电动方向助力系统的力矩传感器和角度传感器的控制系统设计（本科毕业论文设计）.doc
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电动方向助力系统的力矩传感器和角度传感器的控制系统设计（本科毕业论文设计）,摘要汽车转向系性能是衡量汽车安全性和舒适性的主要指标之一，而且转向系统的优劣直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于减少劳动强度，确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾乘员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。虽然汽车助力转向系统可以分为...
内容介绍
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电动方向助力系统的力矩传感器和角度传感器的控制系统设计（本科毕业论文设计）
摘 要
汽车转向系性能是衡量汽车安全性和舒适性的主要指标之一，而且转向系统的优劣直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于减少劳动强度，确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾乘员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。
虽然汽车助力转向系统可以分为液压和电动助力转向系统两大类，但电动助力转向--EPS（Electric Power Steering）系统具有节能、环保和高性能的优势，是近些年出现的新型动力转向系统。在该系统中，电机、控制器和ECU统称EPS系统中的三大关键性电器部件。而转矩传感器是汽车电动助力转向系统( EPS 系统) 的关键部件之一,其输出特性直接影响到EPS 系统的控制性能。
本文首先介绍了电动助力转向（EPS）系统及现阶段国内外在EPS系统中所采用的转矩传感器种类，接着重点阐述了巨磁电阻（GMR）效应的原理和应用概况，并在此基础上介绍了一种基于巨磁电阻（GMR）的角度传感器TLE5010的基本工作原理。本文根据EPS系统的工作原理和要求，详细论述了一种基于巨磁电阻（GMR）的智能非接触型复合式角度/转矩传感器，并根据该种类型传感器的结构和原理，进行了控制系统设计，同时对其设计电路进行了功能性的实验，对关键的技术参数进行了初步测试，得出了该设计系统选用的元件完全能够达到EPS系统的技术要求，为产品的设计提供了宝贵的实验数据和底层软件。
关键词：电动助力转向系统，巨磁电阻，角位移，角度传感器，转矩传感器
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 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 概述 1
1.2 EPS传感器在国内外发展情况 2
1.3 EPS转矩传感器的发展趋势 6
1.4 论文的主要内容 7
2 巨磁电阻(GMR)型传感器 8
2.1 磁电阻效应综述 8
2.1.1 磁电阻效应(MR) 8
2.1.2 铁磁金属的各向异性磁电阻(AMR)效应 8
2.1.3 巨磁电阻(GMR)效应 9
2.1.4 巨磁电阻(GMR)效应的应用 10
2.2 GMR传感器的研究进展与应用前景 12
2.2.1 GMR传感器与传统磁性传感器的比较 12
2.2.2 GMR传感器的研究进展 13
2.2.3 GMR传感器的应用前景 14
3 基于GMR的角度传感器TLE5010 15
3.1 TLE5010 说明和特性 15
3.2 TLE5010 插脚配置外行图 15
3.3 功能描述 16
3.4 TLE5010 结构图 16
3.5 巨磁电阻(GMR)功能 17
3.6 角度计算 19
3.6.1 输出信号的组成部分 19
3.6.2 GMR误差补偿 19
4 GMR角度和转矩传感器机械结构设计 21
4.1 传感器的整体结构设计 21
4.2 传感器中齿轮齿数的确定 22
4.3传感器的工作原理 22
4.4 GMR角度和转矩传感器的特性 28
4.4.1 测量范围和量程 28
4.4.2 非线性度 28
4.4.3 重复性 28
4.4.4 迟滞 28
4.4.5 精度 29
4.4.6 温度特性 29
5 检测和处理电路的工作原理和设计实例 30
5.1 硬件设计 30
5.1.1 MCU介绍 30
5.1.2 对MCU内部各功能模块设计 31
5.2 外围电路 33
5.3 TLE5010的实验过程 33
5.4实验程序清单 34
6 结论 46
参考文献 47
摘 要
汽车转向系性能是衡量汽车安全性和舒适性的主要指标之一，而且转向系统的优劣直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于减少劳动强度，确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾乘员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。
虽然汽车助力转向系统可以分为液压和电动助力转向系统两大类，但电动助力转向--EPS（Electric Power Steering）系统具有节能、环保和高性能的优势，是近些年出现的新型动力转向系统。在该系统中，电机、控制器和ECU统称EPS系统中的三大关键性电器部件。而转矩传感器是汽车电动助力转向系统( EPS 系统) 的关键部件之一,其输出特性直接影响到EPS 系统的控制性能。
本文首先介绍了电动助力转向（EPS）系统及现阶段国内外在EPS系统中所采用的转矩传感器种类，接着重点阐述了巨磁电阻（GMR）效应的原理和应用概况，并在此基础上介绍了一种基于巨磁电阻（GMR）的角度传感器TLE5010的基本工作原理。本文根据EPS系统的工作原理和要求，详细论述了一种基于巨磁电阻（GMR）的智能非接触型复合式角度/转矩传感器，并根据该种类型传感器的结构和原理，进行了控制系统设计，同时对其设计电路进行了功能性的实验，对关键的技术参数进行了初步测试，得出了该设计系统选用的元件完全能够达到EPS系统的技术要求，为产品的设计提供了宝贵的实验数据和底层软件。
关键词：电动助力转向系统，巨磁电阻，角位移，角度传感器，转矩传感器
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 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 概述 1
1.2 EPS传感器在国内外发展情况 2
1.3 EPS转矩传感器的发展趋势 6
1.4 论文的主要内容 7
2 巨磁电阻(GMR)型传感器 8
2.1 磁电阻效应综述 8
2.1.1 磁电阻效应(MR) 8
2.1.2 铁磁金属的各向异性磁电阻(AMR)效应 8
2.1.3 巨磁电阻(GMR)效应 9
2.1.4 巨磁电阻(GMR)效应的应用 10
2.2 GMR传感器的研究进展与应用前景 12
2.2.1 GMR传感器与传统磁性传感器的比较 12
2.2.2 GMR传感器的研究进展 13
2.2.3 GMR传感器的应用前景 14
3 基于GMR的角度传感器TLE5010 15
3.1 TLE5010 说明和特性 15
3.2 TLE5010 插脚配置外行图 15
3.3 功能描述 16
3.4 TLE5010 结构图 16
3.5 巨磁电阻(GMR)功能 17
3.6 角度计算 19
3.6.1 输出信号的组成部分 19
3.6.2 GMR误差补偿 19
4 GMR角度和转矩传感器机械结构设计 21
4.1 传感器的整体结构设计 21
4.2 传感器中齿轮齿数的确定 22
4.3传感器的工作原理 22
4.4 GMR角度和转矩传感器的特性 28
4.4.1 测量范围和量程 28
4.4.2 非线性度 28
4.4.3 重复性 28
4.4.4 迟滞 28
4.4.5 精度 29
4.4.6 温度特性 29
5 检测和处理电路的工作原理和设计实例 30
5.1 硬件设计 30
5.1.1 MCU介绍 30
5.1.2 对MCU内部各功能模块设计 31
5.2 外围电路 33
5.3 TLE5010的实验过程 33
5.4实验程序清单 34
6 结论 46
参考文献 47
