ES2927209T3 - Vehículo con sensor de ángulo de dirección - Google Patents

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Johann Jahrstorfer
Hans Schmoltz
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Abstract

La invención se refiere a un vehículo (2) que comprende - un chasis (4) que es móvil en la dirección de marcha (3), - dos ruedas traseras (6) que llevan de forma móvil el chasis (4) en la parte trasera vista en la dirección de marcha. (3),- dos ruedas delanteras (5) que llevan de forma móvil el chasis (4) en la parte delantera visto en el sentido de la marcha (3),- un volante (7) para girar una columna de dirección (26) alrededor de un eje de giro (28) para dirigir las ruedas delanteras (5), y- un sensor de ángulo de dirección (32) para medir un ángulo de rotación (8) de la columna de dirección (26) alrededor del eje de rotación (28) con un codificador (34) que es estacionario a la columna de dirección (26) y con un sensor de imán (36) que está dispuesto axialmente desplazado (72) del codificador (34) en el eje de rotación (28), donde el codificador (34) incluye un primer imán (38) con un lado superior (48) dirigido al sensor de imán (36) y un segundo imán (40) unido al primer imán (38) opuesto al lado superior (48), donde al menos el primer imán (38) incluye un rebaje (52) que parte del lado superior (48), en el que cada imán (38, 40) está imantado ortogonalmente al eje de rotación (28), y en el que, con respecto a las magnetizaciones (42, 44), el primer imán (38) y el segundo imán (40) se desplazan uno contra el otro en el sentido de rotación (46), caracterizándose porque el rebaje (52) tiene una profundidad (56) inferior a un espesor axial (61) del primer imán (38) . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo con sensor de ángulo de dirección
[0001] La presente invención se refiere a un vehículo según el preámbulo de la reivindicación 1.
[0002] Tal vehículo se conoce por la solicitud de patente alemana DE 102018 102184.
[0003] EP2037221A2 divulga un codificador para la interacción con un control dispositivo. El codificador comprende un módulo sensor para la salida de la posición angular de un elemento de accionamiento. El dispositivo de control se puede cambiar entre un estado inactivo de ahorro de energía y un estado operativo. El módulo sensor trabaja cíclicamente. El módulo sensor guarda la posición actual durante el ciclo respectivo. La posición almacenada se compara con la posición actual durante los próximos ciclos y cuando se detecta un cambio de posición, en particular una desviación angular, se genera una señal de activación para cambiar la unidad de control al estado operativo.
[0004] US 2002/011837 A1 divulga un sensor de ángulo de rotación para medir un ángulo de rotación de un objeto a medir con un eje de rotación que gira por la rotación del objeto a medir, un generador de campo magnético paralelo para generar campo magnético paralelo que gira a medida que gira el eje de rotación, un detector de fuerza magnética para detectar la fuerza del campo magnético en el campo magnético paralelo generado por el generador de campo magnético paralelo, y para generar un voltaje de salida basado en la fuerza del campo magnético, y una calculadora de ángulo de rotación para calcular un ángulo de rotación del objeto a medir basado en el voltaje de salida del detector de fuerza magnética.
[0005] El documento DE 10 2014 200365 A1 divulga una disposición de sensores para un dispositivo de control de vehículos de motor, un aparato de magnetización para magnetizar un imán permanente de la disposición de sensores y el uso de la disposición de sensores en un dispositivo de control de vehículos de motor.
[0006] Es objeto de la invención mejorar el vehículo conocido.
[0007] El objeto se soluciona mediante las características de las reivindicaciones independientes.
[0008] Las formas de realización ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.
