DE102005061666A1 - Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes - Google Patents

Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes Download PDF

Info

Publication number
DE102005061666A1
DE102005061666A1 DE102005061666A DE102005061666A DE102005061666A1 DE 102005061666 A1 DE102005061666 A1 DE 102005061666A1 DE 102005061666 A DE102005061666 A DE 102005061666A DE 102005061666 A DE102005061666 A DE 102005061666A DE 102005061666 A1 DE102005061666 A1 DE 102005061666A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
sensor
torsion
sensor device
rotary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005061666A
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TEETRONIC GmbH
Original Assignee
TEETRONIC GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TEETRONIC GmbH filed Critical TEETRONIC GmbH
Priority to DE102005061666A priority Critical patent/DE102005061666A1/en
Publication of DE102005061666A1 publication Critical patent/DE102005061666A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/2403—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by moving plates, not forming part of the capacitor itself, e.g. shields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1442—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving electrostatic means

Abstract

The device has a marking plate (20) with rotation and torsion markers (18, 19), where the rotation marker is focused to stationary sensor units and the torsion marker is focused to rotary sensor units. The rotary sensor units are formed in a sensor plate (30) that is parallel to the marking plate, where the rotary units and the torsion markers are formed as flat torsion electrodes that are capacitively coupled. The sensor plate has electrically connected ring electrodes that are coupled with stationary transmission electrodes of the device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels einer drehbaren Welle, insbesondere einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs mittels einer auf einer Seite eines tordierbaren Abschnitts der Welle angesetzten mitdrehenden Markierscheibe, die auf einer Seite eine umlaufende Drehmarkierung und auf der gegenüberliegenden ebenen Seite eine Torsionsmarkierung aufweist, wobei die Drehmarkierung stationären Sensorelementen zur Erfassung der Drehwinkels der Welle und die Torsionsmarkierung mitdrehenden Sensorelementen zugewandt ist, die zur Bestimmung des Torsionswinkels des tordierbaren Abschnitts fest mit der anderen Seite des tordierbaren Abschnitts der Welle verbunden sind.The The invention relates to a sensor device for measuring the Torque and the angle of rotation of a rotatable shaft, in particular a steering shaft of a motor vehicle by means of a on one side a twistable portion of the shaft attached co-rotating Marking disc, on one side a rotating rotary marking and on the opposite level side has a torsion marking, wherein the turning mark stationary Sensor elements for detecting the rotation angle of the shaft and the Torsionsmarking facing co-rotating sensor elements, the for determining the torsion angle of the twistable section connected to the other side of the twistable portion of the shaft are.

Durch die DE 10254751 A ist eine kombinierter Drehwinkel- und Drehmomentsensoreinrichtung für eine Lenkwelle mit einer Encoderscheibe bekannt geworden, die auf einer Seite eines mitdrehenden scheibenförmigen Trägers befestigt ist und optisch oder magnetoresistiv durch einen stationären Sensorkopf abgetastet wird. Auf der anderen Seite des Trägers ist ein Encoder aufgebracht, auf den ein mitdrehender weiterer Sensorkopf gerichtet ist. Die Lenkwelle weist einen im Durchmesser erheblich reduzierten Torsionsabschnitt auf. Die Encoderscheibe ist auf einer Seite des Torsionsabschnittes und der mitdrehende Sensorkopf auf der anderen Seite des Torsionsabschnittes fest mit der Lenkwelle verbunden. Der mitdrehende Sensorkopf erfasst den dem Drehmoment äquivalenten Torsionswinkel des Torsionsabschnittes optisch, magnetisch oder mittels eines elektrischen Feldes. Der mitdrehende Sensorkopf ist über eine Wickelfeder kontaktiert, deren Verformung auch für die Bestimmung der Anzahl der Umdrehungen genutzt wird.By the DE 10254751 A For example, a combined rotational angle and torque sensor device for a steering shaft with an encoder disk has been disclosed which is mounted on one side of a co-rotating disc-shaped carrier and is optically or magneto-resistively scanned by a stationary sensor head. On the other side of the carrier an encoder is applied, on which a co-rotating another sensor head is directed. The steering shaft has a significantly reduced in diameter torsion. The encoder disk is fixedly connected to the steering shaft on one side of the torsion section and the co-rotating sensor head on the other side of the torsion section. The co-rotating sensor head detects the torque equivalent torsion angle of the torsion section optically, magnetically or by means of an electric field. The co-rotating sensor head is contacted by a coil spring whose deformation is also used to determine the number of revolutions.

