ES2256097T3 - Dispositivo y programa de ordenador para la determinacion del angulo de direccion de una direccion de vehiculo. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para determinar el ángulo de dirección de una dirección de vehículo con un árbol de dirección (12); con un dispositivo (14) para la determinación de la posición del árbol de dirección a lo largo de una vuelta de 360º; con un dispositivo (20), que se usa para la determinación de la vuelta actual del árbol de dirección (12), comprendiendo el dispositivo (20) un elemento auxiliar (26) móvil y un dispositivo de registro (20) que determina la posición del elemento auxiliar; con un dispositivo de valoración (18); y con un dispositivo de conexión (56), mediante el cual el elemento auxiliar (26) está conectado permanentemente de forma cinemática con el árbol de dirección (12), caracterizado porque el dispositivo de registro (20) comprende: una pluralidad de sensores (S1 ¿ S7) dispuestos de forma distribuida a lo largo del contorno del elemento auxiliar (26) y un transmisor de señales (54) conectado con el elemento auxiliar (26), que se extiende a lo largo de un sector angular, que corresponde aproximadamente a un valor aproximadamente menor de 1, 5 * 360º/número de los sensores (S1 ¿ S7).

Description

Dispositivo y programa de ordenador para la determinación del ángulo de dirección de una dirección de vehículo.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la determinación del ángulo de dirección de una dirección de vehículo según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un dispositivo de este tipo se usa hoy día en automóviles corrientes. En estos casos, la posición del árbol de dirección se define a lo largo de una vuelta de 360º mediante un código inequívoco a lo largo de esta vuelta, que se encuentra en un elemento de código conectado con el árbol de dirección y que es registrado por un sensor estacionario y valorado en una unidad de valoración postconectada. No obstante, puesto que en la mayoría de los casos una vuelta del árbol de dirección de 360º no es suficiente para los automóviles usados hoy en día, también hay que determinar en qué vuelta de 360º se encuentra el árbol de dirección en un momento determinado. Esto se realiza generalmente mediante un tope de arrastre fijamente conectado con el árbol de dirección, que engrana en cada vuelta de 360º completa en una rueda de arrastre y lo hace avanzar un importe determinado. También se registra este movimiento y se asigna de esta forma una vuelta determinada al árbol de dirección.

Con esta medición por sensor mecánico de la vuelta se produce, no obstante, cada vez que el tope de arrastre entra en contacto con la rueda de arrastre y cada vez que avanza la rueda de arrastre un chasquido audible. Justamente en vehículos de alta calidad, con un ruido muy reducido en el interior, también en el servicio de marcha, el usuario considera molesto un chasquido de este tipo. Además, la unidad formada por el tope de arrastre y la rueda de arrastre debe fabricarse con una precisión relativamente elevada, para que el tope de arrastre engrane con seguridad en la rueda de arrastre y vuelva a soltarse de ésta. Una precisión tan elevada en la fabricación aumenta, no obstante, el precio de este dispositivo.

Por lo tanto, en el documento DE19936211A1 se propone acoplar mediante un engranaje un rotor permanentemente a un estator. También el documento DE19837076A1 muestra un acoplamiento permanente entre un rotor y un estator mediante una cinta arrollada.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de mejorar un dispositivo para la determinación del ángulo de dirección del tipo indicado al principio de tal forma que tenga una construcción lo más sencilla posible y que pueda fabricarse de forma económica.

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1.

Según la invención se ha establecido que no es necesario un registro de todas las posiciones angulares posibles del elemento auxiliar, sino que es suficiente determinar un intervalo angular en el que el elemento auxiliar se encuentra en un momento determinado. De esta forma puede reducirse el esfuerzo para el registro de la posición del elemento auxiliar. Gracias a la configuración del transmisor de señales puede duplicarse el número de posiciones registrables del elemento auxiliar. Además, gracias a ello son menores los requisitos de la precisión de posicionamiento del elemento auxiliar, lo cual tiene un efecto favorable en los costes de fabricación.

