一种轮速传感器模组的制作方法

1.本发明实施例涉及速度测量技术领域，尤其涉及一种轮速传感器模组。


背景技术：

2.目前，车辆速度传感技术主要包括光学车速传感技术和磁性车速传感技术。
3.光学车速传感技术的原理是，通过在车轮转动轴上安装定位码盘，利用光学传感器检测定位码盘转动速率以确定车速，该技术具有响应频率高、精度高的优势，但对于车辆行驶工况恶劣环境的抗性较差，稳定性低。磁性车速传感技术的原理是，通过在车轮转动轴上安装多段式磁阻轮或多对极磁环，利用磁传感器检测磁阻轮或磁环在转动时引起的磁场变化以确定车速，该技术可适应恶劣环境，但多段式磁阻轮和多对极磁环均存在测量精度较差的缺陷。
4.因此，现有车速传感技术无法兼顾测速稳定性和精度。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种轮速传感器模组，以实现车速传感的高精度和高稳定性。
6.本发明实施例提供了一种轮速传感器模组，包括：
7.磁阻轮，所述磁阻轮固定于待检测轮转动轴上，且所述磁阻轮的轴心与所述待检测轮转动轴的轴心重合，所述磁阻轮为磁性材料构成的圆柱环形结构，所述圆柱环形结构的侧表面设置有至少一组双螺纹，所述双螺纹的两条螺纹线在所述圆柱环形结构的侧表面具有唯一交点，且所述双螺纹关于该交点所在对称面镜像对称，所述对称面平行于所述圆柱环形结构的圆柱底面，每条所述螺纹线上除所述交点外的任意点均二阶可导且该二阶可导点与所述对称面的面间距离仅存在一个极值点；
8.传感组件，所述传感组件采用封装壳体进行封装，所述封装壳体内部设置有印刷电路板，所述印刷电路板表面设置有磁阻芯片和调理电路，所述磁阻芯片所在平面与所述圆柱环形结构的圆柱底面垂直；
9.位于所述封装壳体内部的背磁结构，所述背磁结构与所述磁阻轮分别位于所述磁阻芯片所在平面的两侧。
10.进一步的，在所述磁阻轮的圆柱环形结构的侧表面设置有多组游标排布或多组等分排布的双螺纹。
11.进一步的，无所述磁阻轮时，所述背磁结构在所述磁阻芯片处的磁感应方向垂直于该磁阻芯片的敏感方向，且所述背磁结构在所述磁阻芯片处的磁感应方向平行于该磁阻芯片所在平面法线的方向。
12.进一步的，所述磁阻芯片包括多个磁阻元件，所述多个磁阻元件构成n个全桥电路，所述全桥电路的几何中心位于其所对应一组所述双螺纹的交点所在对称面内，且所述全桥电路由供电端和接地端分隔的两桥臂位置相对于该对称面镜像对称，n为正整数且为所述磁阻轮上双螺纹组数的倍数。
13.进一步的，所述磁阻元件的表面覆盖有绝缘材料。
14.进一步的，所述磁阻元件为霍尔元件、各项异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。
15.进一步的，所述磁阻元件构成的全桥电路为推挽全桥电路、梯度全桥电路、参考推挽全桥电路或者参考梯度全桥电路。
16.进一步的，所述磁阻轮包括与其圆柱底面固定连接的延伸构件，所述延伸构件的延伸方向平行或垂直于该圆柱底面，所述延伸构件通过设置在其表面的固定结构将所述磁阻轮与所述待检测轮转动轴锁止固定。
17.进一步的，所述固定结构为通孔、螺纹或者卡扣。
18.进一步的，所述封装壳体采用无磁性材料制成。
19.本发明实施例中，轮速传感器模组以磁电阻为敏感材料，结合磁阻芯片对于外部磁场变化的高灵敏度、低功耗和高频响特性，再配合永磁材料背磁结构与相向双螺纹连续磁阻轮，通过测量磁阻轮上双螺纹造成的背磁结构在磁阻芯片位置处的磁场矢量变化，将待测轮速变化转变为待测位置处磁场矢量变化；再利用磁阻芯片作为敏感元件，将轮速变化造成的磁场矢量变化转换为磁电阻值变化，实现机械运动至电信号的转换，从而实现轮速的精确长效可靠检测。本发明实施例中，轮速传感器模组具有高灵敏度、低功耗、高可靠性和高适应性特性，在抗恶劣环境的同时，降低背磁结构退磁对精度影响，解决了传统轮速传感器精度不足、响应频率低、长期稳定性差的问题，且背磁结构设置在磁阻轮外，后期维护简便，有利于轮速的长效实时高精度检测。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
