DE102009039764A1 - System for determining steering angle provided by driver for steering system of vehicle, has measuring device provided with poles pairs, where poles-pairs and speed ratio are selected such that wheel-rotation angle range is covered - Google Patents

System for determining steering angle provided by driver for steering system of vehicle, has measuring device provided with poles pairs, where poles-pairs and speed ratio are selected such that wheel-rotation angle range is covered Download PDF

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Abstract

The system has a torsion bar-measuring device (4) for measuring torque applied by a driver to a steering wheel (1). An angle measuring device is provided at the torsion bar measuring device, and exhibits magnetic poles pairs. The number of magnetic poles-pairs of a motor position sensor and the angle measuring device and a speed ratio of a reduction gear (5) are selected by the torsion bar measuring device such that a steering wheel-rotation angle range is covered in the order of magnitude by 1440 degrees.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung des vom Fahrer eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkels in einer Fahrzeug-Lenkanlage, in der der Fahrer-Lenkwunsch auf hydraulischem und/oder elektronischem Weg an einen die lenkbaren Fahrzeug-Räder bewegenden Aktuator übermittelt wird, wobei an das Lenkrad mittels eines einen Motorlagesensor mit mehreren Magnetpol-Paaren aufweisenden Elektromotors unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes ein Drehmoment anlegbar ist, und wobei das vom Fahrer an das Lenkrad angelegte Drehmoment mittels einer Torsionsstab-Messvorrichtung messbar ist. Zum Stand der Technik wird neben der DE 198 42 624 B4 auf die DE 195 06 938 A1 oder die DE 600 11 684 T2 verwiesen.The invention relates to a system for determining the predetermined by the driver of a vehicle with a steering wheel steering angle in a vehicle steering system in which the driver steering request is transmitted to a hydraulic and / or electronic way to a moving vehicle wheels moving actuator, wherein the steering wheel by means of a motor position sensor with multiple magnetic pole pairs having electric motor with the interposition of a reduction gear, a torque can be applied, and wherein the torque applied by the driver to the steering wheel by means of a torsion bar measuring device is measurable. The state of the art is in addition to the DE 198 42 624 B4 on the DE 195 06 938 A1 or the DE 600 11 684 T2 directed.

Eine Fahrzeug-Lenkanlage, in der viele dieser genannten Merkmale gezeigt sind und bei der ebenso wie bei einer erfindungsgemäßen Lenkanlage keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad des Fahrers und einem die lenkbaren Fahrzeug-Räder verschwenkenden Lenk-Getriebe vorgesehen ist, ist in der erstgenannten DE 198 42 624 B4 beschrieben. In dieser beschriebenen Fahrzeug-Lenkanlage ist für die Ermittlung des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels ein eigenständiger Lenkwinkelsensor am Lenkrad bzw. an einer mit diesem drehfest verbundenen sog. Lenksäule vorgesehen.A vehicle steering system in which many of these features are shown and in which as well as in a steering system according to the invention no mechanical connection between the driver's steering wheel and the steering vehicle wheels pivoting steering gear is provided, is in the former DE 198 42 624 B4 described. In this described vehicle steering system, an independent steering angle sensor is provided on the steering wheel or on a so-called non-rotatably connected so-called steering column for determining the steering angle predetermined by the driver.