[0009] De acuerdo con un aspecto de la invención, un vehículo comprende un chasis que se puede mover en la dirección de conducción, dos ruedas traseras que llevan el chasis de forma móvil en el lado trasero visto en la dirección de conducción, dos ruedas delanteras que llevan el chasis de forma móvil en el lado delantero visto en la dirección de marcha, un volante para girar una columna de dirección alrededor de un eje de rotación para dirigir las ruedas delanteras, y un sensor de ángulo de dirección para medir un ángulo de rotación de la columna de dirección alrededor del eje de rotación con un codificador que está estacionario a la columna de dirección y con un sensor magnético que está dispuesto desplazado axialmente desde el codificador en el eje de rotación, donde el codificador incluye un primer imán con un lado superior dirigido al sensor magnético y un segundo imán unido al primer imán opuesto al lado superior, donde al menos el primer imán incluye un rebaje que comienza desde el lado superior, donde cada imán está magnetizado ortogonalmente al eje de rotación, y donde re Aparte de las magnetizaciones, el primer imán y el segundo imán se desplazan uno contra el otro en la dirección de rotación.
[0010] En el vehículo según la invención, el rebaje tiene una profundidad inferior a un espesor axial del primer imán. Esto se basa en la idea de que en el vehículo mencionado al principio, el codificador que tiene un rebaje a través de al menos uno de los imanes genera líneas magnéticas que son fuertemente paralelas. Estas líneas magnéticas paralelas son responsables de un error angular no lineal en el sensor del ángulo de dirección que depende de un espacio de aire entre el codificador y el sensor magnético, en el que este error angular se combina con la desalineación fuera del eje mínima a una distancia específica del codificador de el sensor magnético. Como consecuencia, las tolerancias para colocar el codificador en relación con el sensor magnético deben elegirse cuidadosamente, ya que de lo contrario, el error angular mencionado anteriormente es demasiado alto para una medición confiable. Esto aumenta innecesariamente los costes globales de producción.
[0011] La detención de la escotadura ya en el primer imán conduce al efecto de que las líneas magnéticas generadas por el codificador discurren más paralelas entre sí. Esto reduce la no linealidad mencionada anteriormente del error angular y permite colocar el codificador y el sensor magnético con mayores tolerancias entre sí.
[0012] En una forma de realización del vehículo proporcionado, la relación entre el espesor axial del primer imán y la profundidad del rebaje es superior a 1:20 pero inferior a 1:2, preferiblemente inferior a 1:5. Dentro de estos rangos, el sensor de ángulo de dirección logra una buena sensibilidad para medir de manera confiable el ángulo de rotación manteniendo la idea mencionada anteriormente de mantener el error angular lo más independiente posible de la distancia entre el codificador y el sensor magnético.
[0013] En una forma de realización adicional del vehículo proporcionado, el rebaje del segundo imán incluye un lado inferior opuesto al primer imán y donde se forma un rebaje adicional en el segundo imán comenzando desde el lado inferior y extendiéndose hasta el primer imán, donde el el rebaje y el rebaje adicional se pueden formar simétricamente con respecto a un plano que separa el primer imán del segundo imán.
[0014] En otra forma de realización del vehículo provisto, el primer imán y el rebaje tienen una forma circular vista en la dirección axial, en donde una relación entre el diámetro del primer imán y el diámetro del rebaje es preferiblemente superior a 4:3. y inferior a 2:1, más preferentemente superior a 3:2 e inferior a 5:3 y lo más preferentemente 11:7. En otra forma de realización del vehículo proporcionado, el primer imán es un imán permanente con una inducción residual entre 250 mT y 350 mT, preferiblemente con una inducción residual de 300 mT.
[0016] Las características, funciones y ventajas descritas anteriormente de esta invención, así como la forma y la manera en que se logran, se comprenderán más detalladamente en base a la siguiente descripción de las formas de realización que se explicarán con mayor detalle en relación con las figuras. Muestra:
Fig. 1 un esquema principal de un automóvil con un control dinámico de conducción,
Fig. 2 un esquema principal del automóvil de la Fig. 1 en una vista en perspectiva,
Fig. 3, un esquema principal de un sensor de ángulo de dirección en el coche de la Fig. 1 y la Fig. 2 en una vista en perspectiva,
Fig. 4a el sensor del ángulo de dirección de la Fig. 3 en una vista en sección, la Fig. 4b el sensor del ángulo de dirección de la Fig. 3 en una vista desde abajo, y
Fig. 5 un diagrama con los resultados de la medición.
[0017] En las figuras, elementos técnicos iguales estarán provistos de signos de referencia iguales y descritos una sola vez. Las figuras son solo de naturaleza esquemática y en particular no revelan ninguna dimensión geométrica real.
