DE10041095A1 - Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers und/oder des auf ihn wirkenden Drehmoments - Google Patents
Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers und/oder des auf ihn wirkenden DrehmomentsInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Messung eines Winkels und/oder eines Drehmomentes an einem drehbaren Körper vorgeschlagen, wobei der Drehwinkel mittels magnetischen oder optischen Sensoren erfasst wird. Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Einrichtungen (7, 8) vorgeschlagen, die jeweils zwei optisch lesbare Codespuren aufweisen. Die beiden Codespuren (1a, 1b bzw. 2a, 2b) einer Einrichtung (7 bzw. 8) sind gleichartig ausgebildet und gegeneinander versetzt angeordnet, so dass zugeordnete Sensoren (4) ein digitales Signal ausgeben. Aus dem Versatz der beiden digitalen Signale wird der Drehwinkel berechnet. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, zwischen den beiden Einrichtungen (7, 8) ein Torsionselement (5) mit einer bekannten Torsionssteifigkeit anzuordnen. Aus dem Differenzwinkel der beiden Einrichtungen (7, 8) lässt sich somit auch ein von dem drehbaren Körper (3) übertragenes Drehmoment berechnen. Die Vorrichtung wird vorzugsweise in der Lenkachse eines Kraftfahrzeugs verwendet.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur
Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines
drehbaren Körpers, und insbesondere eine Vorrichtung zur
Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines
drehbaren Körpers und/oder des auf ihn wirkenden
Drehmoments.
Für viele Systeme, z. B. im Kfz-Bereich, ist eine sehr exakte
Bestimmung eines Drehwinkels nötig. Eine spezifische
Anwendung für solch eine Vorrichtung ist ein
Lenkradwinkelgeber, wobei enorme Sicherheitsanforderungen
bestehen.
Aus der DE-A-195 06 938 der Anmelderin ist eine Vorrichtung
zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit
des drehbaren Körpers, insbesondere eines um mehr als 360°
drehbaren Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1,
bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind die ersten und
zweiten Einrichtungen jeweils durch ein Zahnrad mit
zugeordnetem Winkelsensor gebildet, wobei die beiden
Zahnräder bei unterschiedlicher Zähnezahl mit einem Zahnrad
in Eingriff stehen, welches an der Lenkradwelle montiert
ist. Anhand eines modifizierten Noniusverfahrens kann somit
der Winkel der Lenkachse aus der vorliegenden bestehenden
Winkel- und/oder Phasendifferenz der zwei Zahnräder
ermittelt werden. Diese Vorrichtung bietet somit den
Vorteil, daß Mehrfachumdrehungen erfasst werden können, ist
jedoch dahingehend nachteilig, dass die Erfassung unter
Zwischenschaltung von Zahnrädern und somit nicht
berührungslos erfolgt. Ferner ist der erforderliche Bauraum
für solch eine Vorrichtung relativ hoch, so dass eine
Integration, insbesondere an der Lenkachse, an der auch die
Multi-Funktionsschalter untergebracht sind, nur schwer
möglich ist. Schließlich ist zur Erfassung der einzelnen
Drehwinkel eine aufwendige Auswertung unter Verwendung eines
Arkus-Tangensverfahrens erforderlich.
Es sind ferner diverse Winkelsensoren bekannt, die auf einer
berührungslosen Erfassung basieren. Diese sind jedoch
generell nicht dazu geeignet, Winkel sehr genau zu erfassen.
Auch diese Vorrichtungen und Verfahren erfordern aufwendige
Auswerteschaltungen und Algorithmen oder verfügen alternativ
über eine unzureichende Genauigkeit bzw. einen
unzureichenden Meßbereich, wenn z. B. die Vorrichtung
lediglich für kleine Winkel geeignet ist.
Es besteht daher Bedarf für eine verbesserte Vorrichtung zur
Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines
drehbaren Körpers und des auf ihn wirkenden Drehmoments. Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
gattungsgemäße Vorrichtung, wie aus der DE-A-195 06 938
bekannt, mit zumindest ersten und zweiten Einrichtungen, die
ansprechend auf eine Drehung des Körpers unterschiedliche
Signale an eine Auswerteschaltung ausgeben, in solch einer
Weise weiterzubilden, dass sie nur einen geringen Bauraum
einnimmt, eine einfache Auswertung und Bestimmung des
Winkels ermöglicht, wobei die Erfassung insgesamt
berührungslos erfolgen sollte.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen
definiert.
Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass bei der
gattungsgemäßen Vorrichtung jeweils dem drehbaren Körper und
einem ortsfesten Teil der Vorrichtung als Bestandteil jeder
Einrichtung eine felderzeugende und/oder -verändernde bzw.
eine auf das Feld ansprechende Anordnung zugeordnet ist. In
dieser Weise stellt jede der Einrichtungen, die in
unterschiedlicher Weise auf eine Drehung des Körpers
ansprechen, ein Ausgangssignal bereit, welches berührungslos
erfaßt werden kann. Nachdem die Winkelmessung direkt an dem
drehbaren Körper erfolgt, kann der Fehlereinfluß, bedingt
durch die Toleranzen von bisher verwendeten Zahnrädern,
vermieden werden. Verschleißfreier und geräuscharmer Betrieb
ist vorteilhaft.
Vorteilhafterweise kann die auf das Feld ansprechende
Anordnung eine felderzeugende und/oder -verändernde
Anordnung enthalten, wodurch es möglich ist, die sich
wechselseitig beeinflussenden oder beeinflußten Felder
auszuwerten, um zu dem zu erfassenden Drehwinkel zu
gelangen.
Um eine Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen des
Abstandes zwischen den Bestandteilen der Vorrichtungen zu
erzielen, ist es bevorzugt, dass zumindest ein
Feldflußleitelement vorgesehen ist, insbesondere zur Bildung
geschlossener Feldlinien. Auf diese Weise lassen sich
außerdem Toleranzen und zeitlich bedingte Veränderungen der
Felder einfacher handhaben, so ist z. B. die Polbreite bei
der Verwendung von Magneten unkritischer.