In der DE 600 11 684 T2 ist ein multiturnfähiges Messprinzip für den vom Fahrer mit seinem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel an einer elektrischen Servolenkanlage beschrieben, wobei auf eine Sensiereinrichtung für die Winkelstellung der dort sog. Lenkwelle und auf den dort sog. Winkelstellungssensor des Motorrotors des ein unterstützendes Lenkmoment bereit stellenden Elektromotors zugegriffen wird. Wenngleich in dieser Schrift das Wort „Noniusprinzip” nicht verwendet wird, so benutzt doch das in dieser Schrift beschriebene Messprinzip dieses Noniusprinzip, welches im übrigen auch in der o. g. DE 195 06 938 A1 beschrieben ist und es ermöglicht, mit zwei Messvorrichtungen, die jeweils um mehr als eine vollständige Umdrehung, d. g. um mehr als 360° um ihre Drehachse verdrehbar sind, einen Absolut-Lenkwinkel zu bestimmen, d. h. festzustellen, ob am Lenkrad bspw. ausgehend von seiner Mittenstellung bereits mehr als eine vollständige Umdrehung durchgeführt wurde oder nicht.In the DE 600 11 684 T2 is a multiturnfähiges measuring principle for the prescribed by the driver with his steering wheel steering angle on an electric power steering system described, with a sensing device for the angular position of the so-called. Steering shaft and the so-called. Angle position sensor of the motor rotor of a supportive steering torque-providing electric motor is accessed. Although the word "vernier principle" is not used in this document, so the measuring principle described in this document uses this vernier principle, which incidentally also in the above DE 195 06 938 A1 is described and makes it possible with two measuring devices, each of which is rotatable by more than a complete revolution, dg by more than 360 ° about its axis of rotation, to determine an absolute steering angle, ie determine whether the steering wheel, for example, starting from its center position already more than one full turn has been made or not.

Vorliegend soll nun für eine Fahrzeug-Lenkanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ein System zur Ermittlung des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels aufgezeigt werden, welches keinen eigenständigen Lenkwinkelsensor am Lenkrad bzw. an der mit diesem drehfest verbundenen Lenksäule benötigt (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).In the present case, for a vehicle steering system with the features specified in the preamble of claim 1, a system for determining the steering angle predetermined by the driver will be shown, which does not require a separate steering angle sensor on the steering wheel or on the steering column rotatably connected with it (= object of the present invention Invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel multiturnfähig aus dem Signal des Motorlagesensors des (im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs genannten) Elektromotors und einer an der Torsionsstab-Messvorrichtung vorgesehenen, ebenfalls mehrere Magnetpol-Paare aufweisenden Winkelmessvorrichtung unter Anwendung des Noniusprinzips ermittelt wird, wobei die Zahl der Magnetpol-Paare des Motorlagesensors sowie der Winkelmessvorrichtung an der Torsionsstab-Messvorrichtung und weiterhin das Übersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes solchermaßen gewählt ist oder sind, dass ein Lenkrad-Drehwinkelbereich zumindest in der Größenordnung von 1440° abgedeckt ist.The solution to this problem is characterized in that the predetermined by the driver steering angle multiturnfähig from the signal of the motor position sensor of the (referred to in the preamble of the independent claim) electric motor and provided on the torsion bar measuring device, also having a plurality of magnetic pole pairs angle measuring device using the vernier principle is determined, wherein the number of magnetic pole pairs of the motor position sensor and the angle measuring device on the Torsionsstab-measuring device and further the transmission ratio of the reduction gear is selected such or are that a steering wheel rotation angle range is covered at least in the order of 1440 °.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren, wobei 1 eine entsprechende Fahrzeug-Lenkanlage zeigt, während in 2 ein Beispiel für die Anordnung der Magnetpol-Paare am Motorlagesensor sowie an der Torsionsstab-Messvorrichtung zeigt.The invention is explained in more detail with reference to the attached figures, wherein 1 a corresponding vehicle steering system shows while in 2 an example of the arrangement of the magnetic pole pairs on the engine position sensor and on the torsion bar measuring device shows.

Zunächst auf 1 Bezug nehmend trägt ein vom Fahrer des Fahrzeugs zu betätigendes Lenkrad die Bezugsziffer 1. In die mit diesem verdrehfest verbundene Lenksäule 2 ist ein Drehmomentsensor 4 in Form einer dem Fachmann bekannten Torsionsstab-Messvorrichtung (für diese wird ebenfalls die Bezugsziffer 4 verwendet) integriert, mit der das vom Fahrer am Lenkrad 1 vorgegebene Lenkmoment bzw. sog. Handmoment erfasst werden kann. Im weiteren kann auf die Lenksäule 2 über ein Untersetzungsgetriebe 5, welches hier in Form eines Riementriebs ausgebildet ist, ein Elektromotor 6 einwirken, falls dieser entsprechend angesteuert wird. Über diesen Elektromotor 6 kann dabei an das Lenkrad 1 gezielt ein Drehmoment angelegt werden, welches der Fahrer als Gegenmoment beim Lenken verspürt.First up 1 Referring to a bearing to be operated by the driver of the vehicle steering wheel bears the reference numeral 1 , In the non-rotatably connected steering column 2 is a torque sensor 4 in the form of a torsion bar measuring device known to the person skilled in the art (for these also the reference numeral 4 used), with that of the driver on the steering wheel 1 predetermined steering torque or so-called. Hand torque can be detected. In addition, on the steering column 2 via a reduction gear 5 , which is designed here in the form of a belt drive, an electric motor 6 act, if it is controlled accordingly. About this electric motor 6 can attach to the steering wheel 1 specifically a torque can be applied, which the driver feels as a counter-torque when steering.

