JP2004271505A - 不均等に分配された特異点を有するコーダを備える絶対角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、固定構造体に対して回転部材の絶対角度位置を判定するための装置に関する。
【解決手段】 前記装置は、主要多極トラック（１ａ）と、いわゆる「回転ピップ」多極トラック（１ｂ）とを備えたコーダ（１）を有する。回転ピップトラックは、回転ピップ信号（Ｃ）が信号ＡおよびＢと組み合わされて、コーダ（１）の絶対角度位置を各々表わす２値シーケンスを定義するように構成されるように、角度方向に分配されているＭ個の特異点（１ｂ１）を含む。本発明は、さらにそのような装置を含む自動車両のステアリングシステムおよびベアリングに関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定構造、すなわち自動車両用ステアリングシステムに関して回転部材の絶対角度位置を判定するための装置、およびそのような装置を備えるベアリングに関する。

多くの用途において、とりわけ自動車における方向制御システムまたは電気支援ステアリングシステムでは、固定構造体に対する回転部材の絶対角度位置を知ることが必要である。

絶対角度位置は、回転部材の基準位置から所与のモーメントで回転部材の位置を隔てる角度を意味し、この基準位置は固定構造体に対して固定的に与えられている。
これに対して、相対角度位置は、固定構造体に対して可変である任意の初期位置から部材の位置を隔てる角度である。

特許文献１により、特に、回転部材と共に同心的に回転されることを意図されたコーダを用いる、上記のような装置が公知である。前記コーダは、主要多極トラックと、いわゆる「回転ピップ（revolution pip) 」多極トラックとを備える。前記回転ピップトラックは、関連するセンサがコーダの１回転当たり１パルスを発生するように特異点を有する。使用開始後、第１の回転ピップパルスが検出されると、直ちに、そのような装置は絶対角度位置を判定する。

この装置の１つの制限は、コーダの１回転当たりに一度のみしかパルスの検出が行われないということである。その結果、場合によっては、その絶対角度位置を知る前に、回転部材の著しい角度の移動がなされなければならない。また、公知の装置では、コーダの１回転当たりの特異点の数を増加させることが可能でないか、あるいは、それらの特異点同士を区別することはできない。
欧州特許第ＥＰ−１１６７９２７号

本発明は、特に、使用開始後に、想定された用途によって低減され調整可能である角度移動の後のコーダの絶対角度位置を判定することを可能にする改善された装置を提案する。

この目的のために、第１の態様によれば、本発明は、固定構造体に対する回転部材の絶対角度位置を判定するための装置を提案する。前記装置は、
−回転部材と協働して回転されるように意図されたコーダであって、同心的である主要多極トラックと、いわゆる「回転ピップ」多極トラックとを備え、前記回転ピップトラックは、Ｍ個の角度方向に分散された特異点を有する、コーダと、
−コーダから空隙を隔てて対向する固定センサであって、少なくとも３つの感応素子を備え、それら感応素子のうちの少なくとも２つは、直角位相にある２つの周期的な電気信号Ｓ１，Ｓ２を送るするように、主要トラックに対向して配置され、前記感応素子のうちの少なくとも１つは、電気信号Ｓ３を送るするように、回転ピップトラックに対向して配置され、前記センサは、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から、回転部材の角度位置を表す直角位相にある２つの矩形デジタル位置信号Ａ，Ｂと、コーダの１回転当たりＭ個のパルスの形態にある回転ピップ信号Ｃとを発生することが可能である電子回路を備える、センサと、
−信号Ａ，Ｂ，Ｃを処理するための装置であって、コーダの角度位置における初期位置からの変化を判定することが可能である計数手段を有する装置と、を備える。

前記Ｍ特異点は、信号Ｃが信号Ａ，Ｂと組み合わされて、各々コーダの絶対角度位置を表わす２値シーケンスを定義するように、角度方向に分配されている。前記処理装置は、２値シーケンスが検出された場合に、前記２値シーケンスに関連した絶対角度位置の値を初期位置として割り付けることが可能である、初期位置を再調整する手段を備える。

第２の態様によれば、本発明は、そのような判定装置を装備したベアリングを提案する。前記ベアリングは、固定構成要素に関連するように意図された固定レースと、回転部材によって回転されるように意図された回転レースと、前記レース間に配置される転動体とを備え、前記コーダは回転レースと関連しているタイプのベアリングである。

