DE19758104A1 - Determining absolute rotation angle of motor vehicle steering - Google Patents
Determining absolute rotation angle of motor vehicle steeringInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absolutbestimmung eines Drehwinkles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen adaptiven absoluten Winkelsensor nach dem Ober begriff des Anspruchs 11.The invention relates to a method for absolute determination an angle of rotation according to the preamble of claim 1 as well as an adaptive absolute angle sensor according to the upper concept of claim 11.
Aus der EP 0 377 097 B1 ist ein Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dieser weist einen lenkradseitig angeordneten Ring auf, der einen einspurigen Streifencode aus zur Lenksäule parallelen Streifen aufweist. Der Strei fencode erstreckt sich über 360° und diesem ist eine statio näre Sensoranordnung zugeordnet. Diese weist mehrfach, in Winkelabständen angeordnete Sensoren auf. Die Streifenstruk tur bildet einen solchen Code, der im Zusammenwirken mit den Sensoren eine Absolutwerterkennung ermöglicht.EP 0 377 097 B1 describes a steering angle sensor for a Motor vehicle known. This has a steering wheel side arranged ring on the one-track bar code has strips parallel to the steering column. The dispute fencode extends over 360 ° and this is a station associated sensor arrangement. This shows several times, in Angle spacing arranged sensors. The stripe structure tur forms such a code, which in cooperation with enables the sensors to detect absolute values.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine ausreichende Auflösung von z. B. 0,8 Grad nur mit erhebli chem Aufwand möglich ist, da hierfür neun Sensoren im gleichen Winkelabstand vorhanden sein müssen.The disadvantage of this arrangement is that a adequate resolution of z. B. 0.8 degrees only with erhebli chem effort is possible because nine sensors in the must have the same angular distance.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der absoluten Winkelstellung eines Rotors, insbe sondere des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges, mit geringerem Aufwand zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object Determination of the absolute angular position of a rotor, esp special of the steering wheel of a motor vehicle, with less Allow effort.
Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 erreicht.According to the invention that is according to the features of the claims 1 and 11 reached.
Bei einem Verfahren zur Absolutbestimmung eines Drehwin kels, insbesondere zur Ermittlung des Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug mittels eines über einen Winkelbereich von 360° angebrachten Codes für die Ermittlung des Winkels, wobei der Code und eine Detektoranordnung relativ zueinan der drehbar angeordnet sind, wird der Code mittels einer an einer einzigen Stelle angebrachten Fotodetektoranordnung ermittelt und zur Winkelbestimmung verwendet, und ein zusam menhängendes Segment der Codespur wird auf mindestens eine Fotodektorzeile abgebildet, wobei mindestens ein Codewort erfaßt wird, dem ein vorbestimmter Winkel entspricht, und die Lage des Codewortes bezüglich der festen Position der Fotodetektoranordnung wird vermessen. In a method for the absolute determination of a rotation kels, especially for determining the steering angle in one Motor vehicle by means of an angular range of 360 ° attached codes for determining the angle, the code and a detector arrangement relative to one another which are rotatably arranged, the code by means of a a single location photodetector assembly determined and used to determine the angle, and a together dependent segment of the code track is on at least one Mapped photo detector line, with at least one code word is detected, which corresponds to a predetermined angle, and the location of the code word with respect to the fixed position of the Photodetector arrangement is measured.
Hierzu ist der Code so gewählt, daß er sich über den gesam ten Umfang im Betrachtungsbereich der Fotodetektoranord nung nicht wiederholt. Der Code ist einspurig, eindeutig und geschlossen. Das Verfahren weist den Vorteil auf, daß gegenüber bekannten Verfahren die Winkelauflösung nicht von der Auflösung des Codes der Codespur und nicht von der Anzahl der Codeworte sondern nur von der Auflösung der Sensoren der Fotodetektoranordnung abhängt, d. h., daß die Winkelauflösung unabhängig vom Code ist. Ohne die Verwen dung der Referenzmarke hängt die Winkelauflösung von der Anzahl der Codeworte ab. Wenn mindestens ein Codewort der Codespur von der Fotodetektoranordnung erfaßt wird, hätte man bei 360 Codeworten eine Winkelauflösung von einem Grad.For this purpose, the code is chosen so that it covers the total th scope in the viewing area of the photodetector arrangement not repeated. The code is single-track, clear and closed. The method has the advantage that compared to known methods, the angular resolution is not the resolution of the code of the code track and not of the Number of code words but only from the resolution of the Sensors of the photodetector array depends, d. that is, the Angle resolution is independent of the code. Without the use The reference mark depends on the angular resolution of the Number of code words. If at least one code word of Code track would be detected by the photodetector arrangement an angular resolution of one degree for 360 code words.
Da die Winkelauflösung nicht von der Anzahl der Codeworte abhängt, sollten möglichst wenige Codeworte verwendet wer den, um die Sensorempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüs sen, wie z. B. Verschmutzung, zu verringern. Das wird z. B. durch die Verwendung von 6-Bit- oder 7-Bit-Codes anstelle von 8-Bit-Codes erreicht.Because the angular resolution does not depend on the number of code words depends on as few code words as possible the to the sensor sensitivity to environmental influences sen, such as B. pollution. That is z. B. by using 6-bit or 7-bit codes instead reached by 8-bit codes.
Das Vermessen wird softwaremäßig in einem Mikrocontroller vorgenommen, der hierzu die Bilddaten der Fotodetektoranordnung verwendet.The measurement is carried out in software in a microcontroller made the image data of the Photodetector arrangement used.
Zur weiteren Erhöhung der Auflösung können mindestens zwei unterschiedliche Abbildungen eines oder mehrerer Umfangsco des auf die Fotodetektoranordnung abgebildet werden.To further increase the resolution, at least two different images of one or more extent co of the are mapped onto the photodetector arrangement.
Die Codespur kann mit parallelem Licht durchleuchtet oder von einer Seite beleuchtet werden. The code track can be illuminated with parallel light or be illuminated from one side.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese hen, daß der Code über eine Optik so auf die Fotodetektor zeile abgebildet wird, daß mit einem Auslesezyklus der Zeile sowohl die absolute Winkelinformation ermittelt als auch die Gesamtfunktion des Systems überprüft und angepaßt wird.In a further embodiment of the method, it is provided hen that the code through optics so on the photo detector line is shown that with a readout cycle of Line determines both the absolute angle information as also checked and adjusted the overall function of the system becomes.