Anschließend an das genannte Untersetzungsgetriebe 5 ist am dem Lenkrad 1 gegenüberliegenden Ende der Lenksäule 2 eine Hydraulik-Fördereinheit 7 in Form einer Gleichgang-Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen, die mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 je nach Drehrichtung ein Hydraulikmedium in einen Hydraulikkreis 8 nach der einen oder anderen Seite fördert, d. h. in eine der beiden mit der Bezugsziffer 8a, 8b gekennzeichneten Hydraulik-Leitungen.Then to the mentioned reduction gear 5 is on the steering wheel 1 opposite end of the steering column 2 a hydraulic conveyor unit 7 in the form of a synchronous cylinder-piston unit provided with a rotary motion of the steering wheel 1 Depending on the direction of rotation, a hydraulic fluid in a hydraulic circuit 8th promotes to one side or the other, ie in one of the two with the reference number 8a . 8b marked hydraulic lines.

Die beiden lenkbaren Räder 20 (= Vorderräder 20) des zweispurigen Fahrzeugs sind in grundsätzlich bekannter Weise über Spurhebel und Spurstangen 18 verschwenkbar und somit lenkbar, wobei diese Spurstangen 18 an eine quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlagerbare Stange 17 eines Lenk-Getriebes 19 angelenkt sind. Dieses Lenk-Getriebe 19 ist unter anderem mittels eines elektromotorischen Aktuators 9 derart betätigbar bzw. beaufschlagbar, dass dieses Lenk-Getriebe 19 die gewünschte Verschwenkbewegung der lenkbaren Räder 20 initiiert. Dabei wirkt ein Elektromotor 9a des elektromotorischen Aktuators 9 über einen Riementrieb 9b auf einen Kugelgewindetrieb 9c des Lenk-Getriebes 19 ein.The two steerable wheels 20 (= Front wheels 20 ) of the two-lane vehicle are in basically known manner on toggle and tie rods 18 swiveling and thus steerable, these tie rods 18 to a cross to Vehicle longitudinal direction displaceable rod 17 a steering gear 19 are articulated. This steering gear 19 is, inter alia, by means of an electromotive actuator 9 actuated or acted upon, that this steering gear 19 the desired pivoting movement of the steerable wheels 20 initiated. It acts an electric motor 9a the electromotive actuator 9 via a belt drive 9b on a ball screw 9c of the steering gear 19 one.

Zusätzlich ist am Lenk-Getriebe 19 ein hydraulischer Aktuator 10 in Form einer Gleichgang-Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen, der bzw. die über die Hydraulikleitungen 8a, 8b mit der Hydraulik-Fördereinheit 7 geeignet hydraulisch verbunden ist. Zwischen diesen beiden Hydraulikleitungen 8a, 8b sind mit Rückschlagventilen versehene sog. Überdruck-Kurzschlussleitungen 11a, 11b vorgesehen, die jedoch nur bei sehr hohen Druckwerten öffnen und daher im Regelfall geschlossen sind. Zu diesen parallel ist eine Druckmessvorrichtung 12 zur Ermittlung des Differenzdrucks zwischen den beiden Hydraulikleitungen 8a, 8b vorgesehen, der neben weiteren Größen einer elektronischen Steuereinheit 15 übermittelt wird. Vorgesehen ist ferner ein sog. Lenkventil 13 in einer diese beiden Hydraulikleitungen 8a, 8b verbindenden Leitung 14, welches gezielt von dieser elektronischen Steuereinheit 15 ansteuerbar ist.In addition, on the steering gear 19 a hydraulic actuator 10 provided in the form of a synchronous cylinder-piston unit, the or via the hydraulic lines 8a . 8b with the hydraulic feed unit 7 suitable hydraulically connected. Between these two hydraulic lines 8a . 8b are provided with check valves so-called. Overpressure short circuit cables 11a . 11b provided that open only at very high pressures and therefore are usually closed. Parallel to these is a pressure measuring device 12 to determine the differential pressure between the two hydraulic lines 8a . 8b provided, among other sizes of an electronic control unit 15 is transmitted. Also provided is a so-called steering valve 13 in one of these two hydraulic lines 8a . 8b connecting line 14 which is targeted by this electronic control unit 15 is controllable.

