CN111469907A - 传感器单元、方向盘子组件、齿条子组件、以及转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于转向系统(10)、尤其是线控转向式转向系统(12)的传感器单元(36)，该传感器单元具有要监测的部件(38)并且具有多功能位置传感器(40)，多功能位置传感器具有至少一个弹簧元件(42)和至少一个压电式传感器(44)，压电式传感器与弹簧元件(42)相关联并且设置在弹簧元件(42)的第一端部(46)处。弹簧元件(42)经由与第一端部(46)相反的第二端部(48)与要监测的部件(38)相关联。还描述了一种方向盘子组件(14)、一种齿条子组件、以及一种转向系统。

Description

传感器单元、方向盘子组件、齿条子组件、以及转向系统
技术领域
本发明涉及一种用于转向系统、尤其是线控转向式转向系统的传感器单元。本发明还涉及一种方向盘子组件、一种齿条子组件、以及一种转向系统。
背景技术
现代机动车辆具有各种功能，这些功能尤其需要与当前转向角度或当前转向位置有关的信息。转向角度或转向位置可以是方向盘的转向角度或转向位置，和/或前车桥、例如齿条的转向角度或转向位置。
因此，通常重要的是，能够高度完整地、即可靠且正确地确定转向角度或转向位置。
通常，这些机动车辆包括机电伺服转向系统，该机电伺服转向系统具有相应的电动马达和致动器，电动马达和致动器中的每一者均有马达位置传感器与之相关联，可以通过该马达位置传感器以自动方式至少检测相对位置，即相对于开始时的零位置的位置。然而，由于所要求的高度完整性，因此需要第二传感器，以便能够可靠且正确地检测至少开始时的零位置的绝对位置。为此目的，通常使用绝对位置传感器，从而产生了转向系统的额外成本。
在传统转向系统中，方向盘机械地联接至车轮，并且因此检测转向系统的一个部件的绝对位置就足够了，因为可以基于转向系统的几何关系来确定其他部件的位置。例如，基于检测到的车轮的绝对位置或检测到的与车轮相连接的前车桥、尤其是齿条的绝对位置来确定方向盘的位置。
然而，对于“线控转向”式转向系统来说这是不可能的，因为方向盘和车轮不再(必定)机械地联接。
然而，在这种转向系统中，存在两个致动器。一方面，设有前车桥致动器，所述致动器控制前车桥的位置或齿条的位置并相应地测量该位置，即控制并测量车轮的转向角度或转向位置。另一方面，设有方向盘致动器，该方向盘致动器测量并控制方向盘的角位置。方向盘致动器可以测量方向盘的角位置，以便测量驾驶员在手动驾驶模式下设定的角度，从而获得输入信息，例如用于转向的自动回正或对中，并且/或者用于(部分)自主驾驶模式下的角度控制。由于方向盘和车轮可以独立于彼此移动或者彼此不再机械地联接，所以必须对转向系统的这两个部件的位置都进行检测，以便确保所期望的高度完整性。然而，由于设有两个绝对位置传感器，所以这产生了甚至更高的成本，从而导致转向系统的总成本进一步增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种转向系统，通过该转向系统尤其可以以简单且低成本的方式检测绝对位置。
根据本发明，该目的是通过一种用于转向系统、尤其是线控转向式转向系统的传感器单元来实现的，所述传感器单元具有要监测的部件并且具有多功能位置传感器，所述多功能位置传感器具有至少一个弹簧元件和至少一个压电式传感器，所述压电式传感器与所述弹簧元件相关联并且设置在所述弹簧元件的第一端部处。所述弹簧元件通过与所述第一端部相反的第二端部与所述要监测的部件相关联。
本发明的基本概念是提供新型传感器单元，该新型传感器单元可以以基于力或基于力矩的方式检测转向系统的转向角度/位置、尤其是转向系统的一个部件的转向角度或转向位置、即转向系统的要监测的部件的转向角度或转向位置。通常，传感器单元可以设置在转向系统的不同部件上，从而与不同的使用位置相对应。取决于传感器单元的使用位置，转向角度或转向位置可以是方向盘的转向角度或转向位置，或者是车轮的转向角度或转向位置，该转向角度或转向位置通过传感器单元以相应的(间接)方式检测。
原则上，将要监测的部件的位置、尤其是位置变化转换成例如经由弹簧元件而作用在传感器单元的压电式传感器上的力或力的变化。然后藉由多功能位置传感器的至少一个压电式传感器测量相应转换的力，以便根据作用在压电式传感器上的力推断出要监测的部件的位置。由此可以以所要求的高度完整性来确定要监测的部件的绝对位置。
如果传感器单元设置在方向盘子组件中，则因此可以经由压电式传感器(间接地)检测方向盘的转向角度或转向位置，这是因为转向角度或转向位置被转换成由压电式传感器检测的相关联的力。
