ステアリング角度センサ
【課題】 ステアリングコラムのハウジングに取り付けることができる、対費用効果に優れたセンサを提供する。
【解決手段】 定置構成要素に関して回転する回転自在構成要素の回転量を決定するための装置は、第１端が回転自在構成要素に固定され、第２端が定置構成要素に固定されたケーブルを含む。ケーブルは感知エレメントを支持し、回転自在構成要素が定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されている。感知エレメントは、ケーブルの長さに沿って延び、ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントに接続されており、抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて回転量を決定する。
【解決手段】 定置構成要素に関して回転する回転自在構成要素の回転量を決定するための装置は、第１端が回転自在構成要素に固定され、第２端が定置構成要素に固定されたケーブルを含む。ケーブルは感知エレメントを支持し、回転自在構成要素が定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されている。感知エレメントは、ケーブルの長さに沿って延び、ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントに接続されており、抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて回転量を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角度センサに関する。更に詳細には、本発明は、回転移動に応じて変化する電気的パラメータを感知するように作動できる角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリング角度センサは、車輛に、代表的にはステアリングコラム内に取り付けられ、そのため、使用者はこれらのセンサを見ることはない。幾つかのステアリング角度センサは、二つの部品、即ち感知ユニット及び磁石を含む。感知ユニットはステアリングユニットに取り付けられており、磁石に狙いが付けられている。磁石は、ハンドル（ステアリングホイール）とともに回転するようにハンドルに取り付けられている。感知ユニットは磁石の回転移動を感知し、ハンドルの回転角度の決定に使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ステアリングコラムのハウジングに取り付けることができる、対費用効果に優れたセンサを提供する。別の態様では、駆動シャフト及びアクスルに沿った任意の位置に位置決めできるセンサ用の別体のハウジングを形成できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施例では、本発明は、定置構成要素に関して回転する回転自在（回転可能な）構成要素の回転量を決定するための装置を提供する。装置は、第１端が回転自在構成要素に固定されており且つ第２端が定置構成要素に固定されたケーブルを含む。平らなケーブルは、回転自在構成要素が定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されている。感知エレメントがケーブルによって支持されている。感知エレメントは、ケーブルの長さに沿って延びており、ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントと通信する。この評価回路は、抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて回転量を決定する。
【０００５】
別の実施例では、本発明は、駆動シャフト、ステアリングデバイス、及び角度センサを含む車輛を提供する。駆動シャフトは、車輛の車輪を駆動するように形成されている。ステアリングコラムは、移動自在構成要素及び定置構成要素を含む。移動自在構成要素は、駆動シャフトに連結されている。ステアリングデバイスは、移動自在構成要素に連結されており、移動自在構成要素を定置構成要素に関して回転するように形成されている。角度センサは、定置構成要素に関する移動自在構成要素の回転量を決定するように形成されている。角度センサは、ハウジング、ストリップ材料、感知エレメント、及び評価回路を含む。ハウジングは、移動自在ハウジング部分及び定置ハウジング部分を含む。ストリップ材料は、第１端が移動自在ハウジング部分に固定されており、第２端が定置ハウジング部分に固定されている。ストリップ材料は、移動自在ハウジング部分が定置ハウジング部分に関して移動するとき、移動するように形成されている。感知エレメントはストリップ材料によって支持されている。感知エレメントはストリップ材料の長さに沿って延びており、ストリップ材料の移動に応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントに接続されている。評価回路は、抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、回転自在構成要素の回転量を電気的値に基づいて決定するように形成されている。
【０００６】
更に別の実施例では、本発明は、角度センサを使用した回転角度感知方法を提供する。角度センサは、第１端が定置構成要素に固定されており、第２端が、定置構成要素に関して回転する回転構成要素に固定されたストリップ材料を含む。この方法は、回転構成要素の回転に応じて撓むようにストリップ材料に取り付けられた感知エレメントを移動する工程と、感知エレメントの抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値の、感知エレメントの撓みに応じた変化を感知する工程と、電気的値の変化から回転角度を決定する工程とを含む。
【０００７】
本発明のこの他の特徴は、詳細な説明及び添付図面を考慮することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明による角度感知装置の部分分解図である。
【図２】図２は、図１の角度感知装置の第２の部分分解図である。
【図３】図３は、図１の角度感知装置の第３の部分分解図である。
【図４】図４は、車輛に取り付けた図１の角度感知装置の部分分解図である。
【図５】図５は、ケーブルに取り付けられた感知エレメントの斜視図である。
【図６】図６は、ケーブルに取り付けられた二つの感知エレメントの斜視図である。
【図７】図７は、図１の角度感知装置の概略回路図である。
【図８】図８は、本発明による角度感知装置の様々な取り付け位置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例を詳細に説明する前に、本発明の用途は、以下の説明に記載した、又は添付図面に示した構成要素の構造及び構成の詳細に限定されないということを理解しておかなければならない。本発明は、他の実施例が可能であり、様々な方法で実施される。
【００１０】
図１は、ハウジング１４を持つ角度センサ１２を提供する。角度センサ１２は、ステアリングコラム１６（図４参照）等の定置構成要素とハンドル１８（図４参照）等の回転自在（回転可能な）の構成要素との間の回転の程度を示す電気的値を感知する。
【００１１】
図１に示すように、角度センサ１２は、ハウジング１４を有しており、ハウジング１４は、二つの部分、即ち回転自在ハウジング部分２０と、定置ハウジング部分２４とで形成されている。定置ハウジング部分２４は、更に、定置ハウジング部分２４に関して回転自在の取り付け部分２８を含む。回転自在ハウジング部分２０は、上面３２、外壁３６、及び内壁４０を含む。外壁３６及び内壁４０は実質的に円筒形形状である。定置ハウジング部分２４は、下面４４及び外壁４８を含む。回転自在ハウジング部分２０は定置ハウジング部分２４と協働し、その間にチャンバ５２を形成する。
【００１２】
平らなケーブル５６がチャンバ５２内に位置決めされている。平らなケーブル５６は、第１端６０が回転自在ハウジング部分２０に連結されており、第２端６４が定置ハウジング部分２４に連結されている。平らなケーブル５６の代わりに他のストリップ材料又はケーブルを使用できると考えられる。例示の構造では、平らなケーブル５６は、回転自在ハウジング部分２０の内壁４０に巻き付けてある。平らなケーブル５６の第１端６０は、内壁４０にプラスチッククリップ６８で連結されている。平らなケーブル５６は、チャンバ５２内の内壁４０に巻き付けてある。平らなケーブル５６の第２端６４は、定置ハウジング部分２４の外壁４８に第２プラスチッククリップ７２で連結されている。他の構造では、平らなケーブル５６は回転自在ハウジング部分２０及び定置ハウジング部分２４に接着剤を使用して、又は他の適当な手段によって固定される。平らなケーブル５６は、図示の形体以外の他の巻き付け形体で巻き付けられていてもよいと考えられる。例えば、平らなケーブル５６は当該技術で周知のようにループデバイダを用いて巻き付けられていてもよい。
【００１３】
平らなケーブル５６には張力が実質的に加わっていない。かくして、回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して回転したとき、平らなケーブル５６は移動に影響を及ぼさない。回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して回転すると、平らなケーブル５６は、一杯に巻き付けられた位置（図１参照）と、中間位置（図２参照）と、一杯に巻き解いた位置（図３参照）との間で移動する。