Nimmt dieses Lenkventil 13 die in 1 dargestellte Geschlossen-Position ein, so wird eine durch eine Drehbewegung des Lenkrads 1 ausgelöste Verlagerung des Kolbens der Hydraulik-Fördereinheit 7 beispielsweise in der Figurendarstellung nach unten vollständig auf den hydraulischen Aktuator 10 übertragen, dessen Kolben hierdurch nach rechts (in der Figurendarstellung) verlagert wird, wonach über das Lenk-Getriebe 19 und die Spurstangen 18 die lenkbaren Räder 20 entsprechend geschwenkt, d. h. eingeschlagen werden. Wird hingegen durch eine entgegen gesetzte Drehbewegung am Lenkrad 1 der Kolben der Hydraulik-Fördereinheit 7 in der Figurendarstellung (1) nach oben verlagert, so wird in der figürlich gezeigten Geschlossen-Position des Lenkventils 13 der Kolben des hydraulischen Aktuators 10 nach links (in der Figurendarstellung) verlagert, wonach über das Lenk-Getriebe 19 und die Spurstangen 18 die lenkbaren Räder 20 entgegengesetzt verschwenkt, d. h. eingeschlagen werden.Take this steering valve 13 in the 1 shown closed position, so is one by a rotational movement of the steering wheel 1 triggered displacement of the piston of the hydraulic delivery unit 7 for example, in the figure representation down completely on the hydraulic actuator 10 transferred, the piston is thereby displaced to the right (in the figure representation), after which via the steering gear 19 and the tie rods 18 the steerable wheels 20 swung accordingly, ie be hit. In contrast, by an opposite rotational movement on the steering wheel 1 the piston of the hydraulic feed unit 7 in the figure representation ( 1 ) is displaced upward, as shown in the figuratively shown closed position of the steering valve 13 the piston of the hydraulic actuator 10 shifted to the left (in the figure representation), after which via the steering gear 19 and the tie rods 18 the steerable wheels 20 pivoted opposite, ie be hit.