如果传感器单元设置在齿条子组件中，则因此可以通过压电式传感器(间接地)检测与齿条相联接的车轮的转向角度或转向位置，这是因为转向角度或转向位置被转换成由压电式传感器检测的相关联的力。
通常，压电式传感器被设计用于将施加至压电式传感器的测量表面的压力(取决于所转换的力)转换成相应的电压信号。然后可以经由相应的电压信号以绝对项检测要监测的部件的转向角度或转向位置。
为此目的，可以在至少一个弹簧元件的第一端部处设有板，所述板使经由弹簧元件引入的力分布在压电式传感器的延伸区域上。通过板，可以将均匀的力作用在压电式传感器上或引入压电式传感器中，从而避免可能导致测量不正确或者甚至损坏压电式传感器的电压峰值。通常，可以因此将力转换成作用在压电式传感器上的分布压力。
一方面设想的是，设有传动结构，所述传动结构与所述至少一个弹簧元件相关联，其中，所述传动结构设置在所述要监测的部件与所述相关联的弹簧元件之间。藉由传动结构，可以建立要实现的最小分辨率和/或准确度。例如，设有相对较长的移动距离和具有相对较低的弹簧刚度的弹簧。由此可以降低安装公差对测量的影响。
另一方面设想的是，所述多功能位置传感器包括两个弹簧元件和两个压电式传感器，所述两个压电式传感器各自均与一个弹簧元件相关联，特别地，其中所述两个弹簧元件各自均被预加载。由于两个弹簧元件和两个压电式传感器(各自均与一个弹簧元件相关联)，可以由此产生传感器单元的冗余，并且如果一个弹簧元件或一个压电式传感器故障，则仍然可以藉由传感器单元来测量力，通过该力可以推断出要监测的部件的位置。
可以布置且预加载两个弹簧元件，此方式为使得存在与至少一个压电式传感器的连续接触，或者使得即使要监测的部件最大程度地偏转，两个弹簧元件也总是具有一定的预负载。从这个意义上来说，与压电式传感器的接触不会发生故障，因为相应的弹簧元件总是压在至少一个压电式传感器上。这尤其是由于弹簧元件的预加载和布置，并且因此，在测量过程中不会发生无法藉由压电式传感器测量力的操作情况。
此外，由此可以确保弹簧元件不会过度拉伸而导致弹簧特性改变。这也再次取决于弹簧元件的预加载和布置。
此外，可以使用两个压电式传感器来对传感器单元本身的完整性进行检查，这是因为两个压电式传感器输出信号。然后可以相对于彼此设定由压电式传感器输出的两个信号，以便检查传感器单元的功能。
作为替代方案，传感器单元还可以仅具有一个弹簧元件和一个压电式传感器，其中，弹簧元件可以在要监测的部件的中立位置基本上不承受负载。取决于要监测的部件的旋转方向，弹簧元件于是被压缩或拉伸，因为存在由于与压缩或拉伸相关联的压缩力或张力而产生的力变化，所以压电式传感器相应地对压缩或拉伸进行检测。
进一步的方面设想的是，所述弹簧元件通过其第二端部与所述要监测的部件间接相关联，这是因为在所述弹簧元件与所述要监测的部件之间布置有传力装置。所述传力装置可以具有至少一个传力元件，例如纤维、缆线和/或导线，所述传力装置经由所述至少一个传力元件联接至所述要监测的部件。因此，在转向系统致动过程中位置改变的要监测的部件至少与传力装置间接地相互作用，该传力装置进而与弹簧元件相互作用，其结果是，要监测的部件的位置变化通过弹簧元件传递至相关联的压电式传感器。
传力元件(例如纤维、缆线和/或导线)可以以简单的方式联接至要监测的部件。例如，传力元件至少部分地围绕要监测的部件缠绕。
特别地，转向系统的要监测的部件的旋转运动被转换成传力元件的平移运动，从而由此使得能够以简单的方式测量与要监测的部件的位置变化相连接的力或压力。
此外，所述传力装置可以包括至少一个移动构件、尤其是板状移动构件，所述移动构件被设计用于当所述要监测的部件被致动时进行移动。至少一个移动构件的移动可以是推进运动或拉拽运动，其中，这例如取决于要监测的部件的运动方向。例如，设有两个移动构件，这两个移动构件各自均与一个弹簧元件和/或一个压电式传感器相关联。
根据一个实施例，所述两个弹簧元件通过相应的第二端部尤其是在所述移动构件的相反两侧上直接抵靠在所述移动构件上。相应地，移动构件可以布置在两个弹簧元件之间，并且因此，移动构件的移动使得第一弹簧元件被压缩而第二弹簧元件被拉伸。
作为替代方案，两个弹簧元件都可以布置在两个单独形成的移动构件的一侧。在中立位置，两个移动构件的该侧可以位于共用平面上。换言之，两个移动构件的该侧面向传感器单元的共用部件。
所述弹簧元件可以藉由其第二端部直接抵靠在所述要监测的部件上、尤其是靠在设置在所述要监测的部件的突出部的接触表面上。这使得弹簧元件直接联接至要监测的部件。要监测的部件可以具有相应预先限定的接触表面，该接触表面例如布置在要监测的部件的突出部上或从要监测的部件突出的某一其他区域上。
作为替代方案，弹簧元件可以布置在联接成与要监测的部件共同旋转或共同移动的部件上，从而因此确保要监测的部件的移动经由相应的部件传递至弹簧元件。
