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1. Gebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Lenkwinkelsensor, der einen Rotationswinkel einer
in einem Fahrzeug montierten Lenkung erfasst, und insbesondere auf
eine Technologie zum Verbessern der Genauigkeit der Erfassung.
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Als herkömmliches Beispiel eines in
einem Fahrzeug montierten Lenkwinkelsensors gibt es eine Art, die
ein System einsetzt, in welchem ein Zahnrad mit großem Durchmesser
koaxial zu einer Lenkung angeordnet ist, und ferner ein Zahnrad
mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist, das mit dem Zahnrad mit
großem
Durchmesser kämmt,
und ein Rotationswinkel dieses Zahnrades mit kleinem Durchmesser wird
erfasst.
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Wie in 1 gezeigt
rotiert das Zahnrad 102 mit großem Durchmesser, wenn die Lenkwelle 101 rotiert,
und das mit diesem kämmende
Zahnrad 103 mit kleinem Durchmesser wird in Drehrichtung
angetrieben. Zusätzlich
ist ein Magnet 104 im Zentrum des Zahnrades 103 mit kleinem
Durchmesser vorgesehen, und ferner ist ein Hall-IC 105 in
der Nähe
des Magneten 104 angeordnet. Somit kann die Richtung des
Magneten 104 durch den Hall-IC 105 erfasst werden,
und somit kann gegebenenfalls der Rotationswinkel des Zahnrades 103 mit
kleinem Durchmesser erfasst werden.
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Dementsprechend kann der Rotationswinkel der
Lenkwelle 101 basierend auf den Ausgangssignalen des Hall-IC 105 berechnet
werden.
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Allerdings ist bei einem derart aufgebauten Lenkwinkelsensor
die Anzahl der Zähne
des Zahnrades 102 mit kleinem Durchmesser geringer als
diejenige des Zahnrades 102 mit großem Durchmesser, wobei das
Anzahlverhältnis
beispielsweise 1:4 beträgt.
Darüber
hinaus ist in der Lenkwelle 101 der Gesamtlenkwinkel weniger
als näherungsweise
4 Umdrehungen, und daher wird das Zahnrad 103 mit dem kleinen
Durchmesser insgesamt näherungsweise
15 Umdrehungen ausführen.
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Obgleich folglich der Hall-IC 105 den
Rotationswinkel des Zahnrades 104 mit kleinem Durchmesser
erfassen kann, kann der Hall-IC 105 nicht die absolute
Position der Lenkwelle 101 erkennen, das heißt kann
nicht erkennen, wie viele Umdrehungen das Zahnrad 103 mit
kleinem Durchmesser von den insgesamt 15 Umdrehungen vollzogen hat.
Daher besitzt der herkömmliche
Lenkwinkelsensor einen Nachteil, dass der Sensor den Lenkwinkel
unter Bezug auf einen Lenkwinkel der Lenkwelle 101 von
0 Grad erfassen muss, das heißt
unter Bezug auf eine Geradeausposition des Fahrzeugs, was es unmöglich macht,
den Lenkwinkel zu erfassen, bis ein Bezugspositionssignal zum Anzeigen,
dass das Fahrzeug in einer Geradeausposition ist, von dem Fahrzeug
ausgegeben wird.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde
ferner ein Verfahren vorgeschlagen, Veränderungen des Lenkwinkels kontinuierlich
zu überwachen,
indem der Lenkwinkelsensor mit Energie beaufschlagt wird, selbst
wenn der Zündschalter
des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Dieses Verfahren hat allerdings
ein Problem verursacht, dass ein schwere Last auf eine Batterie aufgebracht
wird, da elektrische Energie verbraucht wird, selbst wenn der Zündschalter
ausgeschaltet ist.
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Wie oben beschrieben besaß der herkömmliche
Lenkwinkelsensor das Problem, dass der Sensor den Lenkwinkel nicht
erfassen kann, bis die Geradeausposition des Fahrzeugs erfasst ist.
Ferner besitzt das Verfahren, in welchem der Lenkwinkelsensor mit
Energie beaufschlagt ist, selbst wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist,
einen Nachteil, dass das Verfahren unpraktisch war, da mehr elektrische Energie
verbraucht wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um
die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lenkwinkelsensor
bereitzustellen, der zum Erfassen eines Lenkwinkels eines Fahrzeugs
mit einem einfachen Verfahren in der Lage ist.