21.图1是本发明实施例提供的一种轮速传感器模组的示意图；
22.图2是轮速传感器模组的剖面正视示意图；
23.图3是一组相向双螺纹的磁阻轮侧面展开示意图；
24.图4是磁阻元件构成的梯度全桥电路的电气连接示意图；
25.图5是磁阻元件构成的参考梯度全桥电路的电气连接示意图；
26.图6是磁阻元件构成的推挽全桥电路的电气连接示意图；
27.图7是磁阻元件构成的参考推挽全桥电路的电气连接示意图；
28.图8是无磁阻轮状态下背磁结构的磁感线矢量正视示意图；
29.图9是有磁阻轮状态下背磁结构的一种磁感线矢量正视示意图；
30.图10是有磁阻轮状态下背磁结构的另一种磁感线矢量正视示意图；
31.图11是一种背磁结构与磁阻芯片的结构示意图；
32.图12是两组游标排布的相向双螺纹的磁阻轮侧面展开示意图；
33.图13是两组等分排布的相向双螺纹的磁阻轮侧面展开示意图；
34.图14是三组等分排布的相向双螺纹的磁阻轮侧面展开示意图；
35.图15是磁阻轮的一种延伸构件的示意图；
36.图16是磁阻轮的另一种延伸构件的示意图；
37.图17是磁阻轮的又一种延伸构件的示意图；
38.图18是磁阻轮的再一种延伸构件的示意图。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.参考图1所示，为本发明实施例提供的一种轮速传感器模组的示意图，图2是轮速传感器模组的剖面正视示意图。本实施例提供的轮速传感器模组应用于车辆上，可用于测量车速。
41.本实施例中，该轮速传感器模组包括：磁阻轮101，磁阻轮101固定于待检测轮转动轴104上，且磁阻轮101的轴心与待检测轮转动轴104的轴心重合，磁阻轮101为磁性材料构成的圆柱环形结构，圆柱环形结构的侧表面设置有至少一组双螺纹102，双螺纹102的两条螺纹线在圆柱环形结构的侧表面具有唯一交点，且双螺纹102关于该交点所在对称面镜像对称，对称面平行于圆柱环形结构的圆柱底面103，每条螺纹线上除交点外的任意点均二阶可导且该二阶可导点与对称面的面间距离仅存在一个极值点；传感组件105，传感组件105采用封装壳体206进行封装，封装壳体206内部设置有印刷电路板201，印刷电路板201表面设置有磁阻芯片205和调理电路203，磁阻芯片205所在平面与圆柱环形结构的圆柱底面103垂直；位于封装壳体206内部的背磁结构204，背磁结构204与磁阻轮101分别位于磁阻芯片205所在平面的两侧。
42.本实施例中，磁阻轮101嵌套且固定于待检测轮转动轴104上，磁阻轮101的轴心与待检测轮转动轴104的轴心重合，磁阻轮101与待检测轮转动轴104同步转动，其中，图1中虚线构成的圆柱体为待检测轮转动轴104。磁阻轮101为磁性材料构成的圆柱环形结构，则磁阻轮101的圆柱环形结构的内侧表面与待检测轮转动轴104的外侧表面贴合。圆柱环形结构的侧表面为圆柱环形结构的外侧表面，下文该侧表面统一指代为圆柱环形结构的外侧表面。
43.圆柱环形结构的侧表面上设置有至少一组双螺纹102，其中，双螺纹102为相向双螺纹102。对于任意一组双螺纹102，其两条螺纹线在圆柱环形结构的侧表面上分别延伸并产生相交，该两条螺纹线在圆柱环形结构的侧表面上具有唯一交点，且该双螺纹102关于该唯一交点所在的对称面呈镜像对称，该对称面平行于圆柱环形结构的圆柱底面103；每条螺纹线上除交点外的任意点均二阶可导且该二阶可导点与该对称面的面间距离仅存在一个极值点。