此外，可以设有水分和/或水渗透传感器。特别是在包括电子部件的线控转向式转向系统的情况下，重要的是这些电子部件不应被水分或渗水损坏。这可以通过传感器单元监测。例如，至少一个压电式传感器可以被设计为发射器，启用该发射器的方式为使得超声波脉冲被发射和反射，并由压电式传感器接收。此处，波传播取决于环境的密度，从而由此允许对渗水做出相应的推断。因为超声波脉冲是高频率的并且具有的振幅不高，所以位置测量不会受到超声波脉冲的干扰。这尤其是由于以下事实：振幅的数量级小于要监测的部件的要分辨的位置变化，并且频率位于完全不同的频率范围内，从而确保此处不存在可能对位置测量有影响的干扰或叠加。
为了较早地检测到渗水，压电式传感器优选地布置在传感器单元的壳体中的将首先集水的相对较低的点处。
如果设有两个压电式传感器，则一个压电式传感器可以用作发射器，而另一个压电式传感器可以用作用于超声波脉冲的接收器。
根据本发明，该目的还通过一种方向盘子组件来实现，所述方向盘子组件具有方向盘、转向轴、以及上述类型的传感器单元，所述传感器单元被设计为方向盘传感器，其中，所述转向轴是所述要监测的部件。因此，传感器单元检测转向轴的旋转运动，该旋转运动以相应的方式转换成平移运动，并且因此，测量作用在压电式传感器上的力或施加的压力，以便推断出要监测的部件的位置变化。
要监测的部件的位置变化相应地可以是施加至转向轴的转向角度，该转向角度产生了要监测的部件的相应的转向位置。
对于方向盘子组件，以类似的方式获得传感器单元的上述优点。
可以设有方向盘致动器，该方向盘致动器包括马达位置传感器。马达位置传感器可以通过方向盘致动器的位置自动检测转向轴的相对位置。通过这种方式，通常可以对要监测的部件、即转向轴的位置进行精密测量。可以藉由马达位置传感器检测相对位置，由此可以结合要监测的部件的由传感器单元检测的绝对位置来确定非常准确的绝对位置。
如果要以所要求的高度完整性来确定绝对位置，则传感器单元的准确度和分辨率尤其取决于方向盘致动器与方向盘或转向轴之间的传动结构。例如，在方向盘或转向轴与方向盘致动器之间的传动比为1:3时，传感器单元的准确度和分辨率必须优于+/-60°，即必须与方向盘或转向轴的三分之一整圈(传动比(1:3)x 360°＝120°＝+/-60°)相对应。在说明性传动比为1:4时，获得+/-45°的最小准确度或分辨率。
经由传感器单元，可以相应地确定方向盘致动器的旋转，即已经执行了完全旋转的多少倍，其中，可以通过马达位置传感器藉由相对位置测量来确定相应旋转的具体位置。由此可以以相应的准确度来确定绝对位置。
如果传感器单元直接联接至方向盘致动器，则+/-180°的最小准确度或分辨率就足够了。
进一步的方面设想的是，尤其借助于所述传感器单元，所述方向盘子组件包括冗余的绝对位置检测单元。相应地，除了马达位置传感器之外，可以使用传感器单元。原则上，传感器单元的准确度或分辨率应优于功能安全限制，以便仅在马达位置传感器已经故障时才允许基于传感器单元进行位置测量，从而确保适当的后备水平(冗余)。此外，可以以这种方式在正常操作中对马达位置传感器进行连续验证，从而产生冗余。换言之，可以使用第二源、即传感器单元来判定基于马达位置传感器的位置检测是否至少仍在功能安全限制内。位置传感器具有另一功能。
进一步的方面设想的是，借助于传感器组，所述方向盘子组件具有故障反馈单元，所述故障反馈单元在所述方向盘致动器故障的情况下向所述方向盘输出触觉反馈。可以经由传感器单元的至少一个弹簧元件的弹簧特性设定相应的故障反馈单元。因此，传感器单元经由至少一个弹簧元件作用在要监测的部件上，其结果是，例如，由于车辆驾驶员的转向移动而若没有外力施加在方向盘子组件上时，则从传感器单元传出的力施加在要监测的部件上。因此，位置传感器具有另一功能。
此外，借助于所述传感器单元，所述方向盘子组件可以包括用于所述方向盘的自对中单元。自对中单元可以藉由传感器单元、尤其是至少一个弹簧元件提供。相应地，可以将传感器单元设计成其方式为使得在传感器单元的中立位置，弹簧元件确保在方向盘致动器故障的情况下方向盘被转移到其中立位置。因此，借助于传感器单元、尤其是至少一个弹簧元件来设置机械自对中单元。在线控转向系统的情况下这是特别重要的，因为基于转向系统的机械自对中单元由于不与车轮机械连接而不再可用。相应地，位置传感器具有另一功能。
此外，尤其借助于所述传感器单元，所述转向子组件可以包括旋转方向锁定件，特别地其中，作为所述旋转方向锁定件的一部分的径向延伸部形成在所述转向轴上。可以设计包括相应的移动构件的传感器单元的方式为使得如果要监测的部件、即转向轴已经被调整到某一位置(例如已经达到转向轴的最大旋转)，则该移动构件与设置在转向轴上的径向延伸部相互作用。在这种状态下，一旦已经在旋转方向上进行了预先限定的旋转，移动构件就经由销钉而接合在转向轴的径向延伸部中，以便在相应的旋转方向上将方向盘加以锁定。相应地，位置传感器包括另一功能。
