CN100460822C - 绝对角检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种输出在控制装置中处理容易的信号的绝对角检测装置。与第1编码轮(3)上形成的第1和第2信号检测轨迹(34、35)相对地配置第1及第2信号检测元件组(8a、8b)。并且与第2编码轮(4)上形成的第3和第4信号检测轨迹(43、44)相对地配置第3和第4信号检测元件组(8c、8d)。从信号检测元件组(8a、8b)输出用来获取检测第1编码轮(3)的1圈以内的旋转的循环型格雷码的编码串。并且从信号检测元件组(8c、8d)输出用来获得检测第1编码轮(3)的1圈以上的旋转的循环型格雷码的编码串。

Description

绝对角检测装置
技术领域
本发明涉及适用于汽车的舵角传感器等的绝对角检测装置，特别涉及使控制装置的信号处理变得容易的方法。
背景技术
以往，我们已经知道在汽车的转向轴与车体之间具备绝对角检测装置，根据绝对角检测装置检测到的转向盘的转向角度、转向速度和转向方向等进行悬挂的缓冲力控制或自动变速箱的移位位置控制以及四轮转向轮中后轮的转向控制等技术。
由于转向盘(转向轴)采取从中间位置向右方向或左方向旋转1圈以上的结构，因此其转向角度的检测使用由检测1圈以内的旋转量的旋转检测构件与检测1圈以上的旋转角的旋转检测构件的组合构成的绝对角检测装置。
作为这种绝对角检测装置，以往提出了这样的方案(例如参照专利文献1)：由使检测转向盘1圈以内的精密的旋转角的增量型编码器与转向盘一体地旋转的编码板、和夹着该编码板相对配置的光电遮断器构成；并且具备：使检测转向盘1圈以上的粗略旋转角的绝对型编码器与上述编码板一体地旋转的转子部件，可以旋转地保持该转子部件的定子部件，与上述转子部件的旋转中心同心地配置的旋转部件，轴支在该旋转部件上的中继齿轮，检测上述旋转部件的的旋转量的检测元件；使上述中继齿轮间歇地与上述转子部件的圆周面上设置的结合突起啮合，并且使该中继齿轮一直与上述定子部件上设置的从动齿轮啮合。
作为上述检测元件，可以使用利用了光电遮断器或光电反射器等的光学式，利用了磁铁、MR元件或霍尔(Hall)元件等的磁性式或利用了电刷或电阻图形等的接触式等。
安装到汽车中的控制装置读取这些检测1圈以内的旋转量的旋转检测构件和检测1圈以上的旋转量的旋转检测构件输出的信号来算出转向轴的绝对角，根据算出的绝对角生成各种控制信号。
如上所述，虽然安装到汽车中的控制装置读取各旋转检测构件输出的信号来算出转向轴的绝对角，但如果像专利文献1所公开的绝对角检测装置那样，根据增量型编码器输入的编码信号对1圈以内的绝对角进行信号处理，同时根据绝对型编码器输入的与上述编码信号不同的信号对1圈以上的旋转量进行信号处理的话，则由于用来进行信号处理的算法变得复杂，因此信号处理难以高速化，并且需要大规模的信号处理电路，因此存在难以降低绝对角检测装置的成本的问题。
[专利文献1]日本特开平10-227631号公报(图5～图8)
发明内容
本发明就是为了解决这样的问题，其目的就是要提供一种绝对角检测装置，能够简化信号处理的算法，能够使信号处理高速化，并且使信号处理电路小型化。
