DE102014202383B4

DE102014202383B4 - Lenkwinkelsensor und elektrische Servolenkung, die diesen einsetzt

Info

Publication number: DE102014202383B4
Application number: DE102014202383.1A
Authority: DE
Inventors: Naoki Takayanagi; Tatsuyoshi Maruyama; Kiyotaka Shirakubo
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: CN104015783B; DE102014202383A1; JP6007131B2; JP2014168969A; US20140246267A1; US9086269B2; CN104015783A

Abstract

Lenkwinkelsensor, umfassend:eine Lenkwelle (6), die sich zusammen mit einem Lenkrad (1) dreht;ein Sensorgehäuse (16), das so angeordnet ist, dass es die Lenkwelle (6) umschließt;ein erstes Zahnrad (24), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das erste Zahnrad (24) einen ringförmigen Körperabschnitt (24A) umfasst, der über einem gegebenen Teil der Lenkwelle (6) angeordnet ist und einen gegebenen ringförmigen Abstand (t1) dazwischen lässt, sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B), der auf einem äußeren Umfang des ringförmigen Körperabschnitts (24A) ausgebildet ist;ein zweites Zahnrad (25), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist und ein magnetisches Element (29) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B) des ersten Zahnrads 24 steht;ein drittes Zahnrad (26), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das dritte Zahnrad (26) ein weiteres magnetisches Element (30) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt des zweiten Zahnrads (25) steht, wobei die Anzahl der Zähne des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) nicht durcheinander teilbar ist, um eine Einheit des zweiten und dritten Zahnrads (25, 26) mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen;eine erste MR-Komponente (31A), die zur Ermittlung eines ersten Rotationswinkels des zweiten Zahnrads (25) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des zweiten Zahnrads (25) erzeugt wird;eine zweite MR-Komponente (31B), die zur Ermittlung eines zweiten Rotationswinkels des dritten Zahnrads (26) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des dritten Zahnrads (26) erzeugt wird;ein einziges elastisches Element (23), das in dem gegebenen ringförmigen Abstand (t1) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) zusammengedrückt ist, wobei die Dicke des elastischen Elements (23) in einem nicht zusammengedrückten Zustand größer ist als die Dicke des gegebenen ringförmigen Abstands (t1), wobei das elastische Element (23) ein O-Ring ist, wobeidie Lenkwelle (6) an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (6A) versehen ist, um darin das elastische Element (23) aufzunehmen und dieses gleichzeitig zusammenzudrücken; undeine Steuereinheit (18), die einen absoluten Einschlagwinkel des Lenkrads (1) anhand des ersten und des zweiten Rotationswinkels des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) ermittelt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenkwinkelsensoren zum Erkennen des Einschlagwinkels eines Lenkrads von Kraftfahrzeugen und insbesondere auf die Lenkwinkelsensoren eines Typs, der in einer elektrischen Servolenkung zum Erkennen des Einschlagwinkels eines Lenkrads eingesetzt wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bisher wurden verschiedene Arten von Lenkwinkelsensoren vorgeschlagen und praktisch umgesetzt, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuge. Einer von diesen wurde in der WO 99/ 12 796 A1 offengelegt, welche allgemein ein erstes Zahnrad umfasst, das an einer Lenkwelle so befestigt ist, dass es sich mit dieser dreht, ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad in Eingriff steht und einen Magneten aufweist, sowie ein drittes Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad in Eingriff steht und einen Magnet aufweist, wobei die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrads sich von der des dritten Zahnrads unterscheidet und die Magnete des zweiten und dritten Zahnrads entsprechende MR-Sensoren darstellen. Das heißt, aufgrund der Spannungsänderung der MR-Sensoren wird ein Einschlagwinkel (d. h. ein absoluter Einschlagwinkel) erkannt, der zwischen einer neutralen Winkelposition des Lenkrads und einer aktuellen Winkelposition des Lenkrads definiert ist.