然而，在另一旋转方向上的反向旋转是可能的，并且因此，旋转方向锁定件表示在对应旋转方向上的一种止挡件，因为如果已经进行了相应的旋转方向上的预先限定的旋转，则该对应旋转方向上的向前旋转由此被防止。
通常，此处可以这样设置，旋转方向锁定件允许方向盘旋转例如+/-540°，即从对应的旋转方向的结束位置到结束位置的三整圈。
此外，应当设计旋转方向锁定件、尤其是销钉和/或径向延伸部的方式为使得可以承受相当大的力矩，例如至少100Nm的力矩。
同时，借助于传感器单元可以降低转向子组件中的方向盘致动器的平均功率消耗。传感器单元同时形成转向子组件的节能模块。通常，方向盘致动器必须在方向盘上连续施加力矩，以便在转向移动后主动使方向盘回正至中立位置，因为在线控转向式转向系统中，不再可获得方向盘与前车桥之间的机械联接，在传统转向系统中这种机械联接使方向盘回正。同样，方向盘致动器通常在转向过程中产生与转向移动相反的力或力矩，以便尤其模拟道路的反馈，由于缺少与前车桥的机械联接，所以这种反馈在线控转向式转向系统中是不可获得的。这些力或力矩现在可以部分通过传感器单元提供，从而由此确保方向盘致动器的平均功率消耗较低。相应地，位置传感器具有另一功能。
此外，转向子组件中的传感器单元可以被设置用于测量转向子组件的力矩，例如由方向盘致动器施加的力矩和/或由车辆驾驶员引入的方向盘上的手动力矩。因此，除了方向盘致动器和力矩传感器之外，还可以将传感器单元设置为转向子组件中的第三检验源。这表示位置传感器的另一功能。
根据本发明，该目的还通过一种齿条子组件来实现，所述齿条子组件具有齿条和上述类型的传感器单元，所述传感器单元被设计为齿条传感器，其中，所述齿条是所述要监测的部件。因此，可以使用传感器单元来检测齿条的移动或位置变化，其中，同样将要监测的部件的移动转换成由压电式传感器检测的力，如上面已经使用转向轴的示例解释的。
要监测的部件的位置变化相应地可以是齿条的平移调整，齿条的平移调整产生要监测的部件、尤其是与齿条相联接的车轮的相应的转向位置，这些车轮相应地采用转向角度或转向位置。
对于齿条子组件，以类似的方式获得传感器单元的上述优点。
一方面设想前车桥致动器，所述前车桥致动器包括马达位置传感器。马达位置传感器可以通过方向盘致动器的位置自动检测转向轴的相对位置。通过这种方式，通常可以对要监测的部件、即齿条的位置进行精密测量。可以藉由马达位置传感器检测相对位置，由此可以结合要监测的部件的由传感器单元检测的绝对位置来确定非常准确的绝对位置。
如果要以所要求的高度完整性来确定绝对位置，则传感器单元的准确度和分辨率尤其取决于前车桥致动器与齿条之间的传动结构。在前车桥致动器与齿条的传动比为7mm/圈时，传感器单元的准确度和分辨率必须优于例如+/-3.5mm。经由传感器单元，可以相应地确定前车桥致动器的圈数，即已经执行了整圈的多少倍，其中，于是可以通过马达位置传感器藉由相对位置测量来通过相应圈数确定具体位置。由此可以以相应的准确度来确定绝对位置。
进一步的方面设想的是，尤其借助于所述传感器单元，所述齿条子组件包括冗余绝对位置检测单元。相应地，除了马达位置传感器之外，可以使用传感器单元。原则上，传感器单元的准确度或分辨率应优于功能安全限制，以便仅在马达位置传感器已经故障时才允许基于传感器单元进行位置测量，从而确保适当的后备水平(冗余)。此外，可以以这种方式在正常操作中对马达位置传感器进行连续验证，从而产生冗余。换言之，可以使用第二源、即传感器单元来判定基于马达位置传感器的位置检测是否至少仍在功能安全限制内。由此确保了位置传感器的另一功能。
此外，尤其借助于所述传感器单元，所述齿条子组件可以包括旋转锁定件。例如，齿条子组件可以用于线控转向式转向系统中。在传统转向系统中，通常使用齿条齿轮机构，以便防止齿条扭曲。虽然可以在线控转向式转向系统中省去此齿条齿轮机构，但是必须以某种其他方式实现旋转锁定或抵抗扭曲的保护装置。在本情况下，现在可以由传感器单元来提供相应的旋转锁定，从而因此使得可以省去提供旋转锁定的某一其他类型的部件或子组件。因此，传感器单元同时表示旋转锁定件，从而减少了使用的子组件的数量并因此降低了成本。因此，位置传感器具有另一功能。
根据本发明，该目的还通过一种转向系统来实现，所述转向系统具有至少一个上述类型的传感器单元、上述类型的方向盘子组件和/或上述类型的齿条子组件。特别地，所述转向系统是线控转向式转向系统。对于转向系统，以类似的方式获得上述优点。