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Um diese Aufgabe zu lösen, stellt
die vorliegende Erfindung einen Lenkwinkelsensor bereit, umfassend
ein erstes Zahnrad, das in Synchronisation mit einer Lenkwelle rotiert,
ein zweites Zahnrad, das in Synchronisation mit dem ersten Zahnrad
bei einer schnelleren Drehzahl als der Drehzahl des ersten Zahnrades
rotiert, einen Kleinwinkelerfassungsmagneten, der an dem zweiten
Zahnrad vorgesehen ist und zusammen mit dem zweiten Zahnrad rotiert,
einen Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor, der in der Nähe dessen
angeordnet ist, wo das zweite Zahnrad befestigt ist, und dazu ausgelegt
ist, eine magnetische Feldlinie des Kleinwinkelerfassungsmagneten zu
erfassen, ein drittes Zahnrad, das bei einer geringeren Drehzahl
als der Drehzahl des zweiten Zahnrades in Synchronisation mit dem
ersten Zahnrad rotiert, einen Großwinkelerfassungsmagneten,
der an dem dritten Zahnrad vorgesehen ist und zusammen mit dem dritten
Zahnrad rotiert, und einen Großwinkelerfassungsmagnetsensor,
der in einer Nähe
dessen angeordnet ist, wo das dritte Zahnrad befestigt ist, und
dazu ausgelegt ist, eine magnetische Feldlinie des Großwinkelerfassungsmagneten
zu erfassen, wobei ein Rotationswinkel der Lenkwelle basierend auf
Winkeldaten berechnet wird, die in dem Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor
und dem Großwinkelerfassungsmagnetsensor
erfasst werden.
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Der Lenkwinkelsensor kann derart
aufgebaut sein, dass der Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor ein periodisches
Signal einer Dreieckwelle begleitet durch eine Rotationsbewegung
des zweiten Zahnrades zuführt,
und dass der Großwinkelerfassungsmagnetsensor
ein periodisches Signal einer Dreieckwelle begleitet durcheine Rotationsbewegung
des dritten Zahnrades zuführt,
wobei das periodische Signal eine längere Periode besitzt als eine
Periode des periodischen Signals, das durch den Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor
zugeführt
wird.
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Der Lenkwinkelsensor kann derart
aufgebaut sein, dass die Erfassungsdaten von dem Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor
und die Erfassungsdaten von dem Großwinkelerfassungsmagnetsensor
unterschiedlich voneinander eingestellt sind in Übereinstimmung mit einer absoluten
Winkelposition der Lenkwelle.
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Der Lenkwinkelsensor kann derart
aufgebaut sein, dass ein Signal, in welchem eine Gradiente eines
durch den Großwinkelerfassungsmagnetsensor erfassten
Erfassungswerts mit einer Gradiente eines durch den Kleinwinkelerfassungsmagnetsensors
erfassten Erfassungswerts zusammentrifft, als ein Umwandlungssignal
erzeugt wird, und dass ein Unterschied zwischen dem Umwandlungssignal
und einem Erfassungsergebnis von dem Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor
berechnet wird, und es wird bestimmt, zu welcher Periode in einer
von dem Großwinkelerfassungsmagnetsensor
zugeführten,
periodischen Wellenform ein absoluter Lenkwinkel der Lenkwelle gehört, in Übereinstimmung
mit dem Rest, wenn ein Wert des Unterschieds durch eine vorbestimmte
Anzahl von Schritten geteilt wird.
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Aufbau eines herkömmlichen Lenkwinkelsensors zeigt.
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2 ist
eine Aufbauansicht, die schematisch einen Lenkwinkelsensor gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem des Lenkwinkelsensors gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Magneten und einem
Magnetsensor zeigt.
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5 ist
ein charakteristisches Diagramm, das ein Ausgangssignal s1 eines
Magnetsensors 11, ein Ausgangssignal s2 eines Magnetsensors 13 und ein
Umwandlungssignal s2' in
Bezug auf einen Lenkwinkel einer Lenkwelle zeigt.
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6 ist
ein charakteristisches Diagramm, das die Erfassungsgenauigkeit durch
den Magnetsensor 11 zeigt.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Lenkwinkelsensors gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist
ein erläuterndes
Diagramm, welches das in 5 gezeigte,
charakteristische Diagramm im Detail zeigt.
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9 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das eine Beziehung zwischen t und j zeigt.
