DE10150305B4 - Device for measuring the handlebar path of a motor vehicle steering - Google Patents

Device for measuring the handlebar path of a motor vehicle steering Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung, die eine Lenkbetätigungseinrichtung und eine damit wirkverbundene Lenkstange aufweist, die linear bewegbar ist und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in eine gewünschte Stellung verschwenkt, wobei im Bereich der Lenkstange ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die einen permanentmagnetischen Werkstoff aufweisen, und wobei benachbart zu der Lenkstange ein oder mehrere Sensormodule ortsfest angeordnet sind, die mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen Sensorschaltkreis aufweisen und die einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder einen Magnetfeldstärkeverlauf ganz oder teilweise in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformen, die eine lineare Wegänderung und/oder die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Felderzeugungsmittel mit einem in Längsrichtung der Lenkstange sich erstreckenden, zirkularen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf versehen sind.Device for measuring the handlebar path of a motor vehicle steering having a steering actuator and an operatively connected steering rod which is linearly movable and pivoted via other elements, such as tie rod and tie rod lever, the wheels in a desired position, wherein provided in the region of the handlebar one or more field generating means are having a permanent magnetic material, and wherein adjacent to the handlebar one or more sensor modules are arranged stationary having at least one magnetic field sensor and at least one sensor circuit and transform a magnetic field line course and / or a magnetic field strength course in whole or in part in weiterverarbeitbare output signals, the one Show linear displacement and / or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis, characterized in that the one or more field generating means extending in the longitudinal direction of the handlebar En, circular magnetic field line course and / or magnetic field strength course are provided.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung, die eine Lenkbetätigungseinrichtung und eine damit wirkverbundene Lenkstange aufweist, die linear bewegbar ist und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in eine gewünschte Stellung verschwenkt, wobei im Bereich der Lenkstange ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die einen permanentmagnetischen Werkstoff aufweisen, und wobei benachbart zu der Lenkstange ein oder mehrere Sensormodule ortsfest angeordnet sind, die mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen Sensorschaltkreis aufweisen und die einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder einen Magnetfeldstärkeverlauf ganz oder teilweise in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformen, die eine lineare Wegänderung und/oder die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen.The The invention relates to a device for measuring the handlebar path a motor vehicle steering system, the steering actuator and a thus operatively connected handlebar which is linearly movable and over other elements, such as tie rod and tie rod lever, the wheels in a desired position pivoted, wherein in the region of the handlebar one or more field generating means are provided, which have a permanent magnetic material, and wherein adjacent to the handlebar one or more sensor modules stationary are arranged, the at least one magnetic field sensor and at least have a sensor circuit and a magnetic field line course and / or a magnetic field strength course transform all or part into further processed output signals, the one linear way change and / or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis Show.

Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkhandrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Lenkstange ist hier meist als eine Zahnstange ausgebildet (Zahnstangen-Servolenkung).today Motor vehicles, especially passenger cars, are usually equipped with hydraulic power steering, where a steering wheel mechanically positively coupled with the steerable vehicle wheels. The Handlebar is here usually designed as a rack (rack power steering).

Ferner sind Fahrzeuglenkungen bekannt, bei denen die Lenkbetätigungseinrichtung und die gelenkten Fahrzeugräder nur über eine Regelstrecke gekoppelt sind und wobei eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und den Fahrzeugrädern nicht mehr vorliegt. Die lenkbaren Fahrzeugräder werden dann durch ein elektromechanisches Stellaggregat verstellt, welches die Lenkstange linear bewegt und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in die gewünschte Stellung verschwenkt (elektromechanische Lenkung).Further Vehicle steering systems are known in which the steering actuator and the steered vehicle wheels only over a controlled system are coupled and wherein a mechanical connection between the steering wheel and the vehicle wheels is no longer present. The steerable vehicle wheels are then adjusted by an electromechanical actuator, which moves the handlebar linear and other elements, such as tie rod and Tie rod levers, the wheels in the desired position pivoted (electromechanical steering).