【００１４】
図１に示すように、平らなケーブル５６が一杯に巻き付けられた位置にあるとき、平らなケーブル５６は内壁４０と隣接して位置決めされる。例示の構造では、回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して反時計廻り方向に回転し、平らなケーブル５６を巻く。平らなケーブル５６が一杯に巻き付けられているけれども、ケーブル５６には張力が実質的に加わっていない。回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して時計廻り方向に回すと、平らなケーブル５６は巻き解かれ始める。図２は、平らなケーブル５６の一例を、一杯に巻き付けられた位置と、図３の一杯に巻き解かれた位置との間の位置で示す。平らなケーブル５６をチャンバ５２に亘って均等に分配された状態で示すが、平らなケーブル５６には、こうした分配を補助する張力が実質的に加わっていない。かくして、平らなケーブル５６は、中間位置にある場合、チャンバ５２に亘って均等に分配されていなくてもよい。図３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き解いた位置で示す。平らなケーブル５６は、一杯に巻き解かれたとき、回転自在ハウジング部分２０の外壁３６と隣接して配置される傾向がある。幾つかの構造では、平らなケーブル５６は、一杯に巻き解かれたとき、内壁４０の周囲にフル２回転分あり、一杯に巻き付けたとき、フル８回転分ある。勿論、平らなケーブル５６はこれとは長さが異なっていてもよく、一杯に巻き付けたとき及び一杯に巻き解かれたとき、フル回転分の数が異なっていてもよい。
【００１５】
平らなケーブル５６にはセンサストリップ７２が取り付けられており、このセンサストリップは、ケーブルとともに移動するように形成されている。例示の構造では、センサストリップ７２は、平らなケーブル５６の内側７６に取り付けられている。他の構造では、センサストリップ７２は、平らなケーブル５６の外側８０に取り付けられていてもよい。平らなケーブル５６は、センサストリップ７２用のキャリヤとして役立つ。平らなケーブル５６が巻き付けられたり巻き解かれたりするとき、センサストリップ７２は平らなケーブル５６とともに移動し、かくして平らなケーブル５６の移動に干渉することなく、巻き付けられたり巻き解かれたりする。正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８が、センサストリップ７２から延びており、評価回路９２に電気的に接続されている。
【００１６】
幾つかの角度感知の用途では、角度センサ１２は、ステアリングコラム１６に関するハンドル１８の回転角度を感知するように形成されている。図４に示すように、角度センサ１２は、ステアリングコラム１６に位置決めされていてもよい。ステアリングコラム１６は、定置構成要素９６及び回転構成要素１００を含む。定置ハウジング部分２４の取り付け部分２８は、回転構成要素１００に取り付けられていれる。定置ハウジング部分２４は定、置構成要素９６に固定的に取り付けられている。定置ハウジング部分２４は、留め具（ファスナ）を受け入れるように形成された複数の穴１０４（図１、図２、及び図３参照）を含む。これらの留め具（ファスナ）は、更に、ステアリングコラム１６の対応する穴に受け入れられる。取り付け部分２８は、内壁４０（図１、図２、及び図３参照）に受け入れられる。ハンドル１８の円筒形取り付け部分１０８は、取り付け部分２８に受け入れられる。かくして、取り付け部分２８は、ハンドル１８の回転により、取り付け部分２８、回転自在ハウジング部分２０、及びステアリングコラム１６の回転構成要素１００を同時に回転するように、内壁４０と取り付け部分１０８との間に配置されている。ステアリングコラム１６の回転構成要素１００の回転により、車輛の一対の車輪１１０（図８参照）をハンドル１８の回転に従って回転させる。簡略化を図るため、角度センサ１２の作動を、ハンドル１８の回転により回転自在ハウジング部分２０を回転する図４の構造に関して論じる。
【００１７】
ステアリングコラム１６は、更に、角度センサ１２の構成要素を電子制御ユニットやバッテリー等の車輛の他の構成要素に電気的に接続するプラグ１１２を含む。幾つかの構造では、プラグ１１２は、更に、車輛の構成要素と、ハンドル１８に配置されたラジオの制御装置やエアバッグセンサ等の電気的構成要素との間を、電気的に接続する。
【００１８】
図５は、センサストリップ７２を詳細に示す。正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８が、感知エレメント１１６に接続されている。保護積層体１２０が、感知エレメント１１６と、正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８の少なくとも一部とを、覆っている。保護積層体１２０は、感知エレメント１１６と、この積層体によって覆われたリードワイヤ８４及び８８とを環境要因（例えば水分や塵埃等）による損傷から保護し、感知エレメント１１６と、リードワイヤ８４及び８８とを、平らなケーブル５６に取り付けている。幾つかの構造では、感知エレメント１１６は、接着剤又は他の手段を使用して取り付けられていてもよい。更に他の構造では、感知エレメント１１６は、平らなケーブル５６に取り付けられていなくてもよい。
【００１９】
角度センサ１２で使用できる感知エレメント１１６の一例は、感知エレメント１１６に撓みが加わったときに抵抗特性が変化する感知エレメント１１６である。可変抵抗感知エレメント１１６の一例は、不連続部又は亀裂がある導電性エレメントである。感知エレメント１１６が撓むと、撓み方向に応じて亀裂が開き、そして閉じる。感知エレメント１１６が撓み、不連続部が開くと、電気が感知エレメント１１６を通って流れ難くなり、感知エレメント１１６の抵抗が増大する。同様に、感知エレメント１１６が撓み、不連続部が閉じると、電気が感知エレメント１１６を通って流れ易くなり、かくして感知エレメント１１６の抵抗が減少する。
【００２０】
撓むと抵抗が変化する多くの種類の感知エレメントが存在し、これらは、一般的には、湾曲センサ又は撓みセンサと呼ばれる。勿論、この他のセンサを角度センサ１２で使用してもよい。例えば、代表的には、力感知抵抗器（「ＦＳＲ’ｓ」）を使用し、ＦＳＲに加わった力の量と対応する電気的値を計測し又は感知する。しかしながら、曲げたり撓んだりできる薄膜ＦＳＲｓが存在する。ＦＳＲｓは、これに加わった力の量に従って抵抗を変化するように形成されているが、ＦＳＲｓの抵抗は、更に、撓みに従って僅かに変化する。かくして、センサの撓みに従って抵抗が変化するこの他のセンサを角度センサ１２で使用するように形成してもよい。
【００２１】
一つの例示の感知エレメント１１６は、ユタ州ドレーパーのフレックスポイント・センサ・システムズ社が製造している注文製作の感知エレメントである。図５を参照すると、感知エレメント１１６は、長さＬ３が約１．９ｍであり、高さＨ３が約５ｍｍであり、厚さＴ３が約０．１ｍｍである。保護積層体１２０の大きさは、保護積層体１２０が感知エレメント１１６と、リードワイヤ８４及び８８の少なくとも一部とを覆うように、長さＬ２及び高さＨ２に関して比較的大きい。例示の構造では、保護積層体１２０は、長さＬ２が約２．０ｍであり、高さＨ２が約１０ｍｍであり、厚さＴ２が約０．１ｍｍである。平らなケーブル５６は、長さＬ１が約２．５ｍであり、高さＨ１が約２０ｍｍであり、厚さＴ１が約０．５ｍｍである。勿論、感知エレメント１１６、保護積層体１２０、及び平らなケーブル５６は、この他の長さ、厚さ、及び高さであってもよい。
【００２２】
一般的には、感知エレメント１１６の長さＬ３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き付けたとき、感知エレメント１１６を内壁４０の周囲に十分に１回転巻き付けることができるような長さである。他の構造では、感知エレメント１１６の長さＬ３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き付けたとき、感知エレメント１１６を内壁４０の周囲に十分な１回転よりも大きく又は小さく巻き付けることができるような長さである。幾つかの構造では、感知エレメント１１６の長さＬ３は、実質的に平らなケーブル５６の長さＬ１と等しい（例えばＬ３≧０．９５Ｌ１）。他の構造では、長さＬ３は、平らなケーブル５６の長さＬ１の２５％、５０％、７５％、又は何らかの他のパーセンテージであってもよい。幾つかの構造では、感知エレメント１１６は、感知エレメント１１６に何らかの張力が加わる前に内壁４０の周囲に十分に１２回転巻き付けることができる。かくして、平らなケーブル５６及び感知エレメント１１６を一杯に巻き付けたとき（即ち内壁４０の周囲の最大巻回数を含む）でも、感知エレメント１１６には大きな張力は加わらず、かくして平らなケーブル５６の移動を妨げない。
【００２３】
感知エレメント１１６及びセンサストリップ７２は、図１、図２、図３、及び図５において、平らなケーブル５６に関して対称的に取り付けられているように示してある。センサストリップ７２及び感知エレメント１１６は、ハンドル１８の回転に応じた平らなケーブル５６の移動（例えば、巻き付け及び巻き解き）により感知エレメント１１６に撓みが加わるように、平らなケーブル５６のどこに取り付けられていてもよい。
