DE102008027719A1 - Inductive torque sensor for motor vehicle, comprises four angle sensors, and associated unit for evaluation by regulation of differential angles, and two switching circuits are provided - Google Patents

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Abstract

The inductive torque sensor comprises four angle sensors and an associated unit for evaluation by regulation of differential angles. Two switching circuits are provided, where each switching circuit is assigned two differential angles which can be determined. The angle ratio of the different angle sensors averages to certain ratio.

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktiven Drehmomentsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an inductive torque sensor according to the Preamble of claim 1.

Solche induktive Drehmomentsensoren werden z. B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Drehmomente wie Lenkmomente zu ermitteln. Dies wird zunehmend erforderlich, weil vermehrt elektromotorische Servoeinrichtungen zur Lenkhilfe eingesetzt werden. Diese benötigen das Lenkmoment zur Steuerung. Die Lenkmomente werden in einer Lenksäule durch einen Torsionsstab in Differenzwinkeln erkennbar und aus diesen berechnet. Hierfür werden die Verdrehungen an den Enden des Torsionsstabs mittels einer geeigneten induktiven Anordnung als Signale bestimmt und in Mittel zum Auswerten geleitet. Die Differenzwinkel der Torsion sind unabhängig von einer Stellung des Lenkrads zu bestimmen.Such inductive torque sensors are z. B. used in motor vehicles, to determine torques such as steering torques. This is becoming increasingly common required, because increased electromotive servos used for power steering. These need the steering torque for controlling. The steering moments are in a steering column through a torsion bar in difference angles and recognizable from these calculated. This is the twisting at the ends the torsion bar by means of a suitable inductive arrangement determined as signals and directed to means for evaluation. The difference angle The torsion are independent of a position of the steering wheel to determine.

Aus der DE 10 2004 019 379 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Differenzwinkels bekannt, bei dem zwei Drehwinkel bestimmt und hieraus ein Differenzwinkel berechnet wird. Beim Berechnen des Differenzwinkels werden unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen den Drehungen zweier Komponenten berücksichtigt. Das Verfahren ist für die Steuerung von automatischen Getrieben bestimmt und für die Bestimmung von Lenkmomenten nicht relevant.From the DE 10 2004 019 379 A1 For example, a method for determining a difference angle is known in which two angles of rotation are determined and from this a difference angle is calculated. When calculating the differential angle, different gear ratios between the rotations of two components are taken into account. The method is intended for the control of automatic transmissions and is not relevant for the determination of steering torque.

Die DE 102 25 013 A1 beschreibt einen induktiven Drehwinkelsensor mit mindestens einer Statorleiterplatte und mindestens zwei Rotoren. Zwischen der Statorleiterplatte und den Rotoren sind spezielle Gleitflächen ausgebildet. Hierdurch wird das Spiel zwischen der Statorleiterplatte und den Rotoren vermindert und so die Messgenauigkeit verbessert.The DE 102 25 013 A1 describes an inductive rotation angle sensor with at least one stator printed circuit board and at least two rotors. Between the stator board and the rotors special sliding surfaces are formed. This reduces the clearance between the stator board and the rotors, thereby improving the measurement accuracy.

Bei den bekannten Drehmomentsensoren sind die Mittel zur Bestimmung des Torsionswinkels der Lenksäule befestigt, so dass sie deren Drehungen mitmachen. Daher sind zur Übertragung der Signale zu Vorrichtungen im Fahrzeug so genannte Wickelfedern erforderlich, die die Lenkbewegungen erlauben, ohne dass eine Kontaktierung gestört wird. Weiter ist es bekannt, die Mittel zur Bestimmung des Differenzwinkels der Torsion fest in Relation zum Fahrzeug einzubauen. Hierfür ist es erforderlich, absolute Drehwinkel an den Enden des Torsionsstabs gegenüber dem Fahrzeug zu bestimmen, um aus der Differenz das Drehmoment zu bestimmen. Hierbei ist bei Kraftfahrzeugen Redundanz gefordert, so dass insgesamt mindestens vier Winkelsensoren zur Bestimmung des Lenkmoments vorhanden sein müssen. Bisher ist es bekannt, Signale der Statoren beliebig mindestens einer Auswertevorrichtung zuzuordnen. Hierbei ist es aber möglich, dass bereits bei Vorliegen eines einfachen Fehlers eine Winkeldifferenz nicht mehr bestimmt werden kann. Dies führt zu Fehlfunktionen der Drehmomentbestimmung und somit der Servolenkung.at The known torque sensors are the means of determination attached to the torsion angle of the steering column, so they whose turns participate. Therefore, to transfer the Signals to devices in the vehicle so-called coil springs required which allow the steering movements without disturbing a contact becomes. It is also known, the means for determining the difference angle to install the torsion firmly in relation to the vehicle. Therefor It is necessary to face absolute angles of rotation at the ends of the torsion bar the vehicle to determine from the difference the torque determine. Redundancy is required in motor vehicles, so that a total of at least four angle sensors for determining of the steering torque must be present. So far it has been known Signals of the stators arbitrary at least one evaluation device assigned. However, it is possible that already exists a simple error an angle difference is no longer determined can be. This leads to malfunctions of the torque determination and thus the power steering.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehmomentsensor mittels Bestimmung des Differenzwinkels der Torsion zu schaffen, bei dem ohne den Einsatz von Schleiferfedern mit einfachen Mitteln eine einfache und redundante Bestimmung gewährleistet ist.task The invention is a torque sensor by means of determination to create the differential angle of torsion, in which without the use of grinder springs with simple means a simple and redundant Determination is ensured.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Es sind zwei Schaltkreise angeordnet, wobei jedem Schaltkreis zwei unterschiedliche zu bestimmende Winkel zugeordnet sind. Hierbei werden in jedem der Schaltkreise zunächst die einzelnen Winkel bestimmt. Anschließend wird in dem Schaltkreis oder in einer separaten Auswerteeinheit die Differenz aus den Winkeln berechnet. Auf diese Weise ist eine Redundanz gegeben, weil in jedem der Schaltkreise paarweise zumindest die erforderlichen Winkel berechnet werden. Bei Ausfall z. B. eines der Schaltkreise ist immer noch die Funktion des anderen Schaltkreises gegeben, der die Winkel bestimmt und gegebenenfalls den Differenzwinkel berechnet. Die Funktionssicherheit der Servolenkung wird erhöht.The The object is solved by the features of claim 1. There are two circuits arranged, each circuit two are associated with different angles to be determined. Here are in each of the circuits, first the individual angles certainly. Subsequently, in the circuit or in a separate evaluation unit calculates the difference from the angles. In this way, redundancy is given because in each of the circuits in pairs, at least the required angles are calculated. In case of failure z. B. one of the circuits is still the function the other circuit determines the angle and, where appropriate calculates the difference angle. The reliability of the power steering is elevated.

Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.Of the Subclaim relates to an advantageous embodiment of the invention.

In einer bevorzugten Ausführung beträgt das Winkelverhältnis der unterschiedlichen Winkelsensoren 1:2, also z. B. 20° und 40°. Hierdurch werden gegenseitige Störungen der Winkelsensoren minimiert.In a preferred embodiment is the angular ratio the different angle sensors 1: 2, ie z. B. 20 ° and 40 °. As a result, mutual interference of Angle sensors minimized.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:Based In the accompanying drawings, the invention will be described below explained in more detail. Showing:

1 eine Explosionsdarstellung eines induktiven Drehmomentsensors und 1 an exploded view of an inductive torque sensor and

2 einen Schnitt durch den Drehmomentsensor. 2 a section through the torque sensor.

Wie aus der 1 ersichtlich umfasst ein induktiver Drehmomentsensor eine Leiterplatte 1 und zwei Rotorscheiben 2, wobei die Rotorscheiben 2 unterschiedliche Rotorstrukturen 3 mit Strukturgrößen von z. B. 20° beziehungsweise 40° aufweisen. Die Rotorscheiben 2 sind weitestgehend parallel und auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet. Hierbei sind sie mit kurzem Abstand zu beiden Hauptflächen der Leiterplatte 1 verteilt. Die Leiterplatte 1 und eine der Rotorscheiben 2 sind von einem Gehäuse 4 weitgehend dicht umgeben. Eine andere der Rotorscheiben ist außen dicht an dem Gehäuse 4 gelagert. Die Rotorscheiben 2, die Leiterplatte 1 und das Gehäuse 4 weisen jeweils eine Öffnung für eine nicht dargestellten Lenkstange auf. Die Öffnungen sind entsprechend fluchtend.Like from the 1 As can be seen, an inductive torque sensor comprises a printed circuit board 1 and two rotor disks 2 , wherein the rotor disks 2 different rotor structures 3 with feature sizes of z. B. 20 ° or 40 °. The rotor disks 2 are largely parallel and arranged on a common axis of rotation. Here they are with a short distance to both main surfaces of the circuit board 1 distributed. The circuit board 1 and one of the rotor disks 2 are from a housing 4 surrounded largely tight. Another of the rotor disks is externally sealed to the housing 4 stored. The rotor disks 2 , the circuit board 1 and the case 4 each have an opening for a handlebar, not shown. The openings are aligned accordingly.

Jede Rotorscheibe 2 ist mittels einer Trägerstruktur 5 drehfest an der Lenkstange befestigt, wobei diese zwischen den Rotorscheiben 2 ein Torsionselement aufweist. Die einstückige Trägerstruktur 5 umfasst einen rohrstückartigen Teil, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser eines zugehörigen Teils der Lenkstange zuzüglich einem vorbestimmten geringen Spiel entspricht und an dem die Rotorscheibe 2 befestigt ist. Auf der Trägerstruktur 5 der Rotorscheibe 2, die in dem Gehäuse 4 angeordnet ist, ist von außen eine Scheibe 9 befestigt, die hier dicht an dem Gehäuse 1 anliegt. Auf diese Weise ist der Drehmomentsensor in sich gegen Verkippungen stabilisiert, wodurch diesbezügliche Messfehler minimiert werden.Every rotor disk 2 is by means of a support structure 5 rotatably attached to the handlebar, this between the rotor discs 2 having a torsion element. The one-piece support structure 5 comprises a pipe-piece-like part whose inner diameter corresponds to the diameter of an associated part of the handlebar plus a predetermined small clearance and on which the rotor disk 2 is attached. On the support structure 5 the rotor disk 2 in the case 4 is arranged, is from the outside a disc 9 attached, which is close to the case 1 is applied. In this way, the torque sensor is stabilized against tilting in itself, whereby related measurement errors are minimized.