Ferner ist z.B. durch die US 5023559 ein kapazitiver Linearsensor mit einem Signalgenerator, einem Signalprozessor und flächenhaften Elektrodenarrays für hohe und mittlere Auflösungen bekannt geworden.Furthermore, for example by the US 5023559 a capacitive linear sensor with a signal generator, a signal processor and areal electrode arrays for high and medium resolutions has become known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der Sensoreinrichtung zu vereinfachen und ihre Funktionssicherheit zu erhöhen.Of the Invention is based on the object, the production of the sensor device to simplify and increase their reliability.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mitdrehenden Sensorelemente an einer zur Markierscheibe parallelen Drehscheibe ausgebildet sind, dass die mitdrehenden Sensorelemente und die Torsionsmarkierung als flache, einander eng benachbarte parallele, kapazitiv gekoppelte, wechselseitig umlaufend konfigurierte Torsionselektroden ausgebildet sind, und dass die Sensorscheibe mit ihren Torsionselektroden elektrisch verbundene Ringelektroden aufweist, die mit stationären Zuführelektroden der Vorrichtung gekoppelt sind.These Task is solved by that the co-rotating sensor elements at one to the Markierscheibe are formed parallel turntable that the co-rotating sensor elements and the torsion marking as flat, closely spaced parallel, capacitively coupled, mutually encircling configured Torsion electrodes are formed, and that the sensor disk having ring electrodes electrically connected to its torsion electrodes, those with stationary ones feeding electrodes the device are coupled.

Eine derartige Einrichtung hat den Vorteil, dass die umlaufend angeordneten konzentrischen Elektroden eine große Gesamtkoppelfläche von entsprechend hoher Signalstärke aufweisen, so dass der Scheibendurchmesser entsprechend verringert werden kann. Durch die zentrierte Anordnung und große Überlappung der summarisch wirkenden Elektroden wird die Einrichtung gegen mechanischen Versatz der Achslagen der beiden Wellenabschnitte vor und nach dem Torsionsabschnitt unempfindlich. Die beweglichen Teile der Einrichtung sind drehfest mit der Lenkwelle verbunden und durchweg zirkulär und somit drehsymmetrisch ausgebildet. Sie können daher auch den Fliehkräften höherer Drehzahlen z.B. zur Schlupfregelung an Antriebswellen ausgesetzt werden. Die Elektrodenträger können in der Art einer Leiterplatte ausgebildet und bearbeitet werden, wobei die Funktionselemente z.B. in einem üblichen photolithografischen Verfahren mit geringem Aufwand ausgebildet werden können. Die Sensorsignale können neben der Drehmoments nicht nur zur Bestimmung der absoluten Winkellage, sondern auch zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit genutzt werden.A Such device has the advantage that the circumferentially arranged concentric electrodes have a large total coupling area of correspondingly high signal strength have, so that the disc diameter are reduced accordingly can. Due to the centered arrangement and large overlap of the summarily acting Electrodes become the device against mechanical misalignment of the axis positions the two shaft sections before and after the torsion insensitive. The moving parts of the device are rotationally fixed to the steering shaft connected and consistently circular and thus formed rotationally symmetrical. They can therefore also the centrifugal forces of higher speeds e.g. be exposed to slip control on drive shafts. The electrode support can be formed and processed in the manner of a circuit board, where the functional elements are e.g. in a usual photolithographic Procedures can be formed with little effort. The Sensor signals can in addition to the torque not only for the determination of the absolute angular position, but also be used to detect an angular velocity.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen beschriebenen Merkmalen.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the described in the dependent claims Features.

Die flachen Übertragerelektroden nach Anspruch 2 sind kapazitiv mit den eng benachbarten ringförmigen flachen Zuführelektroden auf einer stationären Übertragerscheibe gekoppelt. Eine solche Kopplung ist mechanisch unempfindlich und entsprechend Funktionssicher.The flat transformer electrodes according to claim 2 are capacitive with the closely adjacent annular flat feeding electrodes on a stationary transmitter disk coupled. Such a coupling is mechanically insensitive and accordingly functionally reliable.

Die Funktionselemente nach Anspruch 3 ermöglichen ebenfalls eine großflächige Kopplung von hoher Sensitivität. Durch die konzentrische Anordnung und Beschaltung sind die auszuwertenden Signale gegen mechanischen Störeinflüsse weitgehend unempfindlich. Die gesamte Einrichtung kann entsprechend der Scheibendicken sehr kurz, kompakt und stabil ausgebildet werden.The Functional elements according to claim 3 also allow a large-area coupling of high sensitivity. Due to the concentric arrangement and wiring are the evaluated Signals largely insensitive to mechanical interference. The entire device can be very according to the thickness of the pane be formed short, compact and stable.

Die Grobdrehelektroden nach Anspruch 4 können zusammen mit den Drehelektroden in einem Arbeitsgang ausgebildet werden.The Coarse rotary electrodes according to claim 4, together with the rotary electrodes be trained in one operation.

Durch die wechselseitig angeordneten Elektrodenringe nach Anspruch 5 werden die Sende- oder Empfangssignale in einfacher Weise zugeführt und übertragen.By The mutually arranged electrode rings according to claim 5 the transmitting or receiving signals supplied in a simple manner and transmitted.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 ist es möglich, alle externen Anschlüsse auf der Festscheibe zusammenzufassen.By The development according to claim 6, it is possible to all external connections to summarize the solid disk.

Durch das Schirmgehäuse nach Anspruch 7 schützt die Sensor- und Übertragerelemente vor externen elektromagnetischen Störeinflüssen.By the shield housing Protects according to claim 7 the sensor and transformer elements against external electromagnetic interference.

