DE102004004025A1 - Vehicle steering angle determination sensor comprises a synchronous rotor and coupled rotating body each with magnetic tracks and magnetic field sensing arrangements - Google Patents

Vehicle steering angle determination sensor comprises a synchronous rotor and coupled rotating body each with magnetic tracks and magnetic field sensing arrangements Download PDF

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Abstract

The steering angle sensor (2) rotor (4) that rotates synchronously with the steering wheel and is coupled to the steering wheel or column via a coupled rotating body (8). Both rotor and rotating body have magnetic sections (24, 29) with different polarity sectors (26, 28, 29a, 29b) and magnetic field sampling arrangements (12, 18), whose output signals are fed to the evaluation unit. The invention also relates to a corresponding method for determining the absolute steering angle of a steering wheel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkwinkelsensor, mit einem drehsynchron mit einer Lenksäule oder Lenkrad koppelbaren Rotor, mit mindestens einem mit der Lenksäule, dem Lenkrad oder dem Rotor gekoppelten Drehkörper, der bei Drehung des Lenkrads oder der Lenksäule mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung angetrieben ist, mit einer ersten Abtasteinheit zur Abtastung der Drehwinkelstellung des Rotors, mit einer zweiten Abtasteinheit zur Abtastung der Drehwinkelstellung des Drehkörpers und mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Drehwinkelstellung des Rotors und der Drehwinkelstellung des Drehkörpers zur Bestimmung des absoluten Lenkradwinkels.The The invention relates to a steering angle sensor with a rotationally synchronous with a steering column or steering wheel coupled rotor, with at least one with the steering column, the Steering wheel or the rotor-coupled rotating body, when the steering wheel rotates or the steering column with a constant and uniform translation is driven with a first scanning unit for scanning the Angle of rotation position of the rotor, with a second scanning unit Scanning of the angular position of the rotating body and with an evaluation unit for evaluating the rotational angle position of the rotor and the rotational angle position of the rotating body to determine the absolute steering wheel angle.

Aus dem Stand der Technik sind Lenkwinkelsensoren bekannt, die auf einem optischen Prinzip basieren. Ein solcher Lenkwinkelsensor kann einen Rotor mit Codescheiben aufweisen, deren Code durch eine Abtasteinheit abtastbar ist. Üblicherweise ist der Code der Codescheiben durch Zähne unterschiedlicher Breite mit zwischengeschalteten Zahnlücken realisiert. Die Zähne beziehungsweise die Zahnlücken können durch optische Mittel, insbesondere durch Fotozellen, erfasst werden. Bedingt durch fertigungstechnische Beschränkungen kann mit einem derartigen Code zur Bestimmung der Drehwinkelstellung des Lenkrads lediglich eine Auflösung im Bereich von etwa 1,5 ° erreicht werden.Out Steering angle sensors are known from the prior art which are based on a optical principle. Such a steering angle sensor can Have rotor with code disks whose code by a scanning unit is palpable. Usually is the code of the code disks with teeth of different widths with interposed tooth gaps realized. The teeth or the tooth gaps can by optical means, in particular by photocells. Due to manufacturing restrictions, such a Code for determining the angle of rotation of the steering wheel only a resolution reached in the range of about 1.5 ° become.

Nachteilig bei der Verwendung von optischen Mitteln ist außerdem, dass bei langer Betriebsdauer, insbesondere bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug, die optischen Mittel Verschleißerscheinungen durch Schmutzeinwirkung unterliegen. Weiterhin ist die Herstellung der Codescheiben verhältnismäßig aufwändig.adversely with the use of optical means is also that with a long operating time, especially when used in a motor vehicle, the optical Medium signs of wear subject to dirt. Furthermore, the manufacture the code disks are relatively complex.

Zur Verbesserung der Auflösung wird gemäß der DE 101 10 785 A1 vorgeschlagen, ein Zählrad zu verwenden, das von einem Rotor angetrieben wird, der eine Codescheibe aufweist. Die Drehwinkelstellung des Zählrades kann durch zwei voneinander im Winkelabstand von 90 ° zueinander versetzte Magnetfeldsensoren erfolgen und zur Berechnung des absoluten Lenkradwinkels herangezogen werden. Mit dieser Ausführung lässt sich die oben genannte Auflösung um etwa Faktor 2 verbessern.To improve the resolution, according to the DE 101 10 785 A1 proposed to use a counting wheel which is driven by a rotor which has a code disk. The angle of rotation of the counter wheel can be achieved by two magnetic field sensors offset from one another at an angular distance of 90 ° and used to calculate the absolute steering wheel angle. With this version, the above-mentioned resolution can be improved by a factor of about 2.

