(57)【要約】【課題】従来技術に対して改良された、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置を提供すること【解決手段】測定値形成器は運動変換器として構成されており、運動変換器は、回転部材の回転を、測定値形成器の並進に変換し、少なくとも１つのセンサは、測定値形成器の側方に配置されて、測定値形成器の全体的な並進領域を監視し、この少なくとも１つのセンサは、並進領域における測定値形成器の現在の位置を求め、現在の位置は、回転部材の回転角度を表す、ことを特徴とする、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置であって、
当該回転部材の外周には測定値形成器（２０）が結合されており、
当該測定値形成器（２０）は、少なくとも１つのセンサ（２６）と協働して前記回転部材（１０）の回転角度を表す信号を形成する、センサ装置において、
前記測定値形成器（２０）は運動変換器として構成されており、当該運動変換器は、前記回転部材（１０）の回転（１２）を、前記測定値形成器（２０）の並進（２４）に変換し、
前記少なくとも１つのセンサ（２６）は、前記測定値形成器（２０）の側方に配置されて、前記測定値形成器（２０）の全体的な並進領域を監視し、前記少なくとも１つのセンサ（２６）は、並進領域における前記測定値形成器（２０）の現在の位置を求め、当該現在の位置は、前記回転部材（１０）の回転角度を表す、
ことを特徴とする、センサ装置。
【請求項２】
前記測定値形成器（２０）は前記回転部材（１０）の回転（１２）を、前記回転部材（１０）に対する前記測定値形成器（２０）の軸方向並進（２４）に変換する、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記測定値形成器（２０）はピニオン（２０ａ）を含んでおり、当該ピニオンは雌ねじ（２０.３）を介して、対応する雄ねじ（２２.１）を有するボルト（２２）上を長手方向に可動にガイドされ、前記回転部材（１０）の第１のリングギヤ（１４）が前記ピニオン（２０ａ）の第２のリングギヤ（２０．１）と噛み合うように位置決めされ、これによって、前記ピニオン（２０ａ）は、前記回転部材（１０）の回転（１２）を表す回転運動（１２’）を受けて、前記ボルト（２２）上で、前記並進領域に沿ったねじ運動（２４）を行う、請求項１または２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記回転部材（１０）の求められる回転角度の分解能は、前記回転部材（１０）と前記測定値形成器（２０）の歯車比、および／または、前記雌ねじ（２０．３）および／または前記ボルト（２２）の雄ねじ（２２．１）のピッチを介して設定される、請求項３記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサ（２６）は、複数の渦電流センサ（２６．１〜２６．５）を含んでおり、当該渦電流センサはそれぞれ、磁界（２８）を形成する少なくとも１つのコイル（２７．１、２７．２）を有しており、
評価および制御ユニット（３０）が、前記並進領域における前記測定値形成器（２０）の現在の位置を、前記形成された磁界（２８）を評価することによって求める、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのセンサ（２６）は付加的に、前記測定値形成器（２０）のピニオン（２０ａ）の第２のリングギヤ（２０．１）の歯の位置を検出し、前記評価および制御ユニット（３０）は、前記回転角度を求めるために当該歯の位置を評価する、請求項５記載のセンサ装置。
【請求項７】
各渦電流センサ（２６．１〜２６．５）は、対応する磁界（２８）を形成する２つのコイル（２７．１、２７．２）を有しており、
前記評価および制御ユニット（３０）は、当該２つのコイル（２７．１、２７．２）によって形成された磁界（２８）の微分評価を行い、これによって前記並進領域における測定値形成器（２０）の現在の位置を求める、請求項５または６記載のセンサ装置。
【請求項８】
対応する渦電流センサ（２６．３）内の前記２つのコイル（２７．１、２７．２）は、共通の高さ軸上で異なる高さ位置で上下に配置されており、当該共通の高さ軸は、前記測定値形成器（２０）の回転軸に平行である、請求項７記載のセンサ装置。
【請求項９】