Durch die Elektroden nach den Ansprüchen 8 und 9 werden sämtliche Messwerte hochauflösend und zuverlässig ermittelt Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:By the electrodes according to claims 8 and 9 are all Measurements high-resolution and reliable determines an embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below explained in more detail. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch eine Sensoreinrichtung für eine Lenkwelle mit mehreren axial eng aneinander gereihten kreisrunden Scheiben 1 a longitudinal section through a sensor device for a steering shaft with a plurality of axially closely juxtaposed circular discs

2 eine Schema der Sensoreinrichtung mit einer elektrischen Schalt- und Auswerteeinrichtung 2 a diagram of the sensor device with an electrical switching and evaluation

3 eine Draufsicht auf eine Seite einer ersten Scheibe, 3 a plan view of a side of a first disc,

4 eine Draufsicht auf eine benachbarte Seite einer zweiten Scheibe, 4 a plan view of an adjacent side of a second disc,

5 eine Draufsicht auf die andere Seite der zweiten Scheibe, 5 a plan view of the other side of the second disc,

6 eine Draufsicht auf eine der zweiten Scheibe benachbarten Seite einer dritten Scheibe, 6 a plan view of a second disc adjacent side of a third disc,

7 eine Draufsicht auf die andere Seite der dritten Scheibe, 7 a plan view of the other side of the third disc,

8 eine Draufsicht auf eine der dritten Scheibe benachbarten Seite einer vierten Scheibe, 8th a plan view of a third disc adjacent side of a fourth disc,

9 ein Diagramm mit Signalwerten zur Bestimmung der Grobdrehlage der Lenkwelle, 9 a diagram with signal values for determining the coarse rotational position of the steering shaft,

10 ein Diagramm mit Signalwerten zur Bestimmung der genauen Drehlage der Lenkwelle. 10 a diagram with signal values to determine the exact rotational position of the steering shaft.

Nach 1 weist eine drehbare Lenkwelle 1 ein zylindrisches Endstück 2 auf, das fest mit einer elastomeren Buchse 3 verbunden ist, die ihrerseits fest in einen Endabschnitt einer rohrartigen Lenksäule 4 eingebettet ist. Ein aus der Lenkwelle 1 herausragender Abschnitt des Endstücks 2 ist fest mit einem Lenkrad 5 verbunden. Die Buchse 3 bildet einen tordierbaren Abschnitt der Lenkwelle 1 und ist so beschaffen, dass sich das Endstück 2 mit Überschreiten eines vom Lenkrad 5 ausgeübten Mindestdrehmoments relativ zur Lenksäule 4 elastisch verdrehen kann.To 1 has a rotatable steering shaft 1 a cylindrical end piece 2 on top of that with an elastomeric bushing 3 which in turn is fixed in an end portion of a tubular steering column 4 is embedded. One from the steering shaft 1 outstanding section of the tail 2 is fixed with a steering wheel 5 connected. The socket 3 forms a twistable portion of the steering shaft 1 and is designed so that the tail 2 with exceeding one of the steering wheel 5 applied minimum torque relative to the steering column 4 can twist elastically.

Eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Drehstellung und des Drehmoments der Lenkwelle weist im Bereich des Endstücks 2 eine Sensoreinheit 6 mit einem stationären Gehäuse 7 und vier mit der Lenkwelle 1 koaxialen eng benachbarten runden Scheiben auf, von denen die beiden äußeren fest mit dem Gehäuse 7 und die beiden inneren fest mit der Lenkwelle 1 verbunden sind. Das die Scheiben umschließende Gehäuse 7 kann z.B. als an Minuspotential angeschlossenes Schirmgehäuse ausgebildet seinA sensor device for determining the rotational position and the torque of the steering shaft has in the region of the end piece 2 a sensor unit 6 with a stationary housing 7 and four with the steering shaft 1 coaxial closely adjacent round discs, of which the two outer fixed to the housing 7 and the two inner fixed to the steering shaft 1 are connected. The housing enclosing the discs 7 For example, it can be designed as a screen housing connected to negative potential

Eine der beiden inneren Scheiben ist am freien Ende der Lenksäule befestigt und als Markierscheibe 20 ausgebildet. Die andere innere Scheibe ist fest mit dem Endstück 2 verbunden und als Sensorscheibe 30 ausgebildet. Die der Markierscheibe 20 benachbarte äußere Scheibe ist als Festscheibe 10 ausgebildet und auf der Seite der Markierscheibe 20 mit stationären Sensorelementen versehen, die mit einer benachbarten Drehmarkierung 18 der Markierscheibe 20 zusammenwirken. Auf ihrer gegenüberliegenden Seite weist die Markierscheibe 20 eine Torsionsmarkierung 19 auf, die mit Sensorelementen der mitdrehenden Sensorscheibe zusammenwirken. Die andere äußere Scheibe dient als Übertragerscheibe 40, die über eine elektrische Leitung 8 mit der Festscheibe 10 verbunden ist.One of the two inner discs is attached to the free end of the steering column and as a marking disc 20 educated. The other inner disc is stuck to the tail 2 connected and as a sensor disk 30 educated. The marking disc 20 adjacent outer disc is a fixed disc 10 trained and on the side of the marker 20 provided with stationary sensor elements, with an adjacent rotary marking 18 the marking disc 20 interact. On its opposite side points the marking disc 20 a torsion marker 19 on, which interact with sensor elements of the co-rotating sensor disk. The other outer disc serves as Übertragerscheibe 40 that have an electrical line 8th with the hard disk 10 connected is.