44.本实施例中，传感组件105采用封装壳体206进行封装，封装壳体206内部设置有印刷电路板201，印刷电路板201表面设置有磁阻芯片205和调理电路203，其中，磁阻芯片205和调理电路203电气连接。传感组件105与磁阻轮101的侧表面相对设置，则磁阻芯片205所在平面与圆柱环形结构的圆柱底面103垂直，图2中虚线103'表征圆柱环形结构的圆柱底面
103的延伸方向。传感组件105的输出信号通过连接引线106传输至上位控制芯片，该上位控制芯片可选为车辆中电子控制单元。可选封装壳体206采用无磁性材料制成；连接引线106与封装壳体206均采用无磁性材料制成，可以减小轮速测量时的磁干扰，提高轮速传感器模组的信噪比。
45.可选磁阻芯片205分布在印刷电路板201的面向磁阻轮101的一侧表面上，且调理电路203分布在印刷电路板201的背离磁阻轮101的一侧表面上，则磁阻芯片205面向磁阻轮101上的双螺纹102。在其他实施例中，还可选磁阻轮上设置有两组以上的双螺纹。
46.本实施例中，传感组件105还包括位于封装壳体206内部的背磁结构204，背磁结构204与磁阻轮101分别位于磁阻芯片205所在平面的两侧，具体的，背磁结构204位于调理电路203上。背磁结构204为单一或复合型永磁材料，用于提供作用在磁阻芯片205及磁阻轮101表面的外加磁场。调理电路203用于将磁阻芯片205的输出信号幅值归一化并降噪，再消除高次谐波后输出至连接引线106，还可以根据需要实现模拟-数字信号转换、电压-电流转换等功能，以提高调理电路203的信号抗干扰能力。
47.如图3所示，磁阻轮101的圆柱环形侧面展开后呈一矩形，该矩形表面设置至少一组相向双螺纹102，可选该双螺纹102在交点110处展开后呈一平滑椭圆状。该双螺纹关于其所对应唯一交点所在对称面107镜像对称，对称面107平行于磁阻轮101的圆柱底面103，每条螺纹线102除交点110外的任意点均二阶可导且与对称面107的面间距离仅存在一个极值点111。螺纹线102平滑连续可使背磁结构204的磁感线偏转效果实现幅值相等且方向相反，进而使传感组件105的输出信号平滑连续，峰值唯一。
48.本发明实施例中，轮速传感器模组以磁电阻为敏感材料，结合磁阻芯片对于外部磁场变化的高灵敏度、低功耗和高频响特性，再配合永磁材料背磁结构与相向双螺纹连续磁阻轮，通过测量磁阻轮上双螺纹造成的背磁结构在磁阻芯片位置处的磁场矢量变化，将待测轮速变化转变为待测位置处磁场矢量变化；再利用磁阻芯片作为敏感元件，将轮速变化造成的磁场矢量变化转换为磁电阻值变化，实现机械运动至电信号的转换，从而实现轮速的精确长效可靠检测。本发明实施例中，轮速传感器模组具有高灵敏度、低功耗、高可靠性和高适应性特性，在抗恶劣环境的同时，降低背磁结构退磁对精度影响，解决了传统轮速传感器精度不足、响应频率低、长期稳定性差的问题，且背磁结构设置在磁阻轮外，后期维护简便，有利于轮速的长效实时高精度检测。
49.示例性的，在上述技术方案的基础上，如图2所示可选磁阻芯片205包括多个磁阻元件202，多个磁阻元件202构成n个全桥电路，全桥电路的几何中心位于其所对应一组双螺纹102的交点所在对称面内，且全桥电路由供电端和接地端分隔的两桥臂位置相对于该对称面镜像对称，n为正整数且为磁阻轮101上双螺纹102组数的倍数。本实施例中，磁阻轮101中一组双螺纹102对应一个全桥电路，每个全桥电路的几何中心位于其所对应双螺纹102交点所在对称面内，且全桥电路由供电端和接地端分隔的两桥臂位置相对于对称面镜像对称。
50.可选磁阻元件的表面覆盖有绝缘材料。磁阻元件表面覆盖绝缘材料，可以保护内部电路抵抗外界环境损害，提高传感组件的使用寿命和稳定性。
51.可选磁阻元件为霍尔元件、各项异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。可选磁阻芯片内部的磁阻元件类型相同，或者相关从业人员可根据产品所需合理选取磁阻元件。