Vorteilhafterweise stellt zumindest eine der felderzeugenden
und/oder -verändernden Anordnungen ein sich periodisch
veränderndes Feld, insbesondere ein elektrisches und/oder
Magnetfeld bereit. Durch ein sich periodisch veränderndes
Feld kann die Erfassungsgenauigkeit bei entsprechender
Ausbildung der Sensoren erhöht werden, wobei insbesondere
auch minimale Winkelschritte durch ein sich periodisch
veränderndes Magnetfeld genauer bestimmt werden können.
Generell wächst die Genauigkeit mit der Polpaarzahl.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der
felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen peripher
umlaufend bezüglich dem drehbaren Körper ausgebildet,
insbesondere an diesem festgelegt oder in diesem integriert.
Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht eine
Vorrichtung, die lediglich minimale Raumanforderungen
stellt, so dass sie einfach als Lenkwinkelgeber eingesetzt
werden kann.
Zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden
Anordnungen kann ein radiales Feld, z. B. Magnetfeld,
elektrisches Feld oder auch ein Elektromagnetfeld bilden.
In diesem Fall könnten die Sensoren radial bezüglich des
sich drehenden Körpers vorgesehen sein.
Alternativ ist es auch möglich, dass zumindest eine der
felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen ein
axiales Feld bildet, wobei eine entsprechende Positionierung
der Erfassungssensoren vorzunehmen ist.
Vorteilhafterweise sind zumindest zwei felderzeugende
und/oder -verändernde Anordnungen vorgesehen, die
unterschiedliche Felder bilden, insbesondere eine
unterschiedliche Feldpolzahl definierend, wobei diese
insbesondere um eins unterschiedlich sein kann. Durch das
Bereitstellen von zwei felderzeugenden und/oder -
verändernden Anordnungen kann eine vollständige Entkopplung
erfolgen, insbesondere wenn zwei separate
Erfassungsanordnungen an entsprechenden Orten ausgebildet
sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der
felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen als
Multi-Polrad bzw. Multi-Polring ausgebildet. Ein Multi-
Polrad oder -Ring ist eine Anordnung aus Polen, die inverse
Pole alternierend aufweisen oder auch felderzeugende und
nichtfelderzeugende bzw. feldbeeinflussende und
nichtfeldbeeinflussende Abschnitte abwechselnd enthalten.
Die feldverändernde Anordnung kann vorteilhafterweise die
Form einer Stanz-, Schlitz- oder Lochscheibe bzw. eines
Stanz-, Schlitz- oder Lochringes annehmen, abhängig davon,
ob radiale oder axiale Felder verwendet werden.
Damit jede der Einrichtungen ein möglichst einfach
auszuwertendes, möglichst lineares Ausgangssignal
bereitstellt, kann zumindest eine der auf das Feld
ansprechenden Anordnungen zumindest zwei Feldsensoren, die
sinus- oder asinusförmige Ausgangssignale liefern enthalten,
insbesondere um eine Viertelperiode des durch die
entsprechende felderzeugende und/oder -verändernde Anordnung
gebildeten periodischen Feldes beabstandet. Wie vorangehend
kann es sich bei dem Feld um ein elektrisches Feld, ein
Magnetfeld oder auch ein beliebiges elektromagnetisches Feld
handeln.
Vorteilhafterweise sind die Sensoren in diesem Fall in einer
Brückenschaltung, insbesondere einer Wheatstoneschen-
Brückenschaltung verschaltet und geben ihre Signale an diese
ab. Durch die Brückenschaltung kann eine Differenzbildung
erzielt werden, wobei die Verwendung von Elementen mit
linearer Kennlinie zusätzlich dazu führt, dass der
ausgegebene jeweilige Winkelwert direkt ohne Verwendung
eines komplexen Arkus-Tangensverfahrens ermittelt werden
kann.
Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform ist jeder
Sensor einer Einrichtung in einer Teilbrückenschaltung,
insbesondere einer Halbbrücke der Brückenschaltung,
verschaltet.
Schließlich ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung als Lenkradwinkelgeber verwendet wird, wobei
zumindest zwei felderzeugende und/oder -verändernde
Anordnungen als Feldpolcodespuren, insbesondere magnetische
Codespuren, der Lenkwelle zugeordnet sind.
Als erfindungswesentlich für die Messung eines Winkels
und/oder eines Drehmomentes wird eine alternative
Ausführungsform vorgesehen, die mit Hilfe von ersten und
zweiten optischen Einrichtungen einen Drehwinkel gegenüber
den feststehenden Sensoren erfasst. Als besonders
vorteilhaft wird angesehen, dass die optischen Einrichtungen
an dem drehbaren Körper, in diesem Fall der Lenkachse eines
Kraftfahrzeugs, angebracht sind. Die beiden Einrichtungen
weisen im Wesentlichen zwei optisch abtastbare Codespuren
auf, wobei jeder Codespur ein optischer Sensor zugeordnet
ist. Die optische Abtastung hat den Vorteil, dass die
Lichtstrahlen einfacher erfassbar sind und von
elektromagnetischen Störfeldern nicht beeinflusst werden
können. Zudem lässt sich das optisch abgetastete Signal
mittels eines Fotosensors sehr einfach in ein elektrisches
Signal umwandeln. Auch ist vorteilhaft, dass durch die
optische Abtastung ein digitales Ausgangssignal erreicht
wird, aus dem sich Winkel oder Winkeländerungen mit hoher
Genauigkeit und großer Unempfindlichkeit gegenüber
Verschmutzungen bestimmen lassen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung
möglich. Insbesondere wird durch eine Vielzahl von optisch
erkennbaren Markierungen das Codesignal in digitaler und
gleichförmiger Form erfasst, so dass durch einfachen
Phasenvergleich zwischen zugeordneten Codespuren der
Drehwinkel bestimmbar ist.
Günstig ist auch, dass die Felder der Markierungen bezüglich
ihrer Lichtintensität, Farbe und/oder Größe unterscheidbar
sind. Insbesondere bei angrenzenden Hell-Dunkelfeldern
ergeben sich eindeutige Hell-Dunkel-Übergänge, die aufgrund
des steilen Spannungssprunges des elektrischen Signales
erkennbar sind. Dadurch ergibt sich eine eindeutige
Abgrenzung, die weitgehend störsicher ist.