[0018] Se hace referencia a la figura 1 que muestra una vista esquemática de un vehículo 2 con un control dinámico de conducción básicamente conocido. Los detalles de este control dinámico de conducción se pueden tomar de DE 102011 080789 A1.
[0019] El vehículo 2 es móvil en la dirección de conducción 3 y comprende un chasis 4 que está en la dirección de conducción 3 transportado de forma móvil sobre dos ruedas delanteras 5 y dos ruedas traseras 6. Cada rueda 5, 6 puede reducir la velocidad mediante un freno 8 que está fijo fijo en el chasis 4 para ralentizar el movimiento del vehículo en una calle que no se muestra en las figuras.
[0020] La dirección de conducción 3 durante el movimiento del vehículo 2 puede ser controlada por un conductor del vehículo 2 colocando un volante 7 que se indica simbólicamente en la Fig. 1 en un ángulo de dirección 8. El propio volante 7 controla basado en el ángulo de dirección 8 un mecanismo de dirección 9 que ajusta un ángulo de rueda 10 de las ruedas delanteras 5 basado en el ángulo de dirección 8. Basado en la variación del ángulo de dirección 8 en el tiempo, el vehículo 2 recorre una trayectoria en la calle que lo define el conductor del vehículo.
[0021] Durante el movimiento del vehículo 2 puede ocurrir de manera básicamente conocida por el experto en la materia que las ruedas 5, 6 pierden su contacto con la calle y se desvían de la trayectoria definida por el conductor. Para evitar tal comportamiento, el vehículo 2 está provisto del control dinámico del vehículo mencionado anteriormente.
[0022] El control dinámico del vehículo incluye un freno 11 y un sensor de velocidad de rueda 12 en cada rueda 5, 6. El sensor de velocidad de rueda 12 mide la velocidad de rueda 13 de cada rueda y la proporciona a un controlador 14. El controlador 14 recibe además datos 16 como una velocidad de marcha del vehículo 2 de un sensor de inercia 18 y calcula en base a estos datos la dirección de conducción medida. Entonces, el controlador 14 determina si la dirección de conducción medida corresponde al ángulo de dirección 8 definido por el conductor. En caso de cualquier desviación, el controlador 14 emite una señal de control 20 a un actuador 22 que controla individualmente los frenos 11 con señales de actuador 24 adecuadas para corregir la dirección de conducción 3 del vehículo.
[0023] Se hace referencia a la figura 2 para explicar aproximadamente el mecanismo de dirección en el vehículo 2. Para no complicar innecesariamente las siguientes explicaciones, se omiten muchos elementos técnicos como, por ejemplo, elementos de dirección activos o similares. Los detalles para comprender un mecanismo de dirección se pueden tomar, por ejemplo, del documento DE 102005007307 A1.
[0024] Cuando el conductor coloca el volante 7 en el ángulo de dirección 8, el volante 7 gira una columna de dirección 26 alrededor de un eje de rotación 28 que mueve a su vez una barra de dirección 30 para girar las ruedas delanteras. Es decir, el ángulo de rotación de la columna de dirección 26 alrededor del eje de rotación 28 corresponde al ángulo de dirección 8, de modo que cuando se mide el ángulo de rotación de la columna de dirección 26, se conoce el ángulo de dirección 8 del volante 7.
[0025] En la presente forma de realización, hay un sensor de ángulo de dirección 32 fijado al extremo axial de la columna de dirección 26 opuesto al volante 28. Este sensor de ángulo de dirección 32 mide el ángulo de rotación de la columna de dirección 26 y con ello el ángulo de dirección 8.
[0026] Basado en las Figs. 3 a 4b, este sensor de ángulo de dirección 32 debe ser descrito con más detalle.
[0027] El sensor de ángulo de dirección 32 comprende un codificador 34 que está fijo en la columna de dirección 26 y un sensor de imán 36 que está fijo en el chasis 4 del vehículo 2. La fijación de estos componentes dentro del vehículo 2 está indicada por flechas en las Figs. 3 a 4b.
