FR2902185A1

FR2902185A1 - Single/multi-turn absolute angular position measuring sensor for fly-wheel of motor vehicle, has driving and measuring wheels including equal number of teeth such that transmission ratio between wheels is equal to one

Info

Publication number: FR2902185A1
Application number: FR0605224A
Authority: FR
Inventors: Olivier Dixneuf
Original assignee: SC2N SAS
Current assignee: SC2N SAS
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-14
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: FR2902185B1

Abstract

The sensor (1) has a driving wheel (3) e.g. toothed wheel, rotatably fixed with a movable rotational axle e.g. steering column, of a motor vehicle. A measuring wheel (7) is driven by the wheel (3), and a detection component (9) detects an angular position of the wheel (7). The wheels (3, 7) have an equal number of gear teeth such that a transmission ratio between the wheels (3, 7) is equal to one. A pair of conical gears is arranged between the wheels (3, 7) such that a rotational axis of the wheel (7) is perpendicular to a rotational axis of the wheel (3). An independent claim is also included for an angular position measuring device comprising an angular sensor.

Description

Capteur d'angle La présente invention concerne un capteur d'angleThe present invention relates to an angle sensor

permettant de mesurer la position et le déplacement angulaire d'un axe mobile en rotation, en particulier d'une colonne de direction pour un volant de véhicule automobile. for measuring the position and the angular displacement of a rotating axle, in particular a steering column for a motor vehicle steering wheel.

Il existe dans l'état de la technique de nombreux capteurs d'angle. Ces capteurs sont nécessaires en particulier pour des systèmes électroniques EPS (pour Electrical Power Steering , c'est-à-dire un système d'assistance électrique à la conduite) ou ESP (pour Electronic Stability Program , c'est-à-dire le système de stabilité électronique du véhicule). On connaît des capteurs d'angle basés sur des technologies optoélectroniques ou sur des technologies magnétiques avec des capteurs à effet Hall. Il est commun des capteurs connus de disposer d'un élément codeur qui est fixé en rotation à la colonne de direction et d'un capteur de la position de l'élément codeur permettant de mesurer la position angulaire de la colonne de direction. Dans le cas des teclutologies optoélectroniques, l'élément codeur est un disque comportant plusieurs pistes de fentes. Les pistes et l'agencement des diverses fentes sur chaque piste sont conçus de telle façon que chaque position angulaire correspond à un motif unique. Un lecteur optique détermine donc à des intervalles de temps prédéfinis pour chaque piste s'il y a la présence ou non d'une fente, de sorte à en déduire un motif permettant de déterminer avec exactitude la position angulaire de l'axe. Il va de soit que la précision avec laquelle la position angulaire peut être détectée dépend du nombre de pistes du disque codeur. On a noté que la précision demandée par les systèmes EPS ou ESP est en constante augmentation pour atteindre dans certains cas une résolution inférieure à 0,1 , ce qui a pour conséquence une augmentation du nombre de pistes du disque codeur. On comprend aisément que l'augmentation du nombre de piste entraîne automatiquement une augmentation de l'encombrement radial de tels capteurs. There are many angle sensors in the state of the art. These sensors are necessary in particular for electronic systems EPS (for Electrical Power Steering) or ESP (for Electronic Stability Program), that is to say the electronic stability system of the vehicle). Angle sensors based on optoelectronic technologies or on magnetic technologies with Hall effect sensors are known. It is common for known sensors to have an encoder element which is fixed in rotation to the steering column and a sensor of the position of the encoder element for measuring the angular position of the steering column. In the case of optoelectronic teclutologies, the encoder element is a disc having a plurality of slot tracks. The tracks and the arrangement of the various slots on each track are designed such that each angular position corresponds to a single pattern. An optical reader therefore determines at predetermined time intervals for each track whether there is the presence or not of a slot, so as to deduce a pattern for accurately determining the angular position of the axis. It goes without saying that the accuracy with which the angular position can be detected depends on the number of tracks of the encoder disk. It has been noted that the precision required by the EPS or ESP systems is constantly increasing, in some cases reaching a resolution of less than 0.1, which results in an increase in the number of tracks of the encoder disc. It is easily understood that increasing the number of tracks automatically leads to an increase in the radial size of such sensors.