Auf der Leiterplatte 1 sind vier Statoren ausgebildet, die in Verbindung mit den beiden Rotoren 2 vier Winkelsensoren bilden. Jeweils zwei der Statoren sind zusammen mit erforderlichen Erregerstrukturen in bekannter Weise als Leiterbahnen auf den beiden Hauptflächen der Leiterplatte 1 aufgetragen und kontaktiert. Die Strukturen der Statoren 6 sind mit den Rotorstrukturen 3 abgestimmt.On the circuit board 1 Four stators are designed in conjunction with the two rotors 2 form four angle sensors. In each case two of the stators, together with the necessary excitation structures in a known manner as conductor tracks on the two main surfaces of the circuit board 1 applied and contacted. The structures of the stators 6 are with the rotor structures 3 Voted.

Auf der Leiterplatte 1 sind weiterhin zwei anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise 7 angeordnet. Hierbei sind jedem der Schaltkreise 7 zwei unterschiedliche der Sensorstrukturen zugeordnet. Jeder Schaltkreis 7 weist zwei Kanälen auf. Gegebenenfalls ist den Schaltkreisen 7 mindestens eine Auswerteeinheit nachgeschaltet. Die Schaltkreise und gegebenenfalls die mindestens eine Auswerteeinheit bilden die Mittel zum Auswerten.On the circuit board 1 are still two application-specific integrated circuits 7 arranged. Here are each of the circuits 7 associated with two different sensor structures. Every circuit 7 has two channels. If necessary, the circuits 7 at least one evaluation unit downstream. The circuits and optionally the at least one evaluation unit form the means for evaluation.

Zum elektrischen Anschluss an z. B. ein Steuergerät ist auf der Leiterplatte eine Steckbuchse 8 mit entsprechenden Kontaktdrähten befestigt.For electrical connection to z. B. a controller is on the circuit board a socket 8th attached with appropriate contact wires.

Im Betrieb werden die Rotoren 2 mittels der Lenkstange gegenüber den Statoren verdreht. Hierdurch werden entsprechende Signale in die zugeordneten Schaltkreise 7 beziehungsweise Kanäle geleitet und ausgehend von einer festgelegten Nullstellung zu Drehwinkeln berechnet, wobei durch die Einleitung der Signale jedes der Winkelsensoren in einen vorbestimmten der Kanäle eine sichere Redundanz mit einfachen Mitteln erzielt wird. Abhängig von einem über ein Lenkrad auf die Lenkstange ausgeübten Drehmoment tordiert das Torsionselement um einen bestimmten Winkel, so dass die beiden Rotoren 2 um entsprechend unterschiedliche Drehwinkel verdreht werden. Aus diesen unterschiedlichen Drehwinkeln wird ein Differenzwinkel berechnet, aus dem das auf die Lenkstange ausgeübte Drehmoment bestimmt wird.In operation, the rotors 2 twisted by the handlebar relative to the stators. As a result, corresponding signals in the associated circuits 7 Channels and calculated and calculated from a predetermined zero position to angles of rotation, with the introduction of the signals of each of the angle sensors in a predetermined of the channels a secure redundancy is achieved by simple means. Depending on a torque exerted on the steering rod via a steering wheel, the torsion element is twisted by a certain angle, so that the two rotors 2 to be rotated according to different angles of rotation. From these different angles of rotation, a differential angle is calculated, from which the torque exerted on the handlebar is determined.

11
Leiterplattecircuit board
22
Rotorscheiberotor disc
33
Rotorstrukturrotor structure
44
Gehäusecasing
55
Trägerstruktur 6 support structure 6
77
Schaltungcircuit
88th
Steckbuchsereceptacle
99
Scheibedisc

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 10225013 A1 [0004] - DE 10225013 A1 [0004]

Claims (2)

Induktiver Drehmomentsensor mittels Bestimmung von Differenzwinkeln, umfassend mindestens vier Winkelsensoren, und damit verbundene Mittel zum Auswerten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schaltkreise (7) angeordnet sind, wobei jedem Schaltkreis (7) zwei unterschiedliche zu bestimmende Winkel zugeordnet sind.Inductive torque sensor by means of determination of differential angles, comprising at least four angle sensors, and associated means for evaluation, characterized in that two circuits ( 7 ), each circuit ( 7 ) are assigned two different angles to be determined. Induktiver Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelverhältnis der unterschiedlichen Winkelsensoren 1:2 beträgt.Inductive torque sensor according to claim 1, characterized characterized in that an angular ratio of the different Angle sensors is 1: 2.
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