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10 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Lenkwinkelsensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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2 ist
eine Aufbauansicht, die schematisch einen Lenkwinkelsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt,
ist dieser Lenkwinkelsensor 1 in einem Gehäuse 8 aufgenommen
und umfasst ein Zahnrad (erstes Zahnrad) 3, das in Synchronisation
mit einer in einem Fahrzeug montierten Lenkwelle 2 rotiert,
ein Zahnrad (zweites Zahnrad) 4, das mit dem Zahnrad 3 kämmt und
in Synchronisation damit rotiert, und ein Zahnrad 5, das
mit dem Zahnrad 3 kämmt
und in Synchronisation mit diesem rotiert.
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Darüber hinaus umfasst der Lenkwinkelsensor 1 ein
Zahnrad 6, das koaxial mit dem Zahnrad 5 gekoppelt
ist und einen geringeren Durchmesser besitzt als das Zahnrad 5,
und ein Zahnrad (drittes Zahnrad) 7, das mit dem Zahnrad 6 kämmt. Die Zahnräder 3 bis 7 sind
jeweils an einer Platte 9 angeordnet.
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Ein Magnet (Kleinwinkelerfassungsmagnet) 10 mit
2-Polmagnetisierung
ist im Zentrum des Zahnrades 4 vorgesehen. Darüber hinaus
ist ein Magnetsensor (Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor) 11 zum
Erfassen der Richtung einer magnetischen Feldlinie des Magneten 10 an
der Platte 9 in der Nähe dessen
vorgesehen, wo der Magnet 10 vorgesehen ist.
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In ähnlicher Weise ist ein Magnet
(Großwinkelerfassungsmagnet) 12 mit
2-Polmagnetisierung im Zentrum des Zahnrades 7 vorgesehen,
und ein Magnetsensor (Großwinkelerfassungsmagnetsensor)
13 zum Erfassen der Richtung einer magnetischen Feldlinie des Magneten 12 ist
an der Platte 9 in der Nähe dessen vorgesehen, wo der
Magnet 12 befestigt ist.
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3 ist
ein Blockdiagramm, welches das Steuersystem des Lenkwinkelsensors 1 zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, sind die jeweiligen Magnetsensoren 11 und 13 mit
der Steuereinheit 14 gekoppelt. In der Steuereinheit 14 wird
der Rotationswinkel der Lenkwelle 2 basierend auf Erfassungssignalen berechnet,
die von den Magnetsensoren 11 und 13 zugeführt werden.
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche eine Positionsbeziehung zwischen dem Magneten 10 oder 12 und
dem Magnetsensor 11 oder 13 zeigt. Wenn der Magnet 10 oder 12 rotiert,
falls das Zahnrad 4 oder 7 rotiert, erfasst der
Magnetsensor 11 oder 13, welcher dem Magneten 10 oder 12 zugewandt
ist, die Richtung dieser Rotation. Daher können die Rotationswinkel der
Zahnräder 4 und 7 basierend
auf den Ausgangssignalen von den Magnetsensoren 11 und 13 berechnet
werden.
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Jeder der Magnetsensoren 11 und 13 ist dazu
ausgelegt, 360 [de g] einer Rotation durch 2b zu dividieren
und digitale Signale der dividierten Winkel zuzuführen. Ein
Zahnradgeschwindigkeitsverhältnis zwischen
Zahnrad 3 und Zahnrad 4 und ein Zahnradgeschwindigkeitsverhältnis des
Zahnrades 3 gegenüber
dem Zahnrad 7 (mit den dazwischen eingelegten Zahnrädern 5 und 6)
werden wie folgt eingestellt.
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Die jeweiligen Perioden cl und c2
der Magnetsensoren 11 und 13 können durch folgende Gleichungen
(1) und (2) berechnet werden: c1 = rez·2b = 360/i1 (1) c2 = 360/i2 (2)wobei "rez" das Auflösungsvermögen (Winkelschritt des
Magnetsensors 11) des Lenkwinkelsensors 1 ist, "b" ist die Anzahl von Bits der Magnetsensoren 11 und 13,
i1 und i2 sind Geschwindigkeitsverhältnisse der Zahnräder 4 bzw.
7 in Bezug auf das Zahnrad 3, und c1 und c2 sind Perioden
der Magnetsensoren 11 bzw. 13 in Bezug auf das Zahnrad 3.
