JP2010511163A - ステアリング角の絶対値を測定するための光学式ステアリング角センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、ステアリングホイールが複数回転する場合でもステアリング角の絶対値を定める光学式ステアリング角センサに関するものであり、ステーター、バーコードを有するローター、及び評価電子機器を備える。本発明では、ローター（１，１３）は、回転数検出のためにウォーム状のトラック溝部（５）を備え、このトラック溝部（５）に対応してステーター（２）に駆動体突起（６）を備え、この駆動体突起（６）は、トラック溝部（５）に係合し、回転可能となるようにベアリング（９，１５）に配置され、駆動体突起（６）とともに回転可能な磁石（８）の保持のためのホルダ（７）を備え、この駆動体突起（６）に対応して評価回路に設けられた固定状のホールセンサ（１１）を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載されたとおりの、ステアリング角の絶対値を測定するための光学式ステアリング角センサに関するものである。

ステアリング角の絶対値を測定するための種々の形態のステアリング角センサが公知とされている。多様な回転を認識するギア機構を付加し、或いは供給電圧とは無関係に多様な回転を認識するマグネット装置を用いる光学式装置によって、ステアリング角の絶対値を測定するステアリング角センサも知られている。例えば、ＤＥ１００４１５０７Ａ１には、車両用のステアリング角センサが開示されており、このステアリング角センサでは、相対的に回転可能な２つのアセンブリの一方のアセンブリにコードトラックが設けられており、またこのステアリング角センサでは、コードトラックをスキャンするための検出装置が設けられており、この検出装置は他方のアセンブリに対応して設けられており、コードトラックがスキャンされると、ステアリング角を定めることが可能な信号を出力すする。

このステアリング角センサは、ステアリングホイールの回転の際にステアリング角が常に認識されるものの、供給電圧が接続されている間においてのみ多様な回転の認識が可能であるという点で不利となる。この供給電圧が、例えば駐車時において接続解除されると、イグニッションがオン状態とされた後でもステアリングホイールの実際の回転数がステアリング角センサによって認識されない。

ＤＥ１９７５８１０４Ａ１に開示の絶対光学式角度センサもまた、このような不利な性能を示す。

従って本発明では、その設計上、イグニッションがオン状態とされた後でステアリングホイールの実際の回転数を認識できないステアリング角センサにおいて、電源供給とは関係なくステアリングホイールの複数の回転数を認識することが可能な補助装置を用いるという目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は請求項１の特徴部分によって達成される。

本発明では、ステーター（「固定子」ともいう）、バーコードを備えるローター（「回転子」ともいう）、及び評価電子機器システム（評価を行なうための評価用の電子機器からなるシステム）を有し、ステアリングホイールが如何なる態様で多様（「多数」ないし「複数」ともいう）に回転する場合でも、ステアリング角の絶対値を測定する（「定める」ないし「規定する」ともいう）光学式ステアリング角センサないし光学式ステアリング角度センサにおいて、回転検出のためにローターにウォーム状の形態のトラック溝部（溝部分が螺旋状に延在する「螺旋溝部」ともいう）が設けられ、このトラック溝部に対応してステーターに駆動体突起が設けられ、この駆動体突起は、トラック溝部に係合するとともに回転可能となるようにベアリングに配置され、また駆動体突起とともに回転可能とされた磁石を保持するためのホルダが設けられ、またそれに対応して評価回路にホールセンサが設けられている。

従って、この装置では、トラック溝部で回転される駆動体突起（動力伝達のために駆動体に設けられた「指状突起」ともいう）の角度が、駆動体突起とともに回転する磁石及びホールセンサによって検出される。駆動体突起は、供給電圧が解除された後もその位置に留まるため、イグニッションが再びオン状態となった後でも多様な回転が認識される。

好ましくは、磁石を保持するためのホルダが駆動体突起のベアリングリング（「リング状」ないし「環状」の受け部ともいう）に設けられ、また磁石がホールセンサ上に直接的に取り付けられる。この磁石は、ホールセンサからの距離がＮ極とＳ極で同じになるように配設された永久磁石であるのが好ましい。この両極部分は、駆動体突起の位置に基づいて回転する。ホールセンサがこの位置を検出し、その検出結果をステアリング角の３６０°のうちの絶対値（「ステアリング絶対角」ないし「ステアリング絶対回転角」ともいう）を測定するのに用いる。

