ES2230643T3 - Sensor de angulos. - Google Patents

Sensor de angulos.

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ES2230643T3 ES98116950T ES98116950T ES2230643T3 ES 2230643 T3 ES2230643 T3 ES 2230643T3 ES 98116950 T ES98116950 T ES 98116950T ES 98116950 T ES98116950 T ES 98116950T ES 2230643 T3 ES2230643 T3 ES 2230643T3
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Ralf Bobel
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Abstract

SE PROPONE UN SENSOR ANGULAR PREVISTO CON MULTIPLES ELEMENTOS DE SENSOR EJECUTADOS UNIFORMEMENTE, PREVISTOS ESPECIALMENTE PARA EL EQUIPO DE DIRECCION DE AUTOMOVILES, DONDE LOS ELEMENTOS DE SENSOR SE DISPONEN EN UNA LOCALIZACION FIJA EN SOPORTES PRESENTES EN EL EQUIPO DE DIRECCION EN UN PLANO ERIGIDO PERPENDICULARMENTE CON RESPECTO AL EJE DEL EQUIPO DE DIRECCION SOBRE UNA LINEA CIRCULAR CONCENTRICA DEL EJE DEL EQUIPO DE DIRECCION EN UNA DISTRIBUCION EN DIRECCION PERIMETRICA Y SE COPIAN CON UN ANILLO DE CODIGO ACOPLADO ALREDEDOR DEL EJE DEL COMPONENTE DEL EQUIPO GIRATORIO ALREDEDOR DEL EJE DEL EQUIPO, CON LO CUAL EL ANILLO DE CODIGO ESTA PROVISTO CON N (N>1) SEGMENTOS DE ANILLO DE CODIGO QUE MUESTRAN LA MISMA CODIFICACION, MONTADOS DE LA MISMA MANERA GEOMETRICAMENTE, Y LOS ELEMENTOS DE SENSORES Y LOS SEGMENTOS DE ANILLO DE CODIGOS RESPECTIVOS SE EXTIENDEN A TRAVES DE UNA ZONA ANGULAR PERIMETRICA DE (360/N)õ. POR MOTIVOS DE UNA NORMALIZACION IMPECABLE DE UN SENSOR ANGULAR DE ESTE TIPO SE DISPONE EN EL ANILLO DE CODIGOS UN ELEMENTO SENSOR DISPUESTO INCLUSO FIJO EN EL EQUIPO DE DIRECCION, SUMINISTRANDO ADICIONALMENTE UNA SEÑAL DE SALIDA ELECTRICA GUIADA EN EL GIRO POR MEDIO DEL CIRCUITO DE VALORACION Y/O CON AL MENOS UN INICIADOR QUE CAMBIA LA DISPOSICION DEL ELEMENTOS SENSOR PRESENTE.

