一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器论文和设计-白宇

全文摘要

本实用新型涉及一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，包括同轴设置的转子和定子；所述定子包括激励线圈、接收线圈和处理电路；激励线圈和接收线圈均与处理电路相连接，处理电路输出两路电感角度信号；还包括通过从动结构随转子从动旋转的磁铁，沿着磁铁旋转轴的相应位置上设有双极霍尔芯片；所述双极霍尔芯片包括相互连接的霍尔元件和输出电路，所述输出电路输出两路霍尔角度信号；所述电感角度信号中的一路信号与霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，电感角度信号中的另一路信号与霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元。本实用新型提升了电动助力转向系统的安全性能和安全等级。

主设计要求

1.一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其特征在于：包括同轴设置的转子(1)和定子(2)，所述转子(1)绕其轴线可旋转的套接在方向盘的输入轴上，所述定子(2)与转子(1)平行设置；所述定子(2)包括激励线圈(L1)、接收线圈(L2)和处理电路(21)；所述激励线圈(L1)和接收线圈(L2)均与处理电路(21)相连接，所述处理电路(21)输出两路电感角度信号；还包括通过从动结构(3)随转子(1)从动旋转的磁铁(4)，沿着磁铁(4)旋转轴的相应位置上设有双极霍尔芯片(5)；所述双极霍尔芯片(5)包括相互连接的霍尔元件(51)和输出电路(52)，所述输出电路(52)输出两路霍尔角度信号；所述两路电感角度信号中的一路信号与两路霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，两路电感角度信号中的另一路信号与两路霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元。

设计方案

还包括通过从动结构(3)随转子(1)从动旋转的磁铁(4)，沿着磁铁(4)旋转轴的相应位置上设有双极霍尔芯片(5)；所述双极霍尔芯片(5)包括相互连接的霍尔元件(51)和输出电路(52)，所述输出电路(52)输出两路霍尔角度信号；所述两路电感角度信号中的一路信号与两路霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，两路电感角度信号中的另一路信号与两路霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元。

2.根据权利要求1所述的一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其特征在于：所述从动结构(3)包括相互外啮合的大齿轮(31)和小齿轮(32)，所述大齿轮(31)与转子(1)固定连接，所述小齿轮(32)与磁铁(4)固定连接，且大齿轮(31)与转子(1)之间、小齿轮(32)与磁铁(4)之间均同轴设置；所述大齿轮(31)和小齿轮(32)均可绕各自轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其特征在于：所述接收线圈(L2)包括第一接收线圈(L21)和第二接收线圈(L22)，所述处理电路(21)包括第一芯片(U1)和第二芯片(U2)；所述第一芯片(U1)的引脚三经由第一电阻(R1)接地，第一芯片(U1)的引脚四分别连接信号电压和第一电容(C1)的一端，第一电容(C1)的另一端接地；所述第一芯片(U1)的引脚五分别连接工作电压和第二电容(C2)的一端，第二电容(C2)的另一端连接第一接收线圈(L21)的中间抽头处且接地设置；所述第一芯片(U1)的引脚八连接第一接收线圈(L21)的一端，第一芯片(U1)的引脚十连接第一接收线圈(L21)的另一端，第一芯片(U1)的引脚九连接第一接收线圈(L21)的中间抽头处；所述第一芯片(U1)的引脚十一经由第二电阻(R2)接地，所述第一芯片(U1)的引脚十二分别连接第三电容(C3)的一端、第八电容(C8)的一端、激励线圈(L1)的一端，第三电容(C3)的另一端连接第一接收线圈(L21)的中间抽头处，第八电容(C8)的另一端连接第二芯片(U2)的引脚十二，激励线圈(L1)的中间抽头处连接信号电压；激励线圈(L1)的另一端分别连接第四电容(C4)的一端、第七电容(C7)的一端，第四电容(C4)的另一端连接第一接收线圈(L21)的中间抽头处，第七电容(C7)的另一端连接第二芯片(U2)的引脚十三；所述第一芯片(U1)的引脚一接地，第一芯片(U1)的引脚二输出一路电感角度信号；

所述第二芯片(U2)的引脚三经由第三电阻(R3)接地，第二芯片(U2)的引脚四分别连接信号电压和第五电容(C5)的一端，第五电容(C5)的另一端接地；所述第二芯片(U2)的引脚五分别连接工作电压和第六电容(C6)的一端，第六电容(C6)的另一端连接第二接收线圈(L22)的中间抽头处且接地设置；所述第二芯片(U2)的引脚八连接第二接收线圈(L22)的一端，第二芯片(U2)的引脚十连接第二接收线圈(L22)的另一端，第二芯片(U2)的引脚九连接第二接收线圈(L22)的中间抽头处；所述第二芯片(U2)的引脚十一经由第四电阻(R4)接地；所述第二芯片(U2)的引脚一接地，第二芯片(U2)的引脚二输出另一路电感角度信号。

