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汽车EPS转矩转角集成传感器的研发

作　者: 朱启林
导　师: 胡延平
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 电动助力转向传感器转矩转角霍尔效应磁阻效应
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电动助力转向EPS(Electric Power Steering)系统是一种利用电机驱动汽车转向的技术,它具有结构简单、安装方便、节能环保及控制精确等优点,更重要的是助力大小能跟随车速变化而调整,保证驾驶员在不同车速下获得不同的转向路感。EPS系统符合汽车技术电子化的要求,代表了汽车转向技术的发展方向。方向盘转向传感器是EPS系统的关键部件之一,传感器性能的好坏对整个系统来说起着至关重要的作用。对于装备有EPS系统的汽车而言,转角、转矩是汽车行驶中的重要参数,而将两者的检测集成到一个传感器上进行是汽车电子集成控制发展的必然选择,更有利促进EPS系统的快速发展。因此,研制出一款符合EPS系统要求的集成传感器测量结构是非常必要的。本文在借鉴学习国内外传感器相关研究文献的基础上,提出了基于一对齿轮啮合式转角测量及扭轴间接测量转矩的集成传感器检测方案,并设计出了集成传感器的机械结构和基于飞思卡尔MC9S08DZ60单片机最小系统的硬件电路。在检测算法分析的基础上,为实现传感器检测功能,设计了传感器软件程序。最后,对研发的EPS转矩转角集成传感器性能进行了相关实验验证,包括转角对比、电机驱动及在汽车电动助力转向实验台上进行硬件在环试验。通过对试验数据处理和图表的分析,来检验自主研发的EPS转矩转角集成传感器能否满足装备EPS的基本功能要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-13
第一章绪论  13-22
  1.1 课题的研究背景及意义  13-15
    1.1.1 课题的研究背景  13-14
    1.1.2 课题的研究意义  14-15
  1.2 转矩、转角传感器的国内外研究状况  15-20
    1.2.1 转角传感器的研究状况  15-16
      1.2.1.1 绝对值转角传感器  15
      1.2.1.2 相对值转角传感器  15-16
    1.2.2 转矩传感器的研究状况  16-19
      1.2.2.1 电位计式扭矩传感器  16
      1.2.2.2 光电式扭矩传感器  16-17
      1.2.2.3 电感式扭矩传感器  17
      1.2.2.4 磁阻式扭矩传感器  17-18
      1.2.2.5 霍尔式扭矩传感器  18-19
      1.2.2.6 声表面波扭矩传感器  19
    1.2.3 转矩转角集成传感器研究状况  19-20
  1.3 传感器发展趋势  20
  1.4 本课题的主要研究内容  20-22
第二章集成传感器检测方案  22-28
  2.1 检测理论  22-23
    2.1.1 霍尔效应理论  22-23
    2.1.2 磁阻效应理论  23
  2.2 检测方案  23-27
    2.2.1 传感器转角检测方案  23-25
      2.2.1.1 检测芯片MLX90360  23-24
      2.2.1.2 转角检测原理  24-25
    2.2.2 传感器转矩检测方案  25-27
      2.2.2.1 检测芯片KMT32B  25-26
      2.2.2.2 转矩检测原理  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章集成传感器结构及电路设计  28-44
  3.1 传感器结构设计  28-37
    3.1.1 转角传感器结构设计  28
    3.1.2 转矩传感器结构设计  28-34
      3.1.2.1 扭杆弹簧设计  30-32
      3.1.2.2 磁铁设计  32-34
    3.1.3 传感器集成结构设计  34-36
    3.1.4 过载保护结构设计  36-37
  3.2 传感器硬件电路设计  37-43
    3.2.1 主控制器模块  37-38
    3.2.2 转角信号采集模块设计  38
    3.2.3 转矩信号采集模块设计  38-41
      3.2.3.1 信号放大电路  38-40
      3.2.3.2 信号滤波电路  40-41
    3.2.4 其他模块设计  41-42
      3.2.4.1 时钟电路  41
      3.2.4.2 复位电路  41-42
    3.2.5 电路抗干扰设计  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章传感器算法及程序设计  44-52
  4.1 传感器算法  44-48
    4.1.1 转角测量算法  44-45
    4.1.2 转矩测量算法  45-48
      4.1.2.1 零点误差补偿算法  46
      4.1.2.2 磁场角度算法  46-48
  4.2 传感器程序设计  48-51
    4.2.1 程序开发软件简介  48
    4.2.2 传感器程序设计  48-51
      4.2.2.1 转矩信号处理程序  49-50
      4.2.2.2 转角信号处理程序  50
      4.2.2.3 软件滤波程序  50-51
  4.3 本章小结  51-52
第五章转矩转角集成传感器实验测试  52-65
  5.1 传感器基本特性分析理论  52-53
    5.1.1 非线性误差  52
    5.1.2 重复性误差  52-53
    5.1.3 迟滞误差  53
  5.2 传感器转角对比实验  53-58
    5.2.1 实验方法及实验设备  53-56
    5.2.2 实验测试数据及结果分析  56-58
  5.3 传感器转矩对标实验  58-61
    5.3.1 对标方法及实验设备  58-59
    5.3.2 对标结果及分析  59-61
  5.4 传感器转矩性能测试实验  61-64
    5.4.1 EPS电机驱动实验  61
    5.4.2 硬件在环实验  61-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章总结与展望  65-68
  6.1 全文总结  65-66
  6.2 展望  66-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72
硕士期间参与的科研项目  72

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