Aufgrund der Konstruktionsweise des Lenkwinkelsensors der oben genannten veröffentlichten Patentanmeldung weist jedoch der festgestellte Einschlagwinkel oft einen Erkennungsfehler auf. Das heißt, bei dem bekannten Lenkwinkelsensor ist das erste Zahnrad direkt mit der Lenkwelle verbunden, um sich gemeinsam mit dieser zu drehen. Wenn dann während der Handhabung durch einen Fahrer die Lenkwelle geneigt ist, ist daher das erste Zahnrad unvermeidlich ebenfalls geneigt und folgt der Neigung der Lenkwelle. Aufgrund der somit erfolgten Neigung des ersten Zahnrads wird jedoch die Übertragungsweise der Rotation des ersten Zahnrads auf das zweite und das dritte Zahnrad beträchtlich beeinträchtigt oder verschlechtert, was zur Entstehung des oben genannten Erkennungsfehlers führt.
Weiterer verwandter Stand der Technik ist in der US 2006 / 0 208 176 A1 , US 6 194 709 B1 , JP 2004- 256 060 A und JP 2005- 47 340 A offenbart.
Dementsprechend ist es eine Zielstellung der vorliegenden Erfindung, einen Lenkwinkelsensor bereitzustellen, der frei von dem oben genannten Nachteil ist.
Das heißt, nach der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkwinkelsensor vorgesehen, der die Entstehung des oben genannten Erkennungsfehlers unterdrückt, auch wenn die Lenkwelle geneigt ist.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkwinkelsensor vorgesehen, der Folgendes umfasst: eine Lenkwelle (6), welche sich zusammen mit einem Lenkrad (1) dreht; ein Sensorgehäuse (16), das so angeordnet ist, dass es die Lenkwelle (6) umschließt; ein erstes Zahnrad (24), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das erste Zahnrad (24) einschließlich eines ringförmigen Körperabschnitts (24A) über einem gegebenen Teil der Lenkwelle (6) angeordnet ist und einen gegebenen ringförmigen Abstand (t1) dazwischen lässt und ein ringförmiger gezahnter Abschnitt (24B) auf einem äußeren Umfang des ringförmigen Körperabschnitts (24A) ausgebildet ist; ein zweites Zahnrad (25), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das zweite Zahnrad (25) ein magnetisches Element (29) an einem mittleren Abschnitt desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, der mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B) des ersten Zahnrads (24) in Eingriff steht; ein drittes Zahnrad (26), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das dritte Zahnrad (26) ein weiteres magnetisches Element (30) an einem mittleren Abschnitt desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, der mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt des zweiten Zahnrads (25) in Eingriff steht, und die Anzahl der entsprechenden Zähne des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) nicht durcheinander teilbar ist, um eine Einheit des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen; eine erste MR-Komponente (31A), die eine Änderung des vom magnetischen Element des zweiten Zahnrads (25) erzeugten magnetischen Felds erfasst, um einen ersten Rotationswinkel für das zweite Zahnrad (25) zu erhalten; eine zweite MR-Komponente (31B), die eine Änderung des vom magnetischen Element des dritten Zahnrads (26) erzeugten magnetischen Felds erfasst, um einen zweiten Rotationswinkel für das dritte Zahnrad (26) zu erhalten; ein einziges elastisches Element (23), das in dem gegebenen ringförmigen Abstand (t1) zusammengedrückt ist, wobei das elastische Element (23) ein O-Ring ist, wobei die Lenkwelle (6) an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (6A) versehen ist, um darin das elastische Element (23) aufzunehmen und dieses gleichzeitig zusammenzudrücken; sowie eine Steuereinheit (18), die einen absoluten Einschlagwinkel des Lenkrads (1) anhand des ersten und des zweiten Rotationswinkels des zweiten und dritten Zahnrads (25, 26) ermittelt.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkung vorgesehen, die Folgendes umfasst: einen Lenkmechanismus einschließlich einer Lenkwelle (6), welche sich zusammen mit einem Lenkrad (1) dreht, sowie einer Zahnstange (8), die die gelenkten Räder eines dazugehörigen Fahrzeugs als Reaktion auf die Rotation der Lenkwelle (6) lenkt; einen Elektromotor (19), durch den eine Lenkhilfskraft dem Lenkmechanismus zugeführt wird; einen Lenkwinkelsensor, der einen absoluten Einschlagwinkel erkennt, wobei der absolute Einschlagwinkel ein Rotationsbetrag des Lenkrads (1) von einer neutralen Winkelposition des Lenkrads (1) aus, bei der die gelenkten Räder in einer geraden Ausrichtung nach vorn weiten, bis zur aktuellen Winkelposition des Lenkrads (1) ist; eine Steuereinheit (18), die den Elektromotor (19) anhand eines Ausgangssignals des Lenkwinkelsensors steuert, wobei der Lenkwinkelsensor Folgendes umfasst: ein Sensorgehäuse (16), das so angeordnet ist, dass es die Lenkwelle (6) umschließt; ein erstes Zahnrad (24), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das erste Zahnrad (24) einschließlich eines ringförmigen Körperabschnitts (24A) über einem gegebenen Teil der Lenkwelle (6) angeordnet ist und einen gegebenen ringförmigen Abstand (t1) dazwischen lässt und ein ringförmiger gezahnter Abschnitt (24B) auf einem äußeren Umfang des ringförmigen Körperabschnitts (24A) ausgebildet ist; ein zweites Zahnrad (25), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das zweite Zahnrad (25) ein magnetisches Element (29) an einem mittleren Abschnitt desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, der mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B) des ersten Zahnrads (24) in Eingriff steht; ein drittes Zahnrad (26), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das dritte Zahnrad (26) ein weiteres magnetisches Element (30) an einem mittleren Abschnitt desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, der mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt des zweiten Zahnrads (25) in Eingriff steht, und die Anzahl der entsprechenden Zähne des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) nicht durcheinander teilbar ist, um eine Einheit des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen; eine erste MR-Komponente (31A), die eine Änderung des vom magnetischen Element des zweiten Zahnrads (25) erzeugten magnetischen Felds erfasst, um einen ersten Rotationswinkel für das zweite Zahnrad (25) zu erhalten; eine zweite MR-Komponente (31 B), die eine Änderung des vom magnetischen Element des dritten Zahnrads (26) erzeugten magnetischen Felds erfasst, um einen zweiten Rotationswinkel für das dritte Zahnrad (26) zu erhalten; sowie ein einziges elastisches Element (23), das in dem gegebenen ringförmigen Abstand (t1) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) zusammengedrückt ist, wobei die Dicke des elastischen Elements (23) in einem nicht zusammengedrückten Zustand größer ist als eine Dicke des gegebenen ringförmigen Abstands (t1), wobei das elastische Element (23) ein O-Ring ist, wobei die Lenkwelle (6) an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (6A) versehen ist, um darin das elastische Element (23) aufzunehmen und dieses gleichzeitig zusammenzudrücken; sowie eine Steuereinheit (18), die einen absoluten Einschlagwinkel des Lenkrads (1) anhand des ersten und des zweiten Rotationswinkels des zweiten und dritten Zahnrads (25, 26) ermittelt.
Figurenliste
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, wobei gilt:

1 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Servolenkung, die darin einen Lenkwinkelsensor der vorliegenden Erfindung praktisch einsetzt.
2 ist eine senkrecht unterteilte, vergrößerte Ansicht des Lenkwinkelsensors, der in einem Gehäuse der elektrischen Servolenkung aus 1 installiert ist.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils des Lenkwinkelsensors, wobei ein Schaltungsträger entfernt wurde.
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils des Lenkwinkelsensors, wobei ein erstes Zahnrad entfernt wurde.
5 ist eine ähnliche Ansicht wie die in 2, zeigt aber einen Zustand, bei dem das erste Zahnrad gerade in eine richtige Position der Lenkwelle montiert wird.
6 ist ein Diagramm, das einen Erkennungsfehler eines Lenkwinkelsensors zeigt, der erzeugt werden würde, wenn das erste Zahnrad in Richtung des zweiten Zahnrads vorgespannt wird; und
7 ist ein Diagramm, das einen zu vernachlässigenden Erkennungsfehler des Lenkwinkelsensors der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden ein Lenkwinkelsensor der vorliegenden Erfindung und eine elektrische Servolenkung, bei der der Lenkwinkelsensor praktisch eingesetzt wird, detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird zum leichteren Verständnis die elektrische Servolenkung, welche darin den Lenkwinkelsensor einsetzt, mit Hilfe von 1 beschrieben.
Wie in 1 ersichtlich ist, wird die elektrische Servolenkung durch ein Lenkrad 1 aktiviert, das in einer Fahrerkabine eines dazugehörigen Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Das heißt, das Lenkrad 1 ist mechanisch mit den gelenkten vorderen Rädern 2 und 3 des Fahrzeugs durch die Servolenkung verbunden (genauer gesagt, mit einem Lenkkraftmechanismus der Servolenkung).