Weiterhin ist aus der DE 195 06 938 A1 ein Lenkwinkelsensor bekannt, bei dem ein Rotor mit zwei Drehkörpern gekoppelt ist, deren jeweilige Drehwinkelstellung über Sensoren erfassbar ist. Über die Drehwinkelstellung der vom Rotor angetriebenen Drehkörper kann die Winkelstellung des Rotors mathematisch ermittelt werden. Dabei lassen sich Auflösungen von bis zu 0,1 ° erzielen.Furthermore, from the DE 195 06 938 A1 a steering angle sensor is known, in which a rotor is coupled to two rotating bodies, the respective angle of rotation position of which can be detected by sensors. The angular position of the rotor can be determined mathematically via the angular position of the rotating bodies driven by the rotor. Resolutions of up to 0.1 ° can be achieved.

Nachteilig bei der in der DE 195 06 938 A1 vorgeschlagenen Anordnung ist die Tatsache, dass zusätzlich zum Rotor mindestens zwei Drehkörper erforderlich sind. Diese beanspruchen einen verhältnismäßig großen Platz. Außerdem müssen die Drehkörper letztlich vom Fahrer eines mit einem solchen Lenkwinkelsensor ausgestatteten Fahrzeugs angetrieben werden, wodurch entweder die erforderlichen Betätigungskräfte steigen oder eine stärkere Lenkunterstützung notwendig ist.A disadvantage of the in the DE 195 06 938 A1 The proposed arrangement is the fact that in addition to the rotor, at least two rotating bodies are required. These take up a relatively large amount of space. In addition, the rotating bodies ultimately have to be driven by the driver of a vehicle equipped with such a steering angle sensor, as a result of which either the required actuation forces increase or stronger steering assistance is necessary.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lenkwinkelsensor zu schaffen, der möglichst einfach aufgebaut ist.Of these, starting from the present invention, the object is to create a steering angle sensor that is as simple as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Rotor und Drehkörper jeweils sich über einen Winkelbereich erstreckende Magnetabschnitte mit Sektoren unterschiedlicher Polung aufweisen und dass beide Abtasteinheiten Magnetfeldsensoranordnungen aufweisen, deren Ausgangssignale der Auswerteeinheit zuführbar sind.This The object of the invention solved, that rotor and rotating body each one over Magnetic sections extending with angular range with sectors of different Have polarity and that both scanning units magnetic field sensor arrangements have whose output signals can be fed to the evaluation unit.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann auf die Verwendung von optischen Mitteln, insbesondere von Codescheiben und Fotozellen, verzichtet werden. Weiterhin ist nur ein Drehkörper notwendig, da die Position des Rotors durch die an oder in diesem angeordneten Magnetabschnitte und über die zugeordnete Magnetfeldsensoranordnung erfassbar ist. Durch die Verwendung von Magnetfeldsensoranordnungen anstelle von optischen Mitteln kann ein verschleißunanfälliger und auch bei zunehmender Verschmutzung zuverlässig funktionierender Lenkwinkelsensor bereitgestellt werden.By the embodiment of the invention can on the use of optical means, in particular code disks and photocells. Furthermore, only one rotating body is necessary because the position of the rotor by the arranged on or in this Magnet sections and over the associated magnetic field sensor arrangement can be detected. Through the Use of magnetic field sensor arrangements instead of optical A wear-resistant and Steering angle sensor that functions reliably even with increasing contamination to be provided.

Unter Magnetfeldsensoranordnung soll ein Magnetfeldsensor oder eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren verstanden werden. Der mindestens eine Magnetfeldsensor kann als Hallsensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgeführt sein.Magnetic field sensor arrangement is to be understood as a magnetic field sensor or a plurality of magnetic field sensors. The at least one magnetic field sensor can be used as a Hall sensor or as a magnetoresis tive sensor.

Vorteilhafterweise nehmen die Sektoren eines Magnetabschnitts einen gleichen Winkel ein. Somit können durch die Magnetfeldsensoranordnungen gleichmäßige, wellenförmige Ausgangssignale erzeugt werden. Beispielsweise kann der Magnetabschnitt einen Winkel von 12 ° einnehmen und zwei als Nord- und als Südpol ausgebildete Sektoren aufweisen, die jeweils einen Winkel von 6 ° einnehmen.advantageously, the sectors of a magnetic section take an equal angle on. So you can uniform, wavy output signals due to the magnetic field sensor arrangements be generated. For example, the magnet section can have an angle take from 12 ° and two as the north and south poles have trained sectors, each taking an angle of 6 °.

