ES2207772T3 - Unidad de sensor para direccion. - Google Patents
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Abstract
LA UNIDAD DE SENSOR DE DIRECCION (1) INCLUYE UN VOLANTE MAGNETICO (2) QUE TIENE UN EJE DE ROTACION (A) QUE PUEDE ACOPLARSE EN ROTACION CON EL VOLANTE DE LA DIRECCION DE UN VEHICULO DE MOTOR, Y CON UNA SERIE DE POLOS MAGNETICOS PRIMERO Y SEGUNDO, DE POLARIDAD OPUESTA, DISTRIBUIDOS UNIFORMEMENTE, Y DE MANERA ALTERNADA, A LO LARGO DE UNA PORCION PERIFERICA EXTERIOR (6) DEL MISMO; Y UN DISPOSITIVO DE DETECCION E EFECTO DE HALL (8) FIJADO AL CUERPO DE UN VEHICULO DE MOTOR EN POSICION ORIENTADA A LA PORCION PERIFERICA (6) DEL VOLANTE MAGNETICO (2) Y QUE, DURANTE EL USO, COOPERA CON LA PORCION PERIFERICA (6), A FIN DE GENERAR AL MENOS UNA SEÑAL DE INFORMACION DE SALIDA QUE INDICA LA VELOCIDAD, EL NUMERO DE GIROS Y LA DIRECCION DE ROTACION DEL VOLANTE DE LA DIRECCION.
Description
Unidad de sensor para dirección.
La presente invención se refiere a una unidad de
sensor para dirección.
Como se conoce, el gran desarrollo en la
electrónica de a bordo en los automóviles ha conducido a la
necesidad de agrupar una gran cantidad de información con relación
al estado operativo de los propios automóviles.
En particular, ha existido recientemente un
desarrollo mucho más electrónico en relación con la asistencia al
conductor, que ha conducido a la necesidad de detectar la dirección
y la velocidad angular de la rotación del volante del
automóvil.
Se describe en el documento
EP-A-0 443 940, por ejemplo, un
conjunto de sensor de cojinete para detectar la dirección y la
velocidad de un eje de dirección, de acuerdo con el cual se
establece el preámbulo de la reivindicación 1. El conjunto de
sensor de cojinete comprende un cojinete de soporte de eje de
dirección que tiene una vía de rodadura interior alargada, una vía
de rodadura exterior alargada y elementos de rodadura dispuestos
entre las vías de rodadura interior y exterior. La vía de rodadura
exterior está situada adecuadamente dentro de una carcasa de
cojinete de columna, y la vía de rodadura interior puede girar
relativamente con respecto a la vía de rodadura exterior. Un
codificador es montado sobre la vía de rodadura inferior y un
montante de sensor separable se fija a la vía de rodadura exterior.
El montante del sensor tiene un primer sensor y un segundo sensor
que son preferentemente detectores del efecto Hall y están
colocados opuestos al codificador, de tal forma que el primer
sensor y el segundo sensor pueden detectar el campo magnético radial
generado por el codificador a medida que gira más allá de los
sensores.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una unidad de sensor para dirección que es simple,
económica y fiable.
De acuerdo con la presente invención, está
prevista una unidad de sensor para dirección como se define en la
reivindicación 1.
Con el fin de entender mejor la presente
invención, se describe a continuación una forma de realización
preferida, simplemente a modo de ejemplo, con referencia a los
dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de una
unidad de sensor para dirección producida de acuerdo con la primera
forma de realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista lateral de la unidad del
sensor de la figura 1.
La figura 3 es una vista en perspectiva de un
elemento de la unidad de sensor de la figura 1.
La figura 4 es una vista delantera de una cara
del elemento de la figura 3.
La figura 5 es una vista en perspectiva,
despiezada, ordenada de una parte de la unidad de sensor de la
figura 1.
La figura 6 es una vista en perspectiva de una
unidad de sensor para dirección formada de acuerdo con una segunda
forma de realización de la presente invención; y
La figura 7 es una vista lateral de la unidad de
sensor de la figura 6.