为了解决上述问题，本发明采用使绝对角检测装置，具备：；第1旋转检测构件，检测在外壳内旋转体的1圈以内的旋转；第1编码轮，设在该第1旋转检测构件上，并且被固定在上述旋转体上与该旋转体一起旋转；第2旋转检测构件，检测上述旋转体的1圈以上的旋转；第2编码轮，设在该第2旋转检测构件上，与上述旋转体的旋转中心同心配置；内齿轮，在上述外壳的内表面与上述旋转体的旋转中心同心地形成；以及行星齿轮，与该内齿轮啮合，伴随上述旋转体的旋转进行自转和公转；在上述第2编码轮和上述行星齿轮中的某一个上设置突起部，在另外一个上设置与上述突起部游动嵌合的孔部或凹部；在上述行星齿轮的中央设有圆形的开口，在上述第1编码轮上设有与上述开口的内周紧密结合并且与上述旋转体的旋转轴偏心旋转的行星齿轮安装部，当旋转上述第1编码轮时，伴随着与该第1编码轮一体旋转的行星齿轮安装部的旋转，上述行星齿轮一边与上述内齿轮啮合、一边在内齿轮的内周进行自转及公转，通过上述行星齿轮的自转，上述第2编码轮相对于上述第1编码轮减速旋转，并且，输出使上述第1旋转检测构件和上述第2旋转检测构件同时获得同一种数字编码的编码串的结构。
这样一来，如果采用检测旋转体的1圈以内的旋转的第1旋转检测构件以及检测旋转体的1圈以上的旋转的第2旋转检测构件两者都获得同一种数字编码的编码串的结构，则控制装置能够将这些数字编码进行组合作为一个编码串进行处理，算出1圈以内的绝对角和1圈以上的旋转量，因此能够使多个用来检测旋转体的绝对角的算法简单化，能够使信号处理高速化，同时能够缩小电路的规模，能够使装置小型化和低成本化。
而且，由于不需使用多级齿轮而使用单级齿轮就能够获得大的减速比，能够减少零部件的数量，因此能够使绝对角检测装置小型化和低成本化。并且，由于减速机构中的内齿轮和行星齿轮一直啮合着，因此能够提高绝对角检测装置的安静性。再者，通过采用这样的结构，能够使使第2编码轮减速旋转的结构紧凑，并且用单级齿轮能够获得大的减速比，能够提高绝对角检测装置的安静性。
而且，本发明使第1编码轮与第2编码轮的各主要面成同一个平面。
通过采用这种结构，能够使绝对角检测装置薄型化。
本发明采用突起部为第2编码轮上形成的多个结合突起，孔部或凹部为行星齿轮的开口周围设置的多个环状结合孔的结构。
通过采用这种结构，能够确实地实现绝对角检测装置的安静性。
本发明效果如下：
本发明的绝对角检测装置由于采用检测旋转体的1圈以内的旋转的第1旋转检测构件以及检测旋转体的1圈以上的旋转的第2旋转检测构件两者都输出用来获得同一种数字编码的编码串的结构，因此控制装置能够将这些数字编码进行组合作为一个编码串进行处理，算出1圈以内的绝对角和1圈以上的旋转量，因此能够使多个用来检测旋转体的绝对角的算法简单化，能够使信号处理高速化，同时能够缩小电路的规模，能够使装置小型化和低成本化。
附图说明
图1是实施方式例的旋转检测装置的分解透视图。
图2是实施方式例的盖的内面图。
图3是实施方式例的第1编码轮的背面图。
图4是表示实施方式例的行星齿轮、内齿轮和第2编码轮的连接状态的壳体的内面图。
图5是表示实施方式例的第1编码轮、第2编码轮及信号检测元件组的组装状态的说明图。
图6是表示实施方式例的第1编码轮检测到的格雷码模式的图表。
图7是表示实施方式例的第1编码轮检测到的格雷码模式的图表。
图8是表示实施方式例的第2编码轮检测到的格雷码模式的图表。
具体实施方式
下面根据图1至图8以旋转检测装置中的编码轮的支持结构为例说明本发明的旋转部件的支持结构的一例。图1为表示实施方式例的旋转检测装置的分解透视图，图2为表示实施方式例的盖的内视图，图3为表示实施方式例的第1编码轮的背面图，图4为表示实施方式例的行星齿轮、内齿轮与第2编码轮的连接状态的壳体的内面图，图5为表示实施方式例的第1编码轮、第2编码轮及信号检测元件组的组装状态的说明图，图6、图7为表示实施方式例的第1编码轮检测到的格雷码结构的图表，图8为表示实施方式例的第2编码轮检测到的格雷码结构的图表。