En las reivindicaciones subordinadas se indican variantes ventajosas de la invención.

En una variante de la invención, el dispositivo de valoración determina la vuelta en la que el árbol de dirección se encuentra en un momento determinado a partir de una pareja de valores, que comprende la posición angular del árbol de dirección y la posición del elemento auxiliar. Esta realización puede realizarse de forma especialmente fácil desde el punto de vista del software.

Es especialmente ventajoso si el dispositivo de conexión transmite el movimiento del árbol de dirección de tal forma al elemento auxiliar que cada pareja de valores formada por la posición angular del árbol de dirección y la posición del elemento auxiliar sólo exista una vez en el número máximo posible de las vueltas. De esta forma se consigue un carácter inequívoco de las parejas de valores, de modo que la determinación del ángulo de dirección sea posible de forma precisa y sencilla.

La variante, en la que el elemento auxiliar está dispuesto de forma coaxial respecto al árbol de dirección ocupa especialmente poco espacio.

En una variante de la invención se propone, además, que el elemento auxiliar comprenda una jaula deflectora dispuesta radialmente en el exterior alrededor del árbol de dirección y el dispositivo de conexión un elemento de conexión flexible. Una jaula deflectora de este tipo es una pieza anular, cuya pared está abierta en un punto. A través de este punto pasa el elemento de conexión flexible, que está conectado, por un lado, con un estator fijado en el vehículo y, por otro lado, con el árbol de dirección estando arrollado en éste. Si se mueve el árbol de dirección, el elemento de conexión es desarrollado del árbol de dirección o arrollado en el árbol de dirección moviéndose, por lo tanto, la jaula deflectora. La relación de reducción del movimiento giratorio entre el árbol de dirección y la jaula deflectora depende de la relación entre el diámetro del estator y el diámetro exterior del árbol de dirección. En este lugar se indica que el elemento de conexión flexible también puede estar fijado en otra pieza conectada de forma asegurada contra el giro con el árbol de dirección, pudiendo entenderse por el concepto "árbol de dirección" aquí y en lo sucesivo también otras piezas conectadas de forma asegurada contra el giro con el árbol de dirección.

Una jaula deflectora de este tipo es muy adecuada como elemento auxiliar y es fácil de fabricar, pudiendo fabricarse de forma económica gracias a los requisitos de tolerancia relativamente poco estrictos.

En una variante, el elemento de conexión comprende al menos una línea eléctrica, en particular una cinta arrollada, que conecta un dispositivo fijado en el árbol de dirección eléctricamente con la zona estacionaria del vehículo. Un elemento de conexión de este tipo, en particular, una cinta arrollada, ya existe en muchos vehículos en relación con una jaula deflectora. Con una cinta arrollada de este tipo se transmiten preferiblemente las señales de o a una bocina, un airbag o teclas de mando en el volante del vehículo.

Como alternativa al elemento de conexión flexible, en una variante de la invención se propone que el dispositivo de conexión comprenda un engranaje con al menos una rueda de engranaje. También un dispositivo de conexión de este tipo trabaja con ruidos relativamente bajos y permite una conexión cinemática precisa entre el elemento auxiliar y el árbol de dirección. Es ventajoso que el elemento auxiliar esté formado por una rueda de engranaje propiamente dicha.

El número de los sensores es preferiblemente al menos igual que el número máximo posible de las vueltas del árbol de dirección.

Los ruidos en el servicio del dispositivo según la invención se reducen en una variante en la que el dispositivo de registro trabaja sin contacto.

En una variante de la invención se indica una realización preferible del dispositivo, en la que el número máximo de las vueltas del árbol de dirección = 7, la relación de reducción del movimiento giratorio del árbol de dirección al elemento auxiliar = 4/7 y el número de sensores = 7, siendo la extensión angular del transmisor de señales de aproximadamente 108º. Un dispositivo de este tipo puede usarse muy bien en muchos automóviles corrientes.