En las figuras 1 y 2, el número de referencia 1
indica generalmente una unidad de sensor para dirección formada de
acuerdo con una primera forma de realización de la presente
invención.
La unidad de sensor para dirección 1 incluye una
rueda magnética 2 que tiene un eje de rotación A, fabricado
preferentemente de plasto-ferrita, destinado a ser
ajustado sobre un árbol de transmisión 4 fijado para girar con un
volante (no mostrado) de un automóvil (por ejemplo, acoplado sobre
la columna de dirección) y que tiene, por ejemplo, polos magnéticos
40 NORTE y polos magnéticos 40 SUR, distribuidos de manera uniforme
de una manera alternativa a lo largo de su porción periférica 6; y
un dispositivo de detección de efecto Hall 8 fijado a una porción
del cuerpo (no mostrada) del automóvil en una posición que está
orientada hacia la porción periférica 6 de la rueda magnética 2, y
que coopera con la porción periférica 6 con el fin de generar, por
sí misma, una señal de información de salida que indica la
velocidad, el número de vueltas y el sentido de giro del
volante.
El dispositivo de detección de efecto Hall 8
incluye, como se ilustra más detalladamente en la figura 3, una
carcasa configurada substancialmente en forma de caja 10 que tiene
una cavidad 12 abierta hacia el árbol de transmisión 4; y un cuerpo
principal 14 que incluye una porción de acoplamiento
substancialmente en forma de paralelepípedo 16 que se puede mover
dentro de la cavidad 12 de la carcasa 10 en una dirección
substancialmente ortogonal al eje de rotación A, y una porción 18
para acoplamiento con la rueda magnética, proyectándose desde la
carcasa 10 y cooperando con la porción periférica 6 de la rueda
magnética 2 en el modo descrito más detalladamente a
continuación.
La carcasa 10 está fabricada preferentemente de
una resina de poliamida e incluye una pestaña 20 para el anclaje al
cuerpo del automóvil, con una pareja de taladros pasantes 28 para
fijar el cuerpo del automóvil, y primera y segunda porciones 24,
26, aproximadamente en forma de paralelepípedo, extendiéndose desde
los lados opuestos de la pestaña 20.
La primera porción 24 de la carcasa 10 comprende
paredes laterales 30 que se extienden substancialmente ortogonales a
la pestaña 20 y que definen entre ellas una primera
semi-cavidad 32 abierta hacia el exterior, y la
segunda porción 26 de la carcasa 10 comprende paredes laterales 34
que se extienden substancialmente ortogonales a la pestaña 20 y una
pared de base 36 paralela a la pestaña 20 y que define, junto con
las paredes laterales, una segunda semi-cavidad 38
que, junto con la primera semi-cavidad 32, forma la
cavidad 12. Adicionalmente, se extiende una proyección 40 desde una
primera pared lateral 34 de la segunda porción 26 de la carcasa 10,
que tiene un taladro pasante 42 en comunicación con la segunda
semi-cavidad 38, dentro de la cual está ajustado por
interferencia un elemento tubular 44, formado preferentemente de
material HNBR que tiene una superficie exterior plegada y que pasa
a través de un cable 46 de la unidad de sensor para dirección
1.
La segunda porción 26 de la carcasa 10 incluye
adicionalmente una pareja de elementos tubulares 48 (figura 3) que
se extiende en la semi-cavidad 32 desde la pared
de base 36, y hacia el eje de rotación A; una pareja de muelles 50
está alojada parcialmente, dentro de los elementos tubulares 48,
cuyos muelles están comprimidos entre la pared de base 36 y una
pared de base 52 de la porción de acoplamiento 16 del cuerpo
principal 14, y que actúa en una dirección ortogonal al eje de
rotación A con el fin de sujetar la porción de acoplamiento 18 del
cuerpo principal 14 ella misma contra la porción periférica 6 de la
rueda magnética 2.
