用于机动车辆的电动助力转向系统的光学旋转角度传感器技术方案

本发明专利技术涉及用于机动车辆的电动助力转向系统(1)的旋转角度传感器，其中，旋转角度传感器包括光学传感器单元(9)和盘(10)，光学传感器单元(9)具有光源(11)、光学部件(12、13、16、14、15)和光电检测器(17)，盘(10)具有光学图案(10')，其中，光学传感器单元(9)和盘(10)被布置成使得它们能够绕旋转轴相对于彼此旋转，并且其中，光学传感器单元(9)被构建成使得由光电检测器(17)测量从光学图案(10')反射的光，其中，光学图案(10')包括台阶(18)和分隔台阶(18)的间隔(18')，所述台阶和间隔被设计成使得由台阶(18)和间隔(18')反射的光破坏性地干涉，导致根据光学图案(10')对反射的光的强度调制，所述光学图案(10')针对盘(10)的旋转角度编码二进制类型代码。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机动车辆的电动助力转向系统的光学旋转角度传感器本专利技术涉及用于机动车辆的电动助力转向系统的旋转角度传感器，其具有如权利要求7的前序部分所述的特征。旋转角度传感器具有集中测量通过多个方向盘转数的方向盘角度和速度的能力。除了差动扭矩测量之外，扭矩传感器还用在电动助力转向系统中，该电动助力转向系统包括固定到上转向轴的环形磁铁和固定到下转向轴的磁通导体部分。扭矩传感器测量由扭杆连接的转向柱的两个旋转轴之间的相对偏移角。该角度数据被转换成电压输出并且被馈送到电动助力转向系统的电子控制单元，以确定需要多少电力辅助。此外，电动助力转向系统的电动马达设置有附接到马达轴的转子位置传感器。除了磁传感器以外，光学传感器也是已知的。当前的光学转向角度传感器是昂贵的，因为它们使用图像传感器或多个光源。常用的转子位置传感器的缺点是它们需要计数器来存储转数。US2014/0360804A1公开了一种光学扭矩传感器，其中，基于所测量的透射光或反射光的偏振以模拟方式读出两个轴之间的扭转。US7,327,056B2公开了可被读取以用于感测马达轴的旋转速度的图案，其中，图案中的标记具有与间隔不同的反射率，并且光电检测器接收反射光。本专利技术的目的是提供具有高分辨率的用于机动车辆的电动助力转向系统的、改进和简化的光学旋转角度传感器，其可以在电池关闭后提供信号。该问题通过具有权利要求1中列出的特征的旋转角度传感器和具有权利要求7中列出的特征的电动助力转向设备来解决。因此，提供了用于机动车辆的电动助力转向系统的旋转角度传感器，该旋转角度传感器包括具有光源、光学部件和光电检测器的光学传感器单元以及具有光学图案的盘，其中，光学传感器单元和盘被布置成使得它们能够绕旋转轴相对于彼此旋转，并且其中，光学传感器单元被构建成使得由光电检测器测量从光学图案反射的光，其中，光学图案包括台阶和分隔台阶的间隔，台阶和间隔被设计成使得由台阶和间隔反射的光破坏性地干涉，导致根据光学图案对反射的光的强度调制，该光学图案针对盘的旋转角度编码二进制类型代码。与图像传感器或具有多个光源的传感器相比，该传感器非常简单且便宜。通过利用光学传感器单元读出光学图案，可以确定盘相对于单元的位置和角度。优选地，光源是激光器或发光二极管(LED)或集成编码器IC。优选地，台阶和间隔被布置成与旋转轴同心的圆形或螺旋形。有利地，光具有在可见光和红外光之间的范围内的波长。优选地，光束具有在230nm和800nm之间的波长。更优选地，光具有在350nm至550nm之间的波长。为了保持光学传感器单元小并且紧凑，优选的是，光学部件包括偏振棱镜和四分之一波片。光学图案可以通过调整台阶和间隔的长度来传输二进制类型代码。传感器的灵敏度可以通过调整光学图案的半径和图案布局以及图案的密度来修改。优选地，旋转角度传感器被分成两个部分，这两个部分可以沿旋转轴相对于彼此移动并绕该轴旋转，使得线性运动产生光衰减，光衰减可以由光电检测器检测并且被转换成盘在多圈上的绝对旋转角度。这允许在启动传感器时立即提供绝对转向角。此外，可以实现致动器，其在电池的启动位置处提供低分辨率。因此，在没有存储单元的情况下提供旋转位置信号。