Vorteilhafterweise weist der Rotor und/oder der Drehkörper mindestens zwei Magnetabschnitte auf. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Drehkörper mit einem Magnetabschnitt auszustatten, der sich über einen Winkel von jeweils 180 ° erstreckende, unterschiedlich gepolte Sektoren umfasst. Durch die Verwendung von mehreren Magnetabschnitten kann die Genauigkeit der Drehwinkelerfassung des Rotors und/oder des Drehkörpers erhöht werden. So kann der Rotor mindestens 5, insbesondere 15 Magnetabschnitte und der Drehkörper mindestens 3, insbesondere 5 Magnetabschnitte aufweisen. Diese wiederum können gleichmäßig entlang eines Kreises verteilt sein. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoranordnungen zu vergleichmäßigen.advantageously, the rotor and / or the rotating body has at least two magnet sections on. It is known from the prior art to have a rotating body to equip a magnetic section that extends over an angle of each 180 ° extending sectors with different poles. By the use of Multiple magnet sections can increase the accuracy of the rotation angle detection the rotor and / or the rotating body elevated become. The rotor can have at least 5, in particular 15, magnet sections and the rotating body have at least 3, in particular 5 magnet sections. This in turn can go along evenly be distributed in a circle. This measure also serves the output signals of the magnetic field sensor arrangements.

Vorteilhafterweise entspricht die Übersetzung zwischen Rotor und Drehkörper einem Zahlenwert aus der Menge der positiven reellen Zahlen, ausgenommen der Menge der positiven ganzen Zahlen. Bei einem ganzzahligen Übersetzungsverhältnis kann das Problem auftauchen, dass die von den verschiedenen Magnetfeldsensoranordnungen erzeugten Signale in verschiedenen Drehwinkelstellungen von Rotor und Drehkörper zueinander identisch sind, so dass eine Auswertung, welche absolute Lenkradstellung vorliegt, möglicherweise nicht eindeutig ist. Dieses Problem wird durch die Verwendung von nicht ganzzahligen Übersetzungsverhältnissen behoben.advantageously, corresponds to the translation between rotor and rotating body a numerical value from the set of positive real numbers, except the set of positive integers. With an integer ratio, you can the problem that arises from that of the different magnetic field sensor assemblies generated signals in different angular positions of the rotor and rotating body are identical to each other, so that an evaluation of which absolute Steering wheel position may be is not clear. This problem is solved by using non-integer ratios Fixed.

Vorteilhafterweise weist eine Magnetfeldsensoranordnung mindestens einen analogen Magnetfeldsensor auf. Somit können die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren nicht nur hinsichtlich Über- oder Unterschreitung eines Schwellwerts ausgewertet werden. Vielmehr kann ein analoges Ausgangssignal, das beispielsweise einem bestimmten Spannungswert entspricht, ausgewertet werden. Hierdurch können höhere Auflösungen erzielt werden als bei Verwendung von digital arbeitenden Magnetfeldsensoren. Selbstverständlich ist die Auswertung des analogen Signals mit Hilfe von Analog/Digital-Wandlern ebenfalls möglich. Hierbei sollte jedoch auf eine ausreichende Bitzahl, beispielsweise 8 bit, geachtet werden, um Auflösungen von ca. 0,1 ° zu ermöglichen.advantageously, a magnetic field sensor arrangement has at least one analog magnetic field sensor on. So you can the output signals of the magnetic field sensors not only with regard to exceeding or falling below of a threshold value can be evaluated. Rather, an analog one Output signal, for example a certain voltage value corresponds to be evaluated. This enables higher resolutions to be achieved than with Use of digitally working magnetic field sensors. It goes without saying the evaluation of the analog signal with the help of analog / digital converters also possible. However, a sufficient number of bits should be used, for example 8 bit, attention to resolutions of approx. 0.1 ° too enable.

Vorteilhafterweise weist eine Magnetfeldsensoranordnung zwei zueinander versetzt angeordnete Magnetfeldsensoren auf. Diese Sensoren können beispielsweise um die Hälfte des von einem Sektor eines Magnetabschnitts eingenommenen Winkelbereich zueinander versetzt sein. Nimmt beispielsweise ein Magnetabschnitt einen Winkel von 12 ° ein und nehmen die Sektoren dieses Magnetabschnitts jeweils einen Winkel von 6 ° ein, so können die Magnetfeldsensoren um 3 ° zueinander versetzt sein. Durch diese Konstellation kann durch einen ersten Magnetfeldsensor der Magnetfeldsensoranordnung ein Sinus-Signal detektiert werden, während vom zweiten, zum ersten Sensor versetzten Magnetfeldsensor ein Cosinus-Signal detektiert werden kann. Diese Signale können der Auswerteeinheit zugeführt werden und dort zur Bestimmung des absoluten Lenkradwinkels herangezogen werden.advantageously, a magnetic field sensor arrangement has two staggered arrangements Magnetic field sensors. These sensors can, for example, around the half the angular range occupied by a sector of a magnetic section be offset from each other. For example, take a magnet section an angle of 12 ° and each take the sectors of this magnetic section at an angle from 6 ° on, so can the magnetic field sensors by 3 ° to each other be offset. Through this constellation, a first Magnetic field sensor of the magnetic field sensor arrangement a sine signal be detected while a cosine signal from the second magnetic field sensor offset to the first sensor can be detected. These signals can be fed to the evaluation unit and used there to determine the absolute steering wheel angle become.

