DE19835886A1

DE19835886A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lenkwinkelerfassung

Info

Publication number: DE19835886A1
Application number: DE1998135886
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Okamoto
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 1999-02-11
Also published as: JPH1151607A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Lenkwinkels eines in einem Fahrzeug angebrachten Lenkrades und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lenkwinkelerfas sung, in denen eine Uhrfeder verwendet wird, in der ein flexibles flaches Band zum Verbinden des Lenkrades mit einer Lenksäule zum Einsatz kommt.

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der JP 9-213426-A, die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Beispiel einer herkömmlichen Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung. Eine Struktur, die dieser Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung ähnlich ist, ist aus der JP 5-254446-A bekannt. Die Lenkwinkel-Erfassungs vorrichtung enthält eine scheibenförmige Sensorplatte 9, die am äußeren Umfang eines zylindrischen Abschnitts 8, in den eine Lenkwelle eines Fahrzeugs eingeschoben ist, angebracht ist. Ferner ist die Sensorplatte 9 an einem Übertragungskörper 10 angebracht, der sich zusammen mit dem Lenkrad dreht. In der Sensorplatte 9 sind mehrere Schlitze 11 ausgebildet. Die Schlitze 11 werden von einem Lichtsende- und Lichtempfangselement, das in einem Erfas sungsabschnitt 12 vorgesehen ist, erfaßt, um die Drehung der Lenkwelle zu erfassen. Dadurch kann der Lenkwinkel des Lenkrades erfaßt werden.

Da jedoch die obenerwähnte Lenkwinkel-Erfassungsvorrich tung so konstruiert ist, daß die Drehung der Sensorplatte 9 durch den Erfassungsabschnitt 12 erfaßt wird, sind die Sensorplatte 9 und der Erfassungsabschnitt 12 erforder lich. Das heißt, daß die Sensorplatte 9 und der Erfas sungsabschnitt 12 zu einer Einheit montiert werden müssen oder daß sich der Erfassungsabschnitt 12 in der Nähe der Sensorplatte 9 befindet. Daher bestehen Probleme hin sichtlich der Tatsache, daß der Lenkwinkel-Erfassungsme chanismus einen komplizierten Aufbau und große Abmessun gen besitzt und daß die Kosten der Lenkwinkel-Erfassungs vorrichtung ansteigen.

Es besteht daher ein Bedarf an einer Lenkwinkel-Erfas sungsvorrichtung, die die obenerwähnten Probleme herkömm licher Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtungen nicht besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und billige Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Lenkwinkelerfassung zu schaffen, mit denen eine Änderung des Drehbetrags einer eine elektrische Verbindung schaffenden Uhrfeder erfaßt werden kann, indem die Änderung der Induktivität der Uhrfeder erfaßt wird, ohne daß Erfassungskomponenten erforderlich sind, die in einer herkömmlichen Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung er forderlich waren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lenkwinkelerfassung, die die in den entsprechenden unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale besitzen. Die abhängigen Ansprüche sind auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerich tet.

Wenn daher in der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 die Induktivität des Leiters des flexiblen flachen Bandes gemessen wird, können zwei Endabschnitte des Leiters des flexiblen flachen Bandes mit einer Induk tivität-Meßvorrichtung elektrisch verbunden werden.

Wenn ferner der Lenkwinkel des Lenkrades, der durch einen Wert der von der Induktivität-Meßvorrichtung gemessenen Induktivität bestimmt ist, berechnet wird, kann die Induktivität-Meßvorrichtung mit einer Lenkwinkel-Berech nungsvorrichtung elektrisch verbunden werden. Hierbei kann die Lenkwinkel-Berechnungsvorrichtung den Lenkwinkel des Lenkrades anhand vorher erhaltener Daten bezüglich einer Beziehung zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Rotors einerseits und der Induktivität des Leiters des flexiblen flachen Bandes andererseits berechnen.

Da gemäß der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach An spruch 1 der Rotor aufgrund der Drehung des Lenkrades gedreht wird, wodurch die Anzahl der Windungen des flexi blen flachen Bandes auf der äußeren Umfangsfläche des Rotors und auf der inneren Umfangsfläche des Außengehäu ses geändert wird, kann der Lenkwinkel des Lenkrades durch Messen der Veränderung der Induktivität des flexi blen flachen Bandes erfaßt werden.

