WO2004102124A1 - Sensor for measuring a length or an angle - Google Patents

Sensor for measuring a length or an angle Download PDF

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WO2004102124A1
WO2004102124A1 PCT/EP2004/004409 EP2004004409W WO2004102124A1 WO 2004102124 A1 WO2004102124 A1 WO 2004102124A1 EP 2004004409 W EP2004004409 W EP 2004004409W WO 2004102124 A1 WO2004102124 A1 WO 2004102124A1
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WO
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markings
angle
clock
length
fixed
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/004409
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German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Brunnschweiler
Christian Staudenmann
Original Assignee
Thyssenkrupp Automotive Ag
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting an angle of rotation or a length with a sensor arrangement according to the preamble of claim 1 and to a method according to claims 12 and 13.
  • the subject of the invention is concerned with the sensory detection of the angle or a length, as is required as the basis for the optimal control of systems, for example in motor vehicles, preferably for the electronic control of electric motors for various actuating devices.
  • Hall sensors are often used in the prior art for angle measurement. Magnetic elements are attached to the rotatable part, the polarity of which changes in a fixed time pattern. A Hall probe accordingly records the Hall voltage caused by the change in the magnetic field and outputs counting pulses. The difference angle can be determined by counting the counting pulses. The absolute angle of rotation can only be determined by marking a starting point, for example marked by several pulses with the same polarity or by an additional sensor arrangement. In alternative embodiments, as presented for example in DE 101 04 855 AI, the sequence of the counting pulses is used as additional information. However, three sensors are required here.
  • the counting of counting pulses offers the advantage over the use of analog signals that the signal-to-noise Distance is significantly increased, which means that interference influences the quality of the signal evaluation less.
  • a device according to the preamble of claim 1 is disclosed in US Pat. No. 4,628,298.
  • an embodiment of a generic device is described in which the measurement of the angle of rotation is possible with the help of only one code track (cf. column 9, line 66 to column 10, line 23 and FIG. 6).
  • the position data and the timing data are embedded in one and the same code track.
  • This is realized by a code track that has markings made of highly reflective material, the extension of which has a fixed grid of 1/3 to 2/3.
  • the code track is formed here by a series of code cycles of the same length. If the measured portion of the signal of the highly reflective material of the markings is 66 percent within a code cycle, this signal is rated as logic 1. is however, this proportion is only 33 percent, so this is rated as a logical 0.
  • the invention is based on the object of specifying a device according to the preamble of patent claim 1, in which a faster and / or more precise determination of the absolute angular position is possible compared to the aforementioned prior art. It is also an object of the invention to provide a method which enables the absolute angular position to be determined more quickly and / or more precisely.
  • the invention is intended to increase the freedom in the choice of the type of markings, it also being possible to use markings whose 0 and 1 lengths are each of the same length, as is the case, for example, with the north and south poles of permanent magnets ,
  • the fineness of the resolution of the angular values compared to the state of the Technology increased and the cycle length should be reduced.
  • the sensory detection of the angles between the rotating components takes place in a simple manner and with comparatively little sensory effort.
  • the device for detecting an angle of rotation or a length comprises a sensor arrangement (26) for detecting the position of the movement, said device comprising a carrier plate (8) which is moved relative to or corresponding to the movement and has at least one code track (4) and at least one fixed one contains sensor (1) acting on the code track (4), the code track (4) being arranged in each point parallel to the direction of movement on the carrier plate (8) and having markings (41) for generating a successively changing bit pattern and a Section of the movement in the direction of movement, for example the 360 ° of a circumference, divided by the number of markings (41) on the section defining a clock ( ⁇ ) and the bit pattern by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed division of the clock (ß) is determined, with selected markings (41) au at some predefined locations with an offset ( ⁇ ) f of the carrier plate (8) are applied, so that the bit pattern changes at these points with a delay compared to the clock ( ⁇ ).
  • a device according to the invention can advantageously be used, for example, in electric power steering devices. However, it is also suitable for use in completely different areas of technology.
  • the device contains a sensor arrangement with two parallel or concentrically arranged code tracks, as will be described in more detail below.
  • the measuring sensor comprises a sensor unit which is fixedly arranged with the non-rotating component, consisting of 2 sensors and two code tracks on a carrier plate which are assigned to the sensors and are connected to the rotatable component.
  • the '1' / 'O' patterns of the two code tracks are arranged exactly the same to each other. This means that if the pattern of one code track changes from '1' to '0' for a certain angular position, the pattern of the other code track changes in exactly the same direction.
  • the pattern can preferably be formed by permanent magnets or with a magnetization, for example with a corresponding north-south polarity or through a shadow mask or by other comparable means, depending on the type of sensor used.
  • the sensors can be Hall sensors or, for shadow masks, simple optical transmitted light sensors consisting of light source and photo semiconductor.
  • a wide code track as a two-dimensional code track pattern, can also be simply applied, which are scanned at two distances from the fulcrum by two sensors. The use of 2 different sensors with 2 associated code tracks serves two important purposes.
  • the one code track indicates a fixed cycle in relation to the angle of rotation due to the uniform arrangement of the markings.
  • the two sensors are slightly offset from one another. As a result, the change in the signal, caused by the change from marking '0' to '1', is first detected in one of the two signals of the two code tracks. The direction of rotation of the carrier plate can then be determined from this.
  • the alternating '1' / 'O' pattern does not change at exactly predefined angular intervals on one of the two code tracks, but is somewhat delayed or offset. This means that this respective selected marking is applied to the carrier plate with an offset. With these changes, which are delayed in relation to the clock, a specific pattern can be formed. The use of this pattern then allows a quick determination of the absolute angular position. After a predetermined amount of the change in angle, the initial detection angle, which corresponds to the pattern length, is run through for the first time, the absolute value of the angle can then be determined within a predetermined coding length in relation to the zero position and multiples of the coding length.
  • the sample length should always have the same angular lengths, ie the same number of cycles, but should consist of different numbers of offsets of markings.
  • the resulting patterns and their assignment to fixed angle values are stored in a data memory in the form of a truth table or the patterns are designed so that they can be mathematically converted to the respective angle.
  • the ones used today electronic memory and processors can be used advantageously. It is particularly preferred here if the bit pattern determined by the phase-shifted arrangement of markings on the code track changes during the rotation of the carrier plate at every cycle ( ⁇ ) and this is unique and unique in order to be able to identify the position immediately and unambiguously.
  • These predefined, unique patterns or words are stored in the memory and can then be compared with the actual pattern of the coding, from which the position can be determined.
  • the advantage of the method according to the invention is that after the first passage through several changes of the marking until the passage through the defined change in angle - the initial detection angle - the exact angle value can be determined immediately with each further change of the marking.
  • the clock signal of one of the two code tracks is dispensed with.
  • This cycle is then determined after passing through several changes in the marking of the one remaining code track, for example by simply dividing the number of changes divided by the elapsed time.
  • the offsets of the markings are then related to the clock calculated in this way and processed further in the same way.
  • the direction of rotation is then determined either by means of a truth table which contains the direction of rotation or by an offset in the markings in which both the start of the '1' and the end of the '1' are delayed with respect to the clock.
  • a pattern with positive and negative signal peaks can be generated, for example by simply forming the difference between the sensor signal and the sensor signal constructed from the clock become.
  • the direction of rotation is determined directly from the simple test of whether the positive or negative signal peak occurs first.
  • the real sensor signal form (s) can additionally be sampled. In this way, the signal change can be resolved further and more precisely. By sampling the signals, further edge changes can be generated, from whose payment intermediate values for the angle can be determined. This increases the measurement resolution even further.
  • the aim of all the measures shown in the invention is to determine the angle as quickly and accurately and safely as possible.
  • the physical limits with regard to the geometrical sizes that can be produced by corresponding markings, the signal-to-noise ratio and others must be taken into account.
  • the recording of the angles in digital computers requires word widths of different sizes depending on the resolution.
  • the computing speed can be decisively influenced by the correct size of the word width, for example 4 bit or 8 bit.
  • a distinction must be made between the word widths both for arithmetic operations and for storage operations.
  • the optimal design depends on the architecture of the hardware and can be brought into line with the required measurement resolutions and speeds using the measurement method presented.
  • the length of the truth table, the sample rate in relation to the speed, diameter and geometric dimensions of the markings and other sizes serve as parameters for this.
  • the same method can be used not only for the preferred angle measurement, but also for length measurements. net. Then the rotation must be replaced by a translation and the angle reference by a length reference. The rotatable component is then a longitudinally displaceable component and the angular units and angular offsets are length units and offsets accordingly.
  • the magnetic means are particularly suitable and thus preferred for code track arrangements with the associated sensors. However, optical, capacitive or inductive means or combinations thereof can also be used.
  • a special application for the use of the angle measurement is the determination of the angle of the rotor in relation to the pole shoes of the stator of an electric motor, for use as an electrical assistant in a steering system (power steering). This is particularly important for the correct and precise control of electronically commutated motors. Above all, the correct direction of rotation must be ensured when starting the motor.
  • the coding length can advantageously be set equal to the angle of one or more pole pieces.
  • bearing cover of the gear arrangement is particularly advantageous as a carrier plate for the code tracks.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a steering device with power assistance.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the sensor arrangement, its position with respect to the pole pieces of the electric motor and the schematic assignment to the signal code bits.
  • Figure 3 consisting of Figures 3a and 3b, shows the waveforms of the Hall signals and the reference to the markings on the code tracks.
  • FIG. 4 consisting of FIGS. 4a, 4b and 4c, shows the signal profiles of the Hall signals corrected for the angular offset of the two sensors and the combination signal
  • FIG. 5 consisting of FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d, shows the signal profiles of the digitized Hall signals adjusted for the angular offset of the two sensors as well as the reference to the markings on the code tracks and the combination signal and the signal code bits.
  • FIG. 6 shows the signal profiles of the digitized Hall signals and the digitized combination signal adjusted for the angular offset of the two sensors.
  • FIG. 7 shows a truth table for determining the current angle.
  • Figure 8 consisting of Figures 8a, 8b, 8c and 8d, show other examples of encodings with the associated truth tables.
  • the representations in FIGS. 2, 3, 4, 5, 7 and 8a all relate to one and the same example.
  • FIG. 6 is only intended to show the possibility of signal evaluation of positive signal peaks 111 and negative signal peaks 112.
  • examples of other variants of the coding are shown in order to give an indication of how, after specifying the coding length C and the initial detection angle ⁇ , a scheme for suitable angular offsets ⁇ on the two code tracks 4, 5 and thus a suitable one Fixing the markings 41, 51 can be found.
  • the signal edge When representing the digitized signals, the signal edge is clearly shown in the respective figures. The increase is determined by the electronics used. However, the rise in the signal edge plays only a subordinate magnitude for the evaluation. It has therefore not been shown in the diagrams to display the flanks at an infinitely steep angle.
  • the schematic structure of a steering device (29) with auxiliary power support shown in FIG. 1 essentially corresponds to the prior art. It consists among other things of a steering wheel 20, a steering column 21, the steering gear 22 and the two tie rods 24.
  • the tie rods 24 are driven by the rack 23.
  • the drive unit formed from the components servo motor 25, the sensor arrangement 26 and the ball screw drive 27 is used for auxiliary power support.
  • the invention relates to the sensor arrangement 26 and in the special development in the arrangement in a steering device for a motor vehicle.
  • the driver's request is fed into a control unit 28 by the control wheel 20 via a sensor system (not shown) as a signal 281.
  • the sensor arrangement is gear signal 282, the current angle of rotation and derived from it the steering angle fed into the control unit 28.
  • the corresponding control voltage 283 for the electric motor or servo motor 25 is determined therefrom in the control device and output to the servo motor 25.
  • Fast, precise detection of the current angle ⁇ is required for sensitive and fast control. It is sufficient for the control of the servo motor 25 to know the current position of the stator (not shown here) in relation to the pole shoes 6 of the stator (not shown here).