Der Kontrast zwischen den Hell-Dunkelfeldern bzw. an den
Hell-Dunkel-Übergängen lässt sich noch dadurch verbessern,
dass die Markierungen mittels eines Leuchtkörpers
angestrahlt werden. Dies ergibt insbesondere bei gleichartig
ausgebildeten Spuren einer Einrichtung zwei unterschiedliche
Signalfolgen, die eine besonders einfache Winkelbestimmung,
beispielsweise mit Hilfe eines klassischen oder
modifizierten Nonius-Verfahrens ermöglicht. Dazu wird
vorteilhaft die Anzahl der Markierungen von benachbarten
Spuren einer Einrichtung unterschiedlich gewählt, um eine
über den Umfang der Drehachse veränderbare
Phasenverschiebung zu erreichen.
Bei geeigneter Wahl der Anzahl der Markierungen einer Spur
als auch durch eine entsprechende Ausbildung der
Markierungen lässt sich das Nonius-, insbesondere das
modifizierte Nonius-Verfahren zur Winkelbestimmung anwenden.
Die Messgenauigkeit wird vorteilhaft dadurch erhöht, dass
die Ergebnisse der Messungen aus den Codespuren erneut mit
dem modifizierten Nonius-Verfahren korrigiert werden.
In solchen Fällen, in denen auch ein Drehmoment bestimmt
werden soll, wird zwischen den beiden Einrichtungen ein
Torsionselement mit bekannter Torsionssteifigkeit verwendet.
Werden dann sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten
Einrichtung die Drehwinkel gemessen, dann kann aus der
Differenz der beiden Winkel und der bekannten
Torsionssteifigkeit das Drehmoment vorteilhaft bestimmt
werden. Auf diese Weise sind mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung zwei Parameter gleichzeitig messbar.
Vorzugsweise werden die Markierungen der beiden
Einrichtungen so gewählt, dass auf die jeweiligen
Messergebnisse das klassische oder modifizierte
Noniusverfahren erneut angewendet weden kann. Damit erhöht
sich die Meßgenauigkeit und/oder der Meßbereich der
Einrichtung, ohne dass weitere Einrichtungen erforderlich
sind.
Um die optischen Einrichtungen gegen mögliche
Verschmutzungsgefahren im Kraftfahrzeug zu sichern,
erscheint eine umschließende Kapselung für die Vorrichtung
als besonders vorteilhaft.
Eine vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung wird bei einer
Lenkachse eines Kraftfahrzeugs gesehen, um den Drehwinkel
und/oder das Drehmoment zu messen. Diese Größen können für
weitere Fahrzeugfunktionen genutzt werden, die
beispielsweise für die Bestimmung der dynamischen
Fahrzeugstabilität, zur Unterstützung der Lenkkraft und/oder
der Navigation benötigt werden.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass mit der
erfindungsgemäßen Lösung eine einfache Erfassung von Winkeln
und/oder Winkelgeschwindigkeiten eines drehbaren Körpers
gegeben ist, welche auch eine Drehmomentmessung umfasst,
wobei die Auswerteschaltung einfach konzipiert sein kann und
der erforderliche Bauraum zur Implementierung der
Vorrichtung sehr gering ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der folgenden rein beispielhaften
Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen, wobei
die Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erfolgt.
Fig. 1 zeigt einen Lenkradwinkelgeber gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
in systematischer Aufsicht (Fig. 1A), in einer
tangentialen Schnittansicht (Fig. 1B) und in
radialen Schnittansichten bei unterschiedlichen
winkelmäßigen Positionen (Fig. 1C und 1D)
Fig. 2 zeigt eine Variante zu der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform in entsprechender Darstellung,
wobei anstelle der in Fig. 1 verwendeten
felderzeugenden Einrichtungen feldverändernde
Einrichtungen implementiert sind.
Fig. 3 zeigt noch eine weitere
Lenkradwinkelgebervorrichtung als dritte
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei welcher ein radiales Feld statt
dem in den Fig. 1 und 2 verwendeten axialen
Feld zum Einsatz kommt.
Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante zu Fig. 3, wobei
wie bei Fig. 2, feldverändernde Einrichtungen
statt felderzeugende Einrichtungen zum Einsatz
kommen.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante zur Fig.
3, in unterschiedlichen Winkelpositionen (Fig.
5A, Fig. 5B), wobei eine felderzeugende
Anordnung als feldverändernde Anordnung dient.
Fig. 6 stellt schematisch die Positionserfassung bei
der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform unter
Verwendung von Feldflußleitelementen dar.
Fig. 7 stellt eine Ausführungsform eines kombinierten
Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors (schematisch) dar.
Fig. 8 stellt eine weitere Ausführungsform eines
kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors
(schematisch) dar.
Fig. 9 zeigt verschiedene Bauformen der Sensoren nach
Fig. 7 oder 8, wobei auch mehrere Sensoren pro
Magnetspur zwecks Mittelung vorhanden sein
können.
Fig. 10 zeigt die Auswertung der Signale eines
kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors.
Fig. 11 zeigt eine optische Vorrichtung mit zwei
übereinander angeordneten optischen
Einrichtungen mit jeweils zwei Codespuren und
vier Sensoren.
In der folgenden Beschreibung wird maßgeblich auf
ausschließlich Magnetfelder und bei der in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsform auf ein elektrisches Feld Bezug genommen;
der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass auch beliebige
Kombinationen, d. h. beliebige elektromagnetische Felder zum
Einsatz kommen können. Beispielhaft könnten als Feldpole
statt Magneten Leuchtdioden verwendet werden, deren
emittiertes Feld mittels entsprechender optoelektronischer
Sensoren erfasst werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform umfasst eine an
der Lenkachse 10 montierte Scheibe, an der Codespuren 20, 22
vorgesehen sind. Jede der Codespuren 20, 22 umfasst eine
Vielzahl von alternierend angeordneten Permanentmagneten,
wie es durch die Pfeile mit unterschiedlicher Ausrichtung
angedeutet ist. Die beiden Codespuren 20, 22 verfügen über
eine unterschiedliche Aufteilung, wobei besonders
vorteilhaft eine möglichst geringe Differenz vorliegen
sollte, wie z. B. ein Unterschied von lediglich einem
Polpaar. In der gezeigten Ausführungsform enthält eine der
Spuren 20, 22 eine Teilung von n-Polpaaren, während die
andere Teilung von n + 1-Polpaarien umfasst. Bei einer Drehung
des drehbaren Körpers 10, hier der Lenkachse, werden bei der
gezeigten Ausführungsform somit die Codespuren 20, 22 um
einen entsprechenden Winkel verdreht. An einem ortsfesten
Teil der Vorrichtung sind über jeder der Codespuren 20, 22
Sensoranordnungen 12 und 14 bereitgestellt. Durch die
Sensoranordnung 12, 14 kann somit die relative Position der
darunterliegenden Magnetcodespur 20 bzw. 22 erfasst werden.