Die Magnetabschnitte können entlang des äußeren Umfangs des Rotors und/oder des Drehkörpers vorgesehen sein, und die Magnetfeldsensoranordnungen können in radialer Richtung versetzt zu den Magnetabschnitten angeordnet sein. Diese Anordnung erlaubt eine besonders flache Bauweise des Lenkwinkelsensors.The Magnetic sections can along the outer circumference the rotor and / or the rotating body provided be, and the magnetic field sensor arrangements can be offset in the radial direction be arranged to the magnet sections. This arrangement allows a particularly flat design of the steering angle sensor.

Es ist auch möglich, dass die Magnetabschnitte entlang einer konzentrisch zur Drehachse des Rotors und/oder des Drehkörpers angeordneten Kreises vorgesehen sind und die Magnetfeldsensoranordnungen in axialer Richtung versetzt zu den Magnetabschnitten angeordnet sind. Durch diese Bauweise kann der in der Ebene des Rotor und/oder des Drehkörpers benötigte Bauraum minimiert werden.It is possible, too, that the magnet sections along a concentric to the axis of rotation the rotor and / or the rotating body Arranged circle are provided and the magnetic field sensor arrangements arranged offset in the axial direction to the magnet sections are. This design allows the rotor and / or of the rotating body needed Installation space can be minimized.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Lenkradwinkels eines Lenkrades. Der absolute Lenkradwinkel kann für eine Lenkradumdrehung innerhalb eines Intervalls von 0° bis 360° und für mehrere Lenkradumdrehungen innerhalb eines Vielfaches eines Intervalls von 0° bis 360° bestimmt werden.The The invention further relates to a method for determining the absolute Steering wheel angle of a steering wheel. The absolute steering wheel angle can for one Steering wheel rotation within an interval of 0 ° to 360 ° and for several Steering wheel turns within a multiple of an interval of 0 ° to 360 ° can be determined.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.Further advantageous refinements and details of the invention can be found in the following description, in which the invention is described in more detail using the exemplary embodiment shown in the drawing is described and explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensor; 1 a plan view of a steering angle sensor according to the invention;

2 einen Schnitt durch den Lenkwinkelsensor gemäß II-II in 1; 2 a section through the steering angle sensor according to II-II in 1 ;

3a–3c alternative Anordnungen von Magnetabschnitten und Magnetfeldsensoren; 3a - 3c alternative arrangements of magnetic sections and magnetic field sensors;

4 von einem Magnetfeldsensor erzeugte Ausgangssignale; und 4 output signals generated by a magnetic field sensor; and

5 eine tabellarische Übersicht zur Analyse der asynchronen Signalperioden von Rotor und Drehkörper des Lenkwinkelsensors. 5 a tabular overview for analyzing the asynchronous signal periods of the rotor and rotating body of the steering angle sensor.

In 1 ist ein Lenkwinkelsensor insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieser Lenkwinkelsensor weist einen scheibenförmigen Rotor 4 auf, der von einem nicht dargestellten Lenkrad antreibbar ist. Der Rotor 4 ist um eine Drehachse 5 drehbar, die auch die Drehachse eines nicht dargestellten Lenkrads bildet, dessen absoluter Lenkradwinkel bestimmt werden soll. Am Umfang des Rotors 4 ist eine Verzahnung 6 vorgesehen. Der Rotor 4 treibt einen Drehkörper 8 an, dessen Verzahnung 10 mit der Verzahnung 6 des Rotors 4 kämmt.In 1 is a total steering angle sensor with the reference symbol 2 designated. This steering angle sensor has a disk-shaped rotor 4 on, which can be driven by a steering wheel, not shown. The rotor 4 is about an axis of rotation 5 rotatable, which also forms the axis of rotation of a steering wheel, not shown, whose absolute steering wheel angle is to be determined. At the circumference of the rotor 4 is a gear 6 intended. The rotor 4 drives a rotating body 8th at whose interlocking 10 with the gearing 6 of the rotor 4 combs.

In 1 durch den Rotor 4 verdeckt ist eine erste Magnetfeldsensoranordnung 12 vorgesehen, die einen ersten Magnetfeldsensor 14 und einen zweiten Magnetfeldsensor 16 umfasst. Eine zweite Magnetfeldsensoranordnung 18 ist durch den Drehkörper 18 verdeckt und umfasst einen ersten Magnetfeldsensor 20 und einen zweiten Magnetfeldsensor 22.In 1 through the rotor 4 a first magnetic field sensor arrangement is hidden 12 provided a first magnetic field sensor 14 and a second magnetic field sensor 16 includes. A second magnetic field sensor arrangement 18 is through the rotating body 18 covers and includes a first magnetic field sensor 20 and a second magnetic field sensor 22 ,