Description

Sensor de ángulos.
La presente invención se refiere a un sensor angular concebido de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación principal.
Mediante el documento DE 43 00 663 C1 se ha dado a conocer un sensor angular, en el que hay un circuito impreso que se extiende sobre un círculo completo. Debido a ello, un sensor angular de este tipo requiere mucho espacio. Además, el montaje es relativamente costoso, ya que el circuito impreso debe ser montado por encima de los elementos utilizados como mecanismo de dirección.
En el documento DE 195 20 299 A1 se ha dado a conocer un dispositivo para el reconocimiento de la posición de un cuerpo móvil, en el que se encuentran presentes dos sistemas sensores, trabajando según distintos principios físicos, cuyas señales de salida son evaluadas de forma conjunta. La ventaja existente con ello de tener a disposición prácticamente dos informaciones sensoriales redundantes para una misma magnitud, sólo es alcanzable con un considerable esfuerzo en metrología.
Se han conocido otros sensores angulares incrementales para su utilización en el cojinete de un árbol de dirección o de un cigüeñal de un motor a través de los documentos EP 0 443 940 A2 ó US 5,119,670.
Además, ya se ha dado a conocer un sensor angular de tipo similar en el documento EP 0 774 648 A1, en el que se encuentra realizada una reducción del espacio requerido y una simplificación del montaje, concretamente porque el anillo de código se encuentra provisto de n (n>1) segmentos del anillo de código geométricamente iguales con igual codificación, en cada caso, y los elementos sensores, así como cada segmento del anillo de código se extienden sobre una zona angular periférica de (360/nº).
De este modo, todo el sensor angular se encuentra disminuido a un segmento perimetral, de tal manera que la necesidad de espacio se reduce a este segmento del circulo completo. El montaje se encuentra sustancialmente simplificado, ya que el segmento puede ser montado lateralmente en la columna de dirección.
Los segmentos del anillo de código provocan, en combinación con m, un código de m bits de paso unitario encadenado, con elementos sensores de una misma distancia angular entre ellos, mediante el cual la posición angular dentro de un segmento se encuentra unívocamente identificada. La detección del ángulo, más allá de un segmento, se realiza, entre otros aspectos, a causa de una inicialización del sistema mediante un valor de referencia y un posterior recuento (digital) de los segmentos en el sentido de giro.
En este objeto, las barreras fotoeléctricas preferentemente se encuentran construidas de manera tal que los elementos sensores se encuentran bien como barreras fotoeléctricas de horquilla sobre un circuito impreso en un plano dispuesto en forma perpendicular al eje del dispositivo y como anillo de código un anillo de código de diafragma, dispuesto en un paso anular formado por las barreras fotoeléctricas o bien como barrera fotoeléctrica de reflexión sobre un circuito impreso en un plano dispuesto de forma perpendicular al eje del dispositivo y como anillo de código un anillo de código de reflexión.
De este modo, las barreras fotoeléctricas de reflexión pueden estar asignadas al perímetro exterior y/o interior del anillo de código de reflexión.
Se hace posible una medición magnética gracias a que, como elementos sensores cada uno con un imán, se encuentran previstos sensores de campo magnético cooperantes y como anillo de código un anillo de código de diafragma de poca energía magnética, siendo conveniente que cada sensor de campo magnético y el imán correspondiente se encuentren dispuestos en línea sobre un lado del anillo de código de diafragma de poca energía magnética. Pero también es posible conformar los sensores de campo magnético, de manera tal que cada sensor de campo magnético y en cada caso correspondiente imán, se encuentren opuestos sobre los diferentes lados del anillo de código de diafragma de poca energía magnética. Otra disposición magnética puede ser realizada en este sensor angular ya conocido previendo como elementos sensores, sensores de campo magnético y como anillo de código, un anillo magnético permanente con una magnetización codificada.
En estos sensores angulares ya conocidos, el problema consiste en que, en caso de un corte de corriente en la red eléctrica de alimentación, es problemático inicializar nuevamente de forma correcta este sensor angular.
Si bien en un desarrollo de este objeto se ha previsto prever características adicionales para la diferenciación de los segmentos como, por ejemplo, filtros transparentes, lo que posibilitaría una correcta inicialización, pero a menudo, una posibilidad de diferenciación de los segmentos propiamente dicha no es necesaria, de manera que se quiere evitar el gasto adicional no despreciable necesario para ello.
Por este motivo, la presente invención tiene por objetivo desarrollar el sensor angular antes descrito, de manera tal que sea posible una calibración del mismo después de la primera puesta en servicio o después de un corte de corriente en la red de alimentación asignada, con el mínimo coste pero, sin embargo, de manera correcta.
