，证明方向盘正向转动，需要助力电机进行正向助力，此时控制电机进行正向助力，控制电机进行正转。如果角度减少了，证明方向盘反向转动，需要助力电机进行反向助力，控制电机进行反转。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本申请的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种方向盘转角信号获取装置，其特征在于，包括：方向盘(1)、转向轴(2)、减速机构(3)、助力转向电机(4)、电机转角传感器(5)、控制单元(6)、中间轴(7)以及齿轮齿条(8)；

所述方向盘(1)与所述转向轴(2)的一端连接；

所述转向轴(2)的另一端与所述减速机构(3)的输入端连接；

所述减速机构(3)的输出端与所述助力转向电机(4)的输入端连接；

所述助力转向电机(4)的输出端与所述中间轴(7)的一端连接；

所述电机转角传感器(5)的输入端与所述助力转向电机(4)的输出端连接；

所述控制单元(6)的输入端与所述电机转角传感器(5)的输出端连接，所述控制单元(6)的输出端与所述助力转向电机(4)连接；

所述中间轴(7)的另一端与所述齿轮齿条(8)的输入端连接。

2.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述连接可以包括机械连接、电气连接以及通信连接。

3.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述电机转角传感器(5)是角度位置传感器A1339。

4.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述方向盘(1)用于获取转向角度，并将转向角度传递给转向轴。

5.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，将所述助力转向电机(4)、所述电机转角传感器(5)以及所述控制单元(6)机电一体化集成。

6.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述助力转向电机(4)是永磁同步电机。

7.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述减速机构(3)是齿轮齿条减速机构。

8.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述转向轴(2)用于传递转向角度给所述减速机构(3)。

9.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述减速机构(3)用于传递转向角度给所述助力转向电机(4)。

10.如权利要求1所述的方向盘转角信号获取装置，其特征在于，所述电机转角传感器(5)用于获取助力转向电机(4)的电机轴的角度值。

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