En otra variante de la invención, el dispositivo de registro comprende sensores ópticos o magnéticos, en particular, ICs de Hall y el transmisor de señales comprende un código de color o un segmento magnético. Los dispositivos de registro de este tipo pueden adquirirse hoy día por precios económicos y trabajan con una gran seguridad funcional.

Finalmente, está prevista una variante de la invención, en la que el dispositivo comprende una memoria con una tabla de asignación, en la que a cada pareja de valores formada por una posición del árbol de dirección y una posición del elemento auxiliar está asignada una vuelta correspondiente del árbol de dirección. Con una tabla de asignación de este tipo, se reduce el esfuerzo de cálculo en la determinación de la vuelta actual del árbol de dirección. Además, es fácil de realizar desde el punto de vista del software.

Con un programa de ordenador se determina la vuelta en la que el árbol de dirección se encuentra en un momento determinado a partir de una pareja de valores que comprende la posición angular del árbol de dirección y la posición del elemento auxiliar. Es preferible un programa de ordenador que está almacenado en una memoria, en particular, en una memoria flash. A continuación, se explicará más detalladamente un ejemplo de realización de la invención haciéndose referencia al dibujo adjunto. En el dibujo muestran:

la figura 1, un alzado lateral esquemático de un dispositivo para la determinación del ángulo de dirección de una dirección de vehículo;

la figura 2, una vista a lo largo de la línea de corte II-II de la figura 1;

la figura 3, una vista a lo largo de la línea de corte III-III de la figura 2; y

la figura 4, una tabla de asignación para el dispositivo de la figura 1.

Un dispositivo para la determinación del ángulo de dirección de una dirección de vehículo porta en la figura 1 como conjunto el signo de referencia 10. Comprende un árbol de dirección 12, que está conectado en un extremo con un volante no representado en la figura 1 y en el otro extremo con un dispositivo para el ajuste de ruedas tampoco representadas de un vehículo.

Además, está previsto un dispositivo para la determinación de la posición del árbol de dirección a lo largo de una vuelta de 360º. Este dispositivo está realizado en el presente caso como disco de código 14. El código que existe en el disco de código 14 se lee mediante un sensor 16 de una forma que en este contexto no tiene importancia y se transmite a una unidad de valoración 18.

Además, está previsto un dispositivo 20, que se usa en la determinación la vuelta actual del árbol de dirección 12. Su estructura se explicará más detalladamente mas adelante, haciéndose referencia a las figuras 2 y 3. Comprende un total de siete sensores denominados S1 a S7, de los que en la figura 1 sólo están representados los sensores S5 - S7. Más adelante también se hablará más detalladamente del funcionamiento de éstos. Los sensores S1 - S7 transmiten señales a la unidad de valoración 18. En la figura 1, en la unidad de valoración 18 está representada, además, de forma simbólica una memoria 22, en la que está depositada una tabla de asignación 24.

Haciéndose referencia a las figuras 2 y 3, ahora se explicará detalladamente el dispositivo 20, que se usa para determinar la vuelta actual del árbol de dirección 12.