La carcasa 10 está acoplada adicionalmente a un
manguito anular 56 formado preferentemente de material HNBR y
situado haciendo tope contra el lateral de la pestaña 20 orientada
hacia la rueda 2.
La porción de acoplamiento 16 del cuerpo
principal 14 está provista de cuatro dientes de acoplamiento 64
(figura 3) de los cuales, se localiza una primera pareja sobre
una superficie de la porción de acoplamiento 16 y se localiza una
segunda pareja sobre una superficie opuesta, acoplándose las muescas
respectivas 66 formadas en la primera porción 24 de la carcasa 10 y
teniendo una configuración alargada en una dirección ortogonal al
eje de rotación A con el fin de permitir la traslación del cuerpo
principal 14 y, por tanto, los dientes de acoplamiento 64 en una
dirección ortogonal al eje de rotación A, como se explica mejor a
continuación.
La porción de acoplamiento 18 del cuerpo
principal 14 tiene una superficie delantera 70 (ilustrada
detalladamente en la figura 4) orientada, durante la utilización,
hacia la rueda magnética 2, definida por una superficie exterior
curvada con concavidad hacia la porción periférica 6 de la propia
rueda magnética 2, y situada substancialmente coaxial a la propia
rueda magnética 2.
En particular, la superficie delantera 70 tiene
un saliente intermedio 72 perpendicular al eje de rotación A, que
divide la superficie delantera 70 propiamente dicha en una porción
retirada, retraída 74 y una porción en proyección 76.
Detalladamente, la altura de la porción retraída
74 es substancialmente la misma que la altura de la rueda magnética
2 y, durante la utilización, se mantiene por los muelles 50
haciendo tope contra la porción periférica 6 de la rueda magnética
2, cooperando ligeramente con ello durante los movimientos de giro
del volante.
Adicionalmente, la porción retraída 74 de la
superficie delantera 70 tiene tres muescas 78 dispuestas
angularmente adyacentes y equidistantes entre sí, y definiendo
emplazamientos para los elementos de sensor de efecto Hall 80
respectivos que son conocidos y, por tanto, no se describen de forma
detallada.
En particular, la profundidad de las muescas 78
es tal que, después del montaje de los elementos del sensor de
efecto Hall 80 en estas muescas 78, están a una distancia
predeterminada, típicamente de 0,2 mm, desde la superficie exterior
de la propia superficie delantera 70.
El cuerpo principal 14 se obtiene mediante moldeo
del material de plástico sobre un conjunto 82 de tres elementos
apilados que comprenden, como se ilustra en vista despiezada
ordenada de la figura 5, un circuito impreso 84 en la parte
intermedia, llevando los tres elementos sensores 80 y una unidad de
procesamiento electrónico 86 para procesar las señales generadas por
los elementos sensores 80 propiamente dichos, y una primera y
segunda semi-cáscaras protectoras 88, 90 situadas
sobre los lados opuestos del circuito impreso 84, siendo fabricado
esto también de resina de poliamida.
El circuito impreso 84 y las dos
semi-cáscaras 88, 90 tienen caras delanteras
respectivas 92 que definen, cuando se apilan juntas, la parte
central de la carcasa delantera 70 del cuerpo principal 14 y, en
particular, la carcasa delantera 92 de la primera
semi-cáscara 88 define tanto el saliente intermedio
72 como la zona de la porción retraída 74 de la propia superficie
frontal 70, en la que están situadas las tres muescas 78 para la
alojar el elemento de efecto Hall 80.
Adicionalmente, con el fin de permitir la
colocación de los elementos de sensor de efecto Hall 80 dentro de
las muescas respectivas 78 durante el apilamiento del circuito
impreso 84 y las dos semi-cáscaras 88, 90, la
primera semi-cáscara 88 tiene también tres
emplazamientos 94 formados a través de la extensión de las muescas
78, con una configuración substancialmente idéntica a la de los
propios elementos de sensor de efecto Hall 80. De este modo,
durante el apilamiento, los elementos sensores 80 pasan a través de
los emplazamientos 94 para localizar en las muescas respectivas 78,
los terminales para conectar los elementos del sensor de efecto
Hall 80 al circuito impreso 84 que permanece alojado dentro de los
emplazamientos 94 una vez que se completa el apilamiento.