4.根据权利要求3所述的一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其特征在于：所述输出电路(52)包括第三芯片(U3)，所述第三芯片(U3)的引脚一经由第九电容(C9)接地，第三芯片(U3)的引脚二经由第十电容(C10)接地；所述第三芯片(U3)的引脚三分别连接第十一电容(C11)的一端和第七电阻(R7)的一端，第十一电容(C11)的另一端接地，第七电阻(R7)的另一端连接霍尔元件(51)传输的信号电压；所述第三芯片(U3)的引脚一5连接第五电阻(R5)的一端，第五电阻(R5)的另一端连接第十二电容(C12)的一端，且第五电阻(R5)的另一端输出一路霍尔角度信号，第十二电容(C12)的另一端接地设置；所述第三芯片(U3)的引脚六连接第六电阻(R6)的一端，第六电阻(R6)的另一端连接第十三电容(C13)的一端，且第六电阻(R6)的另一端输出另一路霍尔角度信号，第十三电容(C13)的另一端接地设置；所述第三芯片(U3)的引脚十经由第十四电容(C14)接地；所述第三芯片(U3)的引脚十一分别连接第十五电容(C15)的一端和第八电阻(R8)的一端，第十五电容(C15)的另一端接地，第八电阻(R8)的另一端连接霍尔元件(51)传输的信号电压；所述第三芯片(U3)的引脚九经由第十六电容(C16)接地；所述第三芯片(U3)的引脚四、引脚五、引脚六、引脚七、引脚八、引脚十二、引脚十三、引脚一4均接地设置。

5.根据权利要求4所述的一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其特征在于：所述第一芯片(U1)、第二芯片(U2)均采用Sensemi公司的SS1601型号的芯片；第三芯片(U3)采用Melexis公司的MLX90365型号的芯片。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于汽车电动助力转向系统领域，具体地讲涉及一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器。

背景技术

目前采用的EPS(电动助力转向系统)中方向盘角度测量均采用单组计算处理模式，当这一组相应的角度计算单元失效或者测量的数据在传输和处理中发生故障时，整个EPS会失去作用，势必带来较大的安全隐患，此类EPS的安全性能在ISO26262中定义为ASILB级，其安全等级有待进一步提高。

实用新型内容

根据现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其提升了电动助力转向系统的安全性能和安全等级。

本实用新型采用以下技术方案：

一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，包括同轴设置的转子和定子，所述转子绕其轴线可旋转的套接在方向盘的输入轴上，所述定子与转子平行设置；所述定子包括激励线圈、接收线圈和处理电路；所述激励线圈和接收线圈均与处理电路相连接，所述处理电路输出两路电感角度信号；

还包括通过从动结构随转子从动旋转的磁铁，沿着磁铁旋转轴的相应位置上设有双极霍尔芯片；所述双极霍尔芯片包括相互连接的霍尔元件和输出电路，所述输出电路输出两路霍尔角度信号；所述两路电感角度信号中的一路信号与两路霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，两路电感角度信号中的另一路信号与两路霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元。

优选的，所述从动结构包括相互外啮合的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮与转子固定连接，所述小齿轮与磁铁固定连接，且大齿轮与转子之间、小齿轮与磁铁之间均同轴设置；所述大齿轮和小齿轮均可绕各自轴线旋转。

更进一步优选的，所述接收线圈包括第一接收线圈和第二接收线圈，所述处理电路包括第一芯片和第二芯片；所述第一芯片的引脚三经由第一电阻接地，第一芯片的引脚四分别连接信号电压和第一电容的一端，第一电容的另一端接地；所述第一芯片的引脚五分别连接工作电压和第二电容的一端，第二电容的另一端连接第一接收线圈的中间抽头处且接地设置；所述第一芯片的引脚八连接第一接收线圈的一端，第一芯片的引脚十连接第一接收线圈的另一端，第一芯片的引脚九连接第一接收线圈的中间抽头处；所述第一芯片的引脚十一经由第二电阻接地，所述第一芯片的引脚十二分别连接第三电容的一端、第八电容的一端、激励线圈的一端，第三电容的另一端连接第一接收线圈的中间抽头处，第八电容的另一端连接第二芯片的引脚十二，激励线圈的中间抽头处连接信号电压；激励线圈的另一端分别连接第四电容的一端、第七电容的一端，第四电容的另一端连接第一接收线圈的中间抽头处，第七电容的另一端连接第二芯片的引脚十三；所述第一芯片的引脚一接地，第一芯片的引脚二输出一路电感角度信号；

