DE102012022122A1 - Torque sensor assembly for steering column of vehicle, has sensor, signal transmitter coupled with input shaft and another signal transmitter coupled with output shaft - Google Patents

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Abstract

The torque sensor assembly (2) has an input shaft (3.1) coupled with a steering wheel, and an output shaft coupled with a gear wheel of a steering gear (4). A sensor arrangement is provided for detecting the relative movement between the input shaft and the output shaft. The sensor arrangement has a sensor, a signal transmitter coupled with the input shaft and another signal transmitter coupled with the output shaft. The sensor arrangement is arranged behind the gear wheel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentsensoranordnung für eine Lenksäule eines Fahrzeugs mit einer mit einem Lenkrad gekoppelten Eingangswelle, einer mit einem Zahnrad eines Lenkgetriebes gekoppelten Ausgangswelle, wobei das Zahnrad zur Übertragung eines Lenkmoments auf eine Zahnstange des Lenkgetriebes vorgesehen ist, einer die Eingangswelle und die Ausgangswelle miteinander verbindenden Drehstabfeder und eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Relativbewegung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle.The invention relates to a torque sensor assembly for a steering column of a vehicle having a coupled to a steering wheel input shaft, coupled to a gear of a steering gear output shaft, wherein the gear for transmitting a steering torque is provided on a rack of the steering gear, one of the input shaft and the output shaft interconnecting A torsion bar spring and a sensor arrangement for detecting a relative movement between the input shaft and the output shaft.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Drehmomentsensoranordnungen für Lenksäulen von Fahrzeugen bekannt, mittels denen ein Lenkmoment in einer elektromechanischen Lenkung messbar ist. In Abhängigkeit des aufgebrachten Lenkmoments ist unter Berücksichtigung weiterer Fahrzeugparameter eine Größe einer elektrischen Lenkkraftunterstützung einstellbar.Various torque sensor arrangements for steering columns of vehicles are known from the prior art, by means of which a steering torque in an electromechanical steering can be measured. As a function of the applied steering torque, taking into account further vehicle parameters, it is possible to set a magnitude of an electric power steering assistance.

Aus der DE 103 36 853 A1 ist eine Drehmomentsensoranordnung für eine Lenksäule eines Fahrzeugs bekannt. Die Drehmomentsensoranordnung umfasst ein erstes Lenksäulenteil, ein zweites Lenksäulenteil und ein Drehfederelement, welches das erste Lenksäulenteil und das zweite Lenksäulenteil miteinander verbindet. Das erste Lenksäulenteil zeigt in Richtung eines Lenkrads. Das zweite Lenksäulenteil ist auf Seiten eines Ritzels der Lenkung angeordnet. Weiterhin umfasst die Drehmomentsensoranordnung eine an der Schnittstelle des ersten Lenksäulenteils und des zweiten Lenksäulenteils angeordnete Sensorik mit einem Magnet, der axial und radial an dem ersten Lenksäulenteil festgelegt ist, und eine Spulenanordnung, die an dem zweiten Lenksäulenteil radial und axial festgelegt und dem Magnet gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Relativbewegung zwischen den beiden Lenksäulenteilen verursacht eine entsprechende Relativbewegung zwischen jeweils der Spulenanordnung und dem Magnet, wodurch an der Spulenanordnung ein die Winkelstellung repräsentierendes Messsignal abgreifbar ist. Aus diesem Messsignal ist eine Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksäulenteil und dem zweiten Lenksäulenteil ermittelbar, wobei aus der Relativbewegung ein an der Lenksäule anliegendes Lenkmoment ermittelbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Drehmomentsensoranordnung für eine Lenksäule anzugeben.From the DE 103 36 853 A1 For example, a torque sensor assembly for a steering column of a vehicle is known. The torque sensor arrangement comprises a first steering column part, a second steering column part and a torsion spring element, which connects the first steering column part and the second steering column part to one another. The first steering column part points in the direction of a steering wheel. The second steering column part is arranged on the side of a pinion of the steering. Furthermore, the torque sensor arrangement comprises a sensor arranged at the interface of the first steering column part and the second steering column part with a magnet which is axially and radially fixed to the first steering column part, and a coil arrangement which is radially and axially fixed to the second steering column part and arranged opposite to the magnet is. A relative movement between the two steering column parts causes a corresponding relative movement between each of the coil arrangement and the magnet, whereby a measuring signal representing the angular position can be tapped off at the coil arrangement. From this measurement signal, a relative movement between the first steering column part and the second steering column part can be determined, wherein a relative to the steering column steering torque is determined from the relative movement. The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved torque sensor arrangement for a steering column.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Drehmomentsensoranordnung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved with a torque sensor arrangement having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Drehmomentsensoranordnung für eine Lenksäule eines Fahrzeugs umfasst eine mit einem Lenkrad gekoppelte Eingangswelle, eine mit einem Zahnrad eines Lenkgetriebes gekoppelte Ausgangswelle, wobei das Zahnrad zur Übertragung eines Lenkmoments auf eine Zahnstange des Lenkgetriebes vorgesehen ist. Die Drehmomentsensoranordnung umfasst weiterhin eine die Eingangswelle und die Ausgangswelle miteinander verbindende Drehstabfeder sowie eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Relativbewegung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle.The torque sensor assembly for a steering column of a vehicle includes an input shaft coupled to a steering wheel, an output shaft coupled to a gear of a steering gear, the gear being for transmitting a steering torque to a rack of the steering gear. The torque sensor arrangement further comprises a torsion bar spring which connects the input shaft and the output shaft and a sensor arrangement for detecting a relative movement between the input shaft and the output shaft.

Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung zumindest einen Sensor, einen mit der Eingangswelle gekoppelten ersten Signalgeber und einen mit der Ausgangswelle gekoppelten zweiten Signalgeber, wobei die Sensoranordnung vom Lenkrad aus betrachtet hinter dem Zahnrad angeordnet ist.According to the invention, the sensor arrangement comprises at least one sensor, a first signal generator coupled to the input shaft and a second signal transmitter coupled to the output shaft, wherein the sensor arrangement is arranged behind the gear viewed from the steering wheel.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Sensoranordnung nach dem Zahnrad, d. h. nach dem Lenkgetriebe, kann ein Bauraumgewinn vor dem Zahnrad realisiert werden, welcher zur Anordnung eines vollwertigen Verteilergetriebes für eine Vorderachse, insbesondere bei Allradfahrzeugen, nutzbar ist.Due to the inventive arrangement of the sensor arrangement after the gear, d. H. After the steering gear, a space gain can be realized in front of the gear, which can be used for the arrangement of a full transfer case for a front axle, especially in four-wheel drive vehicles.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Lenkung eines Fahrzeugs mit einer Drehmomentsensoranordnung nach dem Stand der Technik, 1 1 is a perspective view of a detail of a steering system of a vehicle with a torque sensor arrangement according to the prior art;

2 schematisch eine perspektivische Darstellung des Ausschnitts der Lenkung gemäß 1 und ein Verteilergetriebe für eine Vorderachse des Fahrzeugs, 2 schematically a perspective view of the section of the steering according to 1 and a transfer case for a front axle of the vehicle,

3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Lenkung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung, 3 1 schematically a perspective view of a section of a steering of a vehicle with a torque sensor arrangement according to the invention,

4 schematisch eine Schnittdarstellung der Drehmomentsensoranordnung gemäß 3 im Bereich einer Sensoranordnung und eines Lenkgetriebes, 4 schematically a sectional view of the torque sensor assembly according to 3 in the range of a sensor arrangement and a steering gear,

5 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung der Lenkung im Bereich einer Drehstabfeder und einer Messwelle, 5 2 is a schematic perspective view of a sectional view of the steering in the region of a torsion bar spring and a measuring shaft;

6 schematisch einen Längsschnitt eines Ausschnitts der Lenkung gemäß 3, 6 schematically a longitudinal section of a section of the steering according to 3 .

