DE19758104B4 - Adaptive absolute steering angle sensor - Google Patents

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Abstract

Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor zur Absolutbestimmung eines Drehwinkels, 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 zueinander drehbar angeordnet sind und wobei eine absolute Winkelbestimmung durch Auslesen der Kontrastinformation mittels eines Mikroprozessors erfolgt, der sowohl die Winkellage des Codes als auch die Feinauflösung der Winkel durch die relative Lage des erkannten Codes zur Abbildung auf der Fotodetektoranordnung ermittelt und wobei zugleich bei jeder Messung die Gesamtfunktion des Systems überprüft und angepaßt wird, nach Patent 197 05 312. dadurch gekennzeichnet, daß der Code mittels einer an einer einzigen Stelle angebrachten Fotodetektoranordnung ermittelt und zur Winkelbestimmung verwendet wird, daß ein zusammenhängendes Segment der Codespur auf mindestens eine Fotodektorzeile abgebildet wird, wobei mindestens ein Codewort erfaßt wird, dem ein vorbestimmter Winkel entspricht, und daß die Lage des Codewortes bezüglich der festen Position der...Adaptive absolute steering angle sensor for the absolute determination of a rotation angle, in particular for determining the steering angle in a motor vehicle by means of a mounted over an angular range of 360 ° codes for determining the angle, wherein the code and a detector array are arranged rotatably relative to each other and wherein an absolute angle determination by reading the contrast information is carried out by means of a microprocessor, which determines both the angular position of the code and the fine resolution of the angle by the relative position of the recognized code for imaging on the photodetector array and at the same time the overall function of the system is checked and adjusted in each measurement, according to patent 197 05 312. characterized in that the code is determined by means of a single-point mounted photodetector array and used for angle determination that abge a coherent segment of the code track on at least one photodiode line is formed, wherein at least one codeword is detected, which corresponds to a predetermined angle, and that the position of the codeword with respect to the fixed position of the ...

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Description

Die Erfindung betrifft einen adaptiven absoluten Lenkwinkelsensor zur Absolutbestimmung eines Drehwinkels, 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 zueinander drehbar angeordnet sind, wobei eine absolute Winkelbestimmung durch Auslesen der Kontrastinformation mittels eines Mikroprozessors erfolgt, der sowohl die Winkellage des Codes als auch die Feinauflösung der Winkel durch die relative Lage des erkannten Codes zur Abbildung auf der Fotodetektoranordnung ermittelt und wobei zugleich bei jeder Messung die Gesamtfunktion des Systems überprüft und angepaßt wird, nach Patent 197 05 312.The The invention relates to an adaptive absolute steering angle sensor for Absolute determination of a rotation angle, in particular for determination the steering angle in a motor vehicle by means of a via a Angular range of 360 ° attached Codes for the Determining the angle, the code and a detector arrangement are arranged rotatably relative to each other, wherein an absolute Angle determination by reading the contrast information by means of A microprocessor takes care of both the angular position of the code as well as the fine resolution the angle through the relative position of the recognized code for illustration determined on the photodetector and at the same time at each Measurement the overall function of the system is checked and adjusted, according to patent 197 05 312.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der absoluten Winkelstellung eines Rotors, insbesondere des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges, weiter zu verbessern.Of the Invention is based on the object, the determination of the absolute Angular position of a rotor, in particular the steering wheel of a motor vehicle, continue to improve.

Erfindungsgemäß wird der Code mittels einer an einer einzigen Stelle angebrachten Fotodetektoranordnung ermittelt und zur Winkelbestimmung verwendet. Weiterhin wird ein zusammenhängendes Segment der Codespur auf mindestens eine Fotodektorzeile abgebildet, wobei mindestens ein Codewort erfaßt wird, dem ein vorbestimmter Winkel entspricht, und die Lage des Codewortes wird bezüglich der festen Position der Fotodetektorzeile vermessen.According to the invention Code by means of a photodetector array mounted in a single location determined and used for angle determination. Furthermore, a coherent segment the code track imaged on at least one photodiode line, wherein recorded at least one code word is, which corresponds to a predetermined angle, and the location of the Codewords will be regarding the fixed position of the photodetector line.

Hierzu ist der Code so gewählt, daß er sich über den gesamten Umfang im Betrachtungsbereich der Fotodetektoranordnung nicht wiederholt. Der Code ist einspurig, eindeutig und geschlossen. Der Sensor 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 Verwendung 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 is the code chosen that he over the entire circumference in the viewing area of the photodetector array not repeated. The code is single-track, unique and closed. The sensor has the advantage that over known methods the angular resolution not from the resolution the code of the code track and not the number of code words but only from the resolution the sensors of the photodetector arrangement depends, d. h., That the angular resolution regardless of Code is. Without the use of the reference mark hangs the angular resolution from the number of codewords. If at least one code word of the code track is detected by the photodetector array, one would have 360 codewords an angular resolution of a degree.

Da die Winkelauflösung nicht von der Anzahl der Codeworte abhängt, sollten möglichs wenige Codeworte verwendet werden, 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.There the angular resolution not depending on the number of codewords should be possible few Codewords can be used to sen sensor sensitivity to environmental influences, such as z. As pollution, to reduce. This is z. B by use of 6-bit or 7-bit codes instead of 8-bit codes.

Das Vermessen wird softwaremäßig in einem Mikrocontroller vorgenommen, der hierzu die Bilddaten der Fotodetektoranordnung verwendet.The Measured by software in one Microcontroller made this, the image data of the photodetector array used.

Zur weiteren Erhöhung der Auflösung können mindestens zwei unterschiedliche Abbildungen eines oder mehrerer Umfangscodes auf die Fotodetektoranordnung abgebildet werden.to further increase the resolution can at least two different illustrations of one or more Peripheral codes are imaged on the photodetector array.

Die Codespur kann mit parallelem Licht durchleuchtet oder von einer Seite beleuchtet werden.The Code track can be illuminated with parallel light or from a Side lit up.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Code über eine Optik so auf die Fotodetektorzeile 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 provides that the code on an optics so on the photodetector line is shown that with a readout cycle of the line both the absolute angle information determined as well as the overall function of the system is checked and adapted.