52.可选磁阻元件构成的全桥电路为推挽全桥电路、梯度全桥电路、参考推挽全桥电路或者参考梯度全桥电路。
53.如图4所示，磁阻元件构成梯度全桥电路，该梯度全桥电路的桥臂等效为四个等效电阻r1、r2、r3和r4；无磁场下该四个等效电阻的阻值相同并且敏感方向相同。如图5所示，磁阻元件构成参考梯度全桥电路，该参考梯度全桥电路的桥臂等效为四个等效电阻r1、r4与两个r0；无磁场下该四个等效电阻的阻值相同，其中，两个r0电阻为阻值不随外磁场变化的定值电阻，r1与r4的敏感方向相同。
54.图4所示梯度全桥电路和图5所示参考梯度全桥电路适用于背磁结构磁感线受双螺纹偏转后，沿磁阻芯片灵敏度取向的磁场分量，在供电端和接地端分隔的两桥臂位置方向相反的设置。
55.如图6所示，磁阻元件构成推挽全桥电路，该推挽全桥电路的桥臂等效为四个等效电阻r1、r2、r3和r4；无磁场下该四个等效电阻的阻值相同并且r1和r3敏感方向相同，r2和r4敏感方向相同，r1与r4敏感方向相反。如图7所示，磁阻元件构成参考推挽全桥电路，该参考推挽全桥电路的桥臂等效为四个等效电阻r1、r3与两个r0；无磁场下该四个等效电阻的阻值相同，其中，两个r0电阻为阻值不随外磁场变化的定值电阻，r1与r3的敏感方向相同。
56.图6所示推挽全桥电路和图7所示参考推挽全桥电路适用于背磁结构磁感线受双螺纹偏转后，沿磁阻芯片灵敏度取向的磁场分量，在供电端和接地端分隔的两桥臂位置方向相同的设置。
57.如上所述，上述全桥电路的vcc端为供电端，gnd端为接地端，输出信号为vout 与vout-输出信号的差分值。
58.示例性的，在上述技术方案的基础上，可选无磁阻轮时，背磁结构在磁阻芯片处的磁感应方向垂直于该磁阻芯片的敏感方向，且背磁结构在磁阻芯片处的磁感应方向平行于该磁阻芯片所在平面法线的方向。可选背磁结构为永磁励磁结构。
59.如图8所示，在无磁阻轮时，背磁结构204在磁阻元件202处的磁感应方向301垂直于磁阻芯片的敏感方向302，且背磁结构204在磁阻芯片处的磁感应方向301与该磁阻芯片所在平面法线方向303平行，可选该设置方案下磁阻芯片的敏感方向302为水平方向。背磁结构204在磁阻元件202处的磁感应方向301也是背磁结构204产生的磁感线在磁阻元件202处的方向。
60.如图9所示，磁阻轮101设置于正对磁阻元件202的位置处。螺纹线102为磁性材料，使得背磁结构204产生的磁感线301发生偏转，指向最近邻螺纹线102，从而造成磁阻元件202产生同为水平方向的磁感线矢量水平分量。当前该双螺纹102中两条螺纹线102的间距较近，则背磁结构204的磁感线301的偏转角度较小，使得背磁结构204在磁阻元件202位置处的磁感线矢量水平分量同样较小，此时磁阻芯片205输出较低幅值。
61.如图10所示，随着磁阻轮101沿轴心旋转，双螺纹102中两条螺纹线102在距离磁阻元件202最近处时间距逐渐变大，使得背磁结构204在磁阻元件202位置处的磁感线偏转角度增加，则背磁结构204在磁阻元件202位置处的磁感线矢量水平分量增加，此时磁阻芯片205输出较高幅值。
62.如图11所示，可选磁阻芯片205的敏感方向302平行于磁阻芯片所在平面法线方向303，背磁结构204设置同步调整，则在无磁阻轮时背磁结构204在磁阻元件202处的磁感线
方向301垂直于磁阻芯片所在平面法线方向303，该方案可作为等效的背磁-芯片设置方案。
63.如上所述，双螺纹102中两条螺纹线102在距离磁阻元件202最近处时的间距逐渐变大时，背磁结构204在磁阻元件202位置处的磁感线矢量水平分量逐渐增加，磁阻芯片205的输出幅值逐渐增高。双螺纹102中两条螺纹线102在距离磁阻元件202最近处时的间距逐渐减小时，背磁结构204在磁阻元件202位置处的磁感线矢量水平分量逐渐减小，磁阻芯片205的输出幅值逐渐减小。