Der Lenkkraftmechanismus umfasst eine Lenkwelle 6, die mit dem Lenkrad 1 über ein Kardangelenk 5 und eine Zwischenwelle 4 so verbunden ist, dass sich die Lenkwelle 6 zusammen mit dem Lenkrad 1 dreht; eine Ritzelwelle 7, die mit der Lenkwelle 6 über einen Drehstab (nicht dargestellt) so verbunden ist, dass ein Drehmoment der Lenkwelle 6 auf die Ritzelwelle 7 und eine Zahnstange 8 übertragen werden kann, die auf einer äußeren zylindrischen Oberfläche derselben eine Stange 8A aufweist, welche mit einem Ritzel 7A, das durch die Ritzelwelle 7 vorgesehen ist, verzahnt ist. Das heißt, durch die Zahnstange 8 und das Ritzel 7A wird ein sogenannter Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus gebildet.
Beide Enden der Zahnstange 8 sind mit den gelenkten vorderen Rädern 2 und 3 über Kugelgelenke 9 und 10, Spurstangen 11 und 12 bzw. Spurhebel 13 und 14 verbunden.
Wenn bei diesem Aufbau des Lenkkraftmechanismus das Lenkrad 1 durch einen Bediener (d. h. Fahrer) betätigt wird, drehen sich die Zwischenwelle und die Lenkwelle 4 und 6 um ihre entsprechenden Achsen und drehen die Ritzelwelle 7 in die gleiche Richtung, während der Drehstab, der zwischen der Lenkwelle 6 und der Ritzelwelle 7 angeordnet ist, verdreht wird. Das heißt, aufgrund der Ausstattung mit einem Drehstab wird die Drehung der Ritzelwelle 7 im Verhältnis zur Drehung der Lenkwelle 6 etwas verzögert oder gedämpft. Damit wird die Drehung der Ritzelwelle 7 durch den oben genannten Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus in eine axiale Bewegung der Zahnstange 8 umgewandelt, so dass die Spurhebel 13 und 14 durch die Kugelgelenke 9 und 10 und die Spurstangen 11 und 12 in eine Richtung der Fahrzeugbreite gezogen werden, was dazu führt, dass die gelenkten vorderen Räder 2 und 3 in eine gewünschte Richtung gelenkt werden.
Innerhalb eines Gehäuses 16, das die Lenkwelle 6 und die Ritzelwelle 7 umschließt, sind mehrere Sensoren angebracht (in 1 nicht dargestellt), die verschiedene Informationen zum Lenken erfassen. Zu ihnen gehören ein nachfolgend genannter Lenkwinkelsensor 17, der einen Einschlagwinkel der der Lenkwelle 6 erfasst, sowie ein Drehmomentsensor (nicht dargestellt), der ein Lenkdrehmoment erfasst, das der Lenkwelle 6 verliehen wird, indem praktisch eine Differenz des relativen Rotationswinkels zwischen der Lenkwelle 6 und der Ritzelwelle 7 genutzt wird, welche durch das Verdrehen des Drehstabs verursacht wird.
Eine Steuereinheit (ECU) 18 wird eingesetzt, die fest mit einem Elektromotor 19 verbunden ist, durch den dem Lenkmechanismus eine Lenkhilfskraft zugeführt wird. Die Steuereinheit 18 ist zum Beispiel ein Mikrocomputer und funktioniert zur Steuerung des Elektromotors 19 anhand der verschiedenen Informationen, wie zum Beispiel der oben genannte Einschlagwinkel der Lenkwelle 6, das der Lenkwelle 6 zugeführte Drehmoment, eine Fahrzeuggeschwindigkeit usw.
Wie in 1 ersichtlich ist, ist eine Abtriebswelle 20 des Elektromotors 19 mit einer Riemenscheibe 21 vorgesehen, die durch einen Endlosriemen 15 mit einer weiteren Riemenscheibe 22 wirksam verbunden ist, die wiederum mit einem äußeren zylindrischen Teil der Zahnstange 8 verbunden ist. Obwohl er in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist ein Untersetzungsverhältnis (d. h. ein Kugelgewindemechanismus) zwischen der Riemenscheibe 22 und der Zahnstange 8 so vorgesehen, dass die über den Endlosriemen 15 übertragene Rotation des Elektromotors 19 in die axiale Bewegung der Zahnstange 8 umgewandelt und gleichzeitig die Geschwindigkeit reduziert wird.