Der Rotor 4 weist auf seiner der Magnetfeldsensoranordnung 12 zugewandten Seite Magnetabschnitte 24 auf, die konzentrisch zur Verzahnung 6 des Rotors 4 angeordnet sind. Die Magnetabschnitte 24 erstrecken sich jeweils über einen Winkel von 24 °. Die Magnetabschnitte 24 weisen jeweils unterschiedliche Sektoren 26 und 28 auf, die eine jeweils unterschiedliche Polung aufweisen. Dies ist in 1 durch Plus- beziehungsweise Minuszeichen verdeutlicht. Jeder Sektor 26 und 28 nimmt einen Winkel von 12 ° ein.The rotor 4 points to its the magnetic field sensor arrangement 12 facing magnet sections 24 on, concentric with the teeth 6 of the rotor 4 are arranged. The magnet sections 24 each extend over an angle of 24 °. The magnet sections 24 each have different sectors 26 and 28 which each have a different polarity. This is in 1 illustrated with a plus or minus sign. Any sector 26 and 28 takes an angle of 12 °.

Auch der Drehkörper 8 weist entsprechende Magnetabschnitte 29 mit Sektoren 29a und 29b auf, die der Magnetfeldsensoranordnung 18 zugewandt sind. Die Magnetabschnitte 29 erstrecken sich über einen Winkelbereich von 72 °. Ein Sektor 29a beziehungsweise 29b nimmt jeweils einen Winkelbereich von 36 ° ein.Even the rotating body 8th has corresponding magnetic sections 29 with sectors 29a and 29b on that of the magnetic field sensor assembly 18 are facing. The magnet sections 29 extend over an angular range of 72 °. A sector 29a respectively 29b occupies an angular range of 36 °.

In dem in 2 dargestellten Schnitt durch den Rotor 4 ist an der Unterseite des Rotors 4, benachbart zur Verzahnung 6, eine axiale, kreisförmige Vertiefung 30 dargestellt, in der die Magnetabschnitte 24 aufgenommen sind. In dem in 2 dargestellten Schnitt ist der in 1 lediglich angedeutete Magnetfeldsensor 14 der Magnetfeldsensoranordnung 12 dargestellt. Dieser ist auf einer Leiterplatte 32 angeordnet, die in Verbindung mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Auswerteeinheit steht.In the in 2 shown section through the rotor 4 is at the bottom of the rotor 4 , adjacent to the toothing 6 , an axial, circular recess 30 shown in the magnet sections 24 are included. In the in 2 the section shown is that in 1 only indicated magnetic field sensor 14 the magnetic field sensor arrangement 12 shown. This is on a circuit board 32 arranged, which is in connection with an evaluation unit, not shown in the drawing.

In den 3a–3c sind alternative Ausführungsformen für mögliche Anordnungen von Magnetabschnitten und Magnetfeldsensoren dargestellt. In der 3a sind die Magnetabschnitte entlang eines äußeren Umfangs des Rotors 4a angeordnet. Entsprechende Magnetfeldsensoren (dargestellt der Magnetfeldsensor 14a) sind axial versetzt zu den Magnetabschnitten 24a vorgesehen. Der Magnetfeldsensor 14a ist auf einer Leiterplatte 32a angeordnet.In the 3a - 3c alternative embodiments for possible arrangements of magnetic sections and magnetic field sensors are shown. In the 3a are the magnet sections along an outer circumference of the rotor 4a arranged. Corresponding magnetic field sensors (shown the magnetic field sensor 14a ) are axially offset from the magnet sections 24a intended. The magnetic field sensor 14a is on a circuit board 32a arranged.

Gemäß 3b sind die Magnetabschnitte ebenfalls entlang eines äußeren Umfangs eines Rotors 4b vorgesehen. Entsprechende Magnetfeldsensoren (dargestellt Magnetfeldsensor 14b) sind radial außerhalb vom Rotor 4b angeordnet. Der Magnetfeldsensor 14b steht über ein Verbindungselement 33 in Verbindung mit einer Leiterplatte 32b.According to 3b the magnet sections are also along an outer circumference of a rotor 4b intended. Corresponding magnetic field sensors (shown magnetic field sensor 14b ) are radially outside of the rotor 4b arranged. The magnetic field sensor 14b stands over a connecting element 33 in connection with a printed circuit board 32b ,

Die in 3c dargestellte Anordnung entspricht im Wesentlichen der in 3b dargestellten Anordnungen, wobei jedoch auf die Verwendung eines Verbindungselements zwischen Magnetfeldsensor 14c und Leiterplatte 32c verzichtet wird.In the 3c arrangement essentially corresponds to that in FIG 3b arrangements shown, but with the use of a connecting element between the magnetic field sensor 14c and circuit board 32c is waived.

