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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Bei dem bekannten Lenkwinkelsensor wird ein Zählrad zur Bestimmung der Anzahl der Umdrehungen des Lenkrades berührungslos mittels Magnetfeldsensoren abgetastet. Ein derartiges System hat den Nachteil, dass bei ausgeschalteter Zündung ein Ruhestrom bereitgestellt werden muss, um ein Verdrehen des Lenkrades bei ausgeschalteter Zündung erkennen zu können. Bei dauerhafter Nichtbenutzung des Fahrzeuges führt dies zu einer unerwünschten Entleerung der Fahrzeugbatterie. Wird ein solcher Ruhestrom nicht bereitgestellt, kann der Lenkwinkel nicht mehr eindeutig bestimmt werden, wenn ein Verdrehen des Lenkrades bei ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie erfolgt.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 052 162 A1 werden beispielsweise eine Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges sowie ein Pedalmodul mit einer solchen Messeinrichtung beschrieben. Der erfasste Drehwinkel oder der erfasste lineare Weg ergibt sich aufgrund einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei Körpern, welche durch Federmittel gegeneinander in ihrer Ausgangslage vorgespannt sind. Die Federmittel weisen Windungen aus einem elektrisch leitenden Material auf und die Relativbewegung der Körper verursacht eine Längenänderung der Federmittel. Es ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Windungen der Federmittel von einer magnetischen Spule umfasst sind, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator von einem Schwingkreis umfasst ist. Zudem ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche in Abhängigkeit von der Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, welche auf der durch die Relativbewegung der Körper hervorgerufenen Längenänderung der Federmittel beruht, ein Signal aussteuert, dass zur Erkennung und Berechnung der Relativbewegung ausgewertet werden kann. Um die Drehbewegung eines Fahrpedalhebels gegenüber einem Lagerbock in eine hinsichtlich des Messprinzips einfachere lineare Bewegung zu wandeln, können die Federelemente sich mit ihrem einen Ende an einer am Lagerbock ausgebildeten Stützfläche und mit dem anderen Ende an einem in Bezug zu einer Schwenkachse zwischen dem Fahrpedalhebel und dem Lagerbock einen Hebelarm bildenden Stützarm des Fahrpedalhebels abstützen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 011 448 A1 wird beispielsweise eine Anordnung zur Erfassung eines Drehwinkels beschrieben. Die beschriebene Anordnung umfasst Geber und Sensoren, welche in Abhängigkeit von einer Drehwinkeländerung eines rotierenden Bauteils von den Gebern erzeugte Änderungen einer physikalischen Größe als digital auswertbare Signale detektieren. Das rotierende Bauteil weist mindestens einen an seinem Umfang gekoppelten, durch seine Rotation sich drehenden Satelliten kleineren Umfangs, vorzugsweise mit einem Winkelsensor auf, welcher über ein axial gekoppeltes Hypozykloidgetriebe eine ebenfalls rotierende Hyperzykloidscheibe oder Hypozykloidzahnrad antreibt, deren Umdrehungsgeschwindigkeit durch das Hypozykloidgetriebe derart untersetzt ist, dass hieraus eine Umdrehungszahl des rotierenden Bauteils und der absolute Lenkwinkel über mehrere Umdrehungen der Lenkwelle mit einem Umdrehungssensorsystem ermittelbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Überführung der Drehbewegung in eine mechanische Wegänderung immer eine eindeutige Drehposition auch bei mehrfachen Umdrehungen des rotierenden Bauteils möglich ist. In vorteilhafter Weise bleibt beim Versagen der Elektronik, die Drehbewegung in der mechanischen veränderten Wegposition erhalten. Aufgrund der mechanischen Wegänderung steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels mittels einer Abstandserfassung möglich ist. Ein weiterer Vorteil kann die mechanische Vereinfachung darstellen, was zu einer Kostenersparnis führen kann. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Dabei ist das rotierende Bauteil bzw. Zahnrad vorzugsweise mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule des Fahrzeugs drehfest gekoppelt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überführen die Lenkbewegung in eine Wegänderung, welche über eine Abstandsmessung berührungslos detektiert und in einen Lenkwinkel umgerechnet werden kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug zur Verfügung. Das rotierende Bauteil ist an seinem Umfang mit einem Messwertgeber gekoppelt, welcher in Verbindung mit mindestens einem Sensor ein den Drehwinkel des rotierenden Bauteils repräsentierendes Signal erzeugt. Erfindungsgemäß ist der Messwertgeber als Bewegungswandler ausgeführt, welcher die Rotation des rotierenden Bauteils in eine Translation des Messwertgebers umwandelt, wobei der mindestens eine Sensor den zurückgelegten Weg des Messwertgebers ermittelt, welcher den Drehwinkel des rotierenden Bauteils repräsentiert.