Wie in 2 bis 4 dargestellt ist, umfasst der Lenkwinkelsensor 17 ein erstes Zahnrad 24, das durch einen nachfolgend genannten elastischen O-Ring (23) auf der Lenkwelle 6 so angeordnet ist, dass es sich mit dieser dreht, ein zweites Zahnrad 25, das mit dem ersten Zahnrad 24 im Eingriff steht, sowie ein drittes Zahnrad 26, das mit dem zweiten Zahnrad 25 in Eingriff steht. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die oberen Seiten des ersten, zweiten und dritten Zahnrads 24, 25 und 26 mit einem Schaltungsträger bedeckt, der einen gewissen Abstand zwischen ihnen schafft. Der Schaltungsträger 27 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden. Diese drei Zahnräder 24, 25 und 26 sind Stirnräder.
Zur Aufnahme dieser drei Zahnräder 24, 25 und 26 sowie des Schaltungsträgers 27 ist ein Getriebegehäuse vorgesehen, das ein unteres Gehäuse 28 sowie ein oberes Gehäuse (nicht dargestellt) umfasst, die durch eine Vielzahl von Verbindungsschrauben mit dem Sensorgehäuse 16 verbunden und fest montiert sind. Das heißt, das Getriebegehäuse dient als Teil des Sensorgehäuses 16.
Das untere Gehäuse 28 ist mit einem das erste Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28A ausgebildet, der das erste Zahnrad 24 positioniert und drehbar lagert, einem das zweite Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28B, der das zweite Zahnrad 25 positioniert und drehbar lagert, sowie einem das dritte Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28C, der das dritte Zahnrad 26 positioniert und drehbar lagert. Diese drei Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitte 28A, 28B und 28C stehen nach oben über und haben in axialer Richtung die gleiche Höhe.
Die Oberseiten der das erste, zweite und dritte Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitte 28A, 28B und 28C sind abgeflacht und erstrecken sich senkrecht oder orthogonal zu einer Rotationsachse der Lenkwelle 6, so dass das erste bis dritte Zahnrad 24 bis 26 glatt drehbar auf die Oberseiten der das Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitte 28A, 28B und 28C aufgesetzt sind und eine parallele Stellung in Bezug auf die Lenkwelle 6 einnehmen.
Wie in 2 ersichtlich ist, ist zwischen dem ersten Zahnrad 24 (insbesondere einem nachfolgend genannten ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24) und dem das erste Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28A ein ringförmiger Abstand C1 definiert, um eine Beeinträchtigung des unteren Gehäuses 28 gegenüber der Drehung des ersten Zahnrads 24 zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, wobei der ringförmige Abstand C1 ein ringförmiger Abstand ist, der vorgesehen ist, wenn die Lenkwelle 6 eine neutrale Winkelposition einnimmt, ohne in Bezug auf das erste Zahnrad 24 geneigt zu sein. Es ist anzumerken, dass eine Dicke des ringförmigen Abstands C1 kleiner eingestellt ist als ein Betrag des Spiels zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 24 und 25.
Das erste bis dritte Zahnrad 24 bis 26 sind aus Kunststoff, um das Gewicht und das Laufgeräusch der Zahnräder zu reduzieren, und, wie aus 3 ersichtlich ist, ist jedes Zahnrad 24, 25 und 26 mit einer Vielzahl von direkt angeformten Zähnen auf einem äußeren Umfangsabschnitt ausgebildet.
Wie nachfolgend detailliert beschrieben wird, werden das zweite und dritte Zahnrad 25 und 26 für das Erkennen eines Einschlagwinkels verwendet. Zu diesem Zweck ist die Anzahl der entsprechenden Zähne des zweiten und dritten Zahnrads 25 und 26 nicht durcheinander teilbar, um eine Einheit dieser Zahnräder 25 und 26 mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen.
Wie in 3 ersichtlich ist, sind das zweite und dritte Zahnrad 25 und 26 in der Mitte derselben mit entsprechenden magnetischen Elementen 29 und 30 versehen, wobei jedes N- und S-Pole an den sich diametral entgegengesetzten Enden derselben aufweist.