  • the entire angle ⁇ over a complete or even several revolutions, from which the steering angle can be determined, does not have to be determined at high speed and can be determined by counting the passes through the angular range of the coding length C.
  • FIG. 2 shows, for example, the preferred arrangement of the sensor arrangement 26 consisting of the carrier plate 8 connected to the rotatable component with the two code tracks 4 and 5 with the markings 41 and 51 as well as the axis of rotation Z and the sensor unit 3 connected to the non-rotating component and the sensor unit 3 thereon arranged sensors 1 and 2.
  • the two sensors are advantageously arranged offset by an angular offset 32.
  • the offset sensor arrangement enables better detection of the running direction.
  • the non-rotating components include, for example, the pole shoes 6 of the stator of the servo motor 25.
  • the zero position of the angle of the system is marked with the zero position 31 on the sensor unit 3 and the zero position 81 of the carrier plate 8.
  • the marks' O'and '1' each have the angle of ß / 2.
  • the coding length C is the angular range for which the angle can be determined exactly after it has passed through the initial detection angle ⁇ . In the example, the angle ⁇ corresponds to exactly 4 bits or 4 cycles.
  • the second code track 5 has the task of specifying the clock ⁇ . If the carrier plate 8 is rotated, the clock signal ⁇ is generated from the Hall signal 10 of the sensor 2. On the first code track 4, as already mentioned above, an offset ⁇ is introduced in some markings 41, that is to say one of the polarities, here for example the '1' polarity, is extended by the angle ⁇ .
  • the servo motor 25 has 8 pole pairs and a coding length of 90 °, which corresponds to a length of 16 bits, with an initial detection angle ⁇ of 4 bits, which corresponds to an angle of 16.875 °.
  • the signal code bits 7, which are used to determine the angle ⁇ , are formed from the offsets ⁇ . Larger word widths allow better resolution, but with more effort.
  • FIG. 3a shows the Hall signal 9 with the signal size I of the sensor 1 in relation to the markings 41 of the first code track 4.
  • FIG. 3b the corresponding Hall signal 10 of the sensor 2 is shown in relation to the markings 51 of the second code track 5.
  • the angle ⁇ increases with rotation in the direction of rotation 12.
  • the illustration comprises a coding length C, that is 16 angles of a '0' / '1' marking 51.
  • An angular offset 32 of the two sensors 1 and 2 to one another is shown as an example.
  • the direction of rotation can be determined in a simple manner. If the change from '0' to '1' occurs in Hall signal 9 before Hall signal 10, carrier plate 8 rotates in direction of rotation 12. Accordingly, carrier plate rotates counter to direction of rotation 12 when the change from '0' to '1' first in Hall signal 10.
  • the angular offset 32 must be smaller than ⁇ / 2.
  • the angular offset 32 is not required for further evaluation, so that it is corrected electronically or numerically. Therefore, in all the other figures, the Hall signals are corrected by the angular offset 32 of the two sensors 1 and 2, i.e. shifted to an angular offset of 0 °, shown.
  • FIGS. 4a and 4b show the Hall signals 9A and 10A of the sensors 1 and 2, corrected by the angular offset, plotted against the angle of rotation. Furthermore, the combination signal 11 with the signal peaks 111 is shown in FIG. 4c.
  • the signals for the case where the polarities of the two code tracks are arranged in the same direction are shown.
  • the combination signal can be formed as a difference from the Hall signals 9A and 10A.
  • the Hall signals are digitized.
  • FIGS. 5 and 6 show a simple digitization to 2 threshold values of the signal, for example I signal> 0 and I signal ⁇ 0. To increase the resolution, however, sampling can also take place, for example to a plurality of threshold values of the Hall signals 9 and 10.
  • FIG. 5a and 5b show the digitized Hall signal 9B or 10B of the sensor 1 or 2 plotted over the angle of rotation ⁇ and shifted in phase by the angular offset 32 of the two angle sensors.
  • the position of the markings 41, 51 of the code tracks 4 and 5 is shown for clarification.
  • FIG. 5c shows the digitized combination signal 11 with the signal peaks 111, which result from the angular offsets ⁇ of the markings 41 of the code track 4.
  • FIG. 5d shows the signal code bits 7 generated from the signal peaks 111 with the values 0 or 1, which can be assigned to the respective clock ⁇ .
  • the illustration shows how the sequence of signal code bits 7 “1 0
  • I 0 "was generated from the combination signal 11.
  • this value corresponds to exactly 16,875 ° from the starting angle 81, 31 or the starting angle 81 plus the coding length C (in the example 90 °) measured.
  • Table 1 shows the course of the angle detection and the structure of the truth table using the information shown in the figures. shown example. If the carrier plate 8 begins to rotate in the direction of rotation 12 from the zero position 81, 31, the cycle ⁇ , ie a number of '0' / '1' changes, is run through.
  • the cycle ß corresponds to the angle ⁇ , which is shown here in the following 5.625 °, 11.25 °.
  • the signal peaks 111 in the combination signal 11 and thus the signal code bits 7 are generated by the angular offset ⁇ of the markings. This corresponds to the signal code bits 7 shown in FIG. 5d with the digital values 0 or 1.
  • the memory which in our example has a 4-bit word width, fills bit by bit, as shown in the lower part of Table 1. After passing through the angle of 16,875 °, the memory is filled with a complete 4-bit word from the signal code bits 7. From now on, the current angle value can be read directly from the truth table, as shown in FIG.
  • Example of how a sequence of signal code bits 7 can be defined for different coding lengths C and initial detection angle ⁇ with the associated word widths ⁇ / ß, so that after the first run through the initial detection angle ⁇ the absolute value of the angle of rotation can be determined with each further run of the angle ß.
  • FIGS. 8b, 8c and 8d show the coding lengths of 5, 8 and 10 and word widths of 3bit, 3bit and 4bit, respectively.
  • the successive bit patterns, offset by the angle ⁇ are selected such that they are always unique and appear as unique patterns, i.e. occur singularly, which means that the angular position can be identified at any time by comparing the measured pattern with the saved patterns.
  • FIG. 6 shows the digitized Hall signal 9B of the sensor 1 and the digitized Hall signal 10B of the sensor 2 plotted against the angle of rotation and shifted in phase by the angle offset 32 of the two angle sensors.
  • the markings are offset by the angle ⁇ such that a combination signal 11 with positive signal peaks 111 and negative signal peaks 112 is produced.
  • the direction of rotation is determined from the chronological order of the occurrence of the positive signal peak 111 and the negative signal peak 112. If the positive signal peak 111 comes before the negative signal peak 1112, the carrier plate 8 rotates in the direction of rotation 12. If the negative signal peak comes 112 in front of the positive signal peak 111, so turns
  • the signal edge of the signal 9B is also used. If the signal 9B changes from the low to the high value and the positive signal peak 111 is determined at the same time, the carrier plate rotates in the direction of rotation 12. However, if the negative signal peak 112 is determined at the same time, the carrier plate rotates counter to the direction of rotation 12.
  • sensor 2 is omitted and the resulting clock signal 10B is determined numerically from the elapsed time and the '0' / '1' changes of signal 9B as already described above.
  • the clock signal 10B can be generated mathematically and all of the above-described methods for determining the angle can be used.
  • a component rotating at a higher speed can be coupled to the rotatable component via a gear with a transmission, to which the carrier plate 8 is then connected.
  • the angular resolution can be increased by the transmission factor of the transmission with the same number of permanent magnets and Hall sensors.
  • a special application is the use of the device described above for the controlled actuation of an electric motor or servo motor 25 for driving a steering system for motor vehicles with electrical assistants.
  • the problem here is to ensure the commutation of the current flow depending on the angular position of the rotor in relation to the stator of the servo motor 25.
  • the current flow must be switched so evenly that no uneven torque is emitted by the electric motor.
  • the carrier plate 8 is coupled to the rotor and the sensor unit to the stator of the electric motor.
  • the position of the rotor with respect to the pole shoes of the stator is then determined with the aid of the measurement results.
  • the coding length C and the clock ⁇ is to be determined according to the angle between the pole pieces 6.

Abstract

The invention relates to a device for recording a rotational angle or a length, comprising a sensor assembly (26) for recording the position of the displacement. Said sensor assembly contains a support plate (8) that responds synkinetically in a relative or corresponding manner to the displacement and comprises at least one code track (4) and at least one fixed sensor (1) that acts on the code track (4). The latter (4) is located on the support plate (8) with each point running parallel to the displacement direction and has markings (41) that generate a successively changing bit pattern. A segment of the displacement in the displacement direction, for example the 360° of a circumference of a circle, divided by the number of markings (41) on said segment defines a rate (ß) and the bit pattern is determined by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed separation of the rate (ß). To enable the rapid determination of the absolute angular position or the absolute length, selected markings (41) at several pre-defined points are offset (δ) on the support plate (8), causing the change of the bit pattern to be delayed at these points in relation to the rate (ß).

Description

Sensor zur Messung einer Länge oder eines WinkelsSensor for measuring a length or an angle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Länge mit einer Sensoranordnung nach Oberbegriff des Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren ge- mäss Anspruch 12 und 13.The invention relates to a device for detecting an angle of rotation or a length with a sensor arrangement according to the preamble of claim 1 and to a method according to claims 12 and 13.
Der Erfindungsgegenstand befasst sich mit der sensorischen Erfassung des Winkels oder einer Länge, wie es als Basis für die optimale Regelung von Systemen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, bevorzugt zur elektronischen Ansteuerung von Elektromotoren für verschiedenen Stelleinrichtungen erforderlich ist.The subject of the invention is concerned with the sensory detection of the angle or a length, as is required as the basis for the optimal control of systems, for example in motor vehicles, preferably for the electronic control of electric motors for various actuating devices.
Im Stand der Technik werden zur Winkelmessung häufig Hallsensoren verwendet. Dabei sind auf das drehbare Teil magnetische Elemente befestigt, deren Polarität in einem festen Zeitraster wechselt. Eine Hallsonde nimmt entsprechend die durch die Wechsel des Magnetfelds verursachte Hallspannung auf und gibt Zählimpulse aus. Durch Auszählen der Zählimpulse kann der Differenzwinkel bestimmt werden. Nur durch die Markierung eines Startpunktes, beispielsweise durch mehrere Impulse mit einer gleichen Polarität oder durch eine zusätzliche Sensoranordnung markiert, kann der absolute Drehwinkel bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen, wie beispielsweise in der DE 101 04 855 AI vorgestellt, wird als zusätzliche Information, die Abfolge der Zählimpulse verwendet. Allerdings sind hier drei Sensoren erforderlich.Hall sensors are often used in the prior art for angle measurement. Magnetic elements are attached to the rotatable part, the polarity of which changes in a fixed time pattern. A Hall probe accordingly records the Hall voltage caused by the change in the magnetic field and outputs counting pulses. The difference angle can be determined by counting the counting pulses. The absolute angle of rotation can only be determined by marking a starting point, for example marked by several pulses with the same polarity or by an additional sensor arrangement. In alternative embodiments, as presented for example in DE 101 04 855 AI, the sequence of the counting pulses is used as additional information. However, three sensors are required here.
Die Auszählung von Zählimpulsen bietet gegenüber der Verwendung analoger Signale den Vorteil, dass der Signal-Rausch- Abstand wesentlich vergrössert wird, das heisst dass Störeinflüsse die Qualität der Signalauswertung weniger Beeinflussen.The counting of counting pulses offers the advantage over the use of analog signals that the signal-to-noise Distance is significantly increased, which means that interference influences the quality of the signal evaluation less.
