(57)【要約】  ステアリング角度及びトルクセンサ、並びに他のタイプの回転又は線形位置センサを含むセンサを提供する。ステアリングコラムのようなシャフトの角度位置を判断するための装置は、コイルアセンブリ、コイル支持体、及びシャフトの角度位置と相関性があるカプラ角度位置を有するカプラ要素を含む。コイルアセンブリは、送信機コイル及び少なくとも１つの受信機コイルを含み、カプラ要素は、送信機コイルと少なくとも１つの受信機コイルとの間の誘導結合を変更する。信号処理回路は、コイルアセンブリからコイル信号を受け取り、受信機信号と、軸線方向変位と相関性があるが、それ以外は実質的に角度位置と無関係である基準信号とを用いて角度位置を判断する。基準信号をレシオメトリック感知に用いて、実質的に共通モード因子を排除し、かつシャフトの回転数を判断することもできる。複合角度及びトルクセンサは、トーションバーにわたるより角度を更に判断する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーによって相互接続された第１のシャフト及び第２のシャフトを含むステアリングコラムに対するステアリング角度及びステアリングトルクを判断するための装置であって、
第１のコイルアセンブリ及び第１のカプラ要素を含み、第１のシャフトの角度位置との相関性がある第１の信号と、基準信号とを供給するように作動可能な第１の回転センサと、
第２のコイルアセンブリ及び第２のカプラ要素を含み、第２のシャフトの角度位置との相関性がある第２の信号を供給するように作動可能な第２の回転センサと、
を含み、
ステアリング角度が、前記第１の信号を用いて判断され、
ステアリングトルクが、前記第１のシャフトの前記角度位置と前記第２のシャフトの前記角度位置の間のより角度から判断され、該より角度は、前記第１の信号及び前記第２の信号を用いて判断され、
前記基準信号は、前記第１のコイルアセンブリの軸線方向変位との相関性はあるが、それ以外は実質的に前記第１のシャフトの前記角度位置と無関係であり、
前記基準信号は、前記第１の回転センサの角度範囲を拡張するために前記第１のシャフトの回転数を判断するのに使用される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１のコイルアセンブリは、複数の受信機コイルと、前記基準信号を供給する基準コイルとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコイルアセンブリは、前記基準信号を判断するのに用いる複数の受信機コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記軸線方向変位は、前記第１のカプラ要素に対するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のコイルアセンブリは、前記第１のシャフトが回転する時に前記軸線方向変位を生成するように該第１のシャフトと係合するネジ付き表面を有するコイル支持体によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記より角度は、デジタル信号プロセッサを用いて判断されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のシャフトは、コラム側シャフトであり、前記第２のシャフトは、ピニオン側シャフトであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
シャフトの角度位置を判断するための装置であって、
コイル支持体と、
前記コイル支持体によって支持され、送信機コイルと少なくとも１つの受信機コイルとを含むコイルアセンブリと、
シャフトの角度位置と相関性があるカプラ角度位置を有し、前記送信機コイルと前記少なくとも１つの受信機コイルとの間の誘導結合を修正するカプラ要素と、
前記少なくとも１つの受信機コイルから少なくとも１つの受信機信号を受け取って、該少なくとも１つの受信機信号を用いて前記シャフトの前記角度位置を判断するように作動可能な信号処理回路と、
を含み、
前記信号処理回路は、前記シャフトの回転によって生成される前記カプラ要素に対する前記コイルアセンブリの軸線方向変位と相関性がある以外は実質的に前記角度位置と無関係である基準信号を供給するように更に作動可能であり、
前記基準信号は、１回の回転を超えて装置の角度範囲を拡張するために前記シャフトの回転数を判断するのに用いられる、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記シャフトは、ステアリングコラムの構成要素であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記コイル支持体は、前記信号処理回路を更に支持するプリント基板であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記コイル支持体は、前記シャフトが回転する時に前記軸線方向変位を生成するように該シャフトと係合するネジ付きスリーブ上に装着されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記シャフトは、トーションバーによって前記第１のシャフトと相互接続した第２のシャフトを含むステアリングコラムの構成要素であり、
前記第２のシャフトの第２の角度位置を判断する回転センサ、
を更に含み、
前記第２のシャフトの第２の角度位置を判断するように作動可能な回転センサと、
前記シャフトの前記角度位置と前記第２のシャフトの前記第２の角度位置とを用いてステアリングトルクを判断するように作動可能な電子回路と、
更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２００６年６月２６日に出願及び２００６年７月１１日に出願の米国特許仮出願出願番号第６０／８１６、４４８号及び第６０／８３０、０５５号、及び２００７年６月２５日に出願の米国特許出願出願番号第１１／７６７、９７３号に対する優先権を請求するものであり、各々の全体の内容が本明細書において引用により組み込まれている。
【０００２】
本発明は、ステアリング角度及びトルクセンサ、並びに他のタイプの回転又は線形位置センサを含むセンサに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来型の回転センサは、３６０度の測定範囲に限定される。多重回動感知を可能にするように角度測定範囲を拡張することは、非常に有用であると考えられる。
【０００４】
自動車のためのステアリングアセンブリは、ステップダウン歯車を角度センサの範囲を拡張するために用いた別々の角度及びトルク測定装置を含むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／８１６、４４８号
【特許文献２】米国特許仮出願出願番号第６０／８３０、０５５号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１１／７６７、９７３号
【特許文献４】米国特許出願出願番号第１１／４７４、６８５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例は、角度位置（角度）測定に用いるための、特にステアリング角度センサ測定のための多重回動センサを含む。例示的なセンサは、ステップダウン歯車を必要としない。本発明の実施例はまた、単一ハウジング内の装置におけるステアリング角度及びステアリングトルクの両方を判断する複合角度及びステアリングトルクセンサを含む。