一个方面设想的是，所述转向系统包括至少一个转向轴和/或齿条，其中，所述至少一个多功能位置传感器与所述转向轴和/或所述齿条相关联，特别地，其中设有转向轴和齿条，多功能位置传感器与所述转向轴和所述齿条相关联。由此可以以简单的方式提供转向系统，该转向系统适用于以低成本并且通过简单的器件来监测转向系统的相应部件的绝对位置，因此能够确保所要求的高完整性。
如果转向系统是线控转向式转向系统，则还可以设有多个传感器单元，该多个传感器单元检测方向盘的转向角度或转向位置，和齿条或车轮的转向角度或转向位置。
传感器单元的位置传感器是多功能的，这是因为除了监测转向系统的部件、即检测要监测的部件的位置变化之外，其还提供了如上面已经解释了的转向系统的另外的功能。
附图说明
本发明的其他优点和特征将从下面的描述和参考的附图中显现。在附图中：
-图1示出了根据本发明的转向系统的示意图，该转向系统具有根据本发明的方向盘子组件和根据本发明的齿条子组件，
-图2示出了穿过具有根据本发明的传感器单元的方向盘子组件的截面，
-图3示出了穿过图2的方向盘子组件的另一个截面，
-图4示出了穿过根据本发明的齿条子组件的截面，该齿条子组件具有根据本发明的传感器单元，并且
-图5示出了穿过图4的齿条子组件的另一个截面。
具体实施方式
图1示出了用于机动车辆的转向系统10，在所示出的实施例中，该转向系统是线控转向式转向系统12。
原则上，转向系统10具有方向盘子组件14和齿条子组件16，该齿条子组件还可以被称为前车桥子组件。
与传统转向系统相比，线控转向式转向系统12中可以不在方向盘子组件14与齿条子组件16之间设置机械连接，如从图1显而易见的所示。
方向盘子组件14典型地包括方向盘18和转向轴20，该转向轴联接至方向盘18，并且方向盘传感器22与该转向轴相关联，将在下文中参考图2和图3给出该方向盘传感器的进一步细节。
此外，在所示出的实施例中，方向盘子组件14包括方向盘致动器24，该方向盘致动器可以在例如方向盘18上施加回正运动，以便以这种方式给予车辆驾驶员机械反馈，由于在方向盘子组件14与齿条子组件16之间缺乏机械联接，因此线控转向式转向系统12中不再可获得机械反馈。藉由方向盘致动器24来相应地模拟来自齿条子组件16的(通常可获得的机械)反馈。
齿条子组件16典型地包括齿条26，车轮28布置在该齿条上，在本案中示出了其中一个车轮。
此外，在所示出的实施例中，齿条子组件16包括前车桥致动器30，可以藉由该前车桥致动器启动齿条26的转向移动，该转向移动被传递至车轮28。
此外，齿条子组件16包括齿条传感器32，将在下文中参考图4和图5给出该齿条传感器的进一步细节。
为控制方向盘致动器24和/或前车桥致动器30，转向系统10还包括控制器34。控制器34可以接收并相应地处理方向盘传感器22的传感器信号和/或齿条传感器32的传感器信号。
原则上，方向盘致动器24和/或前车桥致动器30还可以设置在传统转向系统10中，以便例如施加辅助转向力矩并且/或者实现(部分)自主驾驶情况，例如泊车操作或类似操作。
在图2和图3中，根据一个实施例详细地示出了图1所示出的方向盘子组件14的方向盘传感器22。
方向盘传感器22还被称为传感器单元36。这是因为如下事实：原则上，方向盘传感器22、即传感器单元36的构造还可以用在转向系统10的某一其他位置，即用在转向系统10的某一其他部件(比如齿条子组件16)上。
原则上，传感器单元36或方向盘传感器22被设计用于对转向轴20进行传感器监测，尤其是用于检测转向轴20的位置由于转向轴20的旋转运动而发生的变化。因此，转向轴20为由传感器单元36监测的部件38。
为此目的，传感器单元36或方向盘传感器22包括多功能位置传感器40，该多功能位置传感器具有至少一个弹簧元件42和至少一个压电式传感器44，该至少一个压电式传感器与弹簧元件42相关联。
在所示出的实施例中，如可以具体地从图3看到的，位置传感器40包括两个弹簧元件42和两个压电式传感器44。在图3中，由于在图3中所选择的截面视图，一个弹簧元件42和一个压电式传感器44在各自情况下均将另一个弹簧元件和另一个压电式传感器隐藏。
弹簧元件42各自均通过第一端部46直接布置在相关联的压电式传感器44上，其中，各个弹簧元件42包括与第一端部46相反的第二端部48。各个弹簧元件42的第二端部48与要监测的部件38、即转向轴20相关联。
在所示出的实施例中，如从图2和图3清楚显示的，在要监测的部件38与弹簧元件42之间设有传动结构50，所述传动结构包括传力装置52，该传力装置具有传力元件54，该传力元件联接至要监测的部件38。
如从图3明显展示的，传力元件54是围绕转向轴20缠绕的纤维。
如从图3明显展示的，传力装置52还包括两个移动构件56、尤其是板状移动构件，这些移动构件直接联接至传力元件54、尤其是联接至其端部，并且这些移动构件联接至各个弹簧元件42的第二端部48。在图3中，两个移动构件56串联布置，由于这个原因，一个移动构件56将另一个移动构件56隐藏。
