CN113574355A - 转向扭矩传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆的转向扭矩传感器组件(01)。该转向扭矩传感器组件包括形成主传感器(06)的经磁编码的转向轴部段(02)，以及用于将由主传感器(06)产生的磁场的变化转换成电信号的辅助传感器(03)。辅助传感器(03)位于平行于转向轴部段(02)延伸的传感器电路板(04)上并且与主传感器(06)相对地定位。

Description

转向扭矩传感器组件
技术领域
本发明涉及用于车辆的转向扭矩传感器组件。
背景技术
DE10 2008 035 989 A1描述了一种具有可旋转转向轴的转向装置，该可旋转转向轴具有壳体、用于连接至转向元件的驱动端以及用于连接至至少一个可转向车轮的驱动端。电动机与转向轴可操作地连接以便使转向轴绕其纵向轴线旋转。转向轴被磁化并且用作扭矩传感器。至少一个磁场传感器被附接在转向轴的外侧附近。转向轴和磁场传感器形成扭矩传感器单元，该扭矩传感器单元用于检测通过转向元件作用在转向轴上的扭矩并且提供信号以操作电动机，该电动机经由转向轴辅助转向元件进行转向。
根据美国专利第6,758,105 B2号，已知一种用于检测轴上的、特别是车辆的转向轴上的扭矩的磁致弹性扭矩传感器单元。该传感器单元包括限定轴向通道并且具有轴向开口的注塑成型体。此外，U形导向框被布置在注塑成型体中，其中导向框的侧面部段接合在注塑成型体的侧部中。磁通量传感器被布置在注塑成型体的侧部中并且连接至导向框。轴被引导穿过注塑成型体的轴向开口并且在轴向通道中延伸。磁通量传感器以预定布置定位在轴上。所形成的传感器阵列包括彼此相对或轴向间隔开地布置在穿过轴线的平面中的传感器。
在申请日仍未公布的DE10 2018 110 553描述了一种用于确定沿轴线延伸的机械元件上的扭矩的扭矩传感器组件。该扭矩传感器组件具有至少一个主传感器和至少一个辅助传感器，至少一个主传感器被设计作为机械元件的经磁编码的部段，至少一个辅助传感器与主传感器相对地布置以用于将由主传感器产生的磁场的变化转换成电信号。辅助传感器被布置在电路板上，该电路板具有基表面以及与该基表面成角度延伸的至少一个表面。该成角度的表面与主传感器相对地布置。辅助传感器被布置在该成角度的表面上。此外，提供了附接有电路板的套筒状载体。该较早的专利申请还描述了一种用于车辆的机电侧倾稳定器作为扭矩传感器的优选应用。该侧倾稳定器包括：所述扭矩传感器组件；两个稳定器部件，这两个稳定器部件可以各自分别耦接至车辆的车轮悬架；以及致动器，该致动器被布置在稳定器部件之间以用于将扭矩施加于稳定器部件。扭矩传感器组件检测被施加在稳定器部件上的扭矩，主传感器被设计作为用于将稳定器部件连接至致动器的法兰的磁编码部段。
发明内容
基于现有技术，本发明的目的是提供一种改进的转向扭矩传感器组件，该转向扭矩传感器组件提供较强的与扭矩相关的测量信号，而不必为此目的增加转向组件中的机械应力。这旨在间接地提高测量信号的信噪比。另外，寻求转向扭矩传感器组件的空间优化设计。
该目的通过根据所附权利要求1的转向扭矩传感器组件实现。
根据本发明的转向扭矩传感器组件适用于由例如内燃机或电动机驱动并且包括要由驾驶者操作的转向系统的车辆特别是机动车辆。以已知的方式，这样的转向系统包括：方向盘，通常为多连杆的转向轴，以及转向传动装置，该转向传动装置将经由方向盘启动的转向运动传递至转向车轮。在修改的实施方式中，可以用转向驱动器代替转向传动装置，使得所启动的转向运动通过液压驱动器或电驱动器间接地传递至车轮。本转向扭矩传感器组件应当在所有情况下检测作用在转向轴上的扭矩并且以测量信号的形式使所述扭矩可用于其他处理。出于这个目的，转向扭矩传感器组件包括形成主传感器的经磁编码的转向轴部段。主传感器上的机械张力导致磁场的变化。此外，转向扭矩传感器组件包括至少一个辅助传感器，所述至少一个辅助传感器用于将由主传感器产生的磁场的变化转换成电信号。根据本发明，辅助传感器被布置在至少一个平行于转向轴延伸的传感器电路板上并且与主传感器相对地定位。
传感器电路板平行于转向轴即与形成主传感器的经磁编码的转向轴部段相对的布置使得传感器元件之间最小化，这在转向轴中的机械张力保持相同的情况下导致显著变强的测量信号。这引起较高的测量准确度和信噪比的改善。因此，至少一个辅助传感器与主传感器相对地布置。辅助传感器用于将主传感器的磁场的变化转换成电信号。辅助传感器位于电路板上并且优选地被设计为集成电路结构。
