CN103648888A - 用于测量绝对的转动角度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量绝对的转动角度的方法以及一种相关的装置。在这种装置中,转动元件与转换器共同作用,所述转换器将所述转动元件的转动运动转换成所述转换器的直线或曲线运动。测量所述转换器的根据所述转动元件的转动运动所走过的位移并且将所述位移作为用于所述绝对的转动角度的度量来使用。以此方式可在无大的附加投入的情况下无缺陷地检测尤其是>360°的角度。相关的装置具有相应的测量系统,所述测量系统具有分析处理单元。

Description

用于测量绝对的转动角度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在转动元件与转换器共同作用的系统中测量绝对的转动角度的方法,所述转换器将转动元件的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动。
本发明尤其是涉及一种用于在转向系统中测量绝对的转向角度的方法,在所述转向系统中,与方向盘连接的转向轴与转换器共同作用,所述转换器将转向轴的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动。
另外,本发明涉及一种相应的装置、尤其是转向系统。
背景技术
在转向系统中,尤其是在方向盘与转向轮之间不存在连贯的机械连接的转向系统中,必须执行转向角度测量。在不具有连贯的机械连接的转向系统中,所述连接例如以液压方式来实现。在此存在这样的实施形式,在所述实施形式中,液压连接或者持久地作用或者仅在应急情况中用作备用模式。例如在此在转向装置的与方向盘连接的上部分上可存在主动缸,所述主动缸在每个端部上具有孔。这些孔与类似的缸(转向缸)这样连接,使得形成液压回路。主动缸中的活塞通过方向盘的以及由此转向轴的转动通过合适的转向传动装置、例如滚珠丝杠传动机构运动并且以此方式在一个方向或另一个方向上使液压流体移动。通过这种移动,转向缸中的活塞运动,所述活塞于是引起车轮角度的调节。由此,根据方向盘角度调节转向角度。
一般来讲存在在整个测量范围上、即也在多转上绝对地获取/检测转向角度(方向盘角度)的要求。已经公知,这借助于角度传感器来执行。但因为所述角度传感器仅分别获取一转,所以需要附加措施例如用于存储。为了避免例如在供给装置故障时绝对位置或者说转信息丢失或错误地存储,在汽车应用中机械存储器通常是被唯一接受的解决方案。在这些用于绝对地测量方向盘角度的解决方案中于是强制地使用传动装置,所述传动装置持久地或暂时地作用。但这导致不期望地产生机械噪声以及导致磨损。此外,由此造成附加成本。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种用于测量绝对的转动角度的方法,所述方法可以以特别简单且成本低廉的方式来实现。
根据本发明,在开头所述类型的方法中,所述目的这样来实现:测量转换器的根据转动元件的转动运动所走过的位移并且将所述位移作为用于绝对的转动角度的度量来使用。
由此,根据本发明,为了测量绝对的转动角度,执行纯粹的位移测量,确切地说这借助于在系统中本来就存在或附加地安装的转换器来实现,所述转换器与转动元件共同作用并且将转动元件的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动。根据本发明来测量或者说获取转换器的这种运动并且将这种运动作为用于绝对的转动角度的度量来使用。由此,以此方式毫无问题地也获取转动元件的多重转,所述多重转的特征在于转换器的较长的位移段并且可通过根据本发明执行的纯粹的位移测量毫无问题地获取,而在此不必使用附加装置如传动装置等。因此,除了执行位移测量所需的机构之外,在根据本发明的方法中可动用所述装置的现有部分,由此,根据本发明的方法可以以简单且成本低廉的方式来实现。
由转换器所走过的位移作为用于绝对的转动角度的度量来使用。换言之,确定的位移段配置给确定的转动角度,由此,由所测量的位移段可毫无问题地求得相应的转动角度。这种求得也可在转动元件的多重转的情况下无缺陷地执行。
为了执行由转换器所走过的位移的测量,可使用公知的测量方法,例如可使用感应式、电容式或光学式方法。例如可用磁方式获取转换器的运动。
在扩展构型中,本发明涉及一种用于在转向系统中测量绝对的转向角度的方法,在所述转向系统中,与方向盘连接的转向轴与转换器共同作用,所述转换器将转向轴的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动,其中,测量转换器的根据转向轴的转动运动所走过的位移并且将所述位移作为用于绝对的转向角度的度量来使用。
