DE69828456T2

DE69828456T2 - Lenkwinkelsensoreinheit

Info

Publication number: DE69828456T2
Application number: DE69828456T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sano
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2018-10-10
Also published as: DE69828456D1; US6155106A; EP1398245B1; EP0913319A2; EP0913319B1; EP0913319A3; EP1382511A2; EP1382511B1; DE69829233T2; EP1382511A3; EP1398245A2; EP1398245A3; DE69825009T2; DE69825009D1; DE69829233D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkwinkelsensoreinheit, die an einer Lenkwelle eines Motorfahrzeugs oder dergleichen montiert ist, um Information über die Drehung eines Lenkrads zu detektieren und um elektrische Vorrichtungen, die an dem Lenkrad montiert sind, und einen Fahrzeugkörper elektrisch zu verbinden.
Bisher wurde eine Lenkwinkelsensoreinheit genannte Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Kombination eines Lenkwinkelsensors zum Detektieren von Information über die Drehung eines Lenkrads und einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden einer an dem Lenkrad montierten elektrischen Vorrichtung und einer an einem Fahrzeugkörper montierten elektrischen Vorrichtung aufweist.
Ein Lenkwinkelsensor detektiert den Lenkwinkel und die Lenkrichtung des Lenkrads und verwendet diese, um die Dämpfungskraft der Federung, die Gangposition des Automatikgetriebes und die Lenkung der Hinterräder eines Vier-Rad-Lenkung-Fahrzeugs (4WS) zu steuern. Im allgemeinen weist der Lenkwinkelsensor eine an einem Rotorabschnitt montierte Codeplatte auf, die drehend durch das Lenkrad angetrieben wird, und eine Licht emittierende Vorrichtung und einen Fotoempfänger, die innerhalb eines Gehäuses zum Bilden eines Statorabschnitts angeordnet sind. Andererseits erlaubt ein Drehverbinder die elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Vorrichtung, die an dem als ein Drehelement dienenden Lenkrad angebracht ist und einer elektrischen Vorrichtung, die an einem als ein festes Element dienenden Fahrzeugkörper angebracht ist. Bei einigen Drehverbindern wird ein flexibles elektrisches Kabel oder ein optisches Faserkabel (hierin im Anschluss allgemein als "flexibles Kabel" bezeichnet) zwischen einem Rotorabschnitt, der durch das Lenkrad drehend angetrieben wird, und einem Gehäuse zum Bilden eines Statorabschnitts gewunden und gehalten, wobei das flexible Kabel an dem Rotorabschnitt an einem Ende und an dem Statorabschnitt an dem anderen Ende befestigt ist, und die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Vorrichtungen wird durch Aufwickeln und Abwickeln des flexiblen Kabels ermöglicht.
Es wird nun ein herkömmlicher Lenkwinkelsensor beschrieben.
11 ist eine Strukturschnittansicht einer entlang der Linie 11-11 in 12 aufgenommenen herkömmlichen Lenkwinkelsensoreinheit, 12 ist eine entlang der Linie 12-12 in 11 aufgenommene Strukturschnittansicht, und 13 ist eine entlang der Linie 13-13 in 12 aufgenommene Strukturschnittansicht.
Wie in den 11 bis 13 gezeigt, umfasst eine Lenkwinkelsensoreinheit 80 ein Rotorelement 52, das an einer Lenkwelle (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs befestigt ist und das sich mit der Betätigung eines Lenkrads (nicht gezeigt) dreht, ein erstes Gehäuse 53, dass um das Rotorelement 52 bei einem vorbestimmten Intervall beabstandet ist und eine glatte, innere Randoberfläche hat, um als ein Statorelement zu dienen, ein flexibles Kabel 54 zum Bilden eines Drehverbinders, einen Wickelkern 56, der in ein zweites Gehäuse 55 mit einer glatten, inneren Randoberfläche, um das flexible Kabel 54 daran aufzuwickeln, eingepasst ist oder mit diesem integral ausgebildet ist, und dergleichen.
Das erste Gehäuse 53 und das zweite Gehäuse 55 sind integral ausgebildet, und das zweite Gehäuse 55 ist um den Wickelkern 56 bei einem vorbestimmten Intervall beabstandet. Ein Wickelunterstützungselement 57, das sich koaxial mit dem Wickelkern 56 drehen kann, ist zwischen dem zweiten Gehäuse 55 und dem Wickelkern 56 bei vorbestimmten Abständen von diesen angeordnet. Eine Wand 58 ist zwischen dem ersten Gehäuse 53 und dem zweiten Gehäuse 55 angeordnet, und ein Kabelpfad 59 ist an dem Ende der Wand 58 ausgebildet. In der Lenkwinkelsensoreinheit 80 mit einem solchen Aufbau enthält ein Lenkwinkelsensor 70 einen Drehverbinder 71.
Es wird nun eine Beschreibung des Aufbaus und der Anordnung des Lenkwinkelsensors 70 in der Lenkwinkelsensoreinheit 80 gegeben.
An dem Rotorelement 52 ist eine Schlitzplatte 60 befestigt mit Durchgangslöchern 60a, die bei vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung beabstandet sind. Ein Fotounterbrecher 61 ist in dem ersten Gehäuse 53 angeordnet, das sich nicht mit dem betätigten Lenkrad bewegt, und umfasst einen Fotoempfänger 62 und ein Licht emittierendes Element 63, die den äußeren Randbereich der Schlitzplatte 60 und die Durchgangslöcher 60a sandwichartig umgeben. Der Fotounterbrecher 61 hat auch eine Leiterplatte 64 zum Detektieren von Signalen, die ausgegeben werden, wenn die Schlitzplatte 60 das sich von dem Licht emittierenden Element 63 hin zu dem Fotoempfänger 62 bewegende Licht blockiert oder durchlässt.
Das Rotorelement 52 mit der daran befestigten Schlitzplatte 60 ist lose mit einem Abstand in Löcher 53c und 53d eingepasst, die durch eine obere Wand 53a und eine untere Wand 53b des ersten Gehäuses 53 ausgebildet sind. Die Leiterplatte 64 ist sowohl mit dem Fotoempfänger 62 als auch mit dem Licht emittierenden Element 63 verbunden und ist mit einer Leistungsversorgungsschaltung (nicht gezeigt) zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem Fotoempfänger 62 und dem Licht emittierenden Element 63 und dergleichen vorgesehen.
Der Aufbau des Drehverbinders 71 wird als Nächstes beschrieben.
Ein Ende des flexiblen Kabels 54 ist an dem als ein Rotor in dem Lenkwinkelsensor 70 dienenden Rotorelement 52 befestigt. Das andere Ende des flexiblen Kabels 54 ist auf den Wickelkern 56 gewickelt, an dem zweiten Gehäuse 55 befestigt und elektrisch verbunden mit einem externen Ausgabeverbinder, der nicht gezeigt ist.
Es wird nun eine Beschreibung der Arbeitsweise der Lenkwinkelsensoreinheit 80 mit dem oben genannten Aufbau gegeben.
Wenn das Lenkrad (nicht gezeigt) betätigt wird, dreht sich zunächst das Rotorelement 52 in der Lenkwinkelsensoreinheit 80. Dadurch dreht sich auch die Schlitzplatte 60. Mit der Drehung der Schlitzplatte 60 wird von dem Licht emittierenden Element 63 emittiertes Licht in dem Fotounterbrecher 61 blockiert oder durch die Durchgangslöcher 60a der Schlitzplatte 60, die sich zwischen dem Licht emittierenden Element 63 und dem Fotoempfänger 62 dreht, durchgelassen. Ein Detektionssignal (Fotostrom), das von dem Fotoempfänger 62 basierend auf dem auf diese Art durchgelassenen oder blockierten Licht ausgegeben wird, wird über eine auf der Leiterplatte 64 ausgebildete elektrische Schaltung ausgegeben.
Basierend auf diesem Ausgabesignal wird der Drehwinkel der Lenkwelle in einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), die nicht gezeigt ist, und dergleichen berechnet. Der Drehwinkel der Lenkwelle gibt den Lenkbetrag oder den Lenkwinkel des Lenkrads, das durch einen Passagier beim Drehen des Fahrzeugs betätigt wird, wieder. Der Drehzustand des Fahrzeugs, die laterale Beschleunigung des Fahrzeugkörpers in der lateralen Richtung oder dergleichen wird detektiert mittels solcher berechneter Werte, und dies wird verwendet, um das Fahrzeug zu steuern, um die Stabilität des Laufs des Fahrzeugs und den Fahrkomfort des Passagiers, z.B. um die Federung zu steuern, zu verbessern.
