JP4046362B2 - 回転本体の角度の測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、２つの他の回転本体と協働する第１の回転本体の角度の測定方法および装置であって、２つの他の回転本体の角度が測定され、これから第１の回転本体の角度が計算される測定方法および装置に関するものである。
このような方法ないしこのような装置がドイツ特許公開第１９５０６９３８号から既知である。この明細書においては、第１の回転本体として第１の歯車が設けられ、第１の歯車にある歯数の歯が設けられかつ第１の歯車は３６０°以上回転可能である。２つの他の回転本体もまた同様に歯車であり、これらの歯車は第１の歯車と噛み合いをなし、かつこれらの歯車の歯数は第１の歯車の歯数より少ない。さらに、２つの他の回転本体の歯数は、たとえば１だけ異なっている。
２つの他の本体の各々にセンサが付設され、これらのセンサにより、本体の角度は、本体が静止しているときにおいても、絶対値で測定可能である。２つの他の本体の測定角度から、第１の本体の角度を決定することができる。
第１の本体の決定角度の精度は、第１の本体および２つの他の本体の歯数の対応の選択により影響されることがある。しかしながら、これに関する最適化を行ったのちにおいても、なお第１の本体の決定角度が誤差を有していることがわかっている。
このことから、第１の回転本体の角度の正確な決定が可能なように冒頭記載のタイプの方法および装置を提供することが本発明の課題である。
この課題は、冒頭記載のタイプの方法および装置において本発明により、２つの他の本体の角度が同時に測定されることにより解決される。
同時測定により、２つの他の本体の角度が本体の回転の間に測定されたときにおいても、第１の本体の角度の正確な決定が可能であることが保証される。２つの他の本体の角度が同時に測定されなかった場合、この結果、特に本体の回転において、後に測定された本体が既に僅かな差だけさらに回転していることになる。この差がきわめて小さくても、それに続く第１の本体の角度の決定においてもはや必要な精度を達成することができなくなる。これは２つの他の本体の角度の同時測定により確実に回避される。２つの他の本体の角度の測定が同期化されることにより、第１の本体の角度の決定精度が改善されるという実質的な利点が得られる。
同期化により２つの他の本体の角度は同じ走査時点で、すなわち同時に測定される。同期化ないし同じ走査時点の決定、したがって同時測定は、両方の角度の測定をスタートさせる信号により達成される。
本発明の有利な実施態様においては、２つの他の本体の測定角度が記憶される。このようにして、第１の回転本体の角度の決定を、２つの他の本体の角度の測定とは独立に行うことができる。したがって、２つの他の本体の測定角度を直接処理する必要がなく、測定角度の記憶により、これらの測定角度を測定時点とは独立に処理することが可能である。
２つの他の本体のそれぞれに磁石が設けられ、磁石にＡＭＲセンサが付設され、ＡＭＲセンサは関連の他の本体の角度を測定するために設けられているとき、および評価回路が設けられ、評価回路は、両方のＡＭＲセンサと結合され、かつ２つの他の本体の測定角度の評価のために、場合により交換のために、設けられているとき、これは特に目的に適っている。前記ＡＭＲセンサは、２つの他の本体の角度を絶対値で測定するのに適している。このために、両方の本体を回転させなくても角度を測定することができる。両方のＡＭＲセンサに関連の評価回路は、第１のステップにおいて測定角度を処理するために設けられている。特に、評価回路は、測定角度を、たとえばパルス幅変調信号またはその他のディジタル信号に変換することが可能である。
本発明の有利な実施態様においては、評価回路に、２つの他の本体の測定角度を記憶するための手段、特にサンプルホールド要素が設けられている。このようにして、２つの他の本体の角度測定を、第１の本体の角度決定から前記のように容易に切り離すことができる。
