WO2007107649A1 - Capteur d'angle destine a mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant - Google Patents

Capteur d'angle destine a mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant Download PDF

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Olivier Dixneuf
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    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
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    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/28—The target being driven in rotation by additional gears

Definitions

  • Angle sensor for measuring the absolute angular position of a rotating axis
  • the present invention relates to an angle sensor, in particular an angle sensor for a steering column of a motor vehicle.
  • EPS electric power steering system
  • ESP Vehicle Stabilization Systems
  • the document EP 1 074 452 describes an angle sensor operating with two coded disks whose coded words are read by an optical sensor.
  • a first coded disk is rotatably connected to the steering column and rotates therewith. Therefore, when the steering wheel rotates 360 °, the coded disc also rotates 360 °.
  • a second peripheral coded disk is rotatably supported and connected via a reducing transmission to the first disk.
  • the transmission factor is chosen such that the second disc rotates 360 ° for the entire rotational stroke of the steering wheel.
  • This known angle sensor has a large radial size due to the coded discs. Indeed, to obtain a fairly fine resolution over the entire rotational race, it is necessary to have a large number of tracks coded on each disk.
  • EP 0 947 389 discloses an optical angle sensor operating with discs encoded in shades of gray.
  • the document EP 1 238 891 describes an angle sensor operating on the one hand with a fixed coded disk fixed in rotation to the steering column and an optical sensor for determining the relative angular position of the steering column (measurement over 360 ° ) and a Hall effect unit of the complete number of turns of the magnetic flywheel.
  • a processing unit calculates the absolute angular position of the steering wheel over the entire rotational stroke of the steering wheel between -2.5 turns and 2.5 turns.
  • Document EP 1 574 421 proposes another alternative for producing a magnetic angle sensor for measuring the absolute position of the steering wheel.
  • a disk with circular segments of magnetic poles, alternating North Pole - South Pole, whose position is detected by two Hall probes.
  • This first disc is fixedly fixed in rotation to the steering column and rotates at the same time as the latter.
  • a gear driven by the first disk at a speed corresponding to twice the rotational speed of the first disk and having a magnetic ring core with Hall probes allows in combination with signals delivered by the Hall sensors of the first disk to determine the position. absolute of the steering column.
  • the present invention aims to provide an alternative angle sensor that is both reliable and simple and relatively compact.
  • the object of the invention is an angle sensor intended to measure the absolute angular position of a rotating axis, in particular of a steering column of a motor vehicle, on a rotating race with several turns of rotation, comprising:
  • a drive wheel intended to be mounted fixed in rotation with said rotating axis; a wheel for measuring the relative angular position of the rotating shaft, said measuring wheel being driven by said drive wheel, and
  • Means for measuring the relative angular position of the measuring wheel characterized in that the drive wheel is divided into a defined number of sectors equally distributed so that at each absolute angular position of the rotating axis corresponds a pair of values formed by the relative angular position of the measuring wheel of on the one hand and a mains position on the other hand, and in that it comprises means for determining the position of the sectors of the drive wheel and a processing unit for calculating the absolute position of the rotating shaft. depending on the relative angular position of the measuring wheel and the positions of the sectors.
  • FIG. 1 is a perspective view of an angle sensor according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 is an exploded view of the sensor of FIG.
  • FIG. 3 is a partial view in perspective of the sensor of FIG. 1;
  • FIG. 3A is a schematic view of the drive wheel of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a block diagram of various measurement components of the sensor according to the invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing schematically measurement signals and making it possible to explain the operation of the angle sensor according to the invention
  • FIG. 6 is a partial wire view in perspective of an angle sensor according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 7 is a partial wire view in perspective of an angle sensor according to the invention according to a third embodiment. Throughout the description, the same elements carry the same reference numbers. A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • an angle sensor 1 for measuring the absolute angular position of a rotating shaft (not shown), in particular a steering column of a motor vehicle.
  • This sensor 1 is housed in a housing 2 formed of a bottom 2A and a cover 2B of small thickness.
  • This rotating axis can, between two predefined stops, make several complete turns.
  • the objective is therefore to measure the absolute angular position over the entire measuring range, in the present example, from -900 ° to + 900 °.
  • the senor 1 comprises a drive wheel 3, for example a ring having a set of teeth 5, adapted to be mounted fixed in rotation on the rotating axis.
  • the ring comprises on its inner portion two protuberances 6 diametrically opposed and adapted to cooperate with corresponding notches formed in the rotating axis.
  • This driving gear wheel 3 is held in a smooth abutment 7 visible in particular in FIG. 2.
  • the toothing 5 of the drive wheel 3 meshes with the corresponding toothing 8 of a measuring wheel 9.
  • the measuring wheel 9 has the particularity that the drive ratio is different from the unit so that it is driven less than 360 ° for a complete revolution of the drive wheel or over 360 For a complete revolution of the drive wheel 5. Thereafter, the transmission ratio between the measuring wheel 9 and the drive wheel 3 is designated R MIE .