7 schematisch einen Querschnitt einer Lenksäule der Lenkung gemäß 3 im Verbindungsbereich einer Eingangs- und einer Ausgangswelle, 7 schematically a cross section of a steering column of the steering according to 3 in the connecting region of an input and an output shaft,

8 schematisch einen Querschnitt einer als Vollwelle ausgebildeten Drehstabfeder, und 8th schematically a cross section of a trained as a solid shaft torsion spring, and

9 schematisch einen Querschnitt einer als Hohlwelle ausgebildeten Drehstabfeder und einer als Vollwelle ausgebildeten Messwelle. 9 schematically a cross section of a torsion bar spring designed as a hollow shaft and designed as a solid shaft measuring shaft.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In den 1 und 2 sind perspektivische Darstellungen eines Ausschnitts einer Lenkung 1 eines nicht gezeigten Fahrzeugs mit einer Drehmomentsensoranordnung 2 nach dem Stand der Technik dargestellt.In the 1 and 2 are perspective views of a section of a steering 1 a vehicle, not shown, with a torque sensor arrangement 2 represented according to the prior art.

Die Lenkung 1 umfasst neben der Drehmomentsensoranordnung 2 eine ausschnittsweise dargestellte Lenksäule 3 mit einer Eingangswelle 3.1, welche in nicht gezeigter Weise mit einem Lenkrad gekoppelt ist. Weiterhin weist die Lenksäule 3 eine nicht gezeigte Ausgangswelle auf, welche mit einem ebenfalls nicht dargestellten Zahnrad eines Lenkgetriebes 4 gekoppelt ist. Das Zahnrad ist mit einer nicht gezeigten Zahnstange des Lenkgetriebes 4 gekoppelt, wobei mittels des Zahnrades Drehbewegungen der Lenksäule 3 auf die Zahnstange und mit dieser gekoppelte, ebenfalls nicht dargestellte, Spurstangen übertragen werden.The steering 1 includes in addition to the torque sensor arrangement 2 a partially illustrated steering column 3 with an input shaft 3.1 which is coupled in a manner not shown with a steering wheel. Furthermore, the steering column 3 an output shaft, not shown, which with a gear, also not shown, of a steering gear 4 is coupled. The gear is connected to a not shown rack of the steering gear 4 coupled, wherein by means of the gear rotational movements of the steering column 3 on the rack and coupled with this, also not shown, tie rods are transmitted.

Zur Lenkunterstützung umfasst die Lenkung 1 einen Elektromotor 5. Eine Größe einer vom Elektromotor 5 erzeugten Lenkkraftunterstützung wird in Abhängigkeit eines aufgebrachten Lenkmoments und unter Berücksichtigung weiterer Fahrzeugparameter, beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eingestellt.For steering assistance includes the steering 1 an electric motor 5 , A size one of the electric motor 5 produced steering power assistance is set in dependence of an applied steering torque and taking into account further vehicle parameters, such as a vehicle speed.

Zur Ermittlung des aufgebrachten Lenkmoments ist die Drehmomentsensoranordnung 2 vorgesehen. Weiterhin sind zur Ermittlung des Lenkmoments die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle mittels einer nicht gezeigten Drehstabfeder verbunden. Anhand einer nicht gezeigten Sensoranordnung der Drehmomentsensoranordnung 2 wird eine Relativbewegung der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle zueinander erfasst, wobei aus der Relativbewegung das Lenkmoment ermittelt wird. Zur Steuerung des Elektromotors 5 ist die Drehmomentsensoranordnung 2 anhand einer geeigneten Verbindung 6 mit dem Elektromotor 5 signaltechnisch und/oder elektrisch gekoppelt.To determine the applied steering torque is the torque sensor assembly 2 intended. Furthermore, to determine the steering torque, the input shaft 3.1 and the output shaft connected by means of a torsion spring, not shown. Based on a sensor arrangement, not shown, of the torque sensor arrangement 2 becomes a relative movement of the input shaft 3.1 and the output shaft detected to each other, wherein from the relative movement, the steering torque is determined. For controlling the electric motor 5 is the torque sensor arrangement 2 using a suitable connection 6 with the electric motor 5 signal-technically and / or electrically coupled.