【０００７】
ステアリングコラムのようなシャフトの角度位置を判断するための装置は、コイルアセンブリ、コイル支持体、及びシャフトの角度位置と相関性があるカプラ角度位置を有するカプラ要素を含む。コイルアセンブリは、送信機コイル及び少なくとも１つの受信機コイルを含み、カプラ要素は、送信機コイルと少なくとも１つの受信機コイルとの間の誘導結合を変更する。信号処理回路は、コイルアセンブリからコイル信号を受け取り、受信機信号と、軸線方向変位と相関性があるが、それ以外は実質的に角度位置と無関係である基準信号とを用いて角度位置を判断する。基準信号をレシオメトリック感知に用いて、実質的に共通モード因子を排除し、かつシャフトの回転数を判断することもできる。
【０００８】
複合角度及びトルクセンサは、トーションバーにわたるより角度を更に判断する。トーションバーによって相互接続された第１及び第２のシャフトを含むステアリングコラムのためのステアリング角度及びステアリングトルクを判断するための例示的な装置は、第１のシャフトの角度位置と相関性がある信号及び基準信号を供給するように構成されてコイルアセンブリ及びカプラ要素を含む、第１のシャフトの角度位置（ステアリング角度）を判断するように作動可能な第１の回転センサを含む。基準信号は、例えば、コイルアセンブリとカプラ要素の間の軸線方向変位によって変化する。シャフトが回転すると、シャフトは、基準信号を変更する角度オフセットを生成するようにネジ付きスリーブに係合する。基準信号は、シャフト回転に起因する軸線方向変位の機械的駆動による変化は別として、実質的に角度位置とは無関係である。基準信号を用いてシャフトの回動数を追跡することができ、多重回動センサを開発することを可能にする。第２のシャフトに関連する第２の回転センサは、第２のコイルアセンブリ及び第２のカプラ要素を含み、この第２の回転センサは、第２のシャフトの角度位置と相関性がある第２の信号を供給するように作動可能である。第１及び第２のシャフトの間の角度位置の差を用いて、トーションバーにわたるより角度、及び従ってトルクを判断することができる。従って、ステアリングトルクは、第１のシャフトの角度位置と第２のシャフトの角度位置の間のより角度から判断することができ、より角度は、２つのセンサを用いて判断される。
【０００９】
基準信号を用いて、１回の回動を超えて（又は、センサのモジュラス角度がそれ以外の何であれ、そのモジュラス角度が非反復信号を得ることができる角度範囲である）第１の回転センサの角度範囲を拡張するために、第１のシャフトの回転数を判断することができる。基準信号（例えば、その電圧レベル）は、シャフトの回動数にマップすることができる。電圧レベルは、単調及び場合によって実質的に線形信号をステップダウン歯車の必要なしに多重回動にわたって得ることができるように、回動数によって調節することができる。
【００１０】
コイルアセンブリは、複数の受信機コイルと第１の基準信号を供給するのに用いられる任意的な基準コイルとを含むことができる。他の実施例では、基準信号は、受信機信号の組合せから得ることができる。この手法は、一般化されてホール効果センサのような他の角度センサと共に用いることができる。コイルアセンブリは、複数の受信機コイルと、このようなコイルから得られる複数の受信機信号を用いて判断した基準信号とを含むことができる。
【００１１】
軸線方向変位は、コイルアセンブリと対応するカプラ要素との間のものとすることができる。例えば、ＰＣＢ又は他のコイル支持体は、ネジ付き支持体に係合するシャフトの回転によって軸線方向に押されたネジ付き支持体によって支持することができる。代替的に、カプラ要素は、シャフトが回転する時に移動することができ、又は他の構成を用いて軸線方向変位を得ることができる。軸線方向変位は、回転方向により増大又は低減する場合がある。
【００１２】
一部の実施例では、より角度は、デジタル信号プロセッサを用いて、例えば、トーションバーにわたる第１及び第２の角度を表すデジタル信号間の差を用いて判断することができる。一部の実施例では、より角度は、例えば、第１のシャフトに対する第２のシャフトの角度を判断することによって直接に判断することができる。代表的な実施例は、ステアリングコラムの構成要素としてのシャフトに関するものである。しかし、本発明の実施例の実施形態は、あらゆる回転シャフトに対して単一回動を超えて回転位置を判断することを含み、シャフトの回転は、回転数を判断するのに用いられる電気信号を変更するのに用いる軸線方向変位を生成する。
【００１３】
コイル支持体は、プリント基板とすることができ、プリント基板は、更に、信号処理回路を支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】角度及びトルクセンサを備えたステアリングアセンブリを示す図である。
【図１Ｂ】角度及びトルクセンサを備えたステアリングアセンブリを示す図である。
【図２】ステアリング角度センサの分解組立図である。
【図３Ａ】円筒形コイルアセンブリを用いた構成を示す図である。
【図３Ｂ】円筒形コイルアセンブリを用いた構成を示す図である。
【図４】例示的なＰＣＢ配列を示す図である。
【図５】広い角度範囲にわたる線形応答を得るために用いることができる受信機コイル信号を示す図である。
【図６】基準電圧のオフセットを用いて広い角度範囲にわたって実質的に線形の位置信号を得る方法を示す図である。
【図７】２つの受信機信号とこれらの反転バージョンの間の交点を示す図である。
【図８】多重回動センサに対して回転数をモニタするのに用いることができる基準信号電圧と軸線方向変位の間の関係を示す図である。
【図９】基準信号電圧を回動数にマップする代表的な実施例を示す図である。
【図１０】２極受信機コイルから得られた信号を示す図である。
【図１１】例示的なセンサ信号出力フォーマットを示す図である。
【図１２Ａ】センサ出力フォーマットを示す図である。
【図１２Ｂ】センサ出力フォーマットを示す図である。
【図１２Ｃ】センサ出力フォーマットを示す図である。
【図１３】コイルアセンブリで用いるための可能な信号処理回路を示す図である。
【図１４】信号処理回路のための簡略ブロック図である。
【図１５】３６０度のこぎり歯信号出力を有する４つの回動回転センサから出力された出力信号を示す図である。
【図１６】３０度毎の１２セグメントを含む単一線形信号を示す図である。
【図１７】多重回動回転センサに用いることができる信号処理回路のブロック図である。
【図１８】多重回動回転センサに用いることができる別の信号処理回路のブロック図である。
【図１９】複合ステアリング角度及びステアリングトルクセンサのための信号処理回路の概略図である。
【図２０】複合センサのための信号処理回路の別の概略図である。
【図２１Ａ】中心タップを有する受信機コイルを用いた基準信号の発生を示す図である。
【図２１Ｂ】中心タップを有する受信機コイルを用いた基準信号の発生を示す図である。
【図２２Ａ】３つのセンサ信号の全波整流を用いた基準信号発生を示す図である。
【図２２Ｂ】３つのセンサ信号の全波整流を用いた基準信号発生を示す図である。
【図２２Ｃ】３つのセンサ信号の全波整流を用いた基準信号発生を示す図である。
【図２３】４つの受信機コイルからの信号とそれからの反転信号とを用いた基準信号発生を示す図である。