Zur Überwachung der Systemfunktionen kann mindestens ein Re ferenzschattenbild auf die Fotodetektorzeile projiziert werden. Bei Verschmutzungen im Bereich optischer Komponenten kann dann z. B. die Leistung der Lichtquellen durch Erhöhung des Steuerstromes leicht angepaßt werden. Auch der Ausfall von einzelnen Detektoren der Fotodetek toranordnung wird bemerkt und kann durch rechnerische Maß nahmen ausgeglichen werden. Die Referenzschattenbilder können durch eine entsprechende Software sowohl zyklisch als auch durch individuelles Einschalten einer rechnerge steuerten Überwachungseinrichtung erzeugt werden.At least one Re projected silhouette on the photo detector line become. With contamination in the area of optical Components can then e.g. B. the performance of the light sources can be easily adjusted by increasing the control current. Even the failure of individual detectors from Fotodetek Gate arrangement is noticed and can be calculated were compensated. The reference silhouettes can be cyclical through appropriate software as well as by individually switching on a computer controlled monitoring device are generated.
Weiterhin ist es möglich, daß für den Ausgleich optischer und mechanischer Toleranzen die Flankensteilheit und Abbil dungsgröße der auf der Detektorzeile abgebildeten Signale ausgewertet werden.Furthermore, it is possible for optical compensation and mechanical tolerances, the steepness and Figil size of the signals shown on the detector line be evaluated.
Der Winkelbereich wird innerhalb 0° bis 360° über die Fahr geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt. Zur Erfassung des absoluten Lenkwinkels auch bei abgeschalteten Fahrzeugsyste men wird der Lenkwinkel durch kurzes Einschalten des Lenk winkelsensors in Zeitintervallen, in denen keine Drehung vorzugsweise größer 180° möglich ist, ermittelt. The angular range is within 0 ° to 360 ° over the driving speed of the vehicle determined. To capture the absolute steering angle even when the vehicle system is switched off the steering angle is activated by briefly switching on the steering angle sensor at time intervals when there is no rotation preferably greater than 180 ° is determined.
Dadurch, daß mit einer einzigen Fotodetektoranordnung der Winkel im Bereich von 360° sehr schnell ausgewertet werden kann, ist das System durch einfaches Mitregistrieren der 360° Überschreitung und damit für mehrere Umdrehungen geeignet. Um das nicht nur für den Fahrbetrieb zu gewährlei sten, muß das System im Standbybetrieb jeweils kurzzeitig eingeschaltet werden, wobei die Einschaltintervalle so gewählt werden, daß in diesem Intervall keine Lenkraddre hung größer 360° möglich ist. Da das System zur Datenüber tragung eine Schnittstelle zum Fahrzeugrechner hat, kann von dort aus die Fahrzeuggeschwindigkeit übernommen werden, um den Nullbereich des Lenkwinkels zu definieren, denn ab einer bestimmten Geschwindigkeit ist bei normalen Fahrzeu gen kein Lenkwinkel über z. B. ± 90° von der Nullstellung aus fahrbar.The fact that with a single photodetector Angles in the range of 360 ° can be evaluated very quickly can, the system is simply by registering the 360 ° crossing and therefore for several revolutions suitable. In order not only to guarantee this for driving most, the system must be briefly in standby mode be switched on, the switch-on intervals so be selected that no steering wheel rotation in this interval hung greater than 360 ° is possible. Since the system for data transfer has an interface to the vehicle computer from there the vehicle speed is taken over, to define the zero range of the steering angle, because from a certain speed is in normal vehicles no steering angle over z. B. ± 90 ° from the zero position off mobile.
Bei einem adaptiven absoluten Winkelsensor, insbesondere zur Ermittlung des Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung eines auf einem Kreisring über einen Winkelbe reich von 360° angebrachten Codes für die Ermittlung des Winkels, wobei der Code und eine Detektoranordnung relativ zueinander drehbar angeordnet sind, ist erfindungsgemäß min destens eine Lichtquelle für die Beleuchtung eines Winkel bereichs des Codes vorgesehen, und es ist eine Fotodetek toranordnung für die Erfassung des beleuchteten Winkelbe reichs des Codes vorgesehen, wobei der Lichtquelle und der Fotodektektoranordnung ein Mikrocontroller zugeordnet ist.With an adaptive absolute angle sensor, in particular to determine the steering angle in a motor vehicle under Use one on a circular ring over a Winkelbe rich of 360 ° applied codes for the determination of the Angle, the code and a detector arrangement relative are arranged rotatably to each other, min most of all a light source for illuminating an angle area of the code and it is a photo detector Gate arrangement for the detection of the illuminated Winkelbe realm of the code provided, the light source and the A microcontroller is assigned to the photodetector arrangement.
In einer ersten Ausführungsform sind als Lichtquelle zwei lichtemittierende Dioden symmetrisch zur optischen Achse angeordnet, wobei diese zusammen mit der Fotodetektoranord nung und einer Optik auf derselben Seite des Kreisringes vorgesehen sind. In a first embodiment there are two as the light source light emitting diodes symmetrical to the optical axis arranged, this together with the photodetector on the same side of the annulus are provided.
In einer zweiten Ausführungsform ist ein an hellen Stellen des Codes lichtdurchlässiger kreisförmiger Codierring vorgesehen. Weiterhin sind mindestens eine lichtemittieren de Diode auf einer Seite des Codierringes und die Fotode tektoranordnung auf der anderen Seite des Codierringes an geordnet. Eine Optik ist vorzugsweise auf der Seite der lichtemittierenden Diode vorgesehen.In a second embodiment, one is in bright places of the code translucent circular coding ring intended. Furthermore, at least one is emitting light de diode on one side of the coding ring and the photode tector arrangement on the other side of the coding ring orderly. An optic is preferably on the side of the light-emitting diode provided.
Zur Erhöhung der Sicherheit des Winkelsensors und zur Erfassung von Codefehlern ist in einer weiteren Ausgestal tung vorgesehen, daß die Fotodetektoranordnung zwei Senso ren aufweist, die bezüglich des Verlaufs der Codespur zu deren synchronen Betrachtung vertikal übereinander angeord net sind und daß die Bilder beider Sensoren miteinander verglichen werden. Durch den Vergleich der beiden Bilder können lokale Verschmutzungspartikel (Code, Optik) sowie Sensorfehler erkannt werden. Als Sensoren können zwei Zeilensensoren oder zwei übereinanderliegende Abschnitte eines Flächensensors vorgesehen sein.To increase the security of the angle sensor and Detection of code errors is in a further embodiment device provided that the photodetector arrangement two Senso ren, which with respect to the course of the code track whose synchronous viewing is arranged vertically one above the other are net and that the images of both sensors together be compared. By comparing the two pictures can local pollution particles (code, optics) as well Sensor errors are recognized. Two can be used as sensors Line sensors or two superimposed sections an area sensor may be provided.
In einer weiteren Ausgestaltung sind zwei Sensoren zur synchronen Registrierung benachbarter Codeworte der Code spur horizontal nebeneinander angeordnet.In a further embodiment, two sensors are used synchronous registration of neighboring code words the code track arranged horizontally next to each other.
