专利名称：用于检测转向轮轴的方向和速度的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用一个包含有多个霍尔效应传感器部件的可拆卸的或“夹住的”传感器支架，来检测车辆转向轴或转向柱的速度，方向和角度的新型装置。
现代汽车电子控制装置(ECU)集中传感器获得的信息并且控制许多重要功能的操作。电子控制已在四个主要方面获得重大突破(1)发动机，(2)传动，(3)悬挂和(4)防锁制动/牵引控制。在所有这些方面中，转动的信号或组件位置变化被馈入ECU，ECU把它们与用于操作条件的一个计算的或设计的理想值比较。然后ECU的控制功能发生作用以使与理想条件的偏差降到最小。为使以上方案有效工作，就需要有可靠性高，分辨率良好和低成本的传感器系统。
为了检测汽车中的运动/位置，已经研究出四种性质不同的系统;(1)无源或可变磁阻传感器，(2)有源传感器，例如霍尔效应传感器，(3)光学传感器，和(4)过载传感器。可变磁阻传感器已主要用于防锁制动系统(ABS)检测轮轴速度以及用于检测自动的传动输出速度。霍尔效应传感器已几乎都用于点火系统。而光学传感器和过载传感器被用于悬挂控制系统。
由于改善了汽车的行驶性能，从而使得在乘客舒适方面得到了一些主要改进。在其它方面中也由于通过采用主动悬挂和半主动悬挂系统而获得改善。常规系统检测水平加速度并输入行驶控制ECU。获得水平加速度有几种方法，一种通用的方法是使用转向轴的转动位置信息(转向轮角度)和车辆速度以计算获得的加速度。
由于主动悬挂系统，电动转向辅助装置，安全驾驶警告系统，和四轮转向装置的使用而使得检测汽车转向轴的位置成为必需。因此，已经设计出各种传感器以测定速度、方向和一个参考脉冲(即，真实位置)。用以获得转向轮角度信息的常规装置是一个光学传感器系统或一个过载传感器。
本发明主要涉及到使用霍尔效应传感器来测定汽车转向轴的速度，方向和位置。按照本发明的传感器轴承利用现有的转向轴支承轴承的精密度。其它优点包括重量轻，成本低，对尘土或杂质的不敏感性，易于安装，高分辨率，和获得真实参考位置的简便方法。
此外，本发明提供一种与常规的光学传感器比较更为简化的设计，它具有“夹住的”传感器支架，定向的检测和参考脉冲识别等其它优点。
本发明的其它优点将通过以下的描述变得很明显。
简而言之，用于检测转向轴的方向和速度的装置包括一个有一加长内座圈，一加长外座圈和安装于其间的滚动部件的转向轴支承轴承。内座圈对外座圈可相对旋转。一个编码器装在内座圈上。一个可拆卸的传感器支架装有转向轴支承轴承的外座圈上。第一和第二传感器定位于传感器支架上以检测编码器产生的径向磁场。
通过参考以下详细描述和附图，即可进一步理解本发明及其许多优点，附图中类似的部件给予了类似的编号。
图1是一个置于转向轴或转向柱周围的常规光学传感器的透视图;
图2是带有按照本发明的可拆卸的传感器支架的转向轴轴承的正视图;
图3是一个侧视图，沿图2中A-A线剖开;和图4是按照本发明的传感器支架的正视图。
一种典型的光学传感器系统如图1所示，图中，光学传感器外壳1与转向轴支承轴承2相连接。轴承2安装在转向轴3上。光学传感器外壳1由相邻的电插座4供电。通过两套包含在光学传感器外壳1中的发射和接收传感器(图中未表示)的正交获得转向轴3的速度和方向。传感器的正交是通过开了槽的圆盘5的几何形状而得到。
如图1所示，在转向轴上需有相当大的“区域”来容纳光学传感器系统。在转向轴上使用光学传感器的其它缺点是相应的成本，重量和维修。因为分离轴承往往串在轴上，故维修的复杂性增多。光学传感器的维修和保养更成问题，因为光学传感器所需的清洁环境无法在汽车所处的固有的肮脏环境中得到。此外，光学传感器是否能够测出转向轮轴的准确位置也是不确定的。
按照本发明的传感器轴承包括通过加长内外轴承座圈的方式对转向支承轴轴承进行再设计。轴承的内部或转动部件、被加长至足以容纳一个编码器，即，一个多极磁线圈。轴承的外部或静止部件加长至能允许贴附或夹住传感器支架和外座圈的防护罩。