In der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 10 kann der Lenkwinkel des Lenkrades durch die Uhrfeder des Spiraltyps erfaßt werden. In der Lenkwinkel-Erfassungs vorrichtung nach Anspruch 11 besitzt die Uhrfeder eine Umlenkstruktur, so daß das flexible flache Band umgelenkt und um das Außengehäuse und den Rotor in zueinander entgegengesetzten Richtungen gewickelt wird. Bei dieser Struktur kann der Lenkwinkel des Lenkrades über die Uhrfeder des Umlenktyps erfaßt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1A-1C eine Draufsicht einer in einer Lenkwinkel-Er fassungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung verwendeten Uhrfeder des Spi raltyps in einem Zustand, in dem die Uhrfeder im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist, in einem Zustand, in dem die Uhrfeder in einer Neu tralstellung gehalten wird, bzw. in einem Zu stand, in dem die Uhrfeder im Uhrzeigersinn gedreht ist;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Uhrfeder des Umlenk typs, die in einer Lenkwinkel-Erfassungsvor richtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ein Beispiel einer Erfassungsschaltung zum Erfassen der Induktivität der in den Fig. 1A bis 1C bzw. in Fig. 2 gezeigten Uhrfedern;

Fig. 4 eine Tabelle experimenteller Ergebnisse bezüglich der Änderung der Induktivität, die bei einer Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Uhrfeder des Spiraltyps auftritt;

Fig. 5 eine Tabelle experimenteller Ergebnisse bezüglich der Änderung der Induktivität, die bei einer Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Uhrfeder des Umlenktyps auftritt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der experimentel len Ergebnisse nach Fig. 4;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der experimentel len Ergebnisse nach Fig. 5;

Fig. 8 die bereits erwähnte Längsschnittansicht einer herkömmlichen Lenkwinkel-Erfassungsvor richtung; und

Fig. 9 die bereits erwähnte perspektivische Ansicht eines Sensorplattenabschnitts der Lenkwinkel-Er fassungsvorrichtung nach Fig. 8.

Wie in den Fig. 1A bis 1C gezeigt ist, enthält eine Uhrfeder 1 ein zylindrisches Außengehäuse 2 und einen im Außengehäuse 2 befindlichen Rotor 3. Zwischen dem Außen gehäuse 2 und dem Rotor 3 ist ein flexibles flaches Band 4 (das im folgenden als FFB bezeichnet wird) angeordnet. Hierbei wird der Ausdruck "Uhrfeder" verwendet, um eine Vorrichtung zu bezeichnen, die eine Bandhaspel, einen Drehverbinder oder dergleichen umfaßt.

Der Rotor 3 ist an einer (nicht gezeigten) Lenkwelle befestigt und kann zusammen mit dem (nicht gezeigten) Lenkrad gedreht werden. Andererseits ist das Außengehäuse 2 an einer (nicht gezeigten) Lenksäule oder dergleichen befestigt. Fig. 1B zeigt eine Neutralstellung der Uhrfe der 1. Falls in der Neutralstellung der Rotor 3 durch das Lenkrad im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das FFB 4 um den Rotor 3 gewickelt, wie in Fig. 1A gezeigt ist, während das FFB 4 dann, wenn der Rotor 3 im Uhrzeigersinn gedreht wird, gelockert wird und auf die innere Umfangs fläche des Außengehäuses 2 gewickelt wird, wie in Fig. 1C gezeigt ist.

Unter der Annahme, daß der Zustand nach Fig. 1A einen maximalen Drehwinkel des Lenkrades im Gegenuhrzeigersinn darstellt, daß der Zustand nach Fig. 1B die Neutralstel lung des Lenkrades darstellt und daß der Zustand nach Fig. 1C einen maximalen Drehwinkel des Lenkrades im Uhrzeigersinn darstellt, ändert sich die Anzahl der Windungen des FFB 4 proportional zum Drehwinkel des Rotors 3 zwischen dem maximalen Drehwinkel des Lenkrades im Gegenuhrzeigersinn und dem maximalen Drehwinkel des Lenkrades im Uhrzeigersinn, d. h. proportional zum Dreh winkel des Lenkrades.

Im allgemeinen ist die Induktivität einer Spule zur Anzahl der Windungen der Spule proportional. Wenn daher angenommen wird, daß das FFB 4 eine Spule bildet, kann der Drehwinkel des Lenkrades durch Messen der Induktivi tät des FFB 4 erfaßt werden. Der Drehwinkel des Lenkrades kann beispielsweise durch eine in Fig. 3 gezeigte Erfas sungsschaltung erfaßt werden. In Fig. 3 ist ein Leiter 6 in das FFB 4 der Uhrfeder 1 integriert, wobei zwei Endab schnitte des Leiters 6 mit einem Induktivitätsmeßinstru ment 5 elektrisch verbunden sind, um eine Erfassungs schaltung zu bilden. Die an den beiden Enden des Leiters 6 auftretende Induktivität wird durch das Induktivtät-Meß instrument 5 gemessen, so daß der Drehwinkel des Lenkrades erfaßt wird.