Kommt als Lenkventil 13 ein nur zwei diskrete Schaltpositionen aufweisendes Ventil zum Einsatz und nimmt dieses die andere als die figürlich dargestellte Geschlossen-Position, nämlich seine Offen-Position ein, so sind die beiden Hydraulik-Leitungen 8a, 8b über die Leitung 14 kurzgeschlossen, woraufhin mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 keine Verlagerung des Kolbens des hydraulischen Aktuators 10 erfolgt. Mit dieser Offen-Position des Lenkventils 13 wird ein mit dem Lenkrad 1 vorgegebenes Verschwenken der Räder 20 alleine durch den elektromotorischen Aktuator 9 veranlasst, der hierzu von der bereits genannten elektronischen Steuereinheit 15 geeignet angesteuert wird. Hierauf wird an späterer Stelle weiter eingegangen; zunächst sei der Vollständigkeit halber jedoch noch erwähnt, dass das Lenkventil 13 auch als sog. Stetigventil ausgebildet sein kann, welches Zwischenpositionen zwischen „geschlossen” und „vollständig offen” einnehmen kann, so dass dann mit unterschiedlichen Positionen des Lenkventils 13 im Zusammenwirken mit einer angepassten Ansteuerung des elektromotorischen Aktuators 9 die lenkbaren Räder 20 des Fahrzeugs bei gleichen Drehbewegungen am Lenkrad 1 gezielt unterschiedlich positioniert werden können, jedoch ist dies nicht Inhalt der vorliegenden Anmeldung. Wesentlich ist jedoch, dass das Lenkrad 1 mit dem Lenk-Getriebe 19 nicht mechanisch verbunden ist, so dass der vom Fahrer vorgegebene Lenkwunsch wie beschrieben auf hydraulischem Weg (nämlich über den hydraulischen Aktuator 10) und/oder auf elektronischem Weg (nämlich über die genannte Steuereinheit 15 und den hier elektromotorischen Aktuator 9 – letzterer kann jedoch auf andersartig arbeiten) letztlich in das Lenk-Getriebe 19 gelangt.Comes as a steering valve 13 a valve having only two discrete switching positions is used and if this assumes the other than the closed position shown in figurative form, namely its open position, then the two hydraulic lines are 8a . 8b over the line 14 shorted, prompting with a rotary motion of the steering wheel 1 no displacement of the piston of the hydraulic actuator 10 he follows. With this open position of the steering valve 13 becomes one with the steering wheel 1 predetermined pivoting of the wheels 20 solely by the electromotive actuator 9 caused by the aforementioned electronic control unit 15 is suitably controlled. This will be discussed later; However, for the sake of completeness, it should first be mentioned that the steering valve 13 can also be designed as a so-called. Continuous valve, which intermediate positions between "closed" and "fully open" can take, so that then with different positions of the steering valve 13 in interaction with an adapted control of the electromotive actuator 9 the steerable wheels 20 of the vehicle at the same rotational movements on the steering wheel 1 can be selectively positioned differently, but this is not content of the present application. It is essential, however, that the steering wheel 1 with the steering gear 19 is not mechanically connected, so that the predetermined by the driver steering request as described by hydraulic means (namely, via the hydraulic actuator 10 ) and / or electronically (namely via said control unit 15 and the here electromotive actuator 9 - the latter, however, can work on different) ultimately in the steering gear 19 arrives.

Inhalt der vorliegenden Anmeldung ist es nun, dass an einer Fahrzeug-Lenkanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 aus den Signalen eines Motorlagesensors des mit dem Lenkrad 1 zusammenwirkenden Elektromotors 6 sowie aus einer an der Torsionsstab-Messvorrichtung 4 vorgesehenen Winkelmessvorrichtung der Lenkwinkel bzw. der sog. Absolut-Lenkwinkel, der vom Fahrer am Lenkrad 1 eingestellt wird, ermittelt wird, ohne dass hierfür ein eigenständiger Lenkwinkelsensor am Lenkrad 1 oder an der Lenksäule 2 benötigt wird. Dieser am Lenkrad 1 eingestellte und wie im folgenden beschrieben ermittelte Lenkwinkel 1 wird dann in der bereits genannten elektronischen Steuereinheit 15 berücksichtigt bzw. verarbeitet, um zusammen mit weiteren Signalen, so auch mit dem mit dem Drehmomentsensor 4 ermittelten Drehmoment-Wert, den elektromotorischen Aktuator 9 (und gegebenenfalls das Lenkventil 13) geeignet anzusteuern.Content of the present application, it is now that on a vehicle steering system with the features of claim 1 from the signals of a motor position sensor of the steering wheel 1 cooperating electric motor 6 and one at the torsion bar measuring device 4 provided angle measuring device of the steering angle or the so-called. Absolute steering angle of the driver on the steering wheel 1 is set, is determined without requiring a separate steering angle sensor on the steering wheel 1 or on the steering column 2 is needed. This on the steering wheel 1 set and determined as described below steering angle 1 is then in the already mentioned electronic control unit 15 taken into account or processed, together with other signals, as well as with the torque sensor 4 determined torque value, the electromotive actuator 9 (and possibly the steering valve 13 ) suitable to control.