Die abtastenden Sensorelemente können übliche Sinus-
/Cosinus-Signale erzeugende Messelemente, z. B. AMR-, GMR-
Hallsensoren sein. Der Auswertealgorithmus kann nach dem
Arcus-Tangens-Verfahren erfolgen.
Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst jede der
Sensoranordnungen 12, 14 zwei Sensoren 12a, 12b bzw. 14a,
14b. Die jeweilig paarweise vorgesehenen Sensoren 12a und
12b bzw. 14a und 14b sind vorteilhafterweise um eine
Viertel- oder Achtel-Periode des durch die Codespuren 20, 22
gebildeten sich periodisch verändernden Magnetfeldes
beabstandet. Ein solcher Abstand ermöglicht es, die Sensoren
jeweils als Halbbrücke einer Wheatstoneschen-
Brückenschaltung zu schalten, so dass eine einfache
Auswerteschaltung realisiert werden kann, da einerseits eine
Differentsbildung erfolgt, und andererseits bei Verwendung
von Elementen mit im wesentlichen linearer Kennlinie ein
unmittelbar auswertbares annähernd lineares Winkelsignal
bereitgestellt wird.
Die somit erfassten winkelmäßigen Positionen können
miteinander in Bezug gesetzt werden, so dass sich unter
Verwendung des allgemein bekannten Noniusverfahrens oder
besser unter Verwendung eines modifizierten Nonius-
Verfahrens oder einer Kombination beider Verfahren der reale
Winkel des drehbaren Körpers 10 bestimmt werden kann. In der
Druckschrift DE-A-195 06 938 ist das erweiterte
Noniusverfahren beschrieben, so dass dieses Verfahren nicht
näher erläutert werden muß.
Obwohl an der gezeigten Ausführungsform sich die
felderzeugenden Teile einer jeweiligen Einrichtung bewegen,
wird der Fachmann erkennen, dass eine entsprechende Umkehr
ebenfalls denkbar ist, bei welcher die Sensoranordnungen
sich mit dem drehbaren Körper bewegen, während die
Codespuren ortsfest umlaufend bezüglich des drehbaren
Körpers vorgesehen sind.
Die insbesondere vorteilhafte Beabstandung zwischen zwei
Sensoren 12a, 12b bzw. 14a, 14b lässt sich im Detail aus der
Tangential-Schnittansicht von Fig. 1B erkennen.
Schließlich ist es aus den Schnittansichten der Fig. 1C
und D zu erkennen, wie die jeweiligen Codespuren bei
unterschiedlichen Positionen bezüglich der Sensoranordnungen
bei unterschiedlichen Winkeln des sich drehenden Körpers
vorliegen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird
anstelle der Magnetspuren eine feldverändernde Einrichtung
verwendet, die ebenfalls Codespuren 24, 26 definiert. Die
Wirkungsweise und der generelle Aufbau ist ähnlich zu Fig.
1, so dass eine wiederholte Beschreibung hier nicht erfolgen
soll. Es ist jedoch zu erwähnen, dass in der gezeigten
Ausführungsform ein ortsfester Permanentmagnet 28 unterhalb
der Scheibe positioniert ist, die sich mit dem drehbaren
Körper 10 bewegt und Codespuren 24, 26 enthält. In der
gezeigten Ausführungsform sind die Codespuren durch einfache
Aussparungen ausgebildet, der Fachmann sollte jedoch
erkennen, dass hier verschiedenste Möglichkeiten zum Einsatz
kommen können. So wäre es z. B. denkbar, statt der einfachen
Aussparungen Bereiche mit einer unterschiedlichen
magnetischen Permeabilität vorzusehen. Bei Verwendung
anderer als magnetischer Felder wäre eine entsprechende
Ausgestaltung unter Berücksichtigung unterschiedlicher
dielektrischer Eigenschaften, optischer Eigenschaften oder
kombinierter dielektrischer und magnetischer
Permeabilitätseigenschaften denkbar.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die
Codespuren 20, 22 nicht an einer Scheibe angeordnet, sondern
vielmehr unmittelbar in die Lenkachse 10 eingelassen sind.
Somit stellen die Codespuren ein sich radial periodisch
veränderndes Feld, z. B. Magnetfeld, bereit, welches durch
entsprechend angeordnete Sensoranordnungen 12, 14 erfasst
werden kann. Die Auswertung erfolgt wie bei den
vorangegangenen Ausführungsformen unter Verwendung des
Nonius-Verfahrens, so dass die vorliegende Phasendifferenz
zwischen den Erfassungssignalen zur Bestimmung des
Gesamtdrehwinkels der Lenkachse verwendet werden kann. Auch
bei derer Ausgestaltung umfasst jede Sensoranordnung 12, 14
zwei Sensoren, die um eine Viertelperiode λ/4 des sich
verändernden Feldes beabstandet sind, um eine einfache
Auswertung zu ermöglichen.
In Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche im
wesentlichen die Prinzipien der in den Fig. 2 und 3
dargestellten Ausführungsformen kombiniert. Bei dieser
Ausführungsform ist der sich drehende Körper 10 als hohler
Tubus ausgebildet, in dessen Mitte als felderzeugende
Einrichtung ein einfacher stromführender Draht oder auch ein
Lichtwellenleiter angeordnet sein kann. Der sich drehende
Körper 10 enthält zwei mit Aussparungen versehene Ringe, die
wie vorangehend Codespuren 24, 26, bilden. Wie bei den
anderen bisher beschriebenen Ausführungsformen sollte jeder
der Codespuren eine unterschiedliche Aufteilung aufweisen,
insbesondere eine Aufteilung, die um eins differiert, d. h.
eine der Codespuren sollte eine Anzahl von n-Öffnungen
aufweisen, während die andere eine Anzahl von n + 1-
Aussparungen aufweist. Die Sensoren sind entsprechend der
Ausführungsform von Fig. 3 angeordnet, um bei einer Drehung
des sich drehenden Körpers 10 das sich jeweils verändernde
Feld oberhalb einer jeweiligen Spur 24, 26 zu erfassen. Wie
üblich wird mittels einer Auswerteschaltung und unter
Anwendung des Nonius-Verfahrens aus der Differenz,
insbesondere Phasendifferenz der zwei Signale, der gesamte
Drehwinkel erfasst.
In den Fig. 5a und 5b ist schematisch eine der ersten und
zweiten Einrichtungen dargestellt, die ansprechend auf die
Drehung des Körpers 10 unterschiedliche Signale an eine
nicht dargestellte Auswerteschaltung ausgeben. Bei der hier
dargestellten Ausführungsform werden ähnlich wie bei der in
Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ringartige
Magnetmultipolräder 20, 22 und 24, 26 verwendet, wobei der
innere Multipolring, wie bei den vorangegangenen
Ausführungsformen mit dem sich drehenden Körper 10 verbunden
ist. Der äußere Magnetpolring 24, 26 ist drehbar bezüglich
dem drehbaren Körper 10 und dem inneren Magnetpolring 20, 22
ausgebildet, so dass eine sich periodisch verändernde
wechselseitige Beeinflussung der jeweiligen gebildeten
Felder resultiert. Bei der in Fig. 5a dargestellten
Position stehen sich jeweilige Magnetpole in solch einer
Weise entgegen, dass sich die Felder im Wesentlichen
aufheben. In der in Fig. 5b dargestellten winkelmäßigen
Position sind die Pole in solch einer Weise angeordnet, dass
sich die jeweiligen Feldstärken addieren.
In den Fig. 6a und 6b ist als weiterer Bestandteil der
auf das Feld ansprechenden Anordnung eine
Feldauswerteeinrichtung dargestellt, die vorliegend zwei
Hall-Sensoren 12, 14 umfasst. Die durch die in Fig. 5
dargestellten Multipolringe erzeugten Felder werden durch
Feldleitelementen 32, 34, 36 zu den Hall-Sensoren 12,14
geleitet. Wie der Fachmann aus den Darstellungen der Fig.
6a, 6b erkennen wird, ist ein oberes Flussleitstück 32
vorgesehen, welches Feldlinien im Übergangsbereich zwischen
den zwei Multipolringen 20, 22 und 24, 26 hin zu einem der
Hall-Sensoren führt. Wie dargestellt, wird somit bei
antiparalleler Polstellung, entsprechend der Darstellung von
Fig. 5a im oberen Abschnitt geschlossene Feldlinien
gebildet, wobei ein T-Stück 36 als weiteres
Feldflußleitelement hinter dem oberen Hall-Sensor 12,14
vorgesehen ist. Nach einer Drehung des drehbaren Körpers hin
zu einer Position, bei welcher die Pole der Multipolringe
parallel vorliegen, wie es in Fig. 5b dargestellt ist,
werden die Feldlinien durch das untere Feldflußleitelement
34 und das T-Stück 36 geschlossen, wobei zwischen dem T-
Stück 36 und dem unteren Feldleitelement 34 ein weiterer
Hall-Sensor angeordnet ist. Durch das Bereitstellen von zwei
Hall-Sensoren in der dargestellten Weise kann unter
Verwendung eines Differenzenprinzips eine Unempfindlichkeit
gegenüber Temperaturschwankungen und Alterungen
bereitgestellt werden, da das Ausgangssignal auf den
Gesamtfluss normierbar ist. Der Fachmann sollte jedoch
erkennen, dass diese Differenzenbildung rein optional ist.
Wie auch bei den vorangegangenen Ausführungsformen kann eine
Portierung auf beliebige andere Felder als Magnetfelder
vorgesehen werden.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die
erfindungsgemäße Vorrichtung eine exakte und einfache
Bestimmung des Winkels des drehbaren Körpers ermöglicht,
wobei keinerlei Eingriff von z. B. Zahnrädern oder
dergleichen nötig ist. Anders ausgedrückt, erfolgt eine
einfache und exakte Winkelmessung oder auch
Winkelgeschwindigkeitsmessung auf einer berührungslosen
Basis unter Verwendung einfacher bekannter Bauteile, die wie
erwähnt, vorteilhafterweise Elemente mit linearer Kennlinie
enthalten sollten. Die unterschiedlichen Anpassungen auf
unterschiedliche felderzeugende und/oder feldbeeinflussende
Einrichtungen sollten dem Fachmann geläufig sein und
bedürfen daher hierin keiner weiteren detaillierten
Beschreibung. Nachdem auf bewegliche Teile vollständig
verzichtet werden kann, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
insbesondere zur Verwendung als Lenkradwinkelgeber geeignet,
insbesondere da eine hohe Meßgenauigkeit bei minimalem
erforderlichen Bauraum gegeben ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig und
im Detail unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte rein
illustrative Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der
Fachmann erkennen, dass verschiedenste Modifikationen im
Rahmen der durch die Ansprüche definierten Schutzumfang
möglich sind. Insbesondere sollte der Fachmann erkennen,
dass einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit
anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar
sind. In diesem Zusammenhang wäre es z. B. auch denkbar, eine
der Codespuren entsprechend einer Anordnung von Fig. 4 oder
5 vorzusehen, während die andere Codespur entsprechend einer
Ausbildung nach den Fig. 1 oder 2 vorgesehen ist.