In 4 sind die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoranordnung 12 dargestellt. Das sinusförmige Signal 34 entspricht dem Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 14. Das cosinusförmige Signal 36 entspricht dem Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 16. Die Signale 34 und 36 sind um 6° zueinander versetzt. Dies entspricht dem Winkelversatz der Magnetfeldsensoren 14 und 16 der Magnetfeldsensoranordnung 12. Entsprechende Signale können durch die Magnetfeldsensoren 20 und 22 der Magnetfeldsensoranordnung 18 erzeugt werden.In 4 are the output signals of the magnetic field sensor arrangement 12 shown. The sinusoidal signal 34 corresponds to the output signal of the magnetic field sensor 14 , The cosine signal 36 corresponds to the output signal of the magnetic field sensor 16 , The signals 34 and 36 are offset by 6 ° to each other. This corresponds to the angular misalignment of the magnetic field sensors 14 and 16 the magnetic field sensor arrangement 12 , Corresponding signals can be generated by the magnetic field sensors 20 and 22 the magnetic field sensor arrangement 18 be generated.

Im Folgenden soll das Ausführungsbeispiel anhand konkreter Zahlenbeispiele erläutert werden.in the The following is the exemplary embodiment are explained using concrete numerical examples.

Die Zähnezahl des Rotors 4 beträgt 48. Die Zähnezahl des Drehkörpers 8 beträgt 15. Das Übersetzungsverhältnis des durch den Rotor 4 und den Drehkörper 8 gebildeten Zahnradgetriebes ergibt sich somit zu

Figure 00110001
The number of teeth on the rotor 4 is 48. The number of teeth on the rotating body 8th is 15. The gear ratio by the rotor 4 and the rotating body 8th formed gearbox thus results in
Figure 00110001

Der Rotor 4 weist 15 Magnetabschnitte 24 auf, die einen Winkel αpr von jeweils 24 ° einnehmen. Jeder Sektor 26 und 28 eines Magnetabschnitts 24 nimmt einen Winkel von 12 ° ein. Somit wiederholt sich der in 4 dargestellte Signalverlauf bei einer Umdrehung des Rotors 4 insgesamt pr = 15 mal.The rotor 4 has 15 magnet sections 24 on which assume an angle α pr of 24 ° in each case. Any sector 26 and 28 of a magnetic section 24 takes an angle of 12 °. Thus the in repeats itself 4 waveform shown at one revolution of the rotor 4 a total of p r = 15 times.

Der Drehkörper 8 weist 5 Magnetabschnitte 29 auf, die einen Winkel βpd von jeweils 72 ° einnehmen. Jeder Sektor 29a und 29b eines Magnetabschnitts 29 nimmt einen Winkel von 36 ° ein. Somit wiederholt sich der durch die Magnetfeldsensoranordnung 18 sensierte Signalverlauf bei einer Umdrehung des Drehkörpers 8 insgesamt pd = 5 mal.The rotating body 8th has 5 magnet sections 29 which have an angle β pd of 72 ° each. Any sector 29a and 29b of a magnetic section 29 takes an angle of 36 °. Thus, it is repeated by the magnetic field sensor arrangement 18 sensed signal curve during one revolution of the rotating body 8th a total of p d = 5 times.

Die Auflösung αar der Magnetfeldsensoranordnung 12 beträgt 0,1 °. Somit beträgt für den Rotor 4 die Gesamtzahl der elektronischen Signalwerte pro Signaldurchgang

Figure 00120001
The resolution α ar of the magnetic field sensor arrangement 12 is 0.1 °. Thus for the rotor 4 the total number of electronic signal values per signal pass
Figure 00120001

Die Auflösung βad der Magnetfeldsensoranordnung 18 beträgt 0,3 °. Somit beträgt für den Drehkörper 8 die Gesamtzahl der elektronischen Signalwerte pro Signaldurchgang

Figure 00120002
The resolution β ad of the magnetic field sensor arrangement 18 is 0.3 °. Thus for the rotating body 8th the total number of electronic signal values per signal pass
Figure 00120002

Eine Anzahl von 240 Signalwerten ist durch 8 Bit darstellbar (28 Signalwerte = 256 > 240).A number of 240 signal values can be represented by 8 bits (2 8 signal values = 256> 240).

