汽车方向盘转角传感器系统设计及算法研究

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1、图1转角传感器实物图汽车方向盘转角传感器系统设计及算法研究王俊，杨胜兵，过学迅（武汉理工大学汽车学院，湖北武汉430070）摘要：通过对角度传感器的结构及对其工作原理作深入研究，并将其运用于方向盘的绝对角度传感器中，该系统成本低、抗干扰性能好、测量精确高，是一款较理想的非接触式方向盘转角传感器。由于该传感器能够检测出精确的方向盘绝对位置角度值，故为助力转向系统及车身电子稳定系统的开发有很大帮助。关键词：绝对角度；抗干扰性；转角传感器中图分类号：TP212.9;U463.46文献标志码：A文章编号：1008-5483(2011)01-0019-03De

2、signandAlgorithmResearchofAngleSensorforVehicleSteeringWheelWangJun，YangShengbing，GuoXuexun（SchoolofAutomobileEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China）Abstract：Thestructureoftheanglesensoranditsworkingprinciplewereanalyzedandappliedtonon-contactanglesensorofthe

3、steeringwheel.Sincethesensorcandetecttheabsolutepositionofthesteeringwheelanglevalue,itishelpfultodevelopmentofthepowersteeringsystemandelectronicstabilitysystem.Keywords：absoluteangle;anti-jamming;anglesensor汽车电控技术进步推动了汽车传感器技术的发展，其中电动助力转向系统和电子稳定系统是当前汽车电控技术的热点，而在控制过程中方向盘转角传感器则是

4、其最重要的部分［1］。通过计算方向盘转角的位置和转角变化速率来预测驾驶员的操作意图，从而为ESP或EPS控制单元提供控制动作的依据。传统的方向盘转角传感器基于多种原理，如光电效应、霍尔效应、电阻分压效应等。根据原始向管柱固定连接，大齿圈与2个小齿轮通过齿轮啮合。方向盘一般都能绕一个方向转3圈，为了得到精确的绝对角度这里采用齿数分别为26和28的小齿轮，而大齿轮齿数为42这样就能得到2个频率不同的锯齿波，为后面差值运算做了前提条件。转角传感器示意图如图2所示。信号编／解码方式的不同，转角传感器可以分为绝对值转角传感器和相对值转角传感器。这些传感器普遍存

5、在测量精度不高、抗干扰性能差等缺点，且结构复杂，成本也较高［2］。转角传感器系统结构1转角传感器（图1）的大齿圈内部与方向盘转收稿日期：2011-01-2020V3=V0arctan（V1/V2）式中：V1—AS5043在X轴方向上得到的正弦磁场分量所产生的电压值；V2—AS5043在Y轴方向上得到的正弦磁场分量所产生的电压值；V0—电压的震荡幅值；V3—计算的电压值，每一个电压值在一个0~180°范围内对应唯一的一个角度值，这样也就可以计算其相对转角。但在方向盘中应用存在一些问题。如方向盘单向需要最大为1080°的转角，如果光靠程序区计算入到达18

6、0°自动加1×180°，一旦程序运行不稳就会出现很大问题，而且这样的1—磁钢；2，3—从动齿轮；4—霍尔传感器；5—主动齿轮；算法也难以处理，故仅适合小角度转角的系统。6—电路板；7—CPU控制单元；8—转向管柱图2转角传感器示意图2角度传感器工作原理分析图3显示了小磁缸在垂直方向的磁场分布情况，小磁缸分为N与S其分布如图3所示，而S极为向外发射磁场，N向内吸收磁力线所以在其垂直方向形成如此磁场分布，然后将AS5043的角度传感器放置于距磁钢的2mm左右，将其小磁钢放置于齿轮中心，每当小齿轮带着小磁钢旋转一周，在角度传感器上就会产生2列相隔90°相位

7、的正弦波，做运算就能得到其相对角度值。其中AS5043是一种非接触式磁性角度编码器，测量范围高达360°的角度范围它可提供数字式10位输出以及一图4角度传感器算法分析图个可编程模拟输出，输出与在芯片上力作旋转运动为解决扩大角度监测范围，采用双磁轮及双角的磁铁的角度存在正比例关系模拟输出可通过多度传感器，产生的锯齿波进行差值运算，如图5，2种方式配置，包括用户可编程角度范围、可调节电列差值波形其频率不同，振幅相同。压或电流输出。［3］典型为6mm直径磁铁轴线R1图5双角度传感器信号输出垂直磁场分量2个频率不同的锯齿波做差值运算后得到如图6所示，很明显其

8、转角的绝对角度值能很大范围的监测角度，然后编写算法处理其产生突变的位R1同心圆周：半径1.1mm图3磁钢的磁