In den Fig. 7 bis 11 sind verschiedene Ausführungsformen
von kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensoren
einschließlich der zugehörigen Auswerteverfahren
dargestellt. Die Multipolräder werden jeweils von Sinus-
/Cosinussignale liefernden Sensorelementen abgetastet. Die
Auswertung der Ausgangssignale der Sensorelemente erfolgt
nach dem modifizierten Noniusverfahren bei dem folgendes zu
beachten ist:
Übertragung des modifizierten Nonius-Prinzips auf die
beschriebene Problematik (Fig. 1e):
n: Anzahl Polpaare
α, β: Messwerte der Sensoren
i, j: unbekannt
α, β: Messwerte der Sensoren
i, j: unbekannt
mit i = j = k
Daraus folgt:
wobei k ganzzahlig ist
In die Auswertung eingehende Fehler lassen sich durch
spezielle Korrekturverfahren reduzieren, bei denen
Prinzipien des klassischen und/oder des modifizierten
Noniusprinzips berücksichtigt werden.
Mit den Sensoren nach Fig. 7 bzw. 8 kann zusätzlich zum
Winkel auch noch das angreifende Moment, beispielsweise das
Lenkmoment ermittelt werden.
Das angreifende Drehmoment beim Lenkvorgang bewirkt eine
Verdrehung des in der Lenksäule integrierten Torsionsstabes.
Das obere Ende verdreht sich gegenüber dem unteren Ende um
beispielsweise maximal +/-5°. Um das Lenkmoment zu
erfassen, muss dieser relative Drehwinkel, der sog.
Torsionswinkel, gemessen werden. Hierfür gibt es zwei
Möglichkeiten: Entweder man bestimmt mit den unter 1)
beschriebenen Verfahren jeweils den absoluten Lenkwinkel des
oberen und des unteren Endes vom Torsionsstab. Die Differenz
der beiden Winkel entspricht dann dem Torsionswinkel. Oder
man misst ihn direkt über die relative Verschiebung zweier
gleichcodierter Polräder, wovon eines am oberen, das andere
am unteren Ende des Torsionsstabes angebracht ist. Hierzu
sind wenigstens drei Polräder notwendig. In Abb. 9 sind
diese Möglichkeiten zusammenfassend dargestellt.
Jedes Polrad kann dabei auch als
magnetische Codespur betrachtet
werden.
Lenkwinkelerfassung mit
- - zwei Polrädern deren Polpaarzahl teilerfremd ist, z. B. mit n und n + 1 Polpaaren; diese können auch als zwei Codespuren auf einem Polrad angebracht sein;
- - drei Polrädern mit n - 1, n und n + 1 Polpaaren. Diese Kombination erhöht die Genauigkeit und schafft gleichzeitig Redundanz. Erweiterbar auf mehr Polräder mit entsprechenden Polpaarzahlen;
- - Ergänzung um ein "dreipoliges" Polrad zur Bereichsunterscheidung bei Verwendung von Sensorelementen mit Eindeutigkeitsbereichen unter 360°;
- - Erweiterung des Messbereichs durch Polradanzahl < 2.
- - aus Absolutdifferenzbildung
- - durch Relativwinkelmessung gleichcodierter Polräder
Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird nun
detailliert beschrieben, wie die gleichzeitige Messung des
Absolutwinkels und des Drehmomentes mit dem selben
Messprinzip sowie einer minimalen Anzahl von Sensoren und
Baugruppen erfolgen kann. Die beiden Größen werden
berührungslos erfasst und eine Selbstdiagnose ist möglich.
Ein Zugriff unterschiedlicher Systeme, beispielsweise über
einen CAN-Bus (Controler Area Network) ist möglich.
Der Vorschlag bezieht sich z. B. zur gleichzeitigen Messung
des Lenkwinkels und des Lenkdrehmomentes. Eine magnetische
Messmethode wird als Messprinzip dargestellt. Der Vorschlag
beschränkt sich jedoch nicht nur auf diese magnetische
Methode. Jedes Prinzip - optisch, wirbelstrom, induktiv . . .,
dass auf analogen Sinus-Cosinussignalen beruht, kann
eingesetzt werden.
Wie der Fig. 7 entnehmbar ist, ist in der Lenkung ein
Torsionsstab eingebaut, um der Drehwinkel und das Drehmoment
zu messen. An dem einen Ende des Torsionsstabes T befinden
sich zwei Multipolringe mit M und M + X magnetischen Polen. An
dem anderen Ende befindet sich ein dritter Multipolring mit
M magnetischen Polen. Über jedem Ring befindet sich ein
Sensor (AMR, Hall, GMR, Feldplatte). Jeder Sensor liefert
ein Sinus- und ein Cosinussignal, das vom mechanischen
Winkel abhängt.
Zur Messung des Lenkwinkels werden die an einem Ende
liegenden Multipolringe und Sensoren herangezogen. Wenn X = 2
ist, kann man über das modifizierte Noniusverfahren den
Absolutwinkel bestimmen. Dieses Verfahren ist hier
einzusetzen und mit den Signalen S1 (Usin(1), Ucos(1)) und
S2 (Usin(2), Ucos(2)) wird der Absolutwinkel berechnet.
Das Drehmoment wird über die Winkeldifferenz gemessen. Das
Drehmoment ist proportional zur Winkeldifferenz im
elastischen Messbereich des Torsionselementes. Die
Winkeldifferenz wird über die zwei Signale S1 (Usin(1),
Ucos(1)) und S3 (Usin(3), Ucos(3)) an den Torsionsenden
erfasst.
Der Sensor liefert zwei Signale:
Usin(1) = A1 . sin(w1) + Osin(1)
Ucos(1) = A1 . cos (w1) + Ocos(1)
Der Sensor 3 liefert ebenfalls zwei Signale:
Usin(3) = A3 . sin(w3) + Osin(3)
Ucos(3) = A3 . cos(w3) + Ocos(3)
Wobei U die elektrischen Signale bei dem jeweiligen
mechanischen Winkel w sind. A sind Amplituden und O die
Offsetwerte der Sensoren. Durch die mechanische Drehung
können die Amplituden und Offsets der vier Signale aus
Maxima und Minima bestimmt werden. Eine alternative Methode
zur Offsetbestimmung und Offsetabgleich wurde in der DE-P 199 28 482
gezeigt. Die korrigierten Signale U# sind
offsetbereinigt.
U#sin(1) = Usin(1) - Osin(1) = A1 . sin(w1)
U#cos(1) = Ucos(1) - Ocos(1) = A1 . cos(w1)
U#sin(3) = Usin(3) - Osin(3) = A3 . sin(w3)
U#cos(3) = Ucos(3) - Ocos(3) = A3 . cos(w3)
Die Winkeldifferenz w1 - w3 ist gesucht.