Was den üblichen Motorlagesensor des Elektromotors 6, mit welchem an das Lenkrad 1 unter Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes 5 ein Drehmoment anlegbar ist, betrifft, so weist ein solcher üblicherweise mehrere Magnetpol-Paare (N, S) auf, so wie dies in 2 dargestellt ist, in der unter der Bezugsziffer 21 schematisch ein solcher Motorlagesensor dargestellt ist. Dabei sind diese Magnetpol-Paare (N, S) (N = Nordpol, S = Südpol auf einer zusammen mit dem Rotor des Elektromotors (6) um deren Drehmittelpunkt rotierenden Kreisringscheibe 21a angeordnet, deren Magnetfelder dann von einem zugehörigen ortsfesten bzw. am Stator des Elektromotors (6) montierten Hall-Sensor 21b, der Bestandteil des Motorlagesensors 21 ist, erfasst werden. Aus den Signalen des Hall-Sensors 21b kann auf eine entsprechende Drehbewegung des Rotors des besagten Elektromotors (6) geschlossen werden.What the usual motor position sensor of the electric motor 6 with which to the steering wheel 1 with the interposition of the reduction gear 5 a torque can be applied, so usually has a plurality of magnetic pole pairs (N, S), as in 2 is shown in the under the reference numeral 21 schematically such a motor position sensor is shown. These magnetic pole pairs (N, S) (N = north pole, S = south pole on one together with the rotor of the electric motor ( 6 ) rotating about the center of rotation annular disc 21a arranged, whose magnetic fields then from a associated stationary or on the stator of the electric motor ( 6 ) mounted Hall sensor 21b , the component of the engine position sensor 21 is to be captured. From the signals of the Hall sensor 21b may be due to a corresponding rotational movement of the rotor of said electric motor ( 6 ) getting closed.

Im Zusammenhang mit 1 wurde bereits ein an der Lenksäule 2 vorgesehener Drehmomentsensor 4 erwähnt, der in üblicher Weise in Form einer dem Fachmann bekannten Torsionsstab-Messvorrichtung 4 ausgebildet ist. In dieser in 2 nur teilweise dargestellten Torsionsstab-Messvorrichtung (4) wird über eine Relativ-Winkelverdrehung einer ebenfalls mit Magnetpol-Paaren (N, S) versehenen und in der 2 mit der Bezugsziffer 22a gekennzeichneten Kreisringscheibe 22a gegenüber Flussleitblechen 22c auf das eingeleitete Drehmoment geschlossen, wobei wie bekannt diese Kreisringscheibe 22a mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 um ihre Achse verdreht wird. Hier ist nun neben den Flussleitleitblechen 22c zusätzlich ein gegenüber der Lenksäule 2 feststehender (d. h. sich mit einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 nicht bewegender) Hall-Sensor 22b vorgesehen, der ebenfalls mit den Magnetpol-Paaren (N, S) der Kreisringscheibe 22a zusammenwirkt, so dass aus den Signalen dieses Hall-Sensors 22b auf eine entsprechende Drehbewegung der Lenksäule 2 geschlossen werden kann.In connection with 1 was already on the steering column 2 provided torque sensor 4 mentioned in the usual way in the form of a torsion bar measuring device known to those skilled in the art 4 is trained. In this in 2 only partially shown torsion bar measuring device ( 4 ) is a relative angular rotation of a also provided with magnetic pole pairs (N, S) and in the 2 with the reference number 22a marked circular disk 22a opposite flux guide plates 22c closed on the introduced torque, as known, this circular disc 22a with a rotary motion of the steering wheel 1 is twisted about its axis. Here is next to the flux baffles 22c additionally one opposite the steering column 2 fixed (ie with a twisting movement of the steering wheel 1 non-moving) Hall sensor 22b provided, which also with the magnetic pole pairs (N, S) of the annular disk 22a interacts so that from the signals of this Hall sensor 22b to a corresponding rotational movement of the steering column 2 can be closed.

Der Hall-Sensor 22b an der Torsionsstab-Messvorrichtung 4 bildet zusammen mit deren mehrere Magnetpol-Paare (N, S) aufweisenden Kreisringscheibe 22a somit grundsätzlich eine Winkelmess-Vorrichtung 22 bezüglich des mit dem Lenkrad 1 einstellbaren Lenkwinkels.The Hall sensor 22b on the torsion bar measuring device 4 forms together with their several magnetic pole pairs (N, S) having circular disk 22a thus basically an angle measuring device 22 concerning the with the steering wheel 1 adjustable steering angle.

