DE29520296U1

DE29520296U1 - Drehbewegungssensoranordnung

Info

Publication number: DE29520296U1
Application number: DE29520296U
Authority: DE
Original assignee: Motorola Semiconducteurs SA
Current assignee: Freescale Semiconducteurs France SAS
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2005-12-22

Description

Drehbewegungssensoranordnung Feld der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Drehbewegungssensoren, und bezieht sich besonders, aber nicht ausschließlich auf solche Sensoren für das Erkennen von Lenkradbewegungen in Autos.

Hintergrund der Erfindung

Mit der Einführung von elektronischer Lenkkraftverstärkung und Vierradlenkung haben Autos Sensoren eingebaut bekommen, um die Bewegung des Lenkrads zu erkennen, um zu bestimmen, wie groß eine Drehbewegung (Winkel, Geschwindigkeit und Richtung) aufgetreten ist.

In den vergangenen Jahren sind optoelektronische Zweikanalsensoren benutzt worden, die die Geschwindigkeit, Richtung und/oder Position erkennen. Diese Sensoren haben generell eine Glasscheibe mit einer großen Zahl von undurchlässigen und durchlässigen Abschnitten, die sich mit dem beweglichen Teil drehen, dessen Geschwindigkeit, Richtung und/oder Position zu erkennen ist. Der optoelektronische Abschnitt, einschließlich Lichtabstrahier und -detektoren, ist in einem festen Gehäuse montiert, so daß die Lichtstrahlen durch die Scheibe an der Position der undurchlässigen und durchlässigen Abschnitte durchgehen, so daß die Detektoren Signale erzeugen, die mit dem durch die Scheibe gehenden Lichtstrahl korrespondieren.

Solche optoelektronischen Zweikanalsensoren sind in Autos als Lenkradsensoren benutzt worden, mit einer Metall- oder Plastikscheibe, die in dem Lenksäulengehäuse montiert ist. Jedoch haben solche Sensoren wegen den Abweichungen in der relativen Position zwischen dem Lenksäulengehäuse und der Lenkradachse eine Auflösung von nur etwa 3 bis 5 Grad bei mäßiger Signalgenauigkeit.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Drehbewegungssensor vorzusehen, der die Nachteile bekannter Sensoren überwindet oder zumindest verringert.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend sieht die Erfindung eine Drehbewegungssensoranordnung zum Erkennen von Drehbewegungen eines drehbaren Teils relativ zu einem festen Bezugsrahmen vor, enthaltend: eine Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Strahlung und einen Strahlungsdetektor, der angeordnet ist, um die abgestrahlte Strahlung zu erkennen, wobei der Abstrahler und der Detektor auf einem Träger montiert sind, eine Scheibe zum Drehen mit dem drehbaren Teil, wobei die Scheibe mit einer Vielzahl von Abschnitten versehen ist, die auf einem kreisförmigen Pfad auf der Scheibe angeordnet sind, und wobei die Abschnitte abwechselnd im Wesentlichen undurchlässig und durchlässig für die von der Strahlungsquelle abgestrahlte Strahlung sind, und wobei der Träger auf der Scheibe mittels in einander eingreifender Ausbildungen auf dem Träger und der Scheibe gleitend montiert ist, welche relativ zu einander in Umfangsrichtung der Scheibe gleitend sind, um so den Träger in radialer Richtung relativ zur Scheibe zu halten, wobei die abgestrahlte Strahlung auf der Scheibe auf dem kreisförmigen Pfad auftrifft, und wobei die Anordnung ferner feste Anschläge in Nachbarschaft zum Träger enthält, um den Träger vom Rotieren mit der Scheibe zu hindern.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoranordnung eine Zweikanalanordnung mit erster und zweiter Strahlungsquelle und entsprechenden erstem und zweitem Strahlungsdetektor, um die von der jeweiligen Strahlungsquelle abgegebene Strahlung zu erkennen, wobei die Abstrahler und die Detektoren so positioniert sind, daß die abgegebene Strahlung auf dem kreisförmigen Pfad auftrifft.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die in einander eingreifenden Ausbildungen aus einer auf der Scheibe vorgesehenen, kreisförmigen Führung und einer korrespondierenden Führung an dem Träger. Vorzugsweise enthält die kreisförmige Führung eine kreisförmige Rippe oder Auskragung an einer oder beiden Seiten der Scheibe, die in eine oder zwei passende Rillen an dem Träger eingreifen. Es kann erkannt werden, daß der Träger mit