这个独特的可拆卸的或“夹住的”传感器支架包含第一传感器和第二传感器，即霍尔效应传感器。传感器被安置在与多极磁线圈相对的位置上以检测线圈的径向磁场。它们以这样一种方式排列，即它们的输出信号异相，即，一个传感器的输出信号与另一个传感器的输出信号相差90°。通过使用电子装置监控两上输出信号的相对位置，即可导出方向的数据。
霍尔效应传感器包含在一个传感器支架中。一个多极磁线圈安装在转向轴支承轴承的内座圈上。当多极磁线圈相对霍尔效应传感器转动时，即可产生一个控制信号输入到电子控制器。这个控制信号指示转向轮轴的相对速度。通过使用两个沿圆周分开布置，以便产生互为异相的控制信号的霍尔效应传感器，可以检测出转向轴的方向。
如果需要一个参考脉冲，则可以把一个第三霍尔效应传感器与“夹住的”传感器支架装在一起。在上述情况下，一个单极磁体被安装在磁体支架上。磁体支架可调节地与加长的内座圈或转动的座圈相连。为了使参考脉冲定位，安置在磁体支架上的一个接头片装在转向轴中的一个沟槽内以产生一个绝对的或真实的参考脉冲。此外，通过传感器支架上叉形部分与轴安装托架的“互锁”来保证传感器支架系统在转向轮轴上的周向位置。
本发明可以通过参照附图给予最详尽的描述。图2和图3描述了一个主要用于检测一个转向轴11的方向和速度的轴承传感器系统10。轴承传感器系统10包括一个具有加长内座圈13、加长外座圈14和在两者之间安装的滚动部件22的转向轴支承轴承12。内座圈13借助于O型圈28定位在转向轴11上。外座圈14上带有一个环形槽24。通过一个环形部件25，外圈被安装在相对于圆柱轴承外壳21的适当的轴线位置上。环形部件25具有一个直径大于其上其它部分的直径的轴向部分，该轴向部分与外圈14上的部分26相配合。轴承夹子15带有一个安装在环形部件25与由环形槽24在外圈14上形成的肩部之间的可径向伸展的部分27。因此，外座圈准确地安装在转向轴轴承外壳21中。内座圈13相对于外座圈14转动。
编码器20被安装在转向轴支承轴承12的内座圈13上，一个可拆卸的传感器支架16固定在外座圈14上。传感器支架16有一个第一传感器17和一个第二传感器18与编码器20相对设置，这样，第一传感器17和第二传感器18检测由编码器20产生的径向磁场。传感器17和18最好是霍尔效应探测器。
传感器17和18包含在传感器支架16中，其安装方式使得两个传感器的输出信号互为异相。在传感器17，18上方是一个电的或组合插头19。插头19是传感器系统10的一个组成部分并且其材料与传感器支架16相同。传感器支架16还可以包括一个电路板(图中未表示)和任何其它需要的部件。传感器17，18和电插头按常规焊接在一个插入预制的塑料传感器支架16中的电路板上。然后，使用密封材料把传感器17，18后部和整个电路板固封住。
编码器20最好是一个带有多个被磁化的永久性磁极片的多极磁环。每个磁极片都有一个北极和一个南极，其排列方式是把每一极放在两个相反极性之间。
防护罩23被固定在转向轴支承轴承12周围，以保护编码器20不受散开的磁性颗粒诸如，螺母和螺栓的损害。防护罩23将防止任何大量的磁性颗粒戳穿编码器20，并防止可能转向轮(图中未表示)的转动受阻。防护罩23与外圈14连接，并有一开口，以便使传感器17，18与编码器20完全正对。防护罩23可以由任意种适用的塑料制成。
任选地，一个第三传感器30固定在传感器支架16上并与第一传感器17和第二传感器18正交，一个参考脉冲磁体31固定在一个环形磁体支架32中，其定位方式使其不影响编码器20的输出。参考脉冲磁体31是一个单极磁体。
磁体支架32还包括一个在转向轴11上用以保持参考脉冲磁体31的预定圆周位置的部件。用以保持预定周围位置的部件是一个位于磁体支架32自由端并装入转向轴11的沟槽34中的突舌33。
图4描述了装有第一传感器41，第二传感器42，第三传感器43和一个电的或组合的插头44的传感器支架40的优选实施例。传感器支架40由塑料制成并包括两上挠性指45和46，挠性指45和46位于转向轴(图中未表示)靠外部分的周围，并且伸展至几乎环绕转向轴。挠性指45和46向上推动传感器41，42和43，使其紧靠在轴承外径并使传感器处于与其对应的编码器的相对的位置。