Allerdings ist weder die Winkelmess-Vorrichtung 22 der Torsionsstab-Messvorrichtung 4 bzw. des Drehmomentsensors 4 noch der Motorlagesensor 21 des Elektromotors 6 jeweils für sich muliturnfähig, so dass mit keiner dieser beiden Messvorrichtungen jeweils für sich alleine der sog. Absolut-Winkel der jeweiligen Kreisringscheibe 22a bzw. 21a festgestellt werden, da beide mehrere vollständige Umdrehungen ausführen können. Letzteres gilt nämlich nicht nur für den Rotor des Elektromotors 6, sondern auch für die die Kreisringscheibe 22a tragende Lenksäule 2 sowie das mit dieser drehfest verbundene Lenkrad 1. Wenn also dessen Absolut-Drehwinkel ermittelt werden soll, der üblicherweise in einem Winkelbereich von –720° bis +720° liegt, d. h. es kann das Lenkrad 1 ausgehend von seiner Mittenstellung jeweils um zwei volle Umdrehungen im oder gegen den Uhrzeigersinn und somit insgesamt um 1440° verdreht werden, so kann dies nicht alleine über die Ermittlung der Winkelposition der Kreisringscheibe 22a des Drehmomentsensors 4 erfolgen. Jedoch kann der genannte Absolut-Drehwinkel des Lenkrads 1 aus einer sinnvollen Zusammenschau der Winkelposition der Kreisringscheibe 22a des Drehmomentsensors 4 sowie der Winkelposition der Kreisringscheibe 21a des Motorlagesensors 21 des Elektromotors 6 ermittelt werden, und zwar unter Anwendung des hierfür bereits grundsätzlich bekannten Noniusprinzips, wenn die Übersetzung im Untersetzungsgetriebe 5 zwischen der Rotorwelle des Elektromotors 6 und der Lenksäule 2 geeignet gewählt ist.However, neither the angle measuring device 22 the torsion bar measuring device 4 or the torque sensor 4 still the engine position sensor 21 of the electric motor 6 each capable of muliturn, so that with none of these two measuring devices each alone the so-called. Absolute angle of the respective annular disk 22a respectively. 21a be determined, since both can perform several complete revolutions. The latter is true not only for the rotor of the electric motor 6 but also for the circular disk 22a carrying steering column 2 as well as with this rotatably connected steering wheel 1 , So if its absolute rotation angle is to be determined, which is usually in an angular range of -720 ° to + 720 °, ie it can be the steering wheel 1 starting from its middle position by two full revolutions clockwise or counterclockwise and thus a total of 1440 ° are rotated, so this can not be alone on the determination of the angular position of the annular disk 22a of the torque sensor 4 respectively. However, the said absolute rotation angle of the steering wheel 1 from a meaningful synopsis of the angular position of the annular disc 22a of the torque sensor 4 and the angular position of the annular disc 21a of the engine position sensor 21 of the electric motor 6 be determined, using the principle already known vernier principle, if the translation in the reduction gear 5 between the rotor shaft of the electric motor 6 and the steering column 2 is suitably chosen.