einer oder zwei Rippen ausgerüstet werden könnte, die mit einer kreisförmigen Rille auf einer oder beiden Seiten der Scheibe eingreifen. Alternativ könnte die kreisförmige Führung aus einer Vielzahl von Auskragungen bestehen, die entlang einem kreisförmigen Pfad auf einer oder beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind.

Vorzugsweise enthält die kreisförmige Führung eine kreisförmige Rippe oder Auskragung an beiden Seiten der Scheibe, die in zwei passende Rillen an dem Träger eingreifen. Vorzugsweise haben die kreisförmigen Rippen oder Auskragungen abgeschrägte Kanten, die mit abgeschrägten Kanten an der obere Oberfläche des Trägers zusammenkommen, wenn der Träger auf der Scheibe montiert wird. Die abgeschrägte Form der kreisförmigen Rippen oder Auskragungen und des Trägers erlauben die Einschnappmontage des Trägers auf der Scheibe. Dies vermeidet den Bedarf an speziellen Werkzeugen für die Montage des Trägers auf der Scheibe.

In einer bevorzugten Anordnung enthält die kreisförmige Führung eine erste Reihe von Auskragungen, die entlang eines ersten, kreisförmigen Pfads auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, und eine zweite Serie von Auskragungen, die mit der ersten Serie von Auskragungen alterniert, und die entlang eines zweiten kreisförmigen Pfads auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind. Der erste und der zweite kreisförmige Pfad sind radial um einen geringen Betrag von z.B. 0,5 mm versetzt. Die korrespondierende Führung auf dem Träger enthält passende Rillen zum Zusammenspiel mit den Auskragungen auf beiden Seiten der Scheibe. Der Vorteil einer solchen bevorzugten Anordnung ist, daß die Auskragungen weniger Oberflächenkontakt mit dem Träger vorsehen, was die Reibung, den Drehaufwand und die Geräuschentwicklung verringert. Die Verringerung von Geräuschen ist von größerer Bedeutung für Autohersteller. Mit zwei Serien von Auskragungen wird die Präzision in der Positionierung der Strahlungsquelle und des Detektors bezüglich der Scheibe verbessert. Vorzugsweise wird die Sensoranordnung benutzt, um die Drehbewegung, -geschwindigkeit und -richtung eines Lenkrads in einem Auto zu erkennen, wobei der Sensor auf der Lenksäule und die Anschläge auf dem Säulengehäuse montiert sind.

-A-

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Drei Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft genauer mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, von denen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bekannten zweikanaligen, optoelektronischen Sensoranordnung für ein Lenkrad zeigt;

Fig. 2 eine schematische Stirnflächensicht der Sensoranordnung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, ähnlich der von Fig. 1, einer bekannten, zweikanaligen Sensoranordnung für ein Lenkrad nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine schematische Stirnflächensicht der Sensoranordnung von Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Anordnung von Fig. 3 und 4 zeigt;

Fig. 6 eine schematische Stirnflächensicht einer Sensoranordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils der Anordnung von Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Sensoranordnung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung vor Montage des Trägers und der Scheibe zeigt;

Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung einer Sensoranordnung von Fig. 8 nach der Montage zeigt; und

Fig. 10 ein elektrisches Schaltkreisdiagramm eines Teils der optoelektronischen, zweikanaligen Sensoranordnung von Fig. 3 bis 5 oder Fig. 6 und 7 oder Fig 8 und 9 ist, das ein Paar Erkennungssignale vorsieht.