Wenn sich das Rotorelement 52 dreht, wird das flexible Kabel 54 zum Bilden des Drehverbinders 71 um das Rotorelement 52 gewickelt oder abgewickelt. Dieses flexible Kabel 54 verbindet eine elektrische Vorrichtung an der Seite des Lenkrads und eine elektrische Vorrichtung an der Seite des Fahrzeugkörpers elektrisch.
Der Drehverbinder umfasst im Allgemeinen ein Paar von Gehäusen, die so gekoppelt sind, dass sie sich relativ drehen können, und ein flexibles Kabel, das in einen ringförmigen Speicherraum gewickelt wird, der zwischen den Gehäusen definiert ist. Beide Enden des flexiblen Kabels sind elektrisch nach außen geführt, wobei sie mit den Gehäusen verbunden sind. Eines der Gehäuse wird als ein Rotorelement verwendet, und das andere wird als ein Statorelement verwendet. Wenn das Rotorelement in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung gedreht wird, wird das flexible Kabel innerhalb des Speicherraums aufgewickelt oder abgewickelt, abhängig von der Drehrichtung.
Der Drehverbinder mit einem solchen Aufbau ist in eine Lenkvorrichtung eines Motorfahrzeugs eingebaut und als eine Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden eines Lenkrads und einer Säule verwendet. In diesem Fall wird eine bekannte Montagestruktur weitgehend eingesetzt, bei der ein Rotorelement in einem Drehverbinder mit einem Lenkrad verbunden ist und ein Statorelement in dem Drehverbinder an einem Kombinationsschalter an der Seite einer Säule angebracht ist. Dieser Kombinationsschalter enthält verschiedene Schaltereinheiten wie einen Scheinwerferschalter und einen Scheibenwischerschalter. Im Allgemeinen ist der Scheinwerferschalter mit einem Blinkerrückstellmechanismus vorgesehen, um einen Kontrollhebel an der rechten oder linken Arbeitsposition automatisch zu der Mittelposition zurückkehren zu lassen.
In einer wohlbekannten Weise ist eine Rückstellnocke an einem Teil des Rotorelements ausgebildet, der von der Bodenfläche des Statorelements in dem Drehverbinder vorsteht, und ein Rückstellhebel in dem Blinkerrückstellmechanismus ist in den Drehbereich der Rückstellnocke gestellt, wodurch der Blinkerrückstellmechanismus mittels der Drehkraft des Rotorelements betätigt wird. Wenn in diesem Fall das Lenkrad in die Neutralposition gedreht wird, wird der Rückstellhebel durch die Rückstellnocke des Rotorelements betätigt, da sich das Rotorelement in dem Drehverbinder zusammen mit dem Lenkrad dreht, und der Kontrollhebel kehrt dadurch automatisch in die Mittelposition zurück.
Bei der Lenkwinkelsensoreinheit mit dem o.g. Aufbau funktioniert jedoch das Rotorelement 52, an dem die Schlitzplatte 60 befestigt ist, sowohl als ein Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor 70 als auch als ein Rotorelement in dem Drehverbinder 71 und ist lose mit einem Zwischenraum in die Löcher 53c und 53d eingepasst, die durch die obere Wand 53a und die untere Wand 53b des ersten Gehäuses ausgebildet sind. Dies liegt daran, dass der Drehverbinder 71 das flexible Kabel 54 enthält und dass er sich nicht stabil dreht, wenn das flexible Kabel 54 aufgewickelt oder abgewickelt wird, solange nicht ein vorbestimmter Abstand gewährleistet ist.
Daher besteht ein Bedürfnis, ein gewisses Spiel zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement in dem Drehverbinder 71 vorzusehen. Wenn es andererseits einen großen Abstand zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement in dem Lenkwinkelsensor 70 gibt, weicht die Rotationsachse des Rotorelements wesentlich ab (versetzt sich in der axialen und radialen Richtung). Da die Schlitzplatte 60 an dem Rotorelement befestigt ist, ändert sich die Position des zwischen dem Fotoempfänger 62 und dem Licht emittierenden Element 63 verlaufenden Schlitzes wesentlich, wodurch das Detektionssignal, das durch den Durchgang und das Blockieren von Licht zwischen dem Licht emittierenden Element 63 und dem Fotoempfänger 62 mit dem Drehen der Schlitzplatte 60 erhalten wird, fluktuiert und nicht stabil ist. In den letzten Jahren wurde es für den Lenkwinkelsensor 70 erforderlich, dass er eine höhere Präzision und eine höhere Auflösung aufweist, und der nachteilige Effekt des Spiels ist nicht vernachlässigbar.
Ferner sind das Statorelement und das Rotorelement, die die Bestandteile des Drehverbinders sind, nicht eng miteinander gekoppelt, und im Allgemeinen ist das Rotorelement mit einigem Zwischenraum in Bezug auf ein Führungsloch des Statorelements drehbar gekoppelt, so dass dieser Zwischenraum die Messfehler und Montagefehler der Komponenten absorbiert. Daher beseht eine Befürchtung, dass sich das Rotorelement innerhalb des Zwischenraums bei einem geneigten Winkel bezüglich der Mittelachse des an einem Gehäuse des Kombinationsschalters montierten Statorelements dreht. Wenn die Rückstellnocke an dem vorstehenden Bereich des Rotorelements ausgebildet ist, wie in dem o.g. Stand der Technik, sind die Rückstellnocke und der Rückstellhebel schräg mit relativem Versatz und machen so den Rückstellhebel arbeitsunfähig.
Eine Lenkwinkelsensoreinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus DE 196 02 060 A1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme des Stands der Technik zu lösen und hat als eine Aufgabe, eine Lenkwinkelsensoreinheit vorzusehen, die durch Kombinieren eines Drehverbinders, der ein festes Spiel zum reibungsarmen Drehen benötigt, und eines Lenkwinkelsensors, der das Spiel für hohe Präzision und hohe Auflösung begrenzen muss, ausgebildet ist, ohne deren Funktionen und Leistung zu verschlechtern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkwinkelsensoreinheit vorgesehen, die einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden einer an einem Lenkrad montierten elektrischen Vorrichtung und einer an einem Fahrzeugkörper montierten elektrischen Vorrichtung aufweist und einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei ein Rotorelement in dem Drehverbinder und ein Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor aus getrennten Elementen gebildet sind, wobei entweder das Rotorelement in dem Drehverbinder oder das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor einen Schlitz hat, der sich in der radialen Richtung erstreckt, das andere Rotorelement einen Vorsprung mit etwa demselben Durchmesser wie der kleinere Durchmesser des Schlitzes hat und der Schlitz und der Vorsprung miteinander zusammenwirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Lenkwinkelsensoreinheit vorgesehen, die einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden einer an einem Lenkrad montierten elektrischen Vorrichtung und einer an einem Fahrzeugkörper montierten elektrischen Vorrichtung aufweist und einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei ein Rotorelement in dem Drehverbinder und ein Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor aus getrennten Elementen ausgebildet sind, das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor einen Schlitz hat, der sich in der radialen Richtung erstreckt, das Rotorelement in dem Drehverbinder einen Vorsprung mit etwa dem selben Durchmesser wie der kleinere Durchmesser des Schlitzes hat und der Schlitz und der Vorsprung miteinander zusammenwirken.
Vorzugsweise ist eine Schraubenfeder zwischen das Rotorelement in dem Drehverbinder und das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor so angeordnet, dass die Rückstellkraft der Schraubenfeder beide Rotorelemente elastisch in eine solche Richtung drückt, um die Rotorelemente zu trennen.
Vorzugsweise hat das Rotorelement in dem Drehverbinder einen flexiblen Eingriffsbereich, das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor hat einen Vorsprung, der mit dem flexiblen Eingriffsbereich zusammenwirken soll, und der flexible Eingriffsbereich wirkt mit dem Vorsprung zusammen.
Vorzugsweise befinden sich der flexible Eingriffsbereich und der sich in der radialen Richtung erstreckende Schlitz, die in dem Rotorelement des Drehverbinders ausgebildet sind, an Positionen, die über einen Winkel von 180° um die Mittelachse des Rotorelements beabstandet sind.