【図２４】５つの受信機コイルから基準信号を得るための構成を示す図である。
【図２５】受信機コイル構成の別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、電子モジュール、コイル本体、トリム抵抗器、及び信号調整回路を含む。電子モジュールは、信号調整のためのＡＳＩＣモジュールを含むことができる。コイル本体は、軸線方向変調器、回転変調器、及び励磁器コイルを含む。励磁器コイルは、電磁場を発生する。回転変調器（受信機コイル又はセンサコイルとも呼ばれる）は、角度位置と相関性がある信号を供給する。軸線方向変調器（基準コイル又は差動ダミーとも呼ばれる）は、励磁器コイルと軸線方向変調器の間の軸線方向分離又は間隙に対応する信号を供給する。一部の実施例では、基準コイルは、省略することができ、かつ別の基準信号をセンサコイルから得ることができる。
【００１６】
本発明の実施形態はまた、誘導位置センサに限定されないあらゆるタイプのレシオメトリックセンサを含む。基準信号は、１つ又はそれよりも多くのセンサから得られ、センサはまた、位置と相関性があるセンサ信号を供給する。電子ユニットを用いて、基準信号によるセンサ信号の除算により、温度のような共通モード因子に対して補正されたレシオメトリック信号を供給する。他のタイプのセンサでは、励磁器コイルを用いる必要ないか又は他のタイプの励磁が用いられる。一般的なレシオメトリックセンサは、１つ又はそれよりも多くのセンサと、１つ又はそれよりも多くのセンサから基準信号を発生させ、かつ基準信号及びセンサ信号を用いて位置と相関性があるレシオメトリック信号を発生させるための電子ユニットとを含む。ステータスモニタリングセンサなどを含む位置センサ以外の本発明の用途も存在する。
【００１７】
誘導センサの実施例は、以下に詳細に説明するが、これらの実施例は、限定的ではない。一部の実施例では、カプラ要素（渦板と呼ばれる場合がある）は、励磁器コイルと他のコイルの間の誘導結合を変更する。カプラ要素は、励磁器コイルと受信機コイルの間の磁束結合の空間分布を変更する。
【００１８】
例示的な回転センサでは、回転変調器（ＲＭ）タイプの受信機コイルの出力が、カプラ要素の角度位置と相関性があるのに対して、軸線方向変調器又は基準コイルの出力は、レシオメトリック感知が、受信機信号に対する共通モード因子の効果の実質的な排除を可能にするように、回転角度の関数としてのカプラ位置とは実質的に無関係である。共通モード因子は、励磁電力、温度、及びコイルアセンブリとカプラ要素の間の間隙などを含む。基準コイルからの基準信号は、軸線方向距離、又は基準コイルとカプラ要素の間の間隙、又は他のセンサ構成要素と相関性がある場合がある。
【００１９】
本発明の実施形態は、多重回動機能を有する複合ステアリングトルク／ステアリング角度センサを含む。従来型の回転センサは、多くの場合、より大きな（多重回動）角度測定のためのステップダウン歯車の使用を必要とする３６０度の測定範囲に限定される。しかし、この実施形態による回転センサは、３６０度よりも大きな例えば最大±８２０度までの測定範囲を提供することができる。
【００２０】
例えば、測定範囲は、カプラ要素の回転位置とは実質的に無関係であるが軸線方向変位と相関性がある基準信号を用いて３６０度を超えて拡張することができる。この実施例では、軸線方向変調器（ＡＭ）信号と呼ぶことができる基準信号を供給することができ、これは、カプラ要素（回転子）とネジ付きスリーブ上に取り付けられたプリント基板（ＰＣＢ）の間の間隙に敏感である。ＰＣＢは、励磁器コイル、１つ又はそれよりも多くの受信機コイル、及び任意的な基準コイルを含むコイルアセンブリを支持する。ステアリング機構がスレッド上で回転する時に、軸線方向間隙は、狭く又は広くなって基準信号を変更し、かつ回動している回転数（又は他の角度期間）の判断を可能にする。
【００２１】
一部の実施例では、基準信号は、例えば、非位相敏感整流信号の組合せにより複数の受信機信号から得ることができるので、別々の基準コイルは必要ない。しかし、求めた基準信号は、一般的にカプラ要素に対してコイルアセンブリの変位によって変化する。例えば、要素カプラは、回転シャフトに取り付けることができ、かつシャフトに取り付けた外側のネジ付きスリーブの回転に起因する変位は、コイル本体内の内側ネジ付きスリーブ内である。この場合には、基準信号を用いて、為される大体の回転数を判断し、多重回動センサの開発を容易にすることができる。
【００２２】
トリム抵抗器は、出力利得制御、上側及び下側プラトー電圧の形成、又は他の調節を可能にすることができる。変調信号は、角度依存信号に励磁器信号を乗じることによって得ることができる。これに関連して、復調は、変調信号の位相敏感整流を意味する。復調は、線形角度測定の範囲を復調なしの量の２倍に拡張する。復調器は、コイル本体とは無関係に試験することができ、かつトリム可能抵抗器及びＬＣ発振器を有するモジュールとすることができる。
【００２３】
本発明の実施例はまた、独立型トルクセンサと、ステアリング角度センサを組み合わせたトルクセンサとを含む、トルクセンサを含む。トルクセンサは、本発明者の現在特許出願中の出願に記載されているような電子ペダルセンサのラインに沿って構成することができる。トルクセンサは、ＣＡＮバス適合出力及び生信号出力と並列のＰＷＭ（パルス幅変調）を含むことができる。
【００２４】
例示的な複合回転及びトルクセンサは、２つの回転センサとトーションバーの各端部に１つのセンサとを含む。１つのセンサは、角度位置、例えば、電子ステアリングセンサとして用いるためのステアリング位置を測定するために用いられる。この２つのセンサは、トーションバーの各端部の回転位置の差からトーションバーのより角度を一緒に測定する。トルクは、トーションバーのより角度及び機械的特性から判断される。トーションバーは、トルクを端部の相対的回転位置から判断することができるバネのようなあらゆる構造とすることができる。
【００２５】
図１Ａは、ステアリング側シャフト及びコラム側シャフトを含むステアリングアセンブリの側面図を示している。図は、ピニオン側ステアリングシャフト１０、コラム側シャフト１２、ピニオン側及びコラム側シャフトを相互接続するトーションバー１４、ピニオン側カプラ要素１６、コラム側カプラ要素１８、コラム側センサＰＣＢ２０、摺動器２２、ピニオン側センサ２４、ハウジング２６、及びネジ付きスリーブ２８を示している。
【００２６】
ＰＣＢ（プリント基板）２０は、ステアリングコラムが回転する時にＰＣＢを前進させるネジ付きスリーブ２８上に取り付けられる。図は、角度センサＰＣＢとトルク結合デバイスの間の間隙を示している。この距離は、ステアリングアセンブリの回転で変動可能である。
【００２７】
角度情報は、電力停止中のホイール回動のような環境で保持することができる。一部の実施例では、間隙情報は、のこぎり歯電気信号にマップされる。
【００２８】
ステアリング角度及びトルク判断のための複合センサは、ハウジング及びステアリングコラムへの簡単装着を有する独立型センサとすることができる。コラム側コイルアセンブリは、軸線方向に沿って最大６ミリメートルのような感知することができる距離だけ自由に移動することができ、基準信号は、軸線方向変位、及び従って回転数を判断するのに用いられる。トーションバーの各側面に対して、センサは同様とすることができ、かつ信号の比較を例えば故障条件を検出する自己診断に用いることができる。例えば、通常作動中のより角度は、故障が示されていなければ、±１５°又は一部の他の所定の数値を超えないと考えられる。
