ES2230643T3 - Sensor de angulos. - Google Patents
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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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