Als Fotodetektoren sind vorzugsweise ladungsgekoppelte Elemente (CCD) vorgesehen.Charge-coupled are preferably used as photodetectors Elements (CCD) are provided.
Die Hell-Dunkel-Linien der Codeworte sollten zur weiteren Verringerung der Sensorempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen möglichst großen Abmessungen haben. Vor zugsweise weisen die Hell-Dunkel-Linien der Codeworte eine Breite von 2 bis 3 mm auf. The light-dark lines of the code words should be used compared to further decrease in sensor sensitivity Have the largest possible environmental impact. Before the light-dark lines of the code words also indicate a Width of 2 to 3 mm.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß zwischen Lichtquelle und dem transparenten Codierring eine Matt scheibe angeordnet ist, und daß die Optik und die Fotode tektoranordnung auf der anderen Seite des Codierringes vorgesehen sind.In one embodiment it is provided that between Light source and the transparent coding ring a matt disc is arranged, and that the optics and the photode tector arrangement on the other side of the coding ring are provided.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein transparenter Codierring abschnittsweise nebeneinander liegende Zylinder linsen zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquel len auf der Fotodetektoranordnung auf. Bei dieser Ausfüh rungsform wird eine zusätzliche Optik eingespart. Durch die Zylinderlinsen entstehen Streifen unterschiedlicher Hellig keit auf dem Fotodetektorarray.In a further embodiment, a transparent one Coding ring sections of cylinders lying side by side lenses for generating the code and mapping the light source len on the photodetector array. With this execution an additional look is saved. Through the Cylindrical lenses create stripes of different brightness on the photodetector array.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Codierring einen prismatischen Querschnitt aufweist, wobei eine in axialer Richtung des Codierringes strahlende Licht quelle angeordnet ist.In a further embodiment it is provided that the Coding ring has a prismatic cross section, wherein a light radiating in the axial direction of the coding ring source is arranged.
In einer weiteren Ausführungsform sind auf einem transparen ten Codierring abschnittsweise nebeneinanderliegende Zylin der oder Linsen zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquellen auf der Fotodetektoranordnung angeordnet, wobei sich die Zylinder in axialer Richtung des Codierrin ges erstrecken und mit einer Stirnfläche auf dem Codierring befestigt sind und den Lichtquellen zugeordnet sind und mit ihrer anderen, freiliegenden Stirnflächen der Fotodetek toranordnung zugeordnet sind. Durch Bereiche mit und ohne Zylinder und Gestaltung der Dichte bzw. mit und ohne Linsen kann ein Code aufgebracht und entsprechend detektiert werden. Die freiliegenden Stirnflächen der Zylinder sind zweckmäßig plan oder linsenförmig ausgebildet. In a further embodiment are on a transparent th coding ring in sections lying side by side the or lenses for generating the code and mapping the Light sources arranged on the photodetector arrangement, the cylinders being in the axial direction of the coding ring ges extend and with an end face on the coding ring are attached and assigned to the light sources and with their other, exposed end faces of the Fotodetek gate arrangement are assigned. Through areas with and without Cylinder and design of the density or with and without lenses a code can be applied and detected accordingly become. The exposed end faces of the cylinders are expediently flat or lenticular.
In einer Ausführungsform ist dem transparenten Codierring, der lichtdurchlässige Bereiche und lichtundurchlässige Bereiche aufweist, mindestens eine punktförmige Lichtquelle zugeordnet. In einer ersten Ausgestaltung sind zwei punkt förmige Lichtquellen nebeneinander in konstantem Abstand sowie eine einzige Fotodetektoranordnung vorgesehen. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß trotz der Änderung des radialen Abstandes des Codierringes durch radialen Schlag des Lenkrades oder trotz Änderung des Abstandes der Kompo nenten untereinander durch mechanische oder thermische Ein flüsse infolge der unterschiedlichen Schattenbildung der beiden Lichtquellen, deren Abstand konstant bleibt, die Lage und Winkellage des Codes auf der Fotodetektoranordnung genau detektiert werden kann.In one embodiment, the transparent coding ring, the translucent areas and opaque Has areas, at least one point light source assigned. In a first embodiment there are two points shaped light sources next to each other at a constant distance and a single photodetector arrangement is provided. This Arrangement has the advantage that despite the change in radial distance of the coding ring by radial impact the steering wheel or despite changing the distance of the compo ent with each other by mechanical or thermal means flows due to the different shadows of the two light sources, the distance between which remains constant, the Position and angular position of the code on the photodetector arrangement can be precisely detected.
Die gleiche vorteilhafte Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß eine punktförmige Lichtquelle und zwei in unterschiedlichem Abstand zur Lichtquelle übereinander angeordnete Fotodetektorzeilen vorgesehen sind.The same advantageous effect can be achieved be that a point light source and two in different distance from the light source one above the other arranged photodetector lines are provided.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß dem winkelbestimmenden Code auf dem Codierring minde stens ein Referenzcode zugeordnet ist. Dabei kann der Referenzcode neben dem winkelbestimmenden Code angeordnet sein, oder oberhalb und unterhalb des winkelbestimmenden Codes vorgesehen sein.In a further embodiment, that the angle-determining code on the coding ring at least one reference code is assigned. The Reference code arranged next to the angle-determining code be, or above and below the angle determining Codes may be provided.
Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be used in exemplary embodiments on the basis of Drawings are explained. Show it:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Lenkwinkelsen sors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Auflichtvariante; Figure 1 shows the basic structure of a steering angle sensor for performing the method according to the invention in an incident light variant.
Fig. 1a die Draufsicht auf einen Abschnitt der Code spur; FIG. 1a is a plan view of a portion of track code;
Fig. 2 die Zuordnung der fotoempfindlichen Zellen einer CCD-Zeile zu den Spannungsamplituden; FIG. 2 shows the assignment of the photosensitive cells of the CCD line to the voltage amplitudes;
Fig. 3 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors, bei dem zusätzlich ein Schattenbild auf eine CCD-Zeile projiziert wird; Fig. 3 shows an embodiment of the steering angle sensor, in which in addition a shadow image on a CCD line is projected;
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Code mit einem Grob- und einem Feinbereich; Figure 4 is a plan view of a code with a coarse and a fine range.
Fig. 4a einen Schnitt durch die Codeanordnung mit zugehörigen optischen Baugruppen. Fig. 4a shows a section through the code arrangement with associated optical assemblies.