Die in den Fig. 1A bis 1C gezeigte Uhrfeder 1 ist eine Uhrfeder des Spiraltyps, da das FFB 4 in einer Richtung aufgewickelt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf und dadurch eingeschränkt. Wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Erfindung eine Uhrfeder des Umlenk typs verwenden, bei dem die Windung des FFB 4 an einem Abschnitt einer Umlenkrolle 7 umgelenkt wird.

In den Fig. 4 und 5 sind experimentelle Ergebnisse der Veränderung der Induktivität in Abhängigkeit von der Anzahl der Umdrehungen des Rotors 3 gezeigt.

Jedes der Experimente wurde in der folgenden Weise ausge führt: Mit der Neutralstellung als Referenz wurde der Rotor 3 sechsmal im Gegenuhrzeigersinn und sechsmal im Uhrzeigersinn gedreht, wobei die Induktivität zwischen der Schaltung auf seiten der Säule und der Schaltung auf seiten des Lenkrades jeweils nach einem Winkel von 90° (jeweils nach einer Viertelumdrehung) durch ein LCR-Meßgerät gemessen wurde. Diese Messung wurde zweimal ausgeführt. Die Fig. 6 und 7 zeigen die Ergebnisse der Fig. 4 und 5 in Form graphischer Darstellungen.

Wie aus den obigen experimentellen Ergebnissen deutlich hervorgeht, kann in den beiden Uhrfedern des Spiraltyps bzw. des Umlenktyps eine konstante Korrelation und Wie derholbarkeit zwischen der Anzahl der Umdrehungen (d. h. dem Drehwinkel) und der Induktivität festgestellt werden. Daher kann anhand dieser Daten der Drehwinkel des Lenk rades (d. h. der Lenkwinkel) aus dem Wert der Induktivi tät ermittelt werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird die an den beiden Enden des Leiters 6 auftretende Induktivität durch das Indukti vitätsmeßinstrument 5 gemessen, so daß der Drehwinkel des Lenkrades erfaßt werden kann. Beispielsweise kann das Induktivitätsmeßinstrument 5 eine Drehwinkel-Berechnungs vorrichtung enthalten, die an einen Ausgang des Indukti vitätsmeßinstruments 5 elektrisch angeschlossen ist und den Drehwinkel des Lenkrades aus der gemessenen Indukti vität auf der Grundlage von vorher erhaltenen Daten bezüglich einer Beziehung zwischen der Anzahl der Umdre hung des Rotors 3 einerseits und der Induktivität des Leiters andererseits berechnet. Alternativ kann eine Drehwinkel-Berechnungsvorrichtung (5') getrennt vom Induktivitätsmeßinstrument 5 vorgesehen sein, wobei das Induktivitätsmeßinstrument 5 wie in Fig. 3 gezeigt elek trisch angeschlossen ist.

Wie oben beschrieben worden ist, wird in der erfindungs gemäßen Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung der Lenkwinkel des Lenkrades durch Messen der Induktivität anhand der Anzahl der Windungen des FFB 4 der Uhrfeder 1 erfaßt. Daher sind die Sensorplatte 9 und der Erfassungsabschnitt 12, die in einer herkömmlichen Lenkwinkel-Erfassungsvor richtung verwendet worden sind, nicht notwendig. Aus die sem Grund kann die Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung der Erfindung billig hergestellt werden, ferner kann die Größe der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung reduziert werden.

Gemäß der Erfindung ist der Leiter zur Erfassung des Lenkwinkels in das FFB der Uhrfeder eingebaut, wobei bei einer Drehung des Lenkrades die Änderung der Induktivität des FFB aufgrund einer Änderung der Anzahl der Windungen des FFB über den Leiter erfaßt wird, wodurch der Lenkwin kel des Lenkrades erfaßt werden kann. Dadurch wird der Bedarf an zusätzlichen Erfassungskomponenten beseitigt, die bisher in Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtungen erfor derlich waren, so daß eine kompakte und billige Lenkwin kel-Erfassungsvorrichtung geschaffen werden kann.

Claims

1. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Uhrfeder, die enthält:

- einen Rotor (3), der entsprechend der Drehung eines Lenkrades gedreht wird,
- ein Außengehäuse (2), das auf seiten einer Lenksäule befestigt ist, und
- ein flexibles flaches Band (4), das aufgewic kelt ist und den Rotor (3) und das Außengehäuse (2) miteinander verbindet, wobei sich die Anzahl der Windun gen des flexiblen flachen Bandes (4) entsprechend der Drehung des Rotors (3) ändert und wobei das flexible flache Band (4) einen Leiter (6) enthält,
wobei der Lenkwinkel des Lenkrades durch Erfassen der Änderung der Induktivität des Leiters (6) des flexi blen flachen Bandes (4) erfaßt wird, die durch eine Änderung der Anzahl der Windungen des flexiblen flachen Bandes (4) hervorgerufen wird.

2. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhrfeder (1) eine spiralförmige Struktur besitzt, bei der das flexible flache Band (4) in einer Richtung aufgewickelt ist.

3. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das flexible flache Band einen vorwärtsgerichte ten Abschnitt, einen umgelenkten Abschnitt und einen Umlenkabschnitt, der das flexible flache Band (4) in den vorwärtsgerichteten Abschnitt und in den umgelenkten Abschnitt unterteilt, enthält und
der vorwärtsgerichtete Abschnitt auf das Außenge häuse (2) gewickelt ist und der umgelenkte Abschnitt auf den Rotor (3) in der zur Richtung des vorwärtsgerichteten Abschnitts entgegengesetzten Richtung gewickelt ist.

4. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhrfeder (1) eine Umlenkstruktur besitzt, bei der das flexible flache Band (4) umgelenkt wird und auf das Außengehäuse (2) und den Rotor (3) in zueinander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist.

5. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Endabschnitte des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) mit einer Induktivitätsmeßvorrichtung (5) elektrisch verbunden ist, die die Änderung der Induk tivität des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4), die durch die Änderung der Anzahl der Windungen des flexiblen flachen Bandes (4) hervorgerufen wird, mißt.

6. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Uhrfeder (1), die enthält:

- einen Rotor (3), der mit einer Lenkwelle eines Lenkrades verbunden ist und entsprechend der Dre hung des Lenkrades gedreht wird,
- ein Außengehäuse (2), das auf seiten einer Lenksäule befestigt ist, und
- ein flexibles flaches Band (4), das aufgewic kelt ist und den Rotor (3) mit dem Außengehäuse (2) verbindet,
wobei sich die Anzahl der Windungen des flexiblen flachen Bandes (4) entsprechend der Drehung des Rotors (3) ändert und das flexible flache Band (4) einen Leiter (6) enthält.

7. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Endabschnitte des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) mit einer Induktivitätsmeßvorrichtung (5), die die Induktivität des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) mißt, elektrisch verbunden sind.

8. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitätsmeßvorrichtung mit einer Lenk winkel-Berechnungsvorrichtung elektrisch verbunden ist, die einen Lenkwinkel des Lenkrades anhand eines Wertes der von der Induktivitätsmeßvorrichtung (5) gemessenen Induktivität berechnet.

9. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwinkel-Berechnungsvorrichtung den Lenk winkel des Lenkrades anhand vorher erhaltener Daten bezüglich einer Beziehung zwischen einerseits der Anzahl der Umdrehungen des Rotors (3) und andererseits der Induktivität des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) berechnet.

10. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhrfeder (1) eine Spiralstruktur besitzt, bei der das flexible flache Band (4) in einer Richtung aufge wickelt ist.

11. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das flexible flache Band einen vorwärtsgerichte ten Abschnitt, einen umgelenkten Abschnitt und einen Umlenkabschnitt, der das flexible flache Band (4) in den vorwärtsgerichteten Abschnitt und in den umgelenkten Abschnitt unterteilt, enthält und
der vorwärtsgerichtete Abschnitt auf das Außenge häuse (2) gewickelt ist und der umgelenkte Abschnitt auf den Rotor (3) in einer zur Richtung des vorwärtsgerichte ten Abschnitts entgegengesetzten Richtung gewickelt ist.

12. Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhrfeder (1) eine Umlenkstruktur besitzt, bei der das flexible flache Band (1) umgelenkt wird und auf das Außengehäuse (2) und auf den Rotor (3) in zueinander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist.

13. Verfahren zum Erfassen eines Lenkwinkels eines Lenkrades, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen eines Rotors (3), der entsprechend der Drehung des Lenkrades gedreht wird, eines Außengehäuses (2), das auf seiten einer Lenksäule befestigt ist, und eines flexiblen flachen Bandes (4), das aufgewickelt ist und den Rotor (3) mit dem Außengehäuse (2) verbindet, wobei sich die Anzahl der Windungen des flexiblen flachen Bandes (4) entsprechend der Drehung des Rotors (3) ändert und das flexible flache Band (4) einen Leiter (6) ent hält,
Messen der Induktivität des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) und
Berechnen des Lenkwinkels des Lenkrades anhand eines Wertes der im Meßschritt gemessenen Induktivität.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß im Berechnungsschritt der Lenkwinkel des Lenkra des anhand vorher erhaltener Daten bezüglich einer Bezie hung zwischen einerseits der Anzahl der Umdrehungen des Rotors (3) und andererseits der Induktivität des Leiters (6) des flexiblen flachen Bandes (4) berechnet wird.