【００２４】
平らなケーブル５６は、ハンドル１８がステアリングコラム１６の定置構成要素に関して回転するとき、巻き付け及び巻き解きが必ずしも均等でなくてもよい。かくして、平らなケーブル５６の巻き付け及び巻き解きが行われるとき、感知エレメント１１６は均等に撓まなくてもよい。感知エレメント１１６に不均等な撓みが加わる場合、感知エレメント１１６の抵抗特性が不均等に変化する。この結果、回転自在ハウジング部分２０が均等に回転する間でさえ、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値が不均等に変化する。更に、感知エレメント１１６の長さＬ３が平らなケーブル５６の長さＬ１よりもかなり小さい場合（例えば、Ｌ３≦０．５０Ｌ１）には、感知エレメント１１６は、回転自在ハウジング部分２０の回転時に、不均等な撓みの影響を受け易い。他方、感知エレメント１１６の長さＬ３が平らなケーブル５６の長さＬ１とほぼ等しい場合（例えば、Ｌ３≧０．９５Ｌ１）には、感知エレメント１１６は、回転自在ハウジング部分２０の回転時に、不均等な撓みの影響を受け難い。感知エレメント１１６の長さＬ３と、平らなケーブル５６の長さＬ１とが互いにほぼ等しい場合には、感知エレメント１１６の抵抗特性は、感知エレメント１１６の長さＬ３に亘って平均化される。
【００２５】
図６に示すように、角度センサ１２の幾つかの構造では、第２感知エレメント１２４が含まれる。第２感知エレメント１２４は、第１感知エレメント１１６と同様であり、第１感知エレメント１１６と電気的に直列である。図示のように、正のリードワイヤ８４は第２感知エレメント１２４の一端に接続されており、接地リードワイヤ８８は第１感知エレメント１１６の一端に接続されている。導電性ワイヤ１２８が、第１及び第２の感知エレメント１１６、１２４の他端を電気的に接続している。第２感知エレメント１２４の寸法（例えば長さ、高さ、及び厚さ）は、第１感知エレメント１１６の寸法（例えば長さＬ３、高さＨ３、及び厚さＴ３）とほぼ等しい。これよりも多くの感知エレメントを含む構造が可能であり、あるいは、寸法が異なる感知エレメントを含む構造が可能である。
【００２６】
作動では、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を検出し又は計測し、評価回路９２に提供する。評価回路９２は、計測された電気的値を演算処理し、角度センサ１２の定置ハウジング部分２４と回転自在ハウジング部分２０との間の回転角度を決定する。上文中に論じたように、定置ハウジング部分２４と回転自在ハウジング部分２０との間の回転角度は、ステアリング角度（例えば、ステアリングコラム１６の定置構成要素９６に関するハンドル１８の回転量）と対応する。
【００２７】
図７は、随意の構成要素を仮想線で示す、電気的値の検出又は計測に使用できる電気回路１３２を概略に示す。評価回路９２は、電源１３６と、プロセッサ１４０と、トランスミッター（送信器）１４４とを含む。電源１３６は、プロセッサ１４０及びトランスミッター１４４に電力を提供する。電源１３６は、更に、正のリードワイヤ８４に直流（ＤＣ）電圧（例えば＋５ｖ）を加え、接地リードワイヤ８８を接地する。電気回路１３２は、更に、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を計測するように位置決めされたホールセンサ１４８を含む。図示のように、ホールセンサ１４８は、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を感知し又は計測し、計測した信号１５２を出力するように、接地リードワイヤ８８と隣接して位置決めされている。プロセッサ１４０の入力部１５６が、計測した信号１５２を受け取る。プロセッサ１４０は、計測した信号に基づいて回転角度を決定する。勿論、他の適当な方法を使用して、感知エレメント１１６の抵抗と関連した電気的値を計測してもよい。このように、本発明は、電気的値を計測するためのホールセンサの使用者に限定されない。
【００２８】
更に詳細には、図７に示す実施例に関し、既知の電圧を正のリードワイヤ８４に加え、ホールセンサ１４８が、感知エレメント１１６を通る電流を計測する。ホールセンサ１４８は、感知エレメント１１６を通る計測した電流と対応する、計測した電圧即ち計測した信号１５２を出力する。プロセッサ１４０は、計測した信号１５２を受け取り、感知エレメント１１６の対応する抵抗値を決定する。プロセッサ１４０は、抵抗値を使用して回転量を決定する。プロセッサ１４０は、メモリー及びこのメモリーに記憶された参照表（ルックアップテーブル）を含む。参照表は、感知エレメント１１６の抵抗の経験的に決定された値と、対応する回転角度をと含む。プロセッサ１４０は、決定された抵抗値を、参照表の抵抗値と比較する。合致するものが見つかると、参照表の合致した抵抗値と対応する回転角度を、メモリーから取り出し、計測した信号１５２についての回転角度であると決定する。正確に合致したものが見つからない場合には、決定された抵抗に最も近い（即ち、値が最も近い）参照表の抵抗値を合致した抵抗であると考える。プロセッサ１４０は回転角度をトランスミッター１４４に出力し、トランスミッター１４４は、回転角度を、回転角度を使用する車輛の電子式制御ユニット又は他のハードウェアに出力する。トランスミッター１４４は、回転角度を無線で伝送してもよいし、導線接続部を通して伝送してもよい。他の構造では、回転角度と感知した電気的値との関係を表す数学的モデルを開発してもよい。数学的モデルを使用する場合、プロセッサ１４０は計測した信号１５２を受け取り、数学的モデルを使用して回転角度を計算する。
【００２９】
平らなケーブル５６に第２感知エレメント１２４が接続されている場合には、ホールセンサ１４８は、第１及び第２の感知エレメント１１６及び１２４の平均的抵抗と対応する電気的値を計測する。ホールセンサ１４８は、第１及び第２の感知エレメント１１６及び１２４の平均的抵抗と対応する計測した信号１５２を出力する。プロセッサ１４０は、計測した信号１５２を入力部１５６のところで受け取り、計測した信号１５２を使用して回転角度を決定する。プロセッサ１４０は、上文中に説明したように、回転角度を決定する上で参照表を使用してもよいし数学的モデルを使用してもよい。
【００３０】
感知エレメント１１６及び１２４は、湿度や温度等の環境要因の影響を受け易い。これらの環境要因は、感知エレメント１１６の性質を変化させてしまう場合がある。例えば、温度が大きく変化すると、定置位置に保持されており且つ撓みが加わっていない場合でも、感知エレメント１１６の抵抗は変化してしまう。幾つかの場合では、感知エレメント１１６の抵抗は±１０％変化する。かくして、環境要因の変化を補償するため、追加の感知エレメントを基準感知エレメント１６０として使用し、専ら環境要因の変化による感知エレメント１１６の電気抵抗の変化を補正してもよい。例えば、感知エレメント１１６の抵抗及び感知エレメント１６０の抵抗の両方が、温度変化により増大した場合には、計測値１５２及び１８０が変化する。プロセッサは、基準感知エレメント１６０の計測値１８０と対応する補正値のリストの表を備えることができる。計測値１８０は、基準感知エレメント１６０が、作動中に定置（動かない）であるため、作動中、実質的に一定である。プロセッサ１４０は、補正値を使用して計測値１５２を補正し、回転角度を決定する。この回転角度は、環境要因の効果による感知エレメント１１６の抵抗の変化に関わらず、実際の回転角度を更に正確に反映する。
【００３１】
基準感知エレメント１６０は、角度センサ１２の較正を行う上で以下のように使用される。参照表の決定中、基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する平均計測値１８０を、プロセッサ１４０のメモリーに保存する。作動中、プロセッサ１４０は、計測された値１８０を受け取り、これを前に保存した計測値と比較する。計測値１８０及び前に保存した計測値が等しくない場合には、プロセッサ１４０は表を使用し、対応する補正値を決定する。補正値を使用し、感知エレメント１１６の抵抗と対応する計測された信号１５２を補正し、補正した値を使用して回転角度を上文中に説明したように決定する。
【００３２】
基準感知エレメント１６０は、更に高度の制度が必要とされる場合にも使用できる。基準感知エレメント１６０は、随意であるが、ラミネーション層１６４によって角度センサハウジング１４の定置ハウジング部分２４に取り付けられる。他の構造では、基準感知エレメント１６０は、回転自在ハウジング部分２０及びハンドル１８の回転移動中に定置の平らなケーブル５６の一部に取り付けられていてもよい。基準感知エレメント１６０は、接着剤を用いる方法等の他の適当な方法によって、定置ハウジング部分２４に取り付けられていてもよい。
【００３３】