Beispielsweise besitzt – wie figürlich dargestellt – der Motorlagesensor 21 sechs Magnetpol-Paare (N, S), von denen folglich jedes 60° (= 360°/6) abdeckt, während die Kreisringscheibe 22a der Winkelmessvorrichtung 22 des Drehmomentsensors 4 fünf solche Magnetpol-Paare (N, S) aufweist, von denen dann jedes 72° (= 360°/5) abdeckt. Das Übersetzungsverhältnis im Untersetzungsgetriebe 5 besitze beispielsweise den Wert (2,4:1), so dass ein 60°-Segment am Motorlagesensor 21 einem Winkelsegment von 25° an der Lenksäule 2 entspricht. Der unter Anwendung des (bekannten) Nonius-Prinzips ermittelbare Drehwinkelbereich der Lenksäule 2 ergibt sich dann als das kleinste gemeinsame Vielfache von 25° und 72° und beträgt somit 1800°. Damit kann der Absolut-Drehwinkel der Lenksäule 2 bzw. des Lenkrads 1 also optimal mit diesen beiden Messvorrichtungen, nämlich dem Motorlagesensor 21 des Elektromotors 6 sowie einer ähnlichen Winkelmessvorrichtung 22 am Drehwinkelsensor 4 ermittelt werden, ohne dass hierfür ein eigenständiger Drehwinkelsensor am Lenkrad 1 oder an der mit diesem drehfest verbundenen Lenksäule 2 benötigt wird.For example, as shown in the figure, the motor position sensor has 21 six magnetic pole pairs (N, S), each of which thus covers 60 ° (= 360 ° / 6), while the circular disk 22a the angle measuring device 22 of the torque sensor 4 has five such magnetic pole pairs (N, S), each of which then covers 72 ° (= 360 ° / 5). The gear ratio in the reduction gear 5 For example, have the value (2.4: 1), so that a 60 ° segment on the motor position sensor 21 an angular segment of 25 ° on the steering column 2 equivalent. The determined using the (known) vernier principle rotational angle range of the steering column 2 then results as the smallest common multiple of 25 ° and 72 ° and is thus 1800 °. This allows the absolute rotation angle of the steering column 2 or the steering wheel 1 So optimal with these two measuring devices, namely the motor position sensor 21 of the electric motor 6 and a similar angle measuring device 22 at the rotation angle sensor 4 be determined, without the need for an independent rotation angle sensor on the steering wheel 1 or on the non-rotatably connected steering column 2 is needed.

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Claims (1)

System zur Ermittlung des vom Fahrer eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad (1) vorgegebenen Lenkwinkels in einer Fahrzeug-Lenkanlage, in der der Fahrer-Lenkwunsch auf hydraulischem und/oder elektronischem Weg an einen die lenkbaren Fahrzeug-Räder (20) bewegenden Aktuator (9, 10) übermittelt wird, wobei an das Lenkrad (1) mittels eines einen Motorlagesensor (21) mit mehreren Magnetpol-Paaren (N, S) aufweisenden Elektromotors (6) unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes (5) ein Drehmoment anlegbar ist, und wobei das vom Fahrer an das Lenkrad (1) angelegte Drehmoment mittels einer Torsionsstab-Messvorrichtung (4) messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel multiturnfähig aus dem Signal des Motorlagesensors (21) des genannten Elektromotors (6) und einer an der Torsionsstab-Messvorrichtung (4) vorgesehenen, ebenfalls mehrere Magnetpol-Paare (N, S) aufweisenden Winkelmessvorrichtung (22) unter Anwendung des Noniusprinzips ermittelt wird, wobei die Zahl der Magnetpol-Paare (N, S) des Motorlagesensors (21) sowie der Winkelmessvorrichtung (22) an der Torsionsstab-Messvorrichtung und weiterhin das Übersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes (5) solchermaßen gewählt ist, dass ein Lenkrad-Drehwinkelbereich zumindest in der Größenordnung von 1440° abgedeckt ist.System for determining the driver of a vehicle with a steering wheel ( 1 ) predetermined steering angle in a vehicle steering system, in which the driver steering request hydraulically and / or electronically to a steerable vehicle wheels ( 20 ) moving actuator ( 9 . 10 ) is transmitted to the steering wheel ( 1 ) by means of a motor position sensor ( 21 ) with a plurality of magnetic pole pairs (N, S) having electric motor ( 6 ) with the interposition of a reduction gear ( 5 ) a torque can be applied, and wherein the driver to the steering wheel ( 1 ) applied torque by means of a torsion bar measuring device ( 4 ) is measurable, characterized in that the predetermined by the driver steering angle multiturnfähig from the signal of the engine position sensor ( 21 ) of said electric motor ( 6 ) and one on the torsion bar measuring device ( 4 ), also a plurality of magnetic pole pairs (N, S) having angle measuring device ( 22 ) is determined using the vernier principle, wherein the number of magnetic pole pairs (N, S) of the motor position sensor ( 21 ) and the angle measuring device ( 22 ) on the Torsionsstab-measuring device and further the transmission ratio of the reduction gear ( 5 ) is selected such that a steering wheel rotation angle range is covered at least in the order of 1440 °.
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