【００２９】
図１Ｂは、トルクセンサの部品を示す簡略端面図であり、トルクデバイスを保護するためのストッパ３０も示している。許容される最大より角度は、７．５°のような角度θに制限することができる。図はまた、３極受信機コイル（ＲＭ）のためのコイル突出部の可能な相対的構成を示している。１つの実施例では、寸法ｄは、デバイスの小型の性質を示す約８０ミリメートルであった。
【００３０】
図２は、ステアリング角度及びトルクを判断するように作動可能な別の例示的なセンサの分解組立図を示している。この実施例では、カプラ要素は、回転子と呼ばれる。図示の構成要素は、コネクタハウジング４０、Ｏリングシール４２、回転子キャリア４４（第１のカプラ要素支持体）、回転子４６（第１のカプラ要素）、トルク測定ＰＣＢ４８、平坦ジャンパケーブル５０、２つの回転子キャリア５２間の円筒形シール、ＰＣＢキャリア５４、角度測定ＰＣＢ５６、回転子５８（第２のカプラ要素）、ネジ付き部分６２を有するネジ付き回転子キャリア６０、Ｏリングシール６４、及びハウジング部分６８を含む。ステアリング角度は、角度測定ＰＣＢによって担持されたコイルアセンブリに対する第２のカプラ要素の角度として判断される。トルクは、第１のカプラ要素及びトルク測定ＰＣＢの位置によって判断した第１及び第２の回転子の間の角度差によって判断される。
【００３１】
図３Ａは、受信機コイルがほぼ円筒形表面上に配置された代替の構成を示している。図は、回転ハブ８０、カプラ要素８２、コイルアセンブリ８８のためのほぼ円筒形基板（コイル支持体）として作動する第１のスリーブ９０、ネジ付き部分８６を有する第２のスリーブ８４、電子ユニット９２、及び励磁器コイルのためのエネルギ源９４を示している。
【００３２】
センサは、カプラ要素８２の配列が、ほぼ円筒形表面の周囲に配置された状態で、回転ハブ８０上に配置される。互いに対するスリーブの回転は、カプラ要素とコイルアセンブリ８８の間の軸線方向変位（間隙）を生じる。コイルアセンブリは、周囲部にほぼ矩形励磁器コイルを有する（円筒形表面上に）複数の受信機コイルを含む。コイルとコイル支持体の組合せは、コイル本体と呼ぶことができる。基準信号は、実質的にはカプラ角度位置とは関係なく受信機信号の組合せから判断することができ、これを用いて、回転数を判断することができる。代替的に、別々の基準コイルをコイル支持体上に配置して、基準信号を供給することができる。従って、この構成は、多重回動センサとして用いることができる。
【００３３】
この図は、複合センサの角度感知部分を示すに過ぎないが、トルク感知は、類似の構成を用いることができる。
【００３４】
トルク判断は、例えば、差信号を判断するためにトーションバーの第１及び第２のセンサ各々の側面の信号を比較することによって行うことができる。
【００３５】
図３Ｂは、第２のスリーブの内側上に設けられたカプラ要素に対するセンサコイル本体を示している。図は、ゼロ軸線方向変位（ゼロ間隙）構成でカプラ要素８２に対して第１のスリーブ９０を示している。
【００３６】
図４は、多重回動回転センサで用いるためのＰＣＢの一般的な配列を示す概略図である。この形態のＰＣＢは、電子スロットル制御用途に有用である。しかし、ＰＣＢの形状は、ステアリング角度感知のようなあらゆる角度感知用途に容易に適合させることができる。ＰＣＢ１００は、第２の受信機コイルが、第１の受信機コイルに対して９０度（４分の１の波長）の位相オフセットを有する信号を供給するように配列された二重回転変調器（ＲＭ）を含むコイルアセンブリを支持する。図４Ａは、コイルアセンブリ及び支持電子機器の一般的な配列を示し、図４Ｂは、ＲＭ１及びＲＭ２を示す第１及び第２のコイル１０４及び１０６の構成を示している。２つのコイルを有する二重回転変調器の使用は、単一コイル信号の線形セグメントを超える角度感知用途を可能にする。
【００３７】
図５は、ＲＭ１を示す第１のコイルからの信号と、ＲＭ２を示す第２のコイルからの信号とを示している。図示のように、カプラ要素及び従ってステアリング角度用途におけるステアリングアセンブリの角度位置に対する各コイルからの信号間に角度オフォセットがある。図はまた、ＲＭ１及びＲＭ２の反転バージョンであるＲＭ１’及びＲＭ２’と表示された信号を示している。従って、広い角度範囲にわたる線形信号は、各信号からのセグメントを用いて統合することができ、各曲線の線形部分は、１２０のような太線を用いて示している。ＲＭ１は、０度から３０度の線形領域を有する実線として示している。ＲＭ２は、ほぼ３０度から６０度の線形領域を有する点線として示している。更に、ＲＭ１’と表示されたＲＭ１の反転バージョンは、太い実線として示され、これは、６０度から９０度の線形領域を提供している。ＲＭ２’と表示されたＲＭ２の反転バージョンは、９０度から１２０度の線形セグメントを提供する。
【００３８】
本発明の実施例では、コイル本体は、９０度の受信機コイル信号位相差を有する２つの受信機コイルを含むことができる。
【００３９】
従って、２組の信号（第１及び第２のＲＭコイル、並びにこれらの反射型からの信号）は、電圧レベルをシフトすることにより実質的に線形信号に組み合わせることができる。
【００４０】
図６は、基準電圧のオフセットを用いて、単一コイル単独から得ることができるものよりも広い角度範囲にわたって線形位置信号を得ることができる方法を示している。
【００４１】
実質的に連続した線形信号を得るために、様々なＲＭ信号間の交点を判断する必要がある。各線形セグメントＮ−１、Ｎ、Ｎ＋１に対して、その次の線形範囲の最小信号レベルを有する１つの線形範囲の最大信号レベルに一致するように選択された対応するオフセット電圧がある。
【００４２】
図７は、１２２のような円として、ＲＭ１、ＲＭ２間の交点、及びその反転バージョンを示している。単純コンパレータ回路を用いて交点を判断することができ、角度範囲の実際の角度位置により、複数の利用可能な信号から１つの信号を選択する。従って、本発明の実施形態による回転センサを用いて、広い角度範囲にわたって線形信号を供給することができる。
【００４３】
本発明の実施例は、実質的に回転位置とは無関係の基準信号を用いる装置を含む。しかし、基準信号は、回転の平面に対して直角の軸に沿って（例えば、回転シャフトの軸に沿って）軸線方向位置と相関性がある。従って、この例示的な軸線方向変調器では、基準コイルを用いて、コイルアセンブリを支持する回路基板とカプラ要素の間の間隙に対して敏感である信号を供給することができる。実質的に、軸線方向変調器は、間隙センサ又は軸線方向変位センサとして作動し、つ基準信号を用いて、ステアリングアセンブリが何回回動したかを判断することができる。
【００４４】
一部の実施形態では、キャリア（励磁器信号）に対するＡＭフィードバックは、一定電圧分圧器によって置換される。これは、レシオメトリック感知によって相殺された同相信号からの温度因子の分離を回避する。従って、間隙は、ＡＭが実質的に回動数に関する情報を提供することができるように、主な共通モード因子になる。この構成では、励磁器信号は、（例えば、）約１０ボルトのままであると考えられ、基準信号は、回動数に対して基準電圧をマップするようにモニタすることができる。
【００４５】
