CN114174151B - 用于确定在机动车中的转向力矩的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在机动车中的转向力矩的设备，所述设备包括第一轴、第二轴、可转动的连接器件、定子器件(100；200；300；400)、多极的磁体器件、第一传感器件和第二传感器件，第一轴经由可转动的连接器件与第二轴连接，磁体器件固定在第一轴上，定子器件(100；200；300；400)固定在第二轴上，第一传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件(100；200；300；400)旋转地相对运动时测量沿第一方向的第一磁通密度，第二传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件(100；200；300；400)旋转地相对运动时测量沿第二方向的第二磁通密度，所述第二方向与所述第一方向相反，第二传感器件设置成相对于第一传感器件旋转错开大于90°。

Description

用于确定在机动车中的转向力矩的设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定在机动车中的转向力矩的设备。
背景技术
由现有技术已知用于确定转向力矩的设备。所述设备被用于在机电转向装置中尽可能确定所施加的转向力矩并且据此控制机动车的车轮。在此，可以由驾驶员通过操作转向器件、例如方向盘来施加转向力矩或通过地面(机动车在所述地面上运动)来施加转向力矩。
由WO2018/195373A1已知一种具有输入轴、输出轴、可转动的连接器件、定子器件以及多极的磁体器件的设备。磁体器件固定在输入轴上。定子器件固定在输出轴上。输入轴与输出轴经由可转动的连接器件连接。定子器件包括三个分别彼此相邻地设置的定子元件，其中，在定子元件之间设置有气隙。第一传感器件设置在定子元件中的第一定子元件与定子元件中的第二定子元件之间。第二传感器件设置在定子元件中的第二定子元件与定子元件中的第三定子元件之间。
在输入轴相对于输出轴转动时，在各定子元件之间产生磁通量。在此，磁通方向在第一与第二定子元件之间与在第二与第三定子元件之间的磁通方向相反。在计算转向力矩时将两个所测量的磁通密度彼此矢量相减，从而数值由于相反的定向而增加。在矢量减法中减小或甚至消除平行于所测量的磁通方向延伸的干扰场的影响，因为这些干扰场在这两个传感器件中沿相同的方向延伸。
发明内容
与此相对地，本发明的任务在于，提供一种较不易受干扰的设备。此外，还应提供一种具有这样的设备的机动车和一种这样的方法。
所述任务通过一种根据本发明的用于确定在机动车中的转向力矩的设备、一种根据本发明的机动车以及一种根据本发明的方法来解决。
所述设备包括第一轴、第二轴、可转动的连接器件、定子器件、多极的磁体器件、第一传感器件和第二传感器件。在此，在本说明书的范畴内，可转动的连接器件特别是理解为本身可转动的连接器件。在已转动的状态中，弹性的复位力矩朝向未转动的状态的方向作用到连接器件上。在此，可以涉及例如扭杆。所述多极的磁体器件可以例如包括唯一一个环形磁体或多个环形磁体。特别是，所述环形磁体可以包括多于2个、例如多于6个极。在此，这些极可以彼此相邻地设置在几何圆上。
所述第一轴经由可转动的连接器件与所述第二轴连接。所述磁体器件固定在第一轴上。所述定子器件固定在第二轴上。所述第一传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件旋转地相对运动时测量沿第一方向的第一磁通密度。在此，所述第一磁通密度包括对转向力矩的指示。第一磁通密度的数值越大，由驾驶员或由地面(机动车在所述地面上运动)施加的转向力矩就越大。
所述第二传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件旋转地相对运动时测量沿第二方向的第二磁通密度。在此，所述第二方向与所述第一方向相反。所述第二磁通密度也包括对转向力矩的指示。第二磁通密度的数值越大，由驾驶员或由地面(机动车在所述地面上运动)施加的转向力矩就越大。如由现有技术已知的那样，可以从第一磁通密度矢量地减去第二磁通密度，从而减小或甚至消除在平行于各磁通方向中的一个磁通方向的方向上的干扰场的影响。