Zur Messung der Stellung der Fahrzeugräder kann die Lage der Lenkstange bzw. der Lenkstangenteile – bei einer geteilten Lenkstange – im Stellaggregat oder Achslenkmodul ermittelt werden.to Measuring the position of the vehicle wheels can be the location of the handlebar or the steering rod parts - at a split handlebar - in the control unit or axle steering module can be determined.

Aus der gattungsbildenden DE 197 44 722 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung wird ein Dauermagnet mechanisch fest mit der Lenksäule verbunden der mit einem Feinsignal-Sensor und einer Grobsignal-Sensoreinrichtung zusammenwirkt.From the generic DE 197 44 722 A1 a device for measuring the Lenkstangenweges a motor vehicle steering of the type mentioned is known. In the prior art device, a permanent magnet is mechanically fixedly connected to the steering column which cooperates with a fine signal sensor and a coarse signal sensor device.

Die DE 199 15 105 A1 offenbart eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der auf der Lenkwelee oder einer mit der Lenkwelle kraftschlüssig verbundenen Einrichtung kodierte Mikrostrukturen vorgesehen sind, die von einem Sensor detektiert werden. Die Mikrostrukturen sind dabei in axialer Richtung auf der Lenkwelle angeordnet.The DE 199 15 105 A1 discloses a steering device for vehicles known in which on the Lenkwelee or a non-positively connected to the steering shaft device encoded microstructures are provided, which are detected by a sensor. The microstructures are arranged in the axial direction on the steering shaft.

Aus der US 5,314,036 A ist ein Lenkwinkelsensor bekannt, der Lenkstangengehäuse bei der Bewegung ein Signalmuster erzeugt, indem einzelne Bereiche mit elektromagnetischem Material versehen sind.From the US 5,314,036 A a steering angle sensor is known, the handlebar housing generates a signal pattern during movement by individual areas are provided with electromagnetic material.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung bereitzustellen, der sicher und zuverlässig arbeitet.task The invention is to provide a simply constructed device for measuring the Lenkstangenweges provide a motor vehicle steering, the safe and reliable is working.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is solved by the features of the independent claim. Particularly advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

Der Begriff „Lenkstange” ist erfindungsgemäß sehr weit aufzufassen und umfasst z. B. einteilige Lenkstangen sowie die Teile von mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Lenkstangen.Of the Term "handlebar" according to the invention is very far to understand and includes z. B. one-piece handlebars and the parts of multipart, especially two-part, handlebars.

Nach der Erfindung ist es demnach wesentlich, dass im Bereich der Lenkstange, z. B. in oder an der Lenkstange, ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die einen permanentmagnetischen Werkstoff mit einem in Längsrichtung der Lenkstange sich erstreckenden, zirkularen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf aufweisen. Mit anderen Worten weist die Lenkstange Mittel auf, um einen im wesentlichen in Längsrichtung der Lenkstange sich erstreckenden, zirkular magnetisierten Bereich zu erzeugen, der sich dabei zumindest über den Teilbereich der Lenkstange erstreckt. Vorteilhaft wird die Richtung des Magnetfelds über die gesamte Länge des magnetisierten Bereichs um ca. 180° gedreht. In Nachbarschaft zu der Lenkstange, d. h. direkt neben oder um die Lenkstange herum mit einem bestimmten Abstand, vorzugsweise 0 bis ca. 2 mm, sind ein oder mehrere Sensormodule ortsfest angeordnet. Damit ist eine sichere, aber berührungslose Sensierung gewährleistet.To According to the invention it is therefore essential that in the area of the handlebar, z. In or on the handlebar, one or more field generating means are provided, a permanent magnetic material with a longitudinal the handlebar extending, circular magnetic field line course and / or magnetic field strength profile. In other words, the handlebar means to a in the essential in the longitudinal direction of Handlebar extending, circular magnetized area too generate, which thereby at least over the portion of the handlebar extends. Advantageously, the direction of the magnetic field over the whole length of the magnetized area rotated by about 180 °. In neighborhood to the handlebar, d. H. directly beside or around the handlebar with a certain distance, preferably 0 to about 2 mm, are a or more sensor modules arranged in a stationary manner. This is a safe, but non-contact Sensing guaranteed.