如图1所示，本例的旋转角检测装置主要由以下部分构成：壳体1；盖2；可以旋转地收容在由它们的组合构成的外壳内，互相转动自如并且像图5所示那样主平面呈近似同一个平面的第1编码轮3和第2编码轮4；设定在上述壳体1的内周面上的电路板6；安装在该电路板6上的信号检测元件座7；以规定的排列收容到该信号检测元件座7内，端子部分与上述电路板6上形成的端子电连接的4个信号检测元件组8a～8d；被上述第1编码轮3旋转驱动，以规定的减速比减速驱动上述第2编码轮4的行星齿轮9；一端安装到上述电路板6上、另一端面对上述盖2上开口的端子插入孔的端子引脚10。
壳体1由有中央开口11的底板12、从底板12的外周边缘竖起一定高度的周壁13以及竖立在圆形编码轮收容部14与方形电路板收容部15之间的圆弧状的隔壁16构成，在编码轮收容部14的内表面与旋转体(转向轴)的旋转轴同心，即与中央开口11同心地形成有与行星齿轮9啮合的内齿轮17。并且，在底板12的内表面形成有用来螺钉固定电路板6的电路板安装突起部12a以及用来定位盖2相对于壳体1的位置的定位突起12b，在周壁13的外表面上形成有将壳体1螺钉固定在需要的固定部，例如汽车的车体上的壳体安装突起部13a和将盖2快速(snap)结合到壳体1上的结合爪13b。
盖2具有有中央开口21的顶板22、从顶板22的内周边缘向外竖起的圆筒形引导部23、从顶板22的外周边缘向内竖起的周壁24，其平面形状和大小与壳体1基本相同。
上述壳体1和上述盖2通过将壳体1上形成的结合爪13b结合到盖2上形成的结合孔24a中一体化，构成收容其他的部件3～10的外壳。
第1编码轮3由具有环形中央开口31的第1编码板32和从中央开口31竖起的圆筒状旋转体连接部33构成，在第1编码板32的一个面上同心地形成有由以需要的排列突设的多个信号检测用遮光板34a构成的第1信号检测轨迹(track)34，以及以需要的排列突设的多个信号检测用遮光板35a构成的第2信号检测轨迹35。该第1编码轮3固定在贯穿中央开口31的转向轴等图中没有示出的旋转体上，与该旋转体一起旋转。并且，第1编码板32的背面如图3所示与旋转体的旋转轴偏心地突出形成有使行星齿轮9在内齿轮17的内周上自转和公转的环形行星齿轮安装部36。
第2编码轮4的结构具有拥有与旋转体的旋转轴同心地设置的环状中央开口41的第2编码板42，在第2编码板42的一个面上同心地形成有由以需要的排列突设的多个信号检测用遮光板43a构成的第3信号检测轨迹43，以及由以需要的排列突设的多个信号检测用遮光板44a构成的第4信号检测轨迹44。并且，在第2编码板42的背面如图4所示等间隔地突设有用来连接行星齿轮9的多个结合突起45。
电路板6形成为可以收容到壳体1和盖2的电路板收容部15内的形状，在需要的位置上开设让壳体1上形成的定位突起12b贯穿的通孔61。并在其表面形成包括用来电连接信号检测元件8的端子和端子引脚10的端子的需要的电路结构。
行星齿轮9在圆形中央开口91的周围等间隔地形成多个环形结合孔92。设置在第1编码轮3上的行星齿轮安装部36与中央开口91的内周结合以便与旋转体的旋转轴偏心并旋转，第2编码轮4背面的结合突起45与各结合孔92结合。因此，当第1编码轮3旋转时，由于行星齿轮安装部36与中央开口91的内周结合并旋转，因此行星齿轮9与壳体1的内齿轮17啮合同时在内齿轮17的内周自转和公转。其中，行星齿轮9与内齿轮17的齿数设定为使第2编码轮4相对于第1编码轮3减速旋转，例如使内齿轮17的齿数为31，行星齿轮9的齿数为30的话，可以使第2编码轮4相对于第1编码轮3的减速比为1/30。这样一来，第2编码轮4与旋转体的旋转轴同心地配置，具有依靠行星齿轮9的自转而旋转的旋转传递部件的功能，相对于第1编码轮3减速地旋转。另外，虽然这里举结合突起45与结合孔92结合为示例，但结合孔92也可以是凹部。并且，也可以是结合突起45形成在第2编码轮4和行星齿轮9中的某一个上，而结合孔92形成在它们中的另外一个上。