此外，提供了如上所述的电动助力转向系统，其用于通过将由电动马达生成的支承扭矩赋予转向机构来辅助机动车辆的转向，该电动助力转向系统包括具有由扭杆连接的上转向轴和下转向轴的转向柱和旋转角度传感器。优选地，为了测量绝对转向角，旋转角度传感器的一个部分是与固定到壳体的聚焦透镜分开布置的光学传感器单元，并且另一部分是所述聚焦透镜，聚焦透镜可以在上转向轴的螺纹上沿该转向轴的旋转轴移动。线性运动和产生的光衰减被转换成盘的圈数，从而允许测量绝对转向角或检测致动器位置，作为启动信号。在一个实施方式中，旋转角度传感器是扭矩传感器，其中，光学传感器单元被布置成测量上转向轴和下转向轴之间的扭转。在这种配置中，有利的是，当光学传感器单元被抗扭转地布置到上转向轴并且盘与下转向轴一起旋转时，其中，台阶和间隔被布置成圆形或螺旋形或与旋转轴径向同心。也可以使用两个旋转角度传感器读出布置在上转向轴上的一个盘和布置在下转向轴上的一个盘，使得两个盘与方向盘运动一起旋转，同时具有相对于他们的扭转的角度偏移。因此，优选的是，两个盘的光学图案没有交叠地同心地布置。在另一实施方式中，旋转角度传感器是电动马达的转子位置传感器，其中，盘布置在马达轴的一端，并且其中，马达轴的旋转轴等同于盘及其光学图案的对称轴。将参照附图描述本专利技术的优选实施方式。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能相似的部件。图1示出了电动助力转向系统的示意图；图2示出了电动助力转向系统的可替选实施方式的示意图；图3示意性地示出了旋转角度传感器的功能；图4示出了旋转角度传感器作为转子位置传感器的用途；图5示出了传感器在转向轴上的布置；图6示出了传感器作为扭矩传感器的装置；图7示出了图6的布置，而传感器可以在转向轴的螺纹上移动；图8示出了检测两个转向轴的扭转的传感器的布置；图9示出了分别用于检测上转向轴和下转向轴的旋转的两个传感器的布置；图10示出了具有致动器以检测转向轴的旋转的传感器的布置；图11示出了具有两个致动器以分别检测上转向轴和下转向轴的旋转的两个传感器的布置；以及图12示出了由传感器读出的示例性光学图案。图1和图2是电动助力转向系统1的示意图。方向盘2固定到上转向轴3，驾驶员的转向运动经由扭杆19传递到下转向轴4。下转向轴4经由齿条齿轮机构5耦接到齿条6。伴随转向操作的上转向轴3和下转向轴4的旋转被齿条齿轮机构5转换成齿条6的往复直线运动。齿条6的线性运动改变了转向车轮7的转向角。为了提供转向辅助，电动马达8可以如图1所示安装到转向轴3的侧面或者如图2所示安装到齿条6的侧面。将辅助扭矩分别从马达8传递到下转向轴4或齿条6提供转向辅助。根据图1和图2的电动助力转向系统配备有旋转角度传感器。在图3中说明旋转角度传感器的操作。光学传感器单元9读出盘10上存储的信息。光学传感器单元9包括光源11、光学准直透镜12、偏振棱镜13、第一聚焦透镜14和第二聚焦透镜15、四分之一波片16和光电检测器17。来自光源11的光被传输到用作对准光的光学准直器的透镜12。光源11可以是激光器或发光二极管(LED)或集成编码器IC。之后，光照射在使光束平面偏振的偏振棱镜13上。接下来，光通过四分之一波片16，其在电场矢量的两个分量之间引入90°相位差。光束现在是圆偏振的。在通过四分之一波片16之后，光被第一聚焦透镜14聚焦。聚焦的光照射在图案化的盘10上并且被反射。第二次穿过四分之一波片16在分量之间引入另外的90°相位差，这使得光束在与从偏振棱镜13出射的光束的平面旋转90°的平面中偏振。现在偏振平面使得偏振棱镜13将返回的光束有效地反射向光电检测器17，而不是向光源11传输回光束。光被第二聚焦透镜15聚焦并且由光电检测器17检测，光电检测器17将光转换成电流。盘10上的光学图案10'由台阶18和台阶18之间的间隔18'形成。从台阶18反射的光束和从间隔18'反射的光束之间的路径差是波长的一半。该路径差通过四分之一波长的台阶高度在光束的向外和返回行程中实现。