所述第二芯片的引脚三经由第三电阻接地，第二芯片的引脚四分别连接信号电压和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；所述第二芯片的引脚五分别连接工作电压和第六电容的一端，第六电容的另一端连接第二接收线圈的中间抽头处且接地设置；所述第二芯片的引脚八连接第二接收线圈的一端，第二芯片的引脚十连接第二接收线圈的另一端，第二芯片的引脚九连接第二接收线圈的中间抽头处；所述第二芯片的引脚十一经由第四电阻接地；所述第二芯片的引脚一接地，第二芯片的引脚二输出另一路电感角度信号。

更进一步优选的，所述输出电路包括第三芯片，所述第三芯片的引脚一经由第九电容接地，第三芯片的引脚二经由第十电容接地；所述第三芯片的引脚三分别连接第十一电容的一端和第七电阻的一端，第十一电容的另一端接地，第七电阻的另一端连接霍尔元件传输的信号电压；所述第三芯片的引脚一5连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第十二电容的一端，且第五电阻的另一端输出一路霍尔角度信号，第十二电容的另一端接地设置；所述第三芯片的引脚六连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接第十三电容的一端，且第六电阻的另一端输出另一路霍尔角度信号，第十三电容的另一端接地设置；所述第三芯片的引脚十经由第十四电容接地；所述第三芯片的引脚十一分别连接第十五电容的一端和第八电阻的一端，第十五电容的另一端接地，第八电阻的另一端连接霍尔元件传输的信号电压；所述第三芯片的引脚九经由第十六电容接地；所述第三芯片的引脚四、引脚五、引脚六、引脚七、引脚八、引脚十二、引脚十三、引脚一4均接地设置。

更进一步优选的，所述第一芯片、第二芯片均采用Sensemi公司的SS1601型号的芯片，第三芯片采用Melexis公司的MLX90365型号的芯片。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型的角度传感器通过设置一组转子和定子来输出两路电感角度信号，通过设置一组磁铁和双极霍尔芯片来输出两路霍尔角度信号，所述两路电感角度信号中的一路信号与两路霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，两路电感角度信号中的另一路信号与两路霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元；且两组计算单元相互独立，互不干扰，在一个计算单元失效或者测量的数据在传输和处理中发生故障时的情况下，另一组依然可以正常工作，两组之间互为冗余，提升了电动助力转向系统的安全性能，使得电动助力转向系统的安全等级提升到ISO26262中定义的ASIL D级。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的原理示意图。

图3为本实用新型的处理电路的电路图。

图4为本实用新型的输出电路的电路图。

附图标记：1-转子，2-定子，3-从动结构，4-磁铁，5-双极霍尔芯片，L1-激励线圈，L2-接收线圈，21-处理电路，51-霍尔元件，52-输出电路，31-大齿轮，32-小齿轮，L21-第一接收线圈，L22-第二接收线圈，U1-第一芯片，U2-第二芯片，C1～C16-第一电容～第十六电容，R1～R8-第一电阻～第八电阻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，包括同轴设置的转子1和定子2，所述转子1绕其轴线可旋转的套接在方向盘的输入轴上，所述定子2与转子1平行设置；所述定子2包括激励线圈L1、接收线圈L2和处理电路21；所述激励线圈L1和接收线圈L2均与处理电路21相连接，所述处理电路21输出两路电感角度信号；

还包括通过从动结构3随转子1从动旋转的磁铁4，沿着磁铁4旋转轴的相应位置上设有双极霍尔芯片5；所述双极霍尔芯片5包括相互连接的霍尔元件51和输出电路52，所述输出电路52输出两路霍尔角度信号；所述两路电感角度信号中的一路信号与两路霍尔角度信号中的一路信号作为一组数据传输至计算单元，两路电感角度信号中的另一路信号与两路霍尔角度信号中的另一路信号作为另一组数据传输至另一个计算单元。

所述从动结构3包括相互外啮合的大齿轮31和小齿轮32，所述大齿轮31与转子1固定连接，所述小齿轮32与磁铁4固定连接，且大齿轮31与转子1之间、小齿轮32与磁铁4之间均同轴设置；所述大齿轮31和小齿轮32均可绕各自轴线旋转。