在这种情况下，两个弹簧元件42各自均布置在两个移动构件56中的一个移动构件上。结果，两个弹簧元件42都可以被连续地预加载，而不论方向盘18或方向盘子组件14的旋转运动如何，如下面将解释的。
在方向盘子组件14、尤其是转向轴20旋转运动的情况下，旋转运动通过传力装置52、即传力元件54和对应的移动构件56传递至弹簧元件42，该弹簧元件因此经受压缩或拉伸，这取决于转向轴20的旋转方向。
方向盘子组件14在任何方向上的旋转都会具有以下效果：转向轴20致动传力元件54，其方式为使得在一个端部处产生张力，第一移动构件56藉由该张力而在相关联的压电式传感器44的方向上被拉动，其结果是，相关联的弹簧元件42被压缩，而传力元件54的与另一个移动构件56相关联的那个端部得以放松，其结果是，与另一个移动构件56相关联的弹簧元件42背离相关联的压电式传感器44推动另一个移动构件56。
结果，施加至压电式传感器44中的每一压电式传感器的力改变，从而由此使得能够藉由压电式传感器44相应地检测要监测的部件38、即转向轴20的位置变化。
因此，在方向盘传感器22中设置两个移动构件56。传力元件54、例如纤维通过第一端部附接至两个移动构件56中的第一移动构件、并且尤其是经由偏转辊而延伸至转向轴20。
被设计为纤维的传力元件54于是可以至少部分地围绕转向轴20缠绕。
传力元件54还尤其是跨越第二偏转辊，从转向轴20延伸至两个移动构件56中的第二移动构件，该传力元件通过其第二端部附接至该第二移动构件。
换言之，传力元件54具有两个端部，这两个端部各自布置在相关联的移动构件56上，其中，传力元件54的主区段布置在转向轴20上、尤其是围绕转向轴20缠绕。
两个移动构件56可以平行地移动，尤其是在各自情况下在专用腔室中平行地移动。
当转向轴20旋转时，被设计为纤维的传力元件54从一个方向上向上缠绕，从而引起两个移动构件56中的一个移动构件被拉动，并且与这个移动构件56相关联的弹簧元件42相应地被压缩。
在另一侧，被设计为纤维的传力元件54被松开，从而允许另一个弹簧元件42通过其自身预加载而向后推动两个移动构件56中的另一个移动构件。被设计为纤维的传力元件54因此保持张紧。
弹簧元件42的修改后的弹簧力各自均由其相关联的压电式传感器44检测、并且可以被转换成转向轴20的相应的(转向)位置信息。
在所示出的实施例中，方向盘子组件14还包括旋转方向锁定件58，从而可以在一个旋转方向上锁定方向盘18或整个方向盘子组件14的旋转、尤其是超过预先限定的旋转移动的旋转。
为此目的，移动构件56上布置有销钉(peg)60，如果方向盘子组件14已经调整或旋转了预先确定的行程，则销钉可以与布置在转向轴20上的径向延伸部62相互作用。
如果方向盘子组件14的方向盘18在某一方向上旋转至最大程度或旋转了预先限定的行程，则对应的移动构件56朝向相关联的压电式传感器44移动。由于移动构件56的移动，布置在移动构件56上的销钉60延伸穿过传感器单元36的壳体的开口64、并且与已经旋转到与开口64相关联的凹部65中的径向延伸部62相互作用。销钉60于是可以与径向延伸部62相互作用，其方式为使得方向盘子组件14被锁定，即不再能够进行该方向上的进一步旋转。然而，可以进行另一个方向上的旋转，即再次往回旋转。
最大行程或预先限定的行程可以与方向盘18的例如+/-540°的旋转相对应，即与对应的旋转方向上的从结束位置到结束位置的三整圈相对应。
该值取决于转向轴20的旋转与相应的移动构件56的平移运动之间选择何种传动比，以及取决于直到相关联的销钉60阻塞延伸部62的路径为止，相应的移动构件56必须行进的距离。
另外，方向盘子组件14包括故障反馈单元66、自对中单元68、以及冗余设计的绝对位置检测单元78。
如果方向盘致动器24已经故障了，则故障反馈单元66向方向盘18输出触觉反馈，这是因为力可以藉由至少一个弹簧元件42的弹簧特性传递至转向轴20。
这个力还可以用于使方向盘18或方向盘子组件14自身对中，其结果是，传感器单元36同时提供了自对中单元68。相应地，可以设计传感器单元36的方式为使得在传感器单元的中立位置，至少一个弹簧元件42确保在方向盘致动器24故障的情况下方向盘18被转移到其中立位置。
冗余设计的绝对位置检测单元78尤其由方向盘子组件14、尤其是方向盘致动器24形成，该方向盘致动器具有马达位置传感器71，该马达位置传感器可以通过方向盘致动器24的位置自动地检测转向轴22的相对位置。
连同传感器单元36进行的绝对位置测量，由此可以确定转向轴22的非常准确的绝对位置。