Zur Überwachung der Systemfunktionen kann mindestens ein Referenzschattenbild 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 Fotodetektoranordnung wird bemerkt und kann durch rechnerische Maßnahmen ausgeglichen werden. Die Referenzschattenbilder können durch eine entsprechende Software sowohl zyklisch als auch durch individuelles Einschalten einer rechnergesteuerten Überwachungseinrichtung erzeugt werden.For monitoring The system functions can have at least one reference shadow the photodetector line will be projected. For contamination in the Range of optical components can then z. B. the power of the light sources by raising the control current easily adapted become. Also, the failure of individual detectors of the photodetector array is noticed and can be compensated by arithmetical measures. The reference silhouettes can through appropriate software both cyclically and by individual activation of a computer-controlled monitoring device be generated.

Weiterhin ist es möglich, daß für den Ausgleich optischer und mechanischer Toleranzen die Flankensteilheit und Abbildungsgröße der auf der Detektorzeile abgebildeten Signale ausgewertet werden.Farther Is it possible, that for the compensation optical and mechanical tolerances the edge steepness and image size of the detector line signals are evaluated.

Der Winkelbereich wird innerhalb 0° bis 360° über die Fahrgeschwindigkeit des Fahzeugs ermittelt. Zur Erfassung des absoluten Lenkwinkels auch bei abgeschalteten Fahrzeugsystemen wird der Lenkwinkel durch kurzes Einschalten des Lenkwinkelsensors in Zeitintervallen, in denen keine Drehung vorzugsweise größer 180° möglich ist, ermittelt.Of the Angle range is within 0 ° 360 ° over the Driving speed of the vehicle determined. To capture the absolute Steering angle even with disconnected vehicle systems, the steering angle by briefly switching on the steering angle sensor in time intervals, in which no rotation preferably greater than 180 ° is possible 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 gewährleisten, muß das System im Standbybetrieb jeweils kurzzeitig eingeschaltet werden, wobei die Einschaltintervalle so gewählt werden, daß in diesem Intervall keine Lenkraddrehung größer 360° möglich ist. Da das System zur Datenübertragung 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 Fahrzeugen kein Lenkwinkel über z. B. +/–90° von der Nullstellung aus fahrbar.The fact that the angle can be evaluated very quickly in the range of 360 ° with a single photodetector arrangement, the system is suitable by simply Mitregistrieren the 360 ° excess and thus for several revolutions. In order to ensure this not only for driving, the system must be switched on in standby mode for a short time, the switch-on intervals are selected so that no steering wheel rotation greater than 360 ° is possible in this interval. Since the system has an interface to the vehicle computer for data transmission, the vehicle speed can be taken over from there to the Zero range of the steering angle to define, because at a certain speed in normal vehicles no steering angle over z. B. +/- 90 ° from the zero position from mobile.

Bei einem adaptiven absoluten Winkelsensor ist weiterhin mindestens eine Lichtquelle für die Beleuchtung eines Winkelbereichs des Codes vorgesehen, und es ist eine Fotodetektoranordnung für die Erfassung des beleuchteten Winkel bereichs des Codes vorgesehen, wobei der Lichtquelle und der Fotodektektoranordnung ein Mikrocontroller zugeordnet ist.at An adaptive absolute angle sensor is still at least a light source for provided the illumination of an angular range of the code, and it is a photodetector arrangement for provided the detection of the illuminated angle range of the code, wherein the light source and the photo-detector array is a microcontroller assigned.

In einer ersten Ausführungsform sind als Lichtquelle zwei lichtemittierende Dioden symmetrisch zur optischen Achse angeordnet, wobei diese zusammen mit der Fotodetektoranordnung und einer Optik auf derselben Seite des Kreisringes vorgesehen sind.In a first embodiment are light source as two light emitting diodes symmetrical to optical axis arranged, these together with the photodetector array and an optic are provided on the same side of the annulus.

In einer zweiten Ausführungsform ist ein an hellen Stellen des Codes lichtdurchlässiger kreisförmiger Codierring vorgesehen. Weiterhin sind mindestens eine lichtemittierende Diode auf einer Seite des Codierringes und die Fotodetektoranordnung auf der anderen Seite des Codierringes angeordnet. Eine Optik ist vorzugsweise auf der Seite der lichtemittierenden Diode vorgesehen.In a second embodiment is a translucent in bright areas of the code circular encoder ring intended. Furthermore, at least one light-emitting diode on one side of the coding ring and the photodetector array the other side of the Codierringes arranged. Optics are preferred provided on the side of the light-emitting diode.

Zur Erhöhung der Sicherheit des Winkelsensors und zur Erfassung von Codefehlern ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß die Fotodetektoranordnung zwei Sensoren aufweist, die bezüglich des Verlaufs der Codespur zu deren synchronen Betrachtung vertikal übereinander angeordnet 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 safety of the angle sensor and the detection of code errors is provided in a further embodiment that the photodetector array has two sensors with respect to the course of the code track for their synchronous viewing vertically above one another are arranged and that the Images of both sensors are compared. By the Comparison of the two pictures can local pollution particles (code, optics) as well as sensor errors detected become. As sensors can two line sensors or two superimposed ones Sections of a surface sensor provided be.

In einer weiteren Ausgestaltung sind zwei Sensoren zur synchronen Registrierung benachbarter Codeworte der Codespur horizontal nebeneinander angeordnet.In In another embodiment, two sensors for synchronous registration adjacent code words of the code track arranged horizontally next to each other.

Als Fotodetektoren sind vorzugsweise ladungsgekoppelte Elemente (CCD) vorgesehen.When Photodetectors are preferably charge coupled devices (CCD) intended.

Die Hell-Dunkel-Linien der Codeworte sollten zur weiteren Verringerung der Sensorempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen möglichst großen Abmessungen haben. Vorzugsweise weisen die Hell-Dunkel-Linien der Codeworte eine Breite von 2 bis 3 mm auf.The Light-dark lines of codewords should be used to further reduce the sensor sensitivity environmental influences preferably huge Have dimensions. Preferably, the light-dark lines of the Code words a width of 2 to 3 mm.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß zwischen Lichtquelle und dem transparenten Codierring eine Mattscheibe angeordnet ist, und daß die Optik und die Fotodetektoranordnung auf der anderen Seite des Codierringes vorgesehen sind.In an embodiment is provided that between Light source and the transparent coding ring arranged a screen is, and that the Optics and the photodetector array on the other side of the coding ring are provided.