Der Begriff „zirkularer Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf” bedeutet hier ein schraubenförmiges Magnetisierungsmuster, vorzugsweise mit linearer Steigerungsperiode. „Ortsfest” bedeutet hier, dass die Sensormodule – auch bei einer Lenkbewegung – immer am selben Ort bleiben, während die Lenkstange eine Linearbewegung bei einer Lenkungsbetätigung durchführt. Ein Sensormodul weist mindestens einen Magnetfeldsensor und ggf. mindestens einen Sensorschaltkreis auf, um den Magnetfeldlinienverlauf bzw. Magnetfeldstärkeverlauf ganz oder teilweise in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umzuformen, die eine lineare Wegänderung bzw. die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen.The term "circular magnetic field line course and / or magnetic field strength course" here means a helical magnetization pattern, preferably with a linear increase period. "Stationary" here means that the sensor modules - even with a steering movement - always remain in the same place, while the handlebar performs a linear movement in a steering operation. A sensor module has at least one magnetic field sensor and optionally at least one sensor circuit in order to completely or partially reshape the magnetic field line course or magnetic field intensity course into further processable output signals which are linear Display path change or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis.

Es wird bei der Messung die durch eine Linearbewegung der Lenkstange verursachte Drehung des Magnetfeldes sensiert, wodurch die Lage der Lenkstange relativ zur Lage des Magnetfeldsensors relativ sicher und genau festgestellt werden kann. Das Magnetfeld kann entweder ganz oder nur teilweise erfasst werden, wobei unter einer teilweisen Erfassung des Magnetfeldes im Sinne der Erfindung verstanden wird, wenn von den das Magnetfeld vollständig beschreibenden Messgrößen wie Feldstärke und Richtung des Feldvektors nicht alle Größen durch den oder die Sensormodule erfasst werden, sondern beispielsweise nur die Feldstärke und zwei Richtungskoordinaten des Feldvektors in der x-y-Ebene eines geeignet gewählten Koordinatensystems. Vorzugsweise werden ausschließlich Sensoren eingesetzt, die nach dem AMR-Prinzip arbeiten. Das bedeutet, dass der Sensor den anisotropen magnetoresistiven Effekt nutzt.It is measured by a linear movement of the handlebar caused rotation of the magnetic field sensed, reducing the position the steering rod relative to the position of the magnetic field sensor relatively safe and can be stated exactly. The magnetic field can either be fully or partially recorded, with a partial Acquisition of the magnetic field is understood within the meaning of the invention, if of the magnetic field completely descriptive quantities such as field strength and direction of the field vector not all sizes by the sensor module (s) be captured, but for example, only the field strength and two direction coordinates of the field vector in the x-y plane of a suitably chosen Coordinate system. Preferably, only sensors used, which work according to the AMR principle. It means that the sensor uses the anisotropic magnetoresistive effect.

Das Sensormodul gemäß der Erfindung enthält mindestens einen magnetfeldempfindlichen Sensor und ggf. eine elektronische Schaltung zur Weiterverarbeitung des Sensorsignals.The Sensor module according to the invention contains at least one magnetic field-sensitive sensor and possibly an electronic Circuit for further processing of the sensor signal.

Erfindungsgemäß ist das sich entlang der Längsachse der Lenkstange erstreckende Felderzeugungsmittel formschlüssig mit der Lenkstange verbunden.This is according to the invention along the longitudinal axis the steering rod extending field generating means with a form-fitting connected to the handlebar.