[0028] El codificador 36 comprende un primer imán 38 y un segundo imán 40. Ambos imanes 38, 40 están formados como un disco circular que se magnetiza en una dirección perpendicular al eje de rotación, de modo que una mitad de disco de cada imán 38, 40 es el polo norte 42 y la otra mitad del disco de cada imán 38, 40 es el polo sur 44. Ambos imanes 38, 40 están apilados uno sobre el otro y alineados con el eje de rotación 28. Allí, el polo norte 42 de uno el imán 38, 40 se coloca en el polo sur 44 del otro imán 40, 38 y viceversa, de manera que ambos imanes 38, 40 se desplazan en una dirección de rotación 46 alrededor del eje de rotación 28.
[0029] La descripción del codificador 32 como está compuesto en base a dos imanes separados 38, 40 es solo figurativo para explicar exhaustivamente la construcción del codificador 32. El codificador 32 también puede ser una sola pieza magnetizable, donde los polos norte y sur 42, 44 se introducen con una magnetización adecuada método.
[0030] El primer imán 38 tiene una superficie superior 48 que se dirige al sensor magnético 36. La superficie superior 48 del primer imán 38 no es visible en la perspectiva de la Fig. 4b. El segundo imán 40 está unido al primer imán 38 opuesto a la superficie superior 48. Visto desde el eje de rotación 28, el codificador 32 tiene forma circular con un diámetro de codificador 52 de 11 mm.
[0031] El primer imán 38 del codificador 32 incluye un rebaje 52 que ha visto en la dirección del eje de rotación 28 una forma circular con un diámetro de rebaje 54 de 7 mm. El rebaje 52 está formado con una profundidad de rebaje 56 de 0,55 mm, mientras que el codificador completo 32 tiene en el eje de rotación 28 una altura de codificador 58 de 3 mm.
[0032] Al igual que el primer imán 38, en la presente forma de realización, el segundo imán 40 del codificador 34 también incluye un rebaje 52' que se forma simétricamente en el segundo imán 40 con respecto a un plano de sección 60 que separa el primer imán 38 del segundo imán 40. Como requisito intrínseco de esta característica, ambos imanes tienen un mismo grosor de imán 61 en la dirección del eje de rotación 28 de 1,5 mm.
[0033] El codificador 34 genera un campo magnético que no es visible en las Figs. 3 a 4b. El campo magnético varía alrededor del eje de rotación 28, de modo que una rotación del codificador 34 alrededor del eje de rotación 28 cambia el campo magnético desde la vista del sensor magnético 36. Es decir, en función del cambio del campo magnético, el sensor magnético 36 puede derivar el ángulo de rotación de la columna de dirección 26.
[0034] Para medir el campo magnético, el sensor magnético 36 se coloca en una distancia de medición 62 desde el lado superior 48 del codificador 34. Sin embargo, esta distancia de medición 62 tiene un impacto en un error angular en el ángulo de rotación a medir. El error angular siempre existe y define, por lo tanto, una tolerancia, por la cual el sensor magnético 36 puede colocarse con respecto al codificador 34. Cuanto mayor sea el impacto del error angular en el ángulo de rotación a medir, más cercana debe elegirse la tolerancia., lo que a su vez conduce a mayores costos de producción. En otras palabras, se prefiere hacer que el error angular sea lo más independiente posible de la distancia de medición 62.
[0035] Para analizar el error angular del sensor de ángulo 32 según la presente forma de realización, se hace referencia a la Fig. 5 que muestra un diagrama, en el que se dibuja un primer desarrollo 64 de un error angular máximo 66 y un segundo desarrollo 68 de un error angular máximo 66 sobre la distancia de medición 62. Estas medidas se tomaron para una inducción residual de 300 mT.
[0036] El primer revelador 64 pertenece a un sensor de ángulo conocido que se describe en DE 102018 102 184. A una distancia de medición 62 de cero, el sensor de ángulo conocido genera resultados de ángulo con un error angular máximo 66 comparativamente alto que cae rápidamente con una distancia de medición creciente 62 hasta un error mínimo 70 a una distancia óptima 72. Después de este error mínimo 70, el error angular máximo 66 aumenta en el sensor de ángulo conocido. Para obtener mediciones confiables del ángulo de rotación a medir con el sensor de ángulo conocido, la distancia de medición 62 debe elegirse a la distancia óptima 72 y, debido a la no linealidad comparativamente alta, no hay tolerancias altas para los errores de desplazamiento relativo entre el codificador y sensor magnético.