Die Drehmomentsensoranordnung 2 ist dabei vollständig im Verbindungsbereich der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle und somit, vom Lenkrad aus gesehen, vor dem Lenkgetriebe 4 angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung der Drehmomentsensoranordnung 2 vor dem Zahnrad am Lenkgetriebe 4 ist die Relativbewegung zwischen der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle in einfacher Weise aus einem, aus der Torsion der Drehstabfeder resultierenden Verdrehwinkel der beiden Wellen zueinander ermittelbar. Jedoch ist bei Allradfahrzeugen gewöhnlich im Bereich der Drehmomentsensoranordnung 2 ein Verteilergetriebe 7 für eine Vorderachse angeordnet, wodurch es – wie 2 näher zeigt – zu Bauraumkonflikten kommen kann. Zur Lösung dieser Bauraumkonflikte sind gemäß dem Stand der Technik material- und kostenaufwendige Umgestaltungen des Verteilergetriebes 7 und oder der Lenkung 1 erforderlich.The torque sensor arrangement 2 is completely in the connection area of the input shaft 3.1 and the output shaft and thus, seen from the steering wheel, before the steering gear 4 arranged. With such an arrangement of the torque sensor arrangement 2 in front of the gear on the steering gear 4 is the relative movement between the input shaft 3.1 and the output shaft in a simple manner from a, resulting from the torsion of the torsion bar torsion angle of the two waves to each other determined. However, in all-wheel drive vehicles, usually in the area of the torque sensor arrangement 2 a transfer case 7 arranged for a front axle, which makes it - like 2 shows closer - can lead to space conflicts. To solve this space conflicts are material and costly redesigns of the transfer case according to the prior art 7 and or the steering 1 required.

3 zeigt einen Ausschnitt einer Lenkung 1 eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung 2. In 4 ist eine Schnittdarstellung der Drehmomentsensoranordnung 2 im Bereich einer Sensoranordnung 11 und eines Lenkgetriebes 4 dargestellt. 3 shows a section of a steering 1 a vehicle having a torque sensor arrangement according to the invention 2 , In 4 is a sectional view of the torque sensor assembly 2 in the range of a sensor arrangement 11 and a steering gear 4 shown.

Die Lenkung 1 umfasst neben der Drehmomentsensoranordnung 2 eine ausschnittsweise dargestellte Lenksäule 3 mit einer Eingangswelle 3.1, welcher in nicht gezeigter Weise mit einem Lenkrad gekoppelt ist. Weiterhin weist die Lenksäule 3 eine Ausgangswelle 3.2 auf, welche mit einem Zahnrad 4.1 des Lenkgetriebes 4 gekoppelt ist. Das Zahnrad 4.1 ist mit einer Zahnstange 4.2 des Lenkgetriebes 4 gekoppelt, wobei mittels des Zahnrades 4.1 Drehbewegungen der Lenksäule 3 auf die Zahnstange 4.2 und auf mit dieser gekoppelte Spurstangen 8, 9 übertragen werden.The steering 1 includes in addition to the torque sensor arrangement 2 a partially illustrated steering column 3 with an input shaft 3.1 , which is coupled in a manner not shown with a steering wheel. Furthermore, the steering column 3 an output shaft 3.2 on which with a gear 4.1 of the steering gear 4 is coupled. The gear 4.1 is with a rack 4.2 of the steering gear 4 coupled, by means of the gear 4.1 Rotary movements of the steering column 3 on the rack 4.2 and on tie rods coupled with this 8th . 9 be transmitted.