Es ist vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Einpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels mit vorzugsweise einem zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt in eine axiale Ausnehmung oder Bohrung mit vorzugsweise einem zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt im Innern der Lenkstange. Mit anderen Worten ist die Lenkstange ein im wesentlichen hohlzylinderförmiges Rohr und das Felderzeugungsmittel ist eine im wesentlichen zylinderförmige Stange, die innerhalb der Lenkstange angeordnet ist und die sich vorzugsweise mindestens über die Länge erstreckt, die die Lenkstange bei Vollausschlag in beide Richtungen bewegt wird.It is provided that made the positive connection is by fitting an elongated one Field generating means preferably having an at least approximately circular cross-section in an axial recess or bore with preferably at least one nearly circular Cross section inside the handlebar. In other words, that is Handlebar a substantially hollow cylindrical tube and the field generating means is a substantially cylindrical rod that is inside the handlebar is arranged and preferably at least over the Length extends, which moves the handlebar at full deflection in both directions becomes.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die im wesentlichen zylinderförmige Lenkstange von einem im wesentlichen hohlzylinderförmigen Felderzeugungsmittel umgeben, wobei das Felderzeugungsmittel sich vorzugsweise mindestens über die bewegte Länge der Lenkstange erstreckt. Nach der Erfindung wird die formschlüssige Verbindung dann vorzugsweise hergestellt durch Umgeben, vorzugsweise Umspritzen bzw. Aufspritzen einer Schicht oder Umwickeln, der Lenkstange mit dem Felderzeugungsmittel. Das „Umspritzen” oder „Aufspritzen” bedeutet hier einen Vorgang, bei dem der permanentmagnetische Werkstoff als Felderzeugungsmittel auf die Oberfläche der Lenkstange aufgebracht wird durch ein Verfahren, bei dem durch einen anisotropen Spritzprozess ein permanentmagnetischer Werkstoff aufgebracht und entweder gleichzeitig oder anschließend magnetisiert wird. Durch diese Maßnahme kann der permanentmagnetische Werkstoff technisch relativ einfach auf die Lenkstange aufgebracht und aufmagnetisiert werden, wobei eine sichere Verbindung zwischen Werkstoff und Lenkstange möglich ist.To a further embodiment is the substantially cylindrical handlebar of a essentially hollow cylindrical Field generating means surrounded, wherein the field generating means itself preferably at least over the moving length the handlebar extends. According to the invention, the positive connection then preferably prepared by surrounding, preferably encapsulating or spraying a layer or wrapping, the handlebar with the field-generating agent. The "overmolding" or "spraying" means Here a process in which the permanent magnetic material as Field generating means applied to the surface of the handlebar is through a process in which by an anisotropic injection process applied a permanent magnetic material and either simultaneously or afterwards is magnetized. By this measure, the permanent magnetic Material applied technically relatively easy on the handlebar and be magnetized, with a secure connection between Material and handlebar possible is.

Vorzugsweise weist das Felderzeugungsmittel ein kunststoffgebundenes magnetisches Material bzw. Magneten als permanentmagnetischen Werkstoff auf. Dieser Werkstoff ist insbesondere für ein Umspritzen der Lenkstange mit diesem Material sehr gut geeignet.Preferably the field generating agent has a plastic bonded magnetic Material or magnet as a permanent magnetic material. This material is especially for overmolding the handlebar very well suited with this material.

Erfindungsgemäß wird ein magnetoresistiver Magnetfeldsensor eingesetzt.According to the invention is a Magnetoresistive magnetic field sensor used.