  • the ratio R M / E is chosen so that the following relation is fulfilled:
  • N A x R MIE integer number.
  • the relative angular position of the measuring wheel 9 (this relative angular position is between 0 ° and 360 °) is determined by measuring means comprising for example on the one hand an integrated bipolar magnet 11 in the center of the measuring wheel. 9 defining a magnetic field whose axis rotates with the measuring wheel
  • a component 13 for measuring the orientation of the magnetic field by Hall effect This component 13 is placed above the magnet 11 so that the relative angular position of the measuring wheel 9 can be measured and, consequently, the relative angular position of the drive gear 3 can be deduced therefrom.
  • Other techniques for measuring the orientation of the magnetic field for example by magneto-resistive effect, can also be used.
  • other means for measuring the relative angular position such as optical or even potentiometric means, can be used without departing from the scope of the present invention.
  • the drive wheel 3 is divided into a defined number of sectors evenly distributed as arcs.
  • the number of sectors is advantageously comprised between two and thirty sectors, preferably between three and six sectors.
  • the sectors are five in number in Roman numerals I, II, III, IV and V.
  • the radii defining these sectors therefore include an angle ⁇ of 72 °.
  • This division into sectors / arcs of circle does not necessarily correspond to a physical division, but rather to separate regions of the drive wheel whose position one wishes to know.
  • each absolute angular position of the rotating axis corresponds to a pair of values formed by the relative angular position of the measuring wheel 9 on the one hand and a sector position of another go.
  • the senor further comprises means for determining the position of the sectors of the drive wheel 3.
  • the means for determining the position of the sectors comprise on the one hand a magnet 17 in the form of a circular arc carried by the sector detection wheel (that is to say the drive wheel 3 in this embodiment), and on the other hand as many detection elements 19 of a magnetic field as defined sectors of the drive wheel 5.
  • the detection elements 19 are for example Hall effect probes, but any other component for measuring the presence or absence of a magnetic field is suitable for producing the sensor according to the invention. To distinguish the detection elements 19 from each other, the individual references 19A, 19B, 19C, 19D and 19D have been assigned.
  • the magnet 17 scrolls below the detection elements 19, they deliver a signal or not depending on the presence of the magnet 17 in the form of a logic state. It is therefore understood that the position of the magnet makes it possible to locate the position of the sectors of the drive wheel 3.
  • the magnet 17 is advantageously equal to or greater than the size of the arc. a sector and smaller than the size of two sector arcs to create transition zones in which two sensing elements 19 detect the magnet 17 simultaneously.
  • the magnet may have the general shape of an open ring whose open portion has a size equal to or greater than the size of a sector and smaller than the size of two sectors to create transition zones. In this case, to determine the position of the sectors, it is intended to detect the absence of a presence signal of the magnet.
  • these means deliver a signal in the form of a logical state
  • N EL signaling the presence or absence of the magnet under one or two of the detection elements 19 so that we know the position of sectors I to V of the drive wheel 3.
  • the values of N EL and R s / E are chosen so that
  • N EL x R s / E integer number
  • N EL xR s / E integer number are filled at the same time, which makes it possible to obtain an angle sensor modulo N A rounds thus avoiding the prepositioning of the sensor.
  • the two products N A x R M / E and N EL x R SIE also fulfill the following relation: .
  • FIG. 4 shows a block diagram of various measurement components of the sensor according to the invention, in particular detection elements 19 and the magnetic field orientation measuring component 13.
  • This processing unit 33 will calculate, from the received signals, the angular position of the measuring wheel 9 as well as the position of the sectors of the drive wheel 3 to determine the absolute angular position of the rotating shaft over its entire length. rotation stroke. For the determination of the position of the sectors, the processing unit 33 simply receives a signal from the detection elements 19 which is representative of the presence or absence of the magnet 17. Thus, as the position of each detection element 19 and which of the elements 19 A to 19 E has detected the presence of the magnet 17, the position of the sectors I to V of the drive wheel 3 is known. Since the size of the magnet 17 is equal to or larger than the size of a sector and smaller than the size of two sectors to create transition zones, the processing unit therefore receives a presence signal from the magnet 17 of at least one and at most two detection elements 19 at a time.
  • the unit 33 further comprises correction means 35 for the determination of the angle absolute on several turns of the rotating shaft.
  • FIG. 5 shows a graph with abscissa the absolute angular position on several revolutions of the rotating shaft from -900 ° to + 900 °. On the ordinate is represented the relative angular position of the measuring wheel 9 between 0 ° and 360 °.
  • the measuring wheel 9 therefore performs four turns for five turns of the drive wheel 3.
  • this graph shows rectangular areas 45 with five different patterns 45A (vertical hatch), 45B (diagonal elevation hatch), 45C (diagonal downward hatch), 45D (checkered pattern), and 45E (uniform gray) corresponding respectively to the signals from the sensing elements 19A, 19B, 19C 5 19D, and 19E. '
  • the graph reads as follows.
  • the drive wheel 3 is divided into five sectors of a width of 72 ° each (72 ° being 1/5 of a complete revolution) and the magnet 17 is first between -900 ° for example and - 828 ° on the abscissa opposite the detection element which delivers during this time a presence signal represented by the area 45 A.
  • the relative angular position of the measuring wheel changes by 57.6 ° represented by the portion of line 40 within area 45A.
  • this element 19B delivers a presence signal represented by the area 45B.
  • the relative angular position of the measuring wheel changes by an additional 57.6 ° represented by the portion of the line 40 inside the area 45B, and so on.
  • the component 13 gives a relative angular position of the measuring wheel 9 of 180 ° and only the detection element 19E delivers a signal corresponding to the fact that the magnet 17 is in front of this element 19E.
  • the absolute angular position is -225 °.
  • the processing unit 33 determines which of the elements 19 delivers a presence signal of the magnet 17 to know which lines 40 to 43 to be placed and deduce the absolute angular position of the rotating shaft.
  • the size of the magnet is advantageously equal to or larger than the size of a sector and smaller than the size of the two sectors for creating transition zones in which two sensing elements detect the magnet simultaneously.
  • transition zones are represented on the graph of FIG. 5 by rectangles 49 overlapping the upper end of one of the areas 45, for example the area 45A and the lower end of the next area, for example the area 45B.
  • the processing unit simultaneously receives two presence signals from two adjacent detection elements 19, for example elements 19A and 19B since the ends of the magnet 17 are respectively facing these detection elements.
  • the correction means 35 make it possible to eliminate any inconsistency thanks to the one-to-one relationship of the pair of values formed by the relative angular position of the measuring wheel 9 and the presence signal of the detection elements 19.
  • the processing unit 33 receives presence signals from the detection elements 19B and 19C. But for the calculation of the absolute angular position, the signal of the element 19C is ignored, because that does not correspond to the one-to-one relationship mentioned above.
  • the size of the magnet 17 and therefore the width of the transition zones is chosen so that the pair of values formed by the relative angular position of the measuring wheel 9 and the presence of two signals of the detection elements 19 enables to determine the revolution of the measuring wheel 9.
  • the relative angular position measured and the presence of the two measurement signals of the elements 19B and 19C makes it possible to know that it is the turn 1 of the measuring wheel 9 represented by the line 40.
  • FIGS 6 and 7 show two alternative embodiments of the angle sensor according to the invention, but with the same operation as previously described.
  • the sensor of FIG. 6 differs from that of FIGS. 1 to 5 by the fact that the sector detection wheel 53 is superimposed on the measuring wheel 9 and therefore the drive wheel 3 comprises two stages 3A and 3B whose first floor 3A causes the measuring wheel 9 and the second stage drives the sector detection wheel 53 which rotate independently of one another about the same axis.
  • This embodiment has the advantage of concentrating all the electronics of the sensor at the same housing part 2.
  • the sensor of FIG. 7 differs from that of FIGS. 1 to 5 in that it also comprises a pinion. gearbox 55 with two stages whose first stage 55 A is engaged with the drive wheel 3 and the second stage 55B causes on the one hand the measuring wheel 9 and on the other hand the sector detection wheel 53.
  • This variant has the advantage of greater modularity for F sensor bulk.
  • the angle sensor according to the invention has a small footprint and can be made from standard components which ensures a competitive cost.
  • its design is robust and reliable which is essential to fulfill the function that is his.

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Abstract

La présente invention a pour objet un capteur d' angle destine à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant, en particulier d'une colonne de direction d'un véhicule automobile, sur une course rotative à plusieurs tours de rotation, comprenant : une roue d'entraînement (3) destinée a être montée fixe en rotation avec ledit axe tournant, une roue de mesure (9) de la position angulaire relative de l' axe tournant, ladite roue de mesure (9) étant entraînée par ladite roue d'entraînement (3), et des moyens de mesure de la position angulaire relative de la roue de mesure. La roue d'entraînement (3) est divisée en un nombre défini de secteurs également repartis de sorte qu'à chaque position angulaire absolue de l'axe tournant correspond un couple de valeurs forme par la position angulaire relative de la roue de mesure (9) d'une part et une position de secteur d'autre part, et le capteur (1) comporte des moyens de détermination de la position des secteurs de la roue d'entraînement (3) et une unité de traitement (33) pour calculer la position absolue de l'arbre tournant en fonction de la position angulaire relative de la roue de mesure (9) et des positions des secteurs.

Description

Capteur d'angle destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant
La présente invention concerne un capteur d'angle, en particulier un capteur d'angle pour une colonne de direction d'un véhicule automobile.
On connaît différents capteurs d'angle pour colonne de direction pour véhicule automobile. De tels capteurs délivrent par exemple des signaux de la position du volant à un système de direction assistée électrique (« EPS » - pour « Electrical power steering). En fonction de l'angle de braquage, l'assistance de direction est plus ou moins forte. Une autre application concerne les systèmes de stabilisation du véhicule (« ESP » -« Electrical Stabilisation Programm » pour programme de stabilisation électrique).
Différentes approches technologiques sont aujourd'hui connues et utilisées dans le domaine automobile.
Par exemple le document EP 1 074 452 décrit un capteur d'angle fonctionnant avec deux disques codés dont les mots codés sont lus par un capteur optique.
Un premier disque codé est relié fixe en rotation à la colonne de direction et tourne avec celle-ci. Par conséquent, quand le volant tourne de 360°, le disque codé tourne également de 360°.
Un deuxième disque codé périphérique est porté rotatif et relié via une transmission réductrice au premier disque.
Le facteur de transmission est choisi de telle manière que le deuxième disque tourne de 360° pour l'ensemble de la course rotative du volant.
Ce capteur d'angle connu présente un encombrement radial important du fait des disques codés. En effet, pour obtenir une résolution assez fine sur l'ensemble de la course rotative, il est nécessaire d'avoir un nombre important de pistes codées sur chaque disque.
Le document EP 0 947 389 décrit un capteur d'angle optique fonctionnant avec des disques codés selon des nuances de gris.
Ci Le document EP 1 238 891 décrit un capteur d'angle fonctionnant d'une part avec un disque codé relié fixe en rotation à la colonne de direction et un capteur optique pour déterminer la position angulaire relative de la colonne de direction (mesure sur 360°) ainsi qu'une unité de mesure par effet Hall du nombre complet de tour du volant magnétique. Une unité de traitement calcule la position angulaire absolue du volant sur toute la course rotative du volant entre -2,5 tours et 2,5 tours.
Le document EP 1 574 421 propose une autre alternative pour réaliser un capteur d'angle magnétique permettant de mesurer la position absolue du volant. Dans cet exemple, il y a un disque avec des segments circulaires de pôles magnétiques, en alternance pôle Nord - pôle Sud, dont la position est détectée par deux sondes Hall. Ce premier disque est relié fixe en rotation à la colonne de direction et tourne en même temps que celle-ci. Une roue dentée entraînée par le premier disque à une vitesse correspondant à deux fois la vitesse de rotation du premier disque et présentant un noyau annulaire magnétique avec des sondes Hall permet par combinaison avec des signaux délivrés par les capteurs Hall du premier disque de déterminer la position absolue de la colonne de direction.
La présente invention vise à proposer un capteur d'angle alternatif qui soit à la fois fiable et simple et relativement peu encombrant.
A cet effet, l'invention a pour objet un capteur d'angle destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant, en particulier d'une colonne de direction d'un véhicule automobile, sur une course rotative à plusieurs tours de rotation, comprenant :
• une roue d'entraînement destinée à être montée fixe en rotation avec ledit axe tournant, • une roue de mesure de la position angulaire relative de l'axe tournant, ladite roue de mesure étant entraînée par ladite roue d'entraînement, et
• des moyens de mesure de la position angulaire relative de la roue de mesure, caractérisé en ce que la roue d'entraînement est divisée en un nombre défini de secteurs également répartis de sorte qu'à chaque position angulaire absolue de l'axe tournant correspond un couple de valeurs formé par la position angulaire relative de la roue de mesure d'une part et une position de secteur d'autre part, et en ce qu'il comporte des moyens de détermination de la position des secteurs de la roue d'entraînement et une unité de traitement pour calculer la position absolue de l'arbre tournant en fonction de la position angulaire relative de la roue de mesure et des positions des secteurs.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention d'après un premier mode de réalisation,
- la figure 2 est une vue en éclaté du capteur de la figure 1,
- la figure 3 est une vue filaire partielle en perspective du capteur de la figure 1, - la figure 3 A est une vue schématique de la roue d'entraînement de la figure 1 ,
- la figure 4 est un schéma synoptique de divers composants de mesure du capteur selon l'invention,
- la figure 5 est un diagramme présentant de façon schématique des signaux de mesure et permettant d'expliquer le fonctionnement du capteur d'angle selon l'invention,
- la figure 6 est une vue filaire partielle en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention d'après un second mode de réalisation,
- la figure 7 est une vue filaire partielle en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention d'après un troisième mode de réalisation. Dans toute la description, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. Un premier mode de réalisation sera décrit en référence aux figures 1 à 5.
Sur les figures 1 à 3 est représenté un capteur d'angle 1 selon l'invention destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant (non représenté), en particulier d'une colonne de direction d'un véhicule automobile. Ce capteur 1 est logé dans un boîtier 2 formé d'un fond 2A et d'un couvercle 2B de faible épaisseur. Cet axe tournant peut, entre deux butées prédéfinies, faire plusieurs tours complets.