Zur Lenkunterstützung umfasst die Lenkung 1 einen Elektromotor 5. Die Größe der vom Elektromotor 5 erzeugten Lenkkraftunterstützung wird in Abhängigkeit des aufgebrachten Lenkmoments und unter Berücksichtigung weiterer Fahrzeugparameter, beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, eingestellt.For steering assistance includes the steering 1 an electric motor 5 , The size of the electric motor 5 produced steering power assistance is set in dependence of the applied steering torque and taking into account further vehicle parameters, such as the vehicle speed.

Zur Ermittlung des aufgebrachten Lenkmoments ist die erfindungsgemäße Drehmomentsensoranordnung 2 vorgesehen. Die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle 3.2 der Lenksäule 3 sind mittels einer gezeigten Drehstabfeder 10 verbunden, wobei anhand einer Sensoranordnung 11 der Drehmomentsensoranordnung 2 eine Relativbewegung der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle 3.2 zueinander erfasst wird. Aus der Relativbewegung wird das Lenkmoment ermittelt. Zur Steuerung des Elektromotors 5 ist die Drehmomentsensoranordnung 2 anhand einer geeigneten Verbindung 6 signaltechnisch und/oder elektrisch mit dem Elektromotor 5 gekoppelt. Zur Fixierung der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle 3.2 in ihrer Position weist die Ausgangswelle 3.2 einen umlaufenden Steg 3.2.1 auf, welcher in einer dazu korrespondierenden Aussparung 3.1.1 der Eingangswelle 3.1 angeordnet ist. Der Steg 3.2.1 und die Aussparung 3.1.1 sind dabei derart ausgebildet, dass eine Verdrehung der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle 3.2 zueinander möglich ist.For determining the applied steering torque is the torque sensor arrangement according to the invention 2 intended. The input shaft 3.1 and the output shaft 3.2 the steering column 3 are by means of a torsion bar spring shown 10 connected, wherein based on a sensor arrangement 11 the torque sensor assembly 2 a relative movement of the input shaft 3.1 and the output shaft 3.2 is detected to each other. From the relative movement, the steering torque is determined. For controlling the electric motor 5 is the torque sensor arrangement 2 using a suitable connection 6 signal technically and / or electrically with the electric motor 5 coupled. For fixing the input shaft 3.1 and the output shaft 3.2 in its position, the output shaft 3.2 a circumferential jetty 3.2.1 on, which in a corresponding recess 3.1.1 the input shaft 3.1 is arranged. The jetty 3.2.1 and the recess 3.1.1 are designed such that a rotation of the input shaft 3.1 and the output shaft 3.2 is possible to each other.

Die Sensoranordnung 11 umfasst zur Erfassung der Relativbewegung einen Sensor 11.1, einen mit der Eingangswelle 3.1 gekoppelten ersten Signalgeber 11.2 und einen mit der Ausgangswelle 3.2 gekoppelten zweiten Signalgeber 11.3. Die Signalgeber 11.2, 11.3 sind insbesondere als Messscheiben ausgebildet, wobei der Sensor 11.1 eine Erfassungseinheit 11.1.1 umfasst, mittels welcher die Relativbewegung der Messscheiben zueinander erfassbar ist.The sensor arrangement 11 includes a sensor for detecting the relative movement 11.1 , one with the input shaft 3.1 coupled first signal generator 11.2 and one with the output shaft 3.2 coupled second signal generator 11.3 , The signalers 11.2 . 11.3 are in particular designed as measuring disks, wherein the sensor 11.1 a detection unit 11.1.1 comprises, by means of which the relative movement of the measuring disks is detectable to each other.

Die Sensoranordnung 11 ist vom Lenkrad aus betrachtet hinter dem Zahnrad 4.1, d. h. hinter dem Lenkgetriebe 4, angeordnet. Somit können die in der Beschreibung zu den 1 und 2 genannten Bauraumkonflikte und die daraus resultierenden Nachteile überwunden werden.The sensor arrangement 11 is seen from the steering wheel behind the gear 4.1 ie behind the steering gear 4 arranged. Thus, in the description of the 1 and 2 mentioned space constraints and the resulting disadvantages are overcome.