第２の正のリードワイヤ１６８が、第１の正のリードワイヤ８４と基準感知エレメント１６０との間に接続されている。これにより、直流電圧が第１の正のリードワイヤ８４に加えられたとき、電圧が第２の正のリードワイヤ１６８にも加わる。同様に、第２の接地リードワイヤ１７２の一端が、第１の接地リードワイヤ８８の一端に接続されており、その他端が基準感知エレメント１６０に接続されている。基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する電気的基準値を計測するため、第２ホールセンサ１７６が、第２の接地リードワイヤ１７２と隣接して位置決めされている。第２ホールセンサ１７６は、基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する、第２の計測した信号１８０を出力する。プロセッサ１４０は、第２の計測した信号１８０を、第２入力１８４のところで受け取る。プロセッサ１４０は、第２の計測した信号１８０を使用し、第１の計測した信号１５２を調節し、感知エレメント１１６、１２４、及び１６０の性質を変化する可能性のある、上文中に説明した環境要因を補償する。
【００３４】
角度センサ１２は、代表的な角度感知デバイスに含まれる電気部品と同じように熱の影響を受けることはない電気構成要素を含んでいる。かくして、角度センサ１２は、最大約１５０°Ｃの温度に耐えることができ、角度センサ１２は、車輛のヒートシールド１８８の下に位置決めできる。例えば、図８に概略に示すように、角度センサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅは、車輛のステアリングコラム１６又はドライブシャフト１９２に沿って実質的にどこに位置決めされていてもよい。
【００３５】
かくして、本発明は、とりわけ、定置構成要素に関して回転する回転自在の構成要素の回転量を決定するための角度センサを提供する。更に、本発明は、角度センサを組み込んだ車輛を提供する。本発明の様々な特徴及び利点を以下の特許請求の範囲に記載する。
【符号の説明】
【００３６】
１２ 角度センサ
１４ ハウジング
１６ ステアリングコラム
１８ ハンドル
２０ 回転自在ハウジング部分
２４ 定置ハウジング部分
２８ 回転自在の取り付け部分
３２ 上面
３６ 外壁
４０ 内壁
４４ 下面
４８ 外壁
５２ チャンバ
５６ 平らなケーブル
６０ 第１端
６４ 第２端
６８ プラスチッククリップ
７２ 第２プラスチッククリップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は角度センサに関する。更に詳細には、本発明は、回転移動に応じて変化する電気的パラメータを感知するように作動できる角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリング角度センサは、車輛に、代表的にはステアリングコラム内に取り付けられ、そのため、使用者はこれらのセンサを見ることはない。幾つかのステアリング角度センサは、二つの部品、即ち感知ユニット及び磁石を含む。感知ユニットはステアリングユニットに取り付けられており、磁石に狙いが付けられている。磁石は、ハンドル（ステアリングホイール）とともに回転するようにハンドルに取り付けられている。感知ユニットは磁石の回転移動を感知し、ハンドルの回転角度の決定に使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ステアリングコラムのハウジングに取り付けることができる、対費用効果に優れたセンサを提供する。別の態様では、駆動シャフト及びアクスルに沿った任意の位置に位置決めできるセンサ用の別体のハウジングを形成できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施例では、本発明は、定置構成要素に関して回転する回転自在（回転可能な）構成要素の回転量を決定するための装置を提供する。装置は、第１端が回転自在構成要素に固定されており且つ第２端が定置構成要素に固定されたケーブルを含む。平らなケーブルは、回転自在構成要素が定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されている。感知エレメントがケーブルによって支持されている。感知エレメントは、ケーブルの長さに沿って延びており、ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントと通信する。この評価回路は、抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて回転量を決定する。
【０００５】
別の実施例では、本発明は、駆動シャフト、ステアリングデバイス、及び角度センサを含む車輛を提供する。駆動シャフトは、車輛の車輪を駆動するように形成されている。ステアリングコラムは、移動自在構成要素及び定置構成要素を含む。移動自在構成要素は、駆動シャフトに連結されている。ステアリングデバイスは、移動自在構成要素に連結されており、移動自在構成要素を定置構成要素に関して回転するように形成されている。角度センサは、定置構成要素に関する移動自在構成要素の回転量を決定するように形成されている。角度センサは、ハウジング、ストリップ材料、感知エレメント、及び評価回路を含む。ハウジングは、移動自在ハウジング部分及び定置ハウジング部分を含む。ストリップ材料は、第１端が移動自在ハウジング部分に固定されており、第２端が定置ハウジング部分に固定されている。ストリップ材料は、移動自在ハウジング部分が定置ハウジング部分に関して移動するとき、移動するように形成されている。感知エレメントはストリップ材料によって支持されている。感知エレメントはストリップ材料の長さに沿って延びており、ストリップ材料の移動に応じて撓むように形成されている。感知エレメントの抵抗は、感知エレメントの撓みに応じて変化する。評価回路が感知エレメントに接続されている。評価回路は、抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、回転自在構成要素の回転量を電気的値に基づいて決定するように形成されている。
【０００６】
更に別の実施例では、本発明は、角度センサを使用した回転角度感知方法を提供する。角度センサは、第１端が定置構成要素に固定されており、第２端が、定置構成要素に関して回転する回転構成要素に固定されたストリップ材料を含む。この方法は、回転構成要素の回転に応じて撓むようにストリップ材料に取り付けられた感知エレメントを移動する工程と、感知エレメントの抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値の、感知エレメントの撓みに応じた変化を感知する工程と、電気的値の変化から回転角度を決定する工程とを含む。
【０００７】
本発明のこの他の特徴は、詳細な説明及び添付図面を考慮することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明による角度感知装置の部分分解図である。
【図２】図２は、図１の角度感知装置の第２の部分分解図である。
【図３】図３は、図１の角度感知装置の第３の部分分解図である。
【図４】図４は、車輛に取り付けた図１の角度感知装置の部分分解図である。
【図５】図５は、ケーブルに取り付けられた感知エレメントの斜視図である。
【図６】図６は、ケーブルに取り付けられた二つの感知エレメントの斜視図である。
【図７】図７は、図１の角度感知装置の概略回路図である。
【図８】図８は、本発明による角度感知装置の様々な取り付け位置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例を詳細に説明する前に、本発明の用途は、以下の説明に記載した、又は添付図面に示した構成要素の構造及び構成の詳細に限定されないということを理解しておかなければならない。本発明は、他の実施例が可能であり、様々な方法で実施される。
【００１０】
図１は、ハウジング１４を持つ角度センサ１２を提供する。角度センサ１２は、ステアリングコラム１６（図４参照）等の定置構成要素とハンドル１８（図４参照）等の回転自在（回転可能な）の構成要素との間の回転の程度を示す電気的値を感知する。
【００１１】
図１に示すように、角度センサ１２は、ハウジング１４を有しており、ハウジング１４は、二つの部分、即ち回転自在ハウジング部分２０と、定置ハウジング部分２４とで形成されている。定置ハウジング部分２４は、更に、定置ハウジング部分２４に関して回転自在の取り付け部分２８を含む。回転自在ハウジング部分２０は、上面３２、外壁３６、及び内壁４０を含む。外壁３６及び内壁４０は実質的に円筒形形状である。定置ハウジング部分２４は、下面４４及び外壁４８を含む。回転自在ハウジング部分２０は定置ハウジング部分２４と協働し、その間にチャンバ５２を形成する。
【００１２】
平らなケーブル５６がチャンバ５２内に位置決めされている。平らなケーブル５６は、第１端６０が回転自在ハウジング部分２０に連結されており、第２端６４が定置ハウジング部分２４に連結されている。平らなケーブル５６の代わりに他のストリップ材料又はケーブルを使用できると考えられる。例示の構造では、平らなケーブル５６は、回転自在ハウジング部分２０の内壁４０に巻き付けてある。平らなケーブル５６の第１端６０は、内壁４０にプラスチッククリップ６８で連結されている。平らなケーブル５６は、チャンバ５２内の内壁４０に巻き付けてある。平らなケーブル５６の第２端６４は、定置ハウジング部分２４の外壁４８に第２プラスチッククリップ７２で連結されている。他の構造では、平らなケーブル５６は回転自在ハウジング部分２０及び定置ハウジング部分２４に接着剤を使用して、又は他の適当な手段によって固定される。平らなケーブル５６は、図示の形体以外の他の巻き付け形体で巻き付けられていてもよいと考えられる。例えば、平らなケーブル５６は当該技術で周知のようにループデバイダを用いて巻き付けられていてもよい。