Fig. 5 eine Durchlichtvariante des Lenkwinkelsensors; Fig. 5 is an transmitted light variation of the steering angle sensor;
Fig. 5a die Draufsicht auf einen Abschnitt der Code spur; FIG. 5a is a top view of a portion of track code;
Fig. 6 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei senkrecht übereinander liegenden CCD-Zei len, denen eine Codespur zugeordnet ist; Fig. 6 shows an embodiment of the steering angle sensor with two vertically superimposed CCD lines, to which a code track is assigned;
Fig. 6a eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 6; Fig. 6a is a side view of the embodiment of Fig. 6;
Fig. 7 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei senkrecht übereinander liegenden CCD-Zei len, denen je eine Code-Spur zugeordnet ist; Fig. 7 shows an embodiment of the steering angle sensor with two vertically superimposed CCD lines, each of which a code track is assigned;
Fig. 7a eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 7; Fig. 7a is a side view of the embodiment of Fig. 7;
Fig. 8 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei waagerecht nebeneinander liegenden CCD-Zei len; Fig. 8 shows an embodiment of the steering angle sensor with two horizontally adjacent CCD lines;
Fig. 9 eine Ausführungsform mit eingespritzten Codie rungen in einem Kunststoffring; Fig. 9 shows an embodiment with injected Codie stanchions in a plastic ring;
Fig. 10a,b eine Ausführungsform der Codierung mittels Zylinderlinsen; FIG. 10a, b, an embodiment of encoding means of cylindrical lenses;
Fig. 11 einen Codierring mit prismatischem Querschnitt; FIG. 11 is a code ring with a prismatic cross-section;
Fig. 12a einen Codierring mit Zylindern; FIG. 12a with a coding ring cylinders;
Fig. 12b einen Codierring mit direkt auf diesem angeord neten Linsen; Fig 12b a coding ring having directly on this angeord Neten lenses.
Fig. 13 einen Codierring mit einer Laserdiode als Lichtquelle; FIG. 13 is a code ring with a laser diode as a light source;
Fig. 14a,b einen Codierring mit zwei Laserdioden als Licht quelle; FIG. 14a, b a coding ring with two laser diodes as a source of light;
Fig. 15a,b einen Codierring mit einer Laserdiode und zwei nachgeordneten CCD-Zeilen; FIG. 15a, b a coding ring with a laser diode and two downstream CCD line;
Fig. 16 die Kombination eines winkelbestimmenden Codes mit einem daneben liegenden Referenzcode; FIG. 16 is the combination of an angle-determining code with an adjacent reference code;
Fig. 17 die Kombination eines winkelbestimmenden Codes mit darüber und darunter liegendem Referenzco de; FIG. 17 is the combination of an angle-determining code with it and the underlying Referenzco de;
Fig. 18 die Zuordnung der Beleuchtung und der CCD-Zeile zur Kombination nach Fig. 17; FIG. 18 is the assignment of the lighting and the CCD line for the combination of Fig. 17;
Fig. 19 das durch die Anordnung nach Fig. 19 erzeugte Signal. Fig. 19, the signal generated by the arrangement according to Fig. 19.
Auf dem Umfang von 360° eines drehbaren Kreisringes 1 einer Lenkeinrichtung ist ein digitaler, einspuriger Code 2 angebracht. Der Code ist so ausgestaltet, daß er sich über den gesamten Umfang in einem Betrachtungsbereich 3 nicht wiederholt. Er kann als einspurig, eindeutig und geschlos sen bezeichnet werden. Für die Ermittlung des absoluten Lenkwinkels innerhalb von 360° reicht damit dieser einspuri ge Code.A digital, single-track code 2 is attached to the circumference of 360 ° of a rotatable circular ring 1 of a steering device. The code is designed such that it is not repeated over the entire scope in a viewing area 3 . It can be described as single-track, clear and closed. This single-track code is sufficient to determine the absolute steering angle within 360 °.
Der Betrachtungsbereich 3 wird durch lichtemittierende Dioden 4 und 5 beleuchtet und über eine Optik 6 auf eine Fotodetektorzeile 7 abgebildet. Diese Fotodetektorzeile ist als ladungsgekoppelte Detektorzeile (CCD-Zeile) ausgeführt. Der Code 2 im Betrachtungsbereich 3 ist gemäß der Fig. 1a als Schwarzweiß-Code ausgeführt. Der Code wird als Kon trastunterschied von der Fotodetektorzeile auf einen Mi krocontroller 8 gegeben. Dieser werdet die Kontrastunter schiede aus, dekodiert sie und gibt die Drehwinkelposition über eine Schnittstelle 9 an das Fahrzeug 10 weiter.The viewing area 3 is illuminated by light-emitting diodes 4 and 5 and imaged on a photo detector line 7 via an optical system 6 . This photodetector line is designed as a charge-coupled detector line (CCD line). The code 2 in the viewing area 3 is designed as a black and white code according to FIG. 1a. The code is given as a contrast difference from the photodetector line to a microcontroller 8 . This will differentiate the contrast, decode it and pass the angle of rotation position to the vehicle 10 via an interface 9 .
Die gesamte Einheit wird über eine Stromversorgung 12 aus dem 12 Volt Fahrzeugnetz 13 versorgt. The entire unit is supplied via a power supply 12 from the 12 volt vehicle network 13 .
Zur Erfassung der Winkelposition wird bei diesem Verfahren ein zusammenhängendes Segment der Codespur, nämlich der Betrachtungsbereich 3, auf die Fotodetektorzeile 7 abgebil det. Innerhalb von 0 bis 360° kann der absolute Lenkwinkel eindeutig mit einer vom gewählten Code abhängigen Auflösung bestimmt werden. Der Betrachtungsbereich wird so gewählt, daß mindestens ein Codewort 29 (Fig. 2) der Codespur von der CCD-Zeile 7 erfaßt wird. Jedes Codewort entspricht einem Lenkwinkel, wobei die Winkelauflösung von der Anzahl der Codeworte abhängt. Bei 360 Codeworten hat man eine Auflösung von einem Grad. Auf diese Weise wird der Grobwin kel bestimmt.To detect the angular position, a coherent segment of the code track, namely the viewing area 3 , is imaged on the photodetector line 7 in this method. Within 0 to 360 °, the absolute steering angle can be clearly determined with a resolution depending on the selected code. The viewing area is selected so that at least one code word 29 ( FIG. 2) of the code track is detected by the CCD line 7 . Each code word corresponds to a steering angle, the angular resolution depending on the number of code words. With 360 code words you have a resolution of one degree. In this way, the Grobwin angle is determined.