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Messwertgeber die Rotation des rotierenden Bauteils in eine axiale Translation des Messwertgebers in Bezug auf das rotierende Bauteil umwandeln kann. Der Messwertgeber kann beispielsweise als Ritzel ausgeführt werden, welches über ein Innengewinde längsbeweglich auf einem Bolzen mit einem korrespondierendem Außengewinde geführt und so positioniert ist, dass ein erster Zahnkranz des rotierenden Bauteils einen zweiten Zahnkranz des Ritzels kämmt. Dadurch kann die vom rotierenden Bauteil auf das Ritzel übertragene Drehbewegung in eine Höhenänderung des als Ritzel ausgeführten Messwertgebers umgewandelt werden, wobei die Höhenänderung einer oberen und/oder unteren Stirnfläche des Messwertgebers über den mindestens einen Sensor als zurückgelegter Weg gemessen werden kann. In vorteilhafter Weise kann eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils über ein Übersetzungsverhältnis des vorzugsweise als Zahnrad ausgeführten rotierenden Bauteils und dem Messwertgeber und/oder über eine Ganghöhe des Innengewindes und/oder des Außengewindes des Bolzens vorgegeben werden. Durch das Gewinde kann die Höhenänderung entkoppelt vom Übersetzungsverhältnis zusätzliche an die Charakteristik des mindestens einen Sensors zur Ermittlung des zurückgelegten Weges angepasst werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der Messwertgeber die Rotation des rotierenden Bauteils in eine tangentiale Translation des Messwertgebers in Bezug auf das rotierende Bauteil umwandeln. Der Messwertgeber kann beispielsweise als längs- und drehbeweglich geführte Schraube ausgeführt werden, welche so positioniert ist, dass ein erster Zahnkranz des rotierenden Bauteils ein Gewinde der Schraube kämmt. Dadurch kann die Drehbewegung des rotierenden Bauteils in eine geradlinige Bewegung des als Schraube ausgeführten Messwertgebers umgewandelt werden, wobei der zurückgelegte Weg einer ersten und/oder zweiten Stirnfläche des Messwertgebers über den mindestens einen Sensor gemessen werden kann. In vorteilhafter Weise kann eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils über eine Zahnanzahl des ersten Zahnkranzes des rotierenden Bauteils und/oder über eine Ganghöhe des Gewindes der Schraube vorgegeben werden.
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In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der Messwertgeber als längsbeweglich geführte Zahnstange ausgeführt werden, welche so positioniert ist, dass ein erster Zahnkranz des rotierenden Bauteils einen Zahnbereich der Zahnstange kämmt. Dadurch kann die Drehbewegung des rotierenden Bauteils in eine geradlinige Bewegung des als Zahnstange ausgeführten Messwertgebers umgewandelt werden, wobei der zurückgelegte Weg einer ersten und/oder zweiten Stirnfläche des Messwertgebers über den mindestens einen Sensor gemessen werden kann. In vorteilhafter Weise kann eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils über eine Zahnanzahl des ersten Zahnkranzes des rotierenden Bauteils und/oder über eine Teilung des Zahnbereichs der Zahnstange vorgegeben werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der mindestens eine Sensor als Abstandssensor ausgeführt werden, welcher den Abstand des Messwertgebers zu einem Bezugspunkt ermittelt, wobei mindestens ein Sensor am Messwertgeber und/oder am Bezugspunkt angeordnet ist. Vorzugsweise wird der Abstand einer ersten und/oder zweiten Stirnfläche des Messwertgebers zum Bezugspunkt gemessen. Des Weiteren können mindestens zwei Sensoren zur Ermittlung des Abstands zwischen einer Oberfläche bzw. Stirnfläche des Messwertgebers und korrespondierenden Bezugspunkten vorgesehen werden. In diesem Fall kann eine Auswerte- und Steuereinheit durch Auswerten von Sensorsignalen, welche die mindestens zwei Sensoren zur Verfügung stellen, in vorteilhafter Weise eine Verkippung des Messwertgebers ermitteln. Zudem ermöglicht die Verwendung von mehreren Sensoren in vorteilhafter Weise eine redundante Ermittlung des Drehwinkels an einem rotierenden Bauteil. Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise als Wirbelstromsensor, welcher den Abstand über eine Änderung des zugehörigen Magnetfeldes ermittelt, und/oder als kapazitiver Sensor, welcher den Abstand über eine Änderung eines elektrischen Feldes ermittelt, und/oder als Ultraschallsensor und/oder als optischer Sensor ausgeführt werden, welche den Abstand beispielsweise über eine Signallaufzeitmessung ermitteln. Diese Ausführungsformen ermöglichen eine kostengünstige Implementierung der Abstandsmessung. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte Abstandsmesstechniken implementiert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung werden mindestens zwei Sensoren vorgesehen, welche mit einer Auswerte- und Steuereinheit eine Differentialabstandssensorik ausbilden. Hierbei ermittelt mindestens ein erster Sensor den Abstand des Messwertgebers zu einem ersten Bezugspunkt, und mindestens ein zweiter Sensor ermittelt den Abstand des Messwertgebers zu einem zweiten Bezugspunkt. So kann beispielsweise mindestens ein erster Abstandssensor den Abstand der ersten Stirnfläche des Messwertgebers zum ersten Bezugspunkt messen, und mindestens ein zweiter Abstandssensor kann den Abstand einer zweiten Stirnfläche des Messwertgebers zum zweiten Bezugspunkt messen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Kompensation von Störeinflüssen, wie beispielsweise einer Temperaturänderung usw. Zudem ermöglicht die Verwendung von mehreren Sensoren in vorteilhafter Weise eine redundante Ermittlung des Drehwinkels an einem rotierenden Bauteil.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische perspektivische Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Stellung.
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3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Stellung.
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4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Stellung.
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5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Stellung.
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6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Stellung.
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7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Stellung.
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8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Stellung.
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9 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Stellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 9 ersichtlich ist, umfassen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1a, 1b, 1c, 1d zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil 10 in einem Fahrzeug einen Messwertgeber 20 und mindestens einen Sensor 26, 26a, 26b, dessen Ausgabesignal von einer Auswerte- und Steuereinheit 30, 30a ausgewertet wird. Das rotierenden Bauteil 10 ist an seinem Umfang mit dem Messwertgeber 20 gekoppelt, welcher in Verbindung mit dem mindestens einen Sensor 26, 26a, 26b ein den Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10 repräsentierendes Signal erzeugt und an die Auswerteund Steuereinheit 30, 30a ausgibt. Erfindungsgemäß ist der Messwertgeber 20 als Bewegungswandler ausgeführt, welcher die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 in eine Translation 22 des Messwertgebers 20 umwandelt, wobei der mindestens eine Sensor 26, 26a, 26b den zurückgelegten Weg des Messwertgebers 20 ermittelt, welcher den Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10 repräsentiert.
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Der Messwertgeber 20 kann die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 in eine axiale Translation 22a des Messwertgebers 20 in Bezug auf das rotierende Bauteil 10 umwandeln, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 und 8 und 9 beschrieben wird. Alternativ kann der Messwertgeber 20 die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 in eine tangentiale Translation 22b des Messwertgebers 20 in Bezug auf das rotierende Bauteil 10 umwandeln, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben wird. Um eine Spielreduzierung des Messwertgebers 20 zu erreichen kann der Messwertgeber 20, beispielsweise über mindestens einen nicht dargestellten Federstift, mit einer Federkraft belastet werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der mindestens eine Sensor 26, 26a, 26b als Abstandssensor ausgeführt, welcher den Abstand 24, 24a, 24b des Messwertgebers 20 zu einem Bezugspunkt ermittelt. Hierbei kann der mindestens eine Sensor 26, 26a, 26b am Messwertgeber 20 und/oder am Bezugspunkt angeordnet werden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der mindestens eine Sensor 26, 26a, 26b ortsfest am Bezugspunkt angeordnet. Vorzugsweise ist der mindestens eine Sensor 26, 26a, 26b als Wirbelstromsensor und/oder als kapazitiver Sensor und/oder als Ultraschallsensor und/oder als optischer Sensor ausgeführt, da dies eine kostengünstige Implementierung der Abstandsmessung ermöglicht. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte Abstandsmessverfahren zur Ermittlung des zurückgelegten Wegs des Messwertgebers 20 implementiert werden.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1a, 1b, 1c, 1d können beispielsweise als Lenkwinkelsensor zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Dabei ist das rotierende Bauteil 10 beispielsweise als Zahnrad ausgeführt und vorzugsweise mit einem Lenkrad und/oder einer Lenksäule des Fahrzeugs drehfest gekoppelt.