トラック溝部は、ローターが８回転する間に駆動体突起がトラック溝部の一端から他端へと一回移動することができるように設計されるのが好ましい。この場合、駆動体突起は、トラック溝部を介して駆動体突起が移動するときに、ローターの８回転の認識が可能であり９０°を上回らない大きさの角度で移動するように配置される。

本発明の更なる改良では、ステアリングスピンドルで生じる径方向の公差を補正する補正装置が設けられる。この補正装置は、ローターに（当該ローターと）同心状の溝部の形態の補正トラックが追加され、この溝部に係合してステアリングスピンドルの径方向の公差よりも大きな移動距離でホールセンサ上を直線的に移動可能とされたスライダー（直線状にスライド動作可能な「滑り子」ともいう）をステーターに設けるように設計される。このスライダーは、トラック溝部を備えるローターの中心部に対する位置が常に同じになるように、同心状の溝部でガイドされる。このスライダーは、同心状の溝部によってその径方向位置に固定されると、ステアリングスピンドルの偏心が作用しない。

本発明において、ステアリング角の絶対値を測定するためのステアリング角センサでは、ローターはその円周に１回転内でのステアリング角を検出するべく３６０°の角度にわたって設けられたバーコード（光学読み取り用の縞状の記号群）を備える。

ステーターは、少なくとも一部が評価電子機器からなるプリント回路基板の形態であるのが好ましい。

本発明は、図面に基づく典型的な実施形態によって説明される。

図１には、本発明の第１実施の形態の装置の本質的な構成要素が示されている。この装置は、ローター（「回転子」ともいう）１及びステーター（「固定子」ともいう）２を備えている。ローター１の外周ないし円周部分には、光学読み取り用の縞状の記号群としてのバーコード（３）が公知の方法によって設けられ、前記のバーコードはローター外周（円周）の３６０°全体にわたって延在している。このコードは、ステアリングスピンドルの３６０°での一回転の間での回転角の絶対値（「絶対角」ないし「絶対回転角」ともいう）を測定する（「定める」ないし「規定する」ともいう）のに用いられる。図１では、ステアリングスピンドルが図示省略されている。そのステアリングスピンドルは、ローターにおいて同軸状ないし同心状に開口された同軸開口４に挿通される。ローターは、駆動体突起（動力伝達のために駆動体に設けられた「指状突起」ともいう）６が係合するトラック溝部（溝部分が螺旋状に延在する「螺旋溝部」ともいう）５（図２参照）を備えている。前記の駆動体突起は、当該駆動体突起のベアリングリング（「リング状」ないし「環状」の受け部ともいう）７ａに設けられる磁石８を保持するためのホルダ（「保持部」ともいう）７を備えている。この駆動体突起６は、回転動作ないし旋回動作が可能となるようにベアリング９に設けられる。このベアリング（ベアリング９）は、ステーター２に固定状に設置され、その設置部位に（ラッチ状ないし引っ掛け形状の）ラッチ要素１０によって取り付けられる構成とされ、そのラッチ要素のうちの１つが図１に示されている。磁石８は、当該磁石上にそれに対応して設けられるホールセンサ１１を備え、この磁石８がホールセンサ１１の上方に直接的に配設される。