信号检测元件座7为以规定的排列配置多个信号检测元件8的部件，具有用来单独安装各信号检测元件8的分隔的检测元件安装部71，用螺钉固定在电路板6上。
作为构成第1至第4信号检测元件组8a～8d的各信号检测元件，使用将发光元件和受光元件组成一体，并且隔开可以让第1及第2编码轮3、4上形成的遮光板34a、35a、43a、44a插通的间隔相对地配置这些发光元件与受光元件的光电遮断器。各检测元件组8a～8d如图8所示以需要的排列与各自需要的信号检测轨迹34、35、43、44相对地配置。
即，构成第1信号检测元件组8a的6个信号检测元件8a1～8a6以12度的间隔与第1信号检测轨迹34相对配置，构成第2信号检测元件组8b的3个信号检测元件8b1～8b3以24度的间隔与第2信号检测轨迹35相对配置。并且，构成第3信号检测元件组8c的5个信号检测元件8c1～8c5以14.4度的间隔与第3信号检测轨迹43相对配置，构成第4信号检测元件组8d的1个信号检测元件8d1与第4信号检测轨迹44相对地配置在沿第2编码轮4的圆周方向偏离信号检测元件8c3的设定位置36度的位置。
第1信号检测轨迹34如下设定遮光板34a：使6个信号检测元件8a1～8a6输出将从无论从哪一行开始读都不出现现相同的编码的9个6比特编码串，即(100000)、(110000)、(101000)、(111000)、(110100)、(101100)、(111100)、(111010)、(111110)中选择的8个6比特编码串组合而成的48步循环型编码。因此，通过使1个扇区为72度，能够获得具有1.5度分辨率的格雷码。
第2信号检测轨迹35如下设定遮光板35a：使3个信号检测元件8b1～8b3输出根据第1信号检测元件组8a输出的6比特编码串能够获得的分辨率为将1.5度的格雷码分成3份的循环型附加编码串。因此能够获得拥有构成第1信号检测元件组8a的6个信号检测元件8a1～8a6及构成第2检测元件组8b的3个信号检测元件8b1～8b3输出的合计9比特的编码串的，图7所示那样1扇区为72度、分辨率为0.5度的格雷码。
图6和图7表示第1信号检测轨迹34和第1信号检测元件组8a以及第2信号检测轨迹35和第2信号检测元件组8b获得的1个扇区的格雷码模式。图中，signalC(n)～signalC(n+5)分别表示构成第1信号检测元件组8a的6个信号检测元件8a1～8a6各自检测的符号，signalD(n)～signalD(n+2)表示构成第2信号检测元件组8b的3个检测元件8b1～8b3各自检测的符号。如从这些图表能够明白的那样，本例的绝对角检测装置中第1信号检测元件组8a供给的6个符号的组合能够获得的第1编码串为分辨率为1.5度的循环型格雷码。并且，第1信号检测元件组8a供给的构成第1编码串的6个符号以及第2信号检测元件组8b供给的、构成附加编码的3个符号共计9个符号的组合获得的第2编码为分辨率为0.5度的循环型格雷码。因此，在图中没有示出的控制装置中能够根据需要适当地分开使用这些循环型格雷码。
第2编码轮4的第3信号检测轨迹43及与之相对配置的第3信号检测元件组8c以及第4信号检测轨迹44及与之相对配置的第4信号检测元件组8d，是使与第1编码轮3的旋转量相对应的扇区可以识别的元件组，如从图8能够明白的那样，采用每个扇区分配2个不同的格雷码的结构。这是一种即使分辨率为0.5度的格雷码和1.5度的格雷码与用来检测扇区的格雷码之间存在相对的偏移量也可以避免绝对角度的误检测的结构，在实施例中如果能够将偏移量控制在18度以内的话，则能够防止误检测。