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Durch die Überführung der Rotation 12 bzw. Lenkbewegung in eine mechanische Translation 22, welche über eine Abstandsmessung ermittelt wird, ist immer eine eindeutige Drehposition bzw. ein eindeutiger Lenkwinkel auch bei mehrfachen Umdrehungen des Lenkrades möglich. Ebenfalls bleibt beim Versagen der Elektronik, die Drehbewegung in der mechanischen veränderten Höhenposition erhalten. Aufgrund der mechanischen Translation 22 steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel bzw. Lenkwinkel zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels bzw. Lenkwinkels mittels der Abstandserfassung möglich ist.
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Bei der Prinzipdarstellung aus 1 ist das rotierende Bauteil 10 über einen ersten Zahnkranz 14 mit einem zweiten Zahnkranz 20.1 des Messwertgebers 20 gekoppelt und überträgt die Rotation 12 auf den Messwertgeber 20, welcher die Rotation 12 bzw. Drehbewegung in eine axiale Translation 22a in Form einer Höhenänderung des Messwertgebers 20 umwandelt. Ein oberhalb einer Stirnfläche des Messwertgebers 20 angeordneter Abstandssensor 26, welcher beispielsweise zwei Wirbelstromsensoren 26.1, 26.2 umfasst, welche jeweils eine Spule zur Erzeugung von entsprechenden Magnetfeldern 28 aufweisen, kann eine Abstandsänderung 24 zwischen dem Abstandssensor 26 und der Stirnfläche des Messwertgebers 20 berührungslos detektieren und ein entsprechendes Ausgabesignal an die Auswerte- und Steuereinheit 30 ausgeben. Durch die Abstandsänderung 24 werden die von den beiden Wirbelstromsensoren 26.1, 26.2 erzeugten Magnetfelder 28 beeinflusst, so dass beispielsweise in Verbindung mit jeweils einer Festkapazität eine entsprechende Frequenzänderung erfasst und von der Auswerte- und Steuereinheit 30 zur Abstandsermittlung ausgewertet werden kann. Die Auswerte- und Steuereinheit 30 wertet das Ausgabesignal des Abstandssensors 26 aus und kann auf den Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10 schließen. Durch das Auswerten von Sensorsignalen, welche von den zwei Wirbelstromsensoren 26.1, 26.2 zur Verfügung gestellt werden, kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 in vorteilhafter Weise eine Verkippung des Messwertgebers 20 ermitteln bzw. eine redundante Ermittlung des Drehwinkels durchführen. Zur reinen Abstandsermittlung ist jedoch ein Abstandssensor 26 bzw. ein Wirbelstromsensor 26.1, 26.2 ausreichend.
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Wie aus 2 und 3 weiter ersichtlich ist, ist bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1a der Messwertgeber 20 als Ritzel 20a ausgeführt, welches über ein Innengewinde längsbeweglich auf einem Bolzen 21 mit einem korrespondierendem Außengewinde 21a geführt ist. Der als Ritzel 20a ausgeführte Messwertgeber 20 ist so positioniert, dass ein erster Zahnkranz 14 des als Zahnrad ausgeführten rotierenden Bauteils 10 einen zweiten Zahnkranz 20.1 des Ritzels 20a kämmt. Dadurch wird die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 auf den als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgeber 20 übertragen, welcher durch die übertragene Drehbewegung seine Position in axialer Richtung 22a nach oben ändert. Wie aus einem Vergleich zwischen 2 und 3 ersichtlich ist, verkleinert sich durch die dargestellte Drehrichtung der Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 der Abstand 24 zwischen der oberen Stirnfläche des als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgebers 20 und dem oberhalb des Messwertgebers 20 angeordneten Abstandssensor 26. Eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils 10 kann beispielsweise über ein Übersetzungsverhältnis des rotierenden Bauteils 10 und dem als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgeber 20 und/oder über eine Ganghöhe des Innengewindes und/oder des Außengewindes 21a des Bolzens 21 vorgegeben werden.