第二传感器件设置成相对于第一传感器件旋转错开大于90°、优选大于150°。特别优选的是旋转错开180°。在此要注意的是，附加于旋转错开，也可以规定有这两个传感器件彼此的平移间距。这可以是特别有利的，以便能够测量沿不同方向的磁通密度。第二传感器件相对于第一传感器件错开所围绕的轴线可以特别是与如下轴线相同的轴线：各轴可围绕所述轴线转动并且连接器件可围绕所述轴线转动。
第二传感器件相对于第一传感器件的旋转错开的布置结构是有利的，以便减小或消除在垂直于所测量的磁通方向的方向上的干扰场的影响。试验已经表明，以这种方式，例如在测量在机动车的竖直方向上的磁通密度时，能够减小在装置的横向方向上的干扰场的影响。在此，横向方向特别是理解为如下方向，所述方向设置为垂直于测量磁通密度的方向。
根据本发明的一种实施方式，所述定子器件可以包括第一定子元件、第二定子元件、第三定子元件和第四定子元件。在第一定子元件与第二定子元件之间以及在第三定子元件与第四定子元件之间可以分别设置有气隙。所述气隙可以是有利的，以便能够测量磁通密度。所述定子元件可以特别是彼此相邻地设置。这可以特别是意味着，没有其它的构件设置在各定子元件之间。
使用四个定子元件特别是具有以下优点：能够比在现有技术中更简单并且更有益地制造定子器件。四个定子元件能实现各个定子元件的在结构上更简单的构造。特别是第二定子元件和第三定子元件能够通过简单的机械加工工艺、如冲压和弯曲来制造。这在WO2018/195373A1中的中间的定子元件中不是这种情况。
根据本发明的一种实施方式，所述第一传感器件可以设置在第一定子元件与第二定子元件之间。所述第二传感器件可以设置在第三定子元件与第四定子元件之间。这种布置结构可以是有利的，以便能够测量在相反的方向上的磁通密度。
根据本发明的一种实施方式，所述第一轴可以构造成输入轴，而所述第二轴可以构造成输出轴。所述输入轴可以特别是能与机动车的方向盘连接，而所述输出轴能与机动车的车轮连接。
根据一种实施方式，所述定子元件中的每个定子元件都可以包围磁体器件。特别可行的是，磁体器件和定子元件彼此同心地设置。
根据本发明的一种实施方式，所述第一传感器件可以包括第一传感器元件和第二传感器元件。所述第二传感器件可以包括第三传感器元件和第四传感器元件。第一传感器元件和第二传感器元件可以彼此旋转错开地设置。这同样适用于第三传感器元件和第四传感器元件。在此，传感器件彼此的错开可以设置为与传感器件相对于彼此的错开围绕相同的轴线。
使用传感器元件是特别有利的，以便减小在垂直于所测量的磁通方向的另一个方向上的干扰磁场的影响。试验已经表明，以这种方式能够减小例如在设备的纵向方向上的干扰场的影响。在此，所述纵向方向可以特别是垂直于测量磁通密度的方向延伸。此外，所述纵向方向可以垂直于横向方向延伸。
根据本发明的一种实施方式，所述设备可以包括计算器件。第一传感器件和第二传感器件可以构造为用于分别向所述计算器件输出信号。相应的信号可以包括对分别测量的磁通密度的指示。所述计算器件可以构造为用于在使用所述信号的情况下计算转向力矩。
根据本发明的一种实施方式，所述第一传感器件和所述第二传感器件可以分别包括一个霍尔传感器。这是一种特别简单的设计方案，以便测量磁通密度。
根据本发明的一种实施方式，所述定子元件可以分别具有突出部和设置在所述突出部之间的中间空间。第一定子元件的突出部可以伸入到第二定子元件的中间空间中。第二定子元件的突出部可以伸入到第一定子元件的中间空间中。第三定子元件的突出部可以伸入到第四定子元件的中间空间中。第四定子元件的突出部可以伸入到第三定子元件的中间空间中。
根据本发明的一种实施方式，所述定子元件可以分别包括一个基体和一个第一悬臂。相应的突出部和相应的第一悬臂设置在相应的定子元件的基体上。所述悬臂可以特别是构造为L形的。特别可行的是，所述悬臂具有第一支腿，所述第一支腿大致垂直地背离相应的突出部延伸。此外，所述悬臂可以具有第二支腿，所述第二支腿大致平行于相应的突出部延伸。在此，第一定子元件的第一悬臂可以与第二定子元件的第一悬臂相对地设置。第三定子元件的第一悬臂可以与第四定子元件的第一悬臂相对地设置。在此，两个彼此相对地设置的第一悬臂的第二支腿可以从相应的第一支腿出发朝向彼此延伸。
根据本发明的一种实施方式，所述第一传感器件可以设置在第一定子元件或第二定子元件的第一悬臂上。所述第二传感器件可以设置在第三定子元件或第四定子元件的第一悬臂上。这种布置结构特别有利于精确地测量磁通密度。