Wie in 2 ersichtlich ist, sind eine erste MR-Komponente 31A und eine zweite MR-Komponente 31 B, die magnetoresistive Komponenten sind, an einer unteren Oberfläche des Schaltungsträgers 27 befestigt, und zwar an Positionen, die den auf dem zweiten und dritten Zahnrad 25 und 26 montierten magnetischen Elementen 29 und 30 gegenüberliegen. Jede MR-Komponente 31A oder 31 B erkennt eine Änderung eines magnetischen Felds, das durch das entsprechende magnetische Element 29 oder 30 erzeugt wird, und zwar als Änderung des Widerstandswerts des Widerstandselements, so dass die Rotationswinkel (d. h. der erste und zweite Rotationswinkel) des entsprechenden zweiten und dritten Zahnrads 25 und 26 bestimmt werden.
Anhand der so bestimmten ersten und zweiten Rotationswinkel wird der Einschlagwinkel (d. h. der absolute Einschlagwinkel) des Lenkrads 1 berechnet. Diese Berechnung erfolgt unter Verwendung des Mikrocomputers in der Steuereinheit 18.
Genauer gesagt, um den absoluten Einschlagwinkel zu erhalten, wird ein Rotationsbetrag des Lenkrads 1 ausgehend von einer neutralen Winkelposition des Lenkrads 1, bei der die gelenkten vorderen Räder 2 und 3 in eine geradeaus nach vorn gerichtete Richtung weisen, bis zu einer aktuellen Winkelposition des Lenkrads 1 anhand der ersten und zweiten Winkelposition erfasst.
Das heißt, selbst wenn jeder der ersten und zweiten Rotationswinkel des zweiten und dritten Zahnrads 25 und 26 auf 0 (Null) zurückgesetzt wird, sind jedes Mal, wenn sich die Zahnräder 25 oder 26 einmal drehen, Kombinationen der ersten und zweiten Rotationswinkel, die einen bestimmten Einschlagwinkel ergeben, hinsichtlich eines Rotationswinkels der Lenkwelle 6 auf eine beschränkt, die dem Einschlagwinkel entspricht. Somit kann der Einschlagwinkel des Lenkrads 1 aus den Kombinationen der ersten und zweiten Rotationswinkel bestimmt werden. Der so ermittelte Einschlagwinkel (d. h. der absolute Einschlagwinkel) wird an die Steuereinheit 18 weitergeleitet, um den Elektromotor 19 zu veranlassen, die Lenkhilfearbeit auszuüben.
Im Folgenden wird ein Verbindungsmechanismus zwischen der Lenkwelle 6 und dem ersten Zahnrad 24, der für die vorliegende Erfindung von wesentlicher Bedeutung sein kann, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Wie in 2 ersichtlich ist, umfasst das erste Zahnrad 24 einen ringförmigen Körperabschnitt 24A, der so geformt ist, dass er die Lenkwelle 6 umschließt, sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt 24B, der mit dem ringförmigen Körperabschnitt 24A fest verbunden und so geformt ist, dass er radial nach außen vom ringförmigen Körperabschnitt 24A übersteht. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist der ringförmige gezahnte Abschnitt 24B mit einer Vielzahl von direkt angeformten Zähnen auf einem äußeren Umfangsabschnitt desselben ausgebildet.
Wie in 2 ersichtlich ist, ist eine innere zylindrische Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A durch einen gegebenen Abstand t1 von einer äußeren zylindrischen Oberfläche der Lenkwelle 6 getrennt. Zwischen den entsprechenden zylindrischen Oberflächen des ringförmigen Körperabschnitts 24A und der Lenkwelle 6 befindet sich ein zusammengedrückter elastischer O-Ring 23. Das heißt, das erste Zahnrad 24 ist durch den elastischen O-Ring 23 auf die Lenkwelle 6 montiert worden.
Die Anordnung des elastischen O-Rings 23 zum ersten Zahnrad 24 und zur Lenkwelle 6 wird durch die nachfolgende Beschreibung deutlicher werden.