Die bekannten Systeme haben jedoch mehrere markante Nachteile. So können Absolutbeträge der Winkel erst nach Durchlaufen eines relativ grossen Winkelbereiches, beispielsweise einer ganzen Umdrehung, erfasst werden. Weiterhin besteht die Gefahr des Verpassens eines markierten Startpunktes oder eines Zählimpulses, so dass die Winkelmessung fehlerhaft ist. Weiterhin muss ein Startpunkt festgelegt sein. Das führt entweder zur Verringerung der Auflösung in der Umgebung des Startpunktes durch Verwendung einer längeren Impulsdauer oder zur Notwendigkeit eines separaten Startpunkt-Erkennungssensors. Ausserdem benötigen die meisten Systeme mehrere Sensoren, teilweise sogar mehr als 2 Sensoren zur Erfassung der Winkellage.However, the known systems have several significant disadvantages. In this way, absolute amounts of the angles can only be recorded after passing through a relatively large angular range, for example an entire revolution. There is also the risk of missing a marked starting point or a counting pulse, so that the angle measurement is incorrect. A starting point must also be specified. This either leads to a reduction in the resolution in the vicinity of the starting point by using a longer pulse duration or to the need for a separate starting point detection sensor. In addition, most systems require multiple sensors, sometimes even more than 2 sensors to record the angular position.
Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der US-PS 4,628,298 offenbart. In dieser Druckschrift wird eine Ausführungsform einer gattungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, bei der die Messung des Drehwinkels mit Hilfe nur einer Codespur möglich ist (vgl. Spalte 9, Zeile 66 bis Spalte 10, Zeile 23 sowie Fig. 6) . Bei dieser Ausführungsform sind die Positionsdaten (position data) und die Taktdaten (sychronizing data) in ein und dieselbe Codespur eingebettet. Dies wird durch eine Codespur realisiert, die Markierungen aus hochreflektivem Material aufweist, deren Erstreckung eine feste Rasterung von 1/3 zu 2/3 besitzt. Die Codespur wird hier durch eine Serie gleichlanger Codezyklen gebildet. Wenn innerhalb eines Codezyklus der gemessene Anteil des Signals des hochreflektiven Materials der Markierungen 66 Prozent beträgt, so wird dieses Signal als logische 1 gewertet. Beträgt dieser Anteil dagegen nur 33 Prozent, so wird dies als logische 0 gewertet.A device according to the preamble of claim 1 is disclosed in US Pat. No. 4,628,298. In this document, an embodiment of a generic device is described in which the measurement of the angle of rotation is possible with the help of only one code track (cf. column 9, line 66 to column 10, line 23 and FIG. 6). In this embodiment, the position data and the timing data are embedded in one and the same code track. This is realized by a code track that has markings made of highly reflective material, the extension of which has a fixed grid of 1/3 to 2/3. The code track is formed here by a series of code cycles of the same length. If the measured portion of the signal of the highly reflective material of the markings is 66 percent within a code cycle, this signal is rated as logic 1. is however, this proportion is only 33 percent, so this is rated as a logical 0.
Nachteile dieser bekannten Vorrichtung bestehen darin, dass unterschiedlich große Markierungen verwendet werden müssen und die kürzere Länge der Markierung den minimal auflösbaren Winkel und damit die Auflösung des Messsystems bestimmt. Dadurch ist die erreichbare Auflösung des Messsystems relativ gering, sodass das Messsystem sehr hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit nicht gerecht werden kann. Außerdem ist die Wahl der Art der Markierung eingeschränkt, weil wegen der erforderlichen 1/3 zu 2/3 Teilung z.B. keine einfachen magnetischen Markierungen mit gleich langen Nord-/Südpolen verwendet werden können. Weiterhin kann bei der bekannten Vorrichtung die Taktlänge wegen der 1/3 zu 2/3 Teilung minimal nur dreimal so lang sein wie die kürzere der aufgebrachten Markierungen. Eine geringere Taktlänge kann nicht realisiert werden.Disadvantages of this known device are that markings of different sizes have to be used and the shorter length of the marking determines the minimum resolvable angle and thus the resolution of the measuring system. As a result, the achievable resolution of the measuring system is relatively low, so that the measuring system cannot meet very high demands on the measuring accuracy. In addition, the choice of the type of marking is restricted because, for example, due to the required 1/3 to 2/3 division no simple magnetic markings with equally long north / south poles can be used. Furthermore, in the known device the cycle length can be minimally only three times as long as the shorter of the applied markings because of the 1/3 to 2/3 division. A shorter cycle length cannot be realized.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei der eine im Vergleich zum vorgenannten Stand der Technik schnellere und/oder genauere Bestimmung der absoluten Winkellage möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren anzugeben, das eine schnellere und/oder genauere Bestimmung der absoluten Winkellage ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a device according to the preamble of patent claim 1, in which a faster and / or more precise determination of the absolute angular position is possible compared to the aforementioned prior art. It is also an object of the invention to provide a method which enables the absolute angular position to be determined more quickly and / or more precisely.
Ferner soll durch die Erfindung die Freiheit in der Wahl der Art der Markierungen vergrößert werden, wobei auch Markierungen verwendbar sein sollen, deren 0- und 1-Länge jeweils gleich lang sind, wie dies z.B. bei den Nord- und Südpolen von Permanentmagneten der Fall ist. Außerdem soll die Feinheit der Auflösung der Winkelwerte gegenüber dem Stand der Technik erhöht und es soll eine Verringerung der Taktlänge erreicht werden.Furthermore, the invention is intended to increase the freedom in the choice of the type of markings, it also being possible to use markings whose 0 and 1 lengths are each of the same length, as is the case, for example, with the north and south poles of permanent magnets , In addition, the fineness of the resolution of the angular values compared to the state of the Technology increased and the cycle length should be reduced.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 12 und 13 gelöst.With regard to the device, this object is achieved by a device having the features of patent claim 1. Advantageous developments of the device according to the invention are specified in the subclaims. With regard to the method, the object is achieved by a method having the features of claims 12 and 13.
Bei der Erfindung erfolgt die sensorische Erfassung der Winkel zwischen den drehbewegten Komponenten in einfacher Weise und mit vergleichsweise wenig sensorischem Aufwand.In the invention, the sensory detection of the angles between the rotating components takes place in a simple manner and with comparatively little sensory effort.
Erfindungsgemäss umfasst die Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Länge mit einer Sensoranordnung (26) zur Erfassung der Position der Bewegung, wobei diese eine relativ oder entsprechend zur Bewegung mit bewegte Trägerplatte (8) mit mindestens einer Codespur (4) und mindestens einen fest stehenden, auf die Codespur (4) wirkenden Sensor (1) enthält, wobei die Codespur (4) in jedem Punkt parallel zur Bewegungsrichtung auf der Trägerplatte (8) angeordnet ist und Markierungen (41) aufweist zur Erzeugung eines nacheinander wechselnden Bit-Musters und ein Abschnitt der Bewegung in Bewegungsrichtung, beispielsweise die 360° eines Kreisumfanges, dividiert durch die Anzahl der Markierungen (41) auf dem Abschnitt einen Takt (ß) definiert und das Bitmuster durch eine phasenverschobene Anordnung von Markierungen (41) in Bezug zur festen Einteilung des Takts (ß) bestimmt ist, wobei ausgewählte Markierungen (41) an einigen vordefinierten Stellen mit einem Versatz ( δ ) auf der Trägerplatte (8) aufgebracht sind, sodass das Bit-Muster an diesen Stellen gegenüber dem Takt ( ß ) verzögert wechselt. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann vorteilhaft z.B. in elektrischen Servolenkvorrichtungen verwendet werden. Sie eignet sich jedoch ebenso zur Verwendung in völlig anderen Gebieten der Technik. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Sensoranordnung mit zwei parallel angeordneten bzw. konzentrisch angeordneten Codespuren, wie dies nachfolgend näher beschrieben wird.According to the invention, the device for detecting an angle of rotation or a length comprises a sensor arrangement (26) for detecting the position of the movement, said device comprising a carrier plate (8) which is moved relative to or corresponding to the movement and has at least one code track (4) and at least one fixed one contains sensor (1) acting on the code track (4), the code track (4) being arranged in each point parallel to the direction of movement on the carrier plate (8) and having markings (41) for generating a successively changing bit pattern and a Section of the movement in the direction of movement, for example the 360 ° of a circumference, divided by the number of markings (41) on the section defining a clock (β) and the bit pattern by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed division of the clock (ß) is determined, with selected markings (41) au at some predefined locations with an offset (δ) f of the carrier plate (8) are applied, so that the bit pattern changes at these points with a delay compared to the clock (β). A device according to the invention can advantageously be used, for example, in electric power steering devices. However, it is also suitable for use in completely different areas of technology. In a preferred embodiment of the invention, the device contains a sensor arrangement with two parallel or concentrically arranged code tracks, as will be described in more detail below.
Der Messaufnehmer umfasst eine Sensoreinheit, die mit der nichtdrehenden Komponente fest angeordnet ist, bestehend aus 2 Sensoren und zweier den Sensoren zugeordneten, mit der drehbaren Komponente verbundenen, Codespuren auf einer Trägerplatte. Auf jeder der beiden Codespuren befindet sich ein abwechselndes 'l'/'O' - Muster in gleichen Winkelabständen zur Erzeugung digitaler Signale. Dabei sind die 'l'/'O' Muster der beiden Codespuren zueinander genau gleich angeordnet. Das heisst, wenn für eine bestimmte Winkellage das Muster der einen Codespur gerade von '1' nach '0' wechselt , wechselt das Muster der anderen Codespur genau in der gleichen Richtung. Das Muster kann bevorzugt durch Permanentmagnete bzw. mit einer Magnetisierung, beispielsweise mit einer entsprechenden Nord-Süd-Polung oder durch eine Lochmaske oder auch durch andere vergleichbare Mittel, je nach verwendeter Sensorart, gebildet sein. Die Sensoren können entsprechend im Falle der Verwendung von Permanentmagneten Hallsensoren oder für Lochmasken einfache optische Durchlichtsenso- ren, bestehend aus Lichtquelle und Photohalbleiter, sein. Bei der bevorzugten Verwendung von Permanentmagneten zur Darstellung der Codespuren, kann auch einfach eine breite Codespur, als zweidimensionales Codespur-Muster, aufgetragen sein, die in unterschiedlichen Abständen vom Drehpunkt gesehen durch 2 Sensoren abgetastet werden. Die Verwendung von 2 verschiedenen Sensoren mit 2 zugehörigen Codespuren dient dabei vor allem zwei wichtigen Zielen. Zum einen gibt die eine Codespur, durch die gleichmässige Anordnung der Markierungen, einen festen Takt im Verhältnis zum Drehwinkel an. Zum anderen sind die beiden Sensoren etwas versetzt zueinander angebracht. Dadurch wird der Wechsel des Signals, verursacht durch den Wechsel von Markierung '0' auf '1', zuerst in einer der beiden Signale der beiden Codespuren festgestellt werden. Daraus kann dann die Drehrichtung der Trägerplatte bestimmt werden.The measuring sensor comprises a sensor unit which is fixedly arranged with the non-rotating component, consisting of 2 sensors and two code tracks on a carrier plate which are assigned to the sensors and are connected to the rotatable component. On each of the two code tracks there is an alternating 'l' / 'o' pattern at equal angular intervals for the generation of digital signals. The '1' / 'O' patterns of the two code tracks are arranged exactly the same to each other. This means that if the pattern of one code track changes from '1' to '0' for a certain angular position, the pattern of the other code track changes in exactly the same direction. The pattern can preferably be formed by permanent magnets or with a magnetization, for example with a corresponding north-south polarity or through a shadow mask or by other comparable means, depending on the type of sensor used. Correspondingly, in the case of the use of permanent magnets, the sensors can be Hall sensors or, for shadow masks, simple optical transmitted light sensors consisting of light source and photo semiconductor. In the preferred use of permanent magnets to represent the code tracks, a wide code track, as a two-dimensional code track pattern, can also be simply applied, which are scanned at two distances from the fulcrum by two sensors. The use of 2 different sensors with 2 associated code tracks serves two important purposes. On the one hand, the one code track indicates a fixed cycle in relation to the angle of rotation due to the uniform arrangement of the markings. On the other hand, the two sensors are slightly offset from one another. As a result, the change in the signal, caused by the change from marking '0' to '1', is first detected in one of the two signals of the two code tracks. The direction of rotation of the carrier plate can then be determined from this.