根据本发明的一种实施方式，所述定子元件可以分别包括一个第二悬臂。第二悬臂在此可以与上面关于第一悬臂所描述的相同或类似地成型。第二悬臂可以分别设置在相应的定子元件的基体上。第三传感器件可以设置在第一定子元件或第二定子元件的第二悬臂上。第四传感器件可以设置在第三定子元件或第四定子元件的第二悬臂上。所述第三传感器件可以设置成与第一传感器件旋转错开大于90°、优选大于150°、特别优选180°。第四传感器件可以设置成与第二传感器件旋转错开大于90°、优选大于150°、特别优选180°。第三传感器件和第四传感器件有利于更精确地确定转向力矩。
根据本发明的一种实施方式，所述定子元件可以分别构造成环形的。
根据本发明的机动车包括根据本发明的一种实施方式的用于确定在机动车中的转向力矩的设备、转向器件(例如方向盘)和可转向的车轮。所述转向器件构造为用于将转矩施加到所述第一轴上。所述第二轴构造为用于将转矩施加到可转向的车轮上。所述转矩可以特别是引起车轮围绕机动车的竖直轴线枢转。
在根据本发明的方法中，测量沿相应的方向的第一磁通密度和第二磁通密度。随后，将各所述磁通密度彼此矢量地相减，从而提高数值并且减小干扰场的影响。然后，利用矢量减法的结果来计算转向力矩。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述本发明。图中：
图1示出根据本发明的一种实施方式的定子器件的示意性侧视图，所述定子器件具有四个定子元件和八个L形的悬臂；
图2示出根据本发明的一种实施方式的定子器件的示意性侧视图，所述定子器件具有四个定子元件和四个L形的悬臂；
图3示出根据本发明的一种实施方式的定子器件的示意性侧视图，所述定子器件具有四个定子元件和八个直的悬臂；以及
图4示出根据本发明的一种实施方式的定子器件的示意性俯视图，所述定子器件在各定子元件上分别具有两个悬臂。
具体实施方式
定子器件100包括第一定子元件101、第二定子元件102、第三定子元件103和第四定子元件104。在定子元件101至104之间分别设置有气隙。第一定子元件101设置为与第二定子元件102相邻。第二定子元件102设置在第一定子元件101与第三定子元件103之间。第三定子元件103设置在第二定子元件102与第四定子元件104之间。
定子元件101至104中的每个定子元件都具有突出部113，在所述突出部之间设置有中间空间。在此，第一定子元件101的突出部113伸入到第二定子元件102的中间空间中。第二定子元件102的突出部113伸入到第一定子元件101的中间空间中。第三定子元件103的突出部113伸入到第四定子元件104的中间空间中。第四定子元件104的突出部113伸入到第三定子元件103的中间空间中。各突出部设置在相应的定子元件的环形的基体上。
在第一定子元件101上，在基体上设置有L形的悬臂105。在第二定子元件102上，在基体上设置有L形的悬臂106。在此，悬臂105与悬臂106相对地设置。悬臂105和106中的每个悬臂都具有垂直地背离基体伸出的第一支腿和平行于突出部113中的一个突出部设置的支腿，所述支腿背离第一支腿朝向相应的另一个悬臂106或105的方向延伸。在第三定子元件103上，在基体上设置有L形的悬臂107。在第四定子元件104上，在基体上设置有L形的悬臂108。悬臂107和108与前面描述的悬臂105和106类似或相同地构造。
与悬臂105至108旋转错开地，在定子元件101至104中的每个定子元件上分别设置有另一个L形的悬臂109至112，所述另一个L形的悬臂与前面描述的悬臂105至108类似或相同地构造。在此，悬臂105、106、111和112设置成相对于悬臂107至110旋转错开大于90°、特别是大于150°、即180°。
在根据本发明的一种实施方式的设备运行时，悬臂105至112用于设置传感器件，所述传感器件在附图中未示出。如果定子器件100例如设置在输出轴上并且包围设置在输入轴上的环形磁体，并且定子器件100相对于环形磁体旋转地运动，则在悬臂105与106之间、在悬臂107与108之间、在悬臂109与110之间以及在悬臂111与112之间产生磁通量。在此，在悬臂105与106和在悬臂109与110之间的磁通方向正好与在悬臂107与108和在悬臂111与112之间的磁通方向相反。