In einer weiteren Ausführungsform weist ein transparenter Codierring abschnittsweise nebeneinander liegende Zylinderlinsen zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquellen auf der Fotodetektoranordnung auf. Bei dieser Ausführungsform wird eine zusätzliche Optik eingespart. Durch die Zylinderlinsen entstehen Streifen unterschiedlicher Helligkeit auf dem Fotodetektorarray.In a further embodiment has a transparent coding ring sections next to each other lying cylindrical lenses for generating the code and mapping the Light sources on the photodetector on. In this embodiment an additional Optics saved. The cylindrical lenses produce stripes of different colors 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 Lichtquelle angeordnet ist.In A further embodiment provides that the coding ring is a prismatic Cross-section, wherein one in the axial direction of the Codierringes radiating light source is arranged.

In einer weiteren Ausführungsform sind auf einem transparenten Codierring abschnittsweise nebeneinanderliegende Zylinder oder Linsen zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquellen auf der Fotodetektoranorndung angeordnet, wobei sich die Zylinder in axialer Richtung des Codierringes erstrecken und mit einer Stirnfläche auf dem Codierring befestigt sind und den Lichtquellen zugeordnet sind und mit ihrer anderen, freiliegenden Stirnflächen der Fotodetektoranordnung 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 juxtaposed in sections on a transparent coding ring Cylinders or lenses for generating the code and imaging the light sources arranged on the Fotodetektoranorndung, wherein the cylinder extend in the axial direction of the Codierringes and with an end face are attached to the coding ring and the light sources are assigned and with its other exposed faces of the photodetector array assigned. Through areas with and without cylinders and design the density or with and without lenses, a code can be applied and be detected accordingly. The exposed faces of the Cylinders are appropriate plan or lenticular educated.

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 punktförmige 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 Komponenten untereinander durch mechanische oder thermische Einflüsse 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 an embodiment is the transparent coding ring, the translucent areas and opaque Has areas associated with at least one point-like light source. In a first embodiment, two point-shaped light sources are next to each other provided at a constant distance and a single photodetector arrangement. These Arrangement has the advantage that, despite the change the radial distance of the Codierringes by radial impact of the Steering wheel or despite change the distance between the components by mechanical or thermal influences due to the different shadows of the two light sources, whose distance remains constant, the position and angular position of the code can be detected accurately on the photodetector array.

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 that a punctiform light source and two at different distances to 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 mindestens 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 it is provided that the angle-determining code on the Coding ring is assigned at least one reference code. In this case, the reference code can be arranged next to the angle-determining code, or be provided above and below the angle-determining code.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:The Invention is based on embodiments explained by drawings become. Show it:

1 den prinzipiellen Aufbau eines Lenkwinkelsensors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Auflichtvariante; 1 the basic structure of a steering angle sensor for performing the method according to the invention in a reflected light variant;

1a die Draufsicht auf einen Abschnitt der Codespur; 1a the top view of a portion of the code track;

2 die Zuordnung der fotoempfindlichen Zellen einer CCD-Zeile zu den Spannungsamplituden; 2 the assignment of the photosensitive cells of a CCD line to the voltage amplitudes;

3 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors, bei dem zusätzlich ein Schattenbild auf eine CCD-Zeile projiziert wird; 3 an embodiment of the steering angle sensor, in which additionally a shadow image is projected onto a CCD line;

4 eine Draufsicht auf einen Code mit einem Grob- und einem Feinbereich; 4 a plan view of a code with a coarse and a fine range;

4a einen Schnitt durch die Codeanordnung mit zugehörigen optischen Baugruppen. 4a a section through the code arrangement with associated optical assemblies.

5 eine Durchlichtvariante des Lenkwinkelsensors; 5 a transmitted light variant of the steering angle sensor;

5a die Draufsicht auf einen Abschnitt der Codespur; 5a the top view of a portion of the code track;

6 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei senkrecht übereinander liegenden LCD-Zeilen, denen eine Codespur zugeordnet ist; 6 an embodiment of the steering angle sensor with two vertically superimposed LCD lines, which is associated with a code track;

6a eine Seitenansicht der Ausführungsform der 6; 6a a side view of the embodiment of the 6 ;

7 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei senkrecht übereinander liegenden CCD-Zeilen, denen je eine Code-Spur zugeordnet ist; 7 an embodiment of the steering angle sensor with two vertically superimposed CCD rows, each associated with a code track;

7a eine Seitenansicht der Ausführungsform der 7; 7a a side view of the embodiment of the 7 ;

8 eine Ausführungsform des Lenkwinkelsensors mit zwei waagerecht nebeneinander liegenden CCD-Zeilen; 8th an embodiment of the steering angle sensor with two horizontally adjacent CCD rows;

9 eine Ausführungsform mit eingespritzten Codierungen in einem Kunststoffring; 9 an embodiment with injected codes in a plastic ring;

10a, b eine Ausführungsform der Codierung mittels Zylinderlinsen; 10a , b an embodiment of the coding by means of cylindrical lenses;

11 einen Codierring mit prismatischem Querschnitt; 11 a coding ring with prismatic cross section;

12a einen Codierring mit Zylindern; 12a a coding ring with cylinders;

12b einen Codierring mit direkt auf diesem angeordneten Linsen; 12b a coding ring with lenses arranged directly thereon;

13 einen Codierring mit einer Laserdiode als Lichtquelle; 13 a coding ring with a laser diode as a light source;

14a, b einen Codierring mit zwei Laserdioden als Lichtquelle; 14a , b a coding ring with two laser diodes as a light source;

15a, b einen Codierring mit einer Laserdiode und zwei nachgeordneten CCD-Zeilen; 15a , b a coding ring with a laser diode and two downstream CCD lines;

16 die Kombination eines winkelbestimmenden Codes mit einem daneben liegenden Referenzcode; 16 the combination of an angle-determining code with an adjacent reference code;

17 die Kombination eines winkelbestimmenden Codes mit darüber und darunter liegendem Referenzcode; 17 the combination of an angle-determining code with above and below the reference code;

18 die Zuordnung der Beleuchtung und der CCD-Zeile zur Kombination nach 17; 18 the assignment of the illumination and the CCD line to the combination 17 ;

19 das durch die Anordnung nach 19 erzeugte Signal. 19 that by the arrangement 19 generated signal.

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 geschlossen bezeichnet werden. Für die Ermittlung des absoluten Lenkwinkels innerhalb von 360° reicht damit dieser einspurige Code.On the circumference of 360 ° of a rotatable circular ring 1 a steering device is a digital, single-lane code 2 appropriate. The code is designed to span the entire circumference in a viewing area 3 not repeated. It can be described as one-lane, clear and closed. For the determination of the absolute steering angle within 360 °, this one-lane code suffices.