対応する渦電流センサ（２６．３’）内の前記２つのコイル（２７．１’、２７．２’）は、異なる高さ軸上で異なる高さ位置にずらして配置されており、当該各高さ軸は、前記測定値形成器（２０）の回転軸に平行である、請求項７記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記評価および制御ユニット（３０）は、対応する渦電流センサ（２６．３、２６．３’）内の２つのコイル（２７．１、２７．２、２７．１’、２７．２’）を、まずは時間的に相互にずらして駆動制御し、次に同時に駆動制御し、異なって形成された磁界を検出および評価する、請求項７から９までのいずれか１個記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項１の上位概念に記載された、回転部材の外周には測定値形成器が結合されており、測定値形成器は、少なくとも１つのセンサと協働して回転部材の回転角度を表す信号を形成する、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の操舵角センサでは、ハンドルの回転数を磁界センサによって非接触検出するために歯車が走査される。このようなシステムは、非点火時にハンドルの回転を識別するために、非点火時に待機電流が供給されなければならない、という欠点を有している。車両が長期間使用されていない場合には、これによって、車両バッテリーの不所望な放電が生じてしまう。このような待機電流が供給されないと、非点火時またはバッテリーが切り離されている場合にハンドル回転が行われた場合に、操舵角度が明確に求められなくなってしまう。
【０００３】
公開文献ＤＥ１０２００７０５２１６２Ａ１号では、例えば、回転角度または直線距離の非接触検出を行う測定装置並びこのような測定装置を備えたペダルモジュールが記載されている。検出された回転角度または検出された直線距離は、ばね手段によって相互に、自身の初期位置でバイアスされている、少なくとも２つのボディの間の相対運動に基づいて得られる。ばね手段は導電性材料から成る巻き線を有しており、ボディの相対運動はばね手段の長手方向変化を生じさせる。ばね手段の巻き線の少なくとも一部が、磁気コイルによって包囲されるように設定される。この磁気コイルは、少なくとも１つのコンデンサとともに、振動回路に含まれている。さらに、評価回路が設けられている。この評価回路は、振動回路の共振周波数の変化に依存して信号を出力制御し、相対運動の識別および計算のために評価される。ここでこの共振周波数は、ボディの相対運動によって生起された、ばね手段の長手方向変化に基づく。軸受けペデスタルに対するアクセルペダルレバーの回転運動を、測定原理に関してより簡単な線形運動に変えるために、ばね手段の片方の終端部は、ペデスタルに構成されている支持面で支えられており、他方の終端部は、アクセルペダルレバーとペデスタルとの間でレバーアームを形成する、アクセルペダルレバーの支持アームで支えられている。
【０００４】
公開文献ＤＥ１０２００８０１１４４８Ａ１号には、例えば、回転角度を検出するための装置が記載されている。記載されている装置は、発生器とセンサ装置とを含んでいる。これは、回転部材の角度変化に依存して、発生器によって形成された物理量の変化を、デジタルに評価可能な信号として検出する。この回転部材は少なくとも１つの、自身の外周に結合されている、回転部材の回転によって回転する、より小さい外周を有する附属体（これは有利には角度センサを備えている）を有している。これは、軸方向に結合されたハイポサイクロイドギヤを介して、同様に回転するハイパーサイクロイドディスクまたはハイポサイクロイド歯車を動かす。その回転速度は、ハイポサイクロイドギヤによって次のように減速される。すなわち、ここから、回転部材の回転数および絶対的な操舵角度が、操舵シャフトの複数の回転にわたって回転センサシステムによって求められるように減速される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５２１６２Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００８０１１４４８Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術に対して改良された、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、測定値形成器は運動変換器として構成されており、運動変換器は、回転部材の回転を、測定値形成器の並進に変換し、少なくとも１つのセンサは、測定値形成器の側方に配置されて、測定値形成器の全体的な並進領域を監視し、この少なくとも１つのセンサは、並進領域における測定値形成器の現在の位置を求め、現在の位置は、回転部材の回転角度を表す、ことを特徴とする、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置によって解決される。
【発明の効果】
【０００８】