优选实施方式的特征在于，传感器电路板被分成两个传感器电路板面板，这两个传感器电路板面板各自平行于转向轴、与主传感器相对地布置并且优选地经由分段地周向延伸至转向轴的柔性带状线缆彼此连接。辅助传感器的这种多面板设计使得有可能利用相对于主传感器的角度偏移来布置多个传感器，由此可以进一步改进测量信号。
根据有利的实施方式，转向扭矩传感器组件的辅助传感器还包括控制器电路板，该控制器电路板被设计成与传感器电路板机械地分离并且电连接至传感器电路板。这使得必要的电气/电子部件能够适当地分布在单独的电路板上。控制器电路板可以被定位成比传感器电路板距转向轴更远。
这种划分的一个优点在于，辅助传感器的部件在传感器电路板上的布置使得辅助传感器能够被定位成非常靠近主传感器。根据本发明实现的主传感器的磁场与辅助传感器的磁场之间的非常小的距离在辅助传感器的区域中产生相对强的均匀磁场。根据本发明的解决方案的特征还在于,对外部干扰场具有非常高的鲁棒性。还有利的是，可以利用转向扭矩传感器组件来测量轴向磁场和径向磁场两者，这是因为辅助传感器可以被布置在三个维度中。该解决方案可以经济地并且以较少的努力实现。
通过在传感器电路板上布置传感器部件，可以获得可以以较少的努力被安装在转向轴上的紧凑的单元。传感器电路板和控制器电路板优选地由塑料制成。用于评估来自辅助传感器的信号的评估单元优选地位于传感器电路板上和/或控制器电路板上，该评估单元优选地被设计为集成电路结构。该评估单元优选地能够与外部数据处理单元交换数据。
根据有利的实施方式，传感器电路板包括相对于彼此成角度的两个传感器电路板面板，在每个传感器电路板面板上布置至少一个辅助传感器。根据优选实施方式，传感器电路板面板各自经由柔性区域连接至控制器电路板。
所述至少一个辅助传感器优选地由
Figure BDA0003259173030000041
探头、由磁通门磁力计、由霍尔传感器、由线圈、由半导体传感器、或由XMR传感器形成。原则上，还可以使用其他类型的传感器，只要该传感器适于测量由逆磁致伸缩效应引起的磁场即可。
形成主传感器的经磁编码的转向轴部段优选地围绕转向轴完全周向延伸。经磁编码的转向轴部段优选地被永久磁化，使得所述磁化通过永久磁化形成。在替选实施方式中，转向扭矩传感器组件还具有至少一个磁体，所述至少一个磁体用于磁化经磁编码的转向轴部段，使得经磁编码的转向轴部段的磁化基本上是暂时的。所述至少一个磁体可以由至少一个永磁体或者可替选地由电磁体形成。
转向轴优选地配备有形成主传感器的两个磁道。辅助传感器优选地与每个磁道相对地布置。
附图说明
本发明的其他优点和细节从以下参照附图对本发明的优选实施方式的描述中得出。在附图中：
图1示出了根据本发明的转向扭矩传感器组件的优选实施方式的简化透视图；
图2示出了经磁编码的转向轴部段的局部截面侧视图；
图3示出了具有两个传感器电路板面板的传感器电路板的实施方式的透视图；
图4示出了具有控制器电路板的传感器电路板的修改实施方式的平面图。
具体实施方式
图1以大大简化的透视图示出了根据本发明的转向扭矩传感器组件01，该转向扭矩传感器组件包括作为主传感器的经磁编码的转向轴部段02和辅助传感器03。辅助传感器具有传感器电路板04，该传感器电路板被分成两个传感器电路板面板04a、04b，所述传感器电路板面板两者均平行于经磁编码的转向轴部段02延伸并且被布置成距经磁编码的转向轴部段仅小的径向距离。传感器电路板04与经磁编码的转向轴部段02之间的径向距离为例如0.5mm至2mm。这两个传感器电路板面板04a、04b经由线缆05彼此电连接。
图2示出了经磁编码的转向轴部段02的侧视图，该经磁编码的转向轴部段是车辆的转向轴的一部分并且可以围绕其旋转轴线旋转。在所示实施方式中，转向轴部段包括作为主传感器的两个磁道06a、06b。这些磁道是转向轴的经磁编码的部段，这些经磁编码的部段被布置在转向轴的外表面上或者可以被集成到材料中。这些经磁编码的磁道06完全围绕旋转轴线周向延伸并且优选地以相反的方向设计。这些轨道可以彼此轴向间隔开地形成。经磁编码的转向轴部段02优选地由可以以简单的方式在一些部段中磁编码的铁磁材料制成。主传感器06将施加于经磁编码的转向轴部段02的力转换成可以在转向轴的外表面上检测到的磁信号。