Según la invención, el objetivo se consigue mediante las características señaladas en la parte caracterizante de la reivindicación principal.
Realizaciones especialmente ventajosas del objeto según la invención se encuentran indicadas en las subreivindicaciones y son explicadas detalladamente en base al dibujo de despiece de uno de los ejemplos de realización mostrados.
Como puede verse en el dibujo, se monta un estator 1, en forma de segmento tangente al husillo de dirección de un automóvil, en el mecanismo de dirección o en la columna de dirección, no mostrados para simplificar, de manera solidaria mediante un dispositivo de fijación sólo esbozada en parte. En el estator 1 se encuentra sujetado un circuito impreso 2 con el mismo contorno exterior que el propio estator. Para la sujeción de un circuito impreso 2 cooperante con un circuito de evaluación o directamente provisto del mismo, se encuentra una carcasa 1a que contiene el circuito impreso, que puede ser fijada en escotaduras de guía 3' mediante grapas 1a'. El estator 1 presenta, además, un elemento de sujeción 3 en forma de segmento alineado con el circuito impreso 2, para el alojamiento de seis barreras fotoeléctricas 4 dispuestas a distancias angulares iguales de 12º. Los elementos de emisión y de recepción de las barreras fotoeléctricas 4 se encuentran conectados directamente a los conductores impresos del circuito impreso 2 y opuestos a ambos lados de un paso anular 5 en el elemento de sujeción 3. De este modo, el paso anular 5 se encuentra alineado de forma concéntrica al eje del husillo de dirección perteneciente al mecanismo de dirección.
Un disco rotor se encuentra acoplado al husillo de dirección o al volante de dirección unido al mismo y conformado como anillo de código 7 con cinco segmentos, cada uno extendiéndose en un ángulo perimetral de 72º con segmentos del anillo de código de diafragma 8 construidos iguales. Los segmentos del anillo de código de diafragma, mediante el giro del anillo de código 7, son movidos a través del paso anular 5 y producen, en conexión con las barreras fotoeléctricas 4, un código de un paso encadenado. Este código posibilita mediante recuento continuo una exacta determinación de la posición, concretamente aún con varias revoluciones del volante de dirección.
El sensor angular mostrado es componente ventajoso de un llamado cartucho de resorte en espiral previsto para la transmisión de señales o bien de energías desde una parte estática a una parte giratoria del mecanismo de dirección de automóviles.
Ahora, para calibrar el sensor angular después de su instalación para una primera puesta en servicio o nuevamente después de un corte de corriente, en el elemento de sujeción 3 en forma de segmento se encuentra, dentro de una cámara 3a prevista para tal fin, un elemento sensor 9, sensible a campos magnéticos, trabajando preferentemente sobre la base del efecto Hall, que coopera con un componente magnético permanente, presente en el anillo de código 7, que sirve como iniciador 10.
Mediante un elemento sensor de este tipo, igualmente conectado eléctricamente con el circuito de evaluación, el sensor angular puede ser calibrado llevando el volante de dirección a una de sus dos posiciones extremas y, a continuación, con el giro del volante de dirección a la posición extrema opuesta son registrados la secuencia de códigos captada mediante elementos sensores 4, como así también las señales entregadas por el elemento sensor 9 adicional.
Como la posición sobre el anillo de diafragma de código del iniciador que provoca las señales del elemento sensor 9 adicional es conocida, por la correlación de estas señales con la secuencia de códigos registrada mediante los elementos sensores 4, para la unidad de evaluación también es registrable la posición de los segmentos del anillo de diafragma con respecto a un perímetro. Por el conocimiento de las posiciones extremas del giro del volante de dirección se conoce, además, la posición de los segmentos del anillo de diafragma respecto de todo el juego de movimiento. Como la posición extrema del giro del volante de dirección se encuentra determinada con una tolerancia < 360º respecto de la posición central del volante de dirección, también es conocido de este modo el segmento que contiene la posición central del volante de dirección y de este modo es inicializado de forma unívoca el sensor angular del árbol de dirección (LWS).
Naturalmente, también es posible reemplazar el componente sensible a campos magnéticos 9 por al menos una barrera fotoeléctrica que igualmente se encuentra dispuesta en el estator 1 o en el elemento de sujeción 3 en forma de segmentos que le pertenece.
La barrera fotoeléctrica puede estar realizada como barrera fotoeléctrica de horquilla o barrera fotoeléctrica de reflexión, pudiendo recurrir a un elemento de diafragma presente en el anillo de código o a una zona de código prevista en el anillo de código.
Es especialmente favorable cuando un elemento de un segmento de anillo de diafragma ya existente para la detección de ángulos presenta, por ejemplo, una característica filtrante o atenuante, de manera que la modificación de señales relacionada con ello se pueda captar por el elemento sensor adicional.