独立請求項１の特徴部分に記載された構成を有する、本発明の車両用センサユニットは、従来技術に対して以下の利点を有する。すなわち、回転運動を機械的な距離変化ないしは並進に変えることによって、常に明確な回転位置が、回転部材の多数回の回転時にも得られるという利点を有する。有利には、電子回路の故障時に、機械的に変えられた経路位置で回転運動が得られ続ける。機械的な距離変化ないしは並進に基づいて、点火オフ後またはバッテリー切り離し後にも、正しい、絶対的な回転角度が得られる。ここでは同時に、特に確実な動作ないしは特に確実な回転角度の識別が、並進領域内の位置検出によって可能である。さらなる利点は、機械的な簡易化である。これによってコストが安くなる。有利には、本発明のセンサ装置は、車両の操舵角度を特定するために使用される。ここでこの回転部材ないしは歯車は有利には、車両のハンドルないはステアリングコラムと、回転しないように結合されている。本発明の実施形態は、操舵運動を、距離変化ないしは並進に変える。これは、位置特定を介して、非接触に検出され、操舵角度に換算される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の位置における、本発明によるセンサ装置の実施例の概略的な斜視図
【図２】第２の位置における、本発明によるセンサ装置の実施例の概略的な斜視図
【図３】図１または図２に示されている、本発明のセンサ装置の概略図
【図４】図１および図２に示されている、本発明のセンサ装置に対する測定値形成器の概略的な平面図
【図５】図１および２に示されている、本発明のセンサ装置に対する、２つのコイルを備えた渦電流センサの第１の実施例の概略図
【図６】図１および２に示されている、本発明のセンサ装置に対する、２つのコイルを備えた渦電流センサの第２の実施例の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置を提供する。回転部材は自身の外周で、測定値形成器と結合されている。これは、少なくとも１つのセンサと協働して回転部材の回転角度を表す信号を形成する。本発明では、測定値形成器が運動変換器として構成されている。これは、回転部材の回転を、測定値形成器の並進に変換する。この少なくとも１つのセンサは、測定値発生器の側部に配置されており、測定値形成器の全体的な並進領域を監視する。ここで、この少なくとも１つのセンサは、測定値形成器の現在の位置を並進領域において求める。これは回転部材の回転角度を表す。
【００１１】
従属請求項に記載されている措置および発展形態によって、車両内の回転部材の回転角度を検出する独立請求項１に記載されているセンサ装置の有利な改善が可能である。
【００１２】
特に有利には、測定値形成器は、回転部材の回転を、回転部材に対する測定値形成器の軸方向並進に変換することができる。測定値形成器は例えば、ピニオンを含んでいる。これは、雌ねじを介して、対応する雄ねじを有するボルト上を長手方向に可動にガイドされ、次のように位置決めされる。すなわち、回転部材の第１のリングギヤがピニオンの第２のリングギヤと噛み合い、これによってピニオンが回転部材の回転を表す回転運動を受けて、ボルト上で、並進領域に沿ったねじ運動が行われるように位置決めされる。これによって、回転部材によってピニオンに伝達される回転運動が、測定値形成器のピニオンの高さ変化に変えられる。ここで測定値形成器のこの高さ変化は、少なくとも１つのセンサを介して、並進領域内の測定値形成器の位置として測定される。有利には、回転部材の求められた回転角度の分解能は、有利には歯車として構成されている回転部材および測定値形成器の歯車比を介して、および／または、雌ねじのピッチを介して、および／またはボルトの雄ねじのピッチを介して設定される。このねじによって、高さ変化は、歯車比とは別個に、付加的に、位置を検出する少なくとも１つのセンサの特徴に合わせられる。さらに、測定値形成器には、軸方向の遊びを低減させるために、ばね力が加えられる。これは例えば、少なくとも１つのばねピンによって形成される。
【００１３】
本発明によるセンサ装置の有利な形態では、少なくとも１つのセンサは複数の渦電流センサを含んでいる。これはそれぞれ少なくとも１つのコイルを、磁界の形成のために有している。ここで、評価および制御ユニットは、測定値形成器の現在の位置を、並進領域内で、形成された磁界の評価によって求める。各渦電流センサは、例えば、対応する磁界を形成する２つのコイルを有している。ここで評価および制御ユニットは、２つのコイルによって形成された磁界の微分評価を行うことができ、これによって、並進領域内の測定値形成器の現在の位置が求められる。
【００１４】
本発明によるセンサ装置の別の有利な構成では、少なくとも１つのセンサが、付加的に、ピニオンの第２のリングギヤの歯の位置を検出する。これは、回転角度を求める評価および制御センサユニットが評価する。
【００１５】