Bei diesem Verfahren wird eine hohe Auflösung, d. h. eine Feinwinkelbestimmung, unabhängig von der Auflösung des Codes der Codespur und der Anzahl der Codeworte erzielt. Dazu wird gemäß der Fig. 2 in dem Betrachtungsbereich 3 die Position vom Anfang 25 und vom Ende 26 eines Codewortes 29 bezüglich einer festen Referenzmarke 28 des feststehenden Fotodetektors vermessen. Die Referenzmarke ist in diesem Ausführungsbeispiel beim Pixel Nr. 64 vorgesehen. Das Vermessen erfolgt rein softwaremäßig im Mikrocontroller 8, der hierzu die Bilddaten der Fotodetektorzeile 7 verwendet.With this method, a high resolution, ie a fine angle determination, is achieved regardless of the resolution of the code of the code track and the number of code words. For this purpose, FIG. 2 is a code word of 29 28 measured in the viewing area 3, the position from the beginning 25 and the end 26 relative to a fixed reference mark of the fixed photo detector according to. In this exemplary embodiment, the reference mark is provided at pixel No. 64. The measurement is carried out purely by software in the microcontroller 8 , which uses the image data of the photodetector line 7 for this purpose.
Als Ergebnis erhält man die Lage 27 des Codewortes bezüg lich der Referenzmarke 28 der Fotodetektorzeile 7, gemessen mit der Auflösung des Fotodetektors. Die Lage bzw. die Entfernung des Codewortes zur Referenzmarke und damit die Winkelauflösung des Lenkwinkelsensors ist damit nur von der Auflösung abhängig, mit der die Fotodetektorzeile den Betrachtungsbereich auflöst. Im Ausführungsbeispiel hat die Fotodetektorzeile 128 Bildpunkte, womit Lenkwinkelauflösun gen von < 0,2° erreicht werden. As a result, the position 27 of the code word is obtained with reference to the reference mark 28 of the photodetector line 7 , measured with the resolution of the photodetector. The position or the distance of the code word to the reference mark and thus the angular resolution of the steering angle sensor is therefore only dependent on the resolution with which the photodetector line resolves the viewing area. In the exemplary embodiment, the photodetector line has 128 pixels, with which steering angle resolutions of <0.2 ° can be achieved.
Der absolute Winkel setzt sich somit aus dem Codewort und der Lage des Codewortes zur Fotodetektorzeile zusammen.The absolute angle thus consists of the code word and the location of the code word to the photodetector line together.
Da die Auflösung des Lenkwinkelsensors unter der Vorausset zung, daß der Betrachtungsbereich 3 mindestens ein Codewort erfaßt, nur von der Auflösung der Fotodetektorzeile ab hängt, können die Hell/Dunkel-Linien des Codewortes große Abmessungen haben, z. B. 2-3 mm. Es ist zweckmäßig, einen Code mit möglichst wenigen Codeworten zu verwenden. Das wird z. B. durch die Verwendung von 6 Bit- bzw. 7 Bit-Codes anstelle von z. B. 8 Bit-Codes erreicht. Dadurch wird die Sensorempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen, wie z. B. Verschmutzung, verringert.Since the resolution of the steering angle sensor under the prerequisite that the viewing area 3 detects at least one code word depends only on the resolution of the photodetector line, the light / dark lines of the code word can have large dimensions, for. B. 2-3 mm. It is advisable to use a code with as few code words as possible. That is z. B. by using 6 bit or 7 bit codes instead of z. B. 8 bit codes reached. As a result, the sensor sensitivity to environmental influences, such as. B. pollution.
In der Fig. 2 sind auf der x-Achse 21 die lineare Zuordnung der fotoempfindlichen Zellen der CCD-Zeile im Betrachtungs bereich und auf der y-Achse 22 die zugehörigen Spannungsam plituden dargestellt. Ist der Code im Betrachtungsbereich 3 sehr gut auf die Fotodetektorzeile 7 abgebildet, ergeben sich sehr deutliche Kontrastunterschiede mit entsprechend scharfen Abgrenzungen. Ist die Abbildung aufgrund einer zu großen radialen Toleranz oder wegen Verschmutzung unscharf, ergibt sich ein Rohsignal der Fotodetektorzeile 7, dessen Verlauf dem Graphen 23 entspricht. Durch eine bekannte Kurvenanalyse und Bewertung im Mikrocontroller 8 wird der Code rekonstruiert, so daß anschließend der Signalzug 24 vorliegt. Durch die Auswertung der Amplituden in Abhängig keit von der Zahl der Fotodetektoren der Fotodetektorzeile 7 kann bei fortschreitender Verschmutzung oder bei Alterung der Bauteile die Verstärkung erhöht werden oder die Leucht dichte an den Dioden 4 und 5 entsprechend adaptiv einge stellt werden. Diese Einstellungen können auch über den Umfang oder den Betrachtungsbereich angepaßt werden. Axiale Toleranzen werden einfach über die Höhe der Codespur 2 ausgeglichen.In Fig. 2 on the x-axis 21, the linear assignment of the photosensitive cells of the CCD line in the viewing area and on the y-axis 22, the associated voltage am plitudes are shown. If the code in the viewing area 3 is mapped very well on the photodetector line 7 , there are very clear contrast differences with correspondingly sharp demarcations. If the image is out of focus due to an excessive radial tolerance or due to contamination, a raw signal of the photodetector line 7 results, the course of which corresponds to the graph 23 . The code is reconstructed by a known curve analysis and evaluation in the microcontroller 8 , so that the signal train 24 is subsequently present. By evaluating the amplitudes as a function of the number of photodetectors in the photodetector line 7 , the gain can be increased or the luminance on the diodes 4 and 5 can be adjusted accordingly in the event of progressive contamination or aging of the components. These settings can also be adjusted via the scope or the area of observation. Axial tolerances are simply compensated for via the height of code track 2 .
Zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit kann der Lenkwin kelsensor gemäß den Fig. 4 und 4a weiter ausgestaltet werden. Der Code auf einem Umfang 41 ist in einen oberen groben Bereich 42 zur Erkennung der 0 bis 360° und in einen unteren feinen Bereich 43 aufgeteilt. Auf die Fotode tektorzeile 7 wird zur Ermittlung des Grobwinkels der über eine lichtemittierende Diode 45 beleuchtete grobe Codebe reich 42 über eine Optik 47 abgebildet. Anschließend wird der feine Codebereich 43 mittels einer lichtemittierenden Diode 46 beleuchtet und ein kleinerer Ausschnitt über eine Optik 48 auf die Fotodetektorzeile 7 abgebildet. Dieser kleinere Ausschnitt kann wiederum einen Code beinhalten, der ± 10° abdeckt. Beide Optiken sind durch eine Blende 44 getrennt. Durch die Abbildung eines kleineren Ausschnittes kann die Auflösung und Genauigkeit entsprechend erhöht werden.To further increase the sensitivity, the steering angle sensor can be further configured according to FIGS . 4 and 4a. The code on a circumference 41 is divided into an upper rough area 42 for recognizing the 0 to 360 ° and into a lower fine area 43 . On the photodetector line 7 is to determine the coarse angle of the coarse Codebe 42 illuminated via a light-emitting diode 45 is imaged by an optics 47 . Subsequently, the fine code area 43 is illuminated by means of a light-emitting diode 46 and a smaller section is imaged on the photodetector line 7 via an optical system 48 . This smaller section can in turn contain a code that covers ± 10 °. Both optics are separated by an aperture 44 . By mapping a smaller section, the resolution and accuracy can be increased accordingly.