第３の態様によれば、本発明は自動車両用ステアリングシステムを提案する。該ステアリングシステムは、、シャーシに対するステアリングホイールの絶対角度位置を測定するために、前記判定装置と、自動車のステアリングホールに回転可能に固定されているコーダと、車両のシャーシに固定されているセンサとを備える。

本発明の他の目的および利点は、添付図面を参照してなされる以下の説明の間に明らかとなるであろう。

本発明は、固定構造体に対する回転部材の絶対角度位置を判定するための装置に関する。該装置は、図１に示したようなコーダ１を備える。
想定された特定の用途において、前記装置は、シャーシに対するステアリングホイール２の絶対角度位置を測定するために、ステアリングシステムに組み込まれる。この測定値は、車両の方向またはステアリング支援システムを制御するシステム内において用いられ得る。

図２に関して、ステアリングシステムはステアリングコラム３を備えて記載されている。該ステアリングコラム３には、図１に示したようなコーダ１が、コラム３とコーダ１との回転接続を提供するように装着されている。公知の方式において、コラム３は、ステアリングコラム２に関連しており、そのステアリングホイール２によって、運転者はステアリングトルクを適用する。さらに、コラム３は、ステアリングトルクを操舵される車両の車輪に伝達するように構成される。この目的のために、車輪は、コラム３の回転移動を車輪の角度移動に変換するために、ラックピニオンおよびラックによってコラム３に機械的に関連付けられたり、またはコラム３から分離されたりし得る。後者の場合、コーダ１は、ステアリングホイール２の一部に直接関連付けられることが可能である。

ステアリングホイール２は、車輪が直線上にある位置から、複数回転、典型的には２回転するように構成されている。
ステアリングシステムはまた、自動車両のシャーシに固定される固定要素５と、センサ５とを備える。センサ５は、該センサの感応素子が、から空隙を隔てて同コーダ１に対向して配置されるように、前記感応素子に関連している。

固定要素４に対する、従ってシャーシに対する、コーダ１の絶対角度位置、従ってステアリングホイール２の絶対角度位置を判定することを可能とするために、コーダ１は、主要多極トラックｌａと、いわゆる「回転ピップ」多極トラック１ｂとを備え、主要多極トラックｌａと「回転ピップ」多極トラック１ｂとは同心的である。回転ピップトラック１ｂは、角度をなして分配されているＭ個（Ｍ＞１）の特異点を備える。

特定の例において、コーダ１は多極磁石環によって形成されている。その多極磁石環は、主要トラック１ａおよび回転ピップトラック１ｂを形成するように、一定の角度の幅で均等に分配された複数のＮ極およびＳ極の対１ｃに磁化されている。また、前記多極磁石環上には、磁気転移が互いに異なる２つの隣接した極によって形成される、回転ピップトラック１ｂの磁気特異点ｌｂｌが存在する。

図１に示した実施形態によれば、前記環の内側よりに配置された主要トラック１ａおよび前記環の外側よりに配置された回転ピップ軌道１ｂは、２４対の極の対１ｃを有し、回転ピップトラック１ｂの極の対１ｃは、主要トラック１ａのそれらに対して、値φだけ位相が遅延されている。

各特異点１ｂ１は極の対ｌｃによって形成され、極の幅は、ある極が主要トラック１ａの対応する極に対して−φだけ位相がずれるように構成されている。よって、信号Ｃの各パルスは、主要トラックｌａと回転ピップトラック１ｂとの位相差の反転の検出に対応する。

さらに、センサ５は少なくとも３つの感応素子を備える。それら３つの感応素子の内、少なくとも２つは、主要トラックｌａに対向して配置され、少なくとも１つは、回転ピップトラック１ｂに対向して配置される。

特定の例において、感応素子は、ホール効果センサ、マグネトレジスタおよび巨大マグネトレジスタのうちから選択される。
使用されるセンサ５は、主要トラックに対向して配置された感応素子による直角位相にある２つの周期的な電気信号Ｓ１，Ｓ２、回転ピップトラック１ｂに対向して配置された感応素子による電気信号Ｓ３を送ることができる。

複数の整合された感応素子からの信号Ｓ１，Ｓ２を得る原理は、例えば、本出願人から出願されたフランス特許第ＦＲ−２７９２４０３号に記載されている。
しかしながら、信号Ｓ１，Ｓ２を送ることが可能である、２つの感応素子を含むセンサ５も公知である。

センサ５は、さらに信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から、直角位相にある矩形デジタル位置信号Ａ，Ｂと、コーダ１の１回転当たりＭ個の電気パルスの形態にある回転ピップ信号Ｃとを送る電子回路を備える。