[0037] El segundo revelador 68 pertenece a su vez al sensor de ángulo 32 según la presente forma de realización. Las mediciones muestran claramente que el error angular máximo 66 en el sensor de ángulo 32 según la presente forma de realización se mantiene por debajo del error mínimo 70 para distancias de medición 62 en un rango de distancia inferior 73 inferior a la distancia óptima 72. Incluso hay un cruce por cero 74 del error angular máximo 66, lo que indica que el error angular máximo 66 se puede reducir aún más con el sensor de ángulo conocido dentro del rango de distancia inferior 73.
[0038] También es claramente visible que el segundo revelador 68 se mantiene en comparación con el primer revelador 64 comparativamente constante en el rango de distancia inferior 73. Es decir, el codificador 34 y el sensor magnético 36 pueden colocarse básicamente arbitrariamente entre sí dentro del rango de distancia inferior, sin ir significativamente en contra de un error angular máximo requerido. Esta libertad se puede utilizar para dimensionar el sensor de ángulo según la presente forma de realización con tolerancias más altas.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo (2) que comprende
- un chasis (4) que es móvil en la dirección de marcha (3),
- dos ruedas traseras (6) que llevan de forma móvil el chasis (4) en la parte trasera vista en la dirección de marcha (3),
- dos ruedas delanteras (5) que soportan de forma móvil el chasis (4) en la parte delantera vista en el sentido de marcha (3),
- un volante (7) para girar una columna de dirección (26) alrededor de un eje de rotación (28) para dirigir las ruedas delanteras (5), y
- un sensor de ángulo de dirección (32) para medir un ángulo de rotación (8) de la columna de dirección (26) alrededor del eje de rotación (28) con un codificador (34) que está estacionario a la columna de dirección (26) y con un sensor magnético (36) que está dispuesto axialmente desplazado (72) del codificador (34) en el eje de rotación (28),
- donde el codificador (34) incluye un primer imán (38) con un lado superior (48) dirigido al sensor magnético (36) y un segundo imán (40) unido al primer imán (38) opuesto al lado superior (48), donde al menos el primer imán (38) incluye a rebaje (52) a partir del lado superior (48), en el que cada imán (38, 40) está imantado ortogonalmente al eje de rotación (28), y en el que, con respecto a las magnetizaciones (42, 44), el primer imán (38) y el segundo imán (40) se desplazan uno contra el otro en el sentido de la rotación (46),
caracterizado porque
el rebaje (52) tiene una profundidad (56) inferior a un espesor axial (61) del primer imán (38).
2. Vehículo (2) según la reivindicación 1, en el que una relación entre el espesor axial (61) del primer imán (38) y la profundidad (56) del rebaje (52) es superior a 1:20 pero inferior a 1:2, preferentemente inferior a 1:5.
3. Vehículo (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo imán (40) incluye un lado inferior opuesto al primer imán (38) y en el que se forma un rebaje adicional (52') en el segundo imán (40) comenzando desde el lado inferior y extendiéndose hasta el primer imán (38).
4. Vehículo (2) según la reivindicación 3, en el que el rebaje (52) y el rebaje adicional (52') están formados simétricamente con respecto a un plano (60) que separa el primer imán (38) del segundo imán (40).
5. Vehículo (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer imán (38) y el rebaje (52) tienen forma circular visto en la dirección axial (28).
6. Vehículo (2) según la reivindicación 5, en el que una relación entre un diámetro (50) del primer imán (38) y un diámetro (54) del rebaje (52) es superior a 4:3 e inferior a 2:1, preferentemente superior a 3:2 e inferior a 5:3, lo más preferentemente 11:7.
7. Vehículo (2) según una de las reivindicaciones anteriores, donde el primer imán (38) es un imán permanente con una inducción residual entre 250 mT y 350 mT, preferentemente con una inducción residual de 300 mT.
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