一种方向盘转角测量方法及方向盘转角传感器的制作方法

专利名称：一种方向盘转角测量方法及方向盘转角传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种方向盘转角测量方法、装置及方向盘转角传感器。
背景技术：
方向盘转角传感器是用来测量汽车等交通工具的方向盘转动角度，目前方向盘转角传感器的主流结构如图I所示，与方向盘同步转动的主动齿轮分别与第一测量齿轮和第二测量齿轮相啮合，第一测量齿轮和第二测量齿轮上分别固连有磁环，与第一测量齿轮固连的磁环上设置有第一转角传感器，与第二测量齿轮固连的磁环上设置有第二转角传感器，转角传感器可以为霍尔传感器(Hall)等。当方向盘转动时，主动齿轮同步转动并带动两个测量齿轮转动，转角传感器分别读取对应测量齿轮上磁环磁极的变化角度，从而得到测量齿轮对应的转角传感器读数；然而转角传感器只能读取0至360°范围内的角度，即当测量齿轮的转动角度小于360°时，转角传感器可以精确的读取测量齿轮的转动角度，但当测量齿轮的转动角度大于360°时，转角传感器读取的角度范围也只在0至360°之间，而无法确定测量齿轮所转的圈数。目前主流的方向盘转角的测量方法为基于第一转角传感器与第二转角传感器的读数，将第一测量齿轮和第二测量齿轮所转的圈数作为两未知数，通过各参数间的关系，构建二元不定方程，进而通过求解二元不定方程获得第一测量齿轮和第二测量齿轮所转的圈数，计算出第一测量齿轮和第二测量齿轮的转动角度，然后通过齿轮啮合转动原理计算出方向盘转角。现有主流算法需通过构建二元不定方程进行方向盘转角的测量，算法相对复杂。

发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种方向盘转角测量方法及方向盘转角传感器，以解决现有方向盘转角测量算法相对复杂的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种方向盘转角测量方法，包括计算方向盘转角0随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值A的变化率k，及确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值A的变化周期数；确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值,构建所述方向盘转角0与所述读数差值△的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致；获取所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数，将获取的两当前读数的差值带入所述一次线性分段函数中，计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值；若计算出唯一的方向盘转角值，则将所述唯一的当前方向盘转角值确定为当前方向盘转角；
若计算出多个方向盘转角值，则推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将所述各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。本发明还提供一种方向盘转角传感器，包括主动齿轮，第一测量齿轮，第二测量齿轮，第一转角传感器，第二转角传感器和微控制单兀MCU ；所述MCU包括获取单元，用于获取所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数；变化率计算单元，用于计算方向盘转角e随所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的读数差值A的变化率k ；变化周期数确定单元，用于确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数；函数构建单元，用于确定所述变化周期数确定单元所确定的各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角e与所述读数差值A的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致；第一处理单元，用于将所述获取的第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数的差值带入所述函数构建单元构建的一次线性分段函数中，计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值；第二处理单元，用于在所述第一处理单元计算出唯一的方向盘转角值时，将所述唯一的当前方向盘转角值确定为当前方向盘转角，或在所述第一处理单元计算出多个方向盘转角值时，推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将所述各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。基于上述技术方案，本发明实施例所示方向盘转角测量方法，通过方向盘转角0，与第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值△的线性关系，及所述读数差值△在方向盘转角测量范围内的周期变化性，构建方向盘转角e与所述读数差值A的一次线性分段函数，通过求解一次函数进行简单的算术运算，即可计算出当前方向盘转角。