Der Signalwinkel des periodischen Signals des Drehkörpers 8, der aus dem Drehwinkel des Rotors 4 ermittelt wird, beträgt εd = pd·βd = pd·ü·αr The signal angle of the periodic signal of the rotating body 8th that from the angle of rotation of the rotor 4 is determined ε d = p d · β d = p d · U · α r

Jedem Signalwinkel kann ein entsprechender elektronischer Signalwert zugeordnet werden:

Figure 00130001
A corresponding electronic signal value can be assigned to each signal angle:
Figure 00130001

Gemäß der in 5 dargestellten Tabelle sind verschiedenen Winkeln α0 (bei Nulldurchgang des periodischen Signalverlaufs des Rotors 4) Signalwerte wd zugeordnet, die den Signalwinkeln des Drehkörpers 8 entsprechen. Ein Signalwert wd liegt im Intervall von 0 bis 240 (wd(ges)). Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass sich die Signalwerte wd des Drehkörpers 8 bei sich periodisch wiederholenden Signalwerten des Rotors 4 um wenigstens 16 Signalwerte unterscheiden. Somit kann innerhalb eines Winkels von 360° jeder Winkel eindeutig detektiert werden.According to the in 5 shown table are different angles α 0 (at zero crossing of the periodic signal curve of the rotor 4 ) Assigned signal values w d , which correspond to the signal angles of the rotating body 8th correspond. A signal value w d lies in the interval from 0 to 240 (w d (tot) ). The table shows that the signal values w d of the rotating body 8th with periodically repeating signal values of the rotor 4 differ by at least 16 signal values. This means that every angle can be clearly detected within an angle of 360 °.

Claims (14)