Eine weitere Ausführungsform des Lenkwinkelsensors ist in Fig. 3 dargestellt. Die Anordnung entspricht der der Fig. 1, jedoch ist zur Prüfung des Gesamtsystems ein Überwa chungs- und Schnittstellenmikroprozessor 11 vorgesehen, in dem eine Software installiert ist, die entweder beim Ein schalten und/oder zyklisch eine oder mehrere lichtemittie rende Dioden 32 und 33 einschaltet, die über eine Maske 34 auf die Fotodetektorzeile 7 abgebildet werden. Durch sequen tielles Einschalten der Dioden 32 und 33 werden auf der Fo todetektorzeile nacheinander ein Schattenbild oder mehrere Schattenbilder erzeugt. Damit kann die Funktion der Ge samtanordnung über alle Komponenten geprüft werden. Bei Verschmutzungen im Bereich der optischen Komponenten kann dann z. B. die Lichtleistung der lichtemittierenden Dioden 4 und 5 durch entsprechende Erhöhung des Steuerstromes leicht angepaßt werden. Auch der Ausfall einzelner Detektoren der Fotodetektorzeile wird bemerkt und kann durch rechnerische Maßnahmen ausgeglichen werden.Another embodiment of the steering angle sensor is shown in FIG. 3. The arrangement corresponds to that of FIG. 1, however, a monitoring and interface microprocessor 11 is provided for testing the overall system, in which software is installed, which either switch on and / or cyclically switches on one or more light emitting diodes 32 and 33 which are imaged onto the photodetector line 7 via a mask 34 . By sequentially turning on the diodes 32 and 33 , one or more shadow images are successively generated on the photo detector line. The function of the overall arrangement can thus be checked across all components. In the event of contamination in the area of the optical components, z. B. the light output of the light-emitting diodes 4 and 5 can be easily adjusted by increasing the control current accordingly. The failure of individual detectors in the photodetector line is also noticed and can be compensated for by computational measures.
Während der gesamten Betriebszeit, in der die Messungen des Lenkwinkels stattfinden, ist es möglich, durch Auswertung der Anstiegs- und Abfallzeiten der Signale gemäß Fig. 2, der Amplituden der Signale sowie der Abbildung des Codes 2 das Gesamtsystem nicht nur im Sinne einer Diagnose zu überwachen, sondern auch Toleranzen auszugleichen und die Genauigkeit über nahezu alle Betriebseinflüsse zu erhalten.During the entire operating time in which the measurements of the steering angle take place, it is possible not only to diagnose the entire system by evaluating the rise and fall times of the signals according to FIG. 2, the amplitudes of the signals and the mapping of code 2 monitor, but also to compensate for tolerances and to maintain accuracy over almost all operational influences.
Während in der Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Lenkwin kelsensors dargestellt ist, der mit Auflicht arbeitet, zeigt die Fig. 5 einen Sensor, der mit Durchlicht arbeitet. In diesem Fall ist ein Kreisring 54 im Bereich der Hell-Li nien eines Codes 53 lichtdurchlässig. Im Inneren des Ringes ist eine lichtemittierende Diode 52 und eine Optik 55 angeordnet. Beiden ist außerhalb des Kreisringes eine Fotodetektorzeile 51 zugeordnet. Der Code 53 gemäß der Fig. 5a entspricht dem Code der Fig. 1a. Die Codespur wird in diesem Fall mit parallelem Licht durchleuchtet.While in Fig. 1 an embodiment of the Lenkwin kelsensors is shown that works with incident light, Fig. 5 shows a sensor that works with transmitted light. In this case, a circular ring 54 is translucent in the region of the light lines of a code 53 . A light-emitting diode 52 and an optical system 55 are arranged in the interior of the ring. A photodetector line 51 is assigned to both outside the annulus. The code 53 according to FIG. 5a corresponds to the code of FIG. 1a. In this case, the code track is illuminated with parallel light.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 6a sind zwei Zei lensensoren 65 und 66 vorgesehen, die dieselbe Codespur 62 an verschiedenen Stellen betrachten. Beide sind bezüglich des Verlaufs der Codespur vertikal angeordnet und erfassen den Betrachtungsbereich 63 synchron aber an verschiedenen Positionen 67, 68. In the embodiment of FIGS. 6 and 6a, two line sensors 65 and 66 are provided, which look at the same code track 62 at different points. Both are arranged vertically with respect to the course of the code track and capture the viewing area 63 synchronously but at different positions 67 , 68 .
Durch den Vergleich der beiden Bilder können lokale Verschmutzungspartikel, z. B. auf dem Code oder der Optik, sowie Sensorfehler erkannt werden. Anstelle zweier einzeili ger Zeilensensoren 65 und 66 kann auch ein Flächensensor 61 für diese Funktion verwendet werden.By comparing the two images, local dirt particles, e.g. B. on the code or the optics, and sensor errors can be detected. Instead of two single-line sensors 65 and 66 , an area sensor 61 can also be used for this function.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 7a ist ein Code 73 mit zwei Spuren 71, 72 vorgesehen, wie es aus der Fig. 7a ersichtlich ist. Jede der beiden Codespuren wird mit einem Zeilensensor 65, 66 oder unterschiedlichen Zeilen eines Flächensensors 61 betrachtet. Der Code der zweiten Co despur kann nun z. B. invers zu dem der ersten Codespur sein, so daß sich durch einfache Subtraktion der Meßwerte im Mikrocontroller 8 eine einfache Kontrolle des Sensorein ganges ergibt.In the exemplary embodiment of FIGS. 7 and 7a, a code 73 with two tracks 71 , 72 is provided, as can be seen from FIG. 7a. Each of the two code tracks is viewed with a line sensor 65 , 66 or different lines of an area sensor 61 . The code of the second Co despur can now z. B. be inverse to that of the first code track, so that simple subtraction of the measured values in the microcontroller 8 results in simple control of the sensor inputs.