传感器单元36的准确度或分辨率可以优于方向盘子组件14的功能安全限制，由此允许在马达位置传感器71故障的情况下基于传感器单元36进行位置测量。因此，藉由传感器单元36产生了相应的后备水平(冗余)，这相应地确保了冗余设计的绝对位置检测单元78。
还可以以这种方式在正常操作中连续地监测或检验马达位置传感器71的测量值，并且因此还在正常操作中提供冗余。
如果仅设有一个弹簧元件42和一个压电式传感器44，则相应弹簧元件42可以取决于方向盘子组件14的旋转方向而被压缩或拉伸。
在图4和图5中，以不同的实施例示出了传感器单元36，在所示出的实施例中，该传感器单元设置在齿条子组件16中。
因此，传感器单元36被设计为齿条传感器32，其中，齿条26与要由传感器单元36监测的部件38相对应。
与根据图2和图3所示出的实施例的传感器单元36相比，图4和图5所示出的实施例中的传感器单元36包括两个弹簧元件42，如从图4显而易见显示的，这两个弹簧元件与单个移动构件56的相反两侧相关联。
在所示出的实施例中，移动构件56布置在要监测的部件38、即齿条26的突出部70上。因此，移动构件56可以与要监测的部件38一体地形成。
相应地，突出部70形成有用于弹簧元件42的相应的第二端部48的两个接触表面72，如上面已经描述的，这些弹簧元件通过它们相应的第一端部46与相关联的压电式传感器44相互作用。
以类似于第一实施例的方式，藉由两个压电式传感器44来检测齿条26的移动，这是因为齿条26的移动使得移动构件56、即突出部70移动，从而由此使得施加至两个压电式传感器44的力相应地改变，这引起压电式传感器44的产生不同的电压信号。
从图5尤其清楚的是，齿条子组件16包括旋转锁定件74，这是因为要监测的部件38、即齿条26的突出部70在传感器单元36的壳体的凹部76中被引导，从而防止齿条26扭转。
由于旋转锁定件74是藉由传感器单元36本身实现的，因此可以在线控转向式转向系统12中省去齿条齿轮机构或某种其他防旋转保护装置。
此外，齿条子组件16包括冗余绝对位置检测单元78，该冗余绝对位置检测单元由传感器单元36提供。
以类似于第一实施例的方式，冗余设计的绝对位置检测单元78由齿条子组件16、尤其是前车桥致动器30形成，该前车桥致动器具有马达位置传感器71，该马达位置传感器可以通过前车桥致动器30的位置自动地检测齿条26的相对位置。连同传感器单元36的绝对位置测量，由此可以确定转向轴26的非常准确的绝对位置。
传感器单元36的准确度或分辨率可以优于齿条子组件16的功能安全限制，由此允许在马达位置传感器71故障的情况下基于传感器单元36进行位置测量。因此，藉由传感器单元36产生了相应的后备水平(冗余)，这相应地确保了冗余设计的绝对位置检测单元78。
还可以以这种方式在正常操作中连续地监测或检验马达位置传感器71的测量值，并且因此还在正常操作中提供冗余。
此外，通常可以设有水分或水渗透传感器80，该水分或水渗透传感器同样藉由例如传感器单元36、尤其是压电式传感器44形成，这些压电式传感器用作超声波、例如超声波脉冲的发射器和接收器。
两个压电式传感器44中的一个压电式传感器发射超声波脉冲，该超声波脉冲被另一个压电式传感器44接收。如果水已经进入传感器单元36的壳体，则相应地发生信号的特征衰减。
特别地，压电式传感器44或水分或水渗透传感器80布置在传感器单元36的壳体中的将首先集水的相对较低的点处。
还可以提供的是，压电式传感器44被设计为发射器，该发射器发射超声波脉冲，该超声波脉冲被反射，其中，同一压电式传感器44接收并相应地评估所反射的超声波脉冲，以便检测传感器单元36的壳体中的水。
在两个实施例中，确保对应使用的传感器单元36将要监测的部件38、即齿条26或转向轴20的平移运动或旋转运动转换成力或压力，该力或压力由多功能位置传感器40、尤其是至少一个压电式传感器44进行检测。
由此可以以简单且低成本的方式实现传感器单元36的高度完整性，并且因此实现对转向系统10的部件的绝对位置检测的高度完整性。

Claims (20)

1.一种用于转向系统(10)、尤其是线控转向式转向系统(12)的传感器单元(36)，其特征在于，所述传感器单元具有要监测的部件(38)并且具有多功能位置传感器(40)，所述多功能位置传感器具有至少一个弹簧元件(42)和至少一个压电式传感器(44)，所述压电式传感器与所述弹簧元件(42)相关联并且设置在所述弹簧元件(42)的第一端部(46)处，其中，所述弹簧元件(42)经由与所述第一端部(46)相反的第二端部(48)而与所述要监测的部件(38)相关联。
2.如权利要求1所述的传感器单元(36)，其特征在于，设有传动结构(50)，所述传动结构与所述至少一个弹簧元件(42)相关联，其中，所述传动结构(50)设置在所述要监测的所述部件(38)与相关联的所述弹簧元件(42)之间。
