JP2004271506A - 提供されたコーダに関連する測定手段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】 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、Ｍ個の特異点（１ｂ１）および角度の不確かさΔθを伴う回転部材の角度位置を測定する手段（７）を含む。Ｍ個の特異点（１ｂ１）は回転部材の絶対角度位置をそれぞれ表すとともに、各特異点のそれぞれの間における２Δθより大きい角度差で回転ピップトラック上に分配されている。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も関する。
【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、
角度の不確かさΔθを伴った回転部材の角度位置を測定する手段とを備える。

前記Ｍ個の特異点は、回転部材の絶対角度位置をそれぞれ表すとともに、各特異点のそれぞれの間における２Δθより大きい角度差で回転ピップトラック上に分配されている。前記処理装置は、パルスが検出された場合に、前記測定手段から発信される角度位置に従って測定されたパルスを識別して前記パル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４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、コーダ１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１ａ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。

加えて、判定装置は、角度の不確かさΔθを伴う回転部材の角度位置を測定する手段７を備える。測定手段７は、回転部材に関連付けられた、ポテンショメータのような電気化学的手段を備える。

ステアリングシステムの用途において、測定手段７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化し、それにより、特に前記速度の符号および係数に従って、ステアリングホイール１の角度位置を測定することが可能となるためである。この場合、角度の不確かさは、ステアリング角度に従ってディファレンシャル速度を知るために用いられるモデルと走行条件とに依存する。一実施形態によれば、ディファレンシャル速度の解析は、駆動輪のスピンによって生じ得るあらゆる誤差ーを制限するために、非駆動輪についてなされる。別例として、２組の車輪について解析を行って、得られた各ディファレンシャル速度を相関させてもよい。

一実施形態によれば、測定手段７は、加速度計またはジャイロスコープを備える。
これらの測定手段７の全てに関して、回転部材の角度位置は、不確かさΔθを伴ってのみ得られる。その不確かさΔθは、想定される用途の状況において十分な精度で回転部材の絶対角度位置を判定し得るには大きすぎる。これは、不確かさΔθは一般に１０°〜６０°であるためである。

回転部材の絶対角度位置を十分な精度で得るためには、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コーダ１も使用される。
図１に示した実施形態においては回転ピップトラック１ｂは、６０°ずつ離間された６個の特異点ｌｂｌを備えている。判定装置を使用する前に、基準位置において、回転ピップトラック１ｂの一つ以上の特異点１ｂ１の絶対角度位置が割出しされ得る。特に、ステアリングシステム型の用途においては、基準位置は、車輪の直線位置（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｌｉｎｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、回転ピップパルスが検出された場合、回転部材の絶対角度位置は６０°を法として０°である（０° ｍｏｄｕｌｏ ６０°）。従って、この種のコーダ１は、検出されたパルスを再調整手段によって識別できるようにするために、角度の不確かさが厳密に３０°以下である測定手段７と組合わせて使用されることが意図されている。

特定の例において、測定手段は、およそ１６°の角度の不確かさを有する。よって、パルスが検出された際に、測定手段７によって測定された角度が４９°±１６°に等しい場合には、そのパルスは６０°に等しい絶対角度位置に対応するものとして識別される。

よって、パルスが検出されて識別されると直ちに、処理装置において再調整手段によって、対応する絶対角度位置が初期値として割り付けられ、続いて計数手段の作用によって絶対角度位置が分かる。

一実施形態によれば、処理装置は、センサ５から発生する信号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。

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、回転部材が２Δθの最大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。加えて、絶対角度位置はΔθより十分大きな精度で判定される。つまり、絶対角度位置はもはや測定手段７の分解能に依存しない。

用いられる測定手段７に従って、絶対角度を判定することを可能にする最大回転角度を増大したり低減したりするために、回転ピップトラック１ｂ上に特異点１ｂ１を異なるように分配することが可能である。さらに、極の対１ｃの数および／またはコーダ１の寸法を変更することも可能である。

特に不確かさΔθが測定される角度位置に従って一定ではない場合、回転ピップトラック１ｂ上に不均等に分配された特異点１ｂ１を備えることも可能である。
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８、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９、および前記レース間に配置された転動体１０を備える。

示した実施形態において、コーダ１は、アーマチュア１１の環状円筒面上に成形され、アーマチュア１１は、内側レース９の一面上に、例えば収縮によって関連されている。
コーダ１は、該コーダの外側面が、固定レース８の側面の面Ｐに本質的に含まれるように、回転レース９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号に開示されているこの特性は、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（センサ、信号処理装置、および角度位置測定手段は図示せず）。

符号の説明

１…コーダ、１ａ…主要多極トラック、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、７…測定手段。

Claims (8)

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）に対向して配置された固定センサ（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（５）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、
   角度の不確かさΔθを伴った回転部材の角度位置を測定する手段（７）とを備え、
   前記Ｍ個の特異点（１ｂ１）は、回転部材の絶対角度位置をそれぞれ表すとともに、各特異点のそれぞれの間における２Δθより大きい角度差で回転ピップトラック上に分配されており、前記処理装置（６）は、パルスが検出された場合に、前記測定手段（７）から発信される角度位置に従って、測定されたパルスを識別して、前記パル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. 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（１ｃ）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（１ｃ）によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 請求項１または２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（８）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（９）と、前記レース間に配置される転動体（１０）とを備え、前記コーダ（１）は回転レース（９）と関連していることを特徴とするタイプのベアリング。
4. センサ（５）は前記ベアリングの固定レース（８）に関連付けられていることを特徴とする、請求項３に記載のベアリング。
5. 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１または２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。
6. 角度位置を測定する手段（７）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５に記載のシステム。
7. 角度位置を測定する手段（７）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５に記載のシステム。
8. 請求項３または４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５乃至７のいずれか１項に記載のシステム。

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