在附图中未示出的第一传感器件设置在悬臂105与106之间。第二传感器件设置在悬臂107与108之间。第三传感器件设置在悬臂109与110之间。第四传感器件设置在悬臂111与112之间。如果现在从所测量的在悬臂107与108之间的磁通密度矢量地减去以传感器件所测量的在悬臂105与106之间的磁通密度，则减小干扰磁场对测量的影响，所述干扰磁场与所测量的磁通密度平行地延伸。这同样类似地适用于通过传感器件所测量的在悬臂109与110之间和在悬臂111与112之间的磁通密度。
对在设置为彼此旋转错开大于90°、特别是大于150°、即180°的各悬臂(例如悬臂105、106和悬臂107、108)处的磁通密度的矢量减法是有利的，以便减小干扰场的影响，所述干扰场垂直于所测量的磁通密度延伸。在图1中的定子器件100中这是图平面。
图2的定子器件200与图1的定子器件100的区别基本上在于，不存在悬臂109、110、111和112。这由此使得节约重量并且使得在制造时消耗更少的材料。然而工作原理没有因此改变。仅损失小的精度，因为存在更少的测量数据。在此重要的是，仍存在的悬臂105和106设置成相对于悬臂107和108旋转错开大于90°、特别是大于150°、即180°。
图3的定子器件300与图1的定子器件100的区别在于悬臂109、110、111和112的形状。然而工作原理在此保持基本上相同。
与图2的定子器件200相比，在图4的定子器件400中设有两倍数量的悬臂。悬臂402和403在此设置在第一定子元件401上。被所述悬臂遮盖，两个另外的直接在所述悬臂下设置的悬臂设置在第二定子元件401上。在第三定子元件上设置有悬臂404和405，它们也遮盖两个另外的设置在第四定子元件上的悬臂。
悬臂402和403在此彼此旋转错位地设置。这同样适用于被所述悬臂遮盖的悬臂以及悬臂404和405以及被它们遮盖的悬臂。在悬臂402至405中的一个悬臂与相应地被该悬臂遮盖的悬臂之间可以设置相应一个传感器件。所述工作原理在此类似于参考图1和图2所描述的工作原理。优点特别是，从在悬臂402与被该悬臂遮盖的悬臂之间的测量值矢量地减去在悬臂405与被该悬臂遮盖的悬臂之间的测量值时，可以减小或者甚至消除其它干扰场的影响，所述其它干扰场在另一个垂直于所测量的磁场的磁通方向延伸的方向上。这同样适用于从在悬臂403与被该悬臂遮盖的悬臂之间的测量值矢量地减去在悬臂404与被该悬臂遮盖的悬臂之间的测量值。
附图标记列表
100 定子器件
101 第一定子元件
102 第二定子元件
103 第三定子元件
104 第四定子元件
105 悬臂
106 悬臂
107 悬臂
108 悬臂
109 悬臂
110 悬臂
111 悬臂
112 悬臂
113 突出部
200 定子器件
300 定子器件
400 定子器件
401 第一定子元件
402 悬臂
403 悬臂
404 悬臂
405 悬臂

Claims (14)

1.用于确定在机动车中的转向力矩的设备，所述设备包括第一轴、第二轴、可转动的连接器件、定子器件(100；200；300；400)、多极的磁体器件、第一传感器件和第二传感器件，所述第一轴经由可转动的连接器件与所述第二轴连接，所述磁体器件固定在第一轴上，所述定子器件(100；200；300；400)固定在第二轴上，所述定子器件包括第一定子元件(101)、第二定子元件(102)、第三定子元件(103)和第四定子元件(104)，各定子元件分别包括一个基体和一个第一悬臂，第一悬臂设置在相应的定子元件的基体上，第一定子元件(101)的第一悬臂(105)与第二定子元件(102)的第一悬臂(106)相对地设置，并且第三定子元件(103)的第一悬臂(107)与第四定子元件(104)的第一悬臂(108)相对地设置，在磁体器件相对于定子器件(100；200；300；400)旋转地相对运动时，在第一定子元件(101)的第一悬臂(105)与第二定子元件(102)的第一悬臂(106)之间的第一磁通方向与在第三定子元件(103)的第一悬臂(107)与第四定子元件(104)的第一悬臂(108)之间的第二磁通方向相反，第一定子元件(101)的第一悬臂(105)和第二定子元件(102)的第一悬臂(106)设置成相对于第三定子元件(103)的第一悬臂(107)和第四定子元件(104)的第一悬臂(108)旋转错开大于90°，第一传感器件设置在第一定子元件(101)的第一悬臂(105)上或设置在第二定子元件(102)的第一悬臂(106)上，并且第二传感器件设置在第三定子元件(103)的第一悬臂(107)上或设置在第四定子元件(104)的第一悬臂(108)上，所述第一传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件(100；200；300；400)旋转地相对运动时测量沿第一磁通方向的第一磁通密度，所述第二传感器件构造为用于在磁体器件相对于定子器件(100；200；300；400)旋转地相对运动时测量沿第二磁通方向的第二磁通密度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在第一定子元件(101)与第二定子元件(102)之间以及在第三定子元件(103)与第四定子元件(104)之间分别设置有气隙。