Nach der Erfindung ist das Sensormodul ortsfest an einem Achslenkmodul oder einem an ein Achslenkmodul angeordneten Träger angeordnet, wobei das Sensormodul vorzugsweise mechanisch lösbar mit dem Achslenkmodul bzw. dem Träger verbunden ist.To According to the invention, the sensor module is stationary on an axle steering module or arranged on a Achslenkmodul carrier, wherein the sensor module preferably mechanically detachable is connected to the axle steering module or the carrier.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, wodurch eine redundante Funktion gewährleistet wird und wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren entweder das Magnetfeld eines gemeinsamen Felderzeugungsmittel abgreifen oder einige bzw. alle Sensoren das Magnetfeld eines jeweils einem Magnetfeldsensor eigens zugeordneten Felderzeugungsmittel abgreifen. Die redundante Funktion kann entweder vollredundant, teilredundant oder auch zwei- bzw. mehrfach redundant sein, so dass bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Sensorschaltkreises ein doppelt vorhandenes Element die Funktion des ausgefallenen oder fehlerhaften Elementes übernimmt oder dessen Fehlfunktion erkennt und ggf. an eine Überwachungseinrichtung weitermeldet.It is according to the invention provided that at least two magnetic field sensors are provided, whereby a redundant function is ensured and wherein the at least two magnetic field sensors either the magnetic field of a tapped common field generating means or some or all Sensors the magnetic field of each a magnetic field sensor specifically pick up assigned field generating means. The redundant function can be either fully redundant, partially redundant or even two- or be redundant several times, so that in case of failure or malfunction of a sensor or a sensor circuit a duplicate Element takes over the function of the failed or faulty element or detects its malfunction and possibly to a monitoring device further reports.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass der permanentmagnetische Werkstoff einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf nach dem Nonius-Prinzip aufweist. Das bedeutet es wird vorzugsweise ein Nonius zur Absolutmessung des Wegs auf den magnetisierbaren Bereich aufgebracht, d. h. aufmagnetisiert. Hiermit ist gemeint, dass das Felderzeugungsmittel mit zwei oder mehr Spuren magnetisiert wird, die aus magnetischen Polen in einem festen Abstand zueinander bestehen. Durch die Wahl unterschiedlicher Polabstände der mehreren Spuren, kann das Produkt der Polabstände als messbare Länge ermittelt werden. Die Auswertung erfolgt vorteilhaft durch mindestens einen Sensor pro Spur. Durch geeignete Polabstände und Spurenanzahl wird der gesamte Spurstangenweg analog erfasst.According to the invention, it is provided that the permanent magnetic material has a magnetic field line course and / or magnetic field strength course according to the vernier principle. This means that preferably a vernier for absolute measurement of the path is applied to the magnetizable region, ie magnetized. By this is meant that the field generating means is magnetized with two or more tracks consisting of magnetic poles at a fixed distance from each other. By choosing different pole distances of the multiple tracks, the product of the pole distances can be determined as a measurable length. From Evaluation is advantageously carried out by at least one sensor per track. By suitable pole distances and the number of tracks, the entire track rod path is detected analogously.

Nach der Erfindung ist die Lenkstange – bzw. das Antriebsmodul der Lenkstange zum Verschwenken der Räder – mit dem Lenkhandrad nicht hydraulisch und/oder mechanisch verbunden, sondern nur durch eine elektrische Verbindungsleitung (Steer-by-wire-Lenkung). Vorzugsweise ist insbesondere im Fall einer Steer-by-wire-Lenkung für jedes lenkbare Rad jeweils eine unabhängige erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist, die vorzugsweise selbst redundant ausgeführt ist.To the invention is the handlebar - or the drive module of Handlebar for pivoting the wheels - not with the steering wheel hydraulically and / or mechanically connected, but only by a electrical connection line (steer-by-wire steering). Preferably is particularly in the case of steer-by-wire steering for each steerable Wheel one independent each inventive device is provided, which is preferably carried out even redundant.

Die Erfindung wird vorzugsweise für eine elektromechanische Lenkung verwendet.The Invention is preferably for used an electromechanical steering.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges ist anhand von Abbildungen (1 bis 4) beispielhaft näher dargestellt.The device according to the invention for measuring the handlebar path is based on illustrations ( 1 to 4 ) shown in more detail by way of example.

Es zeigen:It demonstrate:

1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung 1 the inventive device for measuring the handlebar path of an electromechanical vehicle steering

2 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung mit einem Schnitt durch eine vergrößerte schematische Darstellung der Lenkstange 2 the inventive device for measuring the handlebar path of an electromechanical vehicle steering system with a section through an enlarged schematic representation of the handlebar

3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die Lenkstange 3 a schematic representation of a cross section through the handlebar

4 eine schematische Darstellung der Lenkstange und des Sensormoduls 4 a schematic representation of the handlebar and the sensor module