Or, l'espace disponible autour des colonnes de direction est de plus en plus réduit. Pour les capteurs d'angle à base de technologie magnétique, l'élément codeur est une bague fixée en rotation à la colonne de direction et comportant en alternance des pôles nord et sud. De façon analogue au capteur optoélectronique, la précision dépend du nombre de pôles disposés en alternance dans la bague. SFR7183 Toutefois, pour des raisons de détectabilité et de faisabilité, les pôles doivent présenter une taille minimale incompressible de sorte qu'il faut augmenter le diamètre de la bague pour atteindre des précisions de résolution angulaire énoncées ci-dessus. Or, l'augmentation du diamètre de la bague entraîne une augmentation de l'encombrement radial du capteur, ce qui est de moins en moins compatible avec les conceptions actuelles de l'espace autour des colonnes de direction dans les véhicules automobiles. La présente invention vise à proposer un capteur d'angle qui puisse répondre aux contraintes de résolution et d'encombrement exposées ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur d'angle pour mesurer la position angulaire en absolu sur un tour d'un axe mobile en rotation, comprenant une roue d'entraînement destinée à être fixe en rotation avec ledit axe mobile en rotation, une roue de mesure entraînée par ladite roue d'entraînement et un capteur de détection de la position angulaire de ladite roue de mesure, caractérisé en ce que le rapport de transmission entre la roue d'entraînement et la roue de mesure est strictement égale à 1. Selon un autre objet de l'invention dans le cadre d'une application multi-tours, il est prévu un dispositif pour mesurer la position angulaire en absolu sur plusieurs tours d'une colonne de direction d'un véhicule automobile entre deux positions rotatives d'extrémité, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur tel que défini ci-dessus et une unité de traitement des signaux en provenance dudit capteur pour déterminer l'angle absolu de la colonne de direction sur un tour, et en ce que l'unité de traitement comprend en outre une entrée pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe et des moyens pour déterminer à partir de la position angulaire sur un tour et à partir du signal du nombre de tours une position angulaire absolue multi-tours. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur la figure annexée sur laquelle est représentée une vue en perspective d'un capteur d'angle selon l'invention. However, the space available around the steering columns is increasingly reduced. For angle sensors based on magnetic technology, the encoder element is a ring fixed in rotation to the steering column and alternately having north and south poles. In a similar way to the optoelectronic sensor, the accuracy depends on the number of poles arranged alternately in the ring. SFR7183 However, for reasons of detectability and feasibility, the poles must have a minimum incompressible size so that the diameter of the ring must be increased to reach the angular resolution accuracies stated above. However, increasing the diameter of the ring causes an increase in the radial size of the sensor, which is less compatible with current designs of the space around the steering columns in motor vehicles. The present invention aims to provide an angle sensor that can meet the constraints of resolution and size explained above. To this end, the object of the invention is an angle sensor for measuring the absolute angular position over a revolution of a rotating axis, comprising a drive wheel intended to be fixed in rotation with said moving axis in rotation. rotation, a measuring wheel driven by said drive wheel and a sensor for detecting the angular position of said measuring wheel, characterized in that the transmission ratio between the drive wheel and the measuring wheel is strictly equal According to another object of the invention in the context of a multi-turn application, there is provided a device for measuring the absolute angular position on several turns of a steering column of a motor vehicle between two rotary end positions, characterized in that it comprises a sensor as defined above and a signal processing unit from said sensor for determining the absolute angle of the steering column on a n turn, and in that the processing unit further comprises an input for receiving a signal corresponding to a number of revolutions of the axis and means for determining from the angular position on a lathe and from the signal the number of turns an absolute angular position multi-turns. Other advantages and characteristics will appear on reading the description of the invention, as well as in the appended figure on which is represented a perspective view of an angle sensor according to the invention.

La figure 1 présente un capteur d'angle 1 selon l'invention pour mesurer la position angulaire en absolu sur un tour d'un axe mobile en rotation (non représenté), tel qu'une colonne de direction d'un véhicule automobile. Ce capteur 1 comprend une roue d'entraînement 3 destinée à être fixe en rotation avec l'axe mobile en rotation (c'est-à-dire par exemple la colonne de direction) dont la position angulaire doit être déterminée. Plus en détail, à l'état monté du capteur, l'axe mobile traverse la roue d'entraînement et celle-ci est fixée sur le pourtour de cet axe, par exemple par collage, par clipsage ou par des formes complémentaires réalisées sur l'axe mobile d'une part et à l'intérieur de la roue d'entraînement d'autre part. La roue d'entraînement est montée dans un pallier 5, par exemple un pallier lisse. SFR7183 De préférence, la roue d'entraînement 3 est une roue dentée. Le capteur comporte de plus une roue de mesure 7 entraînée par ladite roue d'entraînement 3 et un composant 9 de détection de la position angulaire de la roue de mesure 7. La roue de mesure 7 est dans sa version préférée également une roue dentée et est portée en rotation dans un boîtier 11 réalisé de préférence d'une seule pièce avec le pallier 5. Selon l'invention, le rapport de transmission entre la roue d'entraînement 3 et la roue de mesure 7 est strictement égale à 1. Cette caractéristique est obtenue par le fait que la roue d'entraînement 3 et la roue de mesure 7 présentent le même nombre de dents. Par cet agencement avantageux, l'encombrement radial autour de l'axe dont la position angulaire doit être mesurée est réduit au stricte minimum correspondant aux mesures externes du pallier 5 et au prolongement par le boîtier 11, ceci indépendamment de la précision en position angulaire que l'on souhaite obtenir. Cet agencement permet de s'adapter facilement à des espaces réduits disponibles autour des colonnes de direction dans un véhicule automobile. FIG. 1 shows an angle sensor 1 according to the invention for measuring the absolute angular position on a revolution of a rotating axis (not shown), such as a steering column of a motor vehicle. This sensor 1 comprises a drive wheel 3 intended to be fixed in rotation with the rotatable axis (that is to say, for example the steering column) whose angular position must be determined. In more detail, in the mounted state of the sensor, the movable axis passes through the drive wheel and the latter is fixed on the periphery of this axis, for example by gluing, clipping or by complementary shapes made on the mobile axis on the one hand and inside the drive wheel on the other. The drive wheel is mounted in a step 5, for example a smooth landing. SFR7183 Preferably, the drive wheel 3 is a toothed wheel. The sensor further comprises a measuring wheel 7 driven by said drive wheel 3 and a component 9 for detecting the angular position of the measuring wheel 7. The measuring wheel 7 is in its preferred version also a toothed wheel and is rotated in a housing 11 preferably made in one piece with the bearing 5. According to the invention, the transmission ratio between the drive wheel 3 and the measuring wheel 7 is strictly equal to 1. This This characteristic is achieved by the fact that the drive wheel 3 and the measuring wheel 7 have the same number of teeth. By this advantageous arrangement, the radial space around the axis whose angular position must be measured is reduced to the strict minimum corresponding to the external measurements of step 5 and the extension by the housing 11, this independently of the precision in angular position that we want to get. This arrangement makes it easy to adapt to reduced spaces available around the steering columns in a motor vehicle.

Selon une variante non représentée, on envisage un engrenage conique entre la roue d'entraînement et la roue de mesure, de sorte que l'axe de rotation de la roue de mesure est perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue d'entraînement, ce qui, dans certains cas, permet d'accroître la compacité du capteur selon l'invention. Le composant de détection 9 comporte un aimant unique 13 porté par la roue de mesure 7. According to a variant not shown, a conical gear is envisaged between the drive wheel and the measuring wheel, so that the axis of rotation of the measuring wheel is perpendicular to the axis of rotation of the drive wheel. which, in some cases, makes it possible to increase the compactness of the sensor according to the invention. The detection component 9 comprises a single magnet 13 carried by the measuring wheel 7.

L'aimant possède avantageusement une forme de pastille et est reçu dans un logement 15 défini par une jupe circulaire 17. L'aimant 13 est divisé en une moitié N formant pôle nord et une moitié S formant pôle sud. On comprend donc que l'orientation du champ magnétique de l'aimant 13 tourne en fonction de la position de la roue de mesure 7, ceci dans un plan qui est perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue de mesure. Le composant 9 comporte de plus une sonde de mesure 19 de l'orientation du champ magnétique ce qui permet de connaître la position angulaire de la roue de mesure et donc de la colonne de direction. Selon une première variante non représentée, le composant de détection comporte un lecteur optique et la roue de mesure comporte un codage optique pour ce lecteur permettant de déduire la position angulaire de l'axe. Selon mie seconde variante non représentée, le composant de détection comporte une sonde à effet Hall et la roue de mesure comporte un codage magnétique pour cette sonde permettant de déduire la position angulaire de l'axe. Comme on le voit sur la figure, le composant 19 est relié à une unité de traitement 21 qui reçoit les signaux de mesure par exemple d'orientation du champ magnétique pour les convertir en une position angulaire de l'axe mobile. SFR7183 Le présent capteur selon l'invention est un capteur mono-tour . Toutefois, pour élargir son champ d'application, il est prévu que l'unité de traitement 21 comprend en outre une entrée 23 pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe ainsi que des moyens pour déterminer à partir de la position angulaire sur un tour et à partir du signal du nombre de tours une position angulaire absolue multi-tours. Ainsi, le capteur selon l'invention est apte pour une application multi-tour d'une colonne de direction. c'est-à-dire pour mesurer la position angulaire en absolu sur plusieurs tours d'une colonne de direction d'un véhicule automobile entre deux positions rotatives d'extrémité (braquage complètement à droite et braquage complètement à gauche). The magnet advantageously has a pellet shape and is received in a housing 15 defined by a circular skirt 17. The magnet 13 is divided into a half N forming a north pole and a half S forming a south pole. It is therefore understood that the orientation of the magnetic field of the magnet 13 rotates as a function of the position of the measuring wheel 7, this in a plane which is perpendicular to the axis of rotation of the measuring wheel. The component 9 further comprises a measurement probe 19 of the orientation of the magnetic field which allows to know the angular position of the measuring wheel and therefore of the steering column. According to a first variant not shown, the detection component comprises an optical reader and the measuring wheel comprises an optical coding for this reader to deduce the angular position of the axis. According to a second variant not shown, the detection component comprises a Hall effect probe and the measuring wheel comprises a magnetic coding for this probe to deduce the angular position of the axis. As seen in the figure, the component 19 is connected to a processing unit 21 which receives the measurement signals for example of orientation of the magnetic field to convert them into an angular position of the moving axis. SFR7183 The present sensor according to the invention is a single-turn sensor. However, to widen its scope, it is expected that the processing unit 21 further comprises an input 23 for receiving a signal corresponding to a number of revolutions of the axis and means for determining from the angular position on a lathe and from the signal of the number of revolutions an absolute angular position multi-turns. Thus, the sensor according to the invention is suitable for a multi-turn application of a steering column. that is to say to measure the absolute angular position on several turns of a steering column of a motor vehicle between two rotary end positions (full right turn and full left turn).

De préférence l'entrée 23 pour recevoir un signal correspondant à un nombre de tours de l'axe est une entrée apte à recevoir un signal de position d'un moteur électrique d'assistance à la direction. On comprend donc que le capteur de la présente invention se distingue par un encombrement radial réduit autour de la colonne de direction sans pour autant nécessiter la diminution de la résolution angulaire. Preferably the input 23 for receiving a signal corresponding to a number of revolutions of the axis is an input adapted to receive a position signal of an electric power steering motor. It is therefore understood that the sensor of the present invention is distinguished by a reduced radial space around the steering column without requiring the decrease in angular resolution.

SFR7183SFR7183

Claims

Angle sensor (1) for measuring the absolute angular position over a revolution of a rotating axis, comprising a drive wheel (3) intended to be fixed in rotation with said rotatable axis, a measuring wheel (7) driven by said drive wheel (3) and a component (9) for detecting the angular position of said measuring wheel (7), characterized in that the transmission ratio between the wheel of drive (3) and the measuring wheel (9) is strictly equal to 1.

Sensor according to claim 1, characterized in that the drive wheel (3) and the measuring wheel (7) each have meshes meshing with each other and that the toothed wheels (3, 7) have the same number of gear teeth.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that the two wheels (3, 7) comprise a bevel gear so that the axis of rotation of the measuring wheel is perpendicular to the axis 15 of rotation of the wheel. 'training.

4. Sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detection component (9) comprises a single magnet (13) carried by the measuring wheel (7) and whose orientation of the magnetic field rotates. according to the position of the measuring wheel (7) in a plane perpendicular to the axis of rotation of the measuring wheel and in that the component (9) further comprises a probe (19) for measuring the orientation of the magnetic field.

5. Sensor according to claim 4, characterized in that the magnet (13) has a pellet shape and in that the measuring wheel (7) has a circular skirt (17) defining a housing (15) for the magnet (13) in the form of a tablet.

6. Sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detection component comprises an optical reader and in that the measuring wheel comprises an optical coding for this reader to deduce the angular position of the reader. 'axis.

7. Sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detection component comprises a Hall effect probe and in that the measuring wheel comprises a magnetic coding for this probe to deduce the angular position of axis. 30

8. Device for measuring the absolute angular position over several revolutions of a steering column of a motor vehicle between two rotary end positions, characterized in that it comprises a sensor (1) according to any one of preceding claims and a processing unit (21) of signals from said sensor for determining the absolute angle of the steering column on a lathe, and in that the processing unit (21) further comprises an input ( 23) to receive a signal corresponding to a number of revolutions of the axis and SFR7183means for determining from the angular position on a revolution and from the signal of the number of revolutions an absolute angular position multi-turns.

9. Device according to claim 8, characterized in that the input (23) for receiving a signal corresponding to a number of revolutions of the axis is an input adapted to receive a position signal 5 of an electric motor. assistance to the management. SFR7183