Claims (13)

1. Sensor angular para el mecanismo de dirección de automóviles con varios elementos sensores (4) conectados a un circuito de evaluación en un elemento de sujeción fijo en el mecanismo de dirección, en un plano alineado perpendicularmente al eje de rotación del mecanismo de dirección, distribuidos sobre un círculo en una curva circular concéntrica respecto al eje de rotación del mecanismo de dirección, que cooperan con un anillo de código (7) acoplado a un componente rotativo alrededor del eje de rotación de mecanismo de dirección, con el anillo de código (7) dotado de n (n > 1) segmentos de código (8) de igual diseño geométrico, cada uno mostrando claramente una codificación que unívocamente distingue su posición angular dentro de un segmento (8) y donde los segmentos sensores (4) y cada segmento del anillo de código (8) se extienden sobre un ángulo periférico de (360/n)º, caracterizado porque en el anillo de código (7) se encuentra dispuesto un iniciador (10) que ante una revolución de aquel modifica la señal eléctrica de salida entregada al circuito de evaluación por un elemento sensor (9) dispuesto de manera estacionaria en el mecanismo de dirección.
2. Sensor angular, según la reivindicación 1, caracterizado porque un imán permanente sujetado al anillo de código se encuentra asignado como iniciador (10) al elemento sensor adicional (9), realizado sensible a campos magnéticos.
3. Sensor angular, según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento sensor adicional (9) también se encuentra integrado al elemento de sujeción (3) situado en el mecanismo de dirección para la sujeción de los elementos sensores (4) previstos para la detección de ángulos.
4. Sensor angular, según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el elemento sensor adicional (9) comprende un componente que hace uso del efecto Hall.
5. Sensor angular, según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un elemento actuante como iniciador (10) se encuentra dispuesto en el anillo de código (7), asignado al elemento sensor adicional (9) del tipo optoelectrónico y cooperante con el mismo.
6. Sensor angular, según la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento actuante como iniciador (10) se encuentra realizado como un diafragma montado en el anillo de código (7) y el elemento sensor adicional (9) cooperante con el mismo comprende una barrera fotoeléctrica de horquilla.
7. Sensor angular, según la reivindicación 6, caracterizado porque el diafragma unido formando una sola pieza con el anillo de código (7) se encuentra en otro plano que el de los segmentos del anillo de código (8), tipo diafragma, para la detección de ángulos.
8. Sensor angular, según una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque el diafragma situado en el anillo de código (7) se encuentra realizado como filtro de polarización.
9. Sensor angular, según la reivindicación 6, caracterizado porque el diafragma de un segmento del anillo de código (8), previsto para la detección de ángulo por vía optoelectrónica, se encuentra conformado en cierta medida de forma transparente a los rayos, y los elementos sensores (4), previstos para la detección de ángulos presentan una diferente sensibilidad que la del elemento sensor adicional (9).
10. Sensor angular, según la reivindicación 9, caracterizado porque los elementos sensores (4), previstos para la detección de ángulos, poseen una diferente sensibilidad de intensidad que la del elemento sensor adicional (9).
11. Sensor angular, según la reivindicación 9, caracterizado porque los elementos sensores (4), previstos para la detección de ángulos, tienen una diferente sensibilidad espectral que la del elemento sensor adicional (9).
12. Sensor angular, según la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento actuante como iniciador (10) se encuentra diseñado como una zona de reflexión situada en el anillo de código (7), a la cual se encuentra asignada, como elemento sensor adicional (9), una barrera fotoeléctrica de reflexión.
13. Sensor angular, según la reivindicación 12, caracterizado porque la zona de reflexión se encuentra en un plano alineado perpendicularmente al eje del mecanismo de dirección y porque la barrera fotoeléctrica de reflexión asignada se encuentra sobre un circuito impreso posicionado paralelo al plano de zona de reflexión.
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