专利名称：旋转角发射器和扫描旋转角发射器代码盘的方法
技术领域：
本发明涉及光旋转角发射器，借助于它可以确定部件的绝对角位置。本发明具体涉及可用于机动车转向角传感器的旋转角发射器。本发明还涉及扫描旋转角发射器代码盘的方法。
背景技术：
在现有技术中，我们知道各种绝对运行的光角发射器，它们是基于透光或反射扫描具有数字道的代码盘(例如，见DE 198 55 064和DE 199 44 005)。这种旋转发射器要求log2(N)个代码道以表示N个角位置。由于有限的结构空间，所以，每个光传感器的孔径宽度减小1/log2(N)。与此同时，孔径高度减小1/N。孔径面积(以及每个光传感器可得到的光量)减小1/(N*log2(N))，它大大限制技术上能够获得的精确度。
为了防止这种旋转发射器可能发生的任何缺陷，例如，损伤的代码盘，还需要有其他的措施。一种方法是双重配置所需的代码道以确保安全。然而，这些措施使光量问题变得更加严重。此外，完全数字化传感器有这样的缺点，必须同样精确地应用代码于所有的代码道。
我们还知道基于完全模拟扫描代码盘的绝对角发射器(例如，见DE 101 43 662)。然而，这些角发射器有以下的缺点，必须在相对大的距离上非常精确地制作模拟道。这种发射器的调制范围是有限的，下游连接的模数转换器所要求的精确度是相对地高。一旦借助于沿相对不精确制作的代码道上足够大数目的点校准发射器，并在随后沿找到的校准值上连续地进行内插，由于所用部件的老化，该解决方法实际上是失败的。
根据DE 196 04 502，我们知道一种旋转发射器，其中利用一系列Gray代码道，并借助于锯齿形模拟道实现改进的角精确度。这种装置有以下的缺点，在锯齿形的变化点，它产生与锯齿中心相同的亮度。因此，存在被读出角的模糊性。此外，它不能可靠地保护代码道免遭损坏。
根据DE 40 14 479，我们知道一种角发射器，它利用一系列二进制代码道，并借助于模拟道实现改进的角精确度。这种装置有重大的缺点，它不能可靠地保护代码道免遭损坏。此外，使用的模拟道局限于正弦形状芯，它对于角精确度的提高不是最佳的，因为在光强为最大值或最小值的周围环境下，梯度几乎为零。
根据DE 100 06 675，我们知道一种路径或角度测量装置，它有几个Gray编码数字道以及一个模拟道，它有连续同步的上升或下降宽度。扫描的发生是借助于有规则地排列多个光传感器，它们互相之间的距离明显地小于模拟道的宽度。这种装置有以下的缺点，能够实现的分辨率提高受到分配给模拟道宽度上光传感器数目的限制。由于相对高地要求改进精确度，这种技术只有在所需光传感器阵列价格有明显下降的情况下才具有吸引力。或者，必须增大模拟道的宽度，它可以导致照明问题以及加重结构空间的负担。所述装置的另一个缺点是，由于最大利用角间隔(两个数字代码跳变之间)以避免扫描值的模糊性，可以实现分辨率提高，但它需要相同类型和相移的第二代码道。
发明内容
本发明是基于提供旋转角发射器和扫描旋转角发射器代码盘方法的问题，利用尽可能少的代码道，可以实现尽可能高的精确度，其中尽可能减小制造精确度的要求。
这个问题的解决是利用光旋转角发射器，包括代码盘，它有数字结构和防止差错的多道编码和模拟编码，借助于多道编码，可以从多个可能的角间隔中确定当前的角间隔，而借助于模拟编码，可以确定当前角间隔内代码盘的精确角位置，光传感器是与每道的数字编码相关。按照这种方式，可以导致特别低的制造费用。由于数字编码，防止差错，就不需附加的代码道以防止差错。
按照本发明的优选实施例，提供一种处理系统，其中模拟编码的最大或最小扫描值可以存储为内插基准。按照这种方式，可以防止旋转角发射器部件中任何测量值的偏差，例如，因部件老化造成的变化。
在本发明有利的开发中，使数字代码道在相移之后部分地重叠。因此，可以进一步减少所需的代码道数目，从而导致减小的结构尺寸。
上述问题的解决还可以借助于一种利用数字编码和模拟编码扫描旋转角发射器代码盘的方法，借助于数字编码，可以从多个可能角间隔中确定当前的角间隔，而借助于模拟编码，可以确定当前角间隔内代码盘的精确角位置，模拟编码有相继的最大值和最小值，模拟编码被扫描，而找到的最大或最小扫描值存储为处理系统中的内插基准。关于利用这种方法可以获得的优点，请参照以上的解释。