El dispositivo 20 comprende como elemento auxiliar móvil una jaula deflectora 26 dispuesta de forma coaxial alrededor del árbol de dirección 12. Esta tiene la forma de un anillo, que está alojado de forma libremente móvil en la dirección axial entre un tramo radial 36 de una parte inferior 28 fijada en el árbol de dirección que presenta también forma de anillo y un tramo radial 38 de una parte superior 30 también fijada en el árbol de dirección y realizada en forma de anillo. Los tramos 32 y 34 dispuestos radialmente en el interior y que se extienden en la dirección axial de la parte interior 28 o de la parte superior 30 forman una especie de manguito, que está fijado de forma asegurada contra el giro en el árbol de dirección 12. Los tramos 36 y 38 que se extienden en la dirección radial de la parte inferior 28 o de la parte superior 30 pueden estar realizados a modo de disco de código y pueden sustituir en este caso el disco de codificación 14 arriba descrito. Alrededor de la jaula deflectora 26 en forma de anillo está previsto un alojamiento 40 fijado en el vehículo, dispuesto radialmente en el exterior, en el que está alojada la parte superior 30 giratoria pudiendo deslizarse en la dirección axial. El alojamiento 40 fijo se llama también estator. También presenta en su conjunto una estructura en forma de anillo. Entre su pared limitadora dispuesta radialmente en el interior y la pared limitadora dispuesta radialmente en el exterior de la jaula deflectora 26 existe una rendija (sin signo de referencia).

Además, está prevista una mitad de carcasa 42 fija, también realizada en forma de anillo, que comprende una base 44 que se extiende en la dirección radial y una pared anular 46 unida por moldeo a la base 44, que está dispuesta radialmente en exterior y que se extiende en la dirección axial, así como una pared anular 48 también unida por moldeo a la base 44, dispuesta radialmente en el interior, que se extiende también en la dirección axial. La pared anular 46 exterior tiene contacto con su superficie limitadora dispuesta radialmente en el interior con la superficie limitadora dispuesta radialmente en el exterior del alojamiento 40 fijo. La pared anular 48 dispuesta radialmente en el interior se apoya en el tramo axial 32 de la parte inferior 28, que está alojado de forma deslizante en ésta y que está sujetado en la dirección axial mediante un collar anular 50, que engrana en una escotadura correspondiente (sin signo de referencia) en la pared anular 48 interior.

Por encima de la base 44 de la mitad fija de la carcasa se extiende entre la pared anular 48 interior y la pared anular 46 exterior una platina electrónica 52 en forma de disco anular, en la que están dispuestos los componentes necesarios para el servicio del dispositivo 10. En la platina electrónica 52 están fijados los sensores S1 - S7 ya anteriormente mencionados de forma distribuida a lo largo de su extensión del contorno, siendo los sensores llamados "ICs de Hall". En la dirección radial, los sensores S1 - S7 están dispuestos de tal forma que pueden ser solicitados por un segmento magnético 54, que está empotrado en la zona de la jaula deflectora 26 orientada hacia la platina electrónica 52 en esta jaula. El segmento magnético 54 tiene la forma de un segmento anular con una extensión angular acimutal de aproximadamente 75º (véase la figura 2). En el espacio anular formado, por un lado, entre la jaula deflectora 26 y los tramos axiales 32 y 34 de la parte inferior 28 o de la parte superior 30, por otro lado, están arrolladas varias vueltas de una cinta arrollada 56. La cinta arrollada 56 está conectada fijamente con la parte superior 30 con su extremo dispuesto radialmente en el interior de una forma aquí no detalladamente representada. Mediante un cable plano 58 que en la figura 3 sólo está representado de forma esquemática, la misma está conectada con dispositivos existentes en el volante, aquí no representados, por ejemplo, un airbag, una bocina o teclas de mando para la radio, el aire acondicionado o el teléfono.

El otro extremo de la cinta arrollada 56 pasa a través de un orificio deflector 60 (figura 2) en la jaula deflectora 26 hacia fuera y está fijamente conectado con el alojamiento 40 fijo. El orificio deflector 60 forma una rendija curvada en forma de semicírculo, cuyo diámetro de curvatura corresponde aproximadamente al grosor de la pared anular de la jaula deflectora 26, es decir, a la distancia entre la superficie dispuesta radialmente en el interior y la superficie dispuesta radialmente en el exterior de la pared de la jaula deflectora 26. La superficie de la pared limitadora del orificio deflector 60 está mecanizado de forma lisa, al igual que las superficies de la pared limitadora dispuesta radialmente en el interior, así como la pared limitadora dispuesta radialmente en el exterior de la jaula deflectora 26, para minimizar la fricción entre la cinta arrollada 56 y las superficies que se mueven respecto a la misma. Dado el caso, las superficies también pueden estar recubiertas con teflón.