Eine weitere Anordnung ist in der Fig. 8 dargestellt. Zur Erhöhung der Sensorsicherheit ist in diesem Ausführungs beispiel ein zweiter CCD-Sensor 85 horizontal neben dem ersten CCD-Sensor 84 plaziert. Durch die horizontale Anord nung werden verschiedene Codeworte an zwei unterschiedli chen Stellen der Codespur 82 registriert. Die Differenz der Meßergebnisse beider CCD-Sensoren muß den Differenzbetrach tungswinkel beider Fotodetektoren zur Codespur ergeben. Dieser Winkel ist aufgrund der Position der CCD-Sensoren bekannt.Another arrangement is shown in FIG. 8. To increase the sensor safety, a second CCD sensor 85 is placed horizontally next to the first CCD sensor 84 in this embodiment. Due to the horizontal arrangement, different code words are registered at two different locations on the code track 82 . The difference in the measurement results of both CCD sensors must result in the difference viewing angle of both photodetectors to the code track. This angle is known due to the position of the CCD sensors.
Anstelle eines zweiten CCD-Sensors kann auch ein entspre chend größerer linearer CCD-Sensor verwendet werden. Deswei teren ist die Zusammenfassung zweier Fotodetektorzeilen in einer integrierten Schaltung 81 mit einem gemeinsamen Gehäuse möglich. Instead of a second CCD sensor, a correspondingly larger linear CCD sensor can also be used. Furthermore, the combination of two photodetector lines in an integrated circuit 81 with a common housing is possible.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 werden eine oder mehrere LED's 86 direkt oder über eine Mattscheibe 87 über eine Optik 88 auf eine Fotodetektoranordnung 89 abgebildet. Die Codierung besteht aus einem Ring 90, bei dem lichtdurchläs sige Winkelbereiche 91 und lichtundurchlässige Winkelberei che 92 durch eingespritzte Aussparungen oder durch entspre chend lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Kunststoffe erzeugt werden.In the exemplary embodiment in FIG. 9, one or more LEDs 86 are imaged directly on a photodetector arrangement 89 or via a focusing screen 87 via optics 88 . The coding consists of a ring 90 , in which translucent angular areas 91 and opaque angular areas 92 are generated by injected recesses or by correspondingly translucent and opaque plastics.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 10a und b werden eine oder mehrere LED's 86 direkt oder über die Mattscheibe 87 oder Fresnellinse mittels einer Anordnung von gleichartigen oder unterschiedlich gestalteten Zylinderlinsen 93 ohne weitere Optik auf dem Fotodetektorarray 89 abgebildet. Durch die Zylinderlinsen 93 entstehen Streifen unterschied licher Helligkeit auf der Fotodetektoranordnung 89. Durch entsprechende Anordnung und Verteilung der Zylinderlinsen 93 auf dem aus einem transparentem Medium gefertigten Co dierring 94 wird ein entsprechender Code erzeugt, der zur Abtastung des Lenkwinkels dient. Die Anordnung der Zylinder linsen ist in Fig. 10b gezeigt.In the embodiment of Fig. 10a and b one or more LED's are imaged 86 directly or through the ground glass screen 87 or the Fresnel lens by means of an array of similar or differently shaped cylindrical lenses 93 without further optics on the photodetector array 89th The cylindrical lenses 93 produce stripes of different brightness on the photodetector arrangement 89 . By appropriate arrangement and distribution of the cylindrical lenses 93 on the dierring 94 made of a transparent medium, a corresponding code is generated which is used to scan the steering angle. The arrangement of the cylinder lenses is shown in Fig. 10b.
Anstelle der Abbildung der LED's auf eine Mattscheibe wie in den Fig. 9 und 10 kann ein Codierring 95 so ausge führt werden, daß er aus einer prismatischen Anordnung besteht, bei der eine oder mehrere LED's 86 z. B. axial die Anordnung bestrahlen (Fig. 11). Die Umlenkung der Licht strahlen geschieht an der Hypotenuse 95a des Prismas. Der radiale Lichtaustritt am Umfang des Codierringes 95 ist so gestaltet, daß sich dort quasi plane Flächenbereiche 96 und Zylinderlinsenanordnungen 93 befinden. Durch die planen Flächen entsteht ein homogener Lichtaustritt auf die radial angebrachte Fotodetektoranordnung 89. Durch die Zylinderlin sen 93 entstehen auf der Fotodetektoranordnung 89 Bereiche niedriger und hoher Leuchtdichte. Die Codierung zur Lenkwin kelbestimmung erfolgt durch entsprechende Verteilung der quasi planen Flächen und durch die gleichartig oder unter schiedlich gestalteten Zylinderlinsen.Instead of mapping the LEDs onto a ground glass as in FIGS . 9 and 10, a coding ring 95 can be made so that it consists of a prismatic arrangement in which one or more LEDs 86 z. B. axially irradiate the arrangement ( Fig. 11). The light rays are deflected at the hypotenuse 95 a of the prism. The radial light emission on the circumference of the coding ring 95 is designed in such a way that quasi-planar surface areas 96 and cylindrical lens arrangements 93 are located there. The flat surfaces create a homogeneous light emission onto the radially attached photodetector arrangement 89 . The cylinder lenses 93 produce 89 areas of low and high luminance on the photodetector arrangement. The coding for steering angle determination is carried out by appropriate distribution of the quasi-planar surfaces and by the same or differently designed cylindrical lenses.
Bei einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 12a wird in axialer Richtung Licht über LED,s 86 in einen transparen ten Codierring 97 eingestrahlt und dieser Codierring weist eine Anzahl von Zylindern 98 auf, die an einem Ende direkt mit dem Codierring verbunden sind und am anderen Ende entweder plan oder linsenförmig gestaltet sind. Damit wird an jedem dieser Zylinder eine entsprechende Leuchtdichte auftreten, die über die Fotodetektoranordnung 89 detektiert werden kann. Durch Bereiche mit und ohne Zylinder und Ge staltung der Dichte kann ein Code aufgebracht und entspre chend detektiert werden. Eine Variante dieser Ausführungsform zeigt die Fig. 12b, bei der anstelle der Zylinder 98 Linsen 99 direkt auf dem Codierring 97 vorgesehen sind. Die Wirkung entspricht der der vorher beschriebenen Anordnung mit Zylindern.In a further embodiment according to FIG. 12a, light is radiated in the axial direction via LEDs 86 in a transparent coding ring 97 and this coding ring has a number of cylinders 98 which are connected directly to the coding ring at one end and at the other end are either flat or lenticular. A corresponding luminance will thus occur at each of these cylinders, which can be detected via the photodetector arrangement 89 . Areas can be applied to areas with and without cylinders and the density can be designed and detected accordingly. A variant of this embodiment is shown in FIG. 12b, in which lenses 99 are provided directly on the coding ring 97 instead of the cylinder 98 . The effect corresponds to that of the arrangement with cylinders described above.