相对于现有通过二元不定方程测量方向盘转角的方法，本发明实施例所提供的方向盘转角测量方法精简了测量算法，提供了算法相对简单的方向盘转角测量方法，使方向盘转角的测量更为简便。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有方向盘转角传感器的主流结构示意图2为本发明实施例一种方向盘转角测量方法的流程3为本发明实施例A与0的一种具体的线性关系图；图4为本发明实施例A与0的另一种具体的线性关系图；图5为本发明实施例一种方向盘转角测量方法的另一流程图；图6为本发明实施例方向盘转角传感器的结构框图；图7为本发明实施例MCU的结构框图；图8为本发明实施例MCU的另一结构框图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。图2为本发明实施例提供的一种方向盘转角测量方法的流程图。参照图2，该方法可以包括步骤步骤S100、计算方向盘转角0随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值A的变化率k，及确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数；为便于描述,本发明实施例设主动齿轮齿数为z,第一测量齿轮齿数为Z1,第二测量齿轮齿数为z2，z2>zi，方向盘转角为9 ,方向盘转角的最大测量值为吣ax，两转角传感器的读数差值为A。由齿轮啮合原理可知主动齿轮与第一测量齿轮的传动比为f，主动齿轮与第二测
量齿轮的传动比为f，则第一测量齿轮减第二测量齿轮的差值为— 方向盘转角 Z2 Z1 Z2
0
0随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值A的变化率k为0丄丄’变换可得
,Z1Z7
=z{z2 - Z1);显然第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值A也可定义为第二转角
传感器读数减第一转角传感器读数，若如此，所得k为可知在Z，Z1, Z2取值确定
且A定义确定的情况下，k为常数，所述读数差值A与方向盘转角0存在一次线性关系。发明人在研究过程中发现，当第一测量齿轮和第二测量齿轮所转圈数相差整数
圈，且两测量齿轮正好又回到原始的机械零位时，方向盘转角为最大测量值0_。设在方向
盘转角为最大值e _时，第一测量齿轮和第二测量齿轮相差的整数圈为n，由于第一测量
齿轮和第二测量齿轮所转圈数相差I圈时，两测量齿轮相对落后的角度为360°，k又为方
^ 一^ , 360nz,z,
向盘转角9随读数差值A的变化率，因此存在关系~max =360i = I-
电-Z1)对于第一测量齿轮和第二测量齿轮相差圈数的确定，可通过分析第一测量齿轮齿数Z1，和第二测量齿轮齿数Z2间的关系得到，可将分子^充分约分简化，使分子和分
母均为整数，则分母值为方向盘转角达到0_时，第一测量齿轮和第二测量齿轮相差的圈数，即分母值为n。具体的，若经约分化简后，分母为1，分子为整数，则可确定在两测量齿轮所转圈数相差I圈时，两测量齿轮正好又回到原始的机械零位，方向盘转角达到最大测量值0_。若经约分化简后，分母为2，分子为整数，则可确定在两测量齿轮所转圈数相差2圈时，两测量齿轮正好又回到原始的机械零位，方向盘转角达到最大测量值0_，若经约分化简后，分母为3，分子为整数，则可确定在两测量齿轮所转圈数相差3圈时，两测量齿轮正好又回到原始的机械零位，以此类推。由于两测量齿轮所转圈数相差I时，其中一个测量齿轮相对另一测量齿轮落后的 角度为360°，且转角传感器只能读取360°范围内的角度，因此在方向盘转角测量范围内，第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值△呈周期性变化，所述读数差值△是方向盘转角Q的周期变化函数。为使方向盘转角测量范围内，读数差值A的周期性变化更为直观，可参照图3和图4。图3为本发明实施例提供的方向盘转角传感器的主动齿轮的齿数为45，第一测量齿轮的齿数为13，第二测量齿轮的齿数为15，方向盘转角最大测量值为1560°时，A与方向盘转角9的线性关系图，由该齿轮齿数可知，方向盘转角达到最大值1560°时，第一测量齿轮和第二测量齿轮所转圈数相差2圈，则两测量齿轮相对落后的角度为2X360°，在方向盘转角测量范围内，读数差值A存在两个变化周期，一个读数差值A对应两个方向盘转角；图4为本发明实施例提供的方向盘传感器的主动齿轮齿数为45，第一测量齿轮齿数为14，第二测量齿轮齿数为15，0_为1680°时，A与方向盘转角0的线性关系图，由该齿轮齿数可知，方向盘转角达到最大值1680°时，第一测量齿轮和第二测量齿轮所转圈数相差I圈，则两测量齿轮相对落后的角度为360°，在方向盘转角测量范围内，读数差值A存在I个变化周期，一个读数差值A对应一个方向盘转角。需要说明的是，图3和图4只是为便于理解本发明而举的例子，其不应成为本发明技术方案的限制。可以确定的是在方向盘转角为最大值0max时，第一测量齿轮和第二测量齿轮相差的整数圈n，与在方向盘转角测量范围内，所述读数差值A的变化周期数一致。