Die Lenkwinkelsensoreinheit kann eine Mehrzahl von flexiblen Eingriffsbereichen aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkwinkelsensoreinheit vorgesehen, die einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden einer an einem Lenkrad montierten, elektrischen Vorrichtung und einer an einem Fahrzeugkörper montierten, elektrischen Vorrichtung aufweist, und einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei ein Rotorelement in dem Drehverbinder und ein Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor aus separaten Elementen gebildet sind, das Rotorelement in dem Drehverbinder und das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor Dreheingriffabschnitte haben, bei denen die Rotorelemente miteinander zusammenwirken, eine Schraubenfeder zwischen dem Rotorelement in dem Drehverbinder und dem Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor angeordnet ist und die Rotorelemente elastisch durch die elastische Kraft der Schraubenfeder in eine solche Richtung gedrückt werden, dass sich die Rotorelemente trennen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkwinkelsensoreinheit vorgesehen, die einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden einer an einem Lenkrad montierten, elektrischen Vorrichtung und einer an einem Fahrzeugkörper montierten, elektrischen Vorrichtung aufweist, und einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei Statorelemente in dem Drehverbinder und der Lenkwin kelsensor miteinander kombiniert sind, Rotorelemente in dem Drehverbinder und der Lenkwinkelsensor über einen spiel-aufnehmenden Bereich zusammenwirken, der deren relative Verlagerung in der radialen Richtung erlaubt, und das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor eine Rückstellnocke zum Betätigen eines Blinkerrückstellmechanismus hat. Da der relative Versatz zwischen den Rotorelementen in dem Drehverbinder und dem Lenkwinkelsensor in der radialen Richtung absorbiert ist, ist es bei einem solchen Aufbau möglich, einen ausreichend kleinen Zwischenraum zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor einzustellen, wobei ein notwendiger Zwischenraum zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement in dem Drehverbinder gewährleistet ist. Daher kann der Blinkerrückstellmechanismus durch die in dem Rotorelement des Lenkwinkelsensors ausgebildete Rückstellnocke zuverlässig betätigt werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen ersichtlich.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich im Wege von Beispielen beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, wobei:
1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Lenkwinkelsensoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Draufsicht auf ein unteres Rotorelement in einem Drehverbinder einer Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3 eine Seitenansicht des in 2 gezeigten unteren Rotorelements ist;
4 eine Bodenansicht des in 2 gezeigten unteren Rotorelements ist;
5 eine Draufsicht eines ersten Rotorelements in einem Lenkwinkelsensor der Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform ist;
6 eine Seitenansicht des in 5 gezeigten ersten Rotorelements ist;
7 eine Querschnittsansicht des ersten Rotorelements aufgenommen entlang der Linie 7-7 in 5 ist;
8 eine Querschnittsansicht ist, die einen Hauptteil der Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
9 eine erläuternde Ansicht der Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform ist;
10 ein Wellenformdiagramm ist, das die Wellenform der von einem Absolutcodierer in der Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ausgegebenen Signale zeigt;
11 eine Strukturschnittansicht einer herkömmlichen Lenkwinkelsensoreinheit aufgenommen entlang der Linie 11-11 in 12 ist;
12 eine Strukturschnittansicht aufgenommen entlang der Linie 12-12 in 11 ist;
13 eine Strukturschnittansicht aufgenommen entlang der Linie 13-13 in 12 ist;
14 eine Aufsicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Lenkwinkelsensoreinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Kombinationsschalter angebracht ist;
15 eine perspektivische Explosionsansicht der Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
16 eine Bodenansicht eines unteren Rotors in einem Drehverbinder der Lenkwinkelsensoreinheit ist;
17 eine Draufsicht eines oberen Rotors in einem Lenkwinkelsensor der Lenkwinkelsensoreinheit ist;
18 eine Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der untere Rotor in dem Drehverbinder und der obere Rotor in dem Lenkwinkelsensor miteinander gekoppelt sind; und
19 eine erläuternde Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem die Lenkwinkelsensoreinheit der zweiten Ausführungsform und ein Lenkrad miteinander verbunden sind.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Lenkwinkelsensoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt weist die Lenkwinkelsensoreinheit einen Drehverbinder 200 und einen Lenkwinkelsensor 210 auf, die durch eine Schraubenfeder 16 in elastischem Kontakt miteinander ausgelegt sind.
Zunächst wird eine Beschreibung des Drehverbinders 200 gegeben.
Der Drehverbinder 200 umfasst im Allgemeinen ein Paar von Rotorelementen, ein oberes Rotorelement 1 und ein unteres Rotorelement 2, die konzentrisch und drehbar in Bezug auf einander verbunden sind, einen Kabelhalter 5, eine untere Abdeckung 6 und ein flexibles Kabel 9, das in einem zwischen dem oberen und dem unteren Rotorelement 1 und 2, dem Kabelhalter 5 und der unteren Abdeckung 6 ausgebildeten Raum gehalten und aufgewickelt ist. Beide Enden des flexiblen Kabels 9 sind über einen inneren Kabelblock 12 und einen äußeren Kabelblock 13 indirekt aus dem Kabelhalter 5 herausgeführt. In diesem Fall ist der innere Kabelblock 12 durch den äußeren Randbereich des oberen Rotorelements 1 gehalten und der äußere Kabelblock 13 ist durch den äußeren Randbereich der unteren Abdeckung 6 gehalten.
Das obere Rotorelement 1 und das untere Rotorelement 2 werden als ein bewegbares Gehäuse verwendet und die Kombination aus dem Kabelhalter 5 und der unteren Abdeckung 6 wird als ein festes Gehäuse verwendet. Wenn das bewegbare Gehäuse im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das flexible Kabel 9 innerhalb des Raums aufgewickelt oder abgewickelt.
In dem Drehverbinder 200 sind das obere und das untere Rotorelement 1 und 2, die als das bewegbare Gehäuse dienen, und der Kabelhalter 5 und die untere Abdeckung 6, die als das feste Gehäuse dienen, relativ lose miteinander in Eingriff gebracht. In dem Eingriffbereich dazwischen ist ein relativ großer Zwischenraum ausgebildet. Das Spiel zwischen dem bewegbaren Gehäuse und dem festen Gehäuse aufgrund des Abstands in dem Eingriffbereich hält die Drehung des Drehverbinders 200 stabil.
Bei dem Drehverbinder 200 mit einem solchen allgemeinen Aufbau ist das feste Gehäuse, das den Kabelhalter 5 und die untere Abdeckung 6 umfasst, an dem Fahrzeugkörper befestigt und das bewegbare Gehäuse, das das obere Rotorelement 1 und das untere Rotorelement 2 umfasst, ist an einer Nabe (nicht gezeigt) einer Lenkwelle befestigt. Beide Enden des flexiblen Kabels 9 sind mit elektrischen Vorrichtungen in dem Fahrzeugkörper und einem Lenkrad jeweils über Verbinder 14 und 15 verbunden. Dadurch wird der Drehverbinder 200 als elektrische Verbindungseinrichtung für ein Automobil-installiertes Airbagsystem, eine Hupenschaltung und dergleichen verwendet.
Als nächstes wird der Lenkwinkelsensor 210 beschrieben. Im übrigen zeigt 1 den Lenkwinkelsensor 210 in einer umgekehrten Position.
Bezugnehmend auf 1 umfasst der Lenkwinkelsensor 210 im Allgemeinen ein Paar von Abdeckungen, eine obere Abdeckung 7 und eine untere Abdeckung 8, die konzentrisch miteinander verbunden sind, ein erstes Rotorelement 3 und ein zweites Rotorelement 4, die drehbar mit der oberen Abdeckung 7 und der unteren Abdeckung 8 verbunden sind und eine Codeplatte 10 und einen Fotounterbrecher 11, die in dem zwischen der oberen und der unteren Abdeckung 7 und 8 und dem ersten und dem zweiten Rotorelement 3 und 4 gebildeten Raum gehalten sind. Der Fotounterbrecher 11 ist so angeordnet, dass er über ein Durchgangsloch an der Codeplatte 10 verläuft. Die Codeplatte 10 und der Fotounterbrecher 11 bilden, z.B., einen Absolutcodierer, der den Drehwinkel und dergleichen präzise detektiert basierend auf der Drehung der Codeplatte 10.
Diese Codeplatte 10 ist sandwichartig angeordnet und gehalten zwischen dem ersten Rotorelement 3 und dem zweiten Rotorelement 4 und dreht sich mit diesen.