Wie in 2 und 5 ersichtlich ist, ist die Lenkwelle 6 auf der äußeren zylindrischen Oberfläche derselben mit einer ringförmigen Nut 6A mit einem im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt versehen. In der ringförmigen Nut 6A befindet sich der zusammengedrückte elastische O-Ring 23. In einem nicht zusammengedrückten Zustand hat der sich kreisförmig erstreckende längliche Teil des elastischen O-Rings 234 einen im Allgemeinen runden Querschnitt. Der O-Ring 23 besteht aus synthetischem Kautschuk, Kunstharz oder Ähnlichem. Aufgrund seiner Elastizität wird der O-Ring 23 stabil und eng in der ringförmigen Nut 6A gehalten.
Wie in 5 verständlich wird, ist ein Durchmesser t2 des sich kreisförmig erstreckenden länglichen Teils des O-Rings 23 in der ringförmigen Nut 6A vor dem Zusammendrücken durch das erste Zahnrad 24 größer als eine Summe des oben genannten Abstands t1 (d. h. der Abstand zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A und der äußeren zylindrischen Oberfläche der Lenkwelle 6) und der Tiefe t3 der ringförmigen Nut 6A. Daher wird die folgende Gleichung aufgestellt. $t2 > t1 + t3$
Damit wird der elastische O-Ring 23 ausreichend in der ringförmigen Nut 6A zusammengedrückt, wobei die diametral gegenüberliegenden Abschnitte des sich kreisförmig erstreckenden länglichen Teils des O-Rings 23 entsprechend gegen die Lenkwelle 6 (genauer gesagt, den unteren Teil der ringförmigen Nut 6A der Lenkwelle 6) und den ringförmigen Körperabschnitt 24A (genauer gesagt die innere zylindrische Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A) des ersten Zahnrads 24 gedrückt werden.
Mit der oben erwähnten Anordnung des elastischen O-Rings 23 im Verhältnis zur Lenkwelle 6 und dem ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 erzeugt die Drehung der Lenkwelle 6 einen bestimmten Reibungswiderstand zwischen dem ringförmigen Körperabschnitt 24A und der Lenkwelle 6. Durch den Reibungswiderstand kann somit die Drehung der Lenkwelle 6 auf den ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 übertragen werden. Mit anderen Worten, die Reibungsverbindung zwischen der Lenkwelle 6 und dem ersten Zahnrad 24 ist so gestaltet, dass ein Reibungswiderstand erzeugt wird, der größer ist als der, der zwischen dem ersten Zahnrad 24 und dem zweiten Zahnrad 25 erzeugt wird.
Wie in 1 ersichtlich ist, wird der elastische O-Ring 23 in eine Position in der Nähe eines Lagers (nicht dargestellt) gesetzt, durch das die Lenkwelle 6 im Gehäuse 16 gestützt wird.
Wie in 2 ersichtlich ist, wird der ringförmige Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 am unteren Ende mit einer konischen ringförmigen inneren Oberfläche 24C ausgebildet, deren Durchmesser zum unteren Ende des ringförmigen Körperabschnitts 24A zu größer wird.
Wie in 5 ersichtlich wird, wo mit einem dicken Pfeil eine Bewegungsrichtung des ersten Zahnrads 24 zu dem Zeitpunkt gezeigt, an dem es gerade auf die Lenkwelle 6 montiert wird, wird aufgrund der Ausstattung mit der konischen ringförmigen inneren Oberfläche 24C die Montage des ersten Zahnrads 24 in eine korrekte Position (d. h. die Position, in der sich der elastische O-Ring 23 befindet) der Lenkwelle 6 einfach und reibungslos ausgeführt. Das heißt, als Reaktion auf die nach unten gerichtete Bewegung (in 5) des ersten Zahnrads 24 wird der O-Ring 23 allmählich durch die konische ringförmige innere Oberfläche 24C zusammengedrückt, wodurch das Ablösen des O-Rings 23 von der ringförmigen Nut 6A der Lenkwelle 6 sowie das instabile Verdrehen des O-Rings 23 in der ringförmigen Nut 6A unterdrückt werden.
Zusätzlich zu der oben genannten Reibungsverbindung zwischen der Lenkwelle 6 und dem ersten Zahnrad 24 ist in der vorliegenden Erfindung außerdem eine physische Verbindung zwischen ihnen vorgesehen.
Wie in 3 und 4 ersichtlich ist, wird für die Realisierung der physischen Verbindung die Lenkwelle 6 mit einem Steckstift 32 als einen ersten im Eingriff stehenden Abschnitt vorgesehen, und das erste Zahnrad 24 ist mit einer Aussparung 24D als einen zweiten im Eingriff stehenden Abschnitt versehen.