来自台阶18的光将与从间隔18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机动车辆的电动助力转向系统(1)的旋转角度传感器，其特征在于，所述旋转角度传感器包括：光学传感器单元(9)，其具有光源(11)、光学部件(12、13、16、14、15)和光电检测器(17)，以及具有光学图案(10')的盘(10)，其中，所述光学传感器单元(9)和所述盘(10)被布置成使得它们能够绕旋转轴相对于彼此旋转，并且其中，所述光学传感器单元(9)被构建成使得由所述光电检测器(17)测量从所述光学图案(10')反射的光，其中，所述光学图案(10')包括台阶(18)和分隔所述台阶(18)的间隔(18')，所述台阶(18)和所述间隔(18')被设计成使得由台阶(18)和间隔(18')反射的光破坏性地干涉，导致根据所述光学图案(10')对反射的光的强度调制，所述光学图案(10')针对所述盘(10)的旋转角度编码二进制类型代码。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于机动车辆的电动助力转向系统(1)的旋转角度传感器，其特征在于，所述旋转角度传感器包括：光学传感器单元(9)，其具有光源(11)、光学部件(12、13、16、14、15)和光电检测器(17)，以及具有光学图案(10')的盘(10)，其中，所述光学传感器单元(9)和所述盘(10)被布置成使得它们能够绕旋转轴相对于彼此旋转，并且其中，所述光学传感器单元(9)被构建成使得由所述光电检测器(17)测量从所述光学图案(10')反射的光，其中，所述光学图案(10')包括台阶(18)和分隔所述台阶(18)的间隔(18')，所述台阶(18)和所述间隔(18')被设计成使得由台阶(18)和间隔(18')反射的光破坏性地干涉，导致根据所述光学图案(10')对反射的光的强度调制，所述光学图案(10')针对所述盘(10)的旋转角度编码二进制类型代码。2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述台阶(18)被布置成与所述旋转轴同心的圆形或螺旋形。3.根据权利要求1或2所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述光具有在可见光和红外光之间的范围内的波长。4.根据前述权利要求中的一项所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述光学部件(12、13、16、14、15)包括偏振棱镜(13)和四分之一波片(16)。5.根据前述权利要求中的一项所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述台阶(18)和所述间隔(18')具有不同的长度并且传输二进制类型代码。6.根据前述权利要求中的一项所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述旋转角度传感器被分成两个部分，所述两个部分能够沿所述旋转轴相对于彼此移动并绕所述轴旋转，使得线性运动产生光衰减，所述光衰减能够由所述光电检测器(17)检测并且被转换成所述盘(10)在多圈上的绝对旋转角度。7.一种电动助力转向系统(1)，用于通过将由电动马达(8)生成的支承扭矩赋予转向机构来辅助机动车辆的转向，所述电动助力转向系统(1)包括：转向柱，其具有通过扭杆(19)连接的上转向轴(3)和下转向轴(4)，其特征在于，所述电动助力转向系统(1)还包括旋转角度传感器，所述旋转角度传感器具有光学传感器单元(9)和盘(10)，所述光学传感器单元(9)具有光源(11)、光学部件(12、13、14、15、16)和光电检测器(17)，所述盘(10)具有光学图案(10')，其中，所述光学传感器单元(9)和所述盘(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰尔格利·拉奇，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，蒂森克虏伯普利斯坦股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE