DE10018496A1 - Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen Drehmomenterfassungseinrichtung - Google Patents

Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen Drehmomenterfassungseinrichtung

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Abstract

Eine optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, bestehend aus einer an einem beweglichen Element 3 angeordneten Codescheibe 8 und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosensitiven Sensoreinrichtung 11, bestehend aus einem Sensorarray 13 mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der Codescheibe 8 und einer Beleuchtungseinrichtung 12 zum optischen Abbilden der Codierung der Codescheibe 8 auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays 13, ist dadurch bestimmt, daß die Sensoreinrichtung 11 eine weitere, in einer zur Ebene der ersten Codescheibe 8 parallelen Ebene angeordnete Codescheibe 9 umfaßt, deren Codierung ebenfalls durch die Beleuchtungseinrichtung 12 auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays 13 abgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element zugeordnete Codescheibe 8 relativ zu der zweiten Codescheibe 9 bewegbar ist, und daß beide Codescheiben 8, 9 jeweils eine in Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 8 hochfrequente Struktur S¶1¶, S¶2¶ als Codierung aufweisen und die Strukturen S¶1¶, S¶2¶ bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen S¶1¶, S¶2¶ auf dem Sensorarray 13 eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbildung eines Interferenzmusters zur Folge hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Weg- oder Winkelmeßein­ richtung bestehend aus einer an einem beweglichen Element angeord­ neten Codescheibe und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosen­ sitiven Sensoreinrichtung bestehend aus einem Sensorarray mit einer Er­ streckung quer zur Bewegungsrichtung der Codescheibe und einer Be­ leuchtungseinrichtung zum optischen Abbilden der Codierung der Code­ scheibe auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays. Ferner be­ trifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft auch ein Lenkkraftunterstützungssystem für Kraft­ fahrzeuge mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung zum Erfassen des von einem Fahrer bei einer Lenkbewegung des Lenkrades ausgeübten Drehmomentes, umfassend ein in einer Schnittstelle der Lenkspindel an­ geordnetes Torsionsmodul sowie Aufnahmemittel zum Aufnehmen der Relativbewegung der beiden durch das Torsionsmodul voneinander ge­ trennten Lenkspindelabschnitte zueinander bei einer Lenkbewegung.
Weg- und Winkelmeßeinrichtungen werden vielfach zur automatischen Positionierung und Messung in Werkzeugmaschinen und Koordinatenmeßgeräten eingesetzt. Bei solchen optoelektronisch ausgebildeten Meßeinrichtungen ist eine eine Codierung tragende Codescheibe an die Bewegung eines beweglichen Elementes gekoppelt. Ortsfest zu der Codescheibe ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die aus einem Sen­ sorarray, beispielsweise einem Zeilensensor und einer Beleuchtungsein­ richtung zum Beleuchten der Codierung im Bereich der der photosensiti­ ven Oberfläche des Sensorarrays gegenüberliegenden Seite der Code­ scheibe besteht. Die Codierung ist dergestalt konzipiert, daß über den Bewegungsbetrag der Codescheibe hinweg eine Ortserfassung bezüglich der Stellung der Codescheibe zur Sensoreinrichtung möglich ist. Als Co­ dierungen können analoge Codierungen, beispielsweise eine archimedi­ sche Spirale bei einer kreisrunden Codescheibe oder eine Digitalcodie­ rung, etwa aufgebaut nach Art eines Gray-Codes dienen. Das Auflö­ sungsvermögen einer solchen Meßeinrichtung ist unter anderem abhän­ gig von der Feinheit der die Codierung bildenden optischen Strukturen. Eine Abbildung der optischen Strukturen auf der photosensitiven Oberflä­ che des Sensorarrays erfolgt entsprechend der aktuellen Position der Codescheibe zum Sensorarray. Nachteilig ist bei diesen Einrichtungen, daß nur sehr kleine Bewegungsbeträge mit einer solchen Einrichtung nicht oder nur unzureichend aufgelöst werden können.
Kraftfahrzeuge werden mitunter mit einem elektronischen Stabilitätspro­ gramm (ESP-System) und einer elektrischen Lenkunterstützung (EPS- System) ausgerüstet. Zur Bereitstellung der für eine elektrische Lenkraft­ kunterstützung benötigten Kenndaten ist die Lenkspindel zweigeteilt auf­ gebaut, wobei beide Lenkspindelteile durch ein Torsionsmodul miteinan­ der verbunden sind. Dem einen Lenkspindelabschnitt ist eine absolut messende Winkeldetektionseinheit und dem anderen Lenkspindelab­ schnitt ist eine den durch das Torsionsmodul bedingten Winkelversatz aufnehmende relativ messende Winkeldetektionseinheit zugeordnet. Bei­ de Winkeldetektionseinheiten sind zur Auswertung der erfaßten Daten an eine Prozessoreinheit angeschlossen. Das von einem Fahrzeuglenker über das Lenkrad auf den oberen Lenkspindelabschnitt ausgeübte Drehmoment ist direkt durch die relativ messende Winkeldetektionseinheit gegeben. In Abhängigkeit von dem ausgeübten Drehmoment und der Winkelstellung erfolgt dann eine Ansteuerung der elektrischen Lenkkraft­ unterstützungseinrichtung.
Diese vorbekannte Lenkkraftunterstützungseinrichtung vermag zwar die gewünschten und benötigten Kenndaten zu liefern, jedoch muß das ein­ gesetzte Torsionsmodul dergestalt ausgebildet sein, daß auch bei einem kleinen anliegenden Drehmoment eine Relativbewegung zwischen dem lenkradseitigen Lenkspindelabschnitt und dem lenkungsseitigen Spin­ delabschnitt stattgefunden hat, wobei der Bewegungsbetrag der Relativ­ bewegung groß genug sein muß, damit dieser von den Aufnahmemitteln, die zuvor als Winkeldetektionseinheiten angesprochen worden sind, er­ faßt werden kann. Das Torsionsmodul muß daher relativ weich ausgebil­ det sein, so daß sich beim Fahrer mitunter ein schwammiger Lenkein­ druck einstellt. Anstelle des Einsatzes eines relativ weich eingestellten Torsionsmoduls wäre es wünschenswert, ein entsprechend härter ausge­ bildetes einsetzen zu können.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher zum einen die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte gat­ tungsgemäße optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung derge­ stalt weiterzubilden, daß mit dieser auch bei sehr kleinen Bewegungen eine ausreichend hohe Auflösung erzielbar ist, so daß eine solche Meßeinrichtung auch im Rahmen einer Drehmomenterfassung einsetzbar ist.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lenkkraftunterstüt­ zungssystem für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, daß das eingesetzte Torsionsmodul zur Vermeidung eines schwammigen Lenkeindruckes relativ hart ausgebildet sein kann.
Die erst genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sensoreinrichtung eine weitere, in einer zur Ebene der ersten Codeschei­ be parallelen Ebene angeordnete Codescheibe umfaßt, deren Codierung ebenfalls durch die Beleuchtungseinrichtung auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element zugeordnete Codescheibe relativ zu der zweiten Codescheibe bewegbar ist, und daß beide Codescheiben jeweils eine in Bewegungs­ richtung des beweglichen Elements hochfrequente Struktur als Codierung aufweisen und die Strukturen bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen auf dem Sensorarray eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbildung eines Interferenzmusters zur Folge hat.
Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Weg- oder Winkelmeßein­ richtung ist eine zweite Codescheibe vorgesehen, die bezüglich ihrer Ebene parallel zur ersten Codescheibe angeordnet ist. Daher erfolgt eine Abbildung der Codierung einer zweiten Codescheibe ebenfalls auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays. Abgebildet werden daher auf dem Sensorarray gleichseitig die Codierungen beider Codescheiben. Abgebildet wird daher auf dem Sensorarray die Überlagerung der Codie­ rung beider Codescheiben. Bei dieser Winkelmeßeinrichtung ist vorgese­ hen, daß eine Codescheibe relativ zur anderen Codescheibe beweglich ist. Dies kann dadurch realisiert sein, daß eine Codescheibe einem be­ weglichen Element zugeordnet und die andere Codescheibe ortsfest be­ züglich dieser angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die beiden Codescheiben im Rahmen einer Drehmomenterfassungsein­ richtung durch ein Torsionsmodul voneinander getrennt sind, so daß eine Relativbewegung zwischen der einen und der anderen Codescheibe mög­ lich ist. Beide Codescheiben tragen eine jeweils in Bewegungsrichtung des beweglichen Elementes hochfrequente Struktur als Codierung. Als hochfrequente Codierungen können beispielsweise Strichcodes mit äqui­ distant zueinander angeordneten einzelnen Strichen vorgesehen sein. Die Ausrichtung der hochfrequenten Strukturen der beiden Codescheiben sind winklig zueinander angeordnet. Diese winklige Überlagerung der Codie­ rung der einen Codescheibe durch die Codierung der anderen Code­ scheibe auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays hat eine Ortsfrequenzüberlagerung zur Folge, die sich durch ein Hell-Dunkel- Muster ausdrückt. Derartige Muster werden beispielsweise als Moire- Muster bezeichnet. Diese Strukturen bilden sich in Querrichtung zur Be­ wegungsrichtung einer Codescheibe aus und wandern in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der relativ zueinander bewegten Codescheiben. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Wanderungsbetrag einer solchen Hell-Dunkel-Struktur in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der Relativ­ bewegung der beiden Codescheiben zueinander in Abhängigkeit von der Ausbildung der hochfrequenten Strukturen und ihrer Winkelstellung zu­ einander ein Vielfaches des tatsächlichen Bewegungsbetrages betragen kann, den die beiden Codescheiben relativ zueinander bewegt worden sind. Es erfolgt quasi eine Übersetzung oder Transformation, so daß selbst kleinste relative Bewegungsbeträge zwischen den beiden Codescheiben zu einer mit herkömmlichen Mitteln erfaßbaren Bewegung einer solchen Hell-Dunkel-Struktur führt. Daher eignet sich eine solche Meßein­ richtung insbesondere auch zur Verwendung als Drehmomenterfassungs­ einrichtung, wobei eine Codescheibe einem Stellwellenabschnitt und die andere Codescheibe einem anderen Stellwellenabschnitt zugeordnet ist und die beiden Stellwellenabschnitte zueinander tordiert werden.
Eine solche als Drehmomenterfassungseinrichtung konzipierte Meßein­ richtung ist Teil eines erfindungsgemäßen Lenkkraftunterstützungssy­ stems für Kraftfahrzeuge, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Auf­ nahmemittel optoelektronisch arbeitend ausgelegt sind und eine Weg­ meßeinrichtung mit einer der Lenkradseite der Schnittstelle zugeordneten und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt verbundenen ersten Code­ scheibe und mit einer weiteren, in einer zur Ebene der ersten Codeschei­ be parallelen Ebene angeordneten und der Lenkungsseite der Schnitt­ stelle zugeordneten und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt ver­ bundenen zweiten Codescheibe, wobei beide Codescheiben jeweils eine in Drehrichtung der Lenkspindel hochfrequente Struktur als Codierung aufweisen und diese Strukturen bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Win­ kel zueinander angeordnet sind, sowie mit einer zu den Codescheiben ortsfest angeordneten photosensitiven Sensoreinrichtung bestehend aus einem Sensorarray mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der Codescheiben und einer Beleuchtungseinrichtung zum optischen Abbil­ den der durch die hochfrequenten Strukturen gebildeten Codierungen der Codescheiben auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays.
Auch bei diesem Lenkkraftunterstützungssystem wird der zuvor bei der Meßeinrichtung beschriebene Effekt ausgenutzt, so daß durch die Mög­ lichkeit des Erfassens selbst kleinster Relativbewegungen der beiden Codescheiben zueinander in Folge der optischen Übersetzung des Bewe­ gungsbetrages ein sehr viel härter bzw. steifer ausgebildetes Torsionsmo­ dul eingesetzt werden kann. Die Steifigkeit des Torsionsmoduls kann so vorgesehen sein, daß der sich einstellende Lenkeindruck ein solcher ist, der auch bei einer direkten Lenkung ohne Einsatz eines Torsionsmodules feststellbar ist.
Die hochfrequenten Strukturen der beiden Codescheiben können bei­ spielsweise aus äquidistant zueinander angeordneten Strichen bestehen, welche Anordnung zweckmäßig ist, da das sich einstellende Interferenz­ muster je nach Ausgestaltung der Codescheibe eine Gerade oder einen Kreis bildet. Dadurch ist es möglich, die Codescheiben bzw. ihre Struktu­ rierung so zueinander anzuordnen, daß über den gesamten Bewegungs­ betrag des beweglichen Elementes ein Hell-Dunkel-Element der Interfe­ renzstruktur auf demselben photosensitiven Bereich des Sensorarrays abgebildet ist. Insbesondere bei Einsatz einer solchen Meßeinrichtung als Teil eines Lenkkraftunterstützungssystems ist dies zweckmäßig, damit eine detektierte Wanderung einer solchen Hell-Dunkel-Struktur allein auf eine Relativbewegung zwischen den beiden Codescheiben zurückführbar ist. Grundsätzlich kann jedoch auch das Interferenzmuster andere Formen annehmen; dies könnte bei der Auswertung anschließend berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: Eine schematisierte, zum Teil geschnittene Seitenansicht des oberen Bereiches einer Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung für eine elektri­ sche Lenkkraftunterstützung und
Fig. 2: Einen Ausschnitt der übereinanderliegenden Strukturierung der beiden Codescheiben im abgewickelten Zustand aus Blickrichtung der photosensitiven Oberfläche eines Zeilen­ sensors.
Eine Lenkspindel 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges ist in ihrem oberen Bereich zweiteilig ausgebildet und umfaßt einen lenkungs­ seitigen Lenkspindelabschnitt 2 und einen lenkradseitigen Lenkspindelab­ schnitt 3. An dem freien Ende des Lenkspindelabschnittes 3 ist ein Lenk­ rad 4 montiert. Die Lenkspindelabschnitte 2 und 3 sind miteinander durch ein Torsionsmodul 5 verbunden. Das Torsionsmodul 5 ist Teil einer Drehmomenterfassungseinrichtung 6, die im Rahmen eines elektroni­ schen Lenkkraftunterstützungssystems (EPS-System) eingesetzt ist. Über das EPS-System, welches in Fig. 1 schematisiert und mit dem Bezugs­ zeichen 7 wiedergegeben ist, erfolgt eine elektrische Unterstützung der von einem Fahrer über das Lenkrad 4 auf die Lenkspindel 1 ausgeübten Drehmomentes.
Die Drehmomenterfassungseinrichtung 6 umfaßt ferner zwei Codeschei­ ben 8, 9, die transparent ausgebildet eine Codierung tragen. Die Code­ scheibe 8 ist drehfest mit dem Lenkspindelabschnitt 3 und die Codeschei­ be 9 wiederum mit dem Lenkspindelabschnitt 2 verbunden. Damit die Codescheibe 9 möglichst nah an die Codescheibe 8 heranreicht, ist diese über einen topfförmig ausgebildeten Halter 10 an dem Lenkspindelab­ schnitt 2 befestigt. Durch den Halter 10 ist das Torsionsmodul 5 quasi ra­ dial eingefaßt. Der Drehmomenterfassungseinrichtung 6 ist ferner eine Sensoreinrichtung 11 zugehörig bestehend aus einer Beleuchtungsein­ richtung 12 und einem Zeilensensor 13, dessen Längserstreckung radial zur Lenkspindel 1 angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 12 be­ leuchtet die Unterseiten der beiden Codescheiben 8, 9, damit deren Co­ dierungen auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 13 ab­ gebildet werden.
Die Codescheibe 8 umfaßt zwei radial nebeneinander angeordnete Code­ bereiche 8a, 8b, wobei der innere Codebereich 8a zusammen mit der Co­ dierung der Codescheibe 9 einer Drehmomenterfassung und der Codebe­ reich 8b einer Lenkwinkelsensorik dient.
Durch das Torsionsmodul 5 getrennt ist zwischen den beiden Lenkspin­ delabschnitten 2, 3 eine Relativbewegung möglich, wenn beispielsweise von einem Fahrer über das Lenkrad 4 auf den Lenkspindelabschnitt 3 ein Drehmoment ausgeübt wird.
Der Ausgang des Zeilensensors 13 beaufschlagt einen Microcontroller 14 zur Auswertung der Ausgangsdaten der einzelnen Wandlerelemente für eine Drehmomenterfassung. In Abhängigkeit von dem erfaßten Drehmo­ ment wird durch den Microcontroller 14 das EPS-System 7 zum Bereit­ stellen der jeweiligen Lenkunterstützung angesteuert.
In einem abgewickelten Ausschnitt sind in Fig. 2 die Codescheibe 9 so­ wie der Codebereich 8a der Codescheibe 8 aus Blickrichtung der photo­ sensitiven Oberfläche des Zeilensensors 13 wiedergegeben. Sowohl die Codescheibe 9 als auch der Codebereich 8b der Codescheibe 8 trägt als Strukturierung eine hochfrequente Strichstruktur S1 bzw. S2, die durch jeweils äquidistant zueinander angeordnete Striche gleicher Dicke gebildet ist. Die beiden Strichstrukturen S1, S2 der Codescheibe 9 bzw. des Code­ bereiches 8a sind in einem Ausschnitt oberhalb der tatsächlich überein­ ander liegenden Strukturen S1., S2 wiedergegeben. Durch die Überlage­ rung der hochfrequenten Strukturen stellt sich eine Frequenzüberlagerung unter Ausbildung eines Interferenzmusters I ein. Das Interferenzmuster I ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wechselfolge von Hell-Dunkel-Bereichen, die sich parallel zur Drehrichtung der Lenk­ spindel - durch den unteren Doppelpfeil angedeutet - erstreckt. Bei dem Interferenzmuster I sind die hellen Bereiche mit IH und die dunklen Berei­ che mit 10 gekennzeichnet.
Diese Anordnung der Hell-Dunkel-Bereiche wird bei einer Drehung der Lenkspindel insgesamt jeweils auf gleichen Bereichen der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 3 abgebildet. Erfolgt jedoch eine Relativ­ bewegung zwischen den beiden Codescheiben 8, 9, beispielsweise da­ durch, daß ein Fahrer über das Lenkrad 4 auf den Lenkspindelabschnitt 3 ein Drehmoment ausübt und dieses infolge des Torsionsmodules 5 quasi verzögert auf den Lenkspindelabschnitt 2 übertragen wird, wandern die Dunkelbereiche 10 des Interferenzmusters I in Abhängigkeit von der Rich­ tung des ausgeübten Drehmomentes nach innen bzw. nach außen und somit in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der Codescheiben 8, 9. Die Strichcodierung S1, S2 der beide Codescheiben 8, 9 bzw. des Codeberei­ ches 8a ist dergestalt ausgebildet und in einem solchen Winkel zueinan­ der angeordnet, daß der Bewegungsbetrag der Dunkelbereiche ID bei ei­ ner Relativbewegung der beiden Codescheiben 8, 9 zueinander ein Viel­ faches desjenigen Betrages beträgt, den die beiden Codescheiben 8, 9 tatsächlich gegeneinander bewegt worden sind. Auf diese Weise können mit herkömmlichen Mitteln selbst kleinste Bewegungsbeträge erfaßt wer­ den. Infolge dessen kann das Torsionsmodul 5 so steif ausgebildet sein, daß der sich einstellende Lenkeindruck quasi dem einer direkten Lenkung entspricht.
Der Codebereich 8b der Codescheibe 8 trägt die Codierung für eine Lenkwinkelbestimmung, so daß die Sensoreinrichtung 11 nicht nur einer Drehmomenterfassung dient, sondern auch zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels bzw. Lenkradeinschlages.
Der Lenkwinkel wird bei Kraftfahrzeugen benötigt, um mit diesem Wert etwa ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) beaufschlagen zu können. Ein solches System erhält neben den genannten Lenkwinkel­ werten weitere Meßdaten, etwa die Raddrehzahl oder die Drehung des Kraftfahrzeuges um seine Hochachse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkgeschwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausgewertet und zum Steuern von Aktoren, bei­ spielsweise der Bremsen und/oder des Motormanagements umgesetzt werden können.
Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß die beanspruchte Meßeinrichtung, die zuvor im Zusammenhang mit einem Lenkkraftunter­ stützungssystem beschrieben worden ist, sich für eine Vielzahl von An­ wendungen eignet, insbesondere für solche, bei denen es um die Erfas­ sung kleiner Bewegungsbeträge geht. Durch die optische Übersetzung werden die kleinen Bewegungen in größere, mit herkömmlichen Mitteln in ausreichend hoher Genauigkeit erfaßbare Bewegungsbeträge transpo­ niert. Das Erfassen der Flanken der Hell-Dunkel-Bereiche kann durch ent­ sprechende Algorythmen erfolgen, wobei auch solche Algorythmen einge­ setzt werden können, die eine subpixelgenaue Erfassung erlauben.
Bezugszeichenliste Zusammenstellung der Bezugszeichen
1
Lenkspindel
2
Lenkspindelabschnitt
3
Lenkspindelabschnitt
4
Lenkrad
5
Torsionsmodul
6
Drehmomenterfassungseinrichtung
7
EPS-System
8
Codescheibe
8
a Codebereich
8
b Codebereich
9
Codescheibe
10
Halter
11
Sensoreinrichtung
12
Beleuchtungseinrichtung
13
Zeilensensor
14
Mikrocontroller
I Interferenzmuster
IH
helle Bereiche des Interferenzmusters
ID
dunkle Bereiche des Interferenzmusters
S1
, S2
hochfrequente Struktur

Claims (10)

1. Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung bestehend aus einer an einem beweglichen Element (3) angeordneten Code­ scheibe (8) und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosensiti­ ven Sensoreinrichtung (11) bestehend aus einem Sensorarray (13) mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der Codeschei­ be (8) und einer Beleuchtungseinrichtung (12) zum optischen Ab­ bilden der Codierung der Codescheibe (8) auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (11) eine weitere, in einer zur Ebene der er­ sten Codescheibe (8) parallelen Ebene angeordnete Codescheibe (9) umfaßt, deren Codierung ebenfalls durch die Beleuchtungsein­ richtung (12) auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13) abgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element zugeord­ nete Codescheibe (8) relativ zu der zweiten Codescheibe (9) be­ wegbar ist, und daß beide Codescheiben (8, 9) jeweils eine in Be­ wegungsrichtung des beweglichen Elements (8) hochfrequente Struktur (S1, S2) als Codierung aufweisen und die Strukturen (S1, S2) bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander ange­ ordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen (S1, S2) auf dem Sensorarray (13) eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbil­ dung eines Interferenzmusters zur Folge hat.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierungen der beiden Codescheiben hochfrequente Strich­ strukturen (S1, S2) aufgebaut aus äquidistant angeordneten Stri­ chen sind, die dergestalt zur photosenitiven Oberfläche des Sen­ sorarrays (13) ausgerichtet sind, daß das sich durch die Frequenz­ überlagerung einstellende Interferenzmuster (I) bei nicht stattfin­ dender Relativbewegung zwischen den beiden Codescheiben (8, 9) über den gesamten Bewegungsbetrag der dem beweglichen Element (3) zugeordneten Codescheibe (8) auf den gleichen pho­ tosensitiven Bereichen des Sensorarrays (13) abgebildet sind.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (S1, S2) der Codescheiben (8, 9) sich über 360° erstrecken.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hochfrequenten Strukturen (S1, S2) der bei­ den Codescheiben (8, 9) identische Strukturen (S1, S2) sind.
5. Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung (6) zum Erfassen eines auf das bewegliche Element (3) ausgeübten Drehmomentes ausgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element (3) zugeordnete Code­ scheibe (8) drehfest mit einem als beweglichem Element dienen­ den Stellwellenabschnitt verbunden ist, während die zweite Code­ scheibe (9) drehfest mit einem weiteren Stellwellenabschnitt (2) verbunden ist und die beiden Stellwellenabschnitte (2, 3) tordierbar miteinander verbunden sind.
6. Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung (6) zum Erfassen des von ei­ nem Fahrer bei einer Lenkbewegung des Lenkrades (4) ausgeüb­ ten Drehmomentes, umfassend ein in einer Schnittstelle der Lenk­ spindel (1) angeordnetes Torsionsmodul (5) sowie Aufnahmemittel zum Aufnehmen der Relativbewegung der beiden durch das Torsi­ onsmodul (5) voneinander getrennten Lenkspindelabschnitte (2, 3) zueinander bei einer Lenkbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmemittel optoelektronisch arbeitend ausgelegt sind und eine Wegmeßeinrichtung mit einer der Lenkradseite der Schnittstelle zugeordneten und drehfest mit diesem Lenkspin­ delabschnitt (3) verbundenen ersten Codescheibe (8) und mit einer weiteren, in einer zur Ebene der ersten Codescheibe (8) parallelen Ebene angeordneten und der Lenkungsseite der Schnittstelle zu­ geordneten und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt (2) ver­ bundenen zweiten Codescheibe (9), wobei beide Codescheiben (8, 9) jeweils eine in Drehrichtung der Lenkspindel (1) hochfrequente Struktur (S1, S2) als Codierung aufweisen und diese Strukturen be­ züglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind, sowie mit einer zu den Codescheiben (8, 9) ortsfest angeord­ neten photosensitiven Sensoreinrichtung bestehend aus einem Sensorarray (13) mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrich­ tung der Codescheiben (8, 9) und einer Beleuchtungseinrichtung (12) zum optischen Abbilden der durch die hochfrequenten Struktu­ ren (S1, S2) gebildeten Codierungen der Codescheiben (8, 9) auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13).
7. Lenkkraftunterstützungssystem nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Codierungen der beiden Codescheiben hochfrequente Strichstrukturen (S1, S2) aufgebaut aus äquidistant angeordneten Strichen sind, die dergestalt zur photosenitiven Oberfläche des Sensorarrays (13) ausgerichtet sind, daß das sich durch die Frequenzüberlagerung einstellende Interferenzmuster (I) bei nicht stattfindender Relativbewegung zwischen den beiden Codescheiben (8, 9) über den gesamten Bewegungsbetrag der Lenkspindel (1) auf den gleichen photosensitiven Bereichen des Sensorarrays (13) abgebildet sind.
8. Lenkkraftunterstützungssystem nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hochfrequenten Strukturen (S1, S2) der bei­ den Codescheiben (8, 9) identische Strukturen sind.
9. Lenkkraftunterstützungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Codescheiben (9) über einen topfartig ausgebildeten Halter (10), das Torsionsmodul (5) radial einschließend mit dem dieser Codescheibe (9) zugeord­ neten Lenkspindelabschnitt (2) verbunden ist.
10. Lenkkraftunterstützungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13) näher liegende Codescheibe (8) neben der hochfrequenten Struktur (S. ) für die Drehmomenterfassung eine Lenkwinkelcodierung trägt und das Sensorarray (13) sowie die Be­ leuchtungeinrichtung (12) so ausgebildet und zueinander angeord­ net sind, daß beide Codierungen dieser Codescheibe auf der pho­ tosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13) abbildbar sind.
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