図８は、本発明による実施例として基準信号電圧（ここではＡＭ電圧を示す）と軸線方向変位（ここでは間隙を示す）の間の代表的な関係を示している。間隙は、Ｘ軸に沿って示され、最大約２．２ミリメートルに及んでいる。基準信号電圧は、０位置を過ぎた２つの回動に対する約２５０ミリボルトから、反対方向の２つの回動に対する約５００ミリボルトの間で変化する。従って、０回動は、約３５０ミリボルトに対応する。他の実施例では、電圧及び距離は、異なっていてもよい。このマッピングは、１つの実施例に過ぎず、かつ実際の関係は、用いる構成に対して判断することができる。
【００４６】
この図に示すようなデータを用いると、受信機信号電圧レベルを調節して、実質的に広い角度範囲にわたる線形応答、及び多重回動機能さえも得ることができる。回動数によるセンサ出力電圧レベルを調節することにより、実質的線形信号対回動角度を多重回動にわたって得ることができる。
【００４７】
図９は、回動数に対する基準信号電圧のマッピングの代表的な実施例を示し、用いる調節可能オフセット電圧を用いて、実質的に多重回動にわたって線形センサ信号電圧対角度を得ることができる。
【００４８】
図１０は、２極受信機コイルから得られた信号を示し、図５に示すこれらのものに類似した反転信号と共に、２つのコイルから得られた４つの信号を示している。この実施例では、各信号は、基準信号（ＡＭ信号）が１８０度よりも大きな角度範囲にわたる角度位置を区別する必要があるために１８０度毎に反復される。
【００４９】
多重回動センサでは、電圧レベルは、別の信号を取り出した後に上昇する。これは、図５の前に示すように交点において１つの信号出力から別の信号出力までの遷移を意味する。論理スタックを用いて、交点の履歴を格納することができ、従って、適用する正確な電圧レベル調節を知ることができる。ＲＭ信号（又は反転ＲＭ信号）の選択は、所定のＲＭ値に達する時にマルチプレクサ出力を用いて選択することができる。
【００５０】
センサ信号出力フォーマットの３つの実施例をここで説明する。１つのフォーマットでは、信号は、のこぎり歯信号の３つのタイプのうちの１つとして選択することができる。第１のフォーマットは、０．２５ボルトから４．７５ボルトにわたる３６０度のこぎり歯状である。第２のフォーマットは、同じ電圧範囲にわたって１８０度のこぎり歯状とすることができ、第３のフォーマットは、同じ電圧範囲にわたって９０度のこぎり歯状とすることができる。次に、多重回動センサは、のこぎり歯波形を実質的に線形応答に変換するようにオフセット電圧を用いて得ることができる。
【００５１】
図１１は、可能なセンサ出力フォーマットを示している。出力信号は、上側と下側電圧範囲の間に及び、かつ角度測定の３６０度毎にリセットされるのこぎり歯状である。
【００５２】
図１２Ａ−１２Ｃは、３つの可能な代替のフォーマットを示している。信号較正は、以下でより詳細に説明するツェナー・ザッピングを用いて得ることができる。
【００５３】
図１３は、コイルアセンブリに関連する信号処理回路によって用いることができる信号調節手法のブロック図を示している。電子回路は、コイルアセンブリとして同じＰＣＢ上に支持することができる。図は、第１の受信機コイル１４０、第２の受信機コイル１４２（両方の回転変調器、すなわち、カプラ要素の角度位置と相関性がある信号を供給する）、第１及び第２の整流信号（１４４及び１４８）を提供する電子回路、並びに第１及び第２の信号（１４６及び１４８）の複写及び反転バージョンを示している。コンパレータ１５２は、電子スイッチ１５３を用いて４つの信号の１つの選択を可能にする。仮想接地シフター１５４は、角度信号及び従って用いるオフセットを追跡するスタックマネージャ１５６を有する信号オフセットを提供する。次に、信号シフター１５８は、スタックマネージャから得られた情報を用いて信号をＶＬＡにシフトし、利得制御（１６０）は、例えば、外部トリム可能抵抗器を用いて設定され、プラトー電圧制御（１６２）は、例えば、外部トリム可能抵抗器を用いて最大及び最小軌跡を制限し、較正器（１６４）は、例示的なツェナー・ザッピングに用いて信号を較正する。
【００５４】
コンパレータは、第１及び第２の信号が所定の公差内で同様である時に第１の信号から切り換えた第２の信号を選択することができる。
【００５５】
この実施例では、第１及び第２のＲＭ信号が整流されて、第１及び第３の信号をそれぞれ提供し、かつ反転されて、第２及び第４の信号をそれぞれ提供する。得られた第４の信号は、例えば、図５に示す曲線に対応する。コンパレータを用いて、例えば、図６に示すように実質的に線形信号を得るように、例えば、図７に示すように１つの信号から別の信号への正確な交点を判断する。ＶＧ（仮想接地）レベルシフターは、スタックマネージャと連通状態にある。論理スタックは、実質的に線形又はのこぎり歯信号を得るように、正確な仮想接地レベルシフトが信号に付与されるように交点を追跡する。信号処理は、スタックマネージャ情報を有するＶＬＡに対する信号の感知、例えば外部トリム可能抵抗器を用いる利得の設定、外部トリム可能抵抗器を用いる上側及び下側プラトー電圧の設定、及び信号較正を含む。信号較正は、ツェナー・ザッピングによって得ることができる。
【００５６】
図１４は、プラトー制御及び利得調節を示していない信号処理回路のための簡略ブロック図である。この実施例では、ＲＭ１、ＲＭ２、反転ＲＭ１、及び反転ＲＭ２を含む４つの入力信号は、コンパレータセレクタが用いる正確な信号を判断する切換回路に入る。図は、ＲＭ１を整流するのに用いることができる代表的な回路を示している。整流ＡＭ信号が得られ、かつ選択されたＲＭ信号と共に分割器に入る。次に、分割された信号は、電圧レベル調節器を通って出力に流れる。図は、電圧調節を決めるための論理回路に対して複数の切換回路入力を含む電圧レベル調節器を示している。電圧調節の履歴は、コンパレータ内に格納される。
【００５７】
デジタル／アナログ変換器は、センサ較正及び電圧レベル制御に用いることができる。較正回路は、５ビット形式にすることができ、かつツェナー・ザッピングは、最終アセンブリを較正するのに用いることができる。ツェナー・ザッピングでは、反対方向の大電流がツェナーダイオードに印加され、これは、短絡の生成を破壊する。短絡及び非短絡ダイオードのアレイは、例えば、２進値として調節電圧を格納する不揮発性メモリとして用いることができる。従って、較正調節を一度行うことができ、それ以上の調節は用いられない。
【００５８】
電圧レベル調節のための変換器は、６ビット形式で示されており、これは、センサの極性と位置決め角度範囲に依存する。３６０°度範囲を有する５極センサに対して、変換器は、４ビット必要であり、３６０°範囲を有する６極センサの場合には、変換器は、５ビットを使用する。変換器の作動は、論理回路と協働してコンパレータ回路によって制御することができる。
【００５９】
論理回路−コンパレータ回路作動に関して、コンパレータが、角度方向によって２つの入力信号の一方を選択すると同時に、論理回路は、ユニット電圧調節に割り込むか又はそこから飛び出る。
【００６０】
図７に戻って参照すると、これは、３０度になる第１の交点を示している。コンパレータ回路は、ＲＭ１及びＲＭ２を比較し、３０度において、これらは、ある一定の所定の公差内で同一である。次に、セレクタ回路は、出力信号が、図６に示すように実質的に線形的に維持されるように、ＲＭ２信号（反転ＲＭ２）を選択する。
【００６１】
同時に、論理回路は、ユニットを増加させるか又は低減する。論理回路（スタック）は、１つのユニットに割り込み又は飛び出て、これに対応して電圧変換器は、１つのユニット電圧レベルを増加させるか又は低減する。これは、図６に戻って参照すると、電圧レベルＮ、Ｎ＋１、その他として示されている。従って、論理ユニットは、スタックの深さに対応してＤＡ変換器内のスイッチのステータスを維持する。
