JPH08511350A - ステアリング角度を検出するセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両のステアリング角度を検出するセンサが提供される。このセンサは第１の符号ディスクを有する。この符号ディスクは多数のピックアップにより走査検出され、ステアリングロッドの速度と同じ速度で旋回する。第２の符号ディスクは第１のディスクの速度の４分の１で旋回し、３つの符号トラックを有する。これらの３つの符号トラックは相応のピックアップにより走査検出される。このようにして発生された微信号と粗信号の適切な結合により、一義的な角度測定が実現できる。ピックアップとして例えば磁石・ホール・ゲートが用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 ステアリング角度を検出するセンサ 従来技術 本発明は請求の範囲１の上位概念に示された、例えば自動車のステアリング角 度を検出するセンサに関する。 自動車における所定の安全装置（例えば自動的後軸ステアリング；運転ダイナ ミック制御）のために、安全性の理由から、車両の投入接続の直後に実際のステ アリングホイール位置が必要とされる。例えば角度インクリメント部が１トラッ クだけの中に設けられている形式のインクリメント動作形センサはこの要求を不 十分にしか充足できない。何故ならばセンサが有効な測定値を供給する前に、い ずれにしても１つのインデックスマークへのアクセスが得られなければならない からである。さらにこの種のステアリングホイール角度センサは±７２０°の範 囲における測定値を供給しなければならない。このことは、１回転を越える角度 値を検出する第２の装置がこのセンサの中に設けなければならないことを意味す る。この第２の装置も点火“オン”の直後に有効な値を供給しなければならない 。 類似の複数個のセンサ装置たとえばポテンシヨメータ（特許公報第０４７７６ ５３Ａ１号）はそれ自体と してはこの要求を充足する。しかしこれらのセンサ装置は、摩耗なしには動作せ ず、この点から見て安全装置に対する要求を充足しない欠点を有する。 デイジタル絶対測定装置のための解決手段（１回転以内に複数個の符号トラッ クを走査する）は複雑すぎて、公知の手段（特許公報０４８９３５０Ａ１号）と 共に、既存の構成空間内にコスト的に有利に取り付けることはできないかまたは 困難である。 ドイツ連邦共和国特許第Ｐ４２２０８８３号公報に示されているステアリング 角度センサにおいては、互いにずらされていて３６０°毎に繰り返す２つの微信 号が発生される。さらに粗信号が発生される。この粗信号はステアリングホイー ルの４回転の角度範囲に亘って延在しステアリングホイールが何回転目にあるか を検出させる。 別の解決手段は、１トラックのインクリメント形符号にもとづく絶対角度発信 器を示している。この発信器は複数個の走査検出器と共働してステアリングホイ ール１回転内の絶対値を供給する（特許公報第０３７７０９７Ｂ１号）。しかし 後者の解決手段は３６０°を越えるステアリングホイール角度の検出は行わない 。従来は暫定的な手段として、角度測定装置の最初の初期化の後に、ステアリン グホイールの回転数を含む最終的に有効な角度値を適切な方法で（大ていは電子 メモリを用いて）記憶して、車両の新たな投入接続の際 に、遮断時に格納された値を取り出す。この場合に前提とされることは、点火“ オフ”の後はステアリングホイールの位置がもはや変化されないことである。し かしこのような変化をいずれの場合にも起こり得ないようにするわけには行かな いのでセンサは点火“オフ”の後に車両の搭載電源から外されないことが屡々で あり、その結果、点火“オフ”の後もステアリングホイールの角度位置の変化が 検出される。この場合、車両の電池があまり速く放電されないように、センサは 電流節約モードで接続される。危険として常に給電電圧の断が伴う。何故ならば この場合、センサはそのステアリングホイール回転数に関する情報を失うからで ある。この種の事象の後はセンサは新たに特別の手順により初期化する必要があ る。