第１の本体の角度の決定のために計算装置、特にプログラミング可能なマイクロプロセッサが設けられているとき、これは特に目的に適っている。これにより、特に簡単な方法で、第１の本体の角度決定を、他の２つの本体の形状に適合させることが可能である。この場合、対応値をマイクロプロセッサのプログラム内で変えるだけでよい。
本発明の有利な実施態様において、計算装置はスタート信号を発生することが可能であり、スタート信号を介して両方のＡＭＲセンサにより２つの他の本体の角度の同時測定をスタート可能である。計算装置は、２つの他の本体の角度の同時測定を行わせる働きもする。この場合、計算装置は、唯一のスタート信号を発生し、このスタート信号を介して両方のＡＭＲセンサにおいて測定が開始されることにより、この同時測定をスタートさせる。これは、２つの他の本体の角度の同時測定を行わせる確実でしかもきわめて簡単な方法を提供する。
この共通スタート信号により、２つの他の本体の角度を同じ走査時点で、すなわち同時に測定することができる。同じ走査時点はスタート信号により決定され、ないし与えられる。
本発明の有利な変更態様においては、ラインが設けられ、ラインを介して計算装置が評価回路と結合され、ラインを介してスタート信号を評価回路に供給可能である。このラインにより、評価回路にスタート信号が供給される。
本発明のその他の特徴、利用可能性および利点は以下の説明および図面に示す本発明の実施態様から明らかである。この場合、記載されまたは図示されたすべての特徴は、それ自身または任意の組合せで、請求の範囲内のその要約またはその引用とは無関係に、ならびに説明ないし図面におけるその形式ないし表示とは無関係に、本発明の対象を形成する。
図１は、本発明による第１の回転本体の角度の測定装置の一実施態様の略示図を示し、
図２は、図１の測定装置に対する電気回路の概略ブロック回路図を示し、
図３は、図２の電気回路において発生する２つの信号の概略線図を示す。
図１に装置１が示され、装置１は、第１の回転本体、ならびに２つの他の回転本体を有している。第１の回転本体として、歯数ｎの歯を有する歯車が設けられている。２つの他の回転本体もまた同様に、歯車３，４として形成され、この場合、歯車３は歯数ｍの歯を有し、歯車４は歯数ｍ＋１の歯を有している。
歯車２は、たとえば自動車のかじ取りハンドルと結合されている。とくに歯車２は軸５に装着され、軸５は前記かじ取りハンドルの構成部品を示す。
両方の歯車３，４の各々に磁石６が設けられ、この場合、磁石６の各々は所定の方向の磁界を発生する。
両方の歯車３，４と歯車２とは相互に噛み合いをなし、したがって歯車２が回転すると、それに対応して歯車３，４が回転する。歯車２，３，４の歯数が異なるために、回転したときに歯車２，３，４の回転角は異なっている。
歯車２の回転角は３６０°より小さくてもよい。特に装置１が自動車のかじ取りハンドルに使用された場合、ハンドル２は複数回の回転を行うことになる。特に歯車２の回転角がたとえば１４４０°となることがある。両方の歯車３，４の回転角は制限がないことが好ましい。
図２に、図１の装置１に付属の回路７が示されている。図２の回路７は、２つのいわゆるＡＭＲセンサ８，９を有し、ＡＭＲセンサ８および９として、可変抵抗を有する要素が使用される（ＡＭＲ＝異方性磁気抵抗）。ＡＭＲセンサは、センサが外部磁界内で向けられた方向の関数として、その抵抗値を変化させるセンサである。したがって、たとえば磁石がそれに固定された本体の回転角を測定するためにはＡＭＲセンサが適している。両方のＡＭＲセンサ８，９は、２つのブロック１１，１２から構成されている評価回路１０と結合されている。この場合、第１のＡＭＲセンサ８はブロック１１を作動し、第２のＡＭＲセンサ９はブロック１２を作動する。評価回路１０は、計算装置１３、特にマイクロプロセッサと結合されている。計算装置１３には、サイクル発生器（クロック）１４ならびにメモリ１５が接続されている。電源１６から供給電圧Ｖｃｃが発生され、供給電圧Ｖｃｃは、計算装置１３、サイクル発生器１４、メモリ１５、評価装置１０の両方のブロック１１，１２、ならびに両方のＡＭＲセンサ８，９に供給される。自動車内に回路が使用される場合、供給電圧Ｖｃｃは自動車のバッテリ電圧から発生される。