步骤S200、确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角e与所述读数差值△的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致；在确定了方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数n后，可确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值后，通过变化率k构建各变化周期对应的方向盘转角e与所述读数差值A的一次线性函数，需要注意的是，A的取值包括负值与正值，因此各变化周期对应的一次线性函数为包括A为正值和负值的分段函数。对于变化周期数为I的情况，所构建的变化周期对应的方向盘转角0与所述读数差值A的分段函数，即为方向盘转角e与所述读数差值A的一次线性分段函数；对于变化周期数大于I的情况，需将各变化周期对应的方向盘转角0与所述读数差值△的分段函数组合起来，组合后的函数即为方向盘转角e与所述读数差值A的一次线性分段函数。步骤S300、获取所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数，将获取的两当前读数的差值带入所述一次线性分段函数中，计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值；
当变化周期数为1，即n = I时，将获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数的差值带入一次线性分段函数，得到方向盘转角值为I个；当变化周期数大于1，即n为大于I的整数时，将所述获取的两当前读数的差值带入一次线性分段函数，得到的方向盘转角值为n个。步骤S400、若计算出唯一的方向盘转角值,则将所述唯一的当前方向盘转角值确定为当前方向盘转角；变化周期为I时，得到的方向盘转角值为I个，则可将该方向盘转角值确定为当前方向盘转角。步骤S500、若计算出多个方向盘转角值，则推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将所述各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。变化周期数n大于I时，得到的方向盘转角值的数量与变化周期数n相同，则需要进行验证，从而寻找到这n个方向盘转角值中正确的一个。具体实现过程可以如下分别推算出这n个方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。符合预定要求的比对结果包括理论读数与当前读数相一致或两者的比对值在允许的误差范围内；从理论而言，只有理论读数与当前读数相一致时，才能将对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角，但实际操作中，由于误差关系造成理论读数与当前读数无法相一致，因此只要理论读数与当前读数的比值在允许的误差范围内，就可将该比对结果对应的方向盘转角确定为当前方向盘转角。步骤S400与步骤S500分别为变化周期为I和大于I时的处理方法，步骤S400与步骤S500之间没有顺序先后的关系。本发明实施例所示方向盘转角测量方法，通过方向盘转角e，与第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值△的线性关系，及所述读数差值△在方向盘转角测量范围内周期变化性，构建方向盘转角9与所述读数差值A的一次线性函数，通过求解一次函数进行简单的算术运算，即可计算出当前方向盘转角。相对于现有通过二元不定方程测量方向盘转角的方法，本发明实施例所提供的方向盘转角测量方法精简了测量算法，提供了算法相对简单的方向盘转角测量方法，使方向盘转角的测量更为简便。下面将对图2所示各步骤的具体实现方式进行详细描述。图2所示步骤S200中构建方向盘转角0与所述读数差值A的一次线性分段函数的具体实现方式可以如下所示
若变化周期数为1，则确定变化周期对应的方向盘转角最小值为0和最大值为0max，构建方向盘转角0与所述读数差值A的一次线性分段函数
权利要求
1.一种方向盘转角测量方法，其特征在于，包括 计算方向盘转角e随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值△的变化率k，及确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数； 确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角9与所述读数差值△的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致； 获取所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数，将获取的两当前读数的差值带入所述一次线性分段函数中，计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值；若计算出唯一的方向盘转角值，则将所述唯一的当前方向盘转角值确定为当前方向盘转角； 若计算出多个方向盘转角值，则推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将所述各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述计算方向盘转角0随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值A的变化率k包括 所述读数差值△定义为所述第一转角传感器读数减所述第二转角传感器读数，所述 , O Z1Z7变化率