Erfindungsgemäss wechselt auf einer der beiden Codespuren an einigen vordefinierten Stellen das abwechselnde 'l'/'O' - Muster nicht in genau äquidistanten Winkelabständen, sondern etwas verzögert bzw. versetzt. Das bedeutet, dass diese jeweilige ausgewählte Markierung mit einem Versatz auf die Trägerplatte aufgebracht wird. Mit diesen gegenüber dem Takt verzögerten Wechseln kann wiederum ein bestimmtes Muster gebildet werden. Die Verwendung dieses Musters gestattet dann, eine schnelle Bestimmung der absoluten Winkellage. Nach dem erstmaligen Durchlaufen einer vorher festgelegten Grosse der Winkeländerung, dem Anfangserkennungswinkel, der mit der Musterlänge korrespendiert, kann dann der Absolutwert des Winkels innerhalb einer vorgegebenen Codierlänge in Bezug auf die Nulllage und Vielfache der Codierlänge bestimmt werden. Die Musterlänge sollte dabei stets gleiche Winkellängen, d.h. die gleiche Anzahl Takte, umfassen aber aus unterschiedlichen Anzahlen von Versätzen von Markierungen bestehen. Die dabei möglichen entstehenden Muster und ihre Zuordnung zu festen Winkelwerten werden in einem Datenspeicher in Form einer Wahrheitstabelle hinterlegt oder die Muster sind so gestaltet, dass sie mathematisch auf den jeweiligen Winkel umgerechnet werden können. Hierzu können die heute gebräuchlichen elektronischen Speicher und Prozessoren vorteilhaft verwendet werden. Es ist hierbei besonders bevorzugt, wenn das durch die phasenverschobene Anordnung von Markierungen auf der Codespur bestimmte Bitmuster sich während der Drehung der Trägerplatte bei jedem Takt(ß) ändert und diese eindeutig und einmalig ist, um die Position sofort und eindeutig identifizieren zu können. Diese vorgegebenen, eindeutigen Muster bzw. Worte werden in dem Speicher abgelegt und können dann mit dem tatsächlichen Muster der Codierung verglichen werden, woraus die Position ermittelt werden kann.According to the invention, the alternating '1' / 'O' pattern does not change at exactly predefined angular intervals on one of the two code tracks, but is somewhat delayed or offset. This means that this respective selected marking is applied to the carrier plate with an offset. With these changes, which are delayed in relation to the clock, a specific pattern can be formed. The use of this pattern then allows a quick determination of the absolute angular position. After a predetermined amount of the change in angle, the initial detection angle, which corresponds to the pattern length, is run through for the first time, the absolute value of the angle can then be determined within a predetermined coding length in relation to the zero position and multiples of the coding length. The sample length should always have the same angular lengths, ie the same number of cycles, but should consist of different numbers of offsets of markings. The resulting patterns and their assignment to fixed angle values are stored in a data memory in the form of a truth table or the patterns are designed so that they can be mathematically converted to the respective angle. For this purpose, the ones used today electronic memory and processors can be used advantageously. It is particularly preferred here if the bit pattern determined by the phase-shifted arrangement of markings on the code track changes during the rotation of the carrier plate at every cycle (β) and this is unique and unique in order to be able to identify the position immediately and unambiguously. These predefined, unique patterns or words are stored in the memory and can then be compared with the actual pattern of the coding, from which the position can be determined.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Methode besteht nun darin, dass nach dem ersten Durchlaufen mehrerer Wechsel der Markierung bis zum Durchlaufen der festgelegten Winkeländerung - dem Anfangserkennungswinkel - sofort bei jedem weiteren Wechsel der Markierung bereits der genaue Winkelwert bestimmt werden kann.The advantage of the method according to the invention is that after the first passage through several changes of the marking until the passage through the defined change in angle - the initial detection angle - the exact angle value can be determined immediately with each further change of the marking.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung wird auf das Taktsignal der einen der beiden Codespuren verzichtet. Dieser Takt wird dann nach Durchlaufen von mehreren Wechseln der Markierung der einen verbleibenden Codespur, beispielsweise durch einfache Division der Anzahl der Wechsel geteilt durch die verstrichene Zeit, bestimmt. Die Versätze der Markierungen werden dann im Anschluss auf den so berechneten Takt bezogen und in gleicher Weise weiterverarbeitet. Die Bestimmung der Drehrichtung erfolgt dann entweder durch eine Wahrheitstabelle, die die Drehrichtung enthält oder durch einen Versatz der Markierungen, bei dem sowohl der Beginn der '1' als auch das Ende der '1' gegenüber dem Takt verzögert wird. Dadurch kann, beispielsweise durch eine einfache Differenzbildung des Sensorsignals zu dem aus dem Takt konstruierten Sensorsignal, ein Muster mit positiven und negativen Signalspitzen erzeugt werden. Aus der einfachen Prüfung, ob zuerst die positive oder die negative Signalspitze auftritt, wird die Drehrichtung direkt bestimmt.In a further development of the invention, the clock signal of one of the two code tracks is dispensed with. This cycle is then determined after passing through several changes in the marking of the one remaining code track, for example by simply dividing the number of changes divided by the elapsed time. The offsets of the markings are then related to the clock calculated in this way and processed further in the same way. The direction of rotation is then determined either by means of a truth table which contains the direction of rotation or by an offset in the markings in which both the start of the '1' and the end of the '1' are delayed with respect to the clock. As a result, a pattern with positive and negative signal peaks can be generated, for example by simply forming the difference between the sensor signal and the sensor signal constructed from the clock become. The direction of rotation is determined directly from the simple test of whether the positive or negative signal peak occurs first.
In allen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens können das oder die realen Sensorsignalformen zusätzlich gesampelt (abgetastet) werden. Hierdurch kann die Signaländerung weiter und noch präziser aufgelöst werden. Durch die Sampelung der Signale können weitere Flankenwechsel erzeugt werden, aus deren Abzahlung Zwischenwerte für den Winkel bestimmt werden können. Dadurch wird die Messauflösung noch weiter erhöht.In all embodiments of the method according to the invention, the real sensor signal form (s) can additionally be sampled. In this way, the signal change can be resolved further and more precisely. By sampling the signals, further edge changes can be generated, from whose payment intermediate values for the angle can be determined. This increases the measurement resolution even further.
Ziel aller in der Erfindung gezeigten Massnahmen ist, den Winkel möglichst schnell und genau und sicher zu bestimmen. Hierzu müssen einerseits die physikalischen Grenzen in Bezug auf herstellbare geometrische Grossen von entsprechenden Markierungen, auf den Signal-Rausch-Abstand und weiteres beachtet werden. Die Erfassung der Winkel in digitalen Rechnern bedarf je nach Auflösung unterschiedlich grosser Wortbreiten. Durch die richtige Grosse der Wortbreite, beispielsweise 4bit oder 8bit, kann die Rechengeschwindigkeit entscheidend beein- flusst werden. Dabei ist zwischen den Wortbreiten sowohl für die Rechenoperationen als auch für Speicheroperationen zu unterscheiden. Die optimale Auslegung hängt von der Architektur der Hardware ab und kann mit dem vorgestellten Messverfahren in Einklang mit den geforderten Messauflösungen und geschwindigkeiten gebracht werden. Als Parameter dazu dienen die Länge der Wahrheitstabelle, die Samplerate in Bezug auf die Drehzahlen, Durchmesser und geometrischen Abmessungen der Markierungen und weitere Grossen.The aim of all the measures shown in the invention is to determine the angle as quickly and accurately and safely as possible. On the one hand, the physical limits with regard to the geometrical sizes that can be produced by corresponding markings, the signal-to-noise ratio and others must be taken into account. The recording of the angles in digital computers requires word widths of different sizes depending on the resolution. The computing speed can be decisively influenced by the correct size of the word width, for example 4 bit or 8 bit. A distinction must be made between the word widths both for arithmetic operations and for storage operations. The optimal design depends on the architecture of the hardware and can be brought into line with the required measurement resolutions and speeds using the measurement method presented. The length of the truth table, the sample rate in relation to the speed, diameter and geometric dimensions of the markings and other sizes serve as parameters for this.
Dieselbe Methode ist nicht nur für die bevorzugte Drehwinkelmessung anwendbar , sondern auch für Längenmessungen geeig- net. Dann muss jeweils die Drehung durch eine Translation und der Winkelbezug durch einen Längenbezug ersetzt werden. Die drehbare Komponente ist dann eine längsverschiebbare Komponente und die Winkeleinheiten und Winkelversätze sind entsprechend Längeneinheiten und Längenversätze. Für Codespuranordnungen mit den zugehörigen Sensoren sind besonders die magnetischen Mittel geeignet und somit bevorzugt. Es können aber auch optische, kapazitive oder induktive Mittel oder deren Kombinationen eingesetzt werden.The same method can be used not only for the preferred angle measurement, but also for length measurements. net. Then the rotation must be replaced by a translation and the angle reference by a length reference. The rotatable component is then a longitudinally displaceable component and the angular units and angular offsets are length units and offsets accordingly. The magnetic means are particularly suitable and thus preferred for code track arrangements with the associated sensors. However, optical, capacitive or inductive means or combinations thereof can also be used.
Ein besonderer Anwendungsfall für die Nutzung der Winkelmessung besteht in der Bestimmung des Winkels des Rotors in Bezug auf die Polschuhe des Stators eines Elektromotors, für die Anwendung als elektrische Hilfskraft in einem Lenksystem (Servolenkung) . Dies ist für die korrekte und präzise An- steuerung von elektronisch kommutierten Motoren besonders wichtig. Vor allem muss auch beim Anlauf des Motors die richtige Drehrichtung sichergestellt werden. Die Codierlänge kann hier vorteilhafterweise gleich dem Winkel von einem oder mehreren Polschuhen gesetzt werden.A special application for the use of the angle measurement is the determination of the angle of the rotor in relation to the pole shoes of the stator of an electric motor, for use as an electrical assistant in a steering system (power steering). This is particularly important for the correct and precise control of electronically commutated motors. Above all, the correct direction of rotation must be ensured when starting the motor. The coding length can advantageously be set equal to the angle of one or more pole pieces.
Dabei ist die Verwendung der Lagerabdeckung der Getriebeanordnung, wie insbesondere bei Verwendung eines Kugelgewindetriebs, als Trägerplatte der Codespuren besonders vorteilhaft.The use of the bearing cover of the gear arrangement, as in particular when using a ball screw drive, is particularly advantageous as a carrier plate for the code tracks.
Am bevorzugten Beispiel der Verwendung von permanentmagnetischen Markierungen auf den Codespuren und der Verwendung von Hallsensoren wird das Verfahren zur Signalaufbereitung und Auswertung an Hand von schematischen Figuren gezeigt.In the preferred example of using permanent magnetic markings on the code tracks and using Hall sensors, the method for signal processing and evaluation is shown using schematic figures.
Es zeigen: Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Lenkvorrichtung mit Hilfskraftunterstützung.Show it: Figure 1 shows the schematic structure of a steering device with power assistance.
Figur 2 zeigt die Anordnung der Sensoranordnung, deren Lage zu den Polschuhen des Elektromotors und die schematische Zuordnung zu den Signalcodebits.FIG. 2 shows the arrangement of the sensor arrangement, its position with respect to the pole pieces of the electric motor and the schematic assignment to the signal code bits.