Durch analoge elektronische Operationen (Multiplikation,
Subtraktion, Komparation), oder durch Verarbeitung auf
digitaler Ebene kann die Differenz wie folgt bestimmt
werden:
U#sin(1) . U#cos(3) - U#cos(1) . U#sin(3) =
A1 . sin(w1) . A3 . cos(w3) - A1 . cos(w1) . A3 . sin(w3) =
A1 . A3 . sin(w1 - w3)
Für kleine Winkel gilt: sin(w1 - w3) = w1 - w3
mit 0,1% relativem Fehler im Winkelintervall (-4,4° bis +4,4°) in Grad oder (-0,077 bis -0,077) in rad.
mit 0,1% relativem Fehler im Winkelintervall (-4,4° bis +4,4°) in Grad oder (-0,077 bis -0,077) in rad.
Somit ist die Winkeldifferenz
w1 - w3 = (U#sin(1) . U#cos(3) - U#cos(1) . U#sin(3))/(A1 . A3)
Diese Auswertungsmethode ist sehr empfindlich auf kleinste
Winkeldifferenzen. Durch die oben beschriebene Prozedur kann
direkt aus der Winkeldifferenz das Moment bestimmt werden.
Ein anderer Ansatz wäre durch eine geschlossene
Regelschleife die Differenz auf Null zu regeln. Die
Regelgröße entspräche der Winkeldifferenz.
- 1. Auch eine andere Kombination der Signale ist möglich, die sollte auch zu einem Sinus der Winkeldifferenz führen.
- 2. Die Winkeldifferenz könnte man auch durch Differenz von zwei Absolutwinkelgebern erreichen. Dazu bräuchte man 4 Sensoren und 4 Multipolringe und die Methode würde zu hohe Anforderungen an die absoluten Winkelmessungen stellen. In diesem Fall liegt die Differenz zweier großen Winkelwerte vor.
Für den Absolutwinkel wird die bekannte
Methode des modifizierten Noniusprinzips
angewandt. Die Verfolgung der ganzen Zahl k
(erlaubte/nicht erlaubte) Sprünge ermöglicht
eine Fehlererkennung und die Implementierung
einer Rückzugsstrategie.
- - Übersteigt die Winkeldifferenz den maximal zulässigen Bereich, z. B. +/-4°, so wird eine Fehlermeldung abgegeben. Z. B. bei Überlast wird von der Systemseite nicht mehr eingegriffen.
- - Die neu zu berechnende Differenz
(U#cos(1) . U#cos(3) + U#sin(1) . U#sin(3))/(A1 . A3) darf nicht mehr als 0,5% von 1 abweichen (cos∧2(4°) = 0,995). - - Eine andere Alternative wäre den Ausdruck
(U#sin(3) . U#sin(3) + U#cos(3) . U#cos(3))/(A3 . A3)* auf eine Abweichung von 0,5% von 1 zu überprüfen. Gleichzeitig darf die ganze Zahl k keine unerlaubten Sprünge ausführen.
Nachfolgend wird insbesondere die Vorrichtung zur
berührungslosen und optischen Messung eines Winkels und/oder
eines Drehmoments gemäß der Fig. 12 näher erläutert. Wie
der Fig. 12 entnehmbar ist, sind an einem drehbaren Körper
3 die beiden Einrichtungen 7 und 8 angeordnet. Der drehbare
Körper 3 ist vorzugsweise als Lenkachse in einem
Kraftfahrzeug ausgebildet und weist ein Torsionselement 5
auf, mit dem ein auf der Lenkachse 3 wirkendes Drehmoment
messbar ist. An den beiden Enden des Torsionselementes 5
sind die beiden Einrichtungen 7, 8 angeordnet, so dass bei
Einwirkung eines Drehmomentes auf das Torsionselement 5 ein
unterschiedlicher Drehwinkel als Winkeldifferenz Θ - Ψ
messbar ist.
Die beiden Einrichtungen 7, 8 weisen jeweils zwei Codespuren
1a, 1b bzw. 2a, 2b auf. Die Codespuren sind bezüglich der
Breite ihrer benachbarten Felder gleichartig aufgebaut,
haben jedoch über ihren Umfang gerechnet unterschiedliche
Anzahlen von Markierungen 9. Beispielsweise hat die Codespur
1a 45 Markierungen 9, die Codespur 1b hat 50 Markierungen 9,
die Codespur 2a hat 44 Markierungen 9 und die Codespur 2b
hat 48 Markierungen 9 über ihren Umfang verteilt. In
alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
auch ein Vielfaches dieser Markierungen 9 über den Umfang
gerechnet vorzusehen. Jeweils zwei benachbarte Markierungen
bzw. Felder 9 unterscheiden sich bezüglich ihrer
Lichtintensität, ihrer Farbe und/oder ihrer Größe.
Vorzugsweise sind sie als Hell-Dunkel-Felder ausgebildet, so
dass sich scharfe und kontrastreiche Hell-Dunkel-Übergänge
ergeben. Um den Kontrast zu vergrößern, sind
Beleuchtungskörper 6 vorgesehen, die zu den Einrichtungen 7,
8 so angeordnet sind, dass sie das von den Markierungen 9
reflektierte Licht in zugeordnete Sensoren 4 werfen. Wie der
Fig. 12 weiter entnehmbar ist, ist jeder Codespur 1a, 1b,
2a, 2b ein Sensor 4 zugeordnet, der im wesentlichen nur das
reflektierte Licht der zugeordneten Codespur empfängt. Der
Sensor 4 wandelt das empfangene Lichtsignal in gleichförmige
elektrische Signale um, die als digitales Signal S1a, S1b,
S2a und S2b am Ausgang der Sensoren 4 abgreifbar sind und
einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt
werden.