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一传感器件设置在第一定子元件(101)与第二定子元件(102)之间，并且所述第二传感器件设置在第三定子元件(103)与第四定子元件(104)之间。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一轴构造成输入轴，而所述第二轴构造成输出轴。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述定子元件中的每个定子元件都包围磁体器件。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一传感器件包括第一传感器元件和第二传感器元件，并且所述第二传感器件包括第三传感器元件和第四传感器元件，所述第一传感器元件和所述第二传感器元件彼此旋转错开地设置，并且所述第三传感器元件和所述第四传感器元件彼此旋转错开地设置。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括计算器件，第一传感器件和第二传感器件构造为用于分别向所述计算器件输出信号，相应的信号包括对分别所测量的磁通密度的指示，并且所述计算器件构造为用于在使用所述信号的情况下计算转向力矩。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一传感器件和所述第二传感器件分别包括一个霍尔传感器。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述定子元件分别具有突出部(113)和设置在所述突出部(113)之间的中间空间，第一定子元件(101)的突出部(113)伸入到第二定子元件(102)的中间空间中，第二定子元件(102)的突出部(113)伸入到第一定子元件(101)的中间空间中，第三定子元件(103)的突出部(113)伸入到第四定子元件(104)的中间空间中，并且第四定子元件(104)的突出部(113)伸入到第三定子元件(103)的中间空间中。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，相应的突出部(113)设置在相应的定子元件的基体上。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述定子元件分别包括一个第二悬臂，所述第二悬臂设置在相应的定子元件的基体上，第三传感器件设置在第一定子元件(101)的第二悬臂(109)上或设置在第二定子元件(102)的第二悬臂(110)上，并且第四传感器件设置在第三定子元件(103)的第二悬臂(111)上或设置在第四定子元件(104)的第二悬臂(112)上，所述第三传感器件设置成与第一传感器件旋转错开大于90°，并且所述第四传感器件设置成与第二传感器件旋转错开大于90°。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述定子元件分别构造成环形的。
13.机动车，所述机动车包括根据权利要求1至12中任一项所述的设备、转向器件和可转向的车轮，其中，所述转向器件构造为用于将转矩施加到所述第一轴上，并且所述第二轴构造为用于将转矩施加到可转向的车轮上。
14.用于利用根据权利要求1至12中任一项所述的设备来确定在机动车中的转向力矩的方法，所述方法包括以下步骤：
-在使用第一传感器件的情况下测量沿第一磁通方向的第一磁通密度；
-在使用第二传感器件的情况下测量沿第二磁通方向的第二磁通密度；
-从第一磁通密度矢量地减去第二磁通密度；
-在计算转向力矩时使用矢量减法的结果。
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