如图3所示，所述接收线圈L2包括第一接收线圈L21和第二接收线圈L22，所述处理电路21包括第一芯片U1和第二芯片U2；所述第一芯片U1的引脚三经由第一电阻R1接地，第一芯片U1的引脚四分别连接信号电压和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地；所述第一芯片U1的引脚五分别连接工作电压和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接第一接收线圈L21的中间抽头处且接地设置；所述第一芯片U1的引脚八连接第一接收线圈L21的一端，第一芯片U1的引脚十连接第一接收线圈L21的另一端，第一芯片U1的引脚九连接第一接收线圈L21的中间抽头处；所述第一芯片U1的引脚十一经由第二电阻R2接地，所述第一芯片U1的引脚十二分别连接第三电容C3的一端、第八电容C8的一端、激励线圈L1的一端，第三电容C3的另一端连接第一接收线圈L21的中间抽头处，第八电容C8的另一端连接第二芯片U2的引脚十二，激励线圈L1的中间抽头处连接信号电压；激励线圈L1的另一端分别连接第四电容C4的一端、第七电容C7的一端，第四电容C4的另一端连接第一接收线圈L21的中间抽头处，第七电容C7的另一端连接第二芯片U2的引脚十三；所述第一芯片U1的引脚一接地，第一芯片U1的引脚二输出一路电感角度信号；

所述第二芯片U2的引脚三经由第三电阻R3接地，第二芯片U2的引脚四分别连接信号电压和第五电容C5的一端，第五电容C5的另一端接地；所述第二芯片U2的引脚五分别连接工作电压和第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端连接第二接收线圈L22的中间抽头处且接地设置；所述第二芯片U2的引脚八连接第二接收线圈L22的一端，第二芯片U2的引脚十连接第二接收线圈L22的另一端，第二芯片U2的引脚九连接第二接收线圈L22的中间抽头处；所述第二芯片U2的引脚十一经由第四电阻R4接地；所述第二芯片U2的引脚一接地，第二芯片U2的引脚二输出另一路电感角度信号。

如图4所示，所述输出电路52包括第三芯片U3，所述第三芯片U3的引脚一经由第九电容C9接地，第三芯片U3的引脚二经由第十电容C10接地；所述第三芯片U3的引脚三分别连接第十一电容C11的一端和第七电阻R7的一端，第十一电容C11的另一端接地，第七电阻R7的另一端连接霍尔元件51传输的信号电压；所述第三芯片U3的引脚一5连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第十二电容C12的一端，且第五电阻R5的另一端输出一路霍尔角度信号，第十二电容C12的另一端接地设置；所述第三芯片U3的引脚六连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第十三电容C13的一端，且第六电阻R6的另一端输出另一路霍尔角度信号，第十三电容C13的另一端接地设置；所述第三芯片U3的引脚十经由第十四电容C14接地；所述第三芯片U3的引脚十一分别连接第十五电容C15的一端和第八电阻R8的一端，第十五电容C15的另一端接地，第八电阻R8的另一端连接霍尔元件51传输的信号电压；所述第三芯片U3的引脚九经由第十六电容C16接地；所述第三芯片U3的引脚四、引脚五、引脚六、引脚七、引脚八、引脚十二、引脚十三、引脚一4均接地设置。

所述第一芯片、第二芯片均采用Sensemi公司的SS1601型号的芯片，第三芯片采用Melexis公司的MLX90365型号的芯片。

本实用新型在使用时，方向盘的输入轴带动大齿轮31和转子1转动，同时大齿轮31带动小齿轮32转动，进而带动磁铁4转动。所述转子1与定子2的配合，形成电感式传感器，随着转子1的转动，进而通过处理电路21输出电感角度信号1(P1)、电感角度信号2(P2)；所述磁铁4与双极霍尔芯片5的配合，形成霍尔组件，随着磁铁4的转动，进而通过输出电路52输出霍尔角度信号1(S1)、霍尔角度信号2(S2)。

电感角度信号1(P1)和霍尔角度信号1(S1)作为一组信号输入至一个计算单元，通过游标算法就能得到一个方向盘角度信号；同理，电感角度信号2(P2)和霍尔角度信号2(S2)作为另一组信号输入至另一个计算单元，通过游标算法就能得到另一个方向盘角度信号。

因此，在一个计算单元失效或者测量的数据在传输和处理中发生故障时的情况下，另一组依然可以正常工作，两组之间互为冗余，提升了电动助力转向系统的安全性能，使得电动助力转向系统的安全等级能够提升到ISO26262中定义的ASIL D级。

综上所述，本实用新型提供了一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器，其提升了电动助力转向系统的安全性能和安全等级。

设计图

一种冗余的霍尔式与电感式方向盘角度传感器论文和设计

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