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Um die Ausgänge der Magnetsensoren 1 und 13 in
einem Bereich des Lenkwinkels eindeutig zu kombinieren, sind die
Perioden der zwei Magnetsensoren 11 und 13 derart
eingestellt, dass sie die Bedingungen von Gleichung (3) erfüllen: (kleinstes gemeinsames Vielfaches
von c1 und c2) > (Lenkwinkelbereich) (3)
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Beispielsweise in dem Fall, in welchem
das Auflösungsvermögen auf
1 [deg] eingestellt ist, ist die Anzahl von Bits des Magnetsensors 11 oder 13 auf
6 eingestellt, und der Lenkwinkelbereich ist auf ± 1080 [deg]
eingestellt, falls das Geschwindigkeitsverhältnis i2 des Zahnrades 7 auf "2" eingestellt ist, wird die Periode cl
des Magnetsensors 11 64 [deg] und die Periode
c2 des Magnetsensors 13 wird 180 [deg]. In diesem Falle
wird das Geschwindigkeitsverhältnis
i1 des Zahnrades 4 5,625 (= 360/64), und das Geschwindigkeitsverhältnis i2
des Zahnrades 7 wird 2 (= 360/180).
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Das kleinste gemeinsame Vielfache
dieser Perioden wird 2880 [deg], was ein Wert ist, der einen üblichen
Lenkwinkelbereich (± 1080
[deg]) eines Automobils erfüllt.
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Veränderungen der Ausgangssignale
von den Magnetsensoren 11 und 13 in dem gesamten Lenkwinkelbereich
sind für
diesen Fall in 5 gezeigt.
Darüber
hinaus ist in 6 ein
detailliertes Diagramm davon gezeigt.
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Wie in 5 gezeigt,
wird das Ausgangssignal s2 von dem Magnetsensor 13 in eine
Periode von 180 [deg] in einer Sägezahnform
(Dreieckwellenform) verändert.
Die Anzahl von Perioden (Anzahl der Sägezahn-förmigen Wellen) dieses Ausgangssignals
s2 ist auf x2 (16 in diesem Beispiel) eingestellt. Gleichzeitig
wird das Ausgangssignal des Magnetsensors 11. in eine Periode
von 64 [deg] in einer Sägezahnform
verändert.
Die Anzahl von Perioden dieses Referenzsignals s1 ist auf x1 (45
in diesem Beispiel) eingestellt.
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Ferner, wie durch die vorstehende
Gleichung (3) ausgedrückt,
ist das kleinste gemeinsame Vielfache von cl (64 [deg]) und c2 (180
[deg]) auf 1080 [deg] oder mehr (beispielsweise 2880 [deg]) eingestellt.
Daher gibt es unter den jeweiligen Lenkwinkeln der Lenkwelle 2 eine
Winkelposition, in welcher das Ausgangssignal von dem Magnetsensor 11 und
das Ausgangssignal von dem Magnetsensor 13 identisch zueinander
werden. In anderen Worten, falls die Ausgangssignale von den Magnetsensoren 11 und 13 erhalten
werden, wird der Lenkwinkel der Lenkwelle 2 eindeutig definiert
sein.
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6 ist
ein erläuterndes
Diagramm, welches die Erfassungsgenauigkeit der Lenkwinkel durch
die Magnetsensoren 11 und 13 zeigt, wobei die jeweiligen
Perioden der Ausgangssignale von dem Magnetsensor 11 in
Bezug auf das Ausgangssignal von dem Magnetsensor 13 gezeigt
sind. Genauer gesagt, zeigen die Sensoren 11-0 bis 11-15 die
Ausgangssignal-Wellenformen s1 des Magnetsensors 11, welche
dem ersten bis sechzehnten Dreieck der Ausgangssignal-Wellenform s2 des
Magnetsensors 13 entsprechen, die in 5 gezeigt ist. Ferner fallen der Anstiegspunkt
der Wellenform s1 (für
drei Dreiecke der Wellenform s1) entsprechend dem ersten Dreieck
der Wellenform s2 und der Anstiegspunkt der Wellenform s2 miteinander
zusammen. Daher beginnt die Ausgangssignal-Wellenform des Sensors 11-0
im Ursprung (0,0).
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Zusätzlich, in dem Fall, in welchem
der Erfassungspunkt des Lenkwinkels durch den Magnetsensor 13 3
[de g] beträgt
und ein Genauigkeitsbereich in diesem Fall in einem durch "A" in der Zeichnung gezeigten Bereich
vorhanden ist, falls ein Erfassungsfehler durch den Magnetsensor 11 größer ist als "q", kann das Ausgangssignal von dem Magnetsensor 13 nicht
mit dem Ausgangssignal von dem Magnetsensor 11 in Übereinstimmung
gebracht werden. Genauer gesagt, wird es in dem in dem Diagramm
gezeigten Beispiel unmöglich,
zu erkennen, ob das Ausgangssignal das Signal des Sensors 11-5 oder 11-10 ist,
und dementsprechend können
der Magnetsensor 13 und der Magnetsensor 11 nicht
eindeutig einander entsprechen.
