CN113104112A - 一种转向角度传感器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向角度传感器及其测量方法，包括主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮、控制模块、第一霍尔角度芯片、第二霍尔角度芯片和通信模块，第一副齿轮的中间和第二副齿轮的中间均内嵌有磁铁。控制模块分别与通信模块、第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片相连，第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片的测量方向分别对准第一副齿轮和第二副齿轮上的磁铁。第一副齿轮和第二副齿轮分别与主齿轮啮合连接，主齿轮为一环形且套接在车辆的转向轴上。本发明获取第一副齿轮和第二副齿轮的转动角度差，计算得到转向轴转动的角度并上传至远程控制平台，适用于车辆的无人驾驶改装设计，可在线获取车辆的转向角度，可作为远程线控车辆转向的数据依据。

Description

一种转向角度传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种转向角度传感器及其测量方法。

背景技术

线控转向在无人驾驶***中是不可缺少的一部分。车辆若要实现无人驾驶，则必须要实现对转向***的线控控制。进而，转向***实现线控控制就需要对转向角度传感器进行改造设计，使得其在保证稳定性和可靠性的同时，能够适用于线控控制的转向***。然而，现有的转向角度传感器的设计都是根据车型匹配制造的，其直接输出原始的角度数据，难以和一些线控***结合实现无人驾驶的线控转向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种转向角度传感器及其测量方法，能够匹配多数无人驾驶线控***，实现对转向角度的实时获取。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种转向角度传感器，包括主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮、控制模块、第一霍尔角度芯片、第二霍尔角度芯片和用于与远程控制平台通信的通信模块，所述第一副齿轮的中间和所述第二副齿轮的中间均内嵌有磁铁；

所述控制模块分别与所述通信模块、所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片相连，所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片的测量方向分别对准所述第一副齿轮和所述第二副齿轮上的磁铁；

所述第一副齿轮和所述第二副齿轮分别与所述主齿轮啮合连接，所述主齿轮为一环形且套接在车辆的转向轴上，所述第一副齿轮和所述第二副齿轮的齿数不同。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：

一种转向角度传感器的测量方法，应用于上述的一种转向角度传感器，包括如下步骤：

S1、分别获取第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片测量的第一副齿轮转动产生的第一角度数据和第二副齿轮转动产生的第二角度数据；

S2、根据所述第一副齿轮的齿数、所述第二副齿轮的齿数、主齿轮的齿数、所述第一角度数据和所述第二角度数据得到所述主齿轮转动的第三角度数据；

S3、通过通信模块将所述第三角度数据发送至远程控制平台。

综上所述，本发明的有益效果在于：提供一种转向角度传感器及其测量方法，在车辆的转向轴上套接了主齿轮，使其跟着转向轴一起转动。主齿轮的转动带动第一副齿轮和第二副齿轮一起转动，从而形成第一副齿轮和第二副齿轮的转动角度差，即各自内部的磁铁的磁场变化差异。控制模块通过第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片分别获取到第一副齿轮和第二副齿轮上的磁场变化并对应转换成第一副齿轮转动角度和第二副齿轮的转动角度，并结合主齿轮、第一副齿轮和第二副齿轮各自的齿数来得到主齿轮的转动的第三角度数据，也就是方向盘的转向轴转动的角度数据，从而完成对转向轴转动角度的测量，并上传至远程控制平台。本发明适用于一般的车辆的无人驾驶改装设计，实现在线获取车辆的转向角度数据，可作为远程线控***控制车辆转向的数据依据。