图3示出了具有两个传感器电路板面板04a、04b的辅助传感器03的第一实施方式的透视图。转向扭矩传感器组件01包括多个传感器元件07，这些传感器元件在安装之后紧邻主传感器06布置。传感器元件07将由作用在主传感器上的力或机械应力引起的磁场的变化转换成电信号。传感器元件07被设计为集成电路结构，这些集成电路结构被布置在传感器电路板04上。这两个在角度上偏移的传感器电路板面板04a、04b彼此相对地布置。
图4示出了辅助传感器03的修改实施方式，此处，除了两个传感器电路板面板04a、04b之外，该辅助传感器还包括控制器电路板08。在图4中，辅助传感器03被示出为处于其非倾斜或非弯曲状态，即，两个传感器电路板面板04a、04b仍然与控制器电路板08处于一个平面中。在安装期间，传感器电路板面板相对于控制器电路板弯曲，使得传感器电路板面板基本上垂直于控制器电路板延伸。评估单元09布置在控制器电路板08上。传感器电路板面板04a、04b的尺寸被确定成具有比控制器电路板08小的宽度。传感器电路板面板各自经由柔性区域11连接至控制器电路板08。柔性区域11使得传感器电路板面板04a、04b能够相对于控制器电路板08进行角度对准，使得传感器电路板面板04a、04b然后平行于转向轴部段02平放。
附图标记说明
01转向扭矩传感器组件 02经磁编码的转向轴部段 03辅助传感器 04传感器电路板 05线缆 06主传感器 07传感器元件 08控制器电路板 09评估单元 10-11柔性区域。

Claims (10)

1.一种用于车辆的转向扭矩传感器组件(01)，包括：
-经磁编码的转向轴部段(02)，其形成主传感器(06)
-辅助传感器(03)，用于将由所述主传感器(06)产生的磁场的变化转换成电信号，所述辅助传感器(03)被布置在平行于所述转向轴部段延伸的传感器电路板(04)上并且与所述主传感器(06)相对地布置。
2.根据权利要求1所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述传感器电路板(04)被分成两个传感器电路板面板(04a，04b),所述两个传感器电路板面板各自平行于所述转向轴部段(02)、与所述主传感器(06)相对地布置。
3.根据权利要求1或2所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述辅助传感器(03)还包括控制器电路板(08)，所述控制器电路板被设计成与所述传感器电路板(04)机械地分离并且电连接至所述传感器电路板。
4.根据权利要求3所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述控制器电路板(08)与所述转向轴部段(02)成角度地延伸并且经由带状线缆连接至所述传感器电路板(04)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，形成所述主传感器(06)的所述经磁编码的转向轴部段(02)被形成在以下位置中的一个或更多个位置处：
-在所述转向轴的靠近所述方向盘的上部段上，
-在所述转向轴的位于两个万向接头之间的中心部段上，
-在所述转向轴的靠近所述转向传动装置的下部段上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述经磁编码的转向轴部段(02)在所述转向轴的内表面上延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，用于评估来自所述辅助传感器(03)的信号的评估单元(09)被布置在所述传感器电路板(04)上或所述控制器电路板(08)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，在所述经磁编码的转向轴部段(02)上形成有多个主传感器(06)，所述多个主传感器各自与所述辅助传感器(03)的至少一个传感器元件(07)相对。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述传感器电路板(04)和/或所述控制器电路板(08)被设计为柔性电路板或刚性-柔性电路板。
10.根据权利要求9所述的转向扭矩传感器组件(01)，其特征在于，所述电路板具有至少一个柔性区域(11)。
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