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 1a als Schwarzweiß-Code ausgeführt. Der Code wird als Kontrastunterschied von der Fotodetektorzeile auf einen Mikrocontroller 8 gegeben. Dieser wertet die Kontrastunterschiede aus, dekodiert sie und gibt die Drehwinkelposition über eine Schnittstelle 9 an das Fahrzeug 10 weiter.The viewing area 3 is through light emitting diodes 4 and 5 illuminated and via an optic 6 on a photo detector line 7 displayed. This photodetector line is designed as a charge-coupled detector line (CCD line). The code 2 in the viewing area 3 is according to the 1a executed as a black and white code. The code is contrasted by the photodetector line on a microcontroller 8th given. This evaluates the contrast differences, decodes them and gives the angular position via an interface 9 to the vehicle 10 further.

Die gesamte Einheit wird über eine Stromversorgung 12 aus dem 12 Volt Fahrzeugnetz 13 versorgt.The entire unit is powered by a power supply 12 from the 12 volt vehicle network 13 provided.

Zur Erfassung der Winkelposition wird bei diesem Verfahren ein zusammenhängendes Segment der Codespur, nämlich der Betrachtungsbereich 3, auf die Fotodetektorzeile 7 abgebildet. 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 (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 Grobwinkel bestimmt.For detecting the angular position, in this method, a coherent segment of the code track, namely the viewing area 3 , on the photo detector line 7 displayed. Within 0 to 360 °, the absolute steering angle can be determined uniquely with a resolution dependent on the selected code. The viewing area is chosen so that at least one codeword 29 ( 2 ) the code track from the CCD line 7 is detected. Each codeword corresponds to a steering angle, the angular resolution depending on the number of codewords. With 360 codewords one has a resolution of one degree. In this way, the rough 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 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.In this method, a high resolution, ie a fine angle determination, regardless of the resolution of the code track code and the number of code words is achieved. This is done according to the 2 in the viewing area 3 the position from the beginning 25 and from the end 26 a codeword 29 with respect to a fixed reference mark 28 of the fixed photodetector. The reference mark is provided at pixel No. 64 in this embodiment. The measurement is done purely software in the microcontroller 8th of which the image data of the photodetector line 7 used.

Als Ergebnis erhält man die Lage 27 des Codewortes bezüglich 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 Lenkwinkelauflösungen von < 0,2° erreicht werden. Der absolute Winkel setzt sich somit aus dem Codewort und der Lage des Codewortes zur Fotodetektorzeile zusammen.The result is the location 27 of the codeword with respect to the reference mark 28 the photodetector line 7 , measured with the resolution of the photodetector. The position or the distance of the codeword to the reference mark and thus the angular resolution of the steering angle sensor is thus dependent only on the resolution with which the photodetector line dissolves the viewing area. In the exemplary embodiment, the photodetector line has 128 Pixels, with which steering angle resolutions of <0.2 ° can be achieved. The absolute angle is thus composed of the codeword and the position of the codeword to the photodetector row.

Da die Auflösung des Lenkwinkelsensors unter der Voraussetzung, daß der Betrachtungsbereich 3 mindestens ein Codewort erfaßt, nur von der Auflösung der Fotodetektorzeile abhängt, 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 provided that the viewing area 3 detected at least one code word, only depends on the resolution of the photodetector line, the light / dark lines of the codeword can have large dimensions, eg. B. 2-3 mm. It is useful to use a code with as few code words as possible. This is z. B. by the use of 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 pollution, reduced.

In der 2 sind auf der x-Achse 21 die lineare Zuordnung der fotoempfindlichen Zellen der CCD-Zeile im Betrachtungsbereich und auf der y-Achse 22 die zugehörigen Spannungsamplituden 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 Abhängigkeit von der Zahl der Fotodetektoren der Fotodetektorzeile 7 kann bei fortschreitender Verschmutzung oder bei Alterung der Bauteile die Verstärkung erhöht werden oder die Leuchtdichte an den Dioden 4 und 5 entsprechend adaptiv eingestellt 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 the 2 are 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 amplitudes are shown. Is the code in the viewing area 3 very good on the photo detector line 7 Imaged, there are very clear contrast differences with correspondingly sharp demarcations. If the image is blurred due to excessive radial tolerance or contamination, a raw signal of the photodetector line results 7 whose course is the graph 23 equivalent. Through a well-known curve analysis and evaluation in the microcontroller 8th the code is reconstructed so that subsequently the signal train 24 is present. By evaluating the amplitudes as a function of the number of photodetectors of the photodetector line 7 The gain can be increased or the luminance at the diodes as the contamination progresses or components age 4 and 5 be adjusted accordingly adaptive. These settings can also be adjusted over the scope or viewing range. Axial tolerances are simply over the height of the code track 2 balanced.

Zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit kann der Lenkwinkelsensor gemäß den 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 Fotodetektorzeile 7 wird zur Ermittlung des Grobwinkels der über eine lichtemittierende Diode 45 beleuchtete grobe Codebereich 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 of the steering angle sensor according to the 4 and 4a be further developed. The code on a scope 41 is in an upper rough area 42 to detect the 0 to 360 ° and in a lower fine range 43 divided up. On the photo detector line 7 is used to determine the coarse angle of a light emitting diode 45 illuminated rough code area 42 about a look 47 displayed. Subsequently, the fine code area 43 by means of a light emitting diode 46 lit and a smaller section of an optic 48 on the photo detector line 7 displayed. This smaller section may in turn contain a code that covers +/- 10 °. Both optics are through a shutter 44 separated. By imaging a smaller section, the resolution and accuracy can be increased accordingly.

Eine weitere Ausführungsform des Lenkwinkelsensors ist in 3 dargestellt. Die Anordnung entspricht der der 1, jedoch ist zur Prüfung des Gesamtsystems ein Überwachungs- und Schnittstellenmikroprozessor 11 vorgesehen, in dem eine Software installiert ist, die entweder beim Einschalten und/oder zyklisch eine oder mehrere lichtemittierende Dioden 32 und 33 einschaltet, die über eine Maske 34 auf die Fotodetektorzeile 7 abgebildet werden. Durch sequentielles Einschalten der Dioden 32 und 33 werden auf der Fotodetektorzeile nacheinander ein Schattenbild oder mehrere Schattenbilder erzeugt. Damit kann die Funktion der Gesamtanordnung 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 in 3 shown. The arrangement corresponds to that of 1 However, to test the overall system is a monitoring and interface microprocessor 11 is provided, in which a software is installed, either at power and / or cyclically one or more light-emitting diodes 32 and 33 turns on, over a mask 34 on the photo detector line 7 be imaged. By sequentially switching on the diodes 32 and 33 One or more shadow images are successively generated on the photodetector line. Thus, the function of the overall arrangement can be checked over all components. For contamination in the optical components can then z. B. the light output of the light emitting diodes 4 and 5 be easily adjusted by appropriate increase of the control current. The failure of individual detectors of the photodetector line is noticed and can be compensated by arithmetic measures.