本発明によるセンサ装置の別の有利な構成では、２つのコイルは、対応する渦電流センサ内で、例えば共通の高さ軸上で異なる高さ位置で上下に配置される。この高さ軸は測定値形成器の回転軸に平行である。測定値形成器のピニオンの歯の構造および渦電流センサを介した検出によって、回転角度検出が多義的になってしまう可能性がある。このような多義性を除外するために、コイルを、常に、相互に択一的にずらして、異なる高さ軸上で異なる高さ位置に配置することができる。これらはそれぞれ、測定値形成器の回転軸に平行である。これによって、ピニオン位置に関して異なる位相を有する２つの信号を得る。さらに、ピニオンの歯の位置は、評価および制御ユニットによって算出される。多義性を回避するための択一的な手法は、微分コイルの時間的に交互の動作であろう。評価および制御ユニットは、対応する渦電流センサ内の２つのコイルをはじめは時間的に相互にずらして、次に同時に駆動制御し、異なって形成された磁界を検出および評価することができる。これによって、評価および制御ユニットは、それぞれ異なって形成された磁界を有する全体的に３つの測定を実施する。これは、多義性を除去することができる。コイルの駆動制御は例えば、相応する切り替えによって、またはコイル間の相応する位相ずれを伴うコイル電流の正弦形状の変形によって行われる。
【００１６】
微分評価は、有利には、ノイズ影響の補償を可能にする。これは例えば温度変化等である。さらに、複数のセンサないしはコイルを使用することによって、有利には、回転部材での回転角度を冗長的に求めることが可能になる。
【００１７】
本発明の実施形態を図示し、後続の明細書でより詳細に説明する。図面では、同じ参照番号は、同じないしは同様の機能を有している部品ないしは素子を表している。
【実施例】
【００１８】
図１〜図６に示されているように、車両内の回転部材１０の回転角度を検出する本発明のセンサ装置１は、測定値形成器２０と、少なくとも１つのセンサ２６を有している。センサの出力信号は、評価および制御ユニット３０によって評価される。回転部材１０の外周には、測定値形成器２０が結合されている。この測定値形成器は、少なくとも１つのセンサ２６と共働して、回転部材１０の回転角度を表す信号を形成し、評価および制御ユニット３０に出力する。本発明では、測定値形成器２０は運動変換器として構成されている。これは、回転部材１０の回転１２を、測定値形成器２０の並進２４に変換する。ここでこの少なくとも１つのセンサ２６は、測定値形成器２０の側方に配置されており、測定値形成器２０の全体的な並進領域を監視する。少なくとも１つのセンサ２６は、並進領域における測定値形成器２０の現在の位置を求める。これは、回転部材１０の回転角度を表す。
【００１９】
本発明によるセンサ装置１の実施形態は、例えば、車両の操舵角度を求める操舵角度センサとして用いられる。ここで回転部材１０は例えば、歯車として形成されており、有利には車両のハンドルおよび／またはステアリングコラムと、回転しないように結合されている。
【００２０】
図１〜４からさらに分かるように、測定値形成器２０は、本発明によるセンサ装置１の図示された実施例では、ピニオン２０ａを有している。このピニオンは、雌ねじ２０.３を介して、対応する雄ねじ２２．１を備えたボルト２２上を長手方向に可動にガイドされる。ピニオン２０ａとして形成されている測定値形成器２０は従って、次のように位置決めされている。すなわち、歯車として形成されている回転部材１０の第１のリングギヤ１４が、ピニオン２０ａの第２のリングギヤ２０．１と噛み合うように位置決めされている。これによって、回転部材１０の回転１２が、測定値形成器２０のピニオン２０ａに伝達される。これは、伝達された回転運動１２’によって、自身の位置を、軸方向２４において変化させる。すなわち、ピニオン２０ａは、回転部材１０の回転１２を表す回転運動１２’を受けて、ボルト２２上で、ねじ運動２４を並進領域に沿って行い、回転１２、１２’ないしは回転運動を、測定値形成器２０の高さ変化の形態での軸方向の並進２４に変える。図１と図２とを比較すると、回転部材１０の回転１２の図示された回転によって、測定値形成器２０のピニオン２０ａの位置が、並進領域の範囲内で上方へ変化していることが分かる。回転部材１０の求められる回転角度の分解能は、例えば、回転部材１０と測定値形成器２０のピニオン２０ａの変換比を介して、および／または、雌ねじ２０．３および／またはボルト２２の雄ねじのピッチを介して設定される。さらに、測定値形成器２０ないしはピニオン２０ａに、軸方向の遊びを低減するために弾力を負荷することができる。これは、例えば、少なくとも１つのスプリングピンによって形成される。
【００２１】