【００１３】
平らなケーブル５６には張力が実質的に加わっていない。かくして、回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して回転したとき、平らなケーブル５６は移動に影響を及ぼさない。回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して回転すると、平らなケーブル５６は、一杯に巻き付けられた位置（図１参照）と、中間位置（図２参照）と、一杯に巻き解いた位置（図３参照）との間で移動する。
【００１４】
図１に示すように、平らなケーブル５６が一杯に巻き付けられた位置にあるとき、平らなケーブル５６は内壁４０と隣接して位置決めされる。例示の構造では、回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して反時計廻り方向に回転し、平らなケーブル５６を巻く。平らなケーブル５６が一杯に巻き付けられているけれども、ケーブル５６には張力が実質的に加わっていない。回転自在ハウジング部分２０を定置ハウジング部分２４に関して時計廻り方向に回すと、平らなケーブル５６は巻き解かれ始める。図２は、平らなケーブル５６の一例を、一杯に巻き付けられた位置と、図３の一杯に巻き解かれた位置との間の位置で示す。平らなケーブル５６をチャンバ５２に亘って均等に分配された状態で示すが、平らなケーブル５６には、こうした分配を補助する張力が実質的に加わっていない。かくして、平らなケーブル５６は、中間位置にある場合、チャンバ５２に亘って均等に分配されていなくてもよい。図３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き解いた位置で示す。平らなケーブル５６は、一杯に巻き解かれたとき、回転自在ハウジング部分２０の外壁３６と隣接して配置される傾向がある。幾つかの構造では、平らなケーブル５６は、一杯に巻き解かれたとき、内壁４０の周囲にフル２回転分あり、一杯に巻き付けたとき、フル８回転分ある。勿論、平らなケーブル５６はこれとは長さが異なっていてもよく、一杯に巻き付けたとき及び一杯に巻き解かれたとき、フル回転分の数が異なっていてもよい。
【００１５】
平らなケーブル５６にはセンサストリップ７２が取り付けられており、このセンサストリップは、ケーブルとともに移動するように形成されている。例示の構造では、センサストリップ７２は、平らなケーブル５６の内側７６に取り付けられている。他の構造では、センサストリップ７２は、平らなケーブル５６の外側８０に取り付けられていてもよい。平らなケーブル５６は、センサストリップ７２用のキャリヤとして役立つ。平らなケーブル５６が巻き付けられたり巻き解かれたりするとき、センサストリップ７２は平らなケーブル５６とともに移動し、かくして平らなケーブル５６の移動に干渉することなく、巻き付けられたり巻き解かれたりする。正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８が、センサストリップ７２から延びており、評価回路９２に電気的に接続されている。
【００１６】
幾つかの角度感知の用途では、角度センサ１２は、ステアリングコラム１６に関するハンドル１８の回転角度を感知するように形成されている。図４に示すように、角度センサ１２は、ステアリングコラム１６に位置決めされていてもよい。ステアリングコラム１６は、定置構成要素９６及び回転構成要素１００を含む。定置ハウジング部分２４の取り付け部分２８は、回転構成要素１００に取り付けられていれる。定置ハウジング部分２４は定、置構成要素９６に固定的に取り付けられている。定置ハウジング部分２４は、留め具（ファスナ）を受け入れるように形成された複数の穴１０４（図１、図２、及び図３参照）を含む。これらの留め具（ファスナ）は、更に、ステアリングコラム１６の対応する穴に受け入れられる。取り付け部分２８は、内壁４０（図１、図２、及び図３参照）に受け入れられる。ハンドル１８の円筒形取り付け部分１０８は、取り付け部分２８に受け入れられる。かくして、取り付け部分２８は、ハンドル１８の回転により、取り付け部分２８、回転自在ハウジング部分２０、及びステアリングコラム１６の回転構成要素１００を同時に回転するように、内壁４０と取り付け部分１０８との間に配置されている。ステアリングコラム１６の回転構成要素１００の回転により、車輛の一対の車輪１１０（図８参照）をハンドル１８の回転に従って回転させる。簡略化を図るため、角度センサ１２の作動を、ハンドル１８の回転により回転自在ハウジング部分２０を回転する図４の構造に関して論じる。
【００１７】
ステアリングコラム１６は、更に、角度センサ１２の構成要素を電子制御ユニットやバッテリー等の車輛の他の構成要素に電気的に接続するプラグ１１２を含む。幾つかの構造では、プラグ１１２は、更に、車輛の構成要素と、ハンドル１８に配置されたラジオの制御装置やエアバッグセンサ等の電気的構成要素との間を、電気的に接続する。
【００１８】
図５は、センサストリップ７２を詳細に示す。正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８が、感知エレメント１１６に接続されている。保護積層体１２０が、感知エレメント１１６と、正のリードワイヤ８４及び接地リードワイヤ８８の少なくとも一部とを、覆っている。保護積層体１２０は、感知エレメント１１６と、この積層体によって覆われたリードワイヤ８４及び８８とを環境要因（例えば水分や塵埃等）による損傷から保護し、感知エレメント１１６と、リードワイヤ８４及び８８とを、平らなケーブル５６に取り付けている。幾つかの構造では、感知エレメント１１６は、接着剤又は他の手段を使用して取り付けられていてもよい。更に他の構造では、感知エレメント１１６は、平らなケーブル５６に取り付けられていなくてもよい。
【００１９】
角度センサ１２で使用できる感知エレメント１１６の一例は、感知エレメント１１６に撓みが加わったときに抵抗特性が変化する感知エレメント１１６である。可変抵抗感知エレメント１１６の一例は、不連続部又は亀裂がある導電性エレメントである。感知エレメント１１６が撓むと、撓み方向に応じて亀裂が開き、そして閉じる。感知エレメント１１６が撓み、不連続部が開くと、電気が感知エレメント１１６を通って流れ難くなり、感知エレメント１１６の抵抗が増大する。同様に、感知エレメント１１６が撓み、不連続部が閉じると、電気が感知エレメント１１６を通って流れ易くなり、かくして感知エレメント１１６の抵抗が減少する。
【００２０】
撓むと抵抗が変化する多くの種類の感知エレメントが存在し、これらは、一般的には、湾曲センサ又は撓みセンサと呼ばれる。勿論、この他のセンサを角度センサ１２で使用してもよい。例えば、代表的には、力感知抵抗器（「ＦＳＲ’ｓ」）を使用し、ＦＳＲに加わった力の量と対応する電気的値を計測し又は感知する。しかしながら、曲げたり撓んだりできる薄膜ＦＳＲｓが存在する。ＦＳＲｓは、これに加わった力の量に従って抵抗を変化するように形成されているが、ＦＳＲｓの抵抗は、更に、撓みに従って僅かに変化する。かくして、センサの撓みに従って抵抗が変化するこの他のセンサを角度センサ１２で使用するように形成してもよい。
【００２１】
一つの例示の感知エレメント１１６は、ユタ州ドレーパーのフレックスポイント・センサ・システムズ社が製造している注文製作の感知エレメントである。図５を参照すると、感知エレメント１１６は、長さＬ３が約１．９ｍであり、高さＨ３が約５ｍｍであり、厚さＴ３が約０．１ｍｍである。保護積層体１２０の大きさは、保護積層体１２０が感知エレメント１１６と、リードワイヤ８４及び８８の少なくとも一部とを覆うように、長さＬ２及び高さＨ２に関して比較的大きい。例示の構造では、保護積層体１２０は、長さＬ２が約２．０ｍであり、高さＨ２が約１０ｍｍであり、厚さＴ２が約０．１ｍｍである。平らなケーブル５６は、長さＬ１が約２．５ｍであり、高さＨ１が約２０ｍｍであり、厚さＴ１が約０．５ｍｍである。勿論、感知エレメント１１６、保護積層体１２０、及び平らなケーブル５６は、この他の長さ、厚さ、及び高さであってもよい。
【００２２】
一般的には、感知エレメント１１６の長さＬ３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き付けたとき、感知エレメント１１６を内壁４０の周囲に十分に１回転巻き付けることができるような長さである。他の構造では、感知エレメント１１６の長さＬ３は、平らなケーブル５６を一杯に巻き付けたとき、感知エレメント１１６を内壁４０の周囲に十分な１回転よりも大きく又は小さく巻き付けることができるような長さである。幾つかの構造では、感知エレメント１１６の長さＬ３は、実質的に平らなケーブル５６の長さＬ１と等しい（例えばＬ３≧０．９５Ｌ１）。他の構造では、長さＬ３は、平らなケーブル５６の長さＬ１の２５％、５０％、７５％、又は何らかの他のパーセンテージであってもよい。幾つかの構造では、感知エレメント１１６は、感知エレメント１１６に何らかの張力が加わる前に内壁４０の周囲に十分に１２回転巻き付けることができる。かくして、平らなケーブル５６及び感知エレメント１１６を一杯に巻き付けたとき（即ち内壁４０の周囲の最大巻回数を含む）でも、感知エレメント１１６には大きな張力は加わらず、かくして平らなケーブル５６の移動を妨げない。
【００２３】