Als erfindungswesentlich wird angesehen, dass die
Markierungen 9 der Codespuren 1a, 1b bzw. 2a, 2b
gleichförmig ausgebildet sind. Jeweils beide Codespuren 1a,
1b bzw. 2a, 2b der Einrichtungen 7 bzw. 8 sind exakt
aufeinander abgestimmt und weisen einen relativen
Phasenversatz auf. Dieser Phasenversatz wirkt sich auch im
elektrischen Signal S1a, S1b, S2a, S2b aus, wie in Fig. 12
durch die gestrichelt dargestellten Linien erkennbar ist. So
wird der Versatz von einem Impuls zum nächsten Impuls mit
größer werdendem Drehwinkel immer größer, so dass diese
Differenz mit einem standardgemäßen oder insbesondere mit
dem bekannten modifizierten Noniusverfahren, das auch aus
der DE 195 06 938 A1 bekannt ist, ausgewertet wird.
Zu beachten ist, dass die kleinste Einheit einer Markierung
9 insbesondere durch den Hell-Dunkel-Übergang bestimmt wird.
Je besser der Kontrast dieser Übergänge ist, um so geringer
ist die Störempfindlichkeit und die Wahrscheinlichkeit von
auftretenden Messfehlern. Um die Störanfälligkeit zu
verringern, wird vorzugsweise eine umschließende
Verkapselung 10 vorgesehen, die möglichst dicht abschließend
den drehbaren Körper 3 umgibt.
Wie zuvor dargelegt wurde, wurden für die vier Codespuren
1a, 1b, 2a und 2b jeweils 44 bis 50 Markierungen 9 gewählt,
um möglichst mit dem modifizierten Noniusverfahren eine hohe
Messgenauigkeit und Winkelauflösung für den Drehwinkel zu
erreichen. Bei dieser Wahl der Markierungen 9 wiederholen
sich die Messwerte aus den Spuren 1a, 1b fünf Mal pro Umfang
und bei der Spuren 2a, 2b vier Mal pro Umfang. Werden diese
Messwerte erneut dem modifizierten Noniusverfahren
unterworfen, ergibt sich ein Messwert, der über den gesamten
Umfang (2π) eindeutig ist. Somit wird eine hohe Auflösung
für den Winkel erreicht, die sich aus der großen
Teilungszahl ergibt. Gleichzeitig wird ein
Eindeutigkeitsbereich von einer vollen Umdrehung erreicht.
Das modifizierte Noniusverfahren erlaubt, ohne die
Genauigkeit zu verringern, dass zwischen den ersten
Codespuren 1a, 1b und den zweiten Codespuren 2a, 2b ein
Differenzwinkel vorhanden sein kann. Dieser Differenzwinkel
kann beispielsweise auch aus dem Verdrehen des
Torsionsstabes 5 resultieren. Wird der Differenzwinkel
Θ - Ψ entsprechend der beiden Einrichtungen 7, 8 gemessen,
dann kann bei bekannter Torsionssteifigkeit des
Torsionselementes 5 zusätzlich zum Drehwinkel auch das durch
die Lenkachse 3 übertragene Drehmoment ermittelt werden.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder
mehrere weitere optische Codespuren einer dritten
Einrichtung vorsehbar, wie sie zuvor im Zusammenhang mit den
magnetischen Einrichtungen beschrieben wurden.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Messung eines Winkels und/oder eines
Drehmomentes eines drehbaren Körpers (3) mit wenigstens
ersten (4, 6, 7) und zweiten (4, 6, 8) Einrichtungen,
die ansprechend auf eine Drehung des Körpers (3)
unterschiedliche Signale an eine Auswerteschaltung
ausgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Einrichtungen (4, 6, 7, 8) jeweils zwei optisch
abtastbare Codespuren (1a, 1b bzw. 2a, 2b) aufweisen,
dass jeder Codespur (1a, 1b bzw. 2a, 2b) ein optischer
Sensor (4) zugeordnet ist und dass jeder optische Sensor
(4) ausgebildet ist, nur die Signale der zugeordneten
Codespur (1a, 1b bzw. 2a, 2b) zu erfassen und deren
Informationen als elektrische Signale an die
Auswerteschaltung zu senden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Codespur (1a, 1b, 2a, 2b) eine Vielzahl von optisch
erkennbaren Markierungen (9) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Markierungen (9) Felder aufweisen, die sich
bezüglich der Lichtintensität, Farbe und/oder Größe
unterscheiden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Markierungen (9) alternierend
Hell-Dunkelfelder mit Hell-Dunkel-Übergängen aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Markierungen (9) von einem
Leuchtkörper (6) beleuchtbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Codespuren (1a, 1b bzw.
2a, 2b) einer Einrichtung (7, 8) gleichartig
ausgebildete Markierungen (9) aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzahl der über den Umfang
verteilten Markierungen (9) unterschiedlich ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Markierungen (9) so gewählt ist, dass
insbesondere ein Nonius- oder modifiziertes
Noniusverfahren zur Winkelbestimmung anwendbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Markierungen (9) so ausgebildet
sind, dass auf die Ergebnisse der Messungen aus den
Codespuren (1a, 1b bzw. 2a, 2b) das modifizierte
Noniusverfahren erneut anwendbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Einrichtungen
(7, 8) ein Torsionselement (5) mit bekannter
Torsionssteifigkeit schaltbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass aus einem Winkelversatz zwischen den beiden
Einrichtungen (7, 8) ein Drehmoment bestimmbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere
Codespur vorsehbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine umschließende Kapselung (10)
für die Vorrichtung vorsehbar ist, die die Einrichtungen
(4, 6, 7, 8) weitgehend gegen Verschmutzung schützt.
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche zur
Verwendung an einer Lenkachse (3) eines Kraftfahrzeugs.
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DE102017222402B4 (de) | Drehwinkelmesseinrichtung |
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Date | Code | Title | Description |
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8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: HEISENBERG, DAVID, DR., 70839 GERLINGEN, DE KLOTZBUECHER, THOMAS, 73635 RUDERSBERG, DE HAAS, GUNTHER, DR., ST. GREGOIRE, FR DORFMUELLER, LUTZ, 70839 GERLINGEN, DE SIEGLE, HENRIK, DR., 71229 LEONBERG, DE WENZLER, AXEL, DR., 70569 STUTTGART, DE MARX, KLAUS, DR., 70563 STUTTGART, DE JOST, FRANZ, DR., 70565 STUTTGART, DE NOLTEMEYER, RALF, 73249 WERNAU, DE FREITAG, MARTIN, DR., 80337 MUENCHEN, DE |
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