附图说明

图1为本发明实施例的一种转向角度传感器的***框图；

图2为本发明实施例的一种转向角度传感器的整体结构示意图；

图3为本发明实施例的一种转向角度传感器未包含主齿轮、第一副齿轮和第二副齿轮的部分结构示意图；

图4为本发明实施例的一种转向角度传感器的安装位置示意图；

图5为本发明实施例的一种转向角度传感器的齿轮转动角度变化折线图；

图6为本发明实施例的一种转向角度传感器的测量方法的测量步骤示意图；

图7为本发明实施例的一种转向角度传感器的第一副齿轮与第二幅齿轮的转动角度差与转向轴转动角度的线性关系示意图。

标号说明：

1、主齿轮；2、第一副齿轮；3、第二副齿轮；4、控制模块；5、第一霍尔角度芯片；6、第二霍尔角度芯片；7、通信模块；8、磁铁；9、转向轴；10、电路板；11、存储单元；12、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图5，一种转向角度传感器，包括主齿轮1、第一副齿轮2、第二副齿轮3、控制模块4、第一霍尔角度芯片5、第二霍尔角度芯片6和用于与远程控制平台通信的通信模块7，所述第一副齿轮2的中间和所述第二副齿轮3的中间均内嵌有磁铁8；

所述控制模块4分别与所述通信模块7、所述第一霍尔角度芯片5和所述第二霍尔角度芯片6相连，所述第一霍尔角度芯片5和所述第二霍尔角度芯片6的测量方向分别对准所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3上的磁铁8；

所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3分别与所述主齿轮1啮合连接，所述主齿轮1为一环形且套接在车辆的转向轴9上，所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3的齿数不同。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种转向角度传感器，在车辆的转向轴9上套接了主齿轮1，使其跟着转向轴9一起转动。主齿轮1的转动带动第一副齿轮2和第二副齿轮3一起转动，由于第一副齿轮2和第二副齿轮3齿数不同而形成第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差，即各自内部的磁铁8的磁场变化差异。控制模块4通过第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6分别获取到第一副齿轮2和第二副齿轮3上的磁场变化并对应转换成第一副齿轮2转动角度和第二副齿轮3的转动角度，再根据第一副齿轮2和第二副齿轮3转动的角度差变化得到主齿轮1的转动角度，也就是车辆的转动角度。本发明适用于一般的车辆的无人驾驶改装设计，实现在线获取车辆的转向角度数据，可作为远程线控***控制车辆转向的数据依据。

进一步地，所述第一副齿轮2的齿数和所述第二副齿轮3的齿数的最小公倍数大于或等于所述主齿轮1的齿数的2.5倍。

从上述描述可知，第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的最小公倍数相比于主齿轮1的齿数越大，也就是说在转动时，第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差在360°内的变化周期越长，对应主齿轮1需要转动的角度越大。当第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的最小公倍数大于主齿轮1的齿数的2.5倍时，也就是主齿轮1需要至少转动2.5个360°，即900°。900°为大部分车辆的方向盘往左或往右的可转动角度范围大小，从而使得本发明的转向角度传感器能够适应大部分车辆的转向角度要求，以提高适用范围。

进一步地，所述主齿轮1的齿数为78，所述第一副齿轮2的齿数为33，所述第二副齿轮3的齿数为30。

从上述描述可知，上述为本申请的主齿轮1、第一副齿轮2和第二副齿轮3的具体齿数设计。第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的最小公倍数为330，也就是约为78的4.23倍。因此，控制模块4能够测得的主齿轮1的最大转动角度约为1523°从而使得本发明的转向角度传感器能够适应绝大部分车辆的转向角度要求，以进一步提高适用范围。

进一步地，所述主齿轮1、所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3的模数均为0.5。

从上述描述可知，主齿轮1、第一副齿轮2和第二副齿轮3的齿的大小均为模数0.5所对应的大小。

进一步地，还包括电路板10；

所述电路板10设置于所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3所在的平面的一侧且与所述平面平行，所述控制模块4、所述第一霍尔角度芯片5、所述第二霍尔角度芯片6和所述通信模块7均设置于所述电路板10上，所述第一霍尔角度芯片5和所述第二霍尔角度芯片6的位置分别与所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3上的磁铁8相对应。

从上述描述可知，控制模块4、所述第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6等部件集成设置在一个电路板10上。使用时，安装人员只需将电路板10安装到转向轴9附近位置并使得第一副齿轮2和第二副齿轮3同时与主齿轮1啮合即可。