Nach 2 weist die Sensoreinrichtung neben der Sensoreinheit 6 mit den vier Scheiben (10, 20, 30, 40) einen Signalgenerator 9, Signalaufbereiter 11 und einen Mikrokontroller 12 auf. Der Signalgenerator 9 erzeugt wellenartige, hochfrequente, um 120° phasenverschobene, vorzugsweise rechteckförmige Gebersignale, die über drei Geberleitungen 13 auf die Sensoreinheit 6 übertragen werden, wobei zumindest eine der Geber leitungen 13 zur Synchronisation unmittelbar mit dem Mikrokontroller 12 verbunden ist. Die Signalaufbereiter 11 konditionieren die von der Sensoreinheit 6 ausgegebenen Signale für das Drehmoment, die Grobwinkellage und die Feinwinkellage. Der Mikrokontroller 12 arbeitet mit einer internen vielfachen Frequenz des Signalgenerators 9 empfängt die konditionierten Signale und ermittelt die Zeitverschiebung zu den vom Signalgenerator ausgegebenen Gebersignalen, woraus der Drehwinkel und der Torsionswinkel der Lenkwelle 1 berechnet und z.B. einer Zentralsteuerung 14 übermittelt werden.To 2 has the sensor device next to the sensor unit 6 with the four discs ( 10 . 20 . 30 . 40 ) a signal generator 9 , Signal conditioner 11 and a microcontroller 12 on. The signal generator 9 generates wave-like, high-frequency, by 120 ° phase-shifted, preferably rectangular encoder signals, the three encoder lines 13 on the sensor unit 6 be transmitted, wherein at least one of the donor lines 13 for synchronization directly with the microcontroller 12 connected is. The signal conditioner 11 condition the from the sensor unit 6 output signals for the torque, the rough-angle position and the fine-angle position. The microcontroller 12 works with an internal multiple frequency of the signal generator 9 receives the conditioned signals and determines the time shift to the encoder signals output by the signal generator, from which the angle of rotation and the torsion angle of the steering shaft 1 calculated and eg a central control 14 be transmitted.

Die 3 und 4 zeigen die einander zugewandten Seiten der Festscheibe 10 und der Markierscheibe 20. Die stationären Sensorelemente der Festscheibe 10 und die Drehmarkierung 18 der Markierscheibe 20 sind als flache, einander eng benachbarte parallele, kapazitiv gekoppelte, wechselseitig umlaufend konfigurierte Drehelektroden 17 zur Bestimmung des Drehwinkels ausgebildet. Zusätzlich zu diesen sind zur Signalübertragung auf den einander zugewandten Seiten wechselseitig angeordnete konzentrische innere Elektrodenringe 15, 25 angebracht, die auf der Festscheibe an die Geberleitungen 13 (2) angeschlossen sind und deren Gebersignale kapazitiv auf die Elektrodenringe 25 der Markierscheibe 20 übertragen werden. Die breiteren Elektrodenringe 15 der Festscheibe 10 überdecken toleranzausgleichend die schmaleren Elektrodenringe 25 der Markierscheibe 20.The 3 and 4 show the facing sides of the hard disk 10 and the marking disc 20 , The stationary sensor elements of the fixed disk 10 and the turning mark 18 the marking disc 20 are as flat, closely spaced parallel, capacitively coupled, mutually circumferentially configured rotary electrodes 17 designed to determine the angle of rotation. In addition to these, mutually arranged concentric inner electrode rings are for signal transmission on the facing sides 15 . 25 attached, on the fixed disk to the encoder lines 13 ( 2 ) and their encoder signals are capacitive on the electrode rings 25 of the marking disk 20 be transmitted. The wider electrode rings 15 the hard disk 10 Cover the narrower electrode rings to compensate for tolerances 25 the marking disc 20 ,