図２に示された駆動体突起６の位置は、前方への直進走行時のステアリングホイール（図示省略）の位置に概ね対応している。ステアリングホイールが一方の方向に操舵されるとき、トラック溝部５が内側から外側へと延在するか、或いはその反対に延在するかによって、駆動体突起６が内側或いは外側へと回転動作する。ステアリングホイールが別の方向に操舵されるとき、（駆動体突起６が）それとは反対方向に回転動作する。この場合、磁石８は駆動体突起６とともに回転動作する。この回転動作がホールセンサ１１によって検出され、評価電子機器において特定の回転数と関連付けられる。駆動体突起６は、イグニッションがオフ状態され、これにより供給電圧が遮断された後でその現位置を保持する。イグニッションが再度オン状態とされた後もこの位置が変更されずに維持され、これによりステアリングホイールの回転数は、ホールセンサ１１によってイグニッションオン後に迅速に検出される。ステアリングホイールの一方の方向に関するステアリング絶対角が同様にイグニッションオン後に、すなわち供給電圧が投入された後において、バーコード３によって再び検出されるので、供給電圧が付与された（オン状態とされた）直後のステアリングホイールの多様（「多数」ないし「複数」ともいう）な回転に関してもステアリング絶対角が有効となる。図２に示されるように、駆動体突起６は、当該駆動体突起６がトラック溝部５を介して移動するときの角度ａが、ローターの８回転の認識が可能であり９０°を上回らない大きさとなるように配設される。

図３に示す実施形態では、ローター１３が設けられており、そのローター（ローター１３）は、図４に示されるような（ローターに対して）同心状ないし同軸状の溝状トラック１４が付加されているという点において、第１実施の形態のローター１とは相違している。このトラック１４は、それに関連して、ステーター２に取り付けられたガイド１６内を直線的に移動可能なスライダー（直線状にスライド動作可能な「滑り子」ともいう）１５を備える。このスライダー１５は、トラック（溝状トラック１４）に係合する駆動体１７を備える。このスライダー１５は、また駆動体突起６のためのベアリングの形態として構成され、このスライダー内に第１実施の形態のように磁石８が配設される。第１実施の形態のように、この磁石は、ホールセンサ１１の上方に直接的に配設され、そのためステーター２のガイド１６の自由空間１８に配置される。従って、このスライダー１５は、ホールセンサ１１の上方を直線的に移動可能とされる。

スライダー１５は、同心状の溝状トラック１４によって、ローター１３に関し径方向位置（放射位置）に固定されると、ステアリングスピンドルの偏心が作用せず、すなわち駆動体突起６をトラック溝部５内に止めることができない。スライダー１５は、テアリングスピンドルの偏心によって、ガイド１６内で、すなわちホールセンサ１１に対して径方向（放射方向）に移動する。しかしながら、この場合の移動は僅かであるので、多様な回転の検出はホールセンサ１１で影響されない。

本発明では、「ステアリングホイールの回転時にステアリング角の絶対値を測定するための光学式ステアリング角センサであって、
ステーター、バーコードを有するローター、及び評価電子機器システムを備え、
前記ローター（１，１３）に回転検出のためにウォーム状のトラック溝部（５）を備え、
前記ステーター（２）に駆動体突起（６）を備え、
前記駆動体突起（６）は、前記トラック溝部（５）に係合するとともに、回転可能となるようにベアリング（９，１５）に配置され、
前記駆動体突起（６）とともに回転可能な磁石（８）の保持のためのホルダ（７）と、評価回路に設けられた固定状のホールセンサ（１１）を有し、
前記駆動体突起（６）のベアリングリング（７ａ）に前記磁石（８）のためのホルダ（７）が設けられ、前記磁石（８）が前記ホールセンサ（１１）の上方に直接的に取り付けられることを特徴とするステアリング角センサ」という態様（態様１）を採り得る。
また本発明では、「請求項１または前記態様１に記載のステアリング角センサであって、
前記磁石（８）は、前記ホールセンサ（１１）からのＮ極（Ｎ）及びＳ極（Ｓ）の距離が同一とされた永久磁石であることを特徴とするステアリング角センサ」という態様（態様２）を採り得る。
また本発明では、「請求項１から３、前記態様１，２のうちのいずれか１項に記載のステアリング角センサであって、ステアリングスピンドルで生じる径方向の公差を補正する補正装置（１４−１８）が設けられていることを特徴とするステアリング角センサ」という態様（態様３）を採り得る。
また本発明では、「前記態様３に記載のステアリング角センサであって、前記ローター（１３）に、更に同心状の溝部（１４）として構成された補正トラックを備え、前記ステーター（２）に、前記溝部（１４）に係合し前記ホールセンサ（１１）の上方で直線状に移動可能なスライダー（１５）を備え、前記スライダー（１５）の移動距離がステアリングスピンドルの径方向の公差を上回るように構成されていることを特徴とするステアリング角センサ」という態様（態様４）を採り得る。