Wie in 3 und 4 ersichtlich ist, weist der Steckstift 32 eine zylindrische Form auf und verfügt über ein inneres Ende, das in eine in der Lenkwelle 6 ausgebildete Bohrung pressgepasst wird, sowie über ein äußeres Ende, das radial nach außen hervorsteht. Der Steckstift 32 dreht sich somit zusammen mit der Lenkwelle 6.
Die Aussparung 24D ist in der inneren zylindrischen Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A des ersten Zahnrads 24 ausgebildet. Wie man es in 2 sehen kann, ist die Aussparung 24D (nicht dargestellt) an einem axialen mittleren Teil der inneren zylindrischen Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A vorgesehen.
Wie in 3 ersichtlich wird, ist die Größe des Umfangs der Aussparung 24D geringfügig größer als ein Durchmesser des zylindrischen Steckstifts 32.
Es ist anzumerken, dass ein wirksamer Eingriff des Steckstifts 32 in die Aussparung 24D (genauer gesagt, eine Umfangswand der Aussparung 24D) so lange bestehen bleibt, wie der elastische O-Ring 23 richtig zwischen der Lenkwelle 6 und dem ersten Zahnrad 24 zusammengedrückt ist.
Selbst wenn aufgrund des Schlupfes des elastischen O-Rings 23 im Verhältnis zur Lenkwelle 6 bei Drehung der Lenkwelle 6 die Lenkwelle 6 im Verhältnis zum ersten Zahnrad 24 geringfügig einer Leerlaufdrehung unterliegt, gerät dementsprechend der Steckstift 32 der Lenkwelle 6 sofort in Anschlag mit einer der seitlichen Wände der Aussparung 24D des ersten Zahnrads 24, wobei die Drehung der Lenkwelle 6 auf das erste Zahnrad 24 übertragen wird, was zu einer integralen Drehung des ersten Zahnrads 24 mit der Lenkwelle 6 führt.
Wie hier vorstehend beschrieben wurde, sind zwischen der Lenkwelle 6 und dem ersten Zahnrad 24 zwei Arten von Verbindungsmittel vorgesehen, wobei das eine ein Verbindungsmittel durch Reibung und das zweite ein physisches Verbindungsmittel ist. Die Reibungsverbindung wird hauptsächlich durch den elastischen O-Ring 23 bewirkt, und die physische Verbindung wird hauptsächlich durch den Steckstift 32 und die in Eingriff stehende Aussparung 24D bewirkt.
Wie hier vorstehend beschrieben wurde, ist im Lenkwinkelsensor 17 der vorliegenden Erfindung der elastische O-Ring 23 zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche der Lenkwelle 6 und der inneren zylindrischen Oberfläche des ersten Zahnrads 24 zusammengedrückt. Damit unterliegt die Lenkwelle 6, wie aus 2 ersichtlich ist, bei Betätigung des Lenkrads 1 durch einen Fahrer einer Neigung in Richtung von r1 oder r2, die Winkelverschiebung der Lenkwelle 6 kann durch eine Druckverformung des O-Rings 23 absorbiert werden. Damit wird die Übertragung der Neigung der Lenkwelle 6 auf das erste Zahnrad 24 unterdrückt.
In dem bekannten Lenkwinkelsensor, der in der oben genannten japanischen Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung 2001-505667 offen gelegt wurde, ist das erste Zahnrad direkt mit der Lenkwelle verbunden. In diesem bekannten Typ bewirkt die Neigung der Lenkwelle direkt eine Neigung des ersten Zahnrads, was, wie hier vorstehend erwähnt, unerwünscht ist.
Während in der vorliegenden Erfindung das erste Zahnrad 24 aufgrund der Ausstattung mit dem elastischen O-Ring 23 in einer stabilen Position gehalten werden kann, selbst wenn die Lenkwelle 6 geneigt wird, wird somit die Übertragung der Rotation vom ersten Zahnrad 24 über das zweite Zahnrad 25 zum dritten Zahnrad 26 stabil und präzise ausgeführt. Dementsprechend wird ein unerwünschter Erfassungsfehler, der oftmals in dem oben beschriebenen Lenkwinkelsensor festzustellen ist, in der vorliegenden Erfