一種基于激光光源的車輛轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛轉(zhuǎn)角傳感器技術(shù)，具體是一種涉及光電轉(zhuǎn)換及電信號的控制和處理技術(shù)的用于車輛的轉(zhuǎn)角檢測和控制的車輛轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測車輛前輪的轉(zhuǎn)向角。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛電子系統(tǒng)的優(yōu)劣是衡量車輛綜合性能的一個重要指標(biāo)，而傳感器在車輛電子系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。其中，車輛轉(zhuǎn)角傳感器用于測量車輛轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)動角度，主要應(yīng)用于汽車中的以下系統(tǒng):自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(Adaptive Frontlighting System，AFS)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic Power Steering, EPS)、導(dǎo)航及輔助駕駛系統(tǒng)(Advanced DriverAssistance System, ADAS)。根據(jù)車輛轉(zhuǎn)角傳感器的工作原理，可以分為光電效應(yīng)、電阻分壓效應(yīng)以及霍爾效應(yīng)等；根據(jù)原始信號編碼、解碼方式的不同，可以分為絕對值轉(zhuǎn)角傳感器和相對值轉(zhuǎn)角傳感器。
[0003]目前用于車輛轉(zhuǎn)角傳感器中的傳感器都是基于方向盤的車輛轉(zhuǎn)角傳感器，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時旋轉(zhuǎn)方向盤，將方向盤的旋轉(zhuǎn)角度通過單片機計算轉(zhuǎn)化為車輪的旋轉(zhuǎn)角度，這種車輛轉(zhuǎn)角傳感器有一定的延遲時間，不利于快速地對突發(fā)事件進行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有車輛轉(zhuǎn)角傳感器存在的不足，提出一種基于激光光源的車輛傳感器系統(tǒng)，直接對車輪旋轉(zhuǎn)角度進行測量，快速地將電信號輸入單片機，方便單片機對電信號進行處理和控制。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:在車輛前輪內(nèi)側(cè)設(shè)有一個與前輪同軸且和前輪共同轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)盤，靠近轉(zhuǎn)盤盤面的邊緣處通過一固定板連接一扇形的標(biāo)尺光柵，標(biāo)尺光柵與車輛的車前大軸之間有間隙，在間隙處設(shè)有指示光柵和光電二極管接收器，指示光柵位于標(biāo)尺光柵和光電二極管接收器之間，光電二極管接收器固定連接于車前大軸外表面上；指示光柵與半導(dǎo)體激光器分別位于標(biāo)尺光柵的兩側(cè)，半導(dǎo)體激光器垂直于標(biāo)尺光柵的扇面且正好與指示光柵相對；指示光柵通過信號線連接光電二極管接收器，光電二極管接收器與信號處理電路相連，信號處理電路由差分運算放大器和整形電路組成，信號處理電路通過信號線連接單片機，單片機經(jīng)控制線連接半導(dǎo)體激光器；車輛轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)盤和前輪發(fā)生同角度轉(zhuǎn)向，帶動標(biāo)尺光柵做圓周運動，標(biāo)尺光柵和指示光柵形成莫爾條紋，轉(zhuǎn)向角信息通過莫爾條紋的光信號輸入光電二極管接收器，光電二極管接收器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號再通過信號處理電路將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?shù)絾纹瑱C。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點為:本發(fā)明基于光電效應(yīng)原理，是一種增量式測量系統(tǒng)，采用非接觸單圈相對角度輸出測量方式來測量車輪轉(zhuǎn)向時的相對角度，抗干擾性能強，測量精確度高。通過直接對車輪轉(zhuǎn)角進行測量，累積誤差小，延遲小，便于快速地進行光電信號的轉(zhuǎn)換，從而將數(shù)字信號及時地送給單片機進行處理，所以，與目前基于方向盤的車輛轉(zhuǎn)角傳感器相比，抗干擾性能和動作反應(yīng)速度都有顯著提高。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明一種基于激光光源的車輛傳感器系統(tǒng)的機械安裝結(jié)構(gòu)簡圖；
圖2為圖1中信號處理電路的差分運算放大器原理圖；
圖3為圖1中信號處理電路的整形電路原理圖；
圖4為本發(fā)明的工作流程圖；
圖中:1.前輪；2.固定板；3.半導(dǎo)體激光器；4.標(biāo)尺光柵；5.指示光柵；6.信號處理電路；7.車軸；8.激光器支架；9.光電二極管接收器；10.轉(zhuǎn)盤。
【具體實施方式】
[0008]如圖1所示，本發(fā)明一種基于激光光源的車輛傳感器系統(tǒng)安裝在前輪I的附近。對于左駕型車輛，其右前輪內(nèi)側(cè)附近有較大的空間，所以將本發(fā)明安裝在右前輪內(nèi)側(cè)附近，也即前輪I為車輛的右前輪；對于右駕型車輛，其左前輪內(nèi)側(cè)附近的空間較大，所以將本發(fā)明安裝在左前輪內(nèi)側(cè)附近，也即前輪I為左前輪。
[0009]本發(fā)明包括單片機、轉(zhuǎn)盤10、半導(dǎo)體激光器3、標(biāo)尺光柵4、指示光柵5、光電二極管接收器9。單片機的作用是對輸入的數(shù)字信號進行控制和數(shù)據(jù)處理。轉(zhuǎn)盤10、半導(dǎo)體激光器3、標(biāo)尺光柵4、指示光柵5和光電二極管接收器9組成光柵自成像光學(xué)系統(tǒng)?？拷拜咺的是轉(zhuǎn)盤10，轉(zhuǎn)盤10與同軸安裝，安裝在前輪I的內(nèi)側(cè)，和前輪I 一起由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共同控制轉(zhuǎn)向，始終與前輪I保持平行但不接觸，轉(zhuǎn)盤10除了做轉(zhuǎn)向運動無其他運動。
[0010]在靠近轉(zhuǎn)盤10的盤面的邊緣處通過一固定板2連接標(biāo)尺光柵4。轉(zhuǎn)盤10在前輪I和固定板2、標(biāo)尺光柵4之間，即相對于轉(zhuǎn)盤10，固定板2和標(biāo)尺光柵4在前輪I的對面一偵U。標(biāo)尺光柵4為扇形，這樣，在前輪I發(fā)生轉(zhuǎn)向運動時，就會帶動標(biāo)尺光柵4做圓周運動，所以車輪轉(zhuǎn)向角的大小就等于標(biāo)尺光柵4的圓周運動角的大小。
[0011]標(biāo)尺光柵4與車輛上左、右兩個前輪之間的車前大軸7之間保留一定的間隙，在標(biāo)尺光柵4與車前大軸7之間的間隙處安裝指示光柵5和光電二極管接收器9，指示光柵5位于標(biāo)尺光柵4和光電二極管接收器9之間，將指示光柵5固定在光電二極管接收器9上，指示光柵5還通過信號線連接光電二極管接收器9，光電二極管接收器9將角位移大小和角位移方向通過電信號的輸出方式反饋出來，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為電信號。指示光柵5與標(biāo)尺光柵4平行但與標(biāo)尺光柵4的扇面不接觸，光電二極管接收器9固定連接于車前大軸7外表面上。
[0012]在車前大軸7外表面上還固定連接激光器支架8的一端，激光器支架8的另一端向車前大軸7的徑向外延伸直至超過標(biāo)尺光柵4，在激光器支架8的另一端上固定連接半導(dǎo)體激光器3，使半導(dǎo)體激光器3與指示光柵5分別位于標(biāo)尺光柵4的兩側(cè)，使指示光柵5正好與半導(dǎo)體激光器3相對，且要保證半導(dǎo)體激光器3垂直于標(biāo)尺光柵4的扇面，半導(dǎo)體激光器3與標(biāo)尺光柵4的扇面不接觸。
[0013]光電二極管接收器9通過電線和接線端子與信號處理電路6相連，信號處理電路6由差分運算放大器和整形電路組成，分別用于對輸入的電信號進行放大、整形處理，安裝位置沒有特別要求。信號處理電路6通過信號線連接單片機(圖中未畫出單片機)。單片機經(jīng)控制線連接半導(dǎo)體激光器3，控制激光源驅(qū)動半導(dǎo)體激光器3發(fā)射激光。
[0014]車輛在運行過程中，半導(dǎo)體激光器3由激光源驅(qū)動發(fā)射激光垂直照射在標(biāo)尺光柵4上，標(biāo)尺光柵4和指示光柵5上都有細(xì)小的刻度，在光的干涉和衍射作用下形成莫爾條紋。指示光柵5主要通過光的衍射與干涉作用產(chǎn)生莫爾條紋。由于標(biāo)尺光柵4和指示光柵5不同的相對位置關(guān)系是由前輪I和轉(zhuǎn)盤10的轉(zhuǎn)向角決定，這種位置關(guān)系會影響到莫爾條紋的特性，所以轉(zhuǎn)向角信息就包含在莫爾條紋中。光電二極管接收器9接受到指示光柵5產(chǎn)生的莫爾條紋信號并將莫爾條紋信號轉(zhuǎn)換成電信號，此時車輪轉(zhuǎn)向角信息就包含在了電信號中。光電二極管接收器9將車輪轉(zhuǎn)向角信息電信號輸入信號處理電路6中，信號處理電路6將此電信號進行放大、整形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將包含車輪轉(zhuǎn)向角信息的數(shù)字信號輸入給單片機進行處理。
[0015]如圖2所示的信號處理電路6的差分運算放大器，差分運算放大器的作用是對小電流進行放大，并且差分式結(jié)構(gòu)對共模噪聲有很強的抑制作用，同時具有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。光電二極管接收器9的光電二極管的輸出連接運算放大器AD549。經(jīng)過光電二極管接收器9轉(zhuǎn)換后的電信號比較微弱，光電二極管接收器9的光電二極管的電流為2納安(nA)左右，所以運算放大器AD549的偏置電流不能超過0.1納安，因此選擇溫度飄逸性能好、自身偏置電流小的AD549運算放大器。AD549是具有極低輸入偏置電流的單片電路靜電計型運算放大器，輸入偏置電壓和輸入偏置電壓漂移通過采用激光調(diào)節(jié)來提高它的精度，特別適合用作各種電流輸出的傳感器。光電二極管接收器9在接收到莫爾條紋后會有兩路電信號的輸出，將這兩路電信號分別接運算放大器AD549的引腳2、3作為放大器的輸入信號。引腳4、7是電源引腳，分別接15V