Zur Realisierung dieser Anordnung sind die Eingangswelle 3.1 und der erste Signalgeber 11.2 anhand einer Messwelle 12 miteinander gekoppelt. Mittels dieser Messwelle 12 ist das Bewegungssignal der Eingangswelle 3.1 hinter das Lenkgetriebe 4 führbar. Zu diesem Zweck ist die Drehstabfeder 10 aus einer Hohlwelle gebildet, durch welche die Messwelle 12 von der Eingangswelle 3.1 zu dem ersten Signalgeber 11.2 geführt ist. Zur Durchführung der Messwelle 12 ist auch die Ausgangswelle 3.2 als Hohlwelle ausgebildet und der zweite Signalgeber 11.3 weist ein Aussparung zur Durchführung der Messwelle 12 auf. In diesem Bereich der Aussparung und an einem dem Sensor 11.1 zugewandten Ende ist die Messwelle 12 drehbar mittels zwei Lageranordnungen 13, 14 gelagert, wobei die Lageranordnungen 13, 14 insbesondere als Nadellager ausgebildet sind.To realize this arrangement, the input shaft 3.1 and the first signaler 11.2 using a measuring shaft 12 coupled together. By means of this measuring shaft 12 is the motion signal of the input shaft 3.1 behind the steering gear 4 feasible. For this purpose, the torsion bar spring 10 formed by a hollow shaft through which the measuring shaft 12 from the input shaft 3.1 to the first signaler 11.2 is guided. For carrying out the measuring wave 12 is also the output shaft 3.2 designed as a hollow shaft and the second signal generator 11.3 has a recess for the passage of the measuring shaft 12 on. In this area of the recess and at one the sensor 11.1 facing end is the measuring shaft 12 rotatable by means of two bearing arrangements 13 . 14 stored, with the bearing arrangements 13 . 14 are formed in particular as a needle bearing.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung der Lenkung 1 im Bereich der so genannten Mitnehmerverzahnung des Lenkgetriebes 4, d. h. der Drehstabfeder 10 und der Messwelle 12, wobei zur Wahrung der Übersichtlichkeit der zu der Spurstange 9 führende Bereich der Lenkung 1 nicht dargestellt ist. 5 shows a perspective view of a sectional view of the steering 1 in the area of the so-called driving teeth of the steering gear 4 , ie the torsion bar spring 10 and the measuring shaft 12 , wherein for the sake of clarity of the to the tie rod 9 leading area of steering 1 not shown.

In 6 ist schematisch ein Längsschnitt eines Ausschnitts der Lenkung 1 mit der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung 2 gemäß der 3 und 4 dargestellt.In 6 is a schematic longitudinal section of a section of the steering 1 with the torque sensor arrangement according to the invention 2 according to the 3 and 4 shown.

7 zeigt einen Querschnitt der Lenksäule 3 der Lenkung 1 gemäß 3 im Verbindungsbereich der Eingangswelle 3.1 und der Ausgangswelle 3.2, in welchem der Steg 3.2.1 der Ausgangswelle 3.2 in der zu diesem korrespondierenden Aussparung 3.1.1 der Eingangswelle 3.1 angeordnet ist. 7 shows a cross section of the steering column 3 the steering 1 according to 3 in the connection area of the input shaft 3.1 and the output shaft 3.2 in which the footbridge 3.2.1 the output shaft 3.2 in the corresponding recess for this 3.1.1 the input shaft 3.1 is arranged.

In 8 ist ein Querschnitt einer als Vollwelle ausgebildeten Drehstabfeder 15 mit einem Durchmesser d und einem Radius r dargestellt. 9 zeigt einen Querschnitt einer als Hohlwelle ausgebildeten Drehstabfeder 10 und einer als Vollwelle ausgebildeten Messwelle 12, welche innerhalb der Drehstabfeder 10 verläuft.In 8th is a cross section of a trained as a solid shaft torsion spring 15 shown with a diameter d and a radius r. 9 shows a cross section of a torsion bar designed as a hollow shaft 10 and a measuring shaft designed as a solid shaft 12 which are inside the torsion bar spring 10 runs.