以下参照几个优选实施例描述本发明，在附图中说明这些实施例，其中图1表示旋转角发射器的剖面图；图2表示按照第一个实施例的代码盘和相关光传感器的顶视图，它可用于图1中的旋转角发射器；图3表示角确定的顺序；图4表示按照第二个实施例的代码盘和相关光传感器的顶视图，它可用于解释图5；和图5表示按照第三个实施例的代码盘和相关光传感器的顶视图。
具体实施例方式
图1表示旋转角发射器5，它是部分的转向角传感器。转向角传感器的作用是确定所示意的转向轴7的角位置。
旋转角发射器有代码盘10(也见图2)，它与转向轴7连接以实现联合转动。代码盘10是由塑料制成，它在所示典型实施例中是透光的。在代码盘上安排不同的代码道，它有两种可能的角测定，即，区分各个角间隔W和测定这些角间隔中一个角间隔内的角(也见图3)。代码道被所示光源12照射。
为了区分不同的角间隔W，提供几个系列的数字代码道14。此处“数字”的意思是，每个代码道14提供数字信息给与它相关的光传感器16，例如，光透过或光吸收，或者，光反射或光吸收。所以，代码道14的编码可以由光吸收材料或光反射材料构成。在所示典型实施例中，代码盘10被分成16个角间隔W并有6个数字代码道14。显然，也可以利用更大数目的角间隔W。
为了防止差错，利用特殊安排的数字代码道14，其中对于每个相继的角位置，仅仅对应的一个代码道改变它的状态。所以，单个错误(即，任何角位置上代码道的损坏)至多导致角间隔幅度的角误差问题。非单个错误的任何缺陷被直接识别为不是在盘上发生的代码。这可以免除代码道数目加倍以防止缺陷。
为了在角间隔W内确定精确的角位置，除了数字代码道14以外，还提供模拟代码道18。此处“模拟”的意思是，能够从这种代码道读出的信息可以具有多个离散值。模拟代码道18在角间隔W内连续地变化。在此处所示的典型实施例中利用代码道18，其宽度在角间隔W内是线性地连续增大，而在改变到下一个角间隔W时，其宽度在角间隔W内是线性地连续减小。模拟代码道18是由光传感器20扫描。取决于不同的实施例，模拟代码道18的结构是不可透光或可透光。
找到的模拟代码道18的每个最大(或最小)扫描值存储为下游连接的处理系统24中各个相关角间隔W的模拟基准。然后，利用内插法确定角间隔W中最大值与相邻最小值之间的精确角。
在旋转角发射器的工作期间，可以定期更新模拟代码道18的最大或最小扫描值。利用这种不断再校准的方法，可以使有关部件的老化仅起次要的作用。此外，对模拟道的线性要求局限于角间隔W内相对小的区域。对下游连接的模数转换器精确度要求也局限于角间隔W分割成所需角的精确度。
为了防止模拟道的缺陷，利用另一个传感器26扫描模拟代码道18，传感器26相对于第一传感器20有角偏移。这个偏移角最好是1/2角间隔W加上这个角间隔的整倍数。对于角间隔W中的每个角，仅仅传感器20，26的特定扫描值对是允许的，从而能够可靠地识别模拟道的损坏。此外，即使没有数字道信息，可以区别当前的角间隔与相邻的角间隔。因此，即使能够检测到数字道的这种损坏，它仅在角间隔幅度中产生角度误差。
图4表示按照第二个实施例的旋转角发射器中代码盘10和相关的光传感器16A1-16A4以及16B1-16B2，它仅仅用于解释图5所示的代码盘和相关的传感器。如同图2中的代码盘10，图4中的代码盘10也被分成16个角间隔W并有6个数字代码道14A1-14A4和14B1-14B2，它们也出现在其他的装置中；此处，同样地，对于每个相继的角间隔W，仅仅对应的一个代码道改变它的状态。除此以外，代码盘10与图2所示的代码盘完全相同，且可同样地用于确定转向轴的准确角位置。从图4中可以看出，准确地选择数字代码道14A1-14A4的排列和代码道14B1和14B2的排列，因此，在每个代码到移动角间隔W的整倍数时，相同字母表示的各个代码道互相重叠。例如，14B2表示的代码道是由两段组成，在整个代码道14B2沿逆时针方向转动一个角间隔之后，它与14B1表示的代码道有相同的位置，代码道14B1也是由两段组成。即，仅仅当代码道14B2是按照所述方式转动时，与它相关传感器16B2伴随的是直接叠加的两个代码道14B1和14B2，它们实际上可以组合成单个代码道14B(它也是由两段组成)(图5)。与此相关的是互相之间移动一个角间隔W的两个传感器16B1和16B2，因此，可以减小代码盘10所要求的结构空间，而没有任何的信息损失。