Bei dem derart aufgebauten Lenkwinkelsensor 210 ist ein die obere Abdeckung 7 und die untere Abdeckung 8 aufweisendes, festes Gehäuse an dem festen Gehäuse des Drehverbinders 200 befestigt und ein das erste Rotorelement 3 und das zweite Rotorelement 4 aufweisendes, bewegbares Gehäuse wirkt mit dem bewegbaren Gehäuse des Drehverbinders 200 zusammen. Der Fotounterbrecher 11 gibt ein Detektionssignal aus.
Der Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorelement 3 und 4, die als das bewegbare Gehäuse dienen, und der oberen Abdeckung 7 und der unteren Abdeckung 8, die als das feste Gehäuse in dem Lenkwinkelsensor 210 dienen, wird kleiner und präziser gehalten als derjenige des Drehverbinders 200. Dies stabilisiert die Position der Codeplatte 10 in Bezug auf den Fotounterbrecher 11, der in einer Richtung angeordnet ist, die die Mittelachse des Rotorelements schneidet (radiale Richtung).
Wie oben aufgeführt, sind die obere Abdeckung 7 und die untere Abdeckung 8, die als das feste Gehäuse in dem Lenkwinkelsensor 210 dienen, und der Kabelhalter 5 und die untere Abdeckung 6, die als das feste Gehäuse in dem Drehverbinder 200 dienen, durch Schrauben oder dergleichen zusammengefasst, und das feste Gehäuse in dem Drehverbinder 200 ist an dem Fahrzeug körper befestigt. Das erste und das zweite Rotorelement 3 und 4, die als das bewegbare Gehäuse in dem Lenkwinkelsensor 210 dienen, und das obere und das untere Rotorelement 1 und 2, die als das bewegbare Gehäuse in dem Drehverbinder 200 dienen, wirken miteinander zusammen, und das obere Rotorelement 1 in dem Drehverbinder 1 ist an der Nabe der Lenkwelle befestigt.
Als nächstes wird eine Beschreibung des unteren Rotorelements 2 des Drehverbinders 200 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
2, 3 und 4 sind jeweils eine Drauf-, eine Seiten- und eine Bodenansicht des unteren Rotorelements 2 in dem Drehverbinder 200.
Bezugnehmend auf die 2 bis 4 ist das untere Rotorelement 2 des Drehverbinders 200 aus einem Formmaterial gefertigt und etwa wie ein Ring geformt. Das untere Rotorelement 2 umfasst einen zylindrischen Bereich 2b mit einem kreisförmigen Mittenloch 2a an dessen Mitte und einen kreisförmigen Flanschbereich 2c, der von der Mitte des zylindrischen Bereichs 2b hin zum Rand herausragt.
Der zylindrische Bereich 2b hat am oberen Ende ein Paar von Kerben 2h, die etwa wie eine Stiftspitze geformt sind und einander über die Mittelachse des zylindrischen Bereichs 2b gegenüberliegen, und ein Paar von Aussparungen 2i, die von den Kerben 2h um einen Winkel von 90° versetzt sind. Der Flanschbereich 2c hat an einer vorbestimmten Position daran einen Schlitz 2d zum Bilden eines Dreheingriffabschnittes, der etwa elliptisch geformt ist, parallele, lange Seiten hat und sich in der radialen Richtung erstreckt. Der Flanschbereich 2c hat auch ein rechteckiges Loch 2e zum Bilden eines Dreheingriffabschnittes, der an einer Position ausgebildet ist, die von dem Schlitz 2d um einen Winkel von 180° um die Mittelachse des Mittenlochs 2a versetzt ist. Außerdem ist ein Paar von Haltestücken 2f in der Form einer Gabel, die nach innen parallel von einer Seite des Lochs 2e, die näher zu dem Mittenloch 2a ist, ragt, und die Haltestücke 2f weisen Elastizität in der Umfangsrichtung des Flanschbereichs 2c auf.
Das Loch 2e und die Haltestücke 2f und 2f bilden einen flexiblen Eingriffbereich 2g, der den Dreheingriffabschnitt bildet. Durch das Mittenloch 2a dringt die Lenkwelle (nicht gezeigt) ein.
Als nächstes wird eine Beschreibung des ersten Rotorelements 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 gegeben.
Die 5, 6 und 7 sind jeweils eine Drauf-, eine Seiten- und eine Querschnittansicht des ersten Rotorelements 3 in dem Lenkwinkelsensor 210.
Bezugnehmend auf die 5 bis 7 ist das erste Rotorelement 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 durch Formen eines Formmaterials in etwa der Form eines Rings ausgebildet und umfasst einen inneren, zylindrischen Bereich 3b mit einem kreisförmigen Mittenloch 3a an dessen Mitte, einen äußeren, zylindrischen Bereich 3d und einen Flanschbereich 3e, der um das obere Ende des äußeren, zylindrischen Bereichs 3d ausgebildet ist. Der innere zylindrische Bereich 3b und der äußere, zylindrische Bereich 3d sind an den unteren Enden verbunden und dadurch zusammengefasst. An der oberen Seite des Flanschbereichs 3e sind ein erster zylindrischer Vorsprung 3i, der ein kreisförmiges Loch 3h an der Mitte hat und nach oben ragt, um einen Dreheingriffabschnitt zu bilden, und ein zweiter, zylindrischer Vorsprung 3j ausgebildet, der symmetrisch um die Mittelachse des Mittenlochs 3a in Bezug auf den ersten Vorsprung 3i angeordnet ist, um den Dreheingriffabschnitt zu bilden. In dem verbundenen Bereich an den unteren Enden des inneren, zylindrischen Bereichs 3b und des äußeren, zylindrischen Bereichs 3d sind nach außen ragende, dritte zylindrische Vorsprünge 3k und 3m symmetrisch um die Mittelachse des Mittenlochs 3a positioniert.
Zwischen dem inneren, zylindrischen Bereich 3b und dem äußeren, zylindrischen Bereich 3d sind bogenförmige Ausnehmungen 3c ausgebildet und eine Mehrzahl (z.B. drei) von Verbindungsbereichen 3n sind ebenfalls ausgebildet. Die Verbindungsbereiche 3n haben Gewindelöcher 3p. Durch das Mittenloch 3a dringt die Lenkwelle (nicht gezeigt) ein.
Als nächstes wird eine Beschreibung gegeben von dem Eingriff zwischen dem unteren Rotorelement 2 in dem Drehverbinder 200 und dem ersten Rotorelement 3 in dem Lenkwinkelsensor 210.
8 ist eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines in Eingriff stehenden Zustands des unteren Rotorelements 2 in dem Drehverbinder 200 und des ersten Rotorelements 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und 9 ist eine erläuternde Ansicht, die den in 8 gezeigten, in Eingriff stehenden Zustand zeigt.
Beim Zusammenbauen des Drehverbinders 200 wird das feste Gehäuse gebildet durch Halten der unteren Abdeckung 6 mit dem Kabelhalter 5, der das flexible Kabel 9 enthält, der zylindrische Bereich 2b des unteren Rotorelements 2 wird durch das Loch 1b des oberen Rotorelements 1 so eingeführt, dass der Flanschbereich 1a des oberen Rotorelements 1 nach oben gerichtet ist und der Flanschbereich 2c des unteren Rotorelements 2 nach unten gerichtet ist, und das obere Rotorelement 1 und das untere Rotorelement 2 werden mit dem festen Gehäuse durch Zusammenschnappen kombiniert.
Bezogen auf den Lenkwinkelsensor 210 wird das feste Gehäuse zusammengebaut durch Halten der oberen Abdeckung 7 und der unteren Abdeckung 8 mit dem Fotounterbrecher 11 und der Codeplatte 10 dazwischen und dann werden die dritten Vorsprünge 3k und 3m, die an der unteren Oberfläche des ersten Rotorelements 3 ausgebildet sind, mit Ausnehmungen 4b und 4c, die an der oberen Oberfläche des zweiten Rotorelements 4 ausgebildet sind, in Eingriff gebracht, wobei die Codeplatte 10 mit den dritten Vorsprüngen 3k und 3m in Eingriff steht, so dass der Flanschbereich 3e des ersten Rotorelements 3 nach oben gerichtet ist und der Flanschbereich 4a des zweiten Rotorelements 4 nach unten gerichtet ist. Dann werden das erste Rotorelement 3 und das zweite Rotorelement 4 als das bewegbare Gehäuse durch Schrauben (nicht gezeigt) zusammengefasst, wobei die Codeplatte 10 dazwischen gehalten wird.
Die Schraubenfeder 16 wird zwischen die äußere Wand des zylindrischen Bereichs 2b des unteren Rotorelements 2 in dem Drehverbinder 200 und die in nere Wand des äußeren, zylindrischen Bereichs 3d des ersten Rotorelements 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 angeordnet und der Kabelhalter 5 in dem Drehverbinder 200 und die obere Abdeckung 7 in dem Lenkwinkelsensor 210 werden durch Schrauben (nicht gezeigt) zusammengefasst, wodurch die Lenkwinkelsensoreinheit zusammengebaut ist. In diesem Zustand ist die Schraubenfeder 16 so angeordnet, dass sie an den oberen Flächen der Verbindungsbereiche 3n in dem ersten Rotorelement 3 liegt.
In diesem zusammengebauten Zustand werden das erste Rotorelement 3 und das untere Rotorelement 2 durch die Federkraft der Schraubenfeder 16 in eine solche Richtung elastisch gedrückt, dass sie sich voneinander trennen. Dieses elastische Drücken bewirkt, dass die untere Seite des Flanschbereichs 3e des ersten Rotorelements 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 immer in Kontakt mit der oberen Seite einer oberen Wand 7a der oberen Abdeckung 7 ist.
Wenn das untere Rotorelement 2 und das erste Rotorelement 3 zusammenwirken, ragen der erste Vorsprung 3i und der zweite Vorsprung 3j, die an dem Flanschbereich 3e in dem ersten Rotorelement 3 ausgebildet sind, um die Dreheingriffabschnitte zu bilden, hin zu dem Flanschbereich 2c des unteren Rotorelements 2. Der erste Vorsprung 3i befindet sich innerhalb des Schlitzes 2d, der den Dreheingriffbereich des unteren Rotorelements 2 bildet und der zweite Vorsprung 3j befindet sich zwischen dem Paar von Haltestücken 2f und 2f, die den flexiblen Eingriffbereich 2g bilden der als der Dreheingriffabschnitt dient. In diesem Fall ist der kleinere Durchmesser des Schlitzes 2d etwa gleich dem Durchmesser des ersten Vorsprungs 3i und der Eingriff dazwischen bildet einen winzigen Zwischenraum (z.B. einen Zwischenraum von etwa 50 μm). Der größere Durchmesser des Schlitzes 2d ist größer als der Durchmesser des ersten Vorsprungs 3i. Daher wird dem ersten Vorsprung 3i ermöglicht, sich in der Richtung des größeren Durchmessers des Schlitzes 2d zu bewegen. Der zweite Vorsprung 3j ist in elastischem Kontakt mit den Haltestücken 3f mit Elastizität innerhalb des Lochs 2e und ist bewegbar innerhalb des Lochs 2e in ähnlicher Weise zu dem ersten Vorsprung 3i.
Wie oben genannt hat das untere Rotorelement 2 des Drehverbinders 200 einen solchen Aufbau, dass er ein Versetzen (Spiel) in der die Mittelachse schneidenden Richtung erlaubt, nachdem er mit dem Hochpräzisionslenkwinkelsensor 210 gekoppelt ist.
Das Spiel des unteren Rotorelements 2 in der X-Y-Richtung (die Richtung senkrecht zu der Mittelachse) wird ermöglicht durch die Bewegung des ersten Vorsprungs 3i des ersten Rotorelements 3 in der Richtung des größeren Durchmessers des Schlitzes 2d und das Spiel in der Z-Richtung (die Richtung der Mittelachse) wird ermöglicht durch die Federkraft der Schraubenfeder 16, weil die Schraubenfeder 16 zwischen das untere Rotorelement 2 und das erste Rotorelement 3 zwischengelagert ist.
Während die Schraubenfeder 16 frei zwischen dem unteren Rotorelement 2 und dem ersten Rotorelement 3 in der obigen Beschreibung gehalten ist, können z.B. beide Enden der Schraubenfeder 16 durch Haltebereiche (z.B. Haltelöcher), die jeweils in dem unteren Rotorelement 2 und dem ersten Rotorelement 3 ausgebildet sind, fest gefasst sein.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Drehung des unteren Rotorelements 2 und des ersten Rotorelements 3 in dem oben genannten, in Eingriff stehenden Zustand gegeben.
Wenn die Lenkwelle gedreht wird, wird, wie in 9 gezeigt, die Drehung auf das untere Rotorelement 2 über das obere Rotorelement 1 in dem Drehverbinder 200, der an der Nabe der Lenkwelle befestigt ist, so übertragen, dass das untere Rotorelement 2 ebenfalls dreht. Die Drehung des unteren Rotorelements 2 wird auf das erste Rotorelement 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 übertragen.
Die Drehung des ersten Rotorelements 3 wird präzise übertragen, weil der erste Vorsprung 3i des ersten Rotorelements 3 mit dem Schlitz 2d des unteren Rotorelements 2 mit wenig Zwischenraum dazwischen in Eingriff steht.
Das erste Rotorelement 3 bewegt sich nicht in der Richtung der Mittelachse (die axiale Richtung) wegen der Federkraft der Schraubenfeder 16 und die untere Oberfläche von dessen Flanschbereich 3e ist immer in Kontakt mit der oberen Oberfläche der oberen Wand 7a der oberen Abdeckung 7. Da die Länge zwischen dem Flanschbereich 3e und der Codeplatte 10 präzise definiert ist, wird die Länge zwischen der oberen Wand 7a und der Codeplatte 10 immer konstant gehalten. Daher sind die Positionen des Fotounterbrechers 11 und der in der oberen Abdeckung 7 ausgebildeten Codeplatte 10, nämlich die Position der Codeplatte 10 in dem Spalt des Fotounterbrechers 11 in der axialen Richtung, fest eingestellt und ein stabiles Codiererausgangssignal kann erhalten werden.
Das untere Rotorelement 2 hat den flexiblen Eingriffbereich 2g neben dem Schlitz 2d. Da die äußere Randfläche des zweiten Vorsprungs 3j des ersten Rotorelements 3, der mit dem flexiblen Eingriffbereich 2g in Eingriff steht, in Kontakt ist mit einem der Haltestücke 2f, die den flexiblen Eingriffbereich 2g bilden, erlaubt die Kraft des Kontakts auch, dass eine konstante Drehkraft übertragen wird.
Der Grund wird in Verbindung mit Detektionssignalen von dem Absolutcodierer in dem Lenkwinkelsensor 210 beschrieben.
10 ist ein Wellenformdiagramm, dass Detektionssignale zeigt, die von dem Absolutcodierer in dem Lenkwinkelsensor 210 ausgegeben werden.
Der Absolutcodierer detektiert A-Phase-, B-Phase- und Z-Phase-Ausgabesignale und berechnet den Drehwinkel und dergleichen. Der Absolutcodierer berechnet die Drehrichtung (Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn) und den Drehwinkel der Lenkwelle durch Detektieren der ansteigenden Wellenform und der abfallenden Wellenform des A-Phase-Signals und der ansteigenden Wellenform und der abfallenden Wellenform des B-Phase-Signals.
Außerdem liest der Absolutcodierer die ansteigenden und abfallenden Positionen des Z-Phase-Signals als Codes aus basierend auf dem Anstieg und Abfall des A-Phase- und B-Phase-Signals oder zählt die Breite davon und berechnet den Drehwinkel von der Referenzposition in Übereinstimmung mit einer arithmetischen Tabelle, die in einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) gespeichert ist.
In Wirklichkeit variieren die ansteigenden Positionen und die abfallenden Positionen der Wellen der Phasen jedoch immer aufgrund von optischen, elektrischen und mechanischen Faktoren. Wenn z.B. angenommen wird, dass die ausgegebene Phasendifferenz zwischen der ansteigenden oder der abfallenden Position des Z-Phase-Signals und der ansteigenden oder der abfallenden Position des A-Phase- oder B-Phase-Signals als ein mechanischer Winkel λ genommen wird, sind, wenn der Wert α, nämlich die Auflösung, 1,5° Grad ist und es keine Variationen gibt, alle die mechanischen Winkel λ 0,75°. Tatsächlich jedoch variieren sie, wie oben aufgeführt. Messungen ergaben, dass der Minimalwert des mechanischen Winkels λ um etwa 5% bis 10% verbessert ist (nämlich gesteigert), wenn das untere Rotorelement 2 neben dem Schlitz 2d den flexiblen Eingriffbereich 2g hat und mit dem ersten Rotorelement 3 in Eingriff steht und an zwei Punkten gedreht wird, verglichen mit dem Fall, indem das untere Rotorelement 2 nur den Schlitz 2d hat. Dies deutet darauf hin, dass der flexible Eingriffbereich 2g zu der Drehung der Rotorelemente beiträgt.