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Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist bei dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1b der Messwertgeber 20 als längs- und drehbeweglich geführte Schraube 20b ausgeführt, welche so positioniert ist, dass ein erster Zahnkranz 14 des rotierenden Bauteils 10 ein Gewinde 21b der Schraube 20b kämmt. Dadurch wird die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 auf den als Schraube 20b ausgeführten Messwertgeber 20 übertragen, welcher seine Position in tangentialer Richtung 22b nach links ändert. Wie aus einem Vergleich zwischen 4 und 5 ersichtlich ist, verkleinert sich durch die dargestellte Drehrichtung der Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 der Abstand 24 zwischen der linken Stirnfläche des als Schraube 20b ausgeführten Messwertgebers 20 und dem axial beabstandet zum Messwertgeber 20 angeordneten Abstandssensor 26. Eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils 10 kann über eine Zahnanzahl des ersten Zahnkranzes 14 des rotierenden Bauteils 10 und/oder über eine Ganghöhe des Gewindes 21b der Schraube 20b vorgegeben werden.
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Wie aus 6 und 7 weiter ersichtlich ist, ist bei dem dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1c der Messwertgeber 20 als längsbeweglich geführte Zahnstange 20c ausgeführt, welche so positioniert ist, dass ein erster Zahnkranz 14 des rotierenden Bauteils 10 einen Zahnbereich 21c der Zahnstange 20c kämmt. Dadurch wird die Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 auf den als Zahnstange 20c ausgeführten Messwertgeber 20 übertragen, welcher seine Position in tangentialer Richtung 22b nach links ändert. Wie aus einem Vergleich zwischen 6 und 7 ersichtlich ist, verkleinert sich durch die dargestellte Drehrichtung der Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 der Abstand 24 zwischen der linken Stirnfläche des als Zahnstange 20c ausgeführten Messwertgebers 20 und dem axial beabstandet zum Messwertgeber 20 angeordneten Abstandssensor 26. Eine Auflösung des ermittelten Drehwinkels des rotierenden Bauteils 10 kann über eine Zahnanzahl des ersten Zahnkranzes 14 des rotierenden Bauteils 10 und/oder über eine Teilung des Zahnbereichs 21c der Zahnstange 20c vorgegeben werden.
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Das in 8 und 9 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung entspricht im Wesentlichen dem in 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, so dass hier auf eine wiederholende Beschreibung von bau- bzw. funktionsgleichen Komponenten verzichtet wird und nur auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen wird. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel bilden im vierten Ausführungsbeispiel zwei Abstandssensoren 26a, 26b mit der Auswerte- und Steuereinheit 30a eine Differentialabstandssensorik aus. Hierbei ist ein erster Abstandssensor 26a oberhalb des als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgebers 20 angeordnet und ermittelt einen ersten Abstand 24a des Messwertgebers 20 zu einem ersten Bezugspunkt. Ein zweiter Abstandssensor 26b ist unterhalb des als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgebers 20 angeordnet und ermittelt einen zweiten Abstand 24b des Messwertgebers 20 zu einem zweiten Bezugspunkt. Wie aus einem Vergleich zwischen 8 und 9 ersichtlich ist, verkleinert sich durch die dargestellte Drehrichtung der Rotation 12 des rotierenden Bauteils 10 der erste Abstand 24a zwischen der oberen Stirnfläche des als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgebers 20 und dem oberhalb des Messwertgebers 20 angeordneten ersten Abstandssensor 26a, während sich der zweite Abstand 24b zwischen der unteren Stirnfläche des als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgebers 20 und dem unterhalb des Messwertgebers 20 angeordneten zweiten Abstandssensor 26b vergrößert. Diese Differentialabstandssensorik ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Kompensation von Störeinflüssen, wie beispielsweise der Temperatur usw. Zudem ermöglicht die Verwendung von mehreren Sensoren 26a, 26b in vorteilhafter Weise eine redundante Ermittlung des Drehwinkels am rotierenden Bauteil 10.
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Die in Verbindung mit dem als Ritzel 20a ausgeführten Messwertgeber 20 beschriebene Differentialabstandssensorik kann analog auch auf die als Schraube 20b bzw. Zahnstange 20c ausgeführten Messwertgeber 20 übertragen werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug zur Verfügung, welche durch die Überführung der Drehbewegung in eine mechanische Wegänderung auch bei mehrfachen Umdrehungen des rotierenden Bauteils immer eine eindeutige Drehposition zur Verfügung stellen. In vorteilhafter Weise bleibt beim Versagen der Elektronik die Drehbewegung in der mechanischen veränderten Wegposition erhalten. Aufgrund der mechanischen Wegänderung steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels mittels einer Abstandserfassung möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007052162 A1 [0003]
- DE 102008011448 A1 [0004]