このことは通常は特別な工場でしか行えない。 そのため、点火“オン”の際に直ちに、±７２０°のステアリングホイール角 度範囲内の絶対角度を供給するセンサが所望されることによる。複雑な調整手順 を回避するために、全部のステアリングホイール角度範囲内でセンサのデイジタ ル形式だけの動作も必要とされる。 発明の効果 例えば自動車におけるステアリング角度を検出する、請求の範囲１の特徴部分 の構成を有する本発明によるセンサは、検出されるべき角度範囲全体にわたり微 信 号と粗信号との間の一義的な対応関係が可能となる利点を有する。そのため、回 転─ステアリングシャフトはこの回転範囲にある─に関する一義的な情報が供給 されないような角度範囲がもはやなくなる。 著しい利点は、粗装置における３つのトラックから成る符号により、組み立て の際に生ずる許容誤差に対する要求を実質的にクリアできることにある。 粗装置システムの評価ならびにデイジタル微信号と粗信号の処理は唯１つのマ イクロコントローラを用いて実現される。１つの共通の配線支持体の上における 、微装置と粗装置のためのセンサの構成配置は、装置システム全体の簡単な構成 を可能にする。 特に有利なのは、ピックアップとしてスイッチング出力側を有するホール素子 を、微装置のためにも粗装置のためにも使用できることである。 従属形式の請求項に示されている構成により、本発明のセンサの有利な実施例 が可能となる。 図面 本発明の実施例が図面に示されており、さらに後述の記載に説明されている。 第１図は本発明の具体的な実施例、第２図は微信号ならびに粗信号の、角度を横 軸として示す経過図を示す。粗信号は２つの符号トラックを用いて発生される。 第３図ａ）も第２図と同じ形式の特性を示す。この場合、粗信号の発生のために ３つの符号トラックが設けられている。第３図ｂ）は 本発明の装置により得られる符号化を示す。 説明 後述の装置が本発明により課題を解決する。 本発明は車両のステアリングホイールの旋回角度の測定装置を対象とする。こ の測定装置はステアリングホイール側に設けられている、第１の符号ディスクと 第２の符号ディスクから成るセンサを有する。この符号ディスクは１トラックの ストライプ構成体の中にいわゆるグレーコードを支持し、このグレーコードによ りステアリングホイール１回転内の回転角度の絶対値が検出される。第２の符号 ディスクは、減速ギヤ装置と共働して３６０°よりも大きい角度のための回転角 度の検出を可能とする。 ステアリングホイール１回転内の角度を検出する微装置の説明 微装置システムは１つのディスクから成る。このディスクはその周縁において １トラック内に切欠を含み、さらに等しい角度間隔で配置された複数個のセンサ を含む。そのためディスクとセンサの共働により符号が発生され、この符号がス テアリングホイール１回転内のこの絶対値検出を可能にする。実施例においては このディスクは磁気的に良導体のシートから成り、ステアリングシャフトと（例 えば形状結合を介して）固定的に結合されている。ステアリングシャフトと共に 旋回するディスクにおける切欠は、周縁に配置されてい る９つのセンサ（磁石・ホール・検出器）により走査検出される。この場合、磁 石とホールスイッチとの間にシートが存在しない時は“１”が発生され、磁束が ディスクのシート磁石により遮断される時は“０”が発生する。 磁石・ホール・検出器の分解能すなわちスイッチング精度は十分な角度分解能 ２°を可能にする。この種の装置の利点は、ロバストネス（頑強性），汚れにく さ，磁石・ホール・検出器が確実に動作する広い温度範囲にある。 外乱は実質的に除去できる。この装置は十分に扁平に構成できる。 粗装置の説明 自動車において常に±２ステアリングホイール回転内のステアリングホイール 角度が測定される、即ちステアリングホイールは、左のストッパから右のストッ パへ達するために複数回、旋回する必要がある。 回転数を検出する目的で種々の解決手段が可能である。本発明の実施例によれ ば第２の符号ディスクが設けられる。この符号ディスクは、ステアリングホイー ル旋回角度と回転数との間の直接の関係を形成するギヤ装置により駆動される。 