Da das untere Rotorelement 2 in dem Drehverbinder 200 wie oben genannt den Schlitz 2c und den flexiblen Eingriffbereich 2g hat, wirkt es mit dem ersten Rotorelement 3 in dem Lenkwinkelsensor 210 an zwei Punkten zusammen. Dies ermöglicht es, die Drehung reibungsarm zu übertragen, um die Variationen in dem zuvor genannten Winkel λ zu reduzieren und um dadurch ein stabileres und präziseres Ausgabesignal zu erhalten.
Während das untere Rotorelement 2 in dem Drehverbinder 200 einen flexiblen Eingriffbereich 2g in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat, kann es möglich sein, eine Mehrzahl von flexiblen Eingriffbereichen 2g in dem unteren Rotorelement 2 auszubilden und eine Mehrzahl von Vorsprüngen in dem ersten Rotorelement 3 des Lenkwinkelsensors 210 auszubilden, die mit dieser Mehrzahl von flexiblen Eingriffbereichen 2g korrespondieren.
Obwohl der Aufbau des Dreheingriffabschnitts, bei dem das untere Rotorelement 2 den Schlitz 2d und den flexiblen Eingriffbereich 2g hat und das erste Rotorelement 3 zwei Vorsprünge hat, in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist er nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Im Gegensatz zu dem obigen kann das untere Rotorelement 2 zwei Vorsprünge haben und das erste Rotorelement 3 kann den Schlitz 2d und den flexiblen Eingriffbereich 2g haben. Außerdem können zwei flexiblen Eingriffbereiche 2g ohne Ausbilden des Schlitzes 2d ausgebildet sein.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Lenkwinkelsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Drehverbinder zum elektrischen Verbinden eines an einem Lenkrad montierten, elektrischen Bauteils mit einem Fahrzeugkörper und einem Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei Statorelemente in dem Drehverbinder und der Lenkwinkelsensor fest und miteinander zusammengefasst sind, Rotorelemente in dem Drehverbinder und der Lenkwinkelsensor über einen Spielaufnehmenden Bereich, der deren relative Verlagerung in der radialen Richtung erlaubt, zusammenwirken und das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor eine Rückstellnocke zum Betätigen eines Blinkerrückstellmechanismus hat.
Vorzugsweise hat eines der Rotorelemente in dem Drehverbinder und dem Lenkwinkelsensor einen sich in der radialen Richtung erstreckenden Schlitz als den Spiel-aufnehmenden Bereich und das andere Rotorelement hat einen Vorsprung, der innerhalb des Schlitzes verschiebbar ist.
14 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Lenkwinkelsensoreinheit der zweiten Ausführungsform an einem Kombinationsschalter angebracht ist, 15 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Lenkwinkelsensoreinheit, 16 ist eine Bodenansicht eines unteren Rotors in einem Drehverbinder der Lenkwinkelsensoreinheit, 17 ist eine Draufsicht eines oberen Rotors in einem Lenkwinkelsensor des Lenkwinkelsensors, 18 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem der untere Rotor in dem Drehverbinder und der obere Rotor in dem Lenkwinkelsensor miteinander gekoppelt sind und 19 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Lenkwinkelsensoreinheit und ein Lenkrad miteinander verbunden sind.
Eine Lenkwinkelsensoreinheit 101 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen Drehverbinder 102 und einen Lenkwinkelsensor 103, die zusammengefasst sind. Diese Lenkwinkelsensoreinheit 101 soll als ein Einheitenbauteil zwischen ein Lenkrad und einen Kombinationsschalter an der Seite einer Säule eingebaut werden.
Wie in 14 gezeigt hat der Kombinationsschalter ein Gehäuse 104, das als eine äußere Hülle dient. Das Gehäuse 104 hat eine Mehrzahl von Stützsäulen 104a, ein Einführloch 105 und Halterabschnitte 106, die sich über das Einführloch 105 an der rechten und der linken Seite davon gegenüber liegen. Eine Basis 107a eines Scheinwerferschalters 107 ist an einem der Halterabschnitte 106 befestigt und ein Steuerhebel 108 zum Durchführen einer Rechts- und Links-Anzeige und einer Anzeige zum Überholen wird durch die Basis 107a gehalten. Die Basis 107a enthält bekannte Mechanismen wie einen Sperrmechanismus zum Sperren des Steuerhebels 108 in der Arbeitsposition, einen Blinkerrückstellmechanismus, um den Steuerhebel 108 in der Arbeitsposition automatisch zu der Zentralposition zurückkehren zu lassen. Das Führungsende des Rückstellhebels 107b, der ein Bestandteil des Blinkerrückstellmechanismus ist, ragt in das Einführloch 105. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Scheibenwischerschalter an dem anderen Halterabschnitt 106 angebracht.
Bezugnehmend auf 15 umfasst der Drehverbinder 102 einen Kabelhalter 109 und eine untere Abdeckung 110, die zu einem ersten Statorelement kombiniert werden, und einen oberen Rotor 111 und einen unteren Rotor 112, die zu einem ersten Rotorelement kombiniert werden. Ein flaches Kabel 113 wird zum Beispiel in einer Spiralform in einen ringförmigen Raum, der zwischen dem ersten Statorelement (dem Kabelhalter 109 und der unteren Abdeckung 110) und dem ersten Rotorelement (dem oberen Rotor 111 und dem unteren Rotor 112) definiert ist, gewickelt. Beide Enden des flachen Kabels 113 sind aus dem den Kabelhalter 109 und dergleichen aufweisenden Statorelement über einen inneren Kabelblock 114 und einen äußeren Kabelblock 115 elektrisch herausgeführt. In diesem Fall ist der innere Kabelblock 114 durch den äußeren Randbereich des oberen Rotors 111 gehalten und der äußere Kabelblock 115 ist durch den äußeren Randbereich der unteren Abdeckung 110 gehalten. Der obere Rotor 111 hat ein Paar von Fingerbereichen 111a, die von der oberen Oberfläche des Kabelhalters 109 nach außen ragen. Wenn der obere Rotor 111 und der untere Rotor 112, die als das erste Rotorelement dienen, sich im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn in Bezug auf den Kabelhalter 109 und die untere Abdeckung 110, die als das erste Statorelement dienen, drehen, wird das flache Kabel 113 in dem ringförmigen Raum aufgewickelt oder abgewickelt. In diesem Fall sind der obere Rotor 111 und der untere Rotor 112 und der Kabelhalter 109 und die untere Abdeckung 110 drehbar mit einem relativ großen Zwischenraum gekoppelt. Das Spiel zwischen dem ersten Rotorelement und dem ersten Statorelement aufgrund des Spielraums hält die Drehung des Drehverbinders 102 stabil.
Der Lenkwinkelsensor 103, der in 15 in einer umgekehrten Position gezeigt ist, umfasst eine obere Abdeckung 116 und eine untere Abdeckung 117, die zu einem zweiten Statorelement kombiniert sind und einen oberen Rotor 118 und einen unteren Rotor 119, die zu einem zweiten Rotorelement kombiniert sind. Eine Codeplatte 120 ist zwischen dem oberen Rotor 118 und dem unteren Rotor 119 festgehalten. Der untere Rotor 119 hat ein zylindrisches Element 119a, das von der Bodenfläche der unteren Abdeckung 117 nach außen ragt. In einem Teil des zylindrischen Elements 119a ist eine Rückstellnocke 119b zum Betätigen des Rückstellhebels 107b in dem zuvor genannten Blinkerrückstellmechanismus ausgebildet. Ein Fotounterbrecher 121 ist in einem ringförmigen Raum angeordnet, der zwischen dem zweiten Statorelement (der oberen Abdeckung 116 und der unteren Abdeckung 117) und dem zweiten Rotorelement (dem oberen Rotor 118 und dem unteren Rotor 119) definiert ist, so dass er über Durchgangslöcher der Codeplatte 120 verläuft. Die Codeplatte 120 und der Fotounterbrecher 121 bilden z.B. einen Absolutcodierer. Wenn der obere Rotor 118 und der untere Rotor 119, die als das zweite Rotorelement dienen, sich im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn im Bezug auf den oberen Rotor 118 und den unteren Rotor 119, die als das zweite Statorelement dienen, drehen, dreht sich die Codeplatte 120 zusammen mit dem oberen und dem unteren Rotor 118 und 119 und ein Ausgabesignal, das Information über die Drehung der Codeplatte 120 betrifft, wird von dem Fotounterbrecher 121 detektiert. In diesem Fall ist der Zwischenraum zwischen dem oberen Rotor 118 und dem unteren Rotor 119 und der oberen Abdeckung 116 und der unteren Abdeckung 117 kleiner, präziser eingestellt als in dem Drehverbinder 102, was die Position der Codeplatte 120 in Bezug auf den Fotounterbrecher 121, die in einer die Mittelachse des zweiten Rotorelements schneidenden Richtung (radiale Richtung) liegt, stabilisiert. Wie in 16 gezeigt, hat der untere Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 ein Mittenloch 102a an dessen Mitte und einen ringförmigen Flanschbereich 112b, der um das Mittenloch 112a herum ausgebildet ist. Der Flanschbereich 112b hat einen Schlitz 112c und ein rechteckiges Loch 112d, die an gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind, die über einen Winkel von 180° um die Mitte des Mittenlochs 112a beabstandet sind. Der Schlitz 112c ist beinahe elliptisch geformt und ist mit parallelen langen Seiten, die sich in der radialen Richtung erstrecken, vorgesehen. Das rechteckige Loch 112 erstreckt sich ebenfalls in der radialen Richtung und ist mit elastischen Stücken 112e an dessen beiden Seiten vorgesehen.