1 zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges in schematischer Darstellung. Der Fahrer betätigt das Lenkhandrad 1 oder ein ähnliches Bedienelement, z. B. einen Sidestick, mit dem er seinen Fahrtrichtungswunsch vorgeben kann. Der Fahrtrichtungswunsch wird durch Sensoren 2, 3 redundant erfasst und auf elektronischem Wege einer Zentralsteuereinheit 4 mitgeteilt mittels der Datenübertragungsleitungen 5, 6. Über einen ersten, passiven Betätigungskraftsimulator 7 erhält der Fahrer eine haptische Rückwirkung bei der Lenkbetätigung. Über einer zweiten, elektromechanischen Betätigungskraftsimulator 8 kann diese Rückwirkung bei Bedarf verstärkt oder geschwächt werden. Der zweite, elektromechanische Betätigungskraftsimulator 8 wird über die Datenübertragungsleitung 9 von der Zentralsteuereinheit 4 gesteuert. Der Zentralsteuereinheit 4 werden vorzugsweise auch Signale einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 10 über eine Datenübertragungsleitung 11 übermittelt. Dann werden in der Zentralsteuereinheit 4 Algorithmen umgesetzt, die das Lenkmoment in Abhängigkeit der Geschwindigkeit verändern. Der Fahrerwunsch wird in der Zentralsteuereinheit 4 ausgewertet, in einen Lenkwinkel (Sollwert) für zwei Stellaggregate 12, 13 umgerechnet und den Stellaggregaten 12, 13 über eine Datenübertragungsleitung 14, 15 zugeführt. Es sind pro lenkbarem Rad 16, 17 hier jeweils ein Stellaggregat 12, 13 vorgesehen, so dass im Grundsatz auch eine radindividuelle Steuerung des rechten Rades 16 und des linken Rades 17 möglich ist. 1 shows an electromechanical vehicle steering system with the inventive device for measuring the handlebar path in a schematic representation. The driver operates the steering wheel 1 or a similar control element, eg. B. a sidestick with which he can specify his direction of travel. The direction of travel is determined by sensors 2 . 3 detected redundantly and electronically a central control unit 4 communicated by means of the data transmission lines 5 . 6 , About a first, passive operating force simulator 7 the driver receives a haptic reaction in the steering operation. About a second electromechanical actuator simulator 8th If necessary, this reaction can be intensified or weakened. The second electromechanical actuator simulator 8th is via the data transmission line 9 from the central control unit 4 controlled. The central control unit 4 are preferably also signals of a vehicle speed detection device 10 via a data transmission line 11 transmitted. Then be in the central control unit 4 Implemented algorithms that change the steering torque as a function of speed. The driver's request is in the central control unit 4 evaluated, in a steering angle (setpoint) for two actuators 12 . 13 converted and the control units 12 . 13 via a data transmission line 14 . 15 fed. There are per steerable wheel 16 . 17 here in each case a control unit 12 . 13 provided, so that in principle also a wheel-individual control of the right wheel 16 and the left wheel 17 is possible.

Der aktuelle Istwert der Radstellung der lenkbaren Räder 16, 17 wird durch mindestens ein Magnetfeldsensormodul 19, 20 pro Stellaggregat 12, 13 ermittelt, das einen in Längsrichtung einer Lenkstange 21 sich erstreckenden, zirkularen Magnetfeldlinienverlauf 22 bzw. zwei oder mehreren Nonius-Spuren eines permanentmagnetischen Werkstoffs 23 in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformt. Die Ausgangssignale, die eine lineare Wegänderung bzw. die Stellung der Lenkstange 21 in Richtung ihrer Längsachse anzeigen, werden über die Datenübertragungsleitung 25, 26 der Zentralsteuereinheit 4 zugeführt. Vorzugsweise wird bei dieser Art von Lenkung ein redundantes Systemkonzept realisiert. Im Fehlerfall, wenn ein Stellaggregat 12, 13 ausfällt, übernimmt das noch auch die Elektronikeinheiten der Stellaggregate 12, 13 redundant ausgeführt. Der Lenkstangenweg wird dann vorzugsweise redundant durch zwei ihrerseits redundante Magnetfeldsensormodule 19, 20 erfasst.The current actual value of the wheel position of the steerable wheels 16 . 17 is provided by at least one magnetic field sensor module 19 . 20 per control unit 12 . 13 determined, the one in the longitudinal direction of a handlebar 21 extending, circular magnetic field line course 22 or two or more vernier tracks of a permanent magnetic material 23 transformed into further processed output signals. The output signals, the linear path change or the position of the handlebar 21 in the direction of their longitudinal axis, are transmitted via the data transmission line 25 . 26 the central control unit 4 fed. Preferably, a redundant system concept is realized in this type of steering. In case of error, if an actuator 12 . 13 fails, this also takes over the electronic units of the actuators 12 . 13 redundant. The handlebar path is then preferably redundant by two in turn redundant magnetic field sensor modules 19 . 20 detected.