3.如权利要求1或2所述的传感器单元(36)，其特征在于，所述多功能位置传感器(40)包括两个弹簧元件(42)和两个压电式传感器(44)，所述两个压电式传感器各自与一个弹簧元件(42)相关联，尤其其中，所述两个弹簧元件(42)各自被预加载。
4.如权利要求1-3中任一项所述的传感器单元(36)，其特征在于，由于所述弹簧元件(42)与所述要监测的部件(38)之间布置有传力装置(52)，所述弹簧元件(42)经由其第二端部(48)与所述要监测的部件(38)间接相关联，尤其其中，所述传力装置(52)具有至少一个传力元件(54)，所述传力装置(52)经由所述至少一个传力元件联接至所述要监测的部件(38)。
5.如权利要求4所述的传感器单元(36)，其特征在于，所述传力装置(52)包括至少一个移动构件(56)、尤其是板状移动构件，所述移动构件被设计用于当所述要监测的部件(38)被致动时进行移动。
6.如权利要求3或权利要求5所述的传感器单元(36)，其特征在于，所述两个弹簧元件(42)经由它们相应的第二端部(48)，尤其是在所述至少一个移动构件(56)的相反两侧上，直接抵靠在所述至少一个移动构件(56)上。
7.如权利要求1-6中任一项所述的传感器单元(36)，其特征在于，所述弹簧元件(42)藉由其第二端部(48)直接抵靠在所述要监测的部件(38)上、尤其是抵靠在设置在所述要监测的部件(38)的突出部(70)上的接触表面(72)上。
8.如权利要求1-7中任一项所述的传感器单元(36)，其特征在于，设有水分和/或水渗透传感器(80)。
9.一种方向盘子组件(14)，其特征在于，所述方向盘子组件具有方向盘(18)、转向轴(20)、以及如权利要求1-8中任一项所述的传感器单元(36)，所述传感器单元被设计为方向盘传感器(22)，其中，所述转向轴(20)为所述要监测的部件(38)。
10.如权利要求9所述的方向盘子组件(14)，其特征在于，设有方向盘致动器(24)，所述方向盘致动器包括马达位置传感器(71)。
11.如权利要求9或10所述的方向盘子组件(14)，其特征在于，尤其借助于所述传感器单元(36)，所述方向盘子组件(14)包括冗余的绝对位置检测单元(78)。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方向盘子组件(14)，其特征在于，借助于所述传感器单元(36)，所述方向盘子组件(14)具有故障反馈单元(66)，所述故障反馈单元在所述方向盘致动器(24)故障的情况下向所述方向盘(18)输出触觉反馈。
13.如权利要求9至12中任一项所述的方向盘子组件(14)，其特征在于，借助于所述传感器单元(36)，所述方向盘子组件(14)包括用于所述方向盘(18)的自对中单元(68)。
14.如权利要求9至13中任一项所述的方向盘子组件(14)，其特征在于，尤其借助于所述传感器单元(36)，所述方向盘子组件(14)包括方向盘锁定件(58)，尤其其中，作为所述方向盘锁定件(58)的一部分的径向延伸部(62)形成在所述转向轴(20)上。
15.一种齿条子组件(16)，其特征在于，所述齿条子组件具有齿条(26)和如权利要求1至8中任一项所述的传感器单元(36)，所述传感器单元被设计为齿条传感器(32)，其中，所述齿条(26)为所述要监测的部件(38)。
16.如权利要求15所述的齿条子组件(16)，其特征在于，设有前车桥致动器(30)，所述前车桥致动器包括马达位置传感器(71)。
17.如权利要求15或16所述的齿条子组件(16)，其特征在于，尤其借助于所述传感器单元(36)，所述齿条子组件(16)包括冗余的绝对位置检测单元(78)。
18.如权利要求15至17中任一项所述的齿条子组件(16)，其特征在于，尤其借助于所述传感器单元(36)，所述齿条子组件(16)包括旋转锁定件(74)。
19.一种转向系统(10)，其特征在于，所述转向系统具有至少一个如权利要求1至8中任一项所述的传感器单元(36)、如权利要求9至14中任一项所述的方向盘子组件(14)、和/或如权利要求15至18中任一项所述的齿条子组件(16)，尤其其中，所述转向系统(10)为线控转向式转向系统(12)。
20.如权利要求19所述的转向系统(10)，其特征在于，所述转向系统(10)包括至少一个转向轴(20)和/或齿条(26)，其中，所述至少一个多功能位置传感器(40)与所述转向轴(20)和/或所述齿条(26)相关联，尤其其中，设有转向轴(20)和齿条(26)，所述转向轴和所述齿条中的每一者均有多功能位置传感器(40)与之相关联。
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