进一步地，所述控制模块4包括存储单元11和处理器12；

所述处理器12分别与所述存储单元11、所述通信模块7、所述第一霍尔角度芯片5和所述第二霍尔角度芯片6相连。

从上述描述可知，由处理器12获取第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6上的数据并根据所获取的数据进行实时计算，以实时获取车辆的转向角度数据。

请参照图5至图7，一种转向角度传感器的测量方法，应用于上述的一种转向角度传感器，包括如下步骤：

S1、分别获取第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6测量的第一副齿轮2转动产生的第一角度数据和第二副齿轮3转动产生的第二角度数据；

S2、根据所述第一副齿轮2的齿数、所述第二副齿轮3的齿数、主齿轮1的齿数、所述第一角度数据和所述第二角度数据得到所述主齿轮1转动的第三角度数据；

S3、通过通信模块7将所述第三角度数据发送至远程控制平台。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种转向角度传感器的测量方法，获取第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6采集的第一副齿轮2和第二副齿轮3上的磁场变化的数据，再对应转换成第一副齿轮2转动角度和第二副齿轮3的转动角度，并结合主齿轮1、第一副齿轮2和第二副齿轮3各自的齿数来得到主齿轮1的转动的第三角度数据，也就是方向盘的转向轴9转动的角度数据，从而完成对转向轴9转动角度的测量，并上传至远程控制平台。本发明适用于一般的车辆的无人驾驶改装设计，实现在线获取车辆的转向角度数据，可作为远程线控***控制车辆转向的数据依据。

进一步地，所述步骤S2具体为：

S21、将所述第一副齿轮2的齿数和所述第二副齿轮3的齿数的公倍数除以所述主齿轮1的齿数的结果乘以360°，得到最大测量角度；

S22、设置转向轴9转动的最左位置、中间位置以及最右位置，其中，所述最左位置和所述最右位置之间的角度差等于所述最大测量角度，计算转向轴9在所述最左位置和所述最右位置之间转动的角度与所述第一副齿轮2和所述第二副齿轮3的转动角度差的线性关系；

S23、根据所述线性关系、所述第一角度数据和所述第二角度数据得到所述主齿轮1转动的第三角度数据。

从上述描述可知，在最大测量角度的大小范围设定转向轴9转动的角度范围。在转向轴在转动过程中，第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差也发生相应变化。二者之间相互对应，产生了线性关系。根据第一角度数据和第二角度数据能够得到第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的转动角度差，再代入线性关系之中，便可得出转向轴9的转动角度，也就是主齿轮1转动的第三角度数据，完成对转向轴9的转动角度测量。

请参照图1至图5，本发明的实施例一为：

一种转向角度传感器，如图1和图2所示，包括主齿轮1、第一副齿轮2、第二副齿轮3、控制模块4、第一霍尔角度芯片5、第二霍尔角度芯片6和用于与远程控制平台通信的通信模块7，第一副齿轮2的中间和第二副齿轮3的中间均内嵌有磁铁8。控制模块4分别与通信模块7、第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6相连。

如图2和图3所示，第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6的测量方向分别对准第一副齿轮2和第二副齿轮3上的磁铁8。第一副齿轮2和第二副齿轮3分别与主齿轮1啮合连接，主齿轮1为一环形且套接在车辆的转向轴9上，第一副齿轮2和第二副齿轮3的齿数不同。

在本实施例中，如图4所示，车辆在行进过程中，转向轴9在车辆转向时对应开始转动。转向轴9的转动带动了主齿轮1的转动。于是，与主齿轮1啮合的第一副齿轮2和第二副齿轮3便开始转动。由于，第一副齿轮2和第二副齿轮3的齿数不同，在转动时转动角度就存在差异。这种差异造成了分别位于第一副齿轮2和第二副齿轮3内部的两个磁铁8产生的磁场变化不同。第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6分别检测到两个磁铁8产生的磁场变化并转化成第一副齿轮2和第二副齿的转动角度差异。由此，我们便可以进一步地得到主齿轮1的转动角度，也就是转向轴9转动了多少度。通信模块7可将得到的数据发送到远程控制平台，以便于控制人员实时了解车辆的转向情况。通信模块7可使用控制器局域网络进行通信，但不限于此远程通信方式。