在根据本发明的方法的扩展构型中,除了测量转换器的位移还测量转动元件的转动。在此,根据本发明执行的位移测量与<360°范围内的绝对的角度测量相组合,以便改善精度和分辨率。在此特别优选这样的实施形式,在该实施形式中,借助于测量转换器的位移来测量转动元件的完整转并且借助于测量转动元件的转动来测量非完整转。如果例如转动元件转动了两个完整转和半转,则通过位移测量获取两个完整转,借助于转动元件的转动测量(角度测量)求得附加的半转,由此,于是获取总共2.5转。当然,根据本发明也可进行其它范围划分。例如全部180°的转动通过位移测量来求得,而其余剩下的转动角度借助于获取转动元件的转动角度来获取。
在根据本发明的方法中例如使用转向系统的主动缸的与转向轴连接的活塞作为转换器。这种液压转向系统在开头已经描述。转向轴在此通过合适的转向传动装置、例如滚珠丝杠传动机构与主动缸的活塞连接,由此,活塞在方向盘转动时在主动缸中执行直线运动,视运动方向而定将液压流体从主动缸的一个腔中排挤出来。在此,通过获取所述主动缸的活塞的位移来执行根据本发明的方法。如已所述,在此也可附加地获取转向轴的转动,以便允许组合测量。
另外,本发明涉及一种装置,在所述装置中,转动元件与转换器共同作用,所述转换器将转动元件的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动。根据本发明,所述装置的特征在于:转换器具有目标,所述目标与至少一个位移传感器共同作用;所述装置具有分析处理单元,所述分析处理单元获取由位移传感器测量的位移并且将其作为转动角度进行分析处理。
在此使用的概念“目标”应包括其运动可被传感地获取的装置。这种目标、编码器等对于专业人员已经公知。所述目标与静止设置的位移传感器共同作用。因此例如转换器可设置有磁性目标或经磁编码的比例尺,其位置通过至少一个磁场传感器获取。基于感应式、电容式、光学式和其它方法的目标/编码器和相关传感器当然也是合适的。因此,本发明不仅覆盖有源的目标而且覆盖无源的目标。
所述装置具有分析处理单元,所述分析处理单元获取由位移传感器产生的信号(所测量的位移)并且相应地对所述信号进行分析处理以便求得转动角度(绝对角度)。
在本发明的扩展构型中,本发明涉及构造成转向系统的装置,其中,与方向盘连接的转向轴作为转动元件与转换器共同作用,所述转换器将转向轴的转动运动转换成转换器的直线或曲线运动。
附加地,根据本发明构造的装置可具有设置在转动元件上的目标,所述目标与角度传感器共同作用;分析处理单元可这样构造,使得所述分析处理单元附加地获取转动元件的由角度传感器测量的转动角度并且将其作为转动角度进行分析处理。以此方式可改善通过位移传感器执行的角度测量的精度或者说分辨率。在此优选分析处理单元这样构造,使得所述分析处理单元通过位移传感器的信号仅获取转动元件的完整转并且通过角度传感器的信号获取转动元件的非完整转。位移传感器和角度传感器的这种组合的处理方式在前面已经描述。
转换器优选是转向系统的主动缸的与转向轴连接的活塞。在此,转向轴与主动缸的活塞尤其是通过滚珠丝杠传动机构连接。根据本发明构造的转向系统优选具有三个并排地设置的位移传感器,所述位移传感器获取转换器的位移、特别是转向系统的主动缸的活塞的位移。视待执行的测量的范围或者说相应的范围划分的而定,当然也可设置其它数量的位移传感器。
在本发明的另一个实施形式中,目标在端侧设置在转动元件(转向轴)的端部上,位移传感器设置在转动元件(转向轴)的延长线上。
在前面描述的装置或转向系统中出发点在于,所述装置或转向系统具有转换器,所述转换器将转动元件或者说转向轴的转动运动转换成直线或曲线运动。但这种转换器不必本来就存在于这种装置或者说这种转向系统中。而是所述转换器也可有目的地根据本发明来安装,以便可执行根据本发明的角度测量。
在上述说明中出发点在于,目标设置在转动元件上并且相关位移传感器和/或角度传感器静止地设置。本发明当然也覆盖相反情况,即目标静止并且传感器运动。重要的仅在于,目标(编码器)与传感器之间进行相对运动。
已经提及,作为目标可使用所谓的有源的或无源的目标。这种目标或编码器例如也包括齿、栓,主要是隆起部或凹陷部。
另外应再次强调的是,转换器的位移测量与转动元件的角度测量之间的范围划分可以是任意的。
附图说明
下面借助于实施例结合附图详细描述本发明。附图表示:
图1示出转向系统的示意性视图;
图2示出图1的根据第一实施形式的转向系统的一部分的示意性视图;以及
图3示出第二实施形式的图1中所示的转向系统的一部分的示意性视图。
具体实施方式
图1中示意性示出的转向系统涉及液压转向系统,在所述液压转向系统中在方向盘与转向轮之间不存在连贯的机械连接,而是所述机械连接通过液压连接而中断。转向系统具有方向盘1,所述方向盘与转向轴2连接。转向轴2通过滚珠丝杠传动机构与活塞4连接,所述活塞设置在主动缸3中。通过在一个方向上或在另一个方向上转动方向盘1,主动缸3中的活塞4在主动缸内部这样运动,使得主动缸的两个腔中的液压流体体积减小或增大。液压流体由此通过管路5输送给转向缸6,所述转向缸具有活塞8。活塞8又通过滚珠丝杠传动机构与活塞杆连接,所述活塞杆引起车轮7的转向运动。
与主动缸3相邻地并排地设置有三个位移传感器9,所述位移传感器获取活塞4在主动缸3中的运动。在此涉及磁场传感器9,所述磁场传感器探测活塞4中的磁性目标10的运动。另外,转向系统具有角度传感器11,所述角度传感器与转向轴2相邻地设置并且与设置在转向轴上的目标12共同作用。在转向轴转动时,角度传感器11获取转向轴的转动角度。
传感器9、11通过未示出的导线与合适的分析处理单元(未示出)连接,所述分析处理单元以上述方式分析处理传感器的相应信号用于确定绝对的转向角度。
图2示出了图1的转向系统的一部分的示意性视图,其中,在该实施形式中没有设置用于获取转向轴2的转动的角度传感器。从图中看到,与方向盘1连接的转向轴2延伸穿过主动缸3并且通过滚珠丝杠传动机构与活塞4连接。通过转动方向盘1和转向轴2,活塞4在主动缸3中往复运动,如通过箭头所示。在与主动缸3相邻地设置的印制电路板上存在三个位移传感器9(磁场传感器),所述位移传感器与设置在活塞4中的磁性目标10共同作用并且以此方式获取活塞4在主动缸3中的直线运动。没有示出位移传感器9与分析处理单元的相应的连接导线。
图3示出了与图2相应的实施形式,区别在于,在此附加地设置有角度传感器11,所述角度传感器通过设置在转向轴2上的磁性目标12获取转向轴2的转动。位移传感器9在此例如仅获取与活塞4的确定的位移段相应的确定的角度范围,而转向轴2的转动的<360°的角度由角度传感器11获取,所述角度传感器与目标12共同作用。在此也没有示出传感器9、11到所设置的分析处理单元的连接导线。

Claims (14)

1.一种用于在转动元件与转换器共同作用的系统中测量绝对的转动角度的方法,所述转换器将所述转动元件的转动运动转换成所述转换器的直线或曲线运动,其特征在于:测量所述转换器的根据所述转动元件的转动运动所走过的位移并且将所述位移作为用于所述绝对的转动角度的度量来使用。
2.根据权利要求1的方法,该方法用于在转向系统中测量绝对的转向角度,在所述转向系统中,与方向盘连接的转向轴与转换器共同作用,所述转换器将所述转向轴的转动运动转换成所述转换器的直线或曲线运动,其特征在于:测量所述转换器的根据所述转向轴的转动运动所走过的位移并且将所述位移作为用于所述绝对的转向角度的度量来使用。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于:除了测量所述转换器的位移,还测量所述转动元件的转动。
4.根据权利要求1至3之一的方法,其特征在于:借助于测量所述转换器的位移来测量所述转动元件的完整转,并且借助于测量所述转动元件的转动来测量所述转动元件的非完整转。
5.根据权利要求2至4之一的方法,其特征在于:使用所述转向系统的主动缸的与所述转向轴连接的活塞作为所述转换器。
6.一种装置,在所述装置中,转动元件与转换器共同作用,所述转换器将所述转动元件的转动运动转换成所述转换器的直线或曲线运动,其特征在于:所述转换器具有目标(10),所述目标与至少一个位移传感器(9)共同作用;所述装置具有分析处理单元,所述分析处理单元获取由所述位移传感器(9)测量的位移并且将其作为转动角度进行分析处理。
7.根据权利要求6的装置,所述装置构造成转向系统,其特征在于:与方向盘(1)连接的转向轴(2)作为转动元件与转换器共同作用,所述转换器将所述转向轴(2)的转动运动转换成所述转换器的直线或曲线运动。
8.根据权利要求6或7的装置,其特征在于:所述装置附加地具有设置在所述转动元件上的目标(12),所述目标与静止的角度传感器(11)共同作用;所述分析处理单元这样构造,使得所述分析处理单元附加地获取所述转动元件的由所述角度传感器(11)测量的转动角度并且将其作为绝对角度进行分析处理。
9.根据权利要求6至8之一的装置,其特征在于:所述分析处理单元这样构造,使得通过所述位移传感器(9)的信号仅获取所述转动元件的完整转并且通过所述角度传感器(11)的信号获取所述转动元件的非完整转。
10.根据权利要求7至9之一的装置,其特征在于:所述转换器是所述转向系统的主动缸(3)的与所述转向轴(2)连接的活塞(4)。
11.根据权利要求10的装置,其特征在于:所述转向轴(2)与所述主动缸(3)的活塞(4)通过滚珠丝杠传动机构连接。
12.根据权利要求6至11之一的装置,其特征在于:所述装置具有三个并排地设置的位移传感器(9)。
13.根据权利要求6至12之一的装置,其特征在于:所述目标在端侧设置在所述转动元件的端部上,所述位移传感器设置在所述转动元件的延长线上。
14.根据权利要求6至13之一的装置,其特征在于:所述目标构造成有源的或无源的目标。
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