電動方向助力系統(tǒng)的力矩傳感器和角度傳感器的控制系統(tǒng)設(shè)計（本科畢業(yè)論文設(shè)計）
摘 要

汽車轉(zhuǎn)向系性能是衡量汽車安全性和舒適性的主要指標之一，而且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，它對于減少勞動強度，確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕乘員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。
雖然汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為液壓和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類，但電動助力轉(zhuǎn)向--EPS（Electric Power Steering）系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保和高性能的優(yōu)勢，是近些年出現(xiàn)的新型動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，電機、控制器和ECU統(tǒng)稱EPS系統(tǒng)中的三大關(guān)鍵性電器部件。而轉(zhuǎn)矩傳感器是汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( EPS 系統(tǒng)) 的關(guān)鍵部件之一,其輸出特性直接影響到EPS 系統(tǒng)的控制性能。
本文首先介紹了電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)及現(xiàn)階段國內(nèi)外在EPS系統(tǒng)中所采用的轉(zhuǎn)矩傳感器種類，接著重點闡述了巨磁電阻（GMR）效應(yīng)的原理和應(yīng)用概況，并在此基礎(chǔ)上介紹了一種基于巨磁電阻（GMR）的角度傳感器TLE5010的基本工作原理。本文根據(jù)EPS系統(tǒng)的工作原理和要求，詳細論述了一種基于巨磁電阻（GMR）的智能非接觸型復(fù)合式角度/轉(zhuǎn)矩傳感器，并根據(jù)該種類型傳感器的結(jié)構(gòu)和原理，進行了控制系統(tǒng)設(shè)計，同時對其設(shè)計電路進行了功能性的實驗，對關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)進行了初步測試，得出了該設(shè)計系統(tǒng)選用的元件完全能夠達到EPS系統(tǒng)的技術(shù)要求，為產(chǎn)品的設(shè)計提供了寶貴的實驗數(shù)據(jù)和底層軟件。


關(guān)鍵詞：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，巨磁電阻，角位移，角度傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器

ABSTRACT

The capability of automobile power steering system is one of the most important criterions to scale the security and coziness of automobiles,furthermore, the quality of automobile power steering system is derectly related to the manipulative stability of automobiles,it makes a point of decreasing working intensity,insuring secure steering of automobiles,decreasing traffic accidents,insuring the security of drivers and improving the working condition of drivers.
Although automobile power steering system contains hydraulic power steering system and electric power steering system,electric power steering system is a new-style power steering system which is emerging recently,this system possesses some advantages like saving power,protecting environment and high capability.In this system, electromotor,controller and ECU are called by a joint name three essential electric parts of electric power steering system.In addition,torque sensor is one of the essential parts of electric power steering system,its exporting characteristic derectly influences the controlling capability of electric power steering system.
Firstly,this article introduces some sorts of sensors of EPS system in our world at present,then it makes a point of the theory and application of GMR,furthermore,it introduces a brainpower no-touch composite angle and torque sensor TLE5010 based on GMR,then design the controlling system according to the structure and theory of this sensor,at the same time,it carries out experiments for the functionality of the circuit, testing some pivotal technical parameters,conclude the technical standard of EPS system which parts can reach and provides precious experimental data and fundamental software.


Key words：Electric power steering system, giant magnetoresistance, the angular displacement, angle sensors, torque sensors

目 錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
1.1 概述 1
1.2 EPS傳感器在國內(nèi)外發(fā)展情況 2
1.3 EPS轉(zhuǎn)矩傳感器的發(fā)展趨勢 6
1.4 論文的主要內(nèi)容 7
2 巨磁電阻(GMR)型傳感器 8
2.1 磁電阻效應(yīng)綜述 8
2.1.1 磁電阻效應(yīng)(MR) 8
2.1.2 鐵磁金屬的各向異性磁電阻(AMR)效應(yīng) 8
2.1.3 巨磁電阻(GMR)效應(yīng) 9
2.1.4 巨磁電阻(GMR)效應(yīng)的應(yīng)用 10
2.2 GMR傳感器的研究進展與應(yīng)用前景 12
2.2.1 GMR傳感器與傳統(tǒng)磁性傳感器的比較 12
2.2.2 GMR傳感器的研究進展 13
2.2.3 GMR傳感器的應(yīng)用前景 14
3 基于GMR的角度傳感器TLE5010 15
3.1 TLE5010 說明和特性 15
3.2 TLE5010 插腳配置外行圖 15
3.3 功能描述 16
3.4 TLE5010 結(jié)構(gòu)圖 16
3.5 巨磁電阻(GMR)功能 17
3.6 角度計算 19
3.6.1 輸出信號的組成部分 19
3.6.2 GMR誤差補償 19
4 GMR角度和轉(zhuǎn)矩傳感器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
4.1 傳感器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
4.2 傳感器中齒輪齒數(shù)的確定 22
4.3傳感器的工作原理 22
4.4 GMR角度和轉(zhuǎn)矩傳感器的特性 28
4.4.1 測量范圍和量程 28
4.4.2 非線性度 28
4.4.3 重復(fù)性 28
4.4.4 遲滯 28
4.4.5 精度 29
4.4.6 溫度特性 29
5 檢測和處理電路的工作原理和設(shè)計實例 30
5.1 硬件設(shè)計 30
5.1.1 MCU介紹 30
5.1.2 對MCU內(nèi)部各功能模塊設(shè)計 31
5.2 外圍電路 33
5.3 TLE5010的實驗過程 33
5.4實驗程序清單 34
6 結(jié)論 46
參考文獻 47