可拆卸的传感器支架40的设计使得传感器系统易于装配和拆卸而不必卸下转向轴上的任何零部件。因此，该传感器系统的维修非常简单，尤其是在传感器需要更换的情况下。
传感器支架40的周向位置通过一个轴安装托架(图中未表示)与传感器支架40上叉形部分47和48的“互锁”来保证。
在上述文中，已经展示和描述了本发明的几个实施例，显然可以清楚的理解，对于本技术领域的技术人员来说，同样装置可以有许多变动和变体。因此，本发明并不限于以上所表示和描述的细节，而将在所附的权利要求范围内的展示所有变动和变体。
权利要求
1.一个用于检测转向轴的方向和速度的装置，其特征在于一个转向轴支承轴承，它具有一个加长的内座圈、一个加长的外座圈和安装在其间的滚动部件，所述内座圈可以相对于所述外座圈旋转；一个安装在所述内座圈上的编码器；一个固定在所述转向轴支承轴承的所述外座圈上的可拆卸的传感器支架；和在传感器支架中的第一传感器和第二传感器，所述传感器被设置用来检测当编码器旋转经过传感器时所产生的磁场。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，传感器是霍尔效应传感器。
3.按照权利要求1的装置，其特征在于，上述编码器是一个带有多个被磁化的永久性磁极片的多极磁环。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于，每个磁极片都有一个北极和一个南极，这些磁极片的安排方式是把每一极放在两个相反极之间。
5.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述第一和第二传感器设置在所述传感器支架中，其安装方式使得两个传感器的输出信号互为异相。
6.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述传感器支架还包括一个组合插头和一个电路板。
7.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述传感器支架可以由任意种塑料制成。
8.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述传感器支架可以卡住所述转向轴支承轴承;从而可以取消使用一个单独的卡簧。
9.按照权利要求1的装置，其特征在于，一个防护罩被固定在所述转向轴支承轴承的周围以保护所述编码器不受散开磁性颗粒的影响。
10.按照权利要求9的装置，其特征在于，所述防护罩与所述外座圈相连，并且，所述的装置包括一个开口，以使所述第一和第二传感器处于与所述编码器完全相对的位置上。
11.按照权利要求9的装置，其特征在于，所述防护罩由塑料制成。
12.按照权利要求1的装置，其特征在于，一个第三传感器安装在所述传感器支架中与所述第一和第二传感器正交，一个参考脉冲磁体固定在一个支架中，其安装方式不致影响所述编码器的输出，从而可以通过所述第三传感器，当所述参考脉冲磁体经过时，检测到一个参考脉冲。
13.按照权利要求12的装置，其特征在于，所述参考脉冲磁体是一个单极磁体。
14.按照权利要求12的装置，其特征在于，所述支架包括一个用以保持所述参考脉冲磁体在所述转向轴上预定的圆周位置上的部件。
15.按照权利要求14的装置，其特征在于，所述用以保持一个预定的圆周位置的部件是一个装入上述转向轴上一个沟槽中的突舌。
全文摘要
一种转向轴上的轴承，具有一个加长的内座圈和一个加长的外座圈以及在内外座圈之间的滚动部件。内座圈相对于外座圈来说是可相对旋转的。一个编码器固定在内座圈上。在一个可拆卸的传感器支架中的传感器，检测当编码器旋转经过传感器时产生的径向磁场。
文档编号G01D5/245GK1054300SQ9110037
公开日1991年9月4日 申请日期1991年1月17日 优先权日1990年2月22日
发明者迈克尔·布劳尔 申请人:托林顿公司