Die Drehelektroden bestehen aus ringartigen, paarweise einander zugeordneten mittleren Grobdrehelektroden 16 und 26 sowie äußeren hochauflösenden Drehelektroden 17 und 27. Die Drehelektroden 17 der Markierscheibe 20 bestehen aus diskreten Elektrodensegmenten 21 und die zugehörigen Elektroden 27 der Festscheibe 10 aus durchgehenden kammartig ineinander greifenden komplementären Elektrodenfeldern 22, die durch eine rechteckig mäanderförmig umlaufenden Trennfuge 24 getrennt sind und die über elektrische Verbindungsleitungen 23 an einen der Signalaufbereiter 11 angeschlossen sind. Die ringförmig verteilten Elektrodensegmente 21 von gleicher Gestalt sind zur Erzeugung periodisch ändernder Felder in abwechselnder Reihenfolge mit den verschiedenen Elektrodenringen 25 elektrisch verbunden. Die unterschiedlichen Überdeckungen zwischen den Elektrodensegmenten 21 der verschiedenen Phasen und den Elektrodenfeldern 22 ergeben bei einer Verdrehung der Lenkwelle 1 entsprechend dem in 10 dargestellten Diagramm eine periodisch wiederholte lineare Beziehung zwischen den Gebersignalen x und den von der Sensoreinheit 6 (1) ausgegebenen aufbereiteten Signalen y1, die durch Differenzbildung zwischen den beiden Elektrodenfeldern im Signalaufbereiter 11 (2) noch verstärkt werden können.The rotary electrodes consist of ring-like, co-ordinated middle Grobdrehelektroden assigned in pairs 16 and 26 and external high-resolution rotating electrodes 17 and 27 , The rotary electrodes 17 the marking disc 20 consist of discrete electrode segments 21 and the associated electrodes 27 the hard disk 10 from continuous comb-like interlocking complementary electrode fields 22 passing through a rectangular meander-shaped parting line 24 are separated and connected via electrical connection lines 23 to one of the signal conditioners 11 are connected. The annularly distributed electrode segments 21 are of the same shape for generating periodically changing fields in alternating order with the different electrode rings 25 electrically connected. The different overlaps between the electrode segments 21 the different phases and the electrode fields 22 result in a rotation of the steering shaft 1 according to the in 10 illustrated diagram a periodically repeated linear relationship between the encoder signals x and the sensor unit 6 ( 1 ) prepared processed signals y1, by subtraction between the two electrode fields in the signal conditioner 11 ( 2 ) can be reinforced.

Die Grobdrehelektroden 26 auf der Markierscheibe 20 bestehen aus drei diskreten, an die verschiedenen Elektrodenringe 25 angeschlossenen Teilringen 36 und die zugehörigen Gegenelektroden der Festscheibe aus zwei durchgehenden Elektrodenflächen 37, zwischen denen eine spiralförmige ansteigende und abnehmende weitere Trennfuge 27 verläuft. Die Elektrodenflächen sind über die Verbindungsleitung 23 (2) mit einem weiteren der Signalaufbereiter 11 verbunden. Für einen Umlauf der Lenkwelle 1 ergibt sich hier eine einfache durchgehende lineare Beziehung zwischen den Gebersignalen und den ausgehenden Signalen wie dies aus dem in 9 dargestellten Diagramm ersichtlich ist, worin x den Drehwinkel und y die Signalverschiebung wiedergibt.The coarse rotary electrodes 26 on the marking wheel 20 consist of three discrete, to the different electrode rings 25 connected sub-rings 36 and the associated counterelectrodes of the solid disc of two continuous electrode surfaces 37 , between which a spiral rising and decreasing further parting line 27 runs. The electrode surfaces are over the connecting line 23 ( 2 ) with another of the signal conditioners 11 connected. For one revolution of the steering shaft 1 This results in a simple continuous linear relationship between the transmitter signals and the outgoing signals as shown in the 9 shown diagram, wherein x represents the rotation angle and y the signal shift.

Nach 4 weist die Markierscheibe 20 zur Umdrehungszählung an ihrem äußeren Umfang einen radial abstehenden zahnartigen Nocken 33 auf, der knapp in eine Verzahnung eines konvex zugeordneten Zahnkranzsegmentes 34 eingreift und dieses bei jeder Umdrehung um eine Zahnteilung weiterdreht. Diese Verstellung kann mit anhand von zugeordneten Sensorfeldern 35 erfasst werden, um Mehrfachumdrehungen berücksichtigen zu können.To 4 has the marking wheel 20 for counting the revolution at its outer periphery a radially protruding tooth-like cam 33 on, the scarce in a toothing of a convexly associated sprocket segment 34 engages and this rotates on each revolution by a tooth pitch. This adjustment can be made using assigned sensor fields 35 be recorded in order to account for multiple revolutions can.