Figur 3, bestehend aus Figuren 3a und 3b, zeigt die Signalverläufe der Hallsignale sowie den Bezug zu den Markierungen auf den Codespuren.Figure 3, consisting of Figures 3a and 3b, shows the waveforms of the Hall signals and the reference to the markings on the code tracks.
Figur 4, bestehend aus Figuren 4a, 4b und 4c, zeigt die Signalverläufe der um den Winkelversatz der beiden Sensoren bereinigten Hallsignale und das KombinationssignalFIG. 4, consisting of FIGS. 4a, 4b and 4c, shows the signal profiles of the Hall signals corrected for the angular offset of the two sensors and the combination signal
Figur 5, bestehend aus Figuren 5a, 5b, 5c und 5d, zeigt die Signalverläufe der um den Winkelversatz der beiden Sensoren bereinigten digitalisierten Hallsignale sowie den Bezug auf die Markierungen auf den Codespuren und dem Kombinationssignal sowie die Signalcodebits.FIG. 5, consisting of FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d, shows the signal profiles of the digitized Hall signals adjusted for the angular offset of the two sensors as well as the reference to the markings on the code tracks and the combination signal and the signal code bits.
Figur 6 zeigt für ein anderes Beispiel die Signalverläufe der um den Winkelversatz der beiden Sensoren bereinigten digitalisierten Hallsignale und dem digitalisierten Kombinationssignal .For another example, FIG. 6 shows the signal profiles of the digitized Hall signals and the digitized combination signal adjusted for the angular offset of the two sensors.
Figur 7 zeigt eine Wahrheitstabelle zur Bestimmung des momentanen Winkels.FIG. 7 shows a truth table for determining the current angle.
Figur 8, bestehend aus Figuren 8a, 8b, 8c und 8d, zeigen andere Beispiele für Codierungen mit den zugehörigen Wahrheitstabellen. Die Darstellungen in den Figuren 2, 3, 4, 5, 7 und 8a beziehen sich alle auf ein und dasselbe Beispiel. Die Figur 6 soll nur die Möglichkeit der Signalauswertung von positiven Signalspitzen 111 und negativen Signalspitzen 112 zeigen. In den Figuren 8b, 8c und 8d sind Beispiele für andere Varianten der Codierung gezeigt, um einen Hinweis zu geben, wie nach Vorgabe der Codierlänge C und des Anfangserkennungswinkels Δφ ein Schema für geeignete Winkelversätze δ auf den beiden Codespuren 4, 5 und damit eine geeignete Festlegung der Markierungen 41, 51 gefunden werden kann.Figure 8, consisting of Figures 8a, 8b, 8c and 8d, show other examples of encodings with the associated truth tables. The representations in FIGS. 2, 3, 4, 5, 7 and 8a all relate to one and the same example. FIG. 6 is only intended to show the possibility of signal evaluation of positive signal peaks 111 and negative signal peaks 112. In FIGS. 8b, 8c and 8d, examples of other variants of the coding are shown in order to give an indication of how, after specifying the coding length C and the initial detection angle Δφ, a scheme for suitable angular offsets δ on the two code tracks 4, 5 and thus a suitable one Fixing the markings 41, 51 can be found.
Bei der Darstellung der digitalisierten Signale ist in den jeweiligen Figuren die Signalflanke deutlich dargestellt. Der Anstieg wird durch die jeweilig verwendete Elektronik bestimmt. Für die Auswertung spielt der Anstieg der Signalflanke jedoch nur eine untergeordnete Grosse. Es ist in den Darstellungen daher darauf verzichtet worden, die Flanken unendlich steil darzustellen.When representing the digitized signals, the signal edge is clearly shown in the respective figures. The increase is determined by the electronics used. However, the rise in the signal edge plays only a subordinate magnitude for the evaluation. It has therefore not been shown in the diagrams to display the flanks at an infinitely steep angle.
Der in Figur 1 gezeigte schematische Aufbau einer Lenkvorrichtung (29) mit Hilfskraftunterstützung entspricht im Wesentlichen dem Stand der Technik. Sie besteht unter anderem aus einem Steuerrad 20, einer Lenksäule 21, dem Lenkgetriebe 22 und den beiden Spurstangen 24. Die Spurstangen 24 werden durch die Zahnstange 23 angetrieben. Zur Hilfskraftunterstützung dient die aus den Komponenten Servomotor 25, der Sensoranordnung 26 und dem Kugelgewindetrieb 27 gebildeten Antriebseinheit. Die Erfindung bezieht sich auf die Sensoranordnung 26 und in der speziellen Weiterbildung in der Anordnung in einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird der Fahrerwunsch durch das Steuerrad 20 über eine nicht gezeigte Sensorik als Signal 281 in ein Steuergerät 28 eingespeist. Aus der Sensoranordnung 26 wird das Sensoraus- gangssignal 282, der momentane Drehwinkel und daraus abgeleitet der Lenkwinkel in das Steuergerät 28 eingespeist. Im Steuergerät wird daraus die entsprechende Steuerspannung 283 für den Elektromotor oder Servomotor 25 bestimmt und an den Servomotor 25 ausgegeben. Dabei ist für eine feinfühlige und schnelle Regelung die schnelle Erfassung des momentanen Winkels φ erforderlich. Dabei genügt es für die Ansteuerung des Servomotors 25 die momentane Lage des Stators (hier nicht gezeigt) zu den Polschuhen 6 des Stators (hier nicht dargestellt) genau zu wissen. Der gesamte Winkel φ über eine vollständige oder gar mehrere Umdrehungen, aus dem sich der Lenkwinkel bestimmen lässt, muss nicht mit der hohen Geschwindigkeit bestimmt werden und kann durch Abzählen der Durchläufe durch den Winkelbereich der Codierlänge C bestimmen.The schematic structure of a steering device (29) with auxiliary power support shown in FIG. 1 essentially corresponds to the prior art. It consists among other things of a steering wheel 20, a steering column 21, the steering gear 22 and the two tie rods 24. The tie rods 24 are driven by the rack 23. The drive unit formed from the components servo motor 25, the sensor arrangement 26 and the ball screw drive 27 is used for auxiliary power support. The invention relates to the sensor arrangement 26 and in the special development in the arrangement in a steering device for a motor vehicle. The driver's request is fed into a control unit 28 by the control wheel 20 via a sensor system (not shown) as a signal 281. The sensor arrangement is gear signal 282, the current angle of rotation and derived from it the steering angle fed into the control unit 28. The corresponding control voltage 283 for the electric motor or servo motor 25 is determined therefrom in the control device and output to the servo motor 25. Fast, precise detection of the current angle φ is required for sensitive and fast control. It is sufficient for the control of the servo motor 25 to know the current position of the stator (not shown here) in relation to the pole shoes 6 of the stator (not shown here). The entire angle φ over a complete or even several revolutions, from which the steering angle can be determined, does not have to be determined at high speed and can be determined by counting the passes through the angular range of the coding length C.
Figur 2 zeigt beispielsweise die bevorzugte Anordnung der Sensoranordnung 26 bestehend aus den mit der drehbaren Komponente verbundenen Trägerplatte 8 mit den beiden Codespuren 4 und 5 mit den Markierungen 41 bzw. 51 sowie der Drehachse Z und der mit der nichtdrehenden Komponente verbundenen Sensoreinheit 3 und den darauf angeordneten Sensoren 1 und 2. Die beiden Sensoren sind mit Vorteil um einen Winkelversatz 32 versetzt angeordnet. Die versetzte Sensoranordnung ermöglicht eine bessere Erkennung der Laufrichtung. Zu den nichtdrehenden Komponenten sind beispielsweise auch die Polschuhe 6 des Stators des Servomotors 25 zu zählen. Die Nulllage des Winkels des Systems ist mit der Nulllage 31 auf der Sensoreinheit 3 und der Nulllage 81 der Trägerplatte 8 markiert. Zur Verdeutlichung der Markierungen beispielsweise der abwechselnden Nord-Süd-Pol-Ausrichtung einer permanentmagnetischen Spur sind hier die Bezeichnungen '0' und '1' gewählt oder gleichbedeutend L-Qj und H oder gleichbedeutend LOJ und | in den Darstellungen gewählt.FIG. 2 shows, for example, the preferred arrangement of the sensor arrangement 26 consisting of the carrier plate 8 connected to the rotatable component with the two code tracks 4 and 5 with the markings 41 and 51 as well as the axis of rotation Z and the sensor unit 3 connected to the non-rotating component and the sensor unit 3 thereon arranged sensors 1 and 2. The two sensors are advantageously arranged offset by an angular offset 32. The offset sensor arrangement enables better detection of the running direction. The non-rotating components include, for example, the pole shoes 6 of the stator of the servo motor 25. The zero position of the angle of the system is marked with the zero position 31 on the sensor unit 3 and the zero position 81 of the carrier plate 8. In order to clarify the markings, for example the alternating north-south pole orientation of a permanent magnetic track, the designations '0' and '1' have been selected here or synonymous L-Qj and H or synonymous LOJ and | chosen in the representations.
Hier dargestellt ist die Anordnung der Codespuren in gleichläufiger Polung. Es ist auch möglich die Codespuren gegenläufig zu polen. Zur Verdeutlichung der gegenläufigen Anordnung der Polung der beiden Codespuren sind in einer der beiden Spuren nur die '1 'gegen die '0'- und die '0' gegen die '1' -Kennzeichnung auszutauschen.The arrangement of the code tracks in the same polarity is shown here. It is also possible to reverse the code tracks. To clarify the opposite arrangement of the polarity of the two code tracks, only the '1' in one of the two tracks must be replaced by the '0' and the '0' by the '1' label.
Die Markierungen 'O'und '1' haben jeweils den Winkel von ß/2. Ein Polpaar 'O'/'l' hat damit den Winkel = dem Takt ß und entspricht einem bit in der digitalen Weiterverarbeitung der Signale. Die Codierlänge C ist der Winkelbereich für den der Winkel nach erstmaligem Durchlaufen der Anfangserkennungswinkel Δφ exakt bestimmt werden kann. Der Winkel Δφ entspricht im Beispiel genau 4 bit oder 4 Takte. Die zweite Codespur 5 hat die Aufgabe den Takt ß vorzugeben. Wird die Trägerplatte 8 in Drehung versetzt, generiert sich aus dem Hallsignal 10 des Sensors 2 das Taktsignal ß. Auf der ersten Codespur 4 ist, wie oben bereits erwähnt, in einigen Markierungen 41 ein Versatz δ eingebracht, das heisst eine der Polungen, hier beispielsweise die '1 '-Polung, wird um den Winkel δ verlängert.The marks' O'and '1' each have the angle of ß / 2. A pole pair 'O' / 'l' thus has the angle = the clock β and corresponds to one bit in the digital further processing of the signals. The coding length C is the angular range for which the angle can be determined exactly after it has passed through the initial detection angle Δφ. In the example, the angle Δφ corresponds to exactly 4 bits or 4 cycles. The second code track 5 has the task of specifying the clock β. If the carrier plate 8 is rotated, the clock signal β is generated from the Hall signal 10 of the sensor 2. On the first code track 4, as already mentioned above, an offset δ is introduced in some markings 41, that is to say one of the polarities, here for example the '1' polarity, is extended by the angle δ.