In der 2 ist ein Schnitt durch eine vergrößerte Darstellung der Lenkstange und eines Stellaggregats 13 schematisch gezeigt, wobei dieselben Teile der Lenkung wie in 1 hier sowie in den weiteren Abbildungen auch mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Lenkstange 21 weist einen äußeren permanentmagnetischen Werkstoff 23 auf, der das in Längsrichtung sich erstreckendes zirkulares Magnetfeld 22 aufbaut. Eine Längsbewegung 24 der Lenkstange 21 wird durch die Sensormodule 19, 20 bzw. deren Magnetfeldsensoren 27, 28 sensiert und über die Übertragungsleitungen 25, 26 der Zentralsteuereinheit 4 zugeführt.In the 2 is a section through an enlarged view of the handlebar and a control unit 13 shown schematically, wherein the same parts of the steering as in 1 here as well as in the other figures are also provided with the same reference numerals. The handlebar 21 has an outer permanent magnetic material 23 on, which is the longitudinally extending circular magnetic field 22 builds. A longitudinal movement 24 the handlebar 21 is through the sensor modules 19 . 20 or their magnetic field sensors 27 . 28 sensed and over the transmission lines 25 . 26 the central control unit 4 fed.

3 zeigt einen Querschnitt (Schnittfläche A der 2). Die Lenkstange 21 ist umgeben von einem kunststoffgebundenen magnetischen Material 23, in diesem Beispiel ein Material, das unter der Bezeichnung „Tromadur” erhältlich ist. 3 shows a cross section (sectional area A of 2 ). The handlebar 21 is surrounded by a plastic-bonded magnetic material 23 , in this example a material available under the name "Tromadur".

Die Messanordnung eines Sensormoduls an der Lenkstange 21 zeigt 4. Wird zum Beispiel eine von einem permanentmagnetischen Werkstoff 23 umgebende Lenkstange 21 um einen Weg x in Bewegungsrichtung B verschoben, erzeugt der Magnetfeldsensor 27 mit zugehöriger Sensorelektronik 28 ein Ausgangssignal entsprechend der Änderung des zirkularen Magnetfeldes 22. Durch den schraubenförmigen, mit vorzugsweise linearer Steigerungsperiode versehenen, Magnetfeldlinienverlauf 22 über die Länge L des magnetisierten Bereichs 22 rotiert das Magnetfeld bei Bewegung der Spurstange 21 durch den Sensor 27. Der Sensor 27 reagiert abhängig von der Bewegungsrichtung entweder mit einem Anstieg oder mit einer Absenkung eines Ausgangssignals. Diese Analogsignal wird der Sensorelektronik 28 zugeführt, die daraus ein ortsabhängiges Signal S(x) ausgibt. Das Signal kann z. B. über einen Analog-Digital-Umsetzer quantisiert werden, um eine hohe Wegauflösung zu erreichen.The measuring arrangement of a sensor module on the handlebar 21 shows 4 , For example, one of a permanent magnetic material 23 surrounding handlebar 21 shifted by a distance x in the direction B, generates the magnetic field sensor 27 with associated sensor electronics 28 an output signal corresponding to the change of the circular magnetic field 22 , Due to the helical, provided with preferably linear increase period, magnetic field line course 22 over the length L of the magnetized area 22 The magnetic field rotates when the tie rod moves 21 through the sensor 27 , The sensor 27 responds depending on the direction of movement either with an increase or with a reduction of an output signal. This analog signal will be the sensor electronics 28 supplied, which outputs a location-dependent signal S (x). The signal can z. B. quantized via an analog-to-digital converter to achieve a high path resolution.