Um die in 8 dargestellte und als Vollwelle ausgebildete Drehstabfeder 15 durch die in 9 dargestellte und als Hohlwelle ausgebildete Drehstabfeder 10 zu ersetzen, ist es erforderlich, dass die Drehstabfeder 10 bei einer Beaufschlagung mit einem vorgegebenen definierten Drehmoment die gleiche Verdrehung von beispielsweise ± 4 Grad im Winkel aufweist, wie die Drehstabfeder 15 bei einer Beaufschlagung mit dem gleichen Drehmoment. Somit ist eine Auslegung der Drehstabfeder 10 erforderlich.To the in 8th illustrated and designed as a solid shaft torsion bar 15 through the in 9 illustrated and designed as a hollow shaft torsion spring 10 To replace, it is necessary that the torsion bar 10 when subjected to a predetermined torque defined the same rotation of, for example, ± 4 degrees at an angle, as the torsion bar 15 when subjected to the same torque. Thus, an interpretation of the torsion bar 10 required.

Im Folgenden wird die Auslegung der Drehstabfeder 10 anhand eines Beispiels erläutert. Die als Vollwelle ausgebildete Drehstabfeder 15 weist einen Durchmesser d von 5 auf. Die Messwelle 12 weist einen Durchmesser dm von 3 auf, so dass ein Innendurchmesser di 4 aufweist, um die Freigängigkeit der Messwelle innerhalb der Drehstabfeder 10 sicherzustellen. The following is the interpretation of the torsion bar 10 explained with an example. The trained as a solid shaft torsion bar 15 has a diameter d of 5. The measuring shaft 12 has a diameter d m of 3, so that an inner diameter d i 4, the free movement of the measuring shaft within the torsion bar spring 10 sure.

Die Ermittlung des Außendurchmessers da der Drehstabfeder 10, welcher erforderlich ist, damit die Drehstabfeder 10 sich bei Einbringung des definierten Drehmoments in gleicher Weise verwindet wie die Drehstabfeder 15, ergibt sich gemäß folgender Gleichungen, wobei zunächst die polaren Flächenträgheitsmomente IP15 und IP10 der Drehstabfedern 15, 10 gleichgesetzt werden:

Figure 00070001
The determination of the outer diameter d a of the torsion bar 10 which is required for the torsion bar spring 10 twisting when introducing the defined torque in the same way as the torsion bar spring 15 , is obtained according to the following equations, wherein first the polar moments of area I P15 and I P10 of the torsion springs 15 . 10 be equated:
Figure 00070001

Somit ergibt sich für die oben genannten beispielhaften Werte bei gegebenen Innendurchmesser d, und daraus folgend gegebenem Innenradius ri der Drehstabfeder 10 sowie gegebenem Radius r der Drehstabfeder 15 für einen Außenradius ra der Drehstabfeder 10: ra = 2,92. (4) Thus, given the above-mentioned exemplary values given the inner diameter d, and consequently the inner radius r i of the torsion bar spring resulting therefrom 10 and given radius r of the torsion bar spring 15 for an outer radius r a of the torsion bar spring 10 : r a = 2.92. (4)

Daraus folgend beträgt der Außendurchmesser da der Drehstabfeder 10: da = 2·ra = 2·2,92 = 5,84. (5) As a result, the outer diameter is as the torsion bar spring 10 : d a = 2 · r a = 2 · 2.92 = 5.84. (5)

