方向盘角度信号是电动助力转向系统和车身电子稳定系统的重要输入。文借鉴了国内外成熟方向盘角度的测量方案，阐述了用游标法测量方向盘绝对转向角的方法，并设计了硬件电路和方法。磁阻磁场角传感器KMZ60和MC9S08DZ60微控制器为核心进行相应的信号处理。够测量多圈的非接触式旋转角度传感器。过专用测试平台对旋转传感器进行了校准，并验证了旋转传感器基本可以满足电子控制系统的精度要求。
了使汽车更加节能，安全和环保，越来越多的汽车配备了电动助力转向系统（EPS）和电子车身稳定系统（ESP）。统的EPS电刷电机仅配备有扭矩传感器，方向盘速度信号主要通过估算获得。是，这种方法有很大的误差，这限制了EPS性能的进一步提高。EPS中引入方向盘角度传感器可以有效地提高EPS的回程和摩擦补偿性能，并提高汽车的运行稳定性。外，ESP和其他电子底盘控制系统必须共享EPS旋转角度信号以执行其各自的控制功能，以便获得集成的底盘控制。过多年的研究和开发，方向盘角度传感器已从传统的电位器式角度传感器转为智能非接触式多圈传感器。Bosch LSW3代表的游标转角测量图是理想的多圈测量图，因此许多公司在其自己的转角传感器中使用了它。立大学在此基础上进行了各种模仿和增强，其中大多数使用内置在CORDIC模块中的角度测量芯片。种类型的芯片通常更昂贵，因此难以控制角度传感器的成本。
文以LSW3的机械结构为基础，开发传感器本身的硬件电路，设计软件信号处理流程，并开发结构简单，价格低廉，精度高的方向盘角度传感器。度和多圈测量。车方向盘的机械行程通常为3圈，即大约1080°。见的磁场角传感器包括各向异性磁阻型（AMR），巨磁阻型（GMR）和霍尔型，这三种传感器的范围通常为180°（AMR型）和360°（因此，旋转角传感器的核心是拓宽传感器的范围，使用小范围的磁场角传感器来获得多圈测量。LSW3旋转角度传感器的结构如图1所示。传感器主要由外壳，一组齿轮，AMR芯片，微控制器和其他部件组成。齿轮安装在转向轴上，其旋转角度等于飞轮的角度，两个小齿轮通过外齿与大齿轮啮合。个AMR芯片安装在PCB上，与固定在小齿轮上的磁体相对。体表面上的磁力线的旋转角度等于小齿轮绕中心轴的旋转角度。转角度，然后计算大齿轮的绝对旋转角度。文参考了LSW3旋转测量方案，保留了其机械结构和测量原理，并设计了自己的硬件电路和信号处理方案。轮组的设计采用LSW3的齿数，即大齿轮的齿数为42，小齿轮的齿数分别为26和28。设大齿轮的绝对旋转角度为θ，两个小齿轮的旋转角度分别为φ1和φ2。据θ，φ1和φ2的传递关系，φ1和φ2的表达式如式1所示。后，两个小齿轮的旋转角度差Δφ的表达式如式（1）所示。式2。式2表明，当飞轮θ的旋转角度改变时，两个小齿轮的旋转角度以不同的速度线性变化，并且两者之间的旋转角度差Δφ具有线性关系。θ，比例系数为（26÷3）。方向盘转动1080°时，两个小齿轮的角度差Δφ小于125°。于测量方向盘绝对转向角的游标方法的基本原理是，使用小齿轮的最小旋转角差来唯一地表征较大范围内方向盘的旋转角θ Δφ。文使用AMR KMZ60磁场角度传感器来测量两个小齿轮的旋转角度。KMZ60的范围仅为180°，其输出信号是磁场角度（作为自变量）和180°（作为周期）的函数。式3中表示了实际测量的φ1和φ2的表达式。此，等式4中显示了两个小齿轮之间的旋转角度差的表达式。