在本实施例中，第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的最小公倍数大于或等于主齿轮1的齿数的2.5倍。具体地，主齿轮1的齿数为78，第一副齿轮2的齿数为33，第二副齿轮3的齿数为30。由此可知，第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的最小公倍数为330，也就是约为78的4.23倍。因此，结合图5所示，在360°的转动角度差异变化范围内，控制模块4能够测得的主齿轮1的最大转动角度为360°乘以4.23，即1523°。1523°已经能够满足绝大部分车辆对转向轴9的转向要求。

请参照图1至图3，本发明的实施例二为：

一种转向角度传感器，在上述实施例一的基础上，如图2和图3所示，还包括电路板10。控制模块4包括存储单元11和处理器12。其中，如图1所示，处理器12分别与存储单元11、通信模块7、第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6相连。处理器12用于处理从第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6获取的采集数据、在存储器上存储数据以及通过通信模块7和远程控制平台完成数据交互。

如图2和图3所示，电路板10设置于第一副齿轮2和第二副齿轮3所在的平面的一侧且与平面平行，存储单元11、处理器12、第一霍尔角度芯片5、第二霍尔角度芯片6和通信模块7均设置于电路板10上，第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6的位置分别与第一副齿轮2和第二副齿轮3上的磁铁8相对应。本实施例中，各个部件集成设置在电路板10上，占用空间小，便于安装。

请参照图5至图7，本发明的实施例三为：

一种转向角度传感器的测量方法，应用于上述实施例一或实施例二所述的一种转向角度传感器，如图6所示，包括如下步骤：

S1、分别获取第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6测量的第一副齿轮2转动产生的第一角度数据和第二副齿轮3转动产生的第二角度数据；

S2、根据第一副齿轮2的齿数、第二副齿轮3的齿数、主齿轮1的齿数、第一角度数据和第二角度数据得到主齿轮1转动的第三角度数据；

S3、通过通信模块7将第三角度数据发送至远程控制平台。

在本实施例中，步骤S2具体为：

S21、将第一副齿轮2的齿数和第二副齿轮3的齿数的公倍数除以主齿轮1的齿数的结果乘以360°，得到最大测量角度；

S22、设置转向轴9转动的最左位置、中间位置以及最右位置，其中，最左位置和最右位置之间的角度差等于最大测量角度，计算转向轴9在最左位置和最右位置之间转动的角度与第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差的线性关系；

S23、根据线性关系、第一角度数据和第二角度数据得到主齿轮1转动的第三角度数据。

本实施例的一个具体实施过程为：

首先，车辆在行驶过程中，控制模块4分别获取第一霍尔角度芯片5和第二霍尔角度芯片6测量的第一副齿轮2转动产生的第一角度数据和第二副齿轮3转动产生的第二角度数据。

其次，如图7所示，根据实施例一中的齿数关系得到最大测量角度为1523°。由此，取-761.5°为最左位置，0°为中间位置，+761.5°为最右位置。在此基础上，控制模块1计算转向轴9在最左位置和最右位置之间转动时，第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差的线性关系。

最后，将获取到的第一副齿轮2转动产生的第一角度数据和第二副齿轮3转动产生的第二角度数据详见，得到第一副齿轮2和第二副齿轮3的转动角度差，进而带入线性关系之中，得到主齿轮1转动的第三角度数据。远程控制平台的控制人员结合第三角度数据便可以清楚得知当前该车辆的转向情况，进而做出下一步的行车控制。