图8表示第3信号检测轨迹43和第3信号检测元件组8c以及第4信号检测轨迹44和第4信号检测元件组8d获得的扇区识别用格雷码模式。图中，signalA(n)～signalC(n+4)表示构成第3信号检测元件组8c的5个信号检测元件8c1～8c5各自检测的符号，signalB(n+5)表示构成第4信号检测元件组8d的1个检测元件8d1检测的符号。如从这些图表能够明白的那样，本例的绝对角检测装置中第3信号检测元件组8c供给的5个符号及第4信号检测元件组8d供给的1个符号合计6个符号的组合能够获得的格雷码为60步循环型编码。因此，30个扇区分别可以分配到2个不同的格雷码，如果使72度为1个扇区的话，则能够检测到±1080度(±3圈)的绝对角。
下面说明上述结构的绝对角检测装置的使用例及动作。
在上述结构的绝对角检测装置作为汽车用的转向传感器使用时，转向轴插通到旋转体连接部33内，将旋转体连接部33和转向轴连接成一体，并且利用壳体1上形成的壳体安装突起部13a将外壳固定到汽车的车体等固定部。
当转向轴旋转时，第1编码轮3以转向轴的旋转中心为中心沿转向轴的旋转方向旋转与转向轴的旋转量相等的量，构成第1信号检测元件组8a的6个信号检测元件8a1～8a6输出与信号遮光板34a的排列相对应的6比特编码，而且构成第2信号检测元件组8b的3个检测元件8b1～8b3输出与遮光板35a的排列相对应的3比特编码串。由于图中没有示出的控制装置能够从上述6比特编码串中获得分辨率为1.5度的格雷码，或者能够从上述6比特编码串与上述3比特编码串的组合构成的合计9比特编码串中获得分辨率为0.5度的格雷码，能够进行需要的车载设备的控制，因此可以根据需要用相同的装置选择2个不同分辨率中的某一个检测1圈以内的旋转角。
并且，随着第1编码轮3的旋转，行星齿轮9围绕转向轴的旋转中心公转，而且行星齿轮9由于与壳体1内形成的内齿轮17啮合而自转。并且，该自转传递给与行星齿轮9连接的第2编码轮4，第2编码轮4被以规定的减速比旋转驱动。由此，构成第3信号检测元件组8c的5个信号检测元件8c1～8c5输出与遮光板43a的排列相对应的5比特编码串。而且构成第4信号检测元件组8d的1个检测元件8d1输出与遮光板44a的排列相对应的1比特编码串。图中没有示出的控制装置从上述5比特编码串与上述1比特编码串的组合构成的合计6比特编码串获得30步格雷码，检测进行各扇区的识别的转向轴1扇区以上的旋转。
由于本例的绝对角检测装置可以根据与第1编码轮3的第1信号检测轨迹34相对配置的第1信号检测元件组8a输出的循环型格雷码列或与第1信号检测轨迹34和第2信号检测轨迹35相对配置的第1信号检测元件组8a和第2信号检测元件组8b输出的格雷码的组合形成的循环型格雷码列来检测1圈以内的绝对角，而且根据与相对于第1编码轮3减速旋转的第2编码轮的第3信号检测轨迹43和第4信号检测轨迹相对配置的第3信号检测元件组8c和第4信号检测元件组8d输出的格雷码的组合构成的循环型格雷码列来识别多旋转体的可动范围内的各扇区，因此控制装置可以用同种数字式编码算出1圈以内的绝对角和1圈以上的旋转量。因此，能够简化用来检测多旋转体的绝对角的算法，能够使控制装置小型化，能够使信号处理高速化和绝对角检测装置小型化并降低成本。