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数包括 将分子充分约分简化，使分子和分母均为整数，将分母值确定为所述读数差值A的变化周期数； 八 360m, Z0 设分母值为n，则所述方向盘转角的测量范围为O e_，匕ax =—l^-;zKz2 - zi) 其中，Z为主动齿轮齿数，Z1为第一测量齿轮齿数，Z2为第二测量齿轮齿数，Z2 > Z1,0_为方向盘转角的最大测量值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角9与所述读数差值A的一次线性分段函数包括 当所述n = I时，确定变化周期对应的方向盘转角最小值为0,最大值为Qmax,构建所述方向盘转角9与所述读数差值A的一次线性分段函数^ = kAQ Ax~l； + ^max A^O 当所述n为大于I的整数时，确定第一变化周期对应的方向盘转角最小值为0，最大值为第i变化周期对应的方向盘转角最小值为(^1Mnax ,最大值为i为TlTlTl整数，i = 2，...n，构建所述方向盘转角0与所述读数差值A的一次线性分段函数
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值包括 当所述n = I时，所述获取的两当前读数的差值带入一次线性分段函数
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数具体为 根据公式
7.根据权利要求I至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括 在计算出当前方向盘转角后，依据所述当前方向盘转角，计算第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数，通过所述第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数计算精确的当前方向盘转角。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在计算出当前方向盘转角后，依据所述当前方向盘转角，计算第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数，通过所述第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数计算精确的当前方向盘转角包括根据公式
9.一种方向盘转角传感器，其特征在于，包括主动齿轮，第一测量齿轮，第二测量齿轮，第一转角传感器，第二转角传感器和微控制单兀MCU ； 所述MCU包括获取单元，用于获取所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数； 变化率计算单元，用于计算方向盘转角e随所述第一转角传感器和所述第二转角传感器的读数差值A的变化率k ； 变化周期数确定单元，用于确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值△的变化周期数； 函数构建单元，用于确定所述变化周期数确定单元所确定的各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角e与所述读数差值^的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致； 第一处理单元，用于将所述获取的第一转角传感器和所述第二转角传感器的当前读数的差值带入所述函数构建单元构建的一次线性分段函数中，计算出与所述变化周期数相同数量的方向盘转角值； 第二处理单元，用于在所述第一处理单元计算出唯一的方向盘转角值时，将所述唯一的当前方向盘转角值确定为当前方向盘转角，或在所述第一处理单元计算出多个方向盘转角值时，推算出各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，将所述各方向盘转角值对应的第一转角传感器和第二转角传感器的理论读数，与所述获取的第一转角传感器和第二转角传感器的当前读数进行比对，将符合预定要求的比对结果所对应的方向盘转角值确定为当前方向盘转角。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括 第三处理单元，用于在计算出当前方向盘转角后，依据所述当前方向盘转角，计算第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数，通过所述第一测量齿轮和第二测量齿轮转过的圈数计算精确的当前方向盘转角。
全文摘要
本发明实施例提供一种方向盘转角测量方法及传感器。所述方法包括计算方向盘转角θ随第一转角传感器和第二转角传感器的读数差值Δ的变化率k，及确定在方向盘转角测量范围内，所述读数差值Δ的变化周期数，再确定各变化周期对应的方向盘转角最小值和最大值，构建所述方向盘转角θ与所述读数差值Δ的一次线性分段函数，所述一次线性分段函数的分段函数数量与所述变化周期数一致，从而通过计算得到当前的方向盘转角。本发明所提供的方向盘转角测量方法通过构建一次线性分段函数，进行简单的算术运算即可得到当前方向盘转角，相对于现有通过二元不定方程测量方向盘转角的方法，精简了方向盘转角的测量算法。
文档编号G01B21/22GK102620704SQ20121009368
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者杨轩, 王文平, 程爱明, 黄志群 申请人:北京经纬恒润科技有限公司