複数の他のラインを介して、計算装置はその他の装置と結合されている。自動車内に回路７が使用されている場合、計算装置１３は、前記ラインを介して自動車の機能を（開ループおよび／または閉ループ）制御するための制御装置と結合されている。
両方のＡＭＲセンサ８，９は、両方の歯車３，４の両方の磁石６に付設されている。磁石６の各々は、関連の位置固定ＡＭＲセンサ８，９内に、関連の歯車３，４の角度の関数である電圧を発生する。それぞれの歯車３，４が１回転するとき、約１８０°の角度の間に上昇する電圧変化が発生し、その後、電圧は約１８０°の角度の間に再び低下する。歯車３，４の１回転の後、すなわち３６０°回転した後、この電圧変化が反復される。
図３に、歯車３，４が回転したときに両方のＡＭＲセンサ８，９から発生される電圧変化が示されている。この場合、横軸に歯車２の回転角が目盛られ、回転角は０°ないし１４４０°の範囲に目盛られている。このように歯車２が１回転すると、歯車３，４は複数回回転する。歯車３，４のこの複数回の回転により、両方のＡＭＲセンサ８，９により発生される電圧は同様に変化する。これが図３の線図の横軸に目盛られている。この場合、電圧の上昇は関連の歯車３，４の１８０°の回転を意味する。
歯車３，４の歯数が異なるために、両方のＡＭＲセンサ８，９に異なる電圧変化が与えられる。図３に示されているように、両方のＡＭＲセンサ８，９の電圧は、歯車２の角度が０°のときは同様に０°である。ここで歯車２が回転された場合、両方のＡＭＲセンサ８，９の電圧は上昇する。両方の歯車３，４の歯数が異なるために、この上昇は異なる勾配で行われる。この結果、ＡＭＲセンサ８，９により発生される両方の電圧変化は一致していない。この一致していない状況は、図３から特に歯車２のかなり大きな角度においてよくわかり、この角度において、ＡＭＲセンサ８，９の両方の電圧変化は実質的に相互にかけ離れている。
装置１および回路７の範囲内で両方のＡＭＲセンサ８，９の電圧が測定される。この電圧は両方の歯車３，４の角度と等価である。歯車３および４のこれらの両方の測定角度から、特に前記両方の角度の差から、歯車２の角度を推定することができる。この場合、歯車２の角度の計算において、歯車２，３および４の歯数ｎ，ｍおよびｍ＋１が使用される。たとえば、図３に角度Ｗに対する上記の関係が示されている。
図２から明らかなように、ライン１７が設けられ、ライン１７を介して計算装置１３が両方のブロック１１，１２のそれぞれと、したがって評価回路１０と結合されている。ライン１７を介してスタート信号Ｓを評価回路１０に、特に両方のブロック１１，１２に供給可能であり、このスタート信号により両方の歯車３，４の角度の同時測定が達成可能である。次に、同時に測定された両方の歯車３，４のこれらの角度は記憶される。
このために両方のブロック１１，１２内に、特にそれぞれサンプルホールド要素を含み、サンプルホールド要素はそれぞれに関連のＡＭＲセンサ８，９と結合されている。さらに、サンプルホールド要素にスタート信号Ｓが供給される。
ここで、たとえば、ライン１７上で２進信号が低い電位から高い電位に移行することにより計算装置１３がスタート信号Ｓを発生した場合、この結果、両方のサンプルホールド要素は、両方のブロック１１および１２において同時に両方のＡＭＲセンサ８，９から供給された電圧を読み込みかつ記憶する。これは、両方のＡＭＲセンサにより測定された両方の歯車３，４の角度が、同期してサンプルホールド要素内に記憶されることを意味する。
その後、計算装置は、他の制御信号により両方の歯車３，４の記憶角度を両方のブロック１１，１２のサンプルホールド要素から読み取り、かつ対応のライン１８，１９を介して計算装置１３内に読み込んでさらに処理することが可能である。