デジタル信号Ａ，Ｂ，Ｃを得る原理、および磁気特異点１ｂ１の様々な実施形態は、フランス特許第ＦＲ−２７６９０８８号および欧州特許第ＥＰ−０８７１０１４に記載されている。

一実施形態によれば、センサ５は、出力信号の分解能を増大させることを可能にする、例えば本出願人から出願されたフランス特許第ＦＲ−２７５４０６３号に記載されたタイプの補間回路をさらに備える。

センサ５はシリコン基板または同等のもの（例えばＡｓＧａ）に集積されて、特定の用途に対する個別化された集積回路、すなわち、部分的または完全に要件に従って設計された集積回路を指すために時としてＡＳＩＣという用語で示される回路を形成し得る。

本記載は、コーダ／磁気センサーアセンブリに関してなされるが、さらに、本発明を光学型の技術を用いる類似した方式で実施することが可能である。例えば、金属またはガラ
スのターゲットによってコーダ１を形成することが可能である。前記金属またはガラスのターゲット上には主要トラックｌａおよび回転ピップトラック１ｂが、上記に開示した多極磁気パターンに類似した光学的パターンを形成するようにエッチングされる。次に、感応素子が光学検出器によって形成される。

判定装置はまた、信号Ａ，Ｂ，Ｃを処理するための装置６を備え、該装置６はコーダ１の初期位置からの角度位置の変動を判定することができる計数手段を含む。実施形態の一例において、前記計数手段は、検出された信号Ａ，Ｂのエッジの数に対応する角度値によって角度位置の値がインクリメントされたり、またはディクリメントされるレジスタを備える。その初期値は、装置が使い始められるときには、例えば０に固定されている。よって、処理装置は、初期位置に対するコーダ１の相対位置を知ることを可能にする。

回転部材の絶対角度位置を得るためには、回転ピップトラック１ｂの特異点ｌｂｌの分布が特定的であるところにおいて、コーダ１を使用するための準備が行なわれる。
実施形態に、図１に示された、回転ピップトラック１ｂの１０個の特異点ｌｂｌ角分布は１回転の間の信号Ｃおよび信号Ａ，Ｂによって得られる２値のパターン０００００ｌ０００１ｌ０１００ｌｌｌ００ｌ０ｌｌによって表わすことが可能である。上記パターンにおいて、デジット１は、信号Ｃ上の特異点１ｂ１の検出に対応し、デジット０はそのような特異点の検出が無いことに対応し、デジット０および１は信号Ａ，Ｂによって識別される極の対にそれぞれ割り付けられている。

この２値のパターンによれば、コーダ１の初期位置および回転方向に従って、１回転におけるのコーダ１の絶対位置を明白に判定するために読み取られるべき数の状態０または１を確立することが可能である。後述において、１回転におけるコーダ１の絶対位置を判定することを可能にする一連の複数の０または１を２値シーケンスと称する。

本発明によれば、信号Ｃが信号Ａ，Ｂと組み合わされて、コーダの絶対角度位置を各々表わす２値シーケンスを定義するように構成されるように、Ｍ個の特異点ｌｂｌがコーダ１上で角をなして分配される。この目的にために、判定装置を使用する前に、１つ以上の特異点の絶対角度位置が基準位置に関して割出され得る。ステアリングシステム型の用途において、基準位置は特に車輪の直線位置であり得る。この割出（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）は、製造ラインからの出口で、専用作業台上において行われ、絶対的位置の値は、ＥＰＲＯＭまたはフラッシュ型の記憶装置に格納されることが可能である。この割出はまた機械的に行うことが可能である。

このように、信号Ａ，Ｂ、および信号Ｃの処理により、２値パターンに配置されることが要求される、０および１の連鎖が構築される。そして、この連鎖が、一意的であり、かつ２値パターンを形成するために十分に長い場合、検出された最新の状態に関連する絶対角度が分かるのである。

また、２値シーケンスが検出されると直ちに、コーダ１の絶対角度位置は、再調整手段によって、初期値として、処理装置６に割り付けられ、計数手段によってその絶対角度位置を知ることができる。

一実施形態によれば、処理装置６は、センサ５からの信号Ａ，Ｂ，Ｃを受信するように構成されたマイクロプロセッサであり、該マイクロプロセッサには２値シーケンスおよび関連する絶対角度位置が格納される。

例えば、図１の中の矢印７によって示された位置から始まって、連鎖１００１１が検出されると直ちに、これは、２値パターンにおいて一意的である２値シーケンスであると識
別される。また、矢印８によって図１に表わされる角度位置は、この２値シーケンスに関連した絶対角度位置である。

図１の中のコーダ１の実施形態において、検出装置が使用され始める場合、どのような開始角度であっても、いずれかの方向において最悪でも７５°回転後に絶対角度が分かる。

さらに、図１の中のコーダ１で、絶対角度位置は、
・初期位置が「直線」位置（矢印８）に接近している場合に、１５°以上の左回転がなされ、その後、１５°以上の右回転がなされるか、または、
・初期位置が「直線」位置に関して［−９０°，９０°］の角度区域に含まれている場合に、３０°以上の左回転がなされ、その後、３０°以上の右回転がなされるか、について判定される。

本発明によれば、コーダの絶対位置を知るために装置を使用開始した後、回転要素が１回転未満の角度で回転したとするならば、コーダ１の絶対位置、したがって関連する回転部材の絶対位置を知ることは可能である。これは、特に、回転ピップトラック１ｂ上に特定の方法で不均等に分配されている、Ｍ個のＭ特異点ｌｂｌの存在または不在のためである。

各用途の特定の要求事項により、２値パターン中の２値シーケンスの最大長を減少させるか、または増加させるために、回転ピップトラック１ｂ上に特異点ｌｂｌを異なって分配することが可能である。つまり、最大回転角は全ての場合において絶対角度の判定を可能にする。極の対ｌｃの数を変更することによって、２値パターンの長さを短縮したり延長したりすること、および／またはコーダ１の寸法を変更することも可能である。

加えて、特にステアリングシステム型の用途において、特異点ｌｂｌの分布は、絶対角度を判定するために、両方向である必要がある回転角度値を最適化するように配置され得る。この交番する回転は、いわゆる「直線」位置を中心として、または任意の初期位置を中心として、行われ得る。

さらに、特に、回転部材が複数の回転を行うように意図されるこの特定の用途において、判定装置は、すべての回転上の絶対角度位置を判定するために、絶対角度位置が判定される回転を識別する手段９を備える。

別の実施形態によれば、回転ピップトラック１ｂは、角をなして分配されたＭ／Ｎ個の特異点ｌｂｌをそれぞれ備えたＮ個の区域を含む。よって、本装置は、角度位置が判定される前記区域を識別する手段９を含むことが可能である。実施形態の一例において、Ｍ／Ｎ特異点ｌｂｌの角分布は各区域に対して同一である。

このように、角度位置が２値シーケンスの検出によって判定される場合、回転または区域内に対して前記位置が分かり、識別手段９は、この不確かさを排除し、したがって、初期値として使用されるべき絶対角度位置を知ることを可能にする。

上記で検討した例において、２値シーケンス１００１１は、「直線」位置を測定がなされる回転に対する絶対位置として判定し、識別手段９から発生する信号は、絶対角度が−７２０°であるか，−３６０°であるか，０°であるか，３６０°であるか，または７２０°であるか判定するの可能にする（ステアリングホイール２が＋／−２回だけ完全回転するように構成されている場合）。

識別手段９は、回転部材に関連したポテンショメータのような電気機械手段を含むことが可能である。ステアリングシステムの用途において、識別手段９は、車輪のディファレンシャル速度を解析する手段を備え得る。これは、ステアリング角度に従って、車輪のディファレンシャル速度が変動し、それにより、特に前記速度の符号および係数に従って、絶対角度位置が判定される回転または区域を識別することが可能となる。

別例において、識別手段９は、加速度計またはジャイロスコープを含むことが可能である。
さらに、２値パターン中の２値の連鎖のその発生または他の発生が、識別手段９の角度方向の不確さの２倍以上離れた角度位置に配置される場合には、２値パターン中の一意でない２値の連鎖を読み取ることは、絶対角度位置を判定するために十分であり得る。

図３に関して、記載したベアリングは、固定構成要素に関連すべきものと意図された固定外側レース１０、回転部材によって回転されると意図された回転内側レース１１、および前記レース間に配置された転動体１２を備える。

示された実施形態において、コーダ１は、アーマチュア１３の環状円筒面上に成形され、アーマチュア１３は、内側レース１１の一面上に、例えば収縮によって関連される。
コーダ１は、該コーダの外側面が、固定レース１０の側面の面Ｐに本質的に含まれるように、回転レース１１に関連している。特に本出願人から出願された欧州特許第ＥＰ−０６０７７１９に開示されたこの特性は、一方ではベアリング内部のコーダ１を保護することを可能にし、他方では、空隙の制御を維持しながら、ベアリングからセンサ５を分離できるようにする。

一実施形態において、ステアリングホイール２は、シャーシに対するステアリングホイール２の絶対角度位置を判定するために、このようなベアリングによって回転方向に案内される。このように、案内の作用および角度の測定が全く同一の機械的手段によって行なわれる。

本発明による判定装置において使用され得る、主要多極トラックおよび回転ピップ多極トラックを備えるコーダの正面図。 ステアリングホイールの絶対角度位置を判定するための装置を装備している自動車両用ステアリングシステムを示す部分概略図。 固定レース、ベアリングおよび図示されていない信号処理装置に対する回転レースの絶対角度位置を判定するための装置を装備したベアリングの縦断面図。

符号の説明

１…コーダ、１ａ…所要多極トラック、１ｂ…回転ピップ多極トラック、１ｂ１…特異点、５…固定センサ、６…処理装置。

Claims (12)

1. 固定構造体に対する回転部材の絶対角度位置を判定するための装置であって、前記装置は、
   回転部材と協働して回転されるように意図されたコーダであって、互いに同心的である主要多極トラックと、いわゆる「回転ピップ」多極トラックとを備え、前記回転ピップトラックは、Ｍ個の角度方向に分散された特異点を有する、コーダ（１）と、
   コーダ（１）から空隙を隔てて、同コーダ（１）に対向する固定センサ（５）であって、少なくとも３つの感応素子を備え、それら感応素子のうちの少なくとも２つは、直角位相にある２つの周期的な電気信号Ｓ１，Ｓ２を送るように、前記主要トラックに対向して配置され、前記感応素子のうちの少なくとも１つは、電気信号Ｓ３を送るように、回転ピップトラックに対向して配置され、前記センサは、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から、回転部材の角度位置を表す直角位相にある２つの矩形デジタル位置信号（Ａ，Ｂ）と、コーダの１回転当たりＭ個のパルスの形態にある回転ピップ信号Ｃとを発生することが可能である電子回路を備える、センサ（５）と、
   信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）を処理する装置（６）であって、コーダの角度位置における初期位置からの変化を判定することが可能である計数手段を有する、装置（６）とを備え、
   Ｍ個の特異点（１ｂ１）は、信号（Ｃ）が信号（Ａ，Ｂ）と組み合わされて、コーダ（１）の絶対角度位置を各々表わす２値シーケンスを定義するように、角度方向に分配されており、前記処理装置（６）は、２値シーケンスが検出された場合に、前記２値シーケンスに関連した絶対角度位置の値を初期位置として割り付けることが可能である、初期位置を再調整する手段を備える、装置。
2. 絶対角度位置が判定される回転を識別する手段（９）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 回転ピップトラック（１ｂ）は、角度をなして分配されたＭ／Ｎ個の特異点（ｌｂｌ）をそれぞれ備えたＮ個の区域をさらに有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 角度位置が判定される区域を識別する手段（９）をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. Ｍ／Ｎ個の特異点（１ｂ１）の角分布が、各区域に対して、同一であることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 各多極トラックは磁石環によって形成されており、その多極磁石環上には、一定の角度幅で均等に分配された複数の磁化されたＮ極およびＳ極が存在し、回転ピップトラック（１ｂ）の磁気特異点ｌｂｌは、その磁気転移が互いに異なる２つの隣接した極によって形成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の判定装置を装着したベアリングであって、固定構成要素に関連するように意図された固定レース（１０）と、回転部材によって回転されるように意図された回転レース（１１）と、前記レース間に配置される転動体（１２）とを備え、前記コーダ（１）は回転レース（１１）と関連していることを特徴とするタイプのベアリング。
8. センサ（５）は前記ベアリングの固定レース（１０）に関連付けられていることを特徴とする、請求項７に記載のベアリング。
9. 自動車両用のステアリングシステムであって、該システムは、シャーシに対するステアリングホイール（２）の絶対角度位置を測定するために、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の装置と、車両のステアリングホール（２）に回転可能に固定されているコーダ（１）と、車両のシャーシに固定されているセンサ（５）とを備える、システム。
10. 回転または区域を識別する手段（９）が、車両の車輪のディファレンシャル速度を解析する手段を備えることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 回転を区域を識別する手段（９）が加速度計およびジャイロスコープのいずれかを備えることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
12. 請求項７または８に記載のベアリングによってステアリングホイール（２）が回転方向に案内されることを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
    

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