Las dos semi-cáscaras laterales
88, 90 tienen también cavidades 96 que se adaptan en el circuito de
procesamiento electrónico 86 y todas las partes en proyección del
circuito impreso 84, tales como, por ejemplo, las soldaduras de los
componentes, etc. De este modo, todos los componentes conectados al
circuito impreso 84 están protegidos tanto a partir de los agentes
externos y desde la infiltración del material de plástico durante
el moldeo, así como de la infiltración de agua durante su uso a
bordo del automóvil.
El circuito de procesamiento 86 procesa las
señales previstas por los elementos sensores 80 de un modo conocido
y, que no se describe por tanto en detalle, y proporciona como
salida, una señal de información individual que indica la
velocidad, el número de giros y el sentido de giro del volante.
El cable 46 del dispositivo de detección 8
comprende tres cables eléctricos 98, respectivamente, para el
suministro eléctrico, toma de tierra y la señal de información,
conectado al circuito impreso 84, alojados en una sola funda de
aislamiento exterior 99 y dejando el segundo cuerpo 26 de la carcasa
10 a través del taladro pasante 42 en el elemento paralelepípedo
40.
Durante la utilización, la porción retraída 74 de
la superficie frontal 70 se mantiene por los muelles 50 haciendo
tope contra la porción periférica 6 de la rueda magnética 2, de
forma que los elementos sensores 80 de la propia porción periférica
6, y coopera de forma deslizante con ésta durante el movimiento del
volante del automóvil. Adicionalmente, la porción periférica 6 de la
rueda magnética 2 tiene un borde circunferencial 6a dispuesto
haciendo tope contra el saliente intermedio 72 de la propia
superficie frontal 70.
Adicionalmente, en virtud del posible movimiento
del cuerpo principal 14 con respecto a la carcasa 10, es posible
compensar por las tolerancias relacionadas con el árbol de
transmisión 4, de tal manera que tengan una distancia entre los
elementos sensores del efecto Hall 80 y la superficie lateral 2a de
la rueda magnética 2 que, asegura, en la presencia de una señal,
que es suficiente para la detección de la velocidad, el número de
giros, y el sentido de giro del volante.
Durante el direccionamiento, los elementos del
sensor de efecto Hall 80 detectan la variación de campo magnético
provocada por el movimiento de los polos magnéticos de la rueda
acústica 2, y generan las señales eléctricas respectivas que varían
entre un primer y segundo nivel dependiendo del polo magnético al
que está dirigido en este momento.
Las señales generadas por el elemento sensor 80
están procesadas entonces por el circuito de procesamiento
electrónico 86 que proporciona entonces como salida la señal de
información que indica la velocidad, el número de giros y el sentido
de giro del volante.
En particular, utilizando tres elementos sensores
de efecto Hall 80 y una rueda magnética 2 con 80 polos magnéticos,
la unidad de sensor para dirección 1 tiene una resolución angular
de 1,5º.
De acuerdo con una primera forma de realización
que no está ilustrada, el circuito de procesamiento electrónico 86
puede estar omitido de tal manera que, en lugar de la señal de
información que indica la velocidad, el número de giros y el
sentido de giro del volante, las señales eléctricas generadas por
los elementos sensores 80 están disponibles directamente al
usuario, cuyas señales deben ser procesadas de este modo con el fin
de obtener la información mencionada anteriormente. En este caso,
los cinco cables eléctricos 98 están conectados al circuito impreso
84 de los que tres son para las señales eléctricas generadas por
los elementos sensores 80, y dos están para la tensión de
suministro y para la toma de tierra.