Die 5 und 6 zeigen die Markierscheibe 20 und die Sensorscheibe 30 mit ihren einander zugewandten Seiten, auf denen Elektroden angeordnet sind, die auf der Markierscheibe eine Torsionsmarkierung 19 und auf der mitdrehenden Sensorscheibe Sensorelemente bilden, die eine relative Verdrehung zur Torsionsmarkierung 19 erfassen. Die Sensorelemente und die Torsionsmarkierung sind als flache, einander eng benachbarte parallele, kapazitiv gekoppelte, wechselseitig umlaufend konfigurierte Torsionselektroden ausgebildet sind, die auf der Markierscheibe 20 aus diskreten weiteren Elektrodensegmenten 28 und auf der Sensorscheibe 30 aus durchgehenden kammartig ineinander greifenden komplementären weiteren Elektrodenfeldern 29 bestehen, die durch eine weitere sinusoide Trennfuge 31 voneinander getrennt sind. Die in engerer Teilung und höherer Anzahl vorhandenen Elektrodensegmente 28 sind in ähnlicher Weise wie bei den Drehelektroden in abwechselnder Reihenfolge an die Elektrodenringe 25 (4) ange schlossen. Die Torsionselektroden wirken in ähnlicher Weise wie die Drehelektroden. Durch die sinusoide Trennfuge 31 und die höhere Anzahl der Elektrodensegmente wird eine im Vergleich zur Drehmarkierung noch höhere Winkelauflösung erzielt, die bereits eine geringe Verformung der elastomeren Buchse 3 (1) erkennbar macht.The 5 and 6 show the marker 20 and the sensor disk 30 with their sides facing each other, on which electrodes are arranged, which on the marking a Torsionsmarkierung 19 and on the co-rotating sensor disc sensor elements form a relative rotation to the Torsionsmarkierung 19 to capture. The sensor elements and the torsion marking are designed as flat, closely parallel, capacitively coupled, mutually circumferentially configured torsion electrodes, which are located on the marking wheel 20 from discrete further electrode segments 28 and on the sensor disk 30 from continuous comb-like interlocking complementary further electrode fields 29 pass through another sinusoidal parting line 31 are separated from each other. The narrower pitch and higher number of electrode segments present 28 are similar to the rotating electrodes in alternating order to the electrode rings 25 ( 4 ) are connected. The torsion electrodes work in a similar way as the rotary electrodes. Through the sinusoidal parting line 31 and the higher number of electrode segments, an even higher angular resolution is achieved in comparison to the rotary mark, which already a small deformation of the elastomeric bushing 3 ( 1 ) makes recognizable.

Die 7 und 8 zweigen die einander zugewandten Seiten der Sensorscheibe 30 und der Übertragerscheibe 40. Die Sensorscheibe 30 ist auf ihrer den Elektrodenfeldern 29 (6) gegenüberliegenden Seite mit zwei Ringelektroden 32 versehen, die mit jeweils einem der beiden Elektrodenfelder 29 elektrisch verbunden sind. Die Übertragerscheibe 40 weist auf ihrer der Sensorscheibe 30 zugewandten Seite weiter Ringelektroden 42 auf, die die Ringelektroden 32 überdecken und an die zur Festscheibe führenden Leitung 8 (1) angeschlossen sind. Die beiden Paare der Ringelektroden 32 und 42 sind mit einander kapazitiv gekoppelt und übertragen kontaktlos die von den Elektrodenfeldern 29 (6) ausgehenden Signale, die über die Verbindungsleitung 23 (2) einem weiteren der Signalaufbereiter 11 zugeleitet werden.The 7 and 8th branch the facing sides of the sensor disk 30 and the transmitter disk 40 , The sensor disc 30 is on her the electrode pads 29 ( 6 ) opposite side with two ring electrodes 32 provided, each with one of the two electrode fields 29 are electrically connected. The transmitter disk 40 points to her the sensor disc 30 facing side further ring electrodes 42 on, the ring electrodes 32 cover and to the leading to the solid line line 8th ( 1 ) are connected. The two pairs of ring electrodes 32 and 42 are capacitively coupled with each other and contactlessly transmit those from the electrode pads 29 ( 6 ) outgoing signals through the connection line 23 ( 2 ) another of the signal conditioners 11 be forwarded.

11
Lenkwellesteering shaft
22
Endstücktail
33
BuchseRifle
44
Lenksäulesteering column
55
Lenkradsteering wheel
66
Sensoreinheitsensor unit
77
Gehäusecasing
88th
Leitungmanagement
99
Signalgeneratorsignal generator
1010
Festscheibehard disk
1111
SignalaufbereiterSignal Conditioner
1212
Mikrokontrollermicrocontroller
1313
Geberleitungencoder cable
1414
ZentralsteuerungCentral control
1515
Elektrodenringelectrode ring
1616
GrobdrehelektrodeCoarse rotary electrode
1717
Drehelektroderotary electrode
1818
Drehmarkierungrotary labeling
1919
TorsionsmarkierungTorsionsmarkierung
2020
Markierscheibemarking disk
2121
Elektrodensegmentelectrode segment
2222
Elektrodenfeldelectrode array
2323
Verbindungsleitungconnecting line
2424
Trennfugeparting line
2525
Elektrodenringelectrode ring
2626
GrobdrehelektrodeCoarse rotary electrode
2727
Drehelektroderotary electrode
2828
Elektrodensegmentelectrode segment
2929
Elektrodenfeldelectrode array
3030
Sensorscheibesensor disk
3131
Trennfugeparting line
3232
Ringelektrodering electrode
3333
Nockencam
3434
ZahnkranzsegmentToothed ring segment
3535
Sensorfeldsensor field
3636
Teilringpartial ring
3737
Elektrodenflächeelectrode area
4242
Ringelektrodering electrode
4040
ÜbertragerscheibeÜbertragerscheibe

Claims (9)