Neben den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen, die als Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung dienen, können die Anordnungen in radialer oder axialer Form gestal tet werden, wobei die Richtung des Lichtdurchtritts in beiden möglichen Richtungen gewählt werden kann.In addition to the embodiments shown in the figures, the serve as an example for the embodiment according to the invention, can arrange the arrangements in radial or axial form tet, the direction of light passage in two possible directions can be selected.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 13 ist keine Linsenanord nung erforderlich. Eine nahezu punktförmige Lichtquelle, z. B. durch Verwendung einer Laserdiode 101 mit einer lichte mittierenden Fläche von z. B. 2µ × 3µ mit der Sperrschicht z. B. parallel zur Achse beleuchtet den Codierring 90, der aus den lichtdurchlässigen Bereichen 91 und den lichtun durchlässigen Bereichen 92 besteht. Hinter dem Codierring 90 ist eine lineare Fotodetektoranordnung 89 vorgesehen, auf der bei den lichtdurchlässigen Bereichen eine Leucht dichteverteilung durch die Codierung entsteht. Diese Leucht dichteverteilung wird ausgewertet.In the embodiment of FIG. 13, no lens arrangement is required. An almost punctiform light source, e.g. B. by using a laser diode 101 with a light centering surface of z. B. 2µ × 3µ with the barrier layer z. B. parallel to the axis illuminates the coding ring 90 , which consists of the translucent areas 91 and the translucent areas 92 . Behind the coding ring 90 , a linear photodetector arrangement 89 is provided, on which a luminance distribution is produced by the coding in the translucent areas. This luminance distribution is evaluated.
Die Anordnung nach Fig. 13 kann durch die Anwendung von zwei nebeneinander, in bekanntem Abstand angebrachten Laserdioden 101 und 102 verbessert werden, wie es in Fig. 14a und b dargestellt ist. Die Auswertung erfolgt wie bei der Ausführungsform der Fig. 13 beschrieben. Ändert sich jedoch der radiale Abstand des Codierringes 90 durch radia len Schlag des Lenkrades oder ändert sich durch mechanische oder thermische Einflüsse der Abstand der Komponenten untereinander, was in der Fig. 14a durch die Pos. 1 und 2 der Fotodetektoranordnung angedeutet ist, so kann durch die unterschiedliche Schattenbildung der beiden Laserdioden 101 und 102, deren Abstand konstant bleibt, auf der Fotodetek toranordnung 89 trotzdem die Lage und Winkellage des Codes genau detektiert werden. Dabei können die Laserdioden 101 und 102 schnell nacheinander angeregt werden, wobei die Zeit so kurz gewählt ist, z. B. 10 µs-100 µs, daß in dieser Zeit keine die Genauigkeit einschränkende Winkelände rung am Lenkrad auftritt. Anstatt der Laserdioden ist natürlich auch eine monolitische LED in Doppel- oder Drei fachanordnung einsetzbar, bei der lichtemittierende Flä chen mit sehr kleiner Ausdehnung in axialer Richtung durch entsprechende Masken erzeugt werden. The arrangement according to FIG. 13 can be improved by using two laser diodes 101 and 102 arranged next to one another and at a known distance, as is shown in FIGS. 14a and b. The evaluation is carried out as described in the embodiment of FIG. 13. However, the radial distance of the coding ring 90 changes due to radial impact of the steering wheel or changes due to mechanical or thermal influences the distance between the components, which is indicated in Fig. 14a by items 1 and 2 of the photodetector arrangement, so by the different shadow formation of the two laser diodes 101 and 102 , the distance between which remains constant, the position and angular position of the code can nevertheless be detected precisely on the photodetector arrangement 89 . The laser diodes 101 and 102 can be excited quickly in succession, the time being chosen to be so short, e.g. B. 10 microseconds-100 microseconds that during this time there is no restriction on the angle change on the steering wheel. Instead of the laser diodes, it is of course also possible to use a monolithic LED in a double or triple arrangement, in which light-emitting surfaces with a very small extent in the axial direction are generated by appropriate masks.
Der gleiche Effekt wird auch durch Verwendung einer einzi gen Laserdiode 101 oder LED erzielt, wenn die Schattenab bildung auf zwei Fotodetektorzeilen 103 und 104 erfolgt, die in unterschiedlichem Abstand vom Codering 90 angebracht sind (Fig. 15a und 15b). Durch die Verhältnisse der Schattenstruktur kann der Code genau ermittelt werden. Durch die absolute Ausdehnung des Codes auf den Fotodetektorzei len wird der Abstand des Coderinges bei axialem Schlag ermittelt.The same effect is also achieved by using a single laser diode 101 or LED when the shadow image is formed on two photodetector lines 103 and 104 which are attached at different distances from the code ring 90 (FIGS . 15a and 15b). The code can be determined precisely through the ratios of the shadow structure. Due to the absolute extent of the code on the photo detector lines, the distance of the code ring in the event of an axial stroke is determined.
Die Ausführungsform der Fig. 16 zeigt eine Kombination eines winkelbestimmenden Codes 105 mit einem Referenzco de 106. Über die Projektion des Codes über eine Länge, die mindestes den Winkelcode und den Referenzcode überdeckt, kann sowohl der Winkel ausgewertet werden, als auch über den Referenzcode einerseits das CCD oder die Fotodetektor anordnung geprüft werden, andererseits über die bekannten Abstände des Referenzcodes der Abstand und der genaue Winkel bestimmt werden.The embodiment in FIG. 16 shows a combination of an angle-determining code 105 with a reference code de 106 . By projecting the code over a length that at least covers the angle code and the reference code, both the angle can be evaluated and the CCD or the photodetector arrangement can be checked on the one hand, and the distance and the other on the known distances of the reference code the exact angle can be determined.
Der winkelbestimmende Code 105 kann auch parallel zum Referenzcode 106 aufgebracht werden, wie es in der Fig. 17 dargestellt ist. Wird der Referenzcode 106, so wie hier ge zeigt, oben und unten am Rand der Winkelcodierungen aufge bracht, so wirkt sich eine axiale Toleranz auf die Abbil dung des Referenzcodes 106 nicht aus.The angle-determining code 105 can also be applied parallel to the reference code 106 , as is shown in FIG. 17. If the reference code 106 , as shown here, is applied at the top and bottom at the edge of the angle encodings, then an axial tolerance does not affect the mapping of the reference code 106 .
Beide Codes können gemeinsam abgebildet und mittels LED's 86 beleuchtet werden, wie es aus Fig. 18 ersichtlich ist. Damit kann an der Fotodetektoranordnung 89 ein Winkelsi gnal 107 und Referenzsignal 108 entsprechend der Fig. 19 erzeugt und ausgewertet werden.Both codes can be mapped together and illuminated by means of LEDs 86 , as can be seen in FIG. 18. An angle signal 107 and reference signal 108 corresponding to FIG. 19 can thus be generated and evaluated on the photodetector arrangement 89 .
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