Während der gesamten Betriebszeit, in der die Messungen des Lenkwinkels stattfinden, ist es möglich, durch Auswertung der Anstiegs- und Abfallzeiten der Signale gemäß 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 period in which the measurements of the steering angle take place, it is possible, by evaluating the rise and fall times of the signals in accordance with 2 , the amplitudes of the signals and the mapping of the code 2 Not only to monitor the overall system in the sense of a diagnosis, but also to compensate for tolerances and to maintain the accuracy of almost all operating influences.

Während in der 1 ein Ausführungsbeispiel des Lenkwinkelsensors dargestellt ist, der mit Auflicht arbeitet, zeigt die 5 einen Sensor, der mit Durchlicht arbeitet. In diesem Fall ist ein Kreisring 54 im Bereich der Hell-Linien 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 5a entspricht dem Code der 1a. Die Codespur wird in diesem Fall mit parallelem Licht durchleuchtet.While in the 1 an embodiment of the steering angle sensor is shown, which operates with incident light, shows the 5 a sensor that works with transmitted light. In this case, a circular ring 54 in the range of the light lines of a code 53 translucent. Inside the ring is a light emitting diode 52 and an optic 55 arranged. Both are a photodetector line outside the annulus 51 assigned. The code 53 according to the 5a corresponds to the code of 1a , The code track is in this case illuminated by parallel light.

Im Ausführungsbeispiel der 6 und 6a sind zwei Zeilensensoren 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 6 and 6a are two line sensors 65 and 66 provided the same code track 62 look at different places. Both are arranged vertically with respect to the course of the code track and cover the viewing area 63 synchronous 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 einzeiliger Zeilensensoren 65 und 66 kann auch ein Flächensensor 61 für diese Funktion verwendet werden.By comparing the two images local pollution particles, eg. B. on the code or the optics, and sensor errors are detected. Instead of two single row line sensors 65 and 66 can also be an area sensor 61 be used for this feature.

Beim Ausführungsbeispiel der 7 und 7a ist ein Code 73 mit zwei Spuren 71, 72 vorgesehen, wie es aus der 7a ersichtlich ist. Jede der beiden Codespuren wird mit einem Zeilensensor 65, 66 oder unterschiedlichen Zeilen eines Flächensensors 61 betrachtet. Der Code der zweiten Codespur 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 Sensoreinganges ergibt.In the embodiment of 7 and 7a is a code 73 with two tracks 71 . 72 provided as it is from the 7a is apparent. Each of the two code tracks is using a line sensor 65 . 66 or different lines of a surface sensor 61 considered. The code of the second code track can now z. B. be inverse to that of the first code track, so that by simple subtraction of the measured values in the microcontroller 8th provides a simple control of the sensor input.

Eine weitere Anordnung ist in der 8 dargestellt. Zur Erhöhung der Sensorsicherheit ist in diesem Ausführungsbeispiel ein zweiter CCD-Sensor 85 horizontal neben dem ersten CCD-Sensor 84 plaziert. Durch die horizontale Anordnung werden verschiedene Codeworte an zwei unterschiedlichen Stellen der Codespur 82 registriert. Die Differenz der Meßergebnisse beider CCD-Sensoren muß den Differenzbetrachtungswinkel beider Fotodetektoren zur Codespur ergeben. Dieser Winkel ist aufgrund der Position der CCD-Sensoren bekannt.Another arrangement is in the 8th shown. To increase the sensor safety is in this embodiment, a second CCD sensor 85 horizontally next to the first CCD sensor 84 placed. Due to the horizontal arrangement different code words at two different points of the code track 82 registered. The difference in the measurement results of both CCD sensors must give the difference viewing angle of both photodetectors for code track. This angle is known due to the position of the CCD sensors.

Anstelle eines zweiten CCD-Sensors kann auch ein entsprechend größerer linearer CCD-Sensor verwendet werden. Desweiteren ist die Zusammenfassung zweier Fotodetektorzeilen in einer integrierten Schaltung 81 mit einem gemeinsamen Gehäuse möglich.Instead of a second CCD sensor and a correspondingly larger linear CCD sensor can be used. Furthermore, the summary of two photodetector lines in an integrated circuit 81 possible with a common housing.

Im Ausführungsbeispiel der 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 lichtdurchlässige Winkelbereiche 91 und lichtundurchlässige Winkelbereiche 92 durch eingespritzte Aussparungen oder durch entsprechend lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Kunststoffe erzeugt werden.In the embodiment of 9 become one or more LED's 86 directly or via a screen 87 about a look 88 on a photodetector arrangement 89 displayed. The coding consists of a ring 90 in which translucent angular ranges 91 and opaque angular ranges 92 be produced by injected recesses or by corresponding translucent and opaque plastics.

Beim Ausführungsbeispiel der 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 unterschiedlicher Helligkeit auf der Fotodetektoranordnung 89. Durch entsprechende Anordnung und Verteilung der Zylinderlinsen 93 auf dem aus einem transparentem Medium gefertigten Codierring 94 wird ein entsprechender Code erzeugt, der zur Abtastung des Lenkwinkels dient. Die Anordnung der Zylinderlinsen ist in 10b gezeigt.In the embodiment of 10a and b become one or more LEDs 86 directly or via the screen 87 or Fresnel lens by means of an arrangement of similar or differently shaped cylindrical lenses 93 without further optics on the photodetector array 89 displayed. Through the cylindrical lenses 93 Strips of different brightness arise on the photodetector arrangement 89 , By appropriate arrangement and distribution of the cylindrical lenses 93 on the coding ring made of a transparent medium 94 a corresponding code is generated which is used to scan the steering angle. The arrangement of the cylindrical lenses is in 10b shown.