Genaue Beschreibung

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, schließt eine bekannte Lenkradsensoranordnung 35 eine lichtunterbrechende Scheibe 36 ein, die montiert ist, um sich mit einem Lenkradsäule 31 zu drehen, welche angeordnet ist, um sich um eine Drehachse 30 innerhalb eines Säulengehäuses 29 zu drehen. Die zwei Lichtquellen 2 und 3 sind auf einer Seite eines Schlitzes montiert, der in einem an dem Säuiengehäuse 29 befestigten Träger 33 ausgebildet ist. Zwei (nicht gezeigte) Lichtdetektoren 5 und 6 sind auf der anderen Seite des Schlitzes am Träger 33 montiert, um das von den Lichtquellen 2 und 3 abgestrahlte und über den Schlitz entlang des optischen Pfads 25 laufende Licht zu erkennen. Die Scheibe 36 ist angeordnet, um sich innerhalb des Schlitzes im Träger 33 zu drehen, und ist vorgesehen mit einer Reihe von undurchlässigen und durchlässigen Abschnitten entlang eines kreisförmigen Pfads 26, um so abwechseln das den Schlitz querende Licht zu unterbrechen und durchzulassen, wobei die Frequenz der Unterbrechungen die Drehgeschwindigkeit der Scheibe 36 anzeigt. Das Vorzeichen {Plus oder Minus) der Phasendifferenz zwischen dem ersten, durch den Detektor 5 vorgesehenen Kanal und dem zweiten, durch den Detektor 6 vorgesehenen Kanal bezeichnet die Richtung der Drehung der Scheibe 36. Das Problem mit dieser Anordnung ist, daß Veränderungen im Abstand 34 zwischen der Lenkachse 30 und dem Säulengehäuse 29 bedeuten, daß die optischen Pfade 25 nicht immer mit dem kreisförmigen Pfad 26 der undurchlässigen und durchlässigen Abschnitte auf der Scheibe 36 fluchten, so daß das Licht entweder überhaupt nicht erkannt wird, oder nicht mit der richtigen Frequenz und der richtigen Phasendifferenz erkannt wird.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, wird in einer Lenkradsensoranordnung 32 nach der einen Ausführungsform der Erfindung eine Scheibe 24 mit ähnlichen undurchlässigen und durchlässigen Abschnitten wie der bekannten Scheibe 24 vorgesehen. In diesen Fig. haben dieselben Elemente, wie mit Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben, dieselben Bezugszeichen. In diesem Fall jedoch

— &bgr; —

enthält die Scheibe 24 auch ein Paar kreisförmiger Rippen 22 und 23 auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe 24. Der Träger ist nicht am Lenksäulengehäuse 29 montiert, sondern wird statt dessen durch zwei sich gegenüberstehenden Rillen 27 und 28, die in den sich vom Träger 33 erstreckenden Armen 27 und 28 vorgesehen sind, gehalten, wobei die Rillen die kreisförmigen Rippen 22 und 23 der Scheibe 24 umgreifen, wie deutlicher in Fig. 5 gezeigt wird. Die zwei Lichtquellen 2 und 3 und die zwei Detektoren 5 und 6, die in dem Träger 33 montiert sind, werden deshalb in Fluchtlinie mit dem kreisförmigen Pfad 26 gehalten. Veränderungen zwischen dem kreisförmigen Pfad 25 und den optischen Pfader. 25 werden deshalb auf das notwendige funktionale Spiel zwischen den Rillen 38 und 39 des Trägers 33 und den Rippen 22 und 23 begrenzt. Nur die Anschläge 37 am Lenksäulengehäuse 29 sind nötig, um die Drehung des Trägers 33 zu verhindern. Unter diesen Bedingungen wird das Licht mit der richtigen Frequenz und Phasendifferenz erkannt.

Unter nunmehrigem Bezug auf Fig. 6 wird eine Sensoranordnung nach einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Gleiche Komponenten zu denen in Fig. 3 bis 5 werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet. Die kreisförmigen Führungen der Sensoranordnung von Fig. 6 enthalten eine erste Serie von Auskragungen 45, die entlang eines ersten, kreisförmigen Pfads an beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, und einer zweiten Serie von Auskragungen 44, die mit denen der ersten Serie 45 alternieren, und die entlang einem zweiten, kreisförmigen Pfad auf beiden Seiten der Scheibe 24 angeordnet sind. Der erste und der zweite, kreisförmige Pfad sind radial um einen geringen Betrag 46 versetzt, z.B. um 0,5 mm. Die korrespondierende Führung am Träger enthält passende Rillen 27, 28, die mit den Auskragungen 44, 45 auf beiden Seiten der Scheibe zusammenspielen. Die erste und zweite Serie von Auskragungen werden vorzugsweise symmetrisch auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet, siehe die in Fig. 7 gezeigten Auskragungen 45.

In der dritten, in Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsform werden gleiche Komponenten wie jene von Fig. 3 bis 5 durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und die kreisförmigen Rippen

oder Auskragungen 22, 23 haben abgeschrägte Kanten 50, die angeordnet sind, um mit den abgeschrägten Kanten 52 auf einer oberen Oberfläche 54 der Trägers 33 zusammenzuwirken, wenn der Träger auf der Scheibe 24 montiert wird (siehe besonders Fig. 8). Die abgeschrägte Form der kreisförmigen Rippen oder Auskragungen 22, 23 und des Trägers 33 erlauben eine Einschnappmontage des Trägers auf der Scheibe 24.

Fig. 10 zeigt den elektrischen Schaltkreis 1, der in der Anordnung von Fig. 3 bis 5 oder in der Anordnung von Fig. 6 und 7 oder in der Anordnung von Fig. 8 und 9 benutzt werden kann. Zwei Paare von Lichtquellen 2, 3 und Detektoren 5, 6 werden benutzt, um zwei Signale mit einer Phasendifferenz vorzusehen. Das Vorzeichen (Plus oder Minus) der Phasendifferenz ergibt die Drehrichtung.

Die Lichtquellen 2 und 3 werden mit einer an dem Träger 33 angebrachten, gedruckten Schaltungsplatine 16 mittels der in Fig. 5 gezeigten Verbindungen 18, 19 verbunden. Die Detektoren und 7 sind ebenfalls mit der gedruckten Schaltungsplatine 16 mittels der Verbindungen 20, 21 verbunden. Eine Stromquelle 4 sieht den Strom für die zwei Lichtquellen 2 und 3, vor, die LED sein können, und die in Serie geschaltet sind, um so den gesamten Stromverbrauch zu begrenzen. Die zwei Detektoren 5 und &bgr; sind parallel geschaltet, um so die zwei Erkennungssignale zu liefern. Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf einen der zwei Kanäle, der zweite Kanal arbeitet in ähnlicher Weise.

Das Signal 10 vom Detektor 5 wird mit einer konstanten Bezugsspannung von der Bezugsspannungsquelle 7 durch einen Vergleicher 8 verglichen. Das Signal 12 vom Vergleicher 8 ist deshalb ein rechteckiges Logiksignal, das über den Anschluß Sl an einen Ausgangsverbinder 17 gekoppelt wird. In ähnlicher Weise wird das Signal 13 vom zweiten Kanaldetektor 6 mit der Bezugsspannung von der Bezugsspannungsquelle 7 durch einen Vergleicher 9 verglichen, dessen Ausgang über den Anschluß S2 an den Verbinder 17 gekoppelt ist. Sowohl die Versorgungsspannungsleitung 14 als auch die Masseleitung 15 werden ebenfalls mit dem Ausgangsverbinder 17 verbunden.

Der Ausgangsverbinder 17 erlaubt die Verbindung der Sensoranordnung mit einer (nicht gezeigten) Steuerungseinheit, um die zwei Signale 12 und 13 zu verarbeiten. Die Frequenz liefert eine Anzeige der Scheibengeschwindigkeit/ das Vorzeichen der Phasendifferenz zwischen den Signalen 12 und 13 gibt die Richtung an, und die Anzahl der Impulse bezeichnet die Größe der Bewegung.

Es wird erkannt werden, daß, obwohl nur eine einzelne Ausführungsform der Erfindung genau beschrieben worden ist, verschiedene Modifikationen und Verbesserungen durch die in der Technik Geübten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, z.B. lineare Bewegungserkennung oder Vielkanalerkennungsanordnungen für absolute Codierung.