Sensoreinrichtung zum Messen des Drehmoments und des Drehwinkels einer drehbaren Welle, insbesondere einer Lenkwelle (1), eines Kraftfahrzeugs mittels einer auf einer Seite eines tordierbaren Abschnitts der Welle angesetzten mitdrehenden Markierscheibe (20), die auf einer Seite eine umlaufende Drehmarkierung (18) und auf der gegenüberliegenden ebenen Seite eine Torsionsmarkierung (19) aufweist, wobei die Drehmarkierung (18) stationären Sensorelementen zur Erfassung der Drehwinkels der Welle und die Torsionsmarkierung (19) mitdrehenden Sensorelementen zugewandt ist, die zur Bestimmung des Torsionswinkels des tordierbaren Abschnitts kinematisch fest mit der anderen Seite des tordierbaren Abschnitts der Welle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mitdrehenden Sensorelemente an einer zur Markierscheibe parallelen Sensorscheibe (30) ausgebildet sind, dass die mitdrehenden Sensorelemente und die Torsionsmarkierung (19) als flache, einander eng benachbarte parallele, kapazitiv gekoppelte, wechselseitig umlaufend konfigurierte Torsionselektroden ausgebildet sind, und dass die Sensorscheibe (30) mit ihren Torsionselektroden elektrisch verbundene Ringelektroden (32) aufweist, die mit stationären Übertragerelektroden der Vorrichtung gekoppelt sind.Sensor device for measuring the torque and the angle of rotation of a rotatable shaft, in particular a steering shaft ( 1 ), a motor vehicle by means of an attached on one side of a twistable portion of the shaft co-rotating marker ( 20 ), which have on one side a circumferential rotary marking ( 18 ) and on the opposite flat side a Torsionsmarkierung ( 19 ), wherein the rotary marking ( 18 ) stationary sensor elements for detecting the rotational angle of the shaft and the torsion marking ( 19 ) facing mitdrehenden sensor elements, which are kinematically fixedly connected to the determination of the torsion angle of the twistable portion with the other side of the twistable portion of the shaft, characterized in that the co-rotating sensor elements on a parallel to the marking disc sensor disk ( 30 ) are formed such that the co-rotating sensor elements and the Torsionsmarkierung ( 19 ) are formed as flat, closely parallel, capacitively coupled, mutually circumferentially configured torsion electrodes, and that the sensor disk ( 30 ) with their torsion electrodes electrically connected ring electrodes ( 32 ) coupled to stationary transducer electrodes of the device. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Ringelektroden (32) auf der den Torsionselektroden abgewandten Seite der Sensorscheibe (30) angeordnet sind und kapazitiv mit den eng benachbarten flachen weiteren Ringelektroden (42) auf einer stationären Übertragerscheibe (40) angebracht sind.Sensor device according to claim 1, characterized in that the flat ring electrodes ( 32 ) on the side of the sensor disc facing away from the torsion electrodes ( 30 ) are arranged and capacitively connected to the closely adjacent flat further ring electrodes ( 42 ) on a stationary Übertragerscheibe ( 40 ) are mounted. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Sensorscheibe 30) abgewandten Seite der Markierscheibe (20) eine Festscheibe (10) mit den stationären Sensorelementen angeordnet ist und dass die stationären Sensorelemente und die Drehmarkierung (18) als flache, einander eng benachbarte parallele, kapazitiv gekoppelte, wechselseitig umlaufend konfigurierte Drehelektroden (17, 27) ausgebildet sind.Sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that on the sensor disc 30 ) facing away from the marking disc ( 20 ) a hard disk ( 10 ) is arranged with the stationary sensor elements and that the stationary sensor elements and the rotary marking ( 18 ) as flat, closely adjacent parallel, capacitively coupled, mutually circumferentially configured rotary electrodes ( 17 . 27 ) are formed. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festscheibe (10) und die Markierscheibe (20) auf den einander zugewandten Seiten wechselseitig angeordneten Grobdrehelektroden (16, 26) zur Überwachung der Grobdrehlage der Welle aufweisen.Sensor device according to claim 3, characterized in that the fixed disk ( 10 ) and the marking disc ( 20 ) on the mutually facing sides of mutually arranged coarse rotary electrodes ( 16 . 26 ) for monitoring the rough turning position of the shaft. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dass die Festscheibe (10) und die Markierscheibe (20) auf den einander zugewandten Seiten mit wechselseitig angeordnete Elektrodenringe (15, 25) zur Signalübertragung aufweisen und dass die Elektrodenringe (25) elektrisch mit den zugehörigen Drehelektroden (27) und den Grobdrehelektroden (26) verbunden sind.Sensor device according to claim 3 or 4, characterized in that that the fixed disk ( 10 ) and the marking disc ( 20 ) on the mutually facing sides with mutually arranged electrode rings ( 15 . 25 ) for signal transmission and that the electrode rings ( 25 ) electrically with the associated rotary electrodes ( 27 ) and the coarse rotating electrodes ( 26 ) are connected. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführelektroden der Übertragerscheibe (40) über eine elektrische Leitung (8) mit der Festscheibe (10) verbunden sind, an die sämtliche externen Leitungen der Sensoreinrichtung angeschlossen sind.Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that supply electrodes of the Übertragerscheibe ( 40 ) via an electrical line ( 8th ) with the fixed disk ( 10 ) are connected, to which all external lines of the sensor device are connected. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein sämtliche Scheiben umgreifendes Schirmgehäuse aufweist.Sensor device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the sensor device encompasses all discs screen housing having. Sensoreinrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehelektroden und die Torsionselektroden aus diskreten Elektrodensegmenten (21, 28) und die zugehörigen Gegenelektroden aus durchgehenden kammartig ineinander greifenden komplementären Elektrodenfeldern (22, 29) bestehen.Sensor device according to claim, characterized in that the rotary electrodes and the torsion electrodes of discrete electrode segments ( 21 . 28 ) and the associated counterelectrodes from continuous comb-like interlocking complementary electrode fields ( 22 . 29 ) consist. Sensoreinrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobdrehelektroden 16 aus drei diskreten Teilringen und die zugehörigen Gegenelektroden aus zwei durchgehenden Elektrodenflächen bestehen, zwischen denen eine spiralförmige Trennfuge (31) verläuft.Sensor device according to claim, characterized in that the coarse rotary electrodes 16 consist of three discrete part rings and the associated counter electrodes of two continuous electrode surfaces, between which a spiral Parting line ( 31 ) runs.
DE102005061666A 2005-12-22 2005-12-22 Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes Withdrawn DE102005061666A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005061666A DE102005061666A1 (en) 2005-12-22 2005-12-22 Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005061666A DE102005061666A1 (en) 2005-12-22 2005-12-22 Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005061666A1 true DE102005061666A1 (en) 2007-06-28