Las partes estructurales del dispositivo 20 están hechas preferiblemente de plástico. Es preferible un grosor que amortigua los ruidos de deslizamiento que se producen posiblemente entre la cinta arrollada 56 y las partes que se mueven con respecto a éste. Dado el caso, también es pensable un blindaje adicional de un material insonorizante.

El dispositivo 10 funciona de la siguiente manera:

Si el usuario gira el árbol de dirección 12 en el sentido de las agujas del reloj (flecha 62 en la figura 2), este movimiento giratorio se transmite a la cinta arrollada 56, que se desplaza con su extremo depuesto radialmente en el exterior a través del orificio deflector 60 hacia fuera. Puesto que su extremo dispuesto radialmente en el exterior está fijamente conectado con el alojamiento fijo o el estator 40, la jaula deflectora 26 realiza un movimiento relativo en el sentido de las agujas del reloj respecto al árbol de dirección 12, por un lado, y respecto al estator 40, por otro lado. En caso de un giro del árbol de dirección 12 en el sentido contrario de las agujas del reloj, la cinta arrollada se vuelve a arrollar en el árbol de dirección 12, lo cual conlleva un giro de la jaula deflectora 26 en el sentido contrario de las agujas del reloj.

La relación de la velocidad de giro de la jaula deflectora 26 respecto al árbol de dirección 12 queda determinada por la relación del diámetro de la pared limitadora dispuesta radialmente en el interior del alojamiento 40 fijo al diámetro de la pared limitadora dispuesta radialmente en el exterior de los tramos 32 y 34 de la parte inferior 28 o de la parte superior 30. En el presente caso se ha elegido de tal forma que siete vueltas completas del árbol de dirección 12 conlleven cuatro vueltas completas de la jaula deflectora
26.

Gracias al movimiento de la jaula deflectora 26, también el segmento magnético 54 conectado con ésta se mueve pasando por los sensores S1 - S7. Las parejas de valores, que están formadas, por un lado, por la posición angular del árbol de dirección 12 y, por otro lado, por la posición angular de la jaula deflectora 26, pueden verse para cada vuelta del árbol de dirección 12 en la figura 4.

Se parte de que, al principio, el segmento magnético 54 está situado de forma céntrica respecto al primer sensor S1, como está representado en la figura 2. En esta posición, la dirección está en uno de sus topes. Si ahora el árbol de dirección 12 es girado 45º, la jaula deflectora 26 se sigue moviendo con la relación de reducción de 4/7 en el mismo sentido de giro que el árbol de dirección 12, de modo que el centro del segmento magnético 54 se mueva aprox. 25,7º. Debido a la extensión del contorno del segmento magnético 54, éste se encuentra ahora en el alcance de registro de los sensores S1 y S2. Si ahora se sigue girando el árbol de dirección 12 otros 45º, la jaula deflectora 26 se vuelve a mover de nuevo algo menos de 25,7º, de modo que ahora haya girado exactamente 51,4º respecto a su posición de partida. Esto corresponde exactamente a la posición angular del segundo sensor S2, solicitándose ahora exclusivamente este sensor mediante el segmento magnético 54 debido a la extensión angular del segmento magnético 54. Al final de la primera vuelta completa U1 del árbol de dirección 12, la jaula deflectora 26 se ha movido 4/7 x 460º = 205,7º, de modo que el centro del segmento magnético 54 quede dispuesto ahora exactamente por encima del sensor S5. Esta posición de la jaula deflectora 26 forma al mismo tiempo el punto de inicio para la segunda vuelta U2 del árbol de dirección 12.