Anstelle der Abbildung der LED's auf eine Mattscheibe wie in den 9 und 10 kann ein Codierring 95 so ausgeführt werden, daß er aus einer prismatischen Anordnung besteht, bei der eine oder mehrere LED's 86 z. B. axial die Anordnung bestrahlen (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 Zylinderlinsen 93 entstehen auf der Fotodetektoranordnung 89 Bereiche niedriger und hoher Leuchtdichte. Die Codierung zur Lenkwinkelbestimmung erfolgt durch entsprechende Verteilung der quasi planen Flächen und durch die gleichartig oder unterschiedlich gestalteten Zylinderlinsen.Instead of mapping the LED's on a screen like in the 9 and 10 can be a coding ring 95 be executed so that it consists of a prismatic arrangement in which one or more LED's 86 z. B. irradiate the arrangement axially ( 11 ). The redirection of the light rays happens at the hypotenuse 95a of the prism. The radial light emission on the circumference of the coding ring 95 is designed so that there almost flat surface areas 96 and cylindrical lens assemblies 93 are located. The flat surfaces create a homogeneous light emission onto the radially mounted photodetector arrangement 89 , Through the cylindrical lenses 93 arise on the photodetector assembly 89 Low and high luminance areas. The coding for steering angle determination is carried out by appropriate distribution of quasi-planar surfaces and by the same or differently shaped cylindrical lenses.

Bei einer weiteren Ausführungsform nach 12a wird in axialer Richtung Licht über LED,s 86 in einen transparenten 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 Gestaltung der Dichte kann ein Code aufgebracht und entsprechend detektiert werden. Eine Variante dieser Ausführungsform zeigt die 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 12a is in the axial direction light via LED, s 86 in a transparent coding ring 97 irradiated and this coding ring has a number of cylinders 98 on, which are connected at one end directly to the coding ring and the other end are either plan or lens-shaped. Thus, a corresponding luminance is on each of these cylinders pass through the photodetector assembly 89 can be detected. By areas with and without cylinders and design of the density, a code can be applied and detected accordingly. A variant of this embodiment shows the 12b , in place of the cylinder 98 lenses 99 directly on the coding ring 97 are provided. The effect corresponds to the previously described arrangement with cylinders.

Neben den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen, die als Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung dienen, können die Anordnungen in radialer oder axialer Form gestaltet werden, wobei die Richtung des Lichtdurchtritts in beiden möglichen Richtungen gewählt werden kann.Next the embodiments shown in the figures, as an example for the serve according to the invention can the arrangements are designed in radial or axial form, the direction of light transmission in both possible directions chosen can be.

Beim Ausführungsbeispiel der 13 ist keine Linsenanordnung erforderlich. Eine nahezu punktförmige Lichtquelle, z. B. durch Verwendung einer Laserdiode 101 mit einer lichtemittierenden Fläche von z. B. 2 μ × 3 μ mit der Sperrschicht z. B. parallel zur Achse beleuchtet den Codierring 90, der aus den lichtdurchlässigen Bereichen 91 und den lichtundurchlässigen Bereichen 92 besteht. Hinter dem Codierring 90 ist eine lineare Fotodetektoranordnung 89 vorgesehen, auf der bei den lichtdurchlässigen Bereichen eine Leuchtdichteverteilung durch die Codierung entsteht. Diese Leuchtdichteverteilung wird ausgewertet.In the embodiment of 13 no lens assembly is required. An almost punctiform light source, z. B. by using a laser diode 101 with a light-emitting surface of z. B. 2 μ × 3 μ with the barrier z. B. parallel to the axis illuminated the coding ring 90 coming from the translucent areas 91 and the opaque areas 92 consists. Behind the coding ring 90 is a linear photodetector array 89 provided on the light-transmissive areas a luminance distribution caused by the coding. This luminance distribution is evaluated.

Die Anordnung nach 13 kann durch die Anwendung von zwei nebeneinander, in bekanntem Abstand angebrachten Laserdioden 101 und 102 verbessert werden, wie es in 14a und b dargestellt ist. Die Auswertung erfolgt wie bei der Ausführungsform der 13 beschrieben. Ändert sich jedoch der radiale Abstand des Codierringes 90 durch radialen Schlag des Lenkrades oder ändert sich durch mechanische oder thermische Einflüsse der Abstand der Komponenten untereinander, was in der 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 Fotodetektoranordnung 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 Winkeländerung am Lenkrad auftritt. Anstatt der Laserdioden ist natürlich auch eine monolitische LED in Doppel- oder Drei fachanordnung einsetzbar, bei der lichtemittierende Flächen mit sehr kleiner Ausdehnung in axialer Richtung durch entsprechende Masken erzeugt werden.The arrangement after 13 can by using two side by side, at a known distance mounted laser diodes 101 and 102 be improved as it is in 14a and b is shown. The evaluation is carried out as in the embodiment of 13 described. However, the radial distance of the coding ring changes 90 by radial impact of the steering wheel or changes due to mechanical or thermal influences, the distance between the components with each other, resulting in the 14a is indicated by the pos. 1 and 2 of the photodetector array, so can by the different shadows of the two laser diodes 101 and 102 whose spacing remains constant on the photodetector array 89 Nevertheless, the position and angular position of the code are detected accurately. In this case, the laser diodes 101 and 102 be excited quickly one after another, the time being chosen so short, z. B. 10 μs-100 μs, that in this time no accuracy limiting angle change occurs on the steering wheel. Instead of the laser diodes, of course, a monolithic LED in double or three-fold arrangement can be used, are generated in the light emitting surfaces with very small dimensions in the axial direction by appropriate masks.

Der gleiche Effekt wird auch durch Verwendung einer einzigen Laserdiode 101 oder LED erzielt, wenn die Schattenabbildung auf zwei Fotodetektorzeilen 103 und 104 erfolgt, die in unterschiedlichem Abstand vom Codering 90 angebracht sind (15a und 15b). Durch die Verhältnisse der Schattenstruktur kann der Code genau ermittelt wrden. Durch die absolute Ausdehnung des Codes auf den Fotodetektorzeilen wird der Abstand des Coderinges bei axialem Schlag ermittelt.The same effect is also achieved by using a single laser diode 101 or LED scores, with the shadow picture on two photo detector lines 103 and 104 takes place at different distances from the code ring 90 are attached ( 15a and 15b ). The ratios of the shadow structure allow the code to be determined accurately. Due to the absolute extension of the code on the photodetector lines, the distance of the code ring is determined in the case of an axial impact.

Die Ausführungsform der 16 zeigt eine Kombination eines winkelbestimmenden Codes 105 mit einem Referenzcode 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 Fotodeketoranordnung geprüft werden, andererseits über die bekannten Abstände des Referenzcodes der Abstand und der genaue Winkel bestimmt werden.The embodiment of the 16 shows a combination of an angle-determining code 105 with a reference code 106 , On the projection of the code over a length that covers at least the angle code and the reference code, both the angle can be evaluated as well as the reference code on the one hand, the CCD or the Fotodeketoranordnung be checked on the other hand on the known distances of the reference code, the distance and exact angles are determined.