感知エレメント１１６及びセンサストリップ７２は、図１、図２、図３、及び図５において、平らなケーブル５６に関して対称的に取り付けられているように示してある。センサストリップ７２及び感知エレメント１１６は、ハンドル１８の回転に応じた平らなケーブル５６の移動（例えば、巻き付け及び巻き解き）により感知エレメント１１６に撓みが加わるように、平らなケーブル５６のどこに取り付けられていてもよい。
【００２４】
平らなケーブル５６は、ハンドル１８がステアリングコラム１６の定置構成要素に関して回転するとき、巻き付け及び巻き解きが必ずしも均等でなくてもよい。かくして、平らなケーブル５６の巻き付け及び巻き解きが行われるとき、感知エレメント１１６は均等に撓まなくてもよい。感知エレメント１１６に不均等な撓みが加わる場合、感知エレメント１１６の抵抗特性が不均等に変化する。この結果、回転自在ハウジング部分２０が均等に回転する間でさえ、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値が不均等に変化する。更に、感知エレメント１１６の長さＬ３が平らなケーブル５６の長さＬ１よりもかなり小さい場合（例えば、Ｌ３≦０．５０Ｌ１）には、感知エレメント１１６は、回転自在ハウジング部分２０の回転時に、不均等な撓みの影響を受け易い。他方、感知エレメント１１６の長さＬ３が平らなケーブル５６の長さＬ１とほぼ等しい場合（例えば、Ｌ３≧０．９５Ｌ１）には、感知エレメント１１６は、回転自在ハウジング部分２０の回転時に、不均等な撓みの影響を受け難い。感知エレメント１１６の長さＬ３と、平らなケーブル５６の長さＬ１とが互いにほぼ等しい場合には、感知エレメント１１６の抵抗特性は、感知エレメント１１６の長さＬ３に亘って平均化される。
【００２５】
図６に示すように、角度センサ１２の幾つかの構造では、第２感知エレメント１２４が含まれる。第２感知エレメント１２４は、第１感知エレメント１１６と同様であり、第１感知エレメント１１６と電気的に直列である。図示のように、正のリードワイヤ８４は第２感知エレメント１２４の一端に接続されており、接地リードワイヤ８８は第１感知エレメント１１６の一端に接続されている。導電性ワイヤ１２８が、第１及び第２の感知エレメント１１６、１２４の他端を電気的に接続している。第２感知エレメント１２４の寸法（例えば長さ、高さ、及び厚さ）は、第１感知エレメント１１６の寸法（例えば長さＬ３、高さＨ３、及び厚さＴ３）とほぼ等しい。これよりも多くの感知エレメントを含む構造が可能であり、あるいは、寸法が異なる感知エレメントを含む構造が可能である。
【００２６】
作動では、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を検出し又は計測し、評価回路９２に提供する。評価回路９２は、計測された電気的値を演算処理し、角度センサ１２の定置ハウジング部分２４と回転自在ハウジング部分２０との間の回転角度を決定する。上文中に論じたように、定置ハウジング部分２４と回転自在ハウジング部分２０との間の回転角度は、ステアリング角度（例えば、ステアリングコラム１６の定置構成要素９６に関するハンドル１８の回転量）と対応する。
【００２７】
図７は、随意の構成要素を仮想線で示す、電気的値の検出又は計測に使用できる電気回路１３２を概略に示す。評価回路９２は、電源１３６と、プロセッサ１４０と、トランスミッター（送信器）１４４とを含む。電源１３６は、プロセッサ１４０及びトランスミッター１４４に電力を提供する。電源１３６は、更に、正のリードワイヤ８４に直流（ＤＣ）電圧（例えば＋５ｖ）を加え、接地リードワイヤ８８を接地する。電気回路１３２は、更に、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を計測するように位置決めされたホールセンサ１４８を含む。図示のように、ホールセンサ１４８は、感知エレメント１１６の抵抗と対応する電気的値を感知し又は計測し、計測した信号１５２を出力するように、接地リードワイヤ８８と隣接して位置決めされている。プロセッサ１４０の入力部１５６が、計測した信号１５２を受け取る。プロセッサ１４０は、計測した信号に基づいて回転角度を決定する。勿論、他の適当な方法を使用して、感知エレメント１１６の抵抗と関連した電気的値を計測してもよい。このように、本発明は、電気的値を計測するためのホールセンサの使用者に限定されない。
【００２８】
更に詳細には、図７に示す実施例に関し、既知の電圧を正のリードワイヤ８４に加え、ホールセンサ１４８が、感知エレメント１１６を通る電流を計測する。ホールセンサ１４８は、感知エレメント１１６を通る計測した電流と対応する、計測した電圧即ち計測した信号１５２を出力する。プロセッサ１４０は、計測した信号１５２を受け取り、感知エレメント１１６の対応する抵抗値を決定する。プロセッサ１４０は、抵抗値を使用して回転量を決定する。プロセッサ１４０は、メモリー及びこのメモリーに記憶された参照表（ルックアップテーブル）を含む。参照表は、感知エレメント１１６の抵抗の経験的に決定された値と、対応する回転角度をと含む。プロセッサ１４０は、決定された抵抗値を、参照表の抵抗値と比較する。合致するものが見つかると、参照表の合致した抵抗値と対応する回転角度を、メモリーから取り出し、計測した信号１５２についての回転角度であると決定する。正確に合致したものが見つからない場合には、決定された抵抗に最も近い（即ち、値が最も近い）参照表の抵抗値を合致した抵抗であると考える。プロセッサ１４０は回転角度をトランスミッター１４４に出力し、トランスミッター１４４は、回転角度を、回転角度を使用する車輛の電子式制御ユニット又は他のハードウェアに出力する。トランスミッター１４４は、回転角度を無線で伝送してもよいし、導線接続部を通して伝送してもよい。他の構造では、回転角度と感知した電気的値との関係を表す数学的モデルを開発してもよい。数学的モデルを使用する場合、プロセッサ１４０は計測した信号１５２を受け取り、数学的モデルを使用して回転角度を計算する。
【００２９】
平らなケーブル５６に第２感知エレメント１２４が接続されている場合には、ホールセンサ１４８は、第１及び第２の感知エレメント１１６及び１２４の平均的抵抗と対応する電気的値を計測する。ホールセンサ１４８は、第１及び第２の感知エレメント１１６及び１２４の平均的抵抗と対応する計測した信号１５２を出力する。プロセッサ１４０は、計測した信号１５２を入力部１５６のところで受け取り、計測した信号１５２を使用して回転角度を決定する。プロセッサ１４０は、上文中に説明したように、回転角度を決定する上で参照表を使用してもよいし数学的モデルを使用してもよい。
【００３０】
感知エレメント１１６及び１２４は、湿度や温度等の環境要因の影響を受け易い。これらの環境要因は、感知エレメント１１６の性質を変化させてしまう場合がある。例えば、温度が大きく変化すると、定置位置に保持されており且つ撓みが加わっていない場合でも、感知エレメント１１６の抵抗は変化してしまう。幾つかの場合では、感知エレメント１１６の抵抗は±１０％変化する。かくして、環境要因の変化を補償するため、追加の感知エレメントを基準感知エレメント１６０として使用し、専ら環境要因の変化による感知エレメント１１６の電気抵抗の変化を補正してもよい。例えば、感知エレメント１１６の抵抗及び感知エレメント１６０の抵抗の両方が、温度変化により増大した場合には、計測値１５２及び１８０が変化する。プロセッサは、基準感知エレメント１６０の計測値１８０と対応する補正値のリストの表を備えることができる。計測値１８０は、基準感知エレメント１６０が、作動中に定置（動かない）であるため、作動中、実質的に一定である。プロセッサ１４０は、補正値を使用して計測値１５２を補正し、回転角度を決定する。この回転角度は、環境要因の効果による感知エレメント１１６の抵抗の変化に関わらず、実際の回転角度を更に正確に反映する。
【００３１】
基準感知エレメント１６０は、角度センサ１２の較正を行う上で以下のように使用される。参照表の決定中、基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する平均計測値１８０を、プロセッサ１４０のメモリーに保存する。作動中、プロセッサ１４０は、計測された値１８０を受け取り、これを前に保存した計測値と比較する。計測値１８０及び前に保存した計測値が等しくない場合には、プロセッサ１４０は表を使用し、対応する補正値を決定する。補正値を使用し、感知エレメント１１６の抵抗と対応する計測された信号１５２を補正し、補正した値を使用して回転角度を上文中に説明したように決定する。
【００３２】
基準感知エレメント１６０は、更に高度の制度が必要とされる場合にも使用できる。基準感知エレメント１６０は、随意であるが、ラミネーション層１６４によって角度センサハウジング１４の定置ハウジング部分２４に取り付けられる。他の構造では、基準感知エレメント１６０は、回転自在ハウジング部分２０及びハンドル１８の回転移動中に定置の平らなケーブル５６の一部に取り付けられていてもよい。基準感知エレメント１６０は、接着剤を用いる方法等の他の適当な方法によって、定置ハウジング部分２４に取り付けられていてもよい。
【００３３】