Wie in 17 gezeigt hat der obere Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103 ein Mittenloch 118a an dessen Mitte und einen ringförmigen Flanschbereich 118b, der um das Mittenloch 118a herum ausgebildet ist. Der Flanschbereich 118b hat einen ersten zylindrischen Vorsprung 118c und einen zweiten zylindrischen Vorsprung 118d, die an gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind, die über einen Winkel von 180° um die Mitte des Mittenlochs 118a beabstandet sind. Der Drehverbinder 102 und der Lenkwinkelsensor 103, die derart aufgebaut sind, werden wie folgt als die Lenkwinkelsensoreinheit 101 kombiniert und zusammengebaut. Das heißt, der Kabelhalter 109 in dem Drehverbinder 102 und die obere Abdeckung 116 in dem Lenkwinkelsensor 103 werden durch Schrauben, die nicht gezeigt sind, in einem Zustand fixiert, in dem eine Schraubenfeder 122 zwischen den unteren Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 und den oberen Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103 zwischengeordnet ist, wodurch das erste Statorelement in dem Drehverbinder 102 und das zweite Statorelement in dem Lenkwinkelsensor 103 fixiert und miteinander kombiniert werden. Da in diesem Fall der untere Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 und der obere Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103 durch die Federkraft der Schraubenfeder 122 in einer solchen Richtung gedrückt werden, dass sie sich voneinander trennen, bewirkt das elastische Drücken, dass die untere Oberfläche des Flanschbereichs 118b des oberen Rotors 118 immer in Kontakt mit der oberen Fläche der oberen Abdeckung 116 ist. Außerdem sind der erste Vorsprung 118c und der zweite Vorsprung 118d des oberen Rotors 118 jeweils in den Schlitz 112c und das rechteckige Loch 112d des unteren Rotors 112 eingeführt, wie in 18 gezeigt, und das Rotorelement (der untere Rotor 112) in dem Drehverbinder 102 und das Rotorelement (der obere Rotor 118) in dem Lenkwinkelsensor 103 sind über zwei spiel-aufnehmende Bereiche gekoppelt, die aus dem zusammenwirkenden Bereich zwischen dem Schlitz 112c und dem ersten Vorsprung 118c und dem zusammenwirkenden Bereich zwischen dem rechteckigen Loch 112d und dem zweiten Vorsprung 118 gebildet sind.
Der kleinere Durchmesser des Schlitzes 112c und der Durchmesser des ersten Vorsprungs 118c sind etwa gleich eingestellt, so dass der Schlitz 112c und der erste Vorsprung 118c mit einem winzigen Zwischenraum (z.B. 50μm) in Eingriff stehen. Da der größere Durchmesser des Schlitzes 112c geeignet größer als der Durchmesser des ersten Vorsprungs 118c eingestellt ist, wird dem ersten Vorsprung 118c ermöglicht, sich in der Richtung des größeren Durchmessers des Schlitzes 112c zu bewegen. In ähnlicher Weise stehen das rechteckige Loch 112d und der zweite Vorsprungs 118d mit kleinem Zwischenraum in Eingriff und der größere Durchmesser des rechteckigen Lochs 112d ist geeignet größer eingestellt als der Durchmesser des zweiten Vorsprung 118d. Daher wird dem zweiten Vorsprung 118d ebenfalls ermöglicht, sich in der Richtung des größeren Durchmessers des rechteckigen Lochs 112d zu bewegen. Da die äußere Randfläche des zweiten Vorsprungs 118d zwischen dem Paar von elastischen Stücken 112e in Kontakt damit sandwich-artig angeordnet ist, kann sich der zweite Vorsprung 118d in der Richtung des größeren Durchmessers des rechteckigen Lochs 112d bewegen, ohne irgendein Spiel in der Umfangsrichtung zu bilden. Demgemäß hat der untere Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 einen solchen Aufbau, dass er das Spiel in einer die Mittelachse schneidenden Richtung (in den X-Y-Richtungen in 18) ermöglicht, nachdem er mit dem Hochpräzisionslenkwinkelsensor 103 gekoppelt ist. Das Spiel in der Richtung der Mittelachse wird durch die Federkraft der Schraubenfeder 122 ermöglicht.
Die derart zusammengebaute Lenkwinkelsensoreinheit 101 wird zur Verwendung zwischen dem Lenkrad und dem Kombinationsschalter an der Seite der Säule wie oben aufgeführt eingebaut. Wenn sie eingebaut wird, wird die Lenkwinkelsensoreinheit 101 zuerst an das Gehäuse 104 des an einer Säulenabdeckung oder dergleichen befestigten Kombinationsschalters gelegt und das erste und das zweite Statorelement in dem Drehverbinder 102 und der Lenkwinkelsensor 103, die zusammengefasst wurden, werden an die Stützsäulen 104b des Gehäuses 104 wie in 14 gezeigt geschraubt. In diesem Fall ist das zylindrische Element 119a des unteren Rotors 119 in dem Lenkwinkelsensor 103 in das Einführloch 105 des Gehäuses 104 eingeführt und die Rückstellnocke 119b, die an dem zylindrischen Element 119a ausgebildet ist, ist auf das Führungsende des Rückstellhebels 107b in dem Einführloch 105 gerichtet. Daher wird die Relativposition zwischen der Rückstellnocke 119b, die an dem unteren Rotor 119 in dem Hochpräzisionslenkwinkelsensor 103 ausgebildet ist, in dem es wenig Zwischenraum am Dreheingriffabschnitt gibt, und dem Rückstellhebel 107b des Kombinationsschalters präzise aufrechterhalten.
Wie in 19 gezeigt, wird danach ein Lenkrad 123 an einer Lenkwelle, die nicht gezeigt ist, befestigt und die Fingerbereiche 111a, die an dem oberen Rotor 111 in dem Drehverbinder 102 ausgebildet sind, werden eingeführt und durch Haltelöcher 123a, die an vorbestimmten Positionen in dem Lenkrad 123 ausgebildet sind, festgehalten. Außerdem sind beide Enden des flachen Kabels 113 mit dem Lenkrad 123 und dem Kombinationsschalter jeweils über Verbinder 124 und 125 verbunden. Dadurch werden an dem Lenkrad 123 angebrachte elektrische Bauteile wie ein Airbag-Gasgenerator mit dem Kombinationsschalter über das flache Kabel 123 in dem Drehverbinder 102 verbunden.
Wenn das Lenkrad 123 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn während des Betriebs gedreht wird, wird, da die Drehkraft auf den oberen Rotor 111 in dem Drehverbinder 102 über die Fingerbereiche 111a übertragen wird, das flache Kabel 113 abhängig von der Drehrichtung des oberen Rotors 111 und des unteren Rotors 112, die das erste Rotorelement bilden, aufgewickelt oder abgewickelt. Die Drehkraft des ersten Rotorelements wird auf das zweite Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor 103 übertragen und die Codeplatte 120 dreht sich zusammen mit dem oberen und dem unteren Rotor 118 und 119, die das zweite Rotorelement bilden. Daher wird ein Ausgabesignal, das Information über die Drehung der Codeplatte 120 betrifft von dem Fotounterbrecher 121 detektiert. Da der untere Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 einen solchen Aufbau hat, um das Spiel in der die Mittelachse schneidenden Richtung zu ermöglichen, kann in diesem Fall, wie oben aufgeführt, die Drehung des unteren Rotors 112 auf den oberen Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103, in dem es wenig Zwischenraum an dem Dreheingriffabschnitt gibt, übertragen werden. Da sich der untere Rotor 112 nicht in die Richtung der Mittelachse (die axiale Richtung) bewegt aufgrund der Federkraft der Schraubenfeder 122, sind ferner die Positionen des Fotounterbrechers 121 und der Codeplatte 120, die in der oberen Abdeckung 116 ausgebildet sind, nämlich der Betriebsspalt, fest, was es ermöglicht, ein stabiles Codiererausgabesignal zu erhalten.
Wenn sich das zweite Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor 103 derart dreht, dreht sich die Rückstellnocke 119b, die an dem unteren Rotor 119 in dem zweiten Rotorelement ausgebildet ist in dem Einführloch 105. Wenn das Lenkrad 123 in die Neutral-Position gedreht wird, betätigt daher die Rückstellnocke 119b den Rückstellhebel 107b und der Steuerhebel 108 an der Arbeitsposition kehrt dadurch automatisch zu der Mittelposition zurück. Da der untere Rotor 112 in dem Drehverbinder 102 einen solchen Aufbau hat, um das Spiel in der die Mittelachse davon schneidenden Richtung zu ermöglichen, kann die Drehung des unteren Rotors 112 auf den oberen Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103 übertragen werden, indem es wenig Zwischenraum an dem Dreheingriffabschnitt gibt, und der Rückstellhebel 107b kann zuverlässig durch die Rückstellnocke 119b des unteren Rotors 119, der sich zusammen mit dem oberen Rotor 118 in dem Lenkwinkelsensor 103 dreht, betätigt werden.
Obwohl in der oben genannten Ausführungsform der Drehverbinder an der Seite des Lenkrads angeordnet ist und der Lenkwinkelsensor unter dem Drehverbinder angeordnet ist, kann umgekehrt der Lenkwinkelsensor an der Seite des Lenkrads angeordnet sein und der Drehverbinder kann unter dem Lenkwinkelsensor angeordnet sein. Da der Lenkwinkelsensor direkt durch den Drehverbinder gedreht wird, kann er in diesem Fall den Lenkwinkel des Lenkrads präziser detektieren.
Wie oben ausgeführt sind in der Lenkwinkelsensoreinheit der vorliegenden Erfindung das Rotorelement in dem Drehverbinder und das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor aus separaten Elementen gebildet, eines der Rotorelemente in dem Drehverbinder und in dem Lenkwinkelsensor hat einen Schlitz, der sich in der radialen Richtung erstreckt, das andere Rotorelement hat einen Vorsprung, der etwa den gleichen Durchmesser wie der kleinere Durchmesser des Schlitzes hat und der Schlitz und der Vorsprung stehen miteinander in Eingriff. Wenn der Drehverbinder, in dem es einen großen Zwischenraum zwischen dem festen Gehäuse und dem als bewegbares Gehäuse dienenden Rotorelement gibt und der sich in der Richtung orthogonal zu der Mittelachse um einen relativ großen Betrag verlagert, mit dem Hochpräzisionslenkwinkelsensor, in dem es einen kleinen Zwischenraum zwischen dem festen Gehäuse und dem als bewegbares Gehäuse dienendem Rotorelement gibt, in Eingriff steht, erreichen daher der Drehverbinder und der Lenkwinkelsensor eine reibungsarme Drehung.
Selbst wenn die Mittelachsen der festen Gehäuse des Drehverbinders und des Lenkwinkelsensors, die zusammengefasst sind, gegeneinander verlagert sind, wird diese Verlagerung durch den Eingriff zwischen dem Schlitz und dem Vorsprung aufgenommen.
Die Schraubenfeder ist zwischen dem Rotorelement in dem Drehverbinder und dem Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor angeordnet und die beiden Rotorelemente werden durch die Federkraft der Schraubenfeder in eine solche Richtung elastisch gedrückt, dass sich die Rotorelemente trennen. Daher ist der Flanschbereich des Rotorelements in dem Lenkwinkelsensor immer in Kontakt mit der oberen Wand der oberen Abdeckung und die an dem Rotorelement befestigte Codeplatte wird immer in die Richtung der Mittelachse gedrückt. Dadurch sind die Codeplatte und der an dem festen Gehäuse befestigte Fotounterbrecher in einer gegenseitig stabilen Beziehung angeordnet, was es ermöglicht, ein Detektionssignal von dem Fotounterbrecher zu stabilisieren und dadurch eine Hochpräzisionslenkwinkelsensoreinheit bereitzustellen.
Ferner hat das Rotorelement in dem Drehverbinder einen flexiblen Eingriffbereich, das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor hat einen Vorsprung, der mit dem flexiblen Eingriffbereich in Eingriff kommen soll und der flexible Eingriffbereich kommt mit dem Vorsprung in Eingriff. Da die Vorsprünge des Rotorelements in dem Lenkwinkelsensor an zwei Punkten in Eingriff stehen, mit dem flexiblen Eingriffbereich und dem Schlitz, wird die Drehung des Rotorelements in dem Drehverbinder zuverlässiger auf das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor übertragen, was die Drehung reibungsärmer macht.
Wenn eine Mehrzahl von flexiblen Eingriffbereichen ausgebildet ist, kann die Drehung des Rotorelements in dem Drehverbinder noch zuverlässiger auf das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor übertragen werden.
Da der flexible Eingriffbereich und der sich in der radialen Richtung erstreckende Schlitz an dem Flanschbereich des Rotorelements in dem Drehverbinder an Positionen ausgebildet sind, die um einen Winkel von 180° um die Mittelachse des Rotorelements beabstandet sind, ist es in der Lenkwinkelsensoreinheit der vorliegenden Erfindung möglich, eine Lenkwinkelsensoreinheit bereitzustellen, die in der Lage ist, die Drehung des Rotorelements in dem Drehverbinder auf das Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor am stabilsten zu übertragen.
Ferner ist der Lenkwinkelsensor zum Detektieren von Informationen über die Drehung des Lenkrads kombiniert mit dem Drehverbinder, die Rotorelemente in dem Lenkwinkelsensor und dem Drehverbinder wirken über den spielaufnehmenden Bereich, der die relative Verlagerung dazwischen in der radialen Richtung ermöglicht, zusammen und das Rotorelement in dem Lenkwinkel sensor hat die Rückstellnocke zum Betätigen des Blinkerrückstellmechanismus. Da der relative Versatz zwischen den Rotorelementen in dem Drehverbinder und dem Lenkwinkelsensor in der radialen Richtung absorbiert wird, ist es möglich, einen ausreichend kleinen Zwischenraum zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor einzustellen, während ein benötigter Zwischenraum zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement in dem Drehverbinder gewährleistet wird, und zu bewirken, dass die Rückstellnocke, die an dem Rotorelement in dem Lenkwinkelsensor ausgebildet ist, den Blinkerrückstellmechanismus zuverlässig betätigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das beschrieben wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen angesehen wird, soll verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt, die im Gedanken und Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sind.

Claims

Lenkwinkelsensoreinheit mit einem Drehverbinder (200) zum elektrischen Verbinden eines an einem Lenkrad montierten, elektrischen Bauteils mit einem Fahrzeugkörper und einem Lenkwinkelsensor (210) zum Detektieren von Information über die Drehung des Lenkrads, wobei Statorelemente (109, 110) in dem Drehverbinder (200) und der Lenkwinkelsensor (210) fest und miteinander kombiniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass Rotorelemente (2, 3) in dem Drehverbinder (200) und der Lenkwinkelsensor (210) über einen Spiel-aufnehmenden Bereich zusammenwirken, der deren relative Verlagerung in der radialen Richtung erlaubt, und das Rotorelement (3) in dem Lenkwinkelsensor (210) eine Rückstellnocke (119b) zum Betätigen eines Blinkerrückstellmechanismus hat.
Lenkwinkelsensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines (2) der Rotorelemente (2, 3) in dem Drehverbinder (200) und dem Lenkwinkelsensor (210) einen Schlitz (2d) hat, der sich in der radialen Richtung erstreckt, das andere Rotorelement (3) einen Vorsprung (3i) hat, der in dem Schlitz (2d) verschiebbar ist und der Schlitz (2d) und der Vorsprung (3i) den Spiel-aufnehmenden Bereich bilden.