Im Beispiel hat der Servomotor 25 8 Polpaare und eine Codierlänge von 90°, was einer Länge von 16bit entspricht, bei einem Anfangserkennungswinkel Δφ von 4 bit, was einem Winkel von 16,875° entspricht. Aus den Versätzen δ werden die Signalcodebits 7 gebildet, die zur Bestimmung des Winkels φ herangezogen werden. Grössere Wortbreiten ermöglichen eine bessere Auflösung, allerdings bei höherem Aufwand. Figur 3a zeigt das Hallsignal 9 mit der Signalgrösse I des Sensors 1 in Bezug auf die Markierungen 41 der ersten Codespur 4. In Figur 3b ist das entsprechende Hallsignal 10 des Sensors 2 in Bezug auf die Markierungen 51 der zweiten Codespur 5 gezeigt. Der Winkel φ wird mit Drehung in Drehrichtung 12 grösser. Die Darstellung umfasst eine Codierlänge C, das heisst 16 Winkel einer '0 '/' 1 ' -Markierung 51. Beispielhaft ist ein Winkelversatz 32 der beiden Sensoren 1 und 2 zueinander gezeigt.In the example, the servo motor 25 has 8 pole pairs and a coding length of 90 °, which corresponds to a length of 16 bits, with an initial detection angle Δφ of 4 bits, which corresponds to an angle of 16.875 °. The signal code bits 7, which are used to determine the angle φ, are formed from the offsets δ. Larger word widths allow better resolution, but with more effort. FIG. 3a shows the Hall signal 9 with the signal size I of the sensor 1 in relation to the markings 41 of the first code track 4. In FIG. 3b the corresponding Hall signal 10 of the sensor 2 is shown in relation to the markings 51 of the second code track 5. The angle φ increases with rotation in the direction of rotation 12. The illustration comprises a coding length C, that is 16 angles of a '0' / '1' marking 51. An angular offset 32 of the two sensors 1 and 2 to one another is shown as an example.
Durch den Winkelversatz 32 der beiden Sensoren 1 und 2 kann in einfacher Weise die Drehrichtung bestimmt werden. Tritt der Wechsel von '0' nach '1' im Hallsignal 9 vor dem Hallsignal 10 auf, dreht sich die Trägerplatte 8 in Drehrichtung 12. Entsprechend dreht sich die Trägerplatte entgegen der Drehrichtung 12, wenn der Wechsel von '0' nach '1' zuerst im Hallsignal 10 erfolgt. Der Winkelversatz 32 muss dazu kleiner als ß/2 sein.By the angular offset 32 of the two sensors 1 and 2, the direction of rotation can be determined in a simple manner. If the change from '0' to '1' occurs in Hall signal 9 before Hall signal 10, carrier plate 8 rotates in direction of rotation 12. Accordingly, carrier plate rotates counter to direction of rotation 12 when the change from '0' to '1' first in Hall signal 10. For this purpose, the angular offset 32 must be smaller than β / 2.
Für die weitere Auswertung ist der Winkelversatz 32 nicht erforderlich, so dass er elektronisch oder numerisch korrigiert wird. Daher sind in allen weiteren Figuren die Hallsignale um den Winkelversatz 32 der beiden Sensoren 1 und 2 korrigiert, d.h. auf einen Winkelversatz von 0° verschoben, dargestellt.The angular offset 32 is not required for further evaluation, so that it is corrected electronically or numerically. Therefore, in all the other figures, the Hall signals are corrected by the angular offset 32 of the two sensors 1 and 2, i.e. shifted to an angular offset of 0 °, shown.
Figuren 4a und 4b zeigen die um den Winkelversatz korrigierten Hallsignale 9A bzw. 10A des Sensors 1 bzw. 2 über dem Drehwinkel aufgetragen. Weiterhin ist in Figur 4c das Kombinationssignal 11 mit den Signalspitzen 111 dargestellt. Hier sind, wie in Figur 3 die Signale für den Fall, dass die Polungen der beiden Codespuren gleichläufig angeordnet sind, gezeigt. Im einfachsten Fall kann das Kombinationssignal als Differenz aus den Hallsignalen 9A und 10A gebildet werden. Im nächsten Schritt erfolgt die Digitalisierung der Hallsignale. Die weiteren Figuren 5 und 6 zeigen eine einfache Digitalisierung auf 2 Schwellwerte des Signals z.B. I-Signal >0 und I-Signal <0. Zur Erhöhung der Auflösung kann jedoch auch eine Sampelung, beispielsweise auf mehrere Schwellwerte der Hallsignale 9 und 10 erfolgen.FIGS. 4a and 4b show the Hall signals 9A and 10A of the sensors 1 and 2, corrected by the angular offset, plotted against the angle of rotation. Furthermore, the combination signal 11 with the signal peaks 111 is shown in FIG. 4c. Here, as in FIG. 3, the signals for the case where the polarities of the two code tracks are arranged in the same direction are shown. In the simplest case, the combination signal can be formed as a difference from the Hall signals 9A and 10A. In the next step, the Hall signals are digitized. The further FIGS. 5 and 6 show a simple digitization to 2 threshold values of the signal, for example I signal> 0 and I signal <0. To increase the resolution, however, sampling can also take place, for example to a plurality of threshold values of the Hall signals 9 and 10.
Figur 5a und 5b zeigt das digitalisierte Hallsignal 9B bzw. 10B des Sensors 1 bzw. 2 über dem Drehwinkel φ aufgetragen und um den Winkelversatz 32 der beiden Winkelsensoren in der Phase verschoben. Zur Verdeutlichung sind die Lage der Markierungen 41, 51 der Codespuren 4 und 5 dargestellt. Die Figur 5c zeigt das digitalisierte Kombinationssignal 11 mit den Signalspitzen 111, die aus den Winkelversätzen δ der Markierungen 41 der Codespur 4 resultieren. Die Figur 5d zeigt die aus den Signalspitzen 111 generierten Signalcodebits 7 mit den Werten 0 oder 1, die dem jeweiligen Takt ß zuzuordnen sind. Der Darstellung ist zu entnehmen, wie nach dem Durchlauf der ersten 4 Takte ß die Folge von Signalcodebits 7 „1 05a and 5b show the digitized Hall signal 9B or 10B of the sensor 1 or 2 plotted over the angle of rotation φ and shifted in phase by the angular offset 32 of the two angle sensors. The position of the markings 41, 51 of the code tracks 4 and 5 is shown for clarification. FIG. 5c shows the digitized combination signal 11 with the signal peaks 111, which result from the angular offsets δ of the markings 41 of the code track 4. FIG. 5d shows the signal code bits 7 generated from the signal peaks 111 with the values 0 or 1, which can be assigned to the respective clock β. The illustration shows how the sequence of signal code bits 7 “1 0
I 0" aus dem Kombinationssignal 11 erzeugt wurde. Dieser Wert entspricht in unserem Beispiel genau 16.875° ab dem Startwinkel 81, 31 oder dem Startwinkel 81 zuzüglich der Codierlänge C (im Beispiel 90°) gemessen.I 0 "was generated from the combination signal 11. In our example, this value corresponds to exactly 16,875 ° from the starting angle 81, 31 or the starting angle 81 plus the coding length C (in the example 90 °) measured.
Die in der Figur 7 dargestellte Wahrheitstabelle, die zu den Darstellungen in den Figuren 2, 3, 4 und 5 passt, zeigt, wie anhand der aus den Signalspitzen 111 des KombinationssignalsThe truth table shown in FIG. 7, which matches the representations in FIGS. 2, 3, 4 and 5, shows how, based on that from the signal peaks 111 of the combination signal
II und den zugehörigen Signalcodebits der Winkel φ bestimmt wird.II and the associated signal code bits of the angle φ is determined.
In der Tabelle 1 ist der Ablauf der Winkelerkennung und der Aufbau der Wahrheitstabelle anhand des in den Figuren darge- stellten Beispiels gezeigt. Beginnt sich die Trägerplatte 8 in Drehrichtung 12 von der Nulllage 81, 31 zu drehen, wird der Takt ß, d.h. eine Anzahl von ' 0 '/' 1 '-Wechseln durchlaufen. Der Takt ß korrespondiert mit dem Winkel φ, der hier in der Folge 5.625°, 11.25°, dargestellt ist. Dabei werden durch den Winkelversatz δ der Markierungen die Signalspitzen 111 im Kombinationssignal 11 und somit die Signalcodebits 7 erzeugt. Das korrespondiert mit den in Figur 5d gezeigten Signalcodebits 7 mit den Digitalwerten 0 oder 1. Der Speicher, der in unserem Beispiel 4bit Wortbreite besitzt, füllt sich bit für bit, wie im unteren Teil der Tabelle 1 dargestellt ist. Nach Durchlaufen des Winkels von 16.875° ist der Speicher mit einem vollständigen 4bit-Wort aus den Signalcodebits 7 gefüllt. Ab jetzt kann direkt aus der Wahrheitstabelle, wie sie in Figur 7 gezeigt ist, der momentane Winkelwert abgelesen werden. Table 1 shows the course of the angle detection and the structure of the truth table using the information shown in the figures. shown example. If the carrier plate 8 begins to rotate in the direction of rotation 12 from the zero position 81, 31, the cycle β, ie a number of '0' / '1' changes, is run through. The cycle ß corresponds to the angle φ, which is shown here in the following 5.625 °, 11.25 °. The signal peaks 111 in the combination signal 11 and thus the signal code bits 7 are generated by the angular offset δ of the markings. This corresponds to the signal code bits 7 shown in FIG. 5d with the digital values 0 or 1. The memory, which in our example has a 4-bit word width, fills bit by bit, as shown in the lower part of Table 1. After passing through the angle of 16,875 °, the memory is filled with a complete 4-bit word from the signal code bits 7. From now on, the current angle value can be read directly from the truth table, as shown in FIG.
Figure imgf000018_0001
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dem niedrigsten bit des Wortes im Speicher, unter Verschiebung der bereits im Speicher befindlichen bits, erfolgen muss .the lowest bit of the word in memory, shifting the bits already in memory.
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Tabelle 2Table 2
In der Tabelle 2 ist der Speicherinhalt während des Aufbaus von der Nulllage 81, 31 mit der Wortbreite von 4 bit für den jeweiligen Takt ß / Winkel φ gezeigt. Wie anhand des Aufbaus der Tabelle 1 und Tabelle 2 zu erkennen ist entspricht die Wortbreite auch der Anzahl Takte bis der erste Winkel eindeutig erkannt werden kann und damit dem Anfangserkennungswinkel Δφ/ß. Die Figur 8 zeigt mehrere Muster von Wahrheitstabellen alsTable 2 shows the memory content during construction from the zero position 81, 31 with the word width of 4 bits for the respective clock β / angle φ. As can be seen from the structure of Table 1 and Table 2, the word width also corresponds to the number of cycles until the first angle can be clearly recognized and thus the initial recognition angle Δφ / ß. Figure 8 shows several patterns of truth tables as
Beispiel, wie für verschiedene Codierlängen C und Anfangserkennungswinkel Δφ mit den zugehörigen Wortbreiten Δφ/ß eine Folge von Signalcodebits 7 festgelegt werden kann, damit nach erstmaligem Durchlauf der Anfangserkennungswinkel Δφ bei jedem weiteren Durchlauf des Winkels ß der Absolutwert des Drehwinkels bestimmt werden kann.Example of how a sequence of signal code bits 7 can be defined for different coding lengths C and initial detection angle Δφ with the associated word widths Δφ / ß, so that after the first run through the initial detection angle Δφ the absolute value of the angle of rotation can be determined with each further run of the angle ß.
Dabei ist in Figur 8a nocheinmal unser Beispiel gezeigt. In Figuren 8b, 8c, und 8d sind Darstellungen für die Codierlängen von 5, 8 bzw. 10 und Wortbreiten von 3bit, 3bit bzw. 4bit gegeben.Our example is shown again in FIG. 8a. FIGS. 8b, 8c and 8d show the coding lengths of 5, 8 and 10 and word widths of 3bit, 3bit and 4bit, respectively.
Aus den Beispielen mit den Tabellen ist ersichtlich, dass die nacheinander folgenden, um den Winkel ß versetzten, Bitmuster derart gewählt werden, dass diese immer eindeutig sind und als einmalige Muster erscheinen , also singulär auftreten, womit jederzeit eine eindeutige Winkellagenerkennung möglich ist durch Vergleich der gemessenen Muster mit den gespeicherten Mustern.It can be seen from the examples with the tables that the successive bit patterns, offset by the angle β, are selected such that they are always unique and appear as unique patterns, i.e. occur singularly, which means that the angular position can be identified at any time by comparing the measured pattern with the saved patterns.