Der winkelbestimmende Code 105 kann auch parallel zum Referenzcode 106 aufgebracht werden, wie es in der 17 dargestellt ist. Wird der Referenzcode 106, so wie hier gezeigt, oben und unten am Rand der Winkelcodierungen aufgebracht, so wirkt sich eine axiale Toleranz auf die Abbildung des Referenzcodes 106 nicht aus.The angle-determining code 105 can also be parallel to the reference code 106 be applied as it is in the 17 is shown. Will be the reference code 106 , as shown here, applied at the top and bottom of the edge of the angle codings, so an axial tolerance affects the image of the reference code 106 not from.

Beide Codes können gemeinsam abgebildet und mittels LED's 86 beleuchtet werden, wie es aus 18 ersichtlich ist. Damit kann an der Fotodetektoranordnung 89 ein Winkelsignal 107 und Referenzsignal 108 entsprechend der 19 erzeugt und ausgewertet werden.Both codes can be mapped together and illuminated by LED's 86 as is off 18 is apparent. This can be done on the photodetector 89 an angle signal 107 and reference signal 108 according to the 19 be generated and evaluated.

Claims (30)

Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor zur Absolutbestimmung eines Drehwinkels, 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 zueinander drehbar angeordnet sind und wobei eine absolute Winkelbestimmung durch Auslesen der Kontrastinformation mittels eines Mikroprozessors erfolgt, der sowohl die Winkellage des Codes als auch die Feinauflösung der Winkel durch die relative Lage des erkannten Codes zur Abbildung auf der Fotodetektoranordnung ermittelt und wobei zugleich bei jeder Messung die Gesamtfunktion des Systems überprüft und angepaßt wird, nach Patent 197 05 312. dadurch gekennzeichnet, daß der Code mittels einer an einer einzigen Stelle angebrachten Fotodetektoranordnung ermittelt und zur Winkelbestimmung verwendet wird, daß ein zusammenhängendes Segment der Codespur auf mindestens eine Fotodektorzeile abgebildet wird, wobei mindestens ein Codewort erfaßt wird, dem ein vorbestimmter Winkel entspricht, und daß die Lage des Codewortes bezüglich der festen Position der Fotodetektorzeile vermessen wird.Adaptive absolute steering angle sensor for the absolute determination of a rotation angle, in particular for determining the steering angle in a motor vehicle by means of a mounted over an angular range of 360 ° codes for determining the angle, wherein the code and a detector array are arranged rotatably relative to each other and wherein an absolute angle determination by reading the contrast information is carried out by means of a microprocessor, which determines both the angular position of the code and the fine resolution of the angle by the relative position of the recognized code for imaging on the photodetector array and at the same time the overall function of the system is checked and adjusted in each measurement, according to patent 197 05 312. characterized in that the code is determined by means of a single-site mounted photodetector array and used for angle determination that a contiguous segment of the code track abg on at least one photodiode line e is formed, wherein at least one code word is detected, which corresponds to a predetermined angle, and that the position of the codeword bezüg Lich the fixed position of the photodetector line is measured. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermessen softwaremäßig in einem Mikrocontroller vorgenommen wird, der hierzu die Bilddaten der Fotodetektorzeile verwendet.Adaptive absolute steering angle sensor according to claim 1, characterized in that the Measured by software in one Microcontroller is made, this the image data of the photodetector line used. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Auflösung mindestens zwei unterschiedliche Abbildungen eines oder mehrerer Umfangscodes auf die Fotodetektorzeile abgebildet werden.Adaptive absolute steering angle sensor according to claim 1 or 2, characterized in that to increase the resolution at least two different illustrations of one or more perimeter codes be imaged on the photodetector line. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein 6-Bit oder 7-Bit-Codewort verwendet wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that a 6-bit or 7-bit codeword is used. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespur mit parallelem Licht durchleuchtet oder von einer Seite beleuchtet wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that the Code track illuminated with parallel light or from one side is illuminated. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Code über eine Optik so auf die Fotodetektorzeile abgebildet wird, daß mit einem Auslesezyklus der Zeile sowohl die absolute Winkelinformation ermittelt als auch die Gesamtfunktion des Systems überprüft und angepaßt wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that the Code over an optic is imaged onto the photodetector line such that with a readout cycle the line determines both the absolute angle information as well the overall function of the system is checked and adjusted. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Systemfunktionen mindestens ein Referenzschattenbild auf die Fotodetektorzeile projiziert wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that for monitoring the system functions at least one reference silhouette on the Photodetector line is projected. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ausgleich optischer und mechanischer Toleranzen die Flankensteilheit und Abbildungsgröße der auf der Detektorzeile abgebildeten Signale ausgewertet werden.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that for the compensation optical and mechanical tolerances the edge steepness and image size of the detector line signals are evaluated. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich innerhalb 0° bis 360° über die Fahrgeschwindigkeit des Fahzeugs ermittelt wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that the Angular range within 0 ° to 360 ° over the Driving speed of the vehicle is determined. Adaptiver absoluter Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des absoluten Lenkwinkels auch bei abgeschalteten Fahrzeugsystemen der Lenkwinkel durch kurzes Einschalten des Lenkwinkelsensors in Zeitintervallen, in denen keine Drehung größer 180° möglich ist, ermittelt wird.Adaptive absolute steering angle sensor according to one of previous claims, characterized in that the Detection of the absolute steering angle even when the vehicle systems are switched off the steering angle by briefly switching on the steering angle sensor in Time intervals in which no rotation greater than 180 ° is possible, is determined. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lichtquelle (4, 5) für die Beleuchtung eines Winkelbereichs (3) des Codes (2) vorgesehen ist, und daß eine Fotodetektoranordnung (7) für die Erfassung des beleuchteten Winkelbereichs (3) des Codes (2) vorgesehen ist, wobei der Lichtquelle und der Fotodektektoranordnung ein Mikrocontroller (8) zugeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one light source ( 4 . 5 ) for the illumination of an angular range ( 3 ) of the code ( 2 ), and in that a photodetector arrangement ( 7 ) for the detection of the illuminated angle range ( 3 ) of the code ( 2 ), wherein the light source and the photo-detector array a microcontroller ( 8th ) assigned. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle zwei lichtemittierende Dioden (4, 5) symmetrisch zur optischen Achse angeordnet sind, wobei diese zusammen mit der Fotodetektoranordnung (7) und einer Optik (6) auf derselben Seite des Codierringes (1) angeordnet sind.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 11, characterized in that two light-emitting diodes ( 4 . 5 ) are arranged symmetrically to the optical axis, which together with the photodetector array ( 7 ) and an optic ( 6 ) on the same side of the coding ring ( 1 ) are arranged. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein an hellen Stellen des Codes lichtdurchlässiger kreisförmiger Codierring (54) vorgesehen ist, daß mindestens eine lichtemittierende Diode (52) auf einer Seite des Codierringes und die Fotodetektoranordnung (51) auf der anderen Seite des Codierringes angeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 11, characterized in that a circular coding ring ( 54 ) is provided that at least one light emitting diode ( 52 ) on one side of the coding ring and the photodetector arrangement ( 51 ) is arranged on the other side of the coding ring. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Optik (55) auf der Seite der lichtemittierenden Diode (52) vorgesehen ist.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 13, characterized in that an optic ( 55 ) on the side of the light-emitting diode ( 52 ) is provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoranordnung zwei Sensoren (65, 66) aufweist, die bezüglich des Verlaufs der Codespur (62) zu deren synchronen Betrachtung vertikal übereinander angeordnet sind und daß die Bilder (67, 68) beider Sensoren miteinander verglichen werden.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the photodetector arrangement comprises two sensors ( 65 . 66 ) with respect to the course of the code track ( 62 ) are arranged vertically one above the other for their synchronous viewing and that the images ( 67 . 68 ) of both sensors are compared. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren zwei Zeilensensoren (65, 66) oder zwei übereinanderliegende Abschnitte eines Flächensensors (61) vorgesehen sind.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 15, characterized in that two line sensors ( 65 . 66 ) or two superimposed sections of a surface sensor ( 61 ) are provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sensoren (84, 85) zur synchronen Registrierung benachbarter Codeworte der Codespur (82) horizontal nebeneinander angeordnet sind.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that two sensors ( 84 . 85 ) for the synchronous registration of adjacent codewords of the code track ( 82 ) are arranged horizontally next to each other. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Fotodetektoren ladungsgekoppelte Elemente (CCD) vorgesehen sind.Adaptive absolute angle sensor according to one of the previous claims, characterized in that as Photodetectors charge-coupled elements (CCD) are provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hell-Dunkel-Linien der Codeworte eine Breite von 2 bis 3 mm aufweisen.Adaptive absolute angle sensor after egg nem of the preceding claims, characterized in that the light-dark lines of the codewords have a width of 2 to 3 mm. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle (86) und dem Codierring (90) eine Mattscheibe (87) angeordnet ist, und daß die Optik (88) und die Fotodetektoranordnung (89) auf der anderen Seite des Codierringes (90) vorgesehen sind.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that between light source ( 86 ) and the coding ring ( 90 ) a ground glass ( 87 ) and that the optics ( 88 ) and the photodetector arrangement ( 89 ) on the other side of the coding ring ( 90 ) are provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparenter Codierring (94) abschnittsweise nebeneinander liegende Zylinderlinsen zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquellen (86) auf der Fotodetektoranordnung (89) aufweist.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a transparent coding ring ( 94 ) side by side cylindrical lenses for generating the code and imaging of the light sources ( 86 ) on the photodetector array ( 89 ) having. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierring (95) einen prismatischen Querschnitt aufweist, wobei eine in axialer Richtung des Codierringes strahlende Lichtquelle (86) angeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the coding ring ( 95 ) has a prismatic cross section, wherein a in the axial direction of the coding ring radiating light source ( 86 ) is arranged. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem transparenten Codierring (97) abschnittsweise nebeneinanderliegende Zylinder (98) oder Linsen (99) zur Erzeugung des Codes und Abbildung der Lichtquellen (86) auf der Fotodetektoranordnung (89) vorgesehen sind, wobei sich die Zylinder in axialer Richtung des Codierringes erstrecken und mit einer Stirnfläche auf dem Codierring befestigt sind und den Lichtquellen zugeordnet sind und mit ihrer anderen, freiliegenden Stirnfläche der Fotodetektoranordnung (89) zugeordnet sind.Adaptive absolute angle sensor according to one of Claims 11 to 21, characterized in that on a transparent coding ring ( 97 ) side by side cylinders ( 98 ) or lenses ( 99 ) for generating the code and mapping the light sources ( 86 ) on the photodetector array ( 89 ) are provided, wherein the cylinders extend in the axial direction of the Codierringes and are fixed with an end face on the Codierring and the light sources are assigned and with its other, exposed end face of the photodetector array ( 89 ) assigned. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegenden Stirnflächen der Zylinder plan sind oder linsenförmig ausgebildet sind.Adaptive absolute angle sensor according to claim 23, characterized in that the exposed faces the cylinders are flat or lenticular. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem transparenten Codierring (90), der lichtdurchlässige Bereiche (91) und lichtundurchlässige Bereiche (92) aufweist, mindestens eine punktförmige Lichtquelle (101, 102) zugeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transparent coding ring ( 90 ), the translucent areas ( 91 ) and opaque areas ( 92 ), at least one punctiform light source ( 101 . 102 ) assigned. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwei punktförmige Lichtquellen (101, 102) nebeneinander in konstantem Abstand und eine einzige Fotodetektoranordnung (89) vorgesehen sind.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 25, characterized in that two point-shaped light sources ( 101 . 102 ) side by side at a constant distance and a single photodetector array ( 89 ) are provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine punktförmige Lichtquelle (101) und zwei in unterschiedlichem Abstand zur Lichtquelle (101) übereinander angeordnete Fotodetektorzeilen (103, 104) vorgesehen sind.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 25, characterized in that a point-like light source ( 101 ) and two at different distances from the light source ( 101 ) superposed photodetector lines ( 103 . 104 ) are provided. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codierring dem winkelbestimmenden Code (105) mindestens ein Referenzcode (106) zugeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that on the coding ring the angle-determining code ( 105 ) at least one reference code ( 106 ) assigned. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzcode (106) neben dem winkelbestimmenden Code (105) angeordnet ist.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 28, characterized in that the reference code ( 106 ) next to the angle-determining code ( 105 ) is arranged. Adaptiver absoluter Winkelsensor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzcode (106) oberhalb und unterhalb des winkelbestimmenden Codes (105) vorgesehen ist.Adaptive absolute angle sensor according to Claim 28, characterized in that the reference code ( 106 ) above and below the angle-determining code ( 105 ) is provided.
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