而且，由于本例的绝对角检测装置的第1编码轮3和第2编码轮4通过壳体1内形成的内齿轮17及与之啮合的行星齿轮9连接，因此能够用单级获得大的减速比，能够减少零部件的数量，能够降低绝对角检测的成本和使其小型化。并且，由于第1编码轮3和第2编码轮4一直通过上述内齿轮17和上述行星齿轮9连接，因此能够提高绝对角检测装置的安静性。
另外，虽然在上述实施方式例中第1编码轮3上仅形成了2个信号检测轨迹34、35，但也可以形成不少于3个的信号检测轨迹。并且，虽然在本实施方式例中第2编码轮4上形成了2个信号检测轨迹43、44，但也可以仅形成1个信号检测轨迹，而且，可以形成不少于3个的信号检测轨迹。
并且，虽然在上述实施方式例中用遮光板和光电遮断器的组合形成信号检测系统，但本发明的宗旨并不局限于此，也可以用通孔或缺口等光学图形与光电遮断器的组合，磁性图形与磁性检测元件的组合，或者电阻图形与集电电刷等的组合构成。
而且，虽然在上述实施方式例中以使用格雷码作为数字编码时的情况为例进行说明，但本发明的宗旨并不局限于此，也可以使用M编码等其他的数字编码。

Claims (7)

1.一种绝对角检测装置，其特征在于，具备：
第1旋转检测构件，检测在外壳内旋转体的1圈以内的旋转；
第1编码轮，设在该第1旋转检测构件上，并且被固定在上述旋转体上与该旋转体一起旋转；
第2旋转检测构件，检测上述旋转体的1圈以上的旋转；
第2编码轮，设在该第2旋转检测构件上，与上述旋转体的旋转中心同心配置；
内齿轮，在上述外壳的内表面与上述旋转体的旋转中心同心地形成；以及
行星齿轮，与该内齿轮啮合，伴随上述旋转体的旋转进行自转和公转；
在上述第2编码轮和上述行星齿轮中的某一个上设置突起部，在另外一个上设置与上述突起部游动嵌合的孔部或凹部；
在上述行星齿轮的中央设有圆形的开口，在上述第1编码轮上设有与上述开口的内周紧密结合并且与上述旋转体的旋转轴偏心旋转的行星齿轮安装部，当旋转上述第1编码轮时，伴随着与该第1编码轮一体旋转的行星齿轮安装部的旋转，上述行星齿轮一边与上述内齿轮啮合、一边在内齿轮的内周进行自转及公转，通过上述行星齿轮的自转，上述第2编码轮相对于上述第1编码轮减速旋转，并且，上述第1旋转检测构件和上述第2旋转检测构件两者都输出用来获得同一种数字编码的编码串。
2.如权利要求1所述的绝对角检测装置，上述第1编码轮与第2编码轮的各主要面成同一个平面。
3.如权利要求1所述的绝对角检测装置，上述突起部为第2编码轮上形成的多个结合突起，上述孔部或凹部为行星齿轮的开口周围设置的多个环状结合孔。
4.如权利要求1所述的绝对角检测装置，其特征在于，
上述第1编码轮具备从与上述旋转体的旋转轴同心地形成的第3中央开口竖起的圆筒状的旋转体连接部，在上述第3中央开口贯穿并固定上述旋转体；
上述第2编码轮具有与上述旋转体的旋转轴同心地设置的第4中央开口。
5.如权利要求4所述的绝对角检测装置，其特征在于，
上述外壳是将具备了底板的壳体和具备了顶板的盖一体化而构成，其中，上述底板具有第1中央开口，上述顶板具有第2中央开口；
上述内齿轮在上述底板的内面与该第1中央开口同心地形成。
6.如权利要求1所述的绝对角检测装置，其特征在于，
根据将从上述第1旋转检测构件输出的第1编码串和从上述第2旋转检测构件输出的第2编码串组合而构成的第3编码串来检测角度。
7.如权利要求6所述的绝对角检测装置，其特征在于，
从上述第1编码轮和第2编码轮的各自的一个面突出设置有多个遮光板；
在上述外壳内设有电路板，在该电路板上配置与上述遮光板相对置的多个信号检测元件；
上述第2编码轮的第4中央开口可以使上述第1编码轮插入通过。
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