Claims (11)

Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung, die eine Lenkbetätigungseinrichtung und eine damit wirkverbundene Lenkstange aufweist, die linear bewegbar ist und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in eine gewünschte Stellung verschwenkt, wobei im Bereich der Lenkstange ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die einen permanentmagnetischen Werkstoff aufweisen, und wobei benachbart zu der Lenkstange ein oder mehrere Sensormodule ortsfest angeordnet sind, die mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen Sensorschaltkreis aufweisen und die einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder einen Magnetfeldstärkeverlauf ganz oder teilweise in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformen, die eine lineare Wegänderung und/oder die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Felderzeugungsmittel mit einem in Längsrichtung der Lenkstange sich erstreckenden, zirkularen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf versehen sind.Device for measuring the handlebar path of a motor vehicle steering having a steering actuator and an operatively connected steering rod which is linearly movable and pivoted via other elements such as tie rod and tie rod lever, the wheels in a desired position, wherein provided in the region of the handlebar one or more field generating means are having a permanent magnetic material, and wherein adjacent to the handlebar one or more sensor modules are arranged stationary having at least one magnetic field sensor and at least one sensor circuit and transform a magnetic field line course and / or a magnetic field strength course wholly or partly in further processable output signals, the one Show linear displacement and / or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis, characterized in that the one or more field generating means extend with a longitudinal direction of the handlebar the circular magnetic field line course and / or magnetic field strength course are provided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Felderzeugungsmittel sich entlang der Längsachse der Lenkstange erstrecken und formschlüssig mit der Lenkstange verbunden ist.Device according to claim 1, characterized in that that the field generating means or along the longitudinal axis extend the handlebar and positively connected to the handlebar is. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Einpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels mit vorzugsweise einem zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt in eine axiale Ausnehmung oder Bohrung mit vorzugsweise einem zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt im Innern der Lenkstange.Device according to Claim 1 or 2, characterized that the form-fitting Connection is made by fitting an elongated field generating means preferably with an at least approximately circular cross-section in an axial recess or bore with preferably at least one nearly circular Cross section inside the handlebar. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Umgeben, vorzugsweise Umspritzen oder Umwickeln, der Lenkstange mit dem Felderzeugungsmittel.Device according to Claim 2 or 3, characterized that the form-fitting Connection is made by surrounding, preferably encapsulation or wrapping, the handlebar with the field generating means. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Felderzeugungsmittel ein kunststoffgebundenes magnetisches Material oder Magneten als permanentmagnetischen Werkstoff aufweist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the field generating agent is a plastic bonded magnetic Has material or magnet as a permanent magnetic material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor magnetoresistiv ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized that the magnetic field sensor is magnetoresistive. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormoduls ortsfest an einem Achslenkmodul oder einem an ein Achslenkmodul angeordneten Träger angeordnet ist, wobei das Sensormodul vorzugsweise mechanisch lösbar mit dem Achslenkmodul oder dem Träger verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the sensor module fixed to an axle steering module or a is arranged arranged on a Achslenkmodul carrier, wherein the Sensor module preferably mechanically detachable with the axle steering module or the carrier connected is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, wodurch eine redundante Funktion gewährleistet wird und wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren entweder das Magnetfeld eines gemeinsamen Felderzeugungsmittel abgreifen oder einige oder alle Sensoren das Magnetfeld eines jeweils einem Magnetfeldsensor eigens zugeordneten Felderzeugungsmittel abgreifen.Device according to one of claims 1 to 7, characterized that at least two magnetic field sensors are provided, whereby ensures a redundant function and wherein the at least two magnetic field sensors either the magnetic field tapping a common field generating agent or some or all sensors the magnetic field of each one magnetic field sensor pick up specially assigned field generating means. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der permanentmagnetische Werkstoff einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf nach dem Nonius-Prinzip aufweist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized that the permanent magnetic material has a magnetic field line course and / or Magnetic field strength curve according to the vernier principle. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange mit dem Lenkhandrad nicht hydraulisch und/oder mechanisch verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized that the handlebar with the steering wheel is not hydraulic and / or mechanically connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung eine elektromechanische Lenkung ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized that the steering is an electromechanical steering.
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