Family

ID=38108785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005061666A Withdrawn DE102005061666A1 (en) 2005-12-22 2005-12-22 Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005061666A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015211730A1 (en) * 2015-06-24 2017-01-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Torque unit with elastic coupling element and method for mounting a torque unit

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172039A (en) * 1991-09-16 1992-12-15 Staodyn, Inc. Device utilizing capacitive coupling to provide an output indicative of angular relationship
DE10254751A1 (en) * 2002-02-21 2003-09-04 Continental Teves Ag & Co Ohg Device for measuring the angle, angular velocity and moment of a motor vehicle steering rod comprises steering angle sensor and moment sensor mounted in a common housing on the steering rod to simplify assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172039A (en) * 1991-09-16 1992-12-15 Staodyn, Inc. Device utilizing capacitive coupling to provide an output indicative of angular relationship
DE10254751A1 (en) * 2002-02-21 2003-09-04 Continental Teves Ag & Co Ohg Device for measuring the angle, angular velocity and moment of a motor vehicle steering rod comprises steering angle sensor and moment sensor mounted in a common housing on the steering rod to simplify assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015211730A1 (en) * 2015-06-24 2017-01-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Torque unit with elastic coupling element and method for mounting a torque unit
DE102015211730B4 (en) * 2015-06-24 2019-10-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Torque unit with elastic coupling element and method for mounting a torque unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2449346B1 (en) Angle sensor
EP2265902B1 (en) Inductive rotational angle sensor and method for operating an inductive rotational angle sensor
EP1475604B1 (en) Inductive angle sensor
DE10158223B4 (en) Rotation angle meter
EP3775785B1 (en) Device for determining a position of a moving part and method for the operation thereof
EP1706708B1 (en) Steering angle sensor
EP1590643B1 (en) Meter bearing comprising an integrated data detection and processing system
DE102014208642A1 (en) Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle
DE4440214A1 (en) Rotation transmitter using rotatable magnet systems with magnetic North and South poles
EP1876422A1 (en) Device for measuring rotational and translatory movements
EP0171612A1 (en) Position-measuring apparatus
DE102012215081A1 (en) Combined steering torque steering angle sensor
EP1457762B1 (en) Device for measuring the position, the displacement or the rotational angle of an object
DE19640895A1 (en) Rolling bearings with an integrated speed measuring device
EP2707275A1 (en) Bottom bracket unit for a bicycle
EP0902255B1 (en) Angle sensor
EP1600737B1 (en) Apparatus for rotary angle measurement
DE19750474C2 (en) Encoder
DE3822314A1 (en) Rotation angle potentiometer
DE19626654A1 (en) Multiturn revolution transposer for angular position encoder
DE102005061666A1 (en) Sensor device for measuring torque and rotation angle of steering shaft of motor vehicle, has rotary units and torsion markers that are formed as torsion electrodes, and sensor plate with ring electrodes coupled with transmission electrodes
DE10144054A1 (en) Torsion module for a torque-sensing device for measurement of the torque applied by a motor vehicle steering column, has an arrangement for limiting displacement of elements of the torsion module that is cost-effective and precise
DE102004004025A1 (en) Vehicle steering angle determination sensor comprises a synchronous rotor and coupled rotating body each with magnetic tracks and magnetic field sensing arrangements
DE19716321C1 (en) Sensor for indexing angle of rotation e.g. of steering column
DE10308440A1 (en) Device for measuring the angle of rotation

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8130 Withdrawal
8165 Publication of following application cancelled