【００６２】
３極コイルを用いると、セグメントとして示された最大の適度な線形角度範囲は、約３０度である。電圧レベルは、通過する交点の数により設定される。角度範囲は、３つのセグメントの管理を用いて１２０度までの大きさとすることができる。記録保持は、スタック作動、例えば、連結したリストデータ構造を用いて達成することができる。
【００６３】
出力信号のフォーマットは、多重回動作動に対するのこぎり歯信号とすることができ、基準信号を用いて、各信号電圧に対応する多値角度値（３６０°を超える）からの曖昧さを解消する。この手法は、センサ信号が良好な角度分解能を有することを可能にすると同時に、広い（例えば、多重回転）角度範囲も有する。実用的最大線形機能（モジュラス角度）は、３６０度である。カウンタ及びスタックは、センサの外側の局所ＥＣＵによって管理することができ、又はそれに代えてセンサ論理によって管理することができる。
【００６４】
図１５は、３６０度のこぎり歯信号出力を有する４つの回動回転センサから出力された出力信号を示している。
【００６５】
図１６は、例えば、３極ＲＭコイルから得られる２１０で示すような３０度毎の１２セグメントを含む単一線形信号を示している。６極ＲＭコイルを用いる場合、単一線形信号は、２２．５度の２４セグメントを有することができる。後者の場合には、電圧レベル調節器及び論理／スタック回路は、５ビット機能を有することができる。
【００６６】
他の考慮事項は、供給電圧トレーサビリティ、直流バッテリ電圧又は規制電圧の使用、及び望ましい線形性を含む。本発明の実施形態による例示的なセンサは、角度センサ作動中に０．５パーセントよりも大きい線形性を有するセンサを含む。本発明の他の実施形態は、ＡＭ信号から得られた変位測定値を用いて実施することができる速度センサを含む。
【００６７】
例示的なセンサシステムが作られ、これは、０．５パーセントの角度線形性、３６０度のこぎり歯出力を有する−４５℃から１００℃の温度範囲にわたる０．５パーセントの精度、基準電圧の５パーセントから９５パーセントの出力信号スイング、５ビットツェナー・ザッピング、４ビット電圧レベル調節、及び優れたＥＭＣ性能を有していた。
【００６８】
図１７は、本発明の実施形態による多重回動回転センサで用いることができる信号処理回路のブロック図である。簡単には、図は、ＡＭ（基準コイル）、ＲＭ１、ＲＭ２（受信機コイル）、及びＣＲ（励磁器コイル）を含むコイル本体を示している。ここで、ＡＭは、間隙に対して敏感な信号を供給する軸線方向変調器を意味し、ＲＭ１及びＲＭ２は、２つの反転出力を含む４つの出力を提供するのに用いる２つの回転変調器コイルであり、ＣＲは、励磁器又はキャリアコイルを示している。図は、多重回動支持体に対して論理回路制御下のセレクタ／コンパレータ回路を示している。図はまた、較正のための５ビットＤＡ感受性を有するツェナー・ザッピングを示している。選択されたＲＭ信号及びＡＭ信号のアナログ除算は、電圧レベル調節器によって調節された出力を得るように実施される。
【００６９】
より詳細には、図は、励磁器コイル２２２、別の基準コイル２２４、及び互いの間に位相オフセットを有する２つの受信機コイル２２６を含むコイルアセンブリ２２０を示している。全体的に２７４で示す信号処理回路は、コイルアセンブリとしてそのＰＣＢによって支持することができる。代替的に、コイルアセンブリのための基板は、異なるものとすることができる。位相敏感整流器２２８を用いて、基準コイルからの基準信号を処理する。セレクタ／コンパレータ２３６を用いて、例えば、図１３に関して上述したように、４つの選択肢から受信機信号、すなわち、２つの受信機コイルそれぞれからの整流及び整流／反転信号を選択する。整流器及びインバータは、２３４で示すコンパレータ制御下の信号選択を有する２３０及び２３２で示している。受信機信号は、例えば、一般的に線形信号を得るように２３８において調節された電圧である。
【００７０】
アナログ除算器は、共通モード因子に対して補償するように基準信号によって得られた受信機信号を分割する。２４２における更に別の電圧レベル調節は、増幅器２４４、及び負荷２４６を通してセンサ出力を与える。利得調節は、抵抗器２４８を用いる。仮想接地２５０を用いて、コイル信号レベルを調節する。発振器２５２（ＬＣ発振器）は、励磁器コイル２２２にエネルギを供給する。５ビットＤＡＣ２５４は、全体的に２６６で示す論理ユニット内のツェナー・ザッパー２６２（又は他の不揮発性メモリ構造）から較正情報を受け取る。カウンタ／スタック管理回路２６４は、好ましいオフセット電圧を提供する電圧レベル調節器２５６を有する角度範囲（例えば、回転数又は他の角度間隔）を追跡する。電圧固定２５８は、抵抗器ブリッジ２６０を用いて上側及び／又は下側プラトーレベルまで電圧出力を固定するのに用いられる。
【００７１】
外部回路２７６は、ツェナーアレイ２６２（ツェナー・ザッパーとも呼ばれる）内に格納値を設定するのに用いる直列／並列変換器２６８に較正出力を与えるセンサ出力特性デバイス２７２及び外部ＡＤＣ／ＤＡＣを含む。
【００７２】
図１８は、多重回動回転センサのための代替電子回路を示している。コイル本体は、２２０として示す図１５に関して上述のものと同じとすることができる。論理ユニットは、多重回動支持体のためのカウンタスタック管理を判断し、必要とするセグメントに必要な抵抗器の組合せを更に判断する。論理ユニットも用いて、望ましい上側及び下側プラトー電圧を判断するための抵抗器の組合せを選択する。
【００７３】
回路は、論理ユニットによって選択された２つのＲＭ信号、選択されたＲＭ信号の位相敏感整流、及びその後の軸線方向変調器信号によるレシオメトリックアナログ除算を示している。出力信号は、プラトー位置を固定するのに用いる抵抗器対を有するアナログ乗算器、利得調節に用いるトリム可能抵抗器、及び負荷インピーダンスによる出力によって変更される。回路は、６抵抗器アレイの組合せによって得られた６ビットＤＡＣを有するプラトー較正のための仮想接地レベル調節器を示している。
【００７４】
この図は、位相敏感整流器３０２、マルチプレクサ３０４（例えば、他の箇所で説明したようなコンパレータ／セレクタ回路）、受信機信号３０６のための位相敏感整流器、アナログ除算器３０８、利得調節抵抗器３１２を有するアナログ乗算器（増幅器）３１０、出力負荷３１４、発振器３１６、抵抗器ブリッジ３２０を用いる電圧固定３１８、電圧レベル調節器（仮想接地調節器を用いる）３２２、及び仮想接地調節器３２４を含む信号処理回路を全体的に３００で示している。同じＰＣＢ上にあり、場合によってはＡＳＩＣによって提供することができる論理ユニット３３２は、実質的に線形信号を得るための適切な電圧調節と、仮想接地調節を得るための抵抗器の組合せと、プラトーレベルを更に調節するための抵抗器の組合せとに関するデータを追跡し、かつ提供する角度範囲セグメントのためのカウンタ／スタックコントローラ３２６を含む。外部較正機器３３８は、図１７に関して上述したものと類似であり、出力及びプラトーレベルを測定するためのセンサ出力特性デバイス３３８と、論理ユニット３３２で用いるための直列／並列変換器２６８に較正出力を与える外部ＡＤＣ／ＤＡＣとを含む。
【００７５】