们可以从等式3中获得小齿轮1每次旋转180°，KMZ60发出的相应信号重复一个循环，相应飞轮的旋转角度约为111.4°；小齿轮2旋转180°，相应飞轮的旋转角度为120°，二者的较小倍数为1560°。句话说，在大齿轮的1560°旋转范围内，对应于两个小齿轮的KMZ60输出信号的组合是唯一的，根据等式5计算的旋转角度差只能代表角度大齿轮的旋转。围是1560°。φ1，φ2和Δφ随方向盘角度θ的变化而变化。图2所示。据传感器的工作原理，旋转角度传感器的输入为两个角度位移信号，即例如，小齿轮的旋转角度，传感器输出为数字化飞轮的绝对转向角θ。料的硬件电路必须检测由于两个小齿轮的旋转而引起的磁场角度的变化，并将其转换为可用于计算该信号的电信号，单片机计算出该齿轮的绝对旋转角度θ。向盘由传感器发出的电信号发出。通过总线网络将计算结果发送到外部。文提出的角度传感器的硬件结构如图3所示。转角度传感器由五个部分组成：电源模块，AMR测量模块，低通滤波器，单片机和CAN通讯模块。源模块：车辆电源电压通常约为12 V，其电压会根据引擎，车辆电气设备和电池状态等因素而变化。AMR测量模块：本文设计的旋转角度测量图使用两个AMR KMZ60磁场角度传感器作为磁场检测芯片。KMZ60是AXP型磁场角传感器，由NXP于2011年推出，用于控制汽车和工业应用的无刷直流电动机（BLDC）。包含两个AMR桥和放大器。个AMR桥的输出电压随磁场角φ的变化而变化，并发出两个大约2φ的正弦和余弦信号。通滤波：旋转角度传感器的工作环境比较困难，会受到各种干扰。KMZ60输出信号的有效部分约为2φ正弦和余弦分量，并且外部干扰信号将叠加在有效信号上，从而引入偏差来计算旋转角度。片机：本文使用Freescale MC9S08DZ60单片机作为旋转角度传感器的计算核心。MC9S08DZ60微控制器的片上外设包括一个精度高达12位的ADC和MSCAN模块。CAN收发器：CAN网络具有严格的总线仲裁机制和物理层定义。CAN收发器在MSCAN模块和CAN网络之间实现电平转换，以确保角度传感器和电子控制系统之间的正常通信。感器的硬件电路对4个模拟信号进行放大，放大和低通滤波，这些模拟信号以模拟形式进入单片机。MCU必须完成4个模拟信号的模数转换，并处理4个数字正弦和余弦信号以获得绝对转向角。
项的软件工作流程如图4所示。开单片机后，首先配置GPIO，ADC，MSCAN和系统的其他外围资源，以确保设备的正常工作顺序。后，MCU对两个KMZ60发送的四个信号启动A / D转换，并等待直到A / D转换完成。于制造过程和其他问题，来自KMZ60的正弦和余弦信号包含DC偏移，并且幅度不相等。阻角传感器一般需要软件补偿，软件补偿包括直流失调和幅度补偿两步，直流失调的作用是对失调进行滤波。CC中的正弦和余弦信号，使每个通道的正弦-余弦信号与正弦或余弦函数成正比。片机对四个正弦和余弦信号进行软件补偿后，使用CORDIC算法分别计算四个正弦和余弦补偿信号的圆弧切线，得到小齿轮1的旋转角度φ1和小齿轮2的旋转角度φ2，使用公式4 5计算大齿轮的旋转角度，并将旋转角度信号通过齿轮箱发送到外部控制器CAN总线。
片机通过while循环连续执行采集，处理和传输过程，更新转向信号并实时测量方向盘角度。本文中，使用了一种特殊的转向传感器测试平台来测试旋转角度传感器的性能，并使用该传感器对用户设计的旋转角度传感器进行校准。精度标准旋转角度的测试平台。5显示了旋转角度传感器测试的误差结果。
转角度测量误差在整个范围内约为10°，恒温阀芯基本可以满足EPS的返回性能要求。文设计的角度传感器采用成熟的游标法测量方向盘的绝对转向角，根据国内外角度测量程序的特点，设计了基于硬件的硬件电路。计了KMZ60磁阻角传感器和MC9S08DZ60单片机，结合KMZ60信号处理算法机制和光标法测量旋转角，完成了角传感器的软硬件设计。转借助方向传感器的专用测量平台，可以校准设计的传感器并测量旋转角度传感器的静态误差。
文档中设计的角度传感器的硬件结构简单，并且具有明显的成本优势。时，传感器的精度适中，基本上可以满足EPS和其他电子控制系统的测量需求。
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