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Der Bereich q, in welchem es möglich ist, eine
Beziehung zwischen den Ausgängen
der Perioden des Magnetsensors 11, die benachbart zueinander
sind, im Genauigkeitsbereich "A" dieses Magnetsensors 13 zu
erkennen, kann durch die folgende Gleichung (4) berechnet werden: q = {2b-x1 (Genauigkeitsbereich
[LSB] des Magnetsensors 13)}/x2 (4)
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Falls dieser erkennbare Bereich q
größer als 1
ist, wird die vorgenannte, eindeutige Definition ermöglicht sein.
In diesem Falle, falls ein Modus zum Berechnen eines Absolutwerts
basierend auf dem Ausgangswert des Magnetsensors eingesetzt wird, wird
der erkennbare Bereich q vermindert werden. Daher ist diese Ausführungsform
dazu ausgelegt, den Anstiegspunkt in dem Magnetsensor 13 zu
erfassen, um den erkennbaren Bereich q zu vergrößern, und diese Ausführungsform
ist eingestellt, um die Erfassung einer genaueren Lenkwinkelposition
durch Ausschließen
eines digitalen Fehlers zu ermöglichen.
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Diese Fehlerspanne trägt allerdings
erheblich zu der Genauigkeit des Magnetsensors 13 bei. Falls
somit ein genauer Magnetsensor verwendet wird, ist es nicht erforderlich,
die in Gleichung (4) gezeigte Bedingung und das Verfahren zum Erfassen des
Anstiegspunktes einzusetzen. Zusätzlich
tragen die Anzahl von Bits b und das Auflösungsvermögen des Magnetsensors 13 in ähnlicher
Weise zu dem Genauigkeitsbereich bei. Wenn der Genauigkeitsbereich
des Magnetsensors 13 auf 1 [LSB] in dem zuvor genannten
Beispiel eingestellt ist, wird der Wert von q "1,1875 (>1)",
was all die Bedingungen erfüllt.
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Als nächstes wird der Betrieb dieser
Ausführungsform,
die wie oben beschrieben aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf das
in 7 gezeigte Flussdiagramm
erläutert.
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Beim Start des Lenkwinkelerfassungsvorganges
der Lenkwelle 2 wird der Rotationswinkel des Zahnrades 3 durch
den Magnetsensor 11 erfasst (Schritt ST1), und dieses Erfassungssignal
wird zu der Steuereinheit 14 zugeführt.
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Danach bestimmt die Steuereinheit 14,
ob der absolute Lenkwinkel der Lenkwelle 2 basierend auf
diesem Erfassungssignal berechnet werden kann (Schritt ST2). Wenn
der absolute Lenkwinkel unbekannt ist (JA im Schritt ST2), wird
der Rotationswinkel des Zahnrades 7 erfasst, der durch
den Magnetsensor 13 erfasst wird (Schritt ST3).
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Danach wird der absolute Lenkwinkel
der Lenkwelle 2 basierend auf den Erfassungssignalen der
Magnetsensoren 11 und 13 berechnet (Schritt ST4).
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In diesem Falle, falls die Ausgangssignale der
Magnetsensoren 11 und 13 erhalten sind, kann der
Lenkwinkel eindeutig berechnet werden, und daher kann der absolute
Lenkwinkel der Lenkwelle 2 sicher und genau erfasst werden.
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Wie oben beschrieben ist der Lenkwinkelsensor 1 gemäß der ersten
Ausführungsform
derart aufgebaut, dass das Zahnrad (zweite Zahnrad) 4 und das
Zahnrad (dritte Zahnrad) 7, die in Synchronisation mit
dem Zahnrad (ersten Zahnrad) 3 rotieren, angeordnet sind,
die Rotationswinkel der Zahnräder werden
erfasst, und der Lenkwinkel der Lenkwelle 2 basierend auf
diesen Erfassungswerten berechnet. Daher wird es ermöglicht,
eine genaue Lenkwinkelposition selbst bei einer geringen Winkelveränderung zu
erfassen.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform
beschrieben. Da der Vorrichtungsaufbau der zweiten Ausführungsform ähnlich zu
demjenigen der in 1 gezeigten,
schematischen Ansicht und dem in 3 gezeigten
Blockdiagramm ist, wird eine Beschreibung dessen weggelassen.
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Als erstes wird das Prinzip der zweiten
Ausführungsform
beschrieben.