図１は、本発明にかかる第１実施の形態の装置の構成要素を示す分解図である。 図２は、トラック溝部及び駆動体突起を備えるローターを示す図である。 図３は、本発明にかかる第２実施の形態の装置の構成要素を示す分解図である。 図４は、図３中のローターの断面構造を示す図である。

１ ローター
２ ステーター
３ バーコード
４ 同軸開口
５ トラック溝部
６ 駆動体突起
７ ホルダ
７ａ ベアリングリング
８ 磁石
９ ベアリング
１０ ラッチ要素
１１ ホールセンサ
１３ ローター
１４ 溝状トラック
１５ スライダー
１６ ガイド
１７ 駆動体
１８ 自由空間

Claims (9)

1. ステアリングホイールの回転時にステアリング角の絶対値を測定するための光学式ステアリング角センサであって、
   ステーター、バーコードを有するローター、及び評価電子機器システムを備え、
   前記ローター（１，１３）に回転検出のためにウォーム状のトラック溝部（５）を備え、
   前記ステーター（２）に駆動体突起（６）を備え、
   前記駆動体突起（６）は、前記トラック溝部（５）に係合するとともに、回転可能となるようにベアリング（９，１５）に配置され、
   前記駆動体突起（６）とともに回転可能な磁石（８）の保持のためのホルダ（７）と、評価回路に設けられた固定状のホールセンサ（１１）を有することを特徴とするステアリング角センサ。
2. 請求項１に記載のステアリング角センサであって、
   前記駆動体突起（６）のベアリングリング（７ａ）に前記磁石（８）のためのホルダ（７）が設けられ、前記磁石（８）が前記ホールセンサ（１１）の上方に直接的に取り付けられることを特徴とするステアリング角センサ。
3. 請求項１または２に記載のステアリング角センサであって、
   前記磁石（８）は、前記ホールセンサ（１１）からのＮ極（Ｎ）及びＳ極（Ｓ）の距離が同一とされた永久磁石であることを特徴とするステアリング角センサ。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のステアリング角センサであって、
   前記トラック溝部（５）は、前記ローター（１，１３）が８回転する間に前記駆動体突起（６）が当該トラック溝部（５）の一端から他端へと一回移動することができるように構成されていることを特徴とするステアリング角センサ。
5. 請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のテアリング角センサであって、
   前記駆動体突起（６）は、前記トラック溝部（５）を介して当該駆動体突起（６）が移動するときに、前記ローター（１，１３）の８回転の認識が可能であり９０°を上回らない大きさの角度（ａ）で移動するように配置されていることを特徴とするテアリング角センサ。
6. 請求項１から５のうちのいずれか１項に記載のテアリング角センサであって、
   ステアリングスピンドルで生じる径方向の公差を補正する補正装置（１４−１８）が設けられていることを特徴とするテアリング角センサ。
7. 請求項６に記載のテアリング角センサであって、
   前記ローター（１３）に、更に同心状の溝部（１４）として構成された補正トラックを備え、
   前記ステーター（２）に、前記溝部（１４）に係合し前記ホールセンサ（１１）の上方で直線状に移動可能なスライダー（１５）を備え、前記スライダー（１５）の移動距離がステアリングスピンドルの径方向の公差を上回るように構成されていることを特徴とするテアリング角センサ。
8. 請求項１から７のうちのいずれか１項に記載のテアリング角センサであって、
   前記ローター（１，１３）は、一回転する間でのステアリング角を検出するべくその外周の３６０°の範囲にわたって設けられたバーコード（３）を有する構成であることを特徴とするテアリング角センサ。
9. 請求項１から７のうちのいずれか１項に記載のテアリング角センサであって、
   前記ステーター（２）は、少なくとも一部が評価電子機器からなるプリント回路基板の形態とされていることを特徴とするテアリング角センサ。

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