外部機器は、較正に対して、例えば、論理ユニットへの並列入力に変換されて戻る並列／直列変換器を有する外部ＡＤＣ／ＤＡＣに対して用いることができる。共通及び異なるモード信号のための信号又は複数ＲＭコイルを用いる信号発生は、様々なレシオメトリックセンサに用いることができる。本発明の実施例によるレシオメトリック感知方法は、あらゆる感知技術に用いることができるものであり、誘導センサに限定されない。例えば、レシオメトリックセンサは、位置に関するセンサ信号を供給する１つ又はそれよりも多くのセンサを含む。基準信号は、センサ信号から派生する。レシオメトリック信号は、基準信号による位置信号の除算によって形成される。例えば、２つ又はそれよりも多くのセンサが存在し、この２つ又はそれよりも多くのセンサからのセンサ信号を組み合わせて基準信号を供給することができる。例えば、センサ信号を整流し、かつ組み合わせることができる。
【００７６】
用語「ＲＭ」は、回転変調器、すなわち、回転位置センサのセンサコイルに対する略語として用いられる場合がある。しかし、本明細書に記載する手法は、線形及び複合線形／回転誘導センサを含むあらゆる種類の位置センサと、誘導結合を用いない他のタイプのセンサとで用いることもできる（又は、用いるのに容易に適応する）。例えば、基準信号は、複数のホールセンサから派生し、かつ改良されたレシオメトリックホール感知に用いることができる。
【００７７】
図１９は、本発明の実施形態による複合センサ（ステアリング角度及びステアリングトルク判断）のための信号調整回路３６６の一部の概略図を示している。コイルアセンブリ３６０は、励磁器コイル３６２及び３６４のような４つの受信機コイルを含む。図は、角度と相関性がある受信機信号３７２（ＲＭ１）と、実質的に角度とは無関係であるが軸線方向変位と相関性があると考えられる基準信号３７４（ＡＭ）とを得るための回路ブロック３６８を示している。従って、名称ＡＭ又は軸線方向変調器としている。３７６において更に信号処理した後に、レシオメトリック信号は、アナログ除算器３７８によって得られる。しかし、本明細書に記載の全ての実施例で、デジタル除算器は、アナログ除算の代わりに用いることができる。回路ブロック３７２を用いて、レシオメトリック信号を得るように３８４において分割することができる第２の受信機信号３８２（ＲＭ２）を得る。基準信号は、３９０において出力され、軸線方向変位及び従って角度範囲又は回転数を追跡するために用いることができる。信号ＲＭ１又はＲＭ２は、セレクタ３８０及び３８８において出力を用いて、任意的には３８６においてＰＷＭで選択することができる。仮想接地調節器及び較正データストレージなどのような他の構成要素は、本明細書に記載された他の回路から容易に適応させることができる。プラトー制御及び利得調節は、例示的簡略化のために示していない。
【００７８】
図２０は、複合ステアリング角度／トルクセンサの信号処理のための電子回路の概略図を示している。複合センサは、トルク判断のための第１のコイルアセンブリ４００と、角度位置判断のための第２のコイルアセンブリとを含む。コイルアセンブリの各々は、受信機コイル及び基準コイル又は受信機コイルから基準信号を判断するための回路のいずれかを含む。角度センサ４０２からの受信及び基準信号は、アナログ除算器に送られてレシオメトリック信号を形成する。ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）４０４は、両センサからの信号を処理する。デジタル信号処理回路４０６は、例えば、トーションバーにわたるより角度を判断するために、角度測定値間の差を判断することによってトルクを判断する。トーションバーの機械的パラメータはまた、メモリ中に格納され、かつ必要に応じてより角度をトーション値に変換するのに用いることができる。トルクの数値は、基準信号（ＡＭ）を用いて「モジュラス」（固有の回転センサ出力の角度間隔、例えば、３６０度の単一回転）を超えて判断し、軸線方向変位及び従って回転数（又は、他の角度モジュラス値）を判断することができる。トルクセンサ出力はまた、角度センサ出力のバックアップとして用いることができる。２つのセンサ出力を比較して、故障条件が存在するか否かを判断することができる。ＤＡＣ４１２を用いてアナログ信号出力を発生させ、アナログ及びＣＡＮバス信号は、回路４１４によって発生される。
【００７９】
図２１Ａ−２１Ｂは、中心タップを有する受信機コイルを用いた基準信号の発生を示している。この実施例では、別々の基準コイルは必要ない。図２１Ａは、可能なコイルアセンブリを示し、図２１Ｂは、角度敏感（ＲＭ）及び実質的に角度非依存信号（ＡＭ、基準信号）を得るための回路を示している。基準信号を用いて、ステアリングセンサ用途における軸線方向変位を判断することができる。
【００８０】
図２１Ａは、受信機コイル４２２を有する誘導結合を変更するための４２６で表されるカプラ要素を有する４２０の励磁器コイルを示している。受信機コイルの様々な巻線によって（又は、様々な受信機コイルによって）発生した信号の合計（４２６）及び差（４２８）は、回転位置（受信機）及び基準信号のそれぞれに用いられる。図２１Ｂは、図２１Ａに示すＲＭ＋及びＲＭ−信号を得るために用いる中心タップ４４４を有する２つの巻線４４０及び４４２を示している。
【００８１】
図２２Ａ−２２Ｃは、複数のセンサ信号から基準信号を得るための様々な手法を示している。
【００８２】
図２２Ａは、３つのセンサ信号の全波整流を用いた基準信号発生を示している。この手法は、誘導センサに限定されない。例えば、３つのセンサは、ホール効果センサとすることができ、ＡＭ電圧（基準信号）が、共通モード因子を補正し、及び／又は軸線方向変位を判断するために類似の方法で用いられる。図は、ダイオード４６６による整流を有する３つのセンサ４６０、４６２、４６４、並びに４６８における基準信号出力を示している。誘導及びホール効果などを含むあらゆるタイプのセンサとすることができる３つのセンサは、星形構成に構成され、かつダイオード４６６（例えば、電圧低下が殆どないか又は全くない状態の整流器）を用いて基準信号を発生させる。個々のセンサ信号を基準信号（ＡＭ）によって分割し、レシオメトリック信号を供給することができる。
【００８３】
図２２Ｂは、ダイオード４８６による整流及び４８８において得られた基準信号を有する星形配列において３つの受信機コイル（４８０、４８２、及び４８４）を用いた基準信号発生を示している。
【００８４】
図２２Ｃは、ダイオード５０６及び基準信号出力５０８を有するデルタ、すなわち、三角形配列において３つの受信機コイル（５００、５０２、及び５０４）を用いた基準信号発生を示している。同様に、この構成は、ホール効果センサのような他のセンサタイプで用いることができる。
【００８５】
角度センサでは、個々のセンサは、角度と相関性があるセンサ信号を供給することができる。基準信号は、実質的に角度位置とは無関係とすることができるが、軸線方向変位とは関係がある。例えば、回転シャフトは、図示のセンサと別の要素（カプラ要素、又はホールセンサの場合はマグネットのような）との間に様々な軸線方向変位を引き起こす可能性がある。次に、基準信号を用いて回転数を判断することができ、又は他の方法を用いて回転センサの角度範囲を拡張することができる。
【００８６】
図２３は、５２０のような４つの受信機コイルからの基準信号（ＡＭで示す）を得るための別の構成を示している。この実施例では、反転特性を有するイメージコイル（ダッシュを付けたコイル５２２として示す）が、受信機コイル信号を複写すること及び反転することによって模擬される。基準信号５０６は、ダイオード５０４を用いて得られる。
【００８７】