Lenkwinkelsensor (2), mit einem drehsynchron mit einer Lenksäule oder Lenkrad koppelbaren Rotor (4), mit mindestens einem mit der Lenksäule, dem Lenkrad oder dem Rotor (4) gekoppelten Drehkörper (8), der bei Drehung des Lenkrads oder der Lenksäule mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung angetrieben ist, mit einer ersten Abtasteinheit zur Abtastung der Drehwinkelstellung des Rotors (4), mit einer zweiten Abtasteinheit zur Abtastung der Drehwinkelstellung des Drehkörpers (8) und mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Drehwinkelstellung des Rotors (4) und der Drehwinkelstellung des Drehkörpers (8) zur Bestimmung des absoluten Lenkradwinkels, dadurch gekennzeichnet, dass Rotor (4) und Drehkörper (8) jeweils sich über einen Winkelbereich erstreckende Magnetabschnitte (24, 29) mit Sektoren (26, 28, 29a, 29b) unterschiedlicher Polung aufweisen und dass beide Abtasteinheiten Magnetfeldsensoranordnungen (12, 18) aufweisen, deren Ausgangssignale (34, 36) der Auswerteeinheit zuführbar sind.Steering angle sensor ( 2 ), with a rotor that can be coupled synchronously with a steering column or steering wheel ( 4 ), with at least one with the steering column, the steering wheel or the rotor ( 4 ) coupled rotating body ( 8th ), which is driven with a constant and uniform transmission ratio when the steering wheel or the steering column is rotated, with a first scanning unit for sensing the angular position of the rotor ( 4 ), with a second scanning unit for scanning the rotational angle position of the rotating body ( 8th ) and with an evaluation unit for evaluating the angular position of the rotor ( 4 ) and the angular position of the rotating body ( 8th ) to be the absolute steering wheel angle, characterized in that the rotor ( 4 ) and rotating body ( 8th ) magnetic sections each extending over an angular range ( 24 . 29 ) with sectors ( 26 . 28 . 29a . 29b ) have different polarity and that both scanning units magnetic field sensor arrangements ( 12 . 18 ), whose output signals ( 34 . 36 ) can be fed to the evaluation unit. Lenkwinkelsensor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektoren (26, 28 beziehungsweise 29a, 29b) eines Magnetabschnitts (24 beziehungsweise 29) einen gleichen Winkel einnehmen.Steering angle sensor ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the sectors ( 26 . 28 respectively 29a . 29b ) of a magnetic section ( 24 or 29) take the same angle. Lenkwinkelsensor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) und/oder der Drehkörper (8) mindestens zwei Magnetabschnitte (24, 29) aufweist beziehungsweise aufweisen.Steering angle sensor ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 4 ) and / or the rotating body ( 8th ) at least two magnet sections ( 24 . 29 ) has or have. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mindestens 5, insbesondere 15 Magnetabschnitte (24) und der Drehkörper (8) mindestens 3, insbesondere 5 Magnetabschnitte (29) aufweist.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 4 ) at least 5, especially 15 magnetic sections ( 24 ) and the rotating body ( 8th ) at least 3, especially 5 magnet sections ( 29 ) having. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetabschnitte (24, 29) entlang eines Kreises gleichmäßig verteilt sind.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the magnetic sections ( 24 . 29 ) are evenly distributed along a circle. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung zwischen Rotor (4) und Drehkörper (8) einem Zahlenwert aus der Menge der positiven reellen Zahlen, ausgenommen der Menge der positiven ganzen Zahlen, entspricht.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the translation between the rotor ( 4 ) and rotating body ( 8th ) corresponds to a numerical value from the set of positive real numbers, except for the set of positive integers. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetfeldsensoranordnung (12, 18) mindestens einen analogen Magnetfeldsensor (14, 16, 20, 22) aufweist.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a magnetic field sensor arrangement ( 12 . 18 ) at least one analog magnetic field sensor ( 14 . 16 . 20 . 22 ) having. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetfeldsensoranordnung (12 beziehungsweise 18) zwei zueinander versetzt angeordnete Magnetfeldsensoren (14 und 16 beziehungsweise 20 und 22) aufweist.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a magnetic field sensor arrangement ( 12 respectively 18 ) two offset magnetic field sensors ( 14 and 16 respectively 20 and 22 ) having. Lenkwinkelsensor (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (14 und 16 beziehungsweise 20 und 22) um die Hälfte des von einem Sektor (26, 28 beziehungsweise 29a, 29b) eines Magnetabschnitts (24, 29) eingenommenen Winkelbereich zueinander versetzt sind.Steering angle sensor ( 2 ) according to claim 8, characterized in that the magnetic field sensors ( 14 and 16 respectively 20 and 22 ) by half that of a sector ( 26 . 28 respectively 29a . 29b ) of a magnetic section ( 24 . 29 ) occupied angular range are offset from each other. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetabschnitte (24) entlang des äußeren Umfangs des Rotors (4) und/oder des Drehkörpers (8) vorgesehen sind und die Magnetfeldsensoranordnungen (12, 18) in radialer Richtung versetzt zu den Magnetabschnitten (24) angeordnet sind.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the magnetic sections ( 24 ) along the outer circumference of the rotor ( 4 ) and / or the rotating body ( 8th ) are provided and the magnetic field sensor arrangements ( 12 . 18 ) offset in the radial direction to the magnet sections ( 24 ) are arranged. Lenkwinkelsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetabschnitte (24, 29) entlang eines konzentrisch zur Drehachse des Rotors (4) und/oder des Drehkörpers (8) angeordneten Kreises vorgesehen sind und die Magnetfeldsensoranordnungen (12, 18) in axialer Richtung versetzt zu den Magnetabschnitten (24, 29) angeordnet sind.Steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the magnetic sections ( 24 . 29 ) along a concentric axis of rotation of the rotor ( 4 ) and / or the rotating body ( 8th ) arranged circle are provided and the magnetic field sensor arrangements ( 12 . 18 ) offset in the axial direction to the magnet sections ( 24 . 29 ) are arranged. Verfahren zur Bestimmung des absoluten Lenkradwinkels eines Lenkrades, insbesondere unter Verwendung eines Lenkwinkelsensors (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Erfassen der Drehwinkelstellung eines drehsynchron mit einer Lenksäule oder Lenkrad gekoppelten Rotors (4), der sich über einen Winkelbereich erstreckende Magnetabschnitte (24) mit Sektoren (26, 28) unterschiedlicher Polung aufweist, unter Verwendung einer ersten Abtasteinheit mit einer Ausgangssignale (34, 36) erzeugende Magnetfeldsensoranordnung (12), – Erfassen der Drehwinkelstellung eines mit einem mit der Lenksäule, dem Lenkrad oder dem Rotor (4) gekoppelten Drehkörpers (8), der bei Drehung des Lenkrads oder der Lenksäule mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung angetrieben wird und der sich über einen Winkelbereich erstreckende Magnetabschnitte (29) mit Sektoren (29a, 29b) unterschiedlicher Polung aufweist, unter Verwendung einer zweiten Abtasteinheit mit einer Ausgangssignale erzeugende Magnetfeldsensoranordnung (18), – Bestimmen des absoluten Lenkradwinkels unter Verwendung der Ausgangssignale (34, 36) der Magnetfeldsensoranordnungen (12, 18).Method for determining the absolute steering wheel angle of a steering wheel, in particular using a steering angle sensor ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized by the following steps: - detecting the rotational angle position of a rotor which is rotationally synchronized with a steering column or steering wheel ( 4 ), the magnetic sections extending over an angular range ( 24 ) with sectors ( 26 . 28 ) has different polarity, using a first scanning unit with an output signal ( 34 . 36 ) generating magnetic field sensor arrangement ( 12 ), - Detecting the rotational angle position of one with the steering column, the steering wheel or the rotor ( 4 ) coupled rotating body ( 8th ), which is driven with a constant and uniform transmission when the steering wheel or the steering column is rotated, and which extends over an angular range of magnetic sections ( 29 ) with sectors ( 29a . 29b ) has different polarity, using a second scanning unit with a magnetic field sensor arrangement generating output signals ( 18 ) - determining the absolute steering wheel angle using the output signals ( 34 . 36 ) of the magnetic field sensor arrangements ( 12 . 18 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Lenkradwinkel in einem Intervall von 0° bis 360° liegt.A method according to claim 12, characterized in that the absolute steering wheel angle in an In tervall is from 0 ° to 360 °. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Lenkradwinkel in einem Vielfachen des Intervalls von 0° bis 360° liegt.A method according to claim 12, characterized in that the absolute steering wheel angle in a multiple of the interval from 0 ° to 360 °.
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