回転１２ないしは操舵運動を、その位置が並進領域内で求められる、測定値形成器２０の機械的な並進２４に変えることによって、常に、明確な回転位置ないしは明確な操舵角度が、ハンドルを複数回回転させたときにも得られる。同様に、電子回路に故障が生じたときにも、回転運動が、機械的に変換された高さ位置において得られ続ける。この機械的な並進２４によって、非点火時にもまたはバッテリーが切り離されている場合にも、正しい絶対的な回転角度ないしは操舵角度が得られる。ここで同時に、回転角度ないしは操舵角度の特に確実な動作ないしは特に確実な識別が、位置検出によって可能になる。
【００２２】
さらに、図１ないし４から読み取れるように、少なくとも１つのセンサ２６は複数の渦電流センサ２６．１〜２６．５を含んでいる。これらはそれぞれ、少なくとも１つのコイル２７．１、２７．２を、磁界２８を形成するために有している。評価および制御ユニット３０は、並進領域内の測定値形成器２０の現在の位置を、形成された磁界２８を評価することによって求める。分解能を高めるために、少なくとも１つのセンサ２６は付加的に、測定値形成器２０のピニオン２０ａの第２のリングギヤ２０．１の歯２０．２の位置を検出する。これは、評価および制御ユニット３０が、回転角度をより正確に求めるために評価する。渦電流センサ２６．１〜２６．５を使用することによって、位置測定の低コストの実装が可能になる。当然ながら、測定値形成器２０の位置を求める当業者に公知の別の測定方法も実行可能である。
【００２３】
図３および図５は、全ての渦電流センサ２６．１〜２６．５を代表して、平均的な渦電流センサ２６．３を示している。その高さに、測定値形成器２０のピニオン２０ａが配置されている。さらに、図３および図５から分かるように、渦電流センサ２６．３は、対応する磁界２８を形成する２つのコイル２７．１、２７．２を有している。ここで評価および制御ユニット３０は、２つのセンサ２７．１、２７．２によって形成された磁界の微分評価を行い、これによって、並進領域内の測定値形成器２０の現在の位置が求められる。図示された第１の実施例では、対応する渦電流センサ２６．３内の２つのコイル２７．１、２７．２は、共通の高さ軸上で異なる高さ位置で上下に配置されている。この高さ軸は、測定値形成器２０の回転軸に平行である。２つのコイル２７．１、２７．２を設けることによって、評価および制御ユニット３０は、微分評価を行うことができ、これによって、寄生影響、例えば温度等が除去される。ここでこの２つのコイル２７．１、２７．２は交互にオン、オフされ、これによって、それぞれ他方のコイルによって影響されない測定を行うことができる。渦電流センサ２６．１〜２６．５は、例えば、マイクロメカニカル方法によって、ケイ素内にまたは直接的に導体プレート上に実現される。従って導体プレートのこのバリエーションは、さらなるコスト上の利点を有している。ここでは種々のコイル形態、例えば円形また矩形のコイルも、複雑な形状のコイルも実装可能である。ピニオン２０ａの歯の構造および渦電流センサ２６．１〜２６．５を介した検出によって、回転角度検出が多義的になることがある。
【００２４】
さらに図６から分かるように、代表的な渦電流センサ２６’の２つのコイル２７．１’、２７．２’は、図示された第２の実施例において、図５のように相互に重なっているのではなく、異なる高さ軸上で異なる高さ位置にずらして配置されている。これらの高さ軸はそれぞれ、測定値形成器２０の回転軸に平行である。この配置によって、評価および制御ユニット３０は、生じている多義性を除去することができる。この配置によって評価および制御ユニット３０は、ピニオン２０ａの位置に関する、異なる位相を有する２つの信号を得ることができ、第２のリングギヤ２０．１の歯２０．２の位置が算出される。
【００２５】
多義性を回避する択一的な方法は、評価および制御ユニット３０が各渦電流センサ２６．１〜２６．５の微分コイル２７．１、２７．２を時間的に交互に、および同時にスイッチオンすることである（Ａ、Ｂ、ＡＢ、Ａ、Ｂ、ＡＢ．．．）。これによって、それぞれ異なって形成された磁界２８を有する全部で３つの測定が行われる。これは多義性を排除する。コイル２７．１、２７．２の駆動制御は例えば、コイル電流の相応する切り替えまたは正弦状の変更によって、コイル間の相応の位相ずれを用いて行われる。
【００２６】
本発明の実施形態は、車両内の回転部材の回転角度を検出するセンサ装置を提供する。これは、回転運動を機械的な距離変更に変えることによって、回転部材が複数回回転される場合にも、常に明確な回転位置を提供する。有利には、電子回路の故障時に、機械的に変更された距離位置において回転運動が得られ続ける。この機械的な距離変更に基づいて、点火オフ後またはバッテリーの切り離し後にも、正しい絶対的な回転角度が得られる。ここでは同時に、特に確実な動作ないしは、位置検出による回転角度の特に確実な識別が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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