Figur 6 zeigt für ein anderes Beispiel das digitalisierte Hallsignal 9B des Sensors 1 und das digitalisierte Hallsignal 10B des Sensors 2 über dem Drehwinkel aufgetragen und um den Winkelversatz 32 der beiden Winkelsensoren in der Phase verschoben. Hier sind die Markierungen jedoch so um den Winkel δ versetzt, dass ein Kombinationssignal 11 mit positiven Signalspitzen 111 und negativen Signalspitzen 112 entsteht. Aus der zeitlichen Reihenfolge des Auftreffens der positiven Signalspitze 111 und der negativen Signalspitze 112 wird die Drehrichtung bestimmt. Kommt die positive Signalspitze 111 vor der negativen Signalspitze 1112, dreht sich die Trägerplatte 8 in Drehrichtung 12. Kommt die negative Signalspitze 112 vor der positiven Signalspitze 111, so dreht sich dieFor another example, FIG. 6 shows the digitized Hall signal 9B of the sensor 1 and the digitized Hall signal 10B of the sensor 2 plotted against the angle of rotation and shifted in phase by the angle offset 32 of the two angle sensors. Here, however, the markings are offset by the angle δ such that a combination signal 11 with positive signal peaks 111 and negative signal peaks 112 is produced. The direction of rotation is determined from the chronological order of the occurrence of the positive signal peak 111 and the negative signal peak 112. If the positive signal peak 111 comes before the negative signal peak 1112, the carrier plate 8 rotates in the direction of rotation 12. If the negative signal peak comes 112 in front of the positive signal peak 111, so turns
Trägerplatte 8 entgegen der Drehrichtung 12.Carrier plate 8 against the direction of rotation 12.
Für den Fall, dass nicht entschieden werden kann, welche Signalspitze 111, 112 früher kommt, wird die Signalflanke des Signals 9B mit genutzt. Wechselt das Signal 9B vom niedrigen auf den hohen Wert und wird gleichzeitig die positive Signalspitze 111 bestimmt, so dreht sich die Trägerplatte in Drehrichtung 12. Wird jedoch die negative Signalspitze 112 gleichzeitig bestimmt, so dreht sich die Trägerplatte entgegen der Drehrichtung 12.In the event that it cannot be decided which signal peak 111, 112 comes earlier, the signal edge of the signal 9B is also used. If the signal 9B changes from the low to the high value and the positive signal peak 111 is determined at the same time, the carrier plate rotates in the direction of rotation 12. However, if the negative signal peak 112 is determined at the same time, the carrier plate rotates counter to the direction of rotation 12.
In der besonders kostengünstigen Weiterbildung des Systems wird der Sensor 2 weggelassen und das daraus resultierende taktgebende Signal 10B numerisch aus der verstrichenen Zeit und den '0 '/' 1 ' -Wechseln des Signals 9B wie oben bereits beschrieben bestimmt. Auf diese Weise kann das taktgebende Signal 10B mathematisch erzeugt werden und alle oben beschriebenen Verfahrensweisen zur Bestimmung des Winkels angewendet werden.In the particularly cost-effective further development of the system, sensor 2 is omitted and the resulting clock signal 10B is determined numerically from the elapsed time and the '0' / '1' changes of signal 9B as already described above. In this way, the clock signal 10B can be generated mathematically and all of the above-described methods for determining the angle can be used.
Die Anwendung dieser kostengünstigen Weiterbildung bedingt jedoch eine Verschlechterung der Auflösung, da mindestens drei, eher mehr '0 V 1 '-Wechsel zur Bestimmung des digitalisierten (Takt-) Signals 10B benötigt werden.However, the use of this inexpensive further development causes a deterioration in the resolution, since at least three, rather more '0 V 1' changes are required to determine the digitized (clock) signal 10B.
Sehr gute Ergebnisse können erzielt werden bei einem mittleren Leseradius von etwa 42mm, einem Magnetpolabstand von 1,5- 3,5mm. So können beispielsweise 64 Polwechsel des Magnetfeldes dargestellt werden. Das bedeutet 64 vollständige Perioden des Hallsignals. Bei einer Samplerate von 1/32 ergibt das 4096 Flankenwechsel für jedes digitalisierte Signal 9B bzw. 10B. Da zwei Codierspuren zur Verfügung stehen, ergeben sich insgesamt 8192 Flankenwechsel. Das ergibt eine Winkelauflösung des Systems von etwa 0,044°.Very good results can be achieved with an average reading radius of around 42mm and a magnetic pole distance of 1.5-3.5mm. For example, 64 pole changes of the magnetic field can be displayed. That means 64 complete periods of the Hall signal. With a sample rate of 1/32, this results in 4096 edge changes for each digitized signal 9B or 10B. Since two coding tracks are available, this results in a total of 8192 edge changes. This results in an angular resolution of the system of approximately 0.044 °.
Zur Verbesserung der Auflösung kann an die drehbare Komponente über ein Getriebe mit einer Übersetzung eine mit höherer Drehzahl drehende Komponente gekoppelt werden, mit der dann die Trägerplatte 8 verbunden ist. Auf diese Weise kann mit der gleichen Anzahl von Permanentmagneten und Hallsensoren die Winkelauflösung um den Übersetzungsfaktor des Getriebes erhöht werden.To improve the resolution, a component rotating at a higher speed can be coupled to the rotatable component via a gear with a transmission, to which the carrier plate 8 is then connected. In this way, the angular resolution can be increased by the transmission factor of the transmission with the same number of permanent magnets and Hall sensors.
Es ist klar, dass alle oben beschriebenen Ausführungen auch auf optische, elektrische, induktive oder kapazitive Messaufnehmer übertragbar ist. Ausserdem können in gleicher Weise auch Längen gemessen werden.It is clear that all the designs described above can also be transferred to optical, electrical, inductive or capacitive sensors. Lengths can also be measured in the same way.
Ein spezieller Anwendungsfall besteht in der Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zur geregelten Ansteuerung eines Elektromotors oder Servomotors 25 zum Antrieb eines Lenksystems für Kraftfahrzeuge mit elektrischer Hilfskraft. Hier besteht das Problem die Kommutation des Stromflusses je nach Winkellage des Rotors in Bezug auf den Stator des Servomotors 25 sicherzustellen. Dabei muss der Stromfluss so gleichmässig umgeschaltet werden, dass kein ungleichmässiges Drehmoment vom Elektromotor abgegeben wird. Hierzu wird die Trägerplatte 8 mit dem Rotor und die Sensoreinheit mit dem Stator des Elektromotors gekoppelt. Mit Hilfe der Messergebnisse wird dann die Lage des Rotors bezüglich der Polschuhe des Stators bestimmt. Die Codierlänge C und der Takt ß ist entsprechend dem Winkel zwischen den Polschuhen 6 festzulegen. Liste der Bezeichnungen :A special application is the use of the device described above for the controlled actuation of an electric motor or servo motor 25 for driving a steering system for motor vehicles with electrical assistants. The problem here is to ensure the commutation of the current flow depending on the angular position of the rotor in relation to the stator of the servo motor 25. The current flow must be switched so evenly that no uneven torque is emitted by the electric motor. For this purpose, the carrier plate 8 is coupled to the rotor and the sensor unit to the stator of the electric motor. The position of the rotor with respect to the pole shoes of the stator is then determined with the aid of the measurement results. The coding length C and the clock β is to be determined according to the angle between the pole pieces 6. List of names:
1 Sensor 11 sensor 1
2 Sensor 22 sensor 2
3 Sensoreinheit3 sensor unit
31 Nulllage auf Sensoreinheit31 Zero position on sensor unit
32 Winkelversatz zwischen Sensor 1 und Sensor 232 Angular misalignment between sensor 1 and sensor 2
4 Codespur 14 code track 1
41 Markierung '0' bzw. ' 1 ' auf Codespur 141 Marking '0' or '1' on code track 1
5 Codespur 25 code track 2
51 Markierung '0' bzw. ' \ ' auf Codespur 251 Marking '0' or '\' on code track 2
6 Polschuh des Elektromotors6 pole shoe of the electric motor
7 Signalcodebit7 signal code bit
8 Trägerplatte8 carrier plate
81 Nulllage auf Trägerplatte81 zero position on carrier plate
9 Hallsignal der Codespur 19 Hall signal of code track 1
9A Hallsignal der Codespur 1, um Versatz 32 bereinigt9A Hall signal of code track 1, corrected for offset 32
9B digitalisiertes Hallsignal der Codespur 1, um Versatz 32 bereinigt9B digitized Hall signal of code track 1, adjusted for offset 32
10 Hallsignal der Codespur 210 Hall signal of code track 2
10A Hallsignal der Codespur 2, um Versatz 32 bereinigt10A Hall signal of code track 2, corrected for offset 32
10B digitalisiertes Hallsignal der Codespur 2, um Versatz 32 bereinigt10B digitized Hall signal of code track 2, adjusted for offset 32
11 digitales Kombinationssignal11 digital combination signal
111 positive Signalspitze111 positive signal peak
112 negative Signalspitze bei gegenläufiger Polung der Codespuren112 negative signal peak with opposite polarity of the code tracks
12 Drehrichtung12 direction of rotation
20 Steuerrad20 steering wheel
21 Lenksäule21 steering column
22 Lenkgetriebe22 steering gear
23 Zahnstange23 rack
24 Spurstange 25 Servomotor24 tie rod 25 servo motor
26 Sensoranordnung26 Sensor arrangement
27 Kugelgewindetrieb27 Ball screw drive
28 Steuergerät28 control unit
29 Lenkvorrichtung29 steering device
281 Signal Fahrerwunsch281 Driver request signal
282 Sensorausgangssignal282 sensor output signal
282 Steuerspannung Elektromotor282 Electric motor control voltage
C CodierlängeC coding length
I SignalgrösseI signal size
Z Drehachse δ Winkelversatz ß Takt = Winkel einer "0 '/' 1 ' -Markierung φ DrehwinkelZ axis of rotation δ angular offset ß cycle = angle of a "0 '/' 1 'mark φ angle of rotation
Δφ Anfangserkennungswinkel Δφ initial detection angle

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels oder einer Länge mit einer Sensoranordnung (26) zur Erfassung der Position der Bewegung, wobei diese eine relativ oder entsprechend zur Bewegung mit bewegte Trägerplatte (8) mit mindestens einer Codespur (4) und mindestens einen fest stehenden, auf die Codespur (4) wirkenden Sensor (1) enthält, wobei die Codespur (4) in jedem Punkt parallel zur Bewegungsrichtung auf der Trägerplatte (8) angeordnet ist und Markierungen (41) aufweist zur Erzeugung eines nacheinander wechselnden Bit-Musters und ein Abschnitt der Bewegung in Bewegungsrichtung, beispielsweise die 360° eines Kreisumfangs, dividiert durch die Anzahl der Markierungen (41) auf dem Abschnitt einen Takt ( ß ) definiert, und wobei das Bit-Muster durch eine phasenverschobene Anordnung von Markierungen (41) in Bezug zur festen Einteilung des Takts ( ß ) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Markierungen (41) an einigen vordefinierten Stellen mit einem Versatz ( δ ) auf der Trägerplatte (8) aufgebracht sind, sodass das Bit-Muster an diesen Stellen gegenüber dem Takt (ß ) verzögert wechselt.1. Device for detecting an angle of rotation or a length with a sensor arrangement (26) for detecting the position of the movement, said movement being a support plate (8) with at least one code track (4) and at least one fixed, relative to or corresponding to the movement. contains sensor (1) acting on the code track (4), the code track (4) being arranged in each point parallel to the direction of movement on the carrier plate (8) and having markings (41) for generating a successively changing bit pattern and a section the movement in the direction of movement, for example the 360 ° of a circumference, divided by the number of markings (41) on the section defines a cycle (β), and wherein the bit pattern is defined by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed one Classification of the clock (ß) is determined, characterized in that selected markings (41) at some predefined locations with an offset ( δ) are applied to the carrier plate (8), so that the bit pattern changes at these points with a delay compared to the clock (ß).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit einem Versatz ( δ ) angeordneten Markierungen (41) mit einer Teilung eines halben Taktes ( ß /2) angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the markings (41) not arranged with an offset (δ) are arranged with a division of half a cycle (ß / 2).