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In dieser Ausführungsform sind, ähnlich wie in
der vorherigen ersten Ausführungsform,
die Geschwindigkeitsverhältnisse
der Zahnräder 4 und 7 als i1
bzw. als i2 definiert. Wie in 5 gezeigt
ist das Ausgangssignal des Magnetsensors 11 als das Winkelsignal
s1 definiert und das Ausgangssignal des Magnetsensors 13 ist
als das Bezugssignal s2 definiert.
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Das Signal s2' (nachfolgend als Umwandlungssignal
s2' bezeichnet),
das durch derartiges Umwandeln des Bezugssignals s2 erhalten ist,
dass eine Gradiente identisch zu derjenigen des Winkelsignals s1
gegeben ist, wird durch folgende Gleichung (11) berechnet: s2' = s2·i1/i2 (11)
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Anschließend wird ein Unterschied zwischen dem
durch Gleichung (11) berechneten Umwandlungssignal s2' und dem Winkelsignal
s1 berechnet, und das Ergebnis wird als ein Signal sig0 definiert. Genauer
gesagt, wird die Berechnung gemäß folgender
Gleichung (12) durchgeführt.
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sig0 = s2' – s1 (12)
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Anschließend wird diese Wellenform
sig0 die Wellenform Sa1, die in der Form einer Treppe, wie in 8 gezeigt, erhöht ist.
Darüber
hinaus ist, wie oben beschrieben, das Bezugssignal s2 nicht ein Mehrfaches
des Winkelsignals s1. Daher wird die Wellenform sig0 die Wellenform
Sa2, die etwas auf der negativen Seite des Abfallabschnitts des
Umwandlungssignals s2' in
der ersten Periode oszilliert, und wird danach erneut in der Form
einer Treppe erhöht.
In diesem Falle, wie durch die Punkte p1 und p2 von 8 gezeigt, werden der Anstiegspunkt des Umwandlungssignals
s2' und der Anstiegspunkt
des Winkelsignals s1 nicht zusammentreffen.
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Somit ist die Wellenform Sa2, die
in der Form einer Treppe von dem Punkt p2 erhöht ist, in einer etwas von
der Wellenform Sal in Bezug auf den Schritt [LSB] versetzten Position
(in der Richtung der Achse der Ordinaten aus 8 gelegen).
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Genauer gesagt ist die Wellenform
Sa2 um L1 nach oben verschoben. In der nächsten Periode (dritten Periode)
des Signals s2' tritt
ein weiterer Positionsversatz (Unterschied zwischen dem Anstiegspunkt
des Signals s2' und
dem Anstiegspunkt des Signals s1) auf. Daher wird eine Wellenform
in der Form einer Treppe, die in einer von den Wellenformen Sa1
und Sa2 in der vertikalen Richtung versetzten Position gelegen ist,
erhalten.
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Dementsprechend werden, wie in 8 gezeigt, die Wellenformen
Sa1, Sa2, etc., die sich in der Form von Treppen in Bezug auf die
Veränderung
des Rotationswinkels verändern,
in allen Perioden des Umwandlungssignals s2' erhalten. Darüber hinaus, da die Gesamtheit
von 16 Signalen s2 (oder Signalen s2') wie in 5 gezeigt
vorhanden ist, verändern sich
16 Wellenformen in der Form von Treppen, das heißt die SignalE Sa1 bis Sa16
werden vorhanden sein.
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Anschließend wird sig1 durch Addieren
einer Biaskomponente δ zu
sig0 berechnet, das durch die zuvor genannte Gleichung (12) erhalten
ist. Genauer gesagt, wird sig1 durch folgende Gleichung (13) berechnet: Sig1 = sig0+δ (13)
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Es ist zu beachten, dass die Biaskomponente δ ein Wert
ist, der eingestellt ist, um die Veränderungen des erfassten Istsignals
s2 zu mitteln.
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Dann wird das durch Gleichung (13)
berechnete Signal sigl durch den Divisor 2b (z.B. 2b =
64 wenn b = 6) des Magnetsensors dividiert, und der Rest t2 wird
berechnet. Genauer gesagt wird t2 durch folgende Gleichung (14)
berechnet: t2 = Rest
von (sig1/2b) = Rest von (sig1/64) (14)
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Dabei ist, wie in 8 gezeigt, derselbe Maßstab wie
derjenige des Lenkwinkels für
die Anzahl von Schritten in der Koordinatenachse eingestellt. Dementsprechend
werden die jeweiligen Wellenformen s1, s2 und s2' bei einer Gradiente von 45° verändert. Sowohl
die Wellenform Sa1 (Wellenform in der ersten Periode) von sig1 als
auch die Wellenform s1 beginnen im Ursprung (0, 0), und daher ist sig1
durch 64 teilbar. Genauer gesagt ist t2 gleich 0.
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Darüber hinaus, wie zuvor erwähnt, wird
die Anzahl von Schritten in der Wellenform Sa2 (Wellenform in der
zweiten Periode) von sig1 durch den durch L1 in der Zeichnung gezeigten
Betrag erhöht, da
die Punkte p1 und p2 voneinander versetzt sind. Dementsprechend
wird das Ergebnis der Berechnung durch Gleichung (14) L1. L1 weist
unterschiedliche Werte in allen 16 Wellenformen Sa1 bis Sa16 auf.
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In anderen Worten, falls t2 durch
Gleichung (14) berechnet wird, kann eine entsprechende Wellenform
von den 16 vorhandenen Wellenformen s2 (oder s2') basierend auf dem Wert dieses t2 erfasst werden.
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Ein Erfassungsvorgang der entsprechenden Wellenform
von den 16 Wellenformen wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
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Nun ist das Geschwindigkeitsverhältnis des Magnetsensors 11 auf
5,625 eingestellt, das Geschwindigkeitsverhältnis des Magnetsensors 13 ist auf
2 eingestellt, b ist auf 6 eingestellt, und die Anzahlen der 16
Wellenformen Sa1 bis Sa16 von s2 (oder s2') sind jeweils auf 0 bis 15 eingestellt,
dargestellt durch j. Genauer gesagt ist für die Wellenform Sa1 j gleich
0; für
Sa2 ist j gleich 1; und schließlich
für Sa16
ist j gleich 15.
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Danach wird die durch folgende Gleichung (15)
dargestellte Berechnung für
die jeweiligen Zahlen j durchgeführt.
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t1 = 2b·[ (durch
Aufrunden erhaltener Wert (i1/i2·j)) – i1/i2·j] = 64·[ (durch Aufrunden erhaltener
Wert (5, 625/2·j
)) – (15)
5, 625/2·j] (15)
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Durch Durchführen der Berechnung gemäß Gleichung
(15) für
die Wellenformen Sa1 bis Sa16 werden die folgenden Ergebnisse erhalten:
t1 = 0, 12, 24, 36, 48, 60, 8, 20, 32, 44, 56, 4, 16, 28, 40 und
52 Genauer gesagt sind die detaillierten Ergebnissse wie folgt:
wenn
t1 = 0, j = 0;
wenn t1 = 12, j = 1;
wenn t1 = 24, j =
2;
wenn t1 = 36, j = 3;
wenn t1 = 48, j = 4;
wenn
t1 = 60, j = 5;
wenn t1 = 8, j = 6;
wenn t1 = 20, j =
7;
wenn t1 = 32, j = 8;
wenn t1 = 44, j = 9;
wenn
t1 = 56, j = 10;
wenn t1 = 4, j = 11;
wenn t1 = 16, j
= 12;
wenn t1 = 28, j = 13;
wenn t1 = 40, j = 14; und
wenn
t1 = 52, j = 15
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Diese Werte sind in 9 gezeigt. Aus 9 ist verständlich, dass die Werte von
t1 in Schritten Δt
(Δt = 4)
verändert
werden.
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Somit können durch Vergleichen der
zuvor genannten Werte von t2 mit den Werten von t1 die Werte von
j identifiziert werden. Genauer gesagt werden die Werte von t1,
für die
Gleichung (16) erfüllt
ist, für
die Werte von t2 berechnet, die aus der Messung erhalten sind, und
die Werte von j können
basierend auf den Werten von t1 identifiziert werden.
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t1 < t2 < t1 + Δt (16)
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Wenn beispielsweise der basierend
auf den Messdaten erhaltene Wert von t2 "5" ist,
wird erfasst, dass j gleich 11 ist, da t1 gleich 4 ist (4 < 5 < 8) .
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Die Werte von j stellen die Sequenzen
(bei 0 beginnende Sequenzen) der periodischen Wellenformen s2 (oder
s2') dar, die in 5 von der linken Seite gezeigt
sind. Falls daher die Periode (180° in diesem Beispiel) der Wellenform
s2 durch j multipliziert und mit dem Erfassungswert von s2' addiert wird, kann
der absolute Lenkwinkel 0 berechnet werden. Genauer gesagt
kann der absolute Lenkwinkel 0 durch die nachfolgend dargestellte
Gleichung (17) berechnet werden.
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Θ =
s2' + c2·j (17)wobei t2
eine Periode der Wellenform s2 ist.
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Das obige wurde unter Bezugnahme
auf 5 beschrieben. Falls
der vorhergehende Wert von t2 gleich 5 ist, wenn c2 gleich 180° ist, wird
der Winkel 1980° (=
180°·11) als
der Winkel M1 berechnet, und somit kann der absolute Lenkwinkel 0 berechnet
werden.
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Ferner wird das Signal s1 hochgezählt und zu
dem absoluten Winkel 0 addiert, wie durch Gleichung (18)
gezeigt, und somit kann ein absoluter Lenkwinkel mit einem höheren Auflösungsvermögen erhalten
werden.
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α = Θ + s1 (18)
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Zusätzlich ist es, neben obigem,
ebenso möglich,
einen Aufbau einzusetzen, in welchem Kombinationen von Signalen
s1 und s2 in Bezug auf die Winkel vorab in einem Speicher in der
Form einer Datentabelle gespeichert werden, die gespeicherte Kombination
mit einer Kombination gemessener Signale s1 und s2 verglichen wird,
und somit der absolute Lenkwinkel berechnet wird.
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Als nächstes wird der Ablauf des
vorherigen Verfahrens unter Bezugnahme auf das in 10 gezeigt Flussdiagramm beschrieben.
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Als erstes werden die Signale s1
und s2 basierend auf den Erfassungssignalen der Magnetsensoren 11 und 13 erfasst
(Schritt ST11). Anschließend wird
s2' durch die zuvor
genannte Gleichung (11) berechnet (Schritt ST12). Danach wird sigl
durch Gleichung (13) berechnet (Schritt ST13), und t2 wird durch
Gleichung (14) berechnet (Schritt ST14).
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Dann wird j schrittweise für das in
Schritt ST14 berechnete t2 erhöht,
und der Wert von t1 wird, nachdem Gleichung (16) aufgestellt wurde,
berechnet (Schritte ST15 bis ST17).
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Danach wird der absolute Lenkwinkel 0 durch
Gleichung (17) unter Einsatz des Werts von j entsprechend dem berechneten
Wert von t1 erhalten (Schritt ST18).
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Wie oben beschrieben ist der Lenkwinkelsensor
gemäß dieser
Ausführungsform
derart aufgebaut, dass eine Wellenform entsprechend der Wellenform
des gegenwärtigen
Lenkwinkels von den 16 Wellenformen des Signals s2 basierend auf
dem Unterschied der Perioden der Wellenformen, die in dem Magnetsensor 11 und
dem Magnetsensor 13 erhalten sind, erfasst. Darüber hinaus
wird das kleinste gemeinsame Vielfache der durch den Magnetsensor 11 erfassten
Periode des Signals s1 und der durch den Magnetsensor 13 erfassten
Periode des Signals s2 größer eingestellt
als der gesamte Lenkwinkel der Lenkung. Daher werden die Werte der
als t2 berechneten Reste (durch Gleichung (14) erhaltene Werte) in
allen 16 Wellenformen unterschiedliche Werte, und der absolute Lenkwinkel 0 kann
eindeutig erhalten werden.
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Wie oben beschrieben sind gemäß der vorliegenden
Erfindung die in Synchronisation mit dem ersten Zahnrad rotierenden
zweiten und dritten Zahnräder
vorgesehen, wobei das zweite Zahnrad eingestellt ist, um bei einer
schnelleren Drehzahl (Rotationsgeschwindigkeit) als das erste Zahnrad
zu rotieren, und das dritte Zahnrad ist eingestellt, um bei einer
geringeren Drehzahl als das zweite Zahnrad zu rotieren. Somit kann
der absolute Lenkwinkel der Lenkwelle sicher und leicht durch Erfassen
der Rotationspositionen des zweiten und des dritten Zahnrades erhalten
werden.
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Falls darüber hinaus die Erfassungsdaten durch
den Kleinwinkelerfassungsmagnetsensor und die Erfassungsdaten durch
den Großwinkelerfassungsmagnetsensor
in Übereinstimmung
mit der absoluten Winkelposition der Lenkwelle unterschiedlich eingestellt
sind, ist der Lenkwinkel der Lenkwelle durch die Rotationspositionen
des zweiten und des dritten Zahnrades eindeutig definiert. Somit
ist es möglich,
den Lenkwinkel genauer zu erfassen.