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lenkungsteering
22
DrehmomentsensoranordnungTorque sensor assembly
33
Lenksäulesteering column
3.13.1
Eingangswelleinput shaft
3.1.13.1.1
Aussparungrecess
3.23.2
Ausgangswelleoutput shaft
3.2.13.2.1
Stegweb
44
Lenkgetriebesteering gear
4.14.1
Zahnradgear
4.24.2
Zahnstangerack
55
Elektromotorelectric motor
66
Verbindungconnection
77
VerteilergetriebeTransfer Case
88th
Spurstangetie rod
99
Spurstangetie rod
1010
DrehstabfederTorsion bar
1111
Sensoranordnungsensor arrangement
11.111.1
Sensorsensor
11.1.111.1.1
Erfassungseinheitacquisition unit
11.211.2
erster Signalgeberfirst signaler
11.311.3
zweiter Signalgebersecond signal generator
1212
Messwellemeasuring shaft
1313
Lageranordnungbearing arrangement
1414
Lageranordnungbearing arrangement
1515
DrehstabfederTorsion bar
dd
Durchmesserdiameter
da d a
Außendurchmesserouter diameter
di d i
InnendurchmesserInner diameter
dm d m
Durchmesserdiameter
rr
Radiusradius
ra r a
Außenradiusouter radius
ri i
Innenradiusinner radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10336853 A1 [0003] DE 10336853 A1 [0003]

Claims (3)

Drehmomentsensoranordnung (2) für eine Lenksäule (3) eines Fahrzeugs mit – einer mit einem Lenkrad gekoppelten Eingangswelle (3.1), – einer mit einem Zahnrad (4.1) eines Lenkgetriebes (4) gekoppelten Ausgangswelle (3.2), – wobei das Zahnrad (4.1) zur Übertragung eines Lenkmoments auf eine Zahnstange (4.2) des Lenkgetriebes (4) vorgesehen ist, – einer die Eingangswelle (3.1) und die Ausgangswelle (3.2) miteinander verbindenden Drehstabfeder (10) und – einer Sensoranordnung (11) zur Erfassung einer Relativbewegung zwischen der Eingangswelle (3.1) und der Ausgangswelle (3.2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Sensoranordnung (11) zumindest einen Sensor (11.1), – einen mit der Eingangswelle (3.1) gekoppelten ersten Signalgeber (11.2) und – einen mit der Ausgangswelle (3.2) gekoppelten zweiten Signalgeber (11.3) umfasst, wobei – die Sensoranordnung (11) vom Lenkrad aus betrachtet hinter dem Zahnrad (4.1) angeordnet ist.Torque sensor arrangement ( 2 ) for a steering column ( 3 ) of a vehicle having - an input shaft coupled to a steering wheel ( 3.1 ), - one with a gear ( 4.1 ) of a steering gear ( 4 ) coupled output shaft ( 3.2 ), - the gear ( 4.1 ) for transmitting a steering torque to a rack ( 4.2 ) of the steering gear ( 4 ), - one of the input shaft ( 3.1 ) and the output shaft ( 3.2 ) interconnecting torsion bar spring ( 10 ) and - a sensor arrangement ( 11 ) for detecting a relative movement between the input shaft ( 3.1 ) and the output shaft ( 3.2 ), characterized in that - the sensor arrangement ( 11 ) at least one sensor ( 11.1 ), - one with the input shaft ( 3.1 ) coupled first signal generator ( 11.2 ) and - one with the output shaft ( 3.2 ) coupled second signal generator ( 11.3 ), wherein - the sensor arrangement ( 11 ) viewed from the steering wheel behind the gear ( 4.1 ) is arranged. Drehmomentsensoranordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstabfeder (10) aus einer Hohlwelle gebildet ist, wobei durch die Hohlwelle ein mit der Eingangswelle (3.1) und dem ersten Signalgeber (11.2) gekoppelte Messwelle (12) geführt ist.Torque sensor arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the torsion bar ( 10 ) is formed from a hollow shaft, wherein through the hollow shaft with the input shaft ( 3.1 ) and the first signal transmitter ( 11.2 ) coupled measuring wave ( 12 ) is guided. Drehmomentsensoranordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (3.2) als Hohlwelle ausgebildet ist.Torque sensor arrangement ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the output shaft ( 3.2 ) is designed as a hollow shaft.
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Citations (8)

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