De acuerdo con una forma de realización
adicional, no mostrada, el circuito de procesamiento electrónico 86
puede proporcionar como salida, además de la señal de información
una señal de impulso electrónico adicional en la que cada impulso
indica un cambio en el sentido de giro del volante. En este caso,
están conectados cuatro cables eléctricos 98 al circuito impreso
84, de los cuales uno es para la señal de información, uno es para
la señal de impulso y dos son para la tensión de alimentación y
para la toma de tierra.
En las figuras 6 y 7, el número de referencia 1'
indica generalmente una unidad de sensor para dirección producida
de acuerdo con una segunda forma de realización de la presente
invención.
La unidad de sensor para dirección 1' es
substancialmente similar a la unidad de sensor para dirección 1,
diferenciándose de esto debido al hecho de que incluye también un
elemento espaciador 100 que se proyecta desde la porción en
proyección 76 de la superficie frontal 70, partiendo desde un borde
de la porción e proyección 76 propiamente dicha y extendiéndose
hacia el árbol de transmisión 4.
En particular, el elemento espaciador 100 está
substancialmente en forma de L en sección transversal y comprende
una primera pared 102 de longitud predeterminada y se extiende
substancialmente ortogonal a la carcasa delantera 70 del cuerpo
principal 14; y una segunda pared 104 que se extiende
substancialmente ortogonal a la primera pared 102 y que tiene una
superficie frontal 106 orientada hacia el árbol de transmisión 4,
substancialmente coaxial al propio árbol de transmisión 4.
Durante la utilización, la superficie frontal 106
de la segunda pared 104 del elemento espaciador 100 se mantiene por
los muelles 50 haciendo tope contra la superficie lateral 4a del
árbol de transmisión 4, y la longitud de la primera pared 102 es
tal que la posición retraída 74 de la superficie frontal 70 del
cuerpo principal 14 mira hacia, pero no es deslizable con la porción
periférica 6 de la rueda magnética 2.
Adicionalmente, la longitud de la primera pared
102 es tal que la distancia entre la porción periférica 2a de la
rueda magnética 2 y los elementos sensores de efecto Hall 80 esté
dentro de un intervalo de valor predeterminado, para asegurar la
presencia de una señal suficiente para la detección de la velocidad,
el número de giros y el sentido de giro del volante.
En la segunda forma de realización, no existe ya
ningún deslizamiento entre la porción retraída 74 de la superficie
frontal 70 del cuerpo principal 14 y la porción periférica 6 de la
rueda magnética 2, evitando así el desgaste de estas porciones, y,
por tanto, la formación de polvo entre los elementos de sensor de
efecto Hall 80 y los polos magnéticos.
Es evidente que pueden introducirse las
variaciones y modificaciones en la unidad de sensor para dirección
1, 1' descritas e ilustradas aquí, sin por ello separarse del
alcance de protección de la presente invención como se define en
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Unidad de sensor para dirección (1) que
incluye una rueda magnética (2) que tiene un eje de rotación (A),
acoplado para girar con un volante de un automóvil y que comprende
una pluralidad de primeros y segundos polos magnéticos de polaridad
opuesta, uniformemente distribuidos de manera alternada a lo largo
de su porción periférica (6); y un dispositivo de detección de
efecto Hall (8) fijado al cuerpo del automóvil en una posición
orientada hacia dicha porción periférica (6) de dicha rueda
magnética (2) y que coopera, durante la utilización, con dicha
porción periférica (6) con el fin de generar al menos una señal de
información de salida que indica el valor de la cantidad de
accionamiento asociada con dicho volante; comprendiendo dicho
dispositivo de detección de efecto Hall (8) un cuerpo principal
(14) que tiene una superficie frontal (7) orientada y adyacente a
dicha porción periférica (6) de dicha rueda magnética (2), teniendo
dicho cuerpo principal (14), elementos de sensor de efecto Hall
adyacentes (80) en dicha superficie frontal (70) y una primera
superficie de tope (74, 106) a una distancia predeterminada desde
dichos elementos sensores de efecto Hall (80) y situada, durante la
utilización, haciendo tope contra una segunda superficie de tope
(2a, 4a) fijada respecto a dicha rueda magnética (2); estando
definida dicha superficie frontal (70) por una superficie exterior
curvada, con concavidad dirigida hacia dicha porción periférica (6)
de dicha rueda magnética (2) y, durante la utilización,
substancialmente coaxial a dicha rueda magnética (2);
caracterizada porque dicha superficie frontal (70) tiene un
saliente intermedio (72) que subdivide la superficie frontal (70)
en una porción retraída (74) y una porción de proyección (76),
estando dispuesta dicha porción retraída, durante la utilización,
adyacente y orientada hacia dicha porción periférica (6) de dicha
rueda magnética (2) y que comprende muescas angularmente adyacentes
(78) que definen emplazamientos para dichos elementos de sensor de
efecto Hall respectivos (80).
2. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizada porque dicha rueda
magnética (2) está acoplada a un árbol de transmisión (4) para ser
girada con dicho volante.
3. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
la reivindicación 2, caracterizada porque dicho dispositivo
de detección de efecto Hall (8) comprende una carcasa (10) fijada
rígidamente a dicho cuerpo de dicho automóvil, con una cavidad (12)
abierta, durante la utilización, hacia dicho árbol de transmisión
(4); y porque dicho cuerpo principal (14) incluye una porción de
acoplamiento (16) móvil en el interior de dicha cavidad (12) de
dicha carcasa (10), y una porción (18) para acoplamiento con la
rueda magnética (2) que se proyecta desde la carcasa (10),
cooperando durante la utilización con dicha porción periférica (6)
de dicha rueda magnética (2) y teniendo una cara orientada hacia
dicha rueda magnética (2) para definir dicha superficie frontal
(70).
4. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
la reivindicación 3, caracterizada porque dicha porción de
acoplamiento (16) está provista de dientes de acoplamiento (64) que
se insertan en las muescas respectivas (66) formadas en dicha
carcasa (10), alargadas en un sentido transversal a dicho eje de
rotación (A); y porque dicho dispositivo de detección de efecto Hall
(8) incluye adicionalmente medios elásticos (50) interpuestos entre
dicha carcasa (10) y dicha porción de acoplamiento (16) y actuando
en un sentido transversal a dicho eje de rotación (A) con el fin de
sujetar dicho cuerpo principal (14) contra dicha porción periférica
(6) de dicha rueda magnética (2).
5. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque una superficie lateral (2a) de dicha rueda magnética (2)
define dicha segunda superficie de tope, y porque dicha porción
retraída (74) de dicha superficie frontal (70) define dicha primera
superficie de tope.
6. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada
porque una superficie lateral (4a) de dicho árbol de transmisión
(4) define dicha segunda superficie de tope, y porque dicho cuerpo
principal (14) incluye un elemento espaciador (100) que se proyecta
desde dicha porción de proyección (76) de dicha superficie frontal
(70) en un sentido transversal a dicho eje de rotación (A),
teniendo una longitud predeterminada y con una superficie frontal
(106) orientada hacia dicho árbol de transmisión (4) coaxial a
dicho árbol de transmisión (4), definiendo dicha primera superficie
de tope.
7. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque dicho cuerpo principal (14) se obtiene mediante moldeo de un
material de plástico sobre un conjunto (82) de tres elementos
apilados que comprenden un circuito impreso central (84) que lleva
dichos elementos sensores (80), y unas primera y segunda
semi-cáscaras laterales de protección (88, 90)
situadas en los lados opuestos de dicho circuito impreso (84).
8. Unidad de sensor para dirección de acuerdo con
cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque la
cantidad de accionamiento asociada a dicho volante incluye la
velocidad de rotación, el número de giros y el sentido de rotación
de dicho volante.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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