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur ersten Codespur (4) eine zweite, taktgebende Referenz-Codespur (5) und mindestens ein fest stehender, auf die Codespur (5) wirkender Sensor (2) vorgesehen ist wobei diese Codespur (5) mit derselben Anzahl Markierungen (51) wie sie auf der ersten Codespur (4) ausgebildet ist und diese über den Bereich der Bewegung, beispielsweise dem Kreisumfang, äquidistant angeordnet sind und jede Markierung den Takt (ß) bestimmt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that parallel to the first code track (4), a second, clock-generating reference code track (5) and at least one fixed a standing sensor (2) acting on the code track (5) is provided, this code track (5) having the same number of markings (51) as it is formed on the first code track (4) and this over the range of movement, for example the circumference , are arranged equidistant and each mark determines the clock (ß).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden auf die Codespuren (4, 5) wirkenden Sensoren (1,2) um einen festen Abstand (32) versetzt, der vorzugsweise maximal die Hälfte des Takts (ß) beträgt, angeordnet sind.4. The device according to claim 3, characterized in that the two sensors (1, 2) acting on the code tracks (4, 5) are offset by a fixed distance (32), which is preferably at most half of the clock (β) are.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die phasenverschobene Anordnung von Markierungen (41) auf der Codespur (4) bestimmte Bitmuster sich während der Bewegung der Trägerplatte (8) innerhalb eines fest vorgegebenen Bewegungsabschnittes (C) , der die Gesamtlänge oder auch nur eine Teillänge der Bewegung umfasst, jedesmal nach Durchlaufen eines weiteren Taktes (ß) ändert.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bit pattern determined by the phase-shifted arrangement of markings (41) on the code track (4) during the movement of the carrier plate (8) within a fixed predetermined movement section (C) , which comprises the total length or only a partial length of the movement, each time after passing through a further cycle (β).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Bitmuster erzeugten Signalcodebits (7) mit einer fest vorgegebenen Wortlänge von beispielsweise 3, 4 oder mehr bit ein Datenwort ergeben, das sich eindeutig einer festen Anzahl von Takten (ß) innerhalb des fest vorgegebenen Bewegungsbereichs (C) und somit einem definierten Weg (φ) , d.h. einer Bahnlänge oder einem Winkel, zuordnen lässt.6. The device according to claim 5, characterized in that the signal code bits (7) generated by the bit pattern with a fixed predetermined word length of, for example, 3, 4 or more bits result in a data word which is clearly a fixed number of clocks (ß) within the fixed range of movement (C) and thus a defined path (φ), ie can be assigned to a track length or an angle.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die phasenver- schobene Anordnung von Markierungen auf der Codespur (5) bestimmte Bitmuster (7) nach jeder Taktposition (ß) verändert ist und dieses eindeutig und einmalig, singulär ist, womit die Position eindeutig identifizierbar festgelegt ist.7. Device according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that by the phasing- shifted arrangement of markings on the code track (5) certain bit patterns (7) after each clock position (ß) is changed and this is unique and unique, singular, whereby the position is clearly identifiable.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis8. Device according to one of the preceding claims 1 to
7, dadurch gekennzeichnet, dass die Codespur (4, 5) und der Sensor (1, 2) magnetische, optische, kapazitive oder induktive Mittel zur Festlegung und Erkennung der Markierungen (41, 51) aufweisen, wobei die magnetischen Mittel bevorzugt sind.7, characterized in that the code track (4, 5) and the sensor (1, 2) have magnetic, optical, capacitive or inductive means for determining and recognizing the markings (41, 51), the magnetic means being preferred.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis9. Device according to one of the preceding claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung elektronische Mittel (28,281,282,283) aufweist zur Ansteuerung und Auswertung der Drehwinkelsensoranordnung (26) , wie vorzugsweise eine Mikroprozessorsteuerung.8, characterized in that the device has electronic means (28, 281, 282, 283) for controlling and evaluating the rotation angle sensor arrangement (26), such as preferably a microprocessor control.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die singulären Muster der Signalcodebits (7) in einem elektronischen Speicher abgelegt sind als Referenz mit dem zugeordneten Weg, d.h. einer Bahnlänge oder einer Winkellage, der Trägerplatte (8).10. The device according to claim 9, characterized in that the singular patterns of the signal code bits (7) are stored in an electronic memory as a reference with the assigned path, i.e. a track length or an angular position, the carrier plate (8).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Mittel zur Drehwinkelposition abhängigen Ansteuerung und Regelung eines elektrisch kommmutierten Motors (25 ) einer Aktuatorik im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Ansteuerung einer Scheinwerferhöhenregelung, einer Verstellwelle für einen mechanischen variablen Ventiltrieb oder einer Servolenkung (29 ) , vorgesehen sind. 11. The device according to claim 10, characterized in that electronic means for the angular position-dependent control and regulation of an electrically commutated motor (25) of an actuator system in the motor vehicle, for example for controlling a headlight height control, an adjusting shaft for a mechanical variable valve train or a power steering (29) , are provided.
12. Verfahren zur Bestimmung einer Länge oder eines Winkels mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster, das durch eine phasenverschobene Anordnung von Markierungen (41) in Bezug zur festen Einteilung des Takts (ß) bestimmt ist, durch Erfassung der Markierungen mit einem Sensor (1) ausgelesen wird, nach Bewegung der Trägerplatte um einen oder mehreren Takte (ß) in einer beliebigen Richtung durch Vergleich mit dem festen Takt (ß) für jeden Takt ein Signalcodebit (7) bestimmt wird, die Folge von Signalcodebits (7) in einen ersten Speicher mit einer fest vorgegebenen, aber frei wählbaren Wortlänge von zwei oder mehreren bit Wortlänge, eingespeichert wird, die eingespeicherten Signalcodebits (7) mit einer in einem zweiten Speicher hinterlegten Tabelle, in der eine Zuordnung zwischen Positionen, d.h. Bahnlängen oder Drehwinkeln, und korrespondierend mit der Wortlänge im ersten Speicher aus zwei oder mehreren bit bestehenden Wörtern abgelegt ist, verglichen werden, und daraus die Position bestimmt wird.12. A method for determining a length or an angle by means of a device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bit pattern, which is determined by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed division of the clock (ß) a signal code bit (7) is determined by detecting the markings with a sensor (1) after moving the carrier plate by one or more clocks (β) in any direction by comparison with the fixed clock (β), the sequence of signal code bits (7) is stored in a first memory with a fixed, but freely selectable word length of two or more bit word lengths, the stored signal code bits (7) with a table stored in a second memory, in which an assignment between Positions, ie Path lengths or angles of rotation, and corresponding to the word length stored in the first memory of two or more bit words, are compared, and the position is determined therefrom.
13. Verfahren zur Bestimmung einer Länge oder eines Winkels mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster, das durch eine phasenverschobene Anordnung von Markierungen (41) in Bezug zur festen Einteilung des Takts (ß) bestimmt ist, durch Erfassung der Markierungen mit einem Sensor (1) ausgelesen wird, nach Bewegung der Trägerplatte (8) um einen oder mehreren Takte (ß) in einer beliebigen Richtung durch Vergleich mit dem festen Takt (ß) für jeden Takt ein Signalcodebit (7) bestimmt wird, die Folge von Signalcodebits (7) in einen Speicher mit einer fest vorgegebenen, aber frei wählbaren Wortlänge von zwei oder mehreren bit Wortlänge, eingespeichert wird, die eingespeicherten Signalcodebits (7) anhand einer fest vorgegebenen Regel, mit der eine Zuordnung zwischen Position und Bahnlänge oder Drehwinkel, bestimmt ist, ausgewertet wird, und daraus die Position bestimmt wird.13. A method for determining a length or an angle by means of a device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bit pattern, which is determined by a phase-shifted arrangement of markings (41) in relation to the fixed division of the clock (ß) , by reading the markings with a sensor (1), after moving the carrier plate (8) by one or more clocks (ß) in any direction by comparison with the fixed clock (ß) a signal code bit (7) for each clock is determined the sequence of signal code bits (7) is stored in a memory with a fixed, but freely selectable word length of two or more bit word lengths, the stored signal code bits (7) based on a fixed rule, with which an assignment between position and path length or Angle of rotation, is determined, is evaluated, and from this the position is determined.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (41) derart phasenverschoben ausgebildet sind, dass sowohl der Beginn als auch der Ab- schluss der das Bitmuster bildenden Verschiebung phasenverschoben gegenüber dem Takt (ß) sind. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the markings (41) are designed so that they are out of phase in such a way that both the beginning and the end of the shift forming the bit pattern are out of phase with the clock (β).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015116438B4 (en) 2015-09-29 2023-03-30 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating a power steering system, power steering system
DE102017223091A1 (en) * 2017-12-18 2019-06-19 Robert Bosch Gmbh A sensor wheel arrangement and method for determining an absolute angle position and a direction of rotation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4628298A (en) * 1984-06-22 1986-12-09 Bei Motion Systems Company, Inc. Chain code encoder
US5187546A (en) * 1990-10-23 1993-02-16 Rosemount Limited Displacement measurement apparatus with dual wedge interferometers
JPH0843133A (en) * 1994-07-28 1996-02-16 Sokkia Co Ltd Optical absolute encoder
US5539993A (en) * 1992-04-07 1996-07-30 Partek Cargotec Oy Location scale and optical reading sensor for reading the location scale
DE19532903A1 (en) * 1995-09-07 1997-03-13 Teves Gmbh Alfred Steering angle sensor with absolute value measurement
DE10104855A1 (en) * 2001-02-03 2002-05-29 Telefunken Microelectron Device for determining angular position of a rotating component using a code trace on a rotating disk with stationary detectors for reading the trace which is then related to an angular position, e.g. a motor vehicle steering angle
WO2002084223A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Renishaw Plc Absolute position measurement

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0259611A (en) * 1988-08-26 1990-02-28 Nikon Corp Absolute encoder
DE4436784B4 (en) * 1993-10-26 2005-08-18 Carl Zeiss Absolute position measuring system
FR2845154B1 (en) * 2002-09-27 2005-03-18 Roulements Soc Nouvelle ABSOLUTE ANGLE SENSOR COMPRISING A NON-EQUIREPARTIES SINGULARITY ENCODER

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4628298A (en) * 1984-06-22 1986-12-09 Bei Motion Systems Company, Inc. Chain code encoder
US5187546A (en) * 1990-10-23 1993-02-16 Rosemount Limited Displacement measurement apparatus with dual wedge interferometers
US5539993A (en) * 1992-04-07 1996-07-30 Partek Cargotec Oy Location scale and optical reading sensor for reading the location scale
JPH0843133A (en) * 1994-07-28 1996-02-16 Sokkia Co Ltd Optical absolute encoder
DE19532903A1 (en) * 1995-09-07 1997-03-13 Teves Gmbh Alfred Steering angle sensor with absolute value measurement
DE10104855A1 (en) * 2001-02-03 2002-05-29 Telefunken Microelectron Device for determining angular position of a rotating component using a code trace on a rotating disk with stationary detectors for reading the trace which is then related to an angular position, e.g. a motor vehicle steering angle
WO2002084223A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Renishaw Plc Absolute position measurement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 06 28 June 1996 (1996-06-28) *
See also references of EP1627206A1 *

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