Pour une colonne de direction par exemple, le volant tourne par rapport à une position neutre, correspondant à la conduite toute droite, de -2,5 tours à + 2,5 tours, c'est-à-dire sur une plage de -2.5*360° = -900° à +2.5*360° = +900°.
L'objectif est donc de mesurer la position angulaire absolue sur toute la plage de mesure allant, dans le présent exemple, de -900° à +900°.
A cet effet, le capteur 1 comprend une roue d'entraînement 3, par exemple une bague présentant une denture 5 adaptée, apte à être montée fixe en rotation sur l'axe tournant.
A cet effet, la bague comprend sur sa partie interne deux protubérances 6 diamétralement opposées et aptes à coopérer avec des encoches correspondantes ménagées dans l'axe tournant.
Cette roue dentée 3 d'entraînement est maintenue dans un pallier lisse 7 visible en particulier sur la figure 2.
La denture 5 de la roue d'entraînement 3 engrène avec la denture correspondante 8 d'une roue de mesure 9.
De préférence, la roue de mesure 9 présente la particularité que le rapport d'entraînement est différent de l'unité de façon qu'elle soit entraînée sur moins de 360° pour un tour complet de la roue d'entraînement ou sur plus de 360° pour un tour complet de la roue d'entraînement 5. Par la suite, le rapport de transmission entre la roue de mesure 9 et la roue d'entraînement 3 est désigné par RMIE .
Dans l'exemple décrit en détail en référence aux figures 1 à 5, RMIE est choisi inférieur à l'unité, plus exactement RM/E= 0,8. Par conséquent, pour cinq tours de la roue d'entraînement 3, la roue de mesure n'en fait que quatre tours.
De préférence, si NA est le nombre de tours pouvant être réalisés par l'axe tournant (N A = 5 pour une colonne de direction), le rapport RM/E est choisi de manière que la relation suivante soit remplie :
NA x RMIE = nombre __entier . Dans le présent exemple, on a donc NA x RM/E = 4. On note que si l'arbre tournant ne fait par exemple pas un nombre de tours entiers tel que NA = 4,75, la relation ci-dessus s'applique de la même façon.
La position angulaire relative de la roue de mesure 9 (cette position angulaire relative est comprise entre 0° et 360°) est déterminée par des moyens de mesure comprenant par exemple d'une part un aimant bipolaire intégré 11 au centre de la roue de mesure 9 définissant un champ magnétique dont l'axe tourne avec la roue de mesure
9 et d'autre part un composant 13 de mesure de l'orientation du champ magnétique par effet Hall. Ce composant 13 est placé au dessus de l'aimant 11 de manière que l'on puisse mesurer la position angulaire relative de la roue de mesure 9 et, par conséquent en déduire la position angulaire relative de la roue dentée d'entraînement 3. Bien entendu, d'autres techniques pour mesurer l'orientation du champ magnétique, par exemple par effet magnétorésistif peuvent également être utilisées. De même, d'autres moyens de mesure de la position angulaire relative comme des moyens optiques voir potentiométriques peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention.
Comme cela est représenté sur la figure 3 A, la roue d'entraînement 3 est divisée en un nombre défini de secteurs également répartis sous forme d'arcs de cercle. Le nombre de secteurs est compris avantageusement entre deux et trente secteurs, de préférence entre trois et six secteurs. Dans le présent exemple, les secteurs sont au nombre de cinq numérotés en chiffres romain I, II, III, IV et V. Les rayons définissant ces secteurs incluent donc un angle α de 72°. Cette division en secteurs / arcs de cercle ne correspond pas nécessairement à une division physique, mais plutôt à des régions séparées de la roue d'entraînement dont on souhaite connaître la position.
Ainsi, comme cela sera expliqué en détail plus loin, chaque position angulaire absolue de l'axe tournant correspond à un couple de valeurs formé par la position angulaire relative de la roue de mesure 9 d'une part et une position de secteur d'autre part.
A cet effet, le capteur comprend de plus des moyens de détermination de la position des secteurs de la roue d'entraînement 3. Ces moyens 15 comprennent par exemple une roue de détection de secteur. Selon le mode de réalisation des figures 1 à 5, cette roue de détection de secteur est confondue avec la roue d'entraînement 3 et le rapport de transmission RSIE entre la roue de détection de secteur et la roue d'entraînement est donc RSIE = 1.
De plus, les moyens de détermination de la position des secteurs comprennent d'une part un aimant 17 sous forme d'un arc de cercle porté par la roue de détection de secteur (c'est-à-dire la roue d'entraînement 3 dans le présent exemple de réalisation), et d'autre part autant d'éléments de détection 19 d'un champ magnétique que de secteurs définis de la roue d'entraînement 5.
Les éléments de détection 19 sont par exemple des sondes à effet Hall, mais tout autre composant permettant de mesurer la présence ou non d'un champ magnétique est adapté pour réaliser le capteur selon l'invention. Pour distinguer les éléments de détection 19 entre eux, on a attribué les références individuelles 19 A, 19B, 19C, 19D et
19E.
Ces éléments 19 sont placés de façon également répartis au-dessus de la roue d'entraînement 3 (c'est-à-dire en regard de la roue de détection) et maintenus fixe en position par une carte à circuits imprimés 21 (une carte PCB - cette carte est représentée en transparent pour des raisons d'illustration sur la figure 1).
Ainsi, lorsque l'aimant 17 défile en dessous des éléments de détection 19, ceux- ci délivrent un signal ou non en fonction de la présence de l'aimant 17 sous forme d'un état logique. On comprend donc qua la position de l'aimant permet de localiser la position des secteurs de la roue d'entraînement 3.
D'autres variantes et configurations peuvent être envisagées sans sortir du cadre la présente invention du moment que la position d'un des secteurs (et donc de tous les secteurs) puisse être déterminée. II est important que la position de secteurs puisse être détectée à chaque instant par au moins un des éléments de détection 19. C'est pourquoi la taille de l'aimant 17 est comprise avantageusement égale ou supérieure à la taille de l'arc d'un secteur et inférieure à la taille de deux arcs de secteurs pour créer des zones de transition dans lesquelles deux éléments de détection 19 détectent l'aimant 17 simultanément. Selon une variante non représentée et équivalente en terme de fonctionnement, l'aimant peut avoir la forme générale d'un anneau ouvert dont la portion ouverte possède une taille égale ou supérieure à la taille d'un secteur et inférieure à la taille de deux secteurs pour créer des zones de transition. Dans ce cas, pour déterminer la position des secteurs, on vise à détecter l'absence d'un signal de présence de l'aimant.
Avantageusement, ces moyens délivrent un signal sous forme d'un état logique
N EL signalant la présence ou non de l'aimant sous un ou deux des éléments de détection 19 de manière que l'on connaît la position des secteurs I à V de la roue d'entraînement 3. Le nombre d'états logiques NEL délivrés par les moyens de détermination de la position des secteurs est au nombre des éléments de détection, c'est-à-dire NEL=5. De façon général, on choisit les valeurs de NEL , et Rs/E de manière que
NEL x Rs/E = nombre _entier Dans l'exemple des figures 1 à 5, NEL x RSIE = 5. II est judicieux que les relations NA x RM/E = nombre _entier et
NEL xRs/E = nombre _entier soient remplies en même temps, ce qui permet d'obtenir un capteur d'angle modulo NA tours évitant ainsi le prépositionement du capteur.
Avantageusement, les deux produits NA x RM/E et NEL x RSIE remplissent en outre la relation suivante :
Figure imgf000009_0001
.
Par cette relation, on voit qu'il est avantageux que le rapport d'entraînement RM/E est inférieur à l'unité (la roue de mesure tourne moins d'un tour pour un tour de la roue d'entraînement) de sorte que le nombre d'états logiques et donc le nombre d'éléments de détection peut être réduit. La figure 4 montre un schéma synoptique de divers composants de mesure du capteur selon l'invention en particulier des éléments de détection 19 et le composant 13 de mesure de l'orientation du champ magnétique.
Tous ces composants de mesure sont reliés à une unité de traitement 33. Cette unité de traitement 33 va calculer, à partir des signaux reçus, la position angulaire de la roue de mesure 9 ainsi que la position des secteurs de la roue d'entraînement 3 pour déterminer la position angulaire absolue de l'arbre tournant sur toute sa course de rotation. Pour la détermination de la position des secteurs, l'unité de traitement 33 reçoit simplement un signal des éléments de détection 19 qui est représentatif de la présence ou de l'absence de l'aimant 17. Ainsi, comme on connaît la position de chaque élément de détection 19 et lequel des éléments 19 A à l9 E a détecté la présence de l'aimant 17, on connaît la position des secteurs I à V de la roue d'entraînement 3. Etant donné que la taille de l'aimant 17 est égale ou supérieure à la taille d'un secteur et inférieure à la taille de deux secteurs pour créer des zones de transition, l'unité de traitement reçoit donc un signal de présence de l'aimant 17 d'au moins un et d'au plus deux éléments de détection 19 à la fois.
Pour lever toute incohérence et corriger l'angle absolue de l'arbre tournant dans le cas où deux éléments de détection 19 délivrent un signal en même temps, l'unité 33 comprend en outre des moyens 35 de correction pour la détermination de l'angle absolue sur plusieurs tours de l'arbre tournant.
On va maintenant décrire un exemple concret de fonctionnement du capteur selon l'invention en se référant à la figure 5. Cette figure présente un graphe avec en abscisse la position angulaire absolue sur plusieurs tours de l'arbre tournant de -900° à + 900°. En ordonnée est représentée la position angulaire relative de la roue de mesure 9 entre 0° et 360°.
Etant donné un rapport RM/E = 0,8 , la roue de mesure 9 effectue donc quatre tours pour cinq tours de la roue d'entraînement 3. Ceci est représenté par les droites 40, 41, 42, 43 représentent des signaux de mesure venant du composant 13 en fonction de la position angulaire relative de la roue de mesure 9.
Pour chaque tour complet effectué de la roue de mesure 9, on a donc une droite. De plus, on a représenté sur ce graphe des aires rectangulaires 45 avec cinq motifs différents 45A (hachure verticale), 45B (hachure diagonale montante), 45C (hachure diagonale descendante), 45D (motif à damier), et 45E (gris uniforme) correspondant respectivement au signaux délivrés par les éléments de détection 19A, 19B, 19C5 19D, et 19E. '
Ainsi, le graphe se lit de la manière suivante. La roue d'entraînement 3 est divisée en cinq secteurs d'une largeur de 72° chacun (72° étant 1/5 d'un tour complet) et l'aimant 17 se trouve d'abord entre par exemple -900° et - 828° en abscisse en face de l'élément de détection qui délivre pendant ce temps un signal de présence représenté par l'aire 45 A. En même temps, la position angulaire relative de la roue de mesure évolue de 57,6° représentée par la portion de la droite 40 à l'intérieur de l'aire 45A.
Puis, l'aimant se trouve en face de l'élément de détection 19B et entre — 828° et -756°, cet élément 19B délivre un signal de présence représenté par l'aire 45B. En même temps, la position angulaire relative de la roue de mesure évolue de 57,6° supplémentaires représentée par la portion de la droite 40 à l'intérieur de l'aire 45B, et ainsi de suite.
On comprend donc que la position angulaire absolue sur plusieurs tours de la roue d'entraînement 3 et donc de l'arbre tournant correspond de façon biunivoque à un couple de valeurs formé d'une part par la position angulaire relative de la roue de mesure 9 et d'autre part par un état logique représentant la position des secteurs de la roue d'entraînement 3.
Prenons, par exemple le point de mesure 47 sur la figure 5. Dans ce cas, le composant 13 donne une position angulaire relative de la roue de mesure 9 de 180° et seul l'élément de détection 19E délivre un signal correspondant au fait que l'aimant 17 est en face de cet élément 19E. La position angulaire absolue est donc de -225°.
On note qu'à la même position angulaire relative de la roue de mesure 9 correspond pour chaque tour de cette roue 9 un seul signal d'un élément de détection 19. Ainsi, lorsque l'unité de traitement 33 reçoit la position relative du composant 13, il détermine lequel des éléments 19 délivre un signal de présence de l'aimant 17 pour savoir sur laquelle des droites 40 à 43 se placer et en déduire la position angulaire absolue de l'arbre tournant.
Comme cela a été décrit précédemment, la taille de l'aimant est comprise avantageusement égale ou supérieure à la taille d'un secteur et inférieure à la taille de deux secteurs pour créer des zones de transition dans lesquelles deux éléments de détection détectent l'aimant simultanément.
Ces zones de transitions sont représentées sur le graphe de la figure 5 par des rectangles 49 chevauchant l'extrémité supérieure d'une des aires 45, par exemple l'aire 45A et l'extrémité inférieure de l'aire suivante, par exemple l'aire 45B. Cela signifie que l'unité de traitement reçoit simultanément deux signaux de présence de deux éléments de détection 19 voisins, par exemple des éléments 19A et 19B étant donné que les extrémités de l'aimant 17 se trouvent respectivement en face de ces éléments de détection. Dans ce cas, les moyens de correction 35 permettent de lever toute incohérence grâce à la relation biunivoque du couple de valeurs formé par la position angulaire relative de la roue de mesure 9 et le signal de présence des éléments de détection 19.
Ainsi, pour le point de mesure 51, l'unité de traitement 33 reçoit des signaux de présence des éléments de détection 19B et 19C. Mais pour le calcul de la position angulaire absolue, le signal de l'élément 19C est ignoré, car celui ne correspond pas à la relation biunivoque mentionnée ci-dessus.
Avantageusement, la taille de l'aimant 17 et donc la largeur des zones de transition est choisie de manière que le couple de valeurs formé par la position angulaire relative de la roue de mesure 9 et la présence de deux signaux des éléments de détection 19 permet de déterminer le tour de la roue de mesure 9. Par exemple pour le point de mesure 51, la position angulaire relative mesuré et la présence des deux signaux de mesure des éléments 19B et 19C permet de savoir qu'il s'agit du tour 1 de la roue de mesure 9 représenté par la droite 40.
Les figures 6 et 7 représentent deux variantes de réalisation du capteur d'angle selon l'invention, mais avec le même fonctionnement que décrit précédemment.
Sur ces figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de références.
Le capteur de la figure 6 se distingue de celui des figures 1 à 5 par le fait que la roue de détection de secteur 53 est superposée à la roue de mesure 9 et donc la roue d'entraînement 3 comprend deux étages 3A et 3B dont le premier étage 3A entraîne la roue de mesure 9 et le second étage entraîne la roue de détection de secteur 53 qui tournent indépendamment l'une de l'autre autour du même axe.
Ce mode de réalisation présente l'avantage de concentrer toute l'électronique du capteur au niveau de la même partie de boîtier 2. Le capteur de la figure 7 se distingue de celui des figures 1 à 5 par le fait que comporte en outre un pignon réducteur 55 à deux étages dont le premier étage 55 A est en prise avec la roue d'entraînement 3 et le second étage 55B entraîne d'une part la roue de mesure 9 et d'autre part la roue de détection de secteur 53.
Cette variante présente l'avantage d'une plus grande modularité pour F encombrement du capteur.
On comprend donc que le capteur d'angle selon l'invention présente un encombrement réduit et peut être réalisé à partir de composants standards ce qui assure un coût de revient compétitif. De plus, sa conception est robuste et fiable ce qui est indispensable pour remplir la fonction qui est la sienne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur d'angle destiné à mesurer la position angulaire absolue d'un axe tournant, en particulier d'une colonne de direction d'un véhicule automobile, sur une course rotative à plusieurs tours de rotation, comprenant :
• une roue d'entraînement (3) destinée à être montée fixe en rotation avec ledit axe tournant,
• une roue de mesure (9) de la position angulaire relative de l'axe tournant, ladite roue de mesure (9) étant entraînée par ladite roue d'entraînement
(3), et
• des moyens de mesure de la position angulaire relative de la roue de mesure, caractérisé en ce que la roue d'entraînement (3) est divisée en un nombre défini de secteurs (I,II,III,iV,V) également répartis de sorte qu'à chaque position angulaire absolue de l'axe tournant correspond un couple de valeurs formé par la position angulaire relative de la roue de mesure (9) d'une part et une position de secteur d'autre part, et en ce qu'il comporte des moyens de détermination de la position des secteurs de la roue d'entraînement (3) et une unité de traitement (33) pour calculer la position absolue de l'arbre tournant en fonction de la position angulaire relative de la roue de mesure (9) et des positions des secteurs (1,11,111,IV5V).
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport d'entraînement entre la roue de mesure (9) et la roue d'entraînement (3) est différent de l'unité.
3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport d'entraînement entre la roue de mesure (9) et la roue d'entraînement (3) RMIE est inférieure à l'unité.
4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre de secteurs de la roue d'entraînement (3) est compris entre deux et trente secteurs, de préférence entre trois et six secteurs (1,1I5III5IV5V).
5. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position des secteurs délivrent un signal sous forme d'un état logique.
6. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position des secteurs comprennent une roue de détection de secteur (53).
7. Capteur d'angle selon la revendication 6 dans lequel l'axe tournant peut réaliser un nombre prédéfini de tours, caractérisé en ce que les relations suivantes soient remplies : NA x RM/E = nombre _entier , et
N EL χRs/E = nombre _entier où
NA étant le nombre de tours pouvant être réalisés par l'axe tournant, NEL étant le nombre d'états logiques délivrés par les moyens de détermination de la position des secteurs,
RM/E étant le rapport de transmission entre la roue de mesure et la roue d'entraînement, et
Rs/E étant le rapport de transmission entre la roue de détection de secteur et de la roue d'entraînement.
8. Capteur d'angle selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la relation suivante soit remplie :
N EL X R S/E > NA X RM/E .
9. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la roue d'entraînement (3) et la roue de détection de secteur sont confondues.
10. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la roue de détection de secteur (53) est superposée à la roue de mesure (9) et en ce que la roue d'entraînement (3) comprend deux étages dont le premier étage (3A) entraîne la roue de mesure (9) et le second étage (3B) entraîne la roue de détection de secteur (53).
11. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un pignon réducteur (55) à deux étages dont le premier étage (55A) est en prise avec la roue d'entraînement (3) et le second étage (55B) entraîne d'une part la roue de mesure (9) et d'autre part la roue de détection de secteur (5).
12. Capteur d'angle selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position des secteurs comprennent d'une part un aimant (17) sous forme d'un arc de cercle porté par la roue de détection de secteur, et d'autre part autant d'éléments de détection (19) d'un champ magnétique que de secteurs définis de la roue d'entraînement (3), les éléments de détection (19) étant placés de façon également répartis en regard de la roue de détection de secteur (53) et fixe en position pour détecter le déplacement de l'aimant (17).
13. Capteur d'angle selon la revendication 12, caractérisé en ce que la taille de l'aimant (17) est comprise égale ou supérieure à la taille d'un arc de secteur et inférieure à la taille de deux arcs de secteurs pour créer des zones de transition dans lesquelles deux éléments de détection (19) détectent l'aimant simultanément et en ce que l'unité de traitement (33) comprend des moyens (35) de correction de l'angle absolue détectée.
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