Claims

Ansprüche:

1. Drehbewegungssensoranordnung zum Erkennen von Drehbewegungen eines drehbaren Teils relativ zu einem festen Bezugsrahmen, enthaltend: eine Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Strahlung und einen Strahlungsdetektor, der angeordnet ist, um die abgestrahlte Strahlung zu erkennen, wobei der Abstrahler und der Detektor auf einem Träger montiert sind, eine Scheibe zum Drehen mit dem drehbaren Teil, wobei die Scheibe mit einer Vielzahl von Abschnitten versehen ist, die auf einem kreisförmigen Pfad auf der Scheibe angeordnet sind, und wobei die Abschnitte abwechselnd im Wesentlichen undurchlässig und durchlässig für die von der Strahlungsqelle abgestrahlte Strahlung sind, und wobei der Träger auf der Scheibe mittels in einander eingreifende Ausbildungen auf dem Träger und der Scheibe gleitend montiert ist, die relativ zu einander in Umfangsrichtung der Scheibe gleitend sind, um so den Träger in radialer Richtung relativ zur Scheibe zu halten, wobei die abgestrahlte Strahlung auf der Scheibe auf dem kreisförmigen Pfad auftrifft, und wobei die Anordnung ferner feste Bezugsrahmenanschläge in Nachbarschaft zum Träger enthält, um den Träger vom Rotieren mit der Scheibe zu hindern.

2. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die eingreifenden Ausbildungen aus einer kreisförmigen Führung besteht, die auf der Scheibe vorgesehen ist, und einer korrespondierenden Führung am Träger.

3. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die kreisförmige Führung eine erste, kontinuierliche, kreisförmige Rippe auf mindestens einer Seite der Scheibe und die korrespondierende Führung an dem Träger eine dazu passende Rille enthält.

4. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 3, die ferner eine zweite, kontinuierliche Rippe auf der anderen Seite der Scheibe und eine zweite, dazu passende Rille an Träger enthält.

5. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite, kontinuierliche, kreisförmige Rippe abgeschrägte Kanten haben, die angeordnet sind, um mit abgeschrägten Kanten an der oberen Oberfläche des Trägers zusammenzuspielen, wenn der Träger auf der Scheibe montiert wird.

6. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die kreisförmige Führung eine erste, kontinuierliche, kreisförmige Rille auf mindestens einer Seite der Scheibe enthält, und der Träger eine zu der kreisförmigen Rille passende Rippe aufweist.

7. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die kreisförmige Führung eine Vielzahl von Auskragungen enthält, die entlang eines kreisförmigen Pfads auf mindestens einer Seite der Scheibe angeordnet sind, und die korrespondierende Führung am Träger eine dazu passende Rille enthält.

8. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die kreisförmige Führung eine Vielzahl von Auskragungen enthält, die entlang einem kreisförmigen Pfad auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, und die korrespondierende Führung an dem Träger dazu passende Rillen enthält, und wobei die Vielzahl der Auskragungen auf beiden Seiten der Scheibe abgeschrägte Kanten haben, die angeordnet sind, um mit abgeschrägten Kanten auf der oberen Oberfläche des Trägers zusammenzuspielen, wenn der Träger auf der Scheibe montiert wird.

9. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die kreisförmige Führung eine erste Serie von Auskragungen enthält, die entlang einem ersten, kreisförmigen Pfad auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, und eine zweite Serien von Auskragungen enthält, die mit der ersten Serie von Auskragungen alterniert, und die entlang einem kreisförmigen Pfad auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, und wobei der erste und der zweite, kreisförmige Pfad radial um einen geringen Betrag zu einander versetzt sind, und wobei· die korrespondierende Führung am Träger passende Rillen für das Zusammenspiel mit der ersten und zweiten Serie von Auskragungen auf beiden Seiten der Scheibe enthält.

10. Drehbewegungssensoranordnung nach Anspruch 9, wobei der geringe Betrag angenähert 0,5 mm ist.

11. Drehbewegungssensoranordnung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, die zwei Paare von Strahlungsquelle und Detektor enthält, und beide Paare auf dem Träger derart montiert sind, daß die von der Strahlungsquelle abgestrahlte Strahlung auf dem kreisförmigen Pfad auftrifft.

12. Lenksäulensensor, der die Drehbewegungssensoranordnung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche enthält, wobei die Scheibe auf einer Lenkradsäule und die Anschläge auf dem Säulengehäuse montiert sind.