Como puede verse en la figura 4, ninguna pareja de valores formada, por un lado, por la posición angular del árbol de dirección 12 y, por otro lado, por la posición angular de la jaula deflectora 26, aparece más de una vez durante las siete vueltas U1 a U7 posibles como máximo del árbol de dirección 12 (la posición angular de la jaula deflectora 26 se representa mediante los sensores S1 - S7 solicitados). Por lo tanto, puede determinarse de forma exacta e inequívoca la vuelta U1 a U7 en la que el árbol de dirección 12 se encuentra en un momento determinado. Incluso después de una desconexión de la alimentación de corriente y la posterior reconexión, no es necesario ningún calibrado del dispositivo 10, puesto que la unidad de valoración 18 puede determinar inmediatamente la vuelta U1 a U7 actual y la posición angular del árbol de dirección 12 a partir de la pareja de valores que se indica en este momento.

Claims (12)

1. Dispositivo para determinar el ángulo de dirección de una dirección de vehículo con un árbol de dirección (12); con un dispositivo (14) para la determinación de la posición del árbol de dirección a lo largo de una vuelta de 360º; con un dispositivo (20), que se usa para la determinación de la vuelta actual del árbol de dirección (12), comprendiendo el dispositivo (20) un elemento auxiliar (26) móvil y un dispositivo de registro (20) que determina la posición del elemento auxiliar; con un dispositivo de valoración (18); y con un dispositivo de conexión (56), mediante el cual el elemento auxiliar (26) está conectado permanentemente de forma cinemática con el árbol de dirección (12), caracterizado porque el dispositivo de registro (20) comprende: una pluralidad de sensores (S1 - S7) dispuestos de forma distribuida a lo largo del contorno del elemento auxiliar (26) y un transmisor de señales (54) conectado con el elemento auxiliar (26), que se extiende a lo largo de un sector angular, que corresponde aproximadamente a un valor aproximadamente menor de 1,5 * 360º/número de los sensores (S1 - S7).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de valoración (18) determina la vuelta en la que el árbol de dirección (12) se encuentra en un momento determinado a partir de una pareja de valores, que comprende la posición angular del árbol de dirección (12) y la posición del elemento auxiliar (26).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de conexión (56) transmite el movimiento del árbol de dirección (12) de tal forma al elemento auxiliar (26) que cada pareja de valores formada por la posición angular del árbol de dirección (12) y la posición del elemento auxiliar (26) sólo exista una vez en el número máximo posible de vueltas.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento auxiliar (26) está dispuesto de forma coaxial respecto al árbol de dirección.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento auxiliar (26) comprende una jaula deflectora (26) dispuesta radialmente en el exterior alrededor del árbol de dirección (12) y el dispositivo de conexión comprende un elemento de conexión (56) flexible.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento de conexión comprende al menos una línea eléctrica, en particular, una cinta arrollada (56), que conecta un dispositivo fijado en el árbol de dirección eléctricamente con la zona estacionaria del vehículo.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de conexión comprende un engranaje con al menos una rueda de engranaje.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el número de sensores (S1 - S7) es al menos igual al número de las vueltas máximas posibles del árbol de dirección (12).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de registro (S1 - S7) trabaja sin contacto.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el número máximo de vueltas del árbol de dirección (12) = 7, la relación de reducción del movimiento giratorio del árbol de dirección (12) al elemento auxiliar (26) = 4/7 y el número de los sensores (S1 - S7) = 7 y la extensión angular del transmisor de señales (54) es de aproximadamente 75º.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el dispositivo de registro comprende sensores ópticos o magnéticos, en particular ICs de Hall (S1 - S7) y el transmisor de señales comprende un código de color o un segmento magnético (54).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una memoria (22) con una tabla de asignación (24), en la que a cada pareja de valores formada por una posición angular del árbol de dirección y una posición del elemento auxiliar está asignada una vuelta correspondiente del árbol de dirección (12).