[发明专利]用于机动车辆的电动助力转向系统的光学旋转角度传感器

说明书

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

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的电动助力转向系统的旋转角度传感器以及电动助力转向系统。

背景技术

旋转角度传感器具有集中测量通过多个方向盘转数的方向盘角度和速度的能力。除了差动扭矩测量之外，扭矩传感器还用在电动助力转向系统中，该电动助力转向系统包括固定到上转向轴的环形磁铁和固定到下转向轴的磁通导体部分。扭矩传感器测量由扭杆连接的转向柱的两个旋转轴之间的相对偏移角。该角度数据被转换成电压输出并且被馈送到电动助力转向系统的电子控制单元，以确定需要多少电力辅助。此外，电动助力转向系统的电动马达设置有附接到马达轴的转子位置传感器。

除了磁传感器以外，光学传感器也是已知的。当前的光学转向角度传感器是昂贵的，因为它们使用图像传感器或多个光源。常用的转子位置传感器的缺点是它们需要计数器来存储转数。

US 2014/0360804 A1公开了一种光学扭矩传感器，其中，基于所测量的透射光或反射光的偏振以模拟方式读出两个轴之间的扭转。

US 7,327,056 B2公开了可被读取以用于感测马达轴的旋转速度的图案，其中，图案中的标记具有与间隔不同的反射率，并且光电检测器接收反射光。

发明内容

本发明的目的是提供具有高分辨率的用于机动车辆的电动助力转向系统的、改进和简化的光学旋转角度传感器，其可以在电池关闭后提供信号。

该问题通过本发明的旋转角度传感器和电动助力转向设备来解决。

因此，提供了用于机动车辆的电动助力转向系统的旋转角度传感器，该旋转角度传感器包括具有光源、光学部件和光电检测器的光学传感器单元以及具有光学图案的盘，其中，光学传感器单元和盘被布置成使得它们能够绕旋转轴相对于彼此旋转，并且其中，光学传感器单元被构建成使得由光电检测器测量从光学图案反射的光，其中，光学图案包括台阶和分隔台阶的间隔，台阶和间隔被设计成使得由台阶和间隔反射的光破坏性地干涉，导致根据光学图案对反射的光的强度调制，该光学图案针对盘的旋转角度编码二进制类型代码。与图像传感器或具有多个光源的传感器相比，该传感器非常简单且便宜。通过利用光学传感器单元读出光学图案，可以确定盘相对于单元的位置和角度。

优选地，光源是激光器或发光二极管(LED)或集成编码器IC。

优选地，台阶和间隔被布置成与旋转轴同心的圆形或螺旋形。

有利地，光具有在可见光和红外光之间的范围内的波长。优选地，光束具有在230nm和800nm之间的波长。更优选地，光具有在350nm至550nm之间的波长。

为了保持光学传感器单元小并且紧凑，优选的是，光学部件包括偏振棱镜和四分之一波片。

光学图案可以通过调整台阶和间隔的长度来传输二进制类型代码。传感器的灵敏度可以通过调整光学图案的半径和图案布局以及图案的密度来修改。优选地，旋转角度传感器被分成两个部分，这两个部分可以沿旋转轴相对于彼此移动并绕该轴旋转，使得线性运动产生光衰减，光衰减可以由光电检测器检测并且被转换成盘在多圈上的绝对旋转角度。这允许在启动传感器时立即提供绝对转向角。