综上所述，本发明公开了提供一种转向角度传感器及其测量方法，在车辆的转向轴上套接了主齿轮，使其跟着转向轴一起转动。主齿轮的转动带动齿数不同的第一副齿轮和第二副齿轮一起转动，从而形成第一副齿轮和第二副齿轮的转动角度差，即各自内部的磁铁的磁场变化差异。第一副齿轮和第二副齿轮的齿数公倍数大于主齿轮的齿数的2.5倍，以便于提高角度传感器的测量范围大小至适用于一般的车辆的角度范围大小。控制模块通过第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片分别获取到第一副齿轮和第二副齿轮上的磁场变化并对应转换成第一副齿轮转动角度和第二副齿轮的转动角度，进而利用随机权重平均算法得到主齿轮转动的第三角度数据，也就是方向盘的转向轴转动的角度数据，从而完成对转向轴转动角度的测量，并上传至远程控制平台。本发明结构简单，集成度高，安装方便，适用于一般的车辆的无人驾驶改装设计，实现在线获取车辆的转向角度数据，可作为远程线控***控制车辆转向的数据依据。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种转向角度传感器，其特征在于，包括主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮、控制模块、第一霍尔角度芯片、第二霍尔角度芯片和用于与远程控制平台通信的通信模块，所述第一副齿轮的中间和所述第二副齿轮的中间均内嵌有磁铁；

所述控制模块分别与所述通信模块、所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片相连，所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片的测量方向分别对准所述第一副齿轮和所述第二副齿轮上的磁铁；

所述第一副齿轮和所述第二副齿轮分别与所述主齿轮啮合连接，所述主齿轮为一环形且套接在车辆的转向轴上，所述第一副齿轮和所述第二副齿轮的齿数不同。

2.根据权利要求1所述的一种转向角度传感器，其特征在于，所述第一副齿轮的齿数和所述第二副齿轮的齿数的最小公倍数大于或等于所述主齿轮的齿数的2.5倍。

3.根据权利要求2所述的一种转向角度传感器，其特征在于，所述主齿轮的齿数为78，所述第一副齿轮的齿数为33，所述第二副齿轮的齿数为30。

4.根据权利要求1所述的一种转向角度传感器，其特征在于，所述主齿轮、所述第一副齿轮和所述第二副齿轮的模数均为0.5。

5.根据权利要求1所述的一种转向角度传感器，其特征在于，还包括电路板；

所述电路板设置于所述第一副齿轮和所述第二副齿轮所在的平面的一侧且与所述平面平行，所述控制模块、所述第一霍尔角度芯片、所述第二霍尔角度芯片和所述通信模块均设置于所述电路板上，所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片的位置分别与所述第一副齿轮和所述第二副齿轮上的磁铁相对应。

6.根据权利要求1所述的一种转向角度传感器，其特征在于，所述控制模块包括存储单元和处理器；

所述处理器分别与所述存储单元、所述通信模块、所述第一霍尔角度芯片和所述第二霍尔角度芯片相连。

7.一种转向角度传感器的测量方法，应用于权利要求1至6任一所述的一种转向角度传感器，其特征在于，包括如下步骤：

S1、分别获取第一霍尔角度芯片和第二霍尔角度芯片测量的第一副齿轮转动产生的第一角度数据和第二副齿轮转动产生的第二角度数据；

S2、根据所述第一副齿轮的齿数、所述第二副齿轮的齿数、主齿轮的齿数、所述第一角度数据和所述第二角度数据得到所述主齿轮转动的第三角度数据；

S3、通过通信模块将所述第三角度数据发送至远程控制平台。

8.根据权利要求7所述的一种转向角度传感器的测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S21、将所述第一副齿轮的齿数和所述第二副齿轮的齿数的公倍数除以所述主齿轮的齿数的结果乘以360°，得到最大测量角度；

S22、设置转向轴转动的最左位置、中间位置以及最右位置，其中，所述最左位置和所述最右位置之间的角度差等于所述最大测量角度，计算转向轴在所述最左位置和所述最右位置之间转动的角度与所述第一副齿轮和所述第二副齿轮的转动角度差的线性关系；

S23、根据所述线性关系、所述第一角度数据和所述第二角度数据得到所述主齿轮转动的第三角度数据。

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