図２４は、５２４において得られる基準信号を有するダイオード５２２を用いて、５つの受信機コイル５２０から基準信号（ＡＭで示す）を得るための別の構成を示している。この実施例では、信号複写及び反転は、イメージコイル信号を得るのに必要ではない。
【００８８】
図２５は、受信機コイル構成の別の実施例を示している。第１及び第２のコイルアセンブリ５４０及び５４２を組み合わせて、コイルアセンブリ５４４を得る。第２のコイルアセンブリ、すなわち、基準コイルは、１５度オフセットされ、かつ受信機コイル信号の組合せによって模擬することができる。基準コイルは、用いる場合には、ステアリングコラムの強磁性コア効果を最小にするために受信機コイルと同様の形態とすることができる。
【００８９】
他の構成
本発明の実施例は、多重回動又は大きな角度回転及び線形位置センサを更に含む。レシオメトリック感知は、位相なし及びＡＭコイルなし手法を含む。本明細書に記載するか又は本発明者の現在特許出願中の出願に記載されているようなあらゆるレシオメトリックセンサは、別々の基準コイル（間隙依存信号を供給するＡＭ又は軸線方向変調器コイルと呼ばれる場合がある）の排除と、センサ（又は受信機）コイル（ＲＭ、回転変調器、コイルなど）からの基準信号の発生とによって修正することができる。単一コイル構造は、基準信号が得られる信号取得を可能にするような間隔でタップを有することができる。例えば、差動構造を有する（例えば、前方及び後方巻きループを含む）コイルは、前方及び後方信号を別々に取得させるようにタップを入れることができる。次に、基準信号は、これらの別々の信号から得ることができる。
【００９０】
複数のセンサ信号から基準信号を得るための上記手法は、線形位置センサ及び／又は他のセンサ技術に用いることができる。
【００９１】
この一般的なタイプの信号は、他のセンサタイプから得ることができ、かつこの手法は、誘導センサに限定されない。図示の電子回路は、例示的であり、他の回路を用いることもできる。更に、これら又は他の回路は、他のタイプのセンサと共に用いるように適応させることができる。
【００９２】
特に米国特許出願出願番号第１１／４７４、６８５号を含む本発明者の現在特許出願中の出願は、引用により組み込まれている。本明細書に言及した特許、特許出願、又は公報は、各個々の文書が引用により組み込まれると具体的かつ個々に示された場合と同じ程度に本明細書において引用により組み込まれている。
【００９３】
本発明は、上述の例示的な実施例に限定されない。実施例は、本発明の範囲に限定することを意図していない。本明細書に記載した方法、装置、及び構成などは、例示的であり、かつ本発明の範囲に対する限定を意図していない。そこにおける変更及び他の用途が当業者には想起されるであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定めるものである。
【００９４】
本出願人の発明を説明したところで、以下のように特許請求するものである。
【符号の説明】
【００９５】
ＡＭ  軸線方向変調器
ＧＡＰ  間隙
【図１Ａ】
2009541769.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月27日(2009.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーによって相互接続された第１のシャフト及び第２のシャフトを含むステアリングコラムに対するステアリング角度及びステアリングトルクを判断するための装置であって、
第１のコイルアセンブリ及び第１のカプラ要素を含み、第１のシャフトの角度位置との相関性がある第１の信号と、基準信号とを供給するように作動可能な第１の回転センサと、
第２のコイルアセンブリ及び第２のカプラ要素を含み、第２のシャフトの角度位置との相関性がある第２の信号を供給するように作動可能な第２の回転センサと、
前記第１の信号及び前記基準信号を用いて得られたレシオメトリック信号を用いてステアリング角度を判断し、かつ
前記第１の信号及び前記第２の信号を用いて判断される、前記第１のシャフトの前記角度位置と前記第２のシャフトの前記角度位置との間のより角度からステアリングトルクを判断し、かつ
前記第１の回転センサの角度範囲を拡張するために前記基準信号を用いて前記第１のシャフトの回転数を判断する、
ように作動可能電子回路と、
を含み、
前記基準信号は、前記第１のコイルアセンブリの軸線方向変位との相関性はあるが、それ以外は実質的に前記第１のシャフトの前記角度位置と無関係である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１のコイルアセンブリは、複数の受信機コイルと、前記基準信号を供給する基準コイルとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコイルアセンブリは、前記基準信号を判断するのに用いる複数の受信機コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記軸線方向変位は、前記第１のカプラ要素に対するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のコイルアセンブリは、前記第１のシャフトが回転する時に前記軸線方向変位を生成するように該第１のシャフトと係合するネジ付き表面を有するコイル支持体によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記より角度は、デジタル信号プロセッサを用いて判断されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のシャフトは、コラム側シャフトであり、前記第２のシャフトは、ピニオン側シャフトであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
シャフトの角度位置を判断するための装置であって、
コイル支持体と、
前記コイル支持体によって支持され、送信機コイルと少なくとも１つの受信機コイルとを含むコイルアセンブリと、
シャフトの角度位置と相関性があるカプラ角度位置を有し、前記送信機コイルと前記少なくとも１つの受信機コイルとの間の誘導結合を修正するカプラ要素と、
前記シャフトの角度位置と相関性がある受信機信号を前記少なくとも１つの受信機コイルから得るように作動可能な信号処理回路と、
を含み、
前記信号処理回路は、基準信号を発生し、かつ前記受信機信号及び該基準信号を用いて得られたレシオメトリック信号を用いて前記シャフトの前記角度位置を判断するように更に作動可能であり、
前記基準信号は、前記シャフトの回転によって生成される前記カプラ要素に対する前記コイルアセンブリの軸線方向変位と相関性があるが、それ以外は実質的に前記角度位置と無関係であり、
前記基準信号は、更に、装置の角度範囲を拡張するために前記シャフトの回転数を判断するのに用いられる、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記シャフトは、ステアリングコラムの構成要素であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記コイル支持体は、前記信号処理回路を更に支持するプリント基板であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【国際調査報告】
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