64.示例性的，在上述技术方案的基础上，可选在磁阻轮的圆柱环形结构的侧表面设置有多组游标排布或多组等分排布的双螺纹。
65.如图12和图13所示，磁阻轮101的侧表面可设置两组相向双螺纹102。每组双螺纹102对应一组磁阻元件202构成的全桥电路，每个全桥电路的几何中心位于其所对应双螺纹102交点所在对称面107内，且全桥电路由供电端和接地端分隔的两桥臂位置相对于所对应对称面107镜像对称。
66.如图12所示，可选两组双螺纹102之间为游标排布，即第一组双螺纹102的交点在其所对应对称面107上的相对位置与第二组双螺纹102的交点在其所对应对称面107上的相对位置之差为一确定弧度，同时，第一组双螺纹102的两条螺纹线间最大距离与第二组双螺纹102的两条螺纹线间最大距离之差为一确定距离。两组双螺纹102相差的一确定弧度影响两个全桥电路间输出信号相位差，两组双螺纹102螺纹线间最大距离差影响两个全桥电路间输出信号幅值差。基于游标原理通过相位差异与幅值差异结合比对可进一步提高轮速测量精度。
67.如图13所示，可选两组相向双螺纹102之间为等分排布，即第一组双螺纹102的交点在其所对应对称面107上的相对位置与第二组双螺纹102的交点在其所对应对称面107上的相对位置之差为180
°
。如图14所示，可选磁阻轮101的侧表面可设置三组相向双螺纹102；可选该磁阻轮101上设置的三组相向双螺纹102为等分排布，三组双螺纹各自交点在各自对称面107上相对位置相差120
°
。通过等分排布多组双螺纹，使每组双螺纹各自对应磁阻元件全桥电路的输出信号产生相位差，能够提高轮速测量精度，同时可在轮速传感器模组端判定轮轴正反转，有利于结合控制装置进一步构建轮轴安全系统。
68.示例性的，在上述技术方案的基础上，可选磁阻轮包括与其圆柱底面固定连接的延伸构件，延伸构件的延伸方向平行或垂直于该圆柱底面，延伸构件通过设置在其表面的固定结构将磁阻轮与待检测轮转动轴锁止固定。可选固定结构为通孔、螺纹或者卡扣。
69.如图15所示，磁阻轮101包含与其圆柱底面103相连的延伸构件401，并且该延伸构件401平行于磁阻轮101的圆柱底面103。延伸构件401表面设置有多个定位通孔402，该定位通孔402可以是光孔或螺纹孔，用于磁阻轮101与待检测轮转动轴之间通过螺钉保证相对位置的机械锁定。
70.如图16所示，磁阻轮101包含与其圆柱底面103相连的延伸构件401，并且该延伸构件401垂直于磁阻轮101的圆柱底面103。延伸构件401表面设置有多个定位通孔402。该定位通孔402可以是光孔或螺纹孔，用于磁阻轮101与待检测轮转动轴之间通过螺钉保证相对位置的机械锁定。
71.如图17所示，磁阻轮101包含与其圆柱底面103相连的延伸构件401，并且该延伸构件401垂直于磁阻轮101的圆柱底面103。延伸构件401表面设置有螺纹403。当待检测轮转动
轴或附件结构件无法打孔使用螺钉固定时，可通过延伸构件401表面上的螺纹403实现与待检测轮转动轴的结构锁止。
72.如图18所示，磁阻轮101包含与其圆柱底面103相连的延伸构件401，并且该延伸构件401垂直于磁阻轮101的圆柱底面103。延伸构件401表面设置有卡扣404。可通过延伸构件401表面上的卡扣404套管实现与待检测轮转动轴的结构锁止。
73.本发明实施例提供的轮速传感器模组，以相向双螺纹结构磁阻轮、高灵敏度磁阻芯片和背磁结构的配合，实时精确测量相向双螺纹间距对背磁结构在磁阻芯片处磁感线产生的偏转变化，基于磁阻芯片输出信号频率与待测轮转速正相关，实现对轮速精确检测。利用磁电阻的高灵敏度以及低功耗特性，以及相向双螺纹结构件的稳定性，解决了以往轮速检测传感器的灵敏度低、精度不足、长期稳定性差的问题，有利于轮速的实时高精度检测。
74.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。