通过相对移动14A1-14A4表示的代码道并在这些相移之后把它们组合成单个代码道14A，以及与此同时相应地移动与代码道相关的传感器16A1-16A4，可以进一步减小结构空间。图5表示按照这种方式形成的代码盘10，它有减少数目的代码道以及相关的传感器16A1-16A4和16B1-16B2。它具有这样的优点，在保持防止图2所示代码盘差错的同时，可以大大减小结构空间，以及显著地减少制造费用。
权利要求
1.一种光旋转角发射器，包括代码盘(10)，它有数字结构和防止差错的多道编码(14)和模拟编码(18)，借助于多道编码(14)，可以从多个可能的角间隔(W)中确定当前的角间隔，而借助于模拟编码(18)，可以确定当前角间隔(W)内代码盘(10)的精确角位置，光传感器，与每道的数字编码相关联。
2.按照权利要求1的旋转角发射器，其特征是，数字编码是由几个数字代码道(14；14A1-14A4，14B1-14B2；14A，14B)形成。
3.按照权利要求1或2的旋转角发射器，其特征是，模拟编码是由模拟代码道(18)形成。
4.按照权利要求3的旋转角发射器，其特征是，模拟代码道的宽度在相同一个角间隔(W)内减小或增大，而在随后的角间隔(W)内增大或减小。
5.按照权利要求4的旋转角发射器，其特征是，模拟代码道的宽度在相同一个角间隔内连续地变化。
6.按照权利要求3至5中任何一个的旋转角发射器，其特征是，与模拟代码道(18)相关联的是互相之间有角度偏移的两个光传感器(20，26)。
7.按照以上权利要求中任何一个的旋转角发射器，其特征是，提供一种处理系统(24)，其中模拟编码(18)的最大或最小扫描值可以存储为内插基准。
8.按照以上权利要求中任何一个的旋转角发射器，其特征是，代码盘(10)的结构是透光的，以及编码(14，18)是可透光或光吸收，与状态有关。
9.按照权利要求1至7中任何一个的旋转角发射器，其特征是，代码盘(10)的结构是不可透光的，以及编码(14，18)是光反射或光吸收，与状态有关。
10.按照权利要求2至9中任何一个的旋转角发射器，其特征是，数字代码道(14A1-14A4，14B1-14B2)在相移之后是部分地重叠。
11.按照权利要求10的旋转角发射器，其特征是，有重叠的数字代码道实际上组合成单个数字代码道(14A，14B)。
12.按照权利要求11的旋转角发射器，其特征是，与组合数字代码道相关联的光传感器(16A1-16A4，16B1-16B2)是沿对应的单个数字代码道排列。
13.按照权利要求12的旋转角发射器，其特征是，沿单个数字代码道排列的光传感器有对应于相移的分布。
14.按照权利要求10至13中任何一个的旋转角发射器，其特征是，每个相移对应于角间隔(W)的整倍数。
15.一种转向角传感器，包括按照以上权利要求中任何一个的旋转角发射器。
16.一种利用数字编码(14)和模拟编码(18)扫描旋转角发射器代码盘(10)的方法，借助于数字编码(14)，可以从多个可能的角间隔(W)中确定当前的角间隔，而借助于模拟编码(18)，可以确定当前角间隔(W)内代码盘(10)的精确角位置，模拟编码(18)有相继的最大值和最小值，模拟编码(18)被扫描，并且找到的最大或最小扫描值存储为处理系统中的内插基准。
17.按照权利要求16的方法，其特征是，根据从模拟编码(18)中得到的内插信息，可以确定当前角间隔(W)内当前角的位置。
18.按照权利要求16或17的方法，其特征是，在旋转角发射器的运行期间，更新模拟编码(18)的最大或最小扫描值。
19.按照以上权利要求中任何一个的方法，其特征是，利用当前的角间隔(W)检查从数字编码中得到的信息的真实性。
20.按照权利要求19的方法，其特征是，若数字编码(14)的误差是角间隔(W)量级，则通过读出模拟编码(18)可以确定代码盘(10)所在位置的角间隔(W)。
全文摘要
本发明涉及一种包括代码盘(10)的光旋转角发射器。代码盘(10)有数字结构和防止差错的多道编码(14)，借助于多道编码(14)，可以从多个可能的角间隔(W)中确定当前的角间隔。代码盘(10)还有模拟编码(18)，借助于模拟编码(18)，可以确定当前角间隔(W)内代码盘(10)的精确角位置。光传感器是与每道的数字编码相关联。本发明还涉及一种扫描旋转角发射器代码盘的方法。
文档编号G01D5/244GK1641319SQ20051000452
公开日2005年7月20日 申请日期2005年1月14日 优先权日2004年1月14日
发明者乌尔里希·巴克斯 申请人:Trw车辆电气与零件有限两合公司