第２の正のリードワイヤ１６８が、第１の正のリードワイヤ８４と基準感知エレメント１６０との間に接続されている。これにより、直流電圧が第１の正のリードワイヤ８４に加えられたとき、電圧が第２の正のリードワイヤ１６８にも加わる。同様に、第２の接地リードワイヤ１７２の一端が、第１の接地リードワイヤ８８の一端に接続されており、その他端が基準感知エレメント１６０に接続されている。基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する電気的基準値を計測するため、第２ホールセンサ１７６が、第２の接地リードワイヤ１７２と隣接して位置決めされている。第２ホールセンサ１７６は、基準感知エレメント１６０の抵抗と対応する、第２の計測した信号１８０を出力する。プロセッサ１４０は、第２の計測した信号１８０を、第２入力１８４のところで受け取る。プロセッサ１４０は、第２の計測した信号１８０を使用し、第１の計測した信号１５２を調節し、感知エレメント１１６、１２４、及び１６０の性質を変化する可能性のある、上文中に説明した環境要因を補償する。
【００３４】
角度センサ１２は、代表的な角度感知デバイスに含まれる電気部品と同じように熱の影響を受けることはない電気構成要素を含んでいる。かくして、角度センサ１２は、最大約１５０°Ｃの温度に耐えることができ、角度センサ１２は、車輛のヒートシールド１８８の下に位置決めできる。例えば、図８に概略に示すように、角度センサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅは、車輛のステアリングコラム１６又はドライブシャフト１９２に沿って実質的にどこに位置決めされていてもよい。
【００３５】
かくして、本発明は、とりわけ、定置構成要素に関して回転する回転自在の構成要素の回転量を決定するための角度センサを提供する。更に、本発明は、角度センサを組み込んだ車輛を提供する。本発明の様々な特徴及び利点を以下の特許請求の範囲に記載する。
【符号の説明】
【００３６】
１２ 角度センサ
１４ ハウジング
１６ ステアリングコラム
１８ ハンドル
２０ 回転自在ハウジング部分
２４ 定置ハウジング部分
２８ 回転自在の取り付け部分
３２ 上面
３６ 外壁
４０ 内壁
４４ 下面
４８ 外壁
５２ チャンバ
５６ 平らなケーブル
６０ 第１端
６４ 第２端
６８ プラスチッククリップ
７２ 第２プラスチッククリップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定置構成要素に関して回転する回転自在構成要素の回転量を決定するための装置であって、
第１端が前記回転自在構成要素に固定され、第２端が前記定置構成要素に固定され、前記回転自在構成要素が前記定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されたケーブルと、
前記ケーブルによって支持され、前記ケーブルの長さに沿って延び、前記ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成された、抵抗がその撓みに応じて変化する感知エレメントと、
前記感知エレメントと通信する、前記抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて前記回転量を決定する評価回路とを備えた、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記評価回路は、更に、前記値に基づいて前記回転量を決定するプロセッサを含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
前記感知エレメントは単一の感知エレメントを含む、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、更に、
前記ケーブルによって支持され、前記ケーブルの長さに沿って延び、前記ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成された、第２抵抗がその撓みに応じて変化する第２感知エレメントを備えており、
前記第２感知エレメントは、前記第１感知エレメントに電気的に直列に接続されており、
前記評価回路は、前記第１及び第２の感知エレメントに接続されて、前記第１及び第２の抵抗に対する関係に基づいて前記値を決定する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、更に、
前記定置構成要素に固定された、撓みが加わらない基準感知エレメントを備えており、
前記基準感知エレメントは第２抵抗を有しており、
前記評価回路は、更に、前記基準感知エレメントに接続されており、前記第２抵抗に対して所定の関係を持つ第２値を決定し、前記第２値に基づいて前記回転量を決定する、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
前記評価回路は、前記第２値に基づいて補正値を決定する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記回転自在構成要素はハンドルであり、前記定置構成要素はステアリングコラムである、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記評価回路は、前記定置構成要素によって支持されている、装置。
【請求項９】
車輛であって、
車輛の車輪を駆動するように形成された駆動シャフトと、
移動自在構成要素及び定置構成要素を含み、前記移動自在構成要素は前記駆動シャフトに連結されている、ステアリングコラムと、
前記移動自在構成要素に連結され、前記移動自在構成要素を前記定置構成要素に関して移動するように形成されたステアリングデバイスと、
前記定置構成要素に関する前記移動自在構成要素の回転量を決定するように形成された角度センサとを備え、
前記角度センサは、
移動自在ハウジング部分及び定置ハウジング部分を含むハウジングと、
第１端が前記移動自在ハウジング部分に固定されており、第２端が前記定置ハウジング部分に固定されており、前記移動自在ハウジング部分が前記定置ハウジング部分に関して移動するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されたストリップ材料と、
前記ストリップ材料によって支持され、前記ストリップ材料の長さに沿って延び、前記ストリップ材料の移動に応じて撓むように形成された、抵抗がその撓みに応じて変化する感知エレメントと、
前記感知エレメントに連結され、前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、この電気的値に基づいて前記回転量を決定するように形成された評価回路とを含む、車輛。
【請求項１０】
請求項９に記載の車輛において、
前記評価回路は、更に、前記電気的値に基づいて前記回転量を決定するように形成されたプロセッサを含む、車輛。
【請求項１１】
請求項９に記載の車輛において、
前記感知エレメントは、単一の感知エレメントを含む、車輛。
【請求項１２】
請求項９に記載の車輛において、
前記感知エレメントは、第１抵抗エレメント及び第２抵抗エレメントを含み、前記第１抵抗エレメント及び前記第２抵抗エレメントは直列に接続されている、車輛。
【請求項１３】
請求項９に記載の車輛において、
前記角度センサは、更に、前記定置構成要素に固定された、撓みが加わらない基準感知エレメントを備え、
前記基準感知エレメントは第２抵抗を有し、
前記評価回路は、更に、前記基準感知エレメントに接続されており、前記第２抵抗に対して所定の関係を持つ電気的基準値を決定し、前記電気的基準値に基づいて移動量を決定するように形成されている、車輛。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車輛において、
前記評価回路は、前記電気的基準値に基づいて補正値を決定し、前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、前記電気的値を前記補正値に基づいて補正し、補正済電気的値を決定し、前記補正済電気的値に基づいて前記回転量を決定する、車輛。
【請求項１５】
請求項９に記載の車輛において、更に、
前記ステアリングデバイスに位置決めされたセンサを備え、
前記ストリップ材料は、前記センサと定置の電気的構成要素との間を電気的に接続するように形成された電気ケーブルである、車輛。
【請求項１６】
請求項９に記載の車輛において、
前記評価回路は、前記定置ハウジング部分によって支持されている、車輛。
【請求項１７】
角度センサを使用して、回転角度を感知する方法であって、
前記角度センサは、第１端が定置構成要素に固定されており、第２端が、前記定置構成要素に関して回転する回転構成要素に固定されたストリップ材料を備えており、
前記回転構成要素の回転に応じて撓むように前記ストリップ材料に取り付けられた、抵抗が撓みに応じて変化する感知エレメントを移動する工程と、
前記感知エレメントの前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を感知する工程と、
前記電気的値から前記回転量を決定する工程とを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記回転量を決定する前記工程は、更に、
前記電気的値を表の複数の電気的値と比較し、前記複数の電気的値の各々は所定の回転量と対応する、工程と、
前記電気的値を前記複数の電気的値のうちの一つの値と整合させる工程と、
前記複数の電気的値のうちの一つの値と対応する回転量を選択する工程とを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、
前記回転量を決定する前記工程は、更に、
数学的モデルに基づいて前記回転量を計算する工程を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、
前記抵抗は、更に、環境要因の変化に応じて変化し、
前記方法は、更に、
前記定置構成要素に取り付けられた基準感知エレメントの電気的基準値を感知する工程を有しており、前記基準感知エレメントは、前記環境要因の変化に応じて変化する基準抵抗を有し、前記電気的基準値は、前記基準抵抗に対して所定の関係を有しており、
前記方法は、また、
前記電気的値及び前記電気的基準値から前記回転量を決定する工程とを含む、方法。
【請求項１】
定置構成要素に関して回転する回転自在構成要素の回転量を決定するための装置であって、
第１端が前記回転自在構成要素に固定され、第２端が前記定置構成要素に固定され、前記回転自在構成要素が前記定置構成要素に関して回転するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されたケーブルと、
前記ケーブルによって支持され、前記ケーブルの長さに沿って延び、前記ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成された、抵抗がその撓みに応じて変化する感知エレメントと、
前記感知エレメントと通信する、前記抵抗に対して所定の関係を持つ値を決定し、この値に基づいて前記回転量を決定する評価回路とを備えた、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記評価回路は、更に、前記値に基づいて前記回転量を決定するプロセッサを含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
前記感知エレメントは単一の感知エレメントを含む、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、更に、
前記ケーブルによって支持され、前記ケーブルの長さに沿って延び、前記ケーブルの巻き付け又は巻き解きに応じて撓むように形成された、第２抵抗がその撓みに応じて変化する第２感知エレメントを備えており、
前記第２感知エレメントは、前記第１感知エレメントに電気的に直列に接続されており、
前記評価回路は、前記第１及び第２の感知エレメントに接続されて、前記第１及び第２の抵抗に対する関係に基づいて前記値を決定する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、更に、
前記定置構成要素に固定された、撓みが加わらない基準感知エレメントを備えており、
前記基準感知エレメントは第２抵抗を有しており、
前記評価回路は、更に、前記基準感知エレメントに接続されており、前記第２抵抗に対して所定の関係を持つ第２値を決定し、前記第２値に基づいて前記回転量を決定する、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
前記評価回路は、前記第２値に基づいて補正値を決定する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記回転自在構成要素はハンドルであり、前記定置構成要素はステアリングコラムである、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記評価回路は、前記定置構成要素によって支持されている、装置。
【請求項９】
車輛であって、
車輛の車輪を駆動するように形成された駆動シャフトと、
移動自在構成要素及び定置構成要素を含み、前記移動自在構成要素は前記駆動シャフトに連結されている、ステアリングコラムと、
前記移動自在構成要素に連結され、前記移動自在構成要素を前記定置構成要素に関して移動するように形成されたステアリングデバイスと、
前記定置構成要素に関する前記移動自在構成要素の回転量を決定するように形成された角度センサとを備え、
前記角度センサは、
移動自在ハウジング部分及び定置ハウジング部分を含むハウジングと、
第１端が前記移動自在ハウジング部分に固定されており、第２端が前記定置ハウジング部分に固定されており、前記移動自在ハウジング部分が前記定置ハウジング部分に関して移動するとき、巻き付けられたり巻き解かれたりするように形成されたストリップ材料と、
前記ストリップ材料によって支持され、前記ストリップ材料の長さに沿って延び、前記ストリップ材料の移動に応じて撓むように形成された、抵抗がその撓みに応じて変化する感知エレメントと、
前記感知エレメントに連結され、前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、この電気的値に基づいて前記回転量を決定するように形成された評価回路とを含む、車輛。
【請求項１０】
請求項９に記載の車輛において、
前記評価回路は、更に、前記電気的値に基づいて前記回転量を決定するように形成されたプロセッサを含む、車輛。
【請求項１１】
請求項９に記載の車輛において、
前記感知エレメントは、単一の感知エレメントを含む、車輛。
【請求項１２】
請求項９に記載の車輛において、
前記感知エレメントは、第１抵抗エレメント及び第２抵抗エレメントを含み、前記第１抵抗エレメント及び前記第２抵抗エレメントは直列に接続されている、車輛。
【請求項１３】
請求項９に記載の車輛において、
前記角度センサは、更に、前記定置構成要素に固定された、撓みが加わらない基準感知エレメントを備え、
前記基準感知エレメントは第２抵抗を有し、
前記評価回路は、更に、前記基準感知エレメントに接続されており、前記第２抵抗に対して所定の関係を持つ電気的基準値を決定し、前記電気的基準値に基づいて移動量を決定するように形成されている、車輛。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車輛において、
前記評価回路は、前記電気的基準値に基づいて補正値を決定し、前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を決定し、前記電気的値を前記補正値に基づいて補正し、補正済電気的値を決定し、前記補正済電気的値に基づいて前記回転量を決定する、車輛。
【請求項１５】
請求項９に記載の車輛において、更に、
前記ステアリングデバイスに位置決めされたセンサを備え、
前記ストリップ材料は、前記センサと定置の電気的構成要素との間を電気的に接続するように形成された電気ケーブルである、車輛。
【請求項１６】
請求項９に記載の車輛において、
前記評価回路は、前記定置ハウジング部分によって支持されている、車輛。
【請求項１７】
角度センサを使用して、回転角度を感知する方法であって、
前記角度センサは、第１端が定置構成要素に固定されており、第２端が、前記定置構成要素に関して回転する回転構成要素に固定されたストリップ材料を備えており、
前記回転構成要素の回転に応じて撓むように前記ストリップ材料に取り付けられた、抵抗が撓みに応じて変化する感知エレメントを移動する工程と、
前記感知エレメントの前記抵抗に対して所定の関係を持つ電気的値を感知する工程と、
前記電気的値から前記回転量を決定する工程とを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記回転量を決定する前記工程は、更に、
前記電気的値を表の複数の電気的値と比較し、前記複数の電気的値の各々は所定の回転量と対応する、工程と、
前記電気的値を前記複数の電気的値のうちの一つの値と整合させる工程と、
前記複数の電気的値のうちの一つの値と対応する回転量を選択する工程とを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、
前記回転量を決定する前記工程は、更に、
数学的モデルに基づいて前記回転量を計算する工程を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、
前記抵抗は、更に、環境要因の変化に応じて変化し、
前記方法は、更に、
前記定置構成要素に取り付けられた基準感知エレメントの電気的基準値を感知する工程を有しており、前記基準感知エレメントは、前記環境要因の変化に応じて変化する基準抵抗を有し、前記電気的基準値は、前記基準抵抗に対して所定の関係を有しており、
前記方法は、また、
前記電気的値及び前記電気的基準値から前記回転量を決定する工程とを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−９９８４５（Ｐ２０１１−９９８４５Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２０６３７６（Ｐ２０１０−２０６３７６）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５９１２４５４７３）ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６３７６（Ｐ２０１０−２０６３７６）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５９１２４５４７３）ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
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