したがって、ライン１７上に存在するスタート信号Ｓにより両方のブロック１１，１２の同期化が行われ、これにより最終的に両方の歯車３，４の角度測定の同期化が行われる。したがって、両方の歯車３，４の角度の同時測定が保証される。この結果、その後に行われる歯車２の角度の計算において、前記同時測定により、より高い精度を達成可能である。
両方の歯車３ないし４の角度の同時測定はスタート信号Ｓにより行われる。上記のようにスタート信号Ｓを低い電位から高い電位へ移行させることにより、前記角度の測定のための走査時点したがって同じ時点が設定ないし決定される。スタート信号Ｓにより共通時点が提供され、この共通時点が両方の角度の測定の同期化したがって同時測定すなわち走査時点における両方の角度の測定を行わせる。この場合さらに、走査時点をサイクル発生器１４により発生される時点と一致させてもよい。

Claims (9)

1. ２つの他の回転本体と協働する第１の回転本体の角度の測定方法であって、前記２つの他の回転本体の角度が測定され、それによって前記第１の回転本体の角度を計算する、角度の測定方法において、
   前記２つの他の回転本体（３，４）の角度が同時に測定され、その際、前記２つの他の回転本体（３，４）の角度が共通の時間関係で測定され、且つ前記２つの他の回転本体（３，４）の測定された角度が、サンプルホールド要素（１１．１２）を使用して記憶されることを特徴とする角度の測定方法。
2. ２つの他の回転本体と協働する第１の回転本体の角度の測定装置（１，７）であって、前記２つの他の回転本体の角度が測定可能であり、かつそれによって前記第１の回転本体の角度が計算可能な、角度の測定装置において、
   ２つの他の回転本体（３，４）の角度を、共通の時間関係で同時に測定するための手段と、
   サンプルホールド要素（１１．１２）を含み、測定された、前記２つの他の回転本体（３，４）の角度を記憶するための記憶手段と、
   を備えたことを特徴とする角度の測定装置。
3. ２つの他の回転本体（３，４）のそれぞれに磁石（６）が設けられ、磁石（６）にＡＭＲセンサ（８，９）が付設され、ＡＭＲセンサ（８，９）が関連の前記他の回転本体の角度を測定するために設けられていること、および
   評価回路（１０）が設けられ、評価回路（１０）が、両方のＡＭＲセンサ（８，９）と結合され、かつ前記２つの他の回転本体の測定された角度を評価するために設けられていること、
   を特徴とする請求項２の角度の測定装置。
4. 前記第１の回転本体の角度の決定のために、計算装置（１３）が設けられて
   いることを特徴とする請求項２または３の角度の測定装置。
5. 計算装置（１３）がスタート信号（Ｓ）を発生することが可能であり、スタート信号（Ｓ）を介して両方のＡＭＲセンサ（８，９）による前記２つの他の回転本体の角度の同時測定をスタート可能であることを特徴とする請求項４の角度の測定装置。
6. 前記スタート信号により、前記２つの他の回転本体の角度が同じ走査時点で測定されることを特徴とする請求項５の角度の測定装置。
7. ライン（１７）が設けられ、ライン（１７）を介して計算装置（１３）が評価回路（１０）と結合され、ライン（１７）を介してスタート信号（Ｓ）を評価回路（１０）に供給可能であることを特徴とする請求項５または６の角度の測定装置。
8. 第１の回転本体（２）には複数（ｎ）の歯が設けられていること、および
   前記２つの他の回転本体には、前記複数（ｎ）とは相違する異なる複数（ｍ，ｍ＋１）の歯が設けられていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれかの角度の測定装置。
9. 第１の回転本体（２）が、自動車のかじ取りハンドルと結合されていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかの角度の測定装置。

Images