このギヤ装置としてたとえば減速比が正確に４：１の遊星ギヤが用いられる。こ の減速比は、センサの作動をストッパなしで可能にするために、有利である。そ のためそれぞれステアリン グホイール４回転の後に常に等しい出発条件が形成される。 粗信号ディスクは微信号発信器と同様に磁気良導体のシートから構成される。 粗符号ディスクは、同じく磁石・ホール・検出器により走査検出される符号トラ ック（切欠）Ａ，Ｂ，Ｃを支持する。例えば装置の投入接続の瞬間に粗信号と微 信号の配属の一義性を保証するために、３つの符号トラックが必要とされる。 粗信号を２つの符号トラック─これにより実際にハンドル２回転が符号化でき る─だけを用いて実現すると、粗装置内の著しく大きい許容誤差に起因して、２ つの回転の間の切り換え範囲において微信号と粗信号との間の一義的な対応関係 を形成すべき問題点が生じてしまう（第２図参照）。 粗信号により“２”が検出され微小角度が０°を中心とする範囲にある時は、 微信号と粗信号から形成すべき絶対角度は、２回目の回転にも３回目の回転にも 対応され得る。そのため要求される一義性はこの範囲においては与えられない。 微信号と粗信号との論理結果も一義的な結果を供給しない。 粗装置のより小さい角度分解能およびこれに伴う、ステアリングホイールの２ つの回転の間の切り換えの際のより大きい許容幅は、例えば微装置の場合と同じ 走査検出形式の使用により、同時に回転角度を４分の１に低下することにより、 定められる。そのため粗装 置内の角度分解能のために約±１０°を期待しなければならない。さらになお許 容範囲を拡大する障害量例えば歯車の遊び、軸受けの遊び等が作用する。 ２つのコードトラックだけを用いた場合の微信号と粗信号の間の対応関係の問 題は第２図に示されている。図示されているように、投入接続の瞬間に角度範囲 全体において一義的な絶対角度が与えられないような、回避できない角度範囲が 存在する。 本発明によりこの間題点は第３の符号トラックの採用により解決される。その ため粗装置はハンドル４回転に対して３ビット情報を供給する。粗装置の３つの 符号トラックと絶対測定用の微装置との可能性のある対応関係は、第３図ａ）に 示されている。設けられた３つの符号トラックにより、これに所属する３つの走 査検出器を用いて、範囲０．．．７において粗信号の値が発生できる。粗信号の 符号移行部の検出が許容幅±１０°以内で行えることを前提として、この場合も 、移行部の範囲において微装置と粗装置の一義的な対応関係を保証することは、 まだそのままでは可能でない。 しかし２トラック解決手段とは反対に、粗信号の多義的な値が第３図ｂ）に示 されている規定により供給される時は、ステアリングホイール角度の一義性は微 信号の補助の下に一義的に測定できる。この結合はマイクロコントローラ又は、 センサの一体的な構成部である類似の装置により行われる。 実施例の説明 車両のシャーシと固定的に結合されているふた１の中に、符号ディスク２が回 転可能に支承されている。符号ディスク２は円形のシート部から成り、その周縁 に切欠が設けられている。この切欠はその全体において９つの走査検出器（９つ の磁石・ホール・検出器と共働して絶対符号（ステップで連鎖されている符号、 各々の角度ステップ後に正確に１ビット位置だけ変化する）を発生する。符号支 持体２に中空軸３が取り付けられている。この中空軸はステアリングシャフトと の形状結合を可能にし、そのため符号ディスクはステアリングシャフトと共通に 旋回する。 ふた１の中にさらに９つのロッド状の磁石４が互いに等しい角度間隔で周縁に 配分されて設けられている。これに所属する複数個のホール素子（この実施例に おいては一体化されたスイッチング出力側）が１つの共通の配線支持体６の上に 設けられている。これらのホール素子は磁石の場合と同様に互いに等しい角度間 隔を有する。符号支持体の１つのセグメントが磁石とホールスイッチとの間に位 置する時は、この相応の対は値“０”を供給する。９つの磁石・ホール・検出器 のうちの各々は絶対装置の符号における１つのビット位置を表わす。 ９つの磁石・ホール・センサにより９ビット符号が形成される；この９ビット 符号は角度分解能０．８を 可能にする。しかしこの可能性のある分解能は磁石・ホール・検出器の切り換え ヒステリシス，その温度特性により、および磁石・ホール装置の位置許容誤差に より制限される。この実施例の場合、分解能の値は２．５である。もう１つの符 号ディスク７は同じく磁気良導体材料から成り、半径方向に種々の間隔で配置さ れている３つの符号トラック（３つの円形路）を支持する。この粗装置の符号は この円形路内の切欠により構成される。この符号は微装置の場合と同様に磁石・ ホール・検出器により走査検出される。この場合、３つのホール素子８ａ，ｂ， ｃは同じく配線支持体６の上に設けられている。ホール素子８ａ，ｂ，ｃに対向 して磁石９ａ，ｂ，ｃがセンサの底部１０に配置されている。符号ディスク７は 、同時に、３つの２段の歯車対１１ａ，ｂ，ｃにより駆動されるギヤ装置内の歯 車を形成する。歯車対は、一体化された、中空軸３の構成部であるセンターホイ ール１２により駆動される。この実施例においては、符号ディスク７と結合され ている内歯車が旋回する。３つの２段の遊星歯車対１１ａ〜ｃは、ケーシング底 部１０において位置固定されているピボットの中に支承されている。そのため、 シャフト被駆動ホイールが内歯車により構成される形式の２段のギヤ装置が用い られる。センサの“完全な回転”を可能にする目的で、減速は正確に４：１の値 を有する（ストッパ回避）。そのため符号ディスク７は ステアリングホイールの４回転後に正確に１回転する。これにより、センサが組 み込み前に過って“ねじられる”時に、微信号と粗信号との間の対応関係が損な われないことが保証される。 配線支持体６の上に１２個のホール素子５ａ−ｉと８ａ−ｃのほかに、評価電 子装置１３─この実施例においてはマイクロコントローラーが設けられている。 マイクロプロセッサはそのポートを介して、符号ディスク２と７により発生さ れる符号を読み取り、この符号に所属する絶対角度を内部プログラムを用いて生 成し、求められた値の適否を検査し、算出されたステアリング角度を直列のイン ターフェース（例えば標準化されたＣＡＮフォーマットで）を介して、上位の制 御装置へ接続ケーブル１４を介して転送する。 ピックアップとして光学的手段または誘導的手段も使用できる。この場合、符 号ディスクは相応に適合化される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ステアリング角度を検出するセンサであって、該センサは、その所属のピッ クアップを有する第１のディスクを含む第１の手段を備えた、該ピックアップは ステアリングシャフトの１回転後に、繰り返す微信号を供給し、さらに粗信号を 発生する第２の手段を備えている形式のセンサにおいて、第１のディスクが符号 を有し、第２の手段は、少なくとも３つの符号トラックを有する符号ディスクと 、これらのトラックに所属する少なくとも３つのピックアップを含み、第２の符 号ディスクは第１の符号ディスクに対して選択可能な減速比で減速されて回転可 能であり、角度位置の検出を微信号と粗信号符号の結合により行い、評価は１つ のマイクロコントローラを用いて実現されることを特徴とする、ステアリング角 度を検出するセンサ。 ２．ピックアップが磁石・ホール・検出器である、請求の範囲１記載のセンサ。 ３．第２の符号デイスクの３つのトラックは粗信号のための３ビット符号が発生 されるように配置されている、請求の範囲１又は２記載のセンサ。 ４．第１のディスクは、微信号のために１ステップでの絶対連結符号を発生する ために、９つのピックアップにより走査検出される、請求の範囲１又は２記 載のセンサ。 ５．減速をギヤ装置により行い、減速比は１：４に等しい、請求の範囲１から４ までのいずれか１項記載のセンサ。 ６．微信号を発生するための第１の手段と、粗信号を発生するための第２の手段 は、粗信号の許容範囲が微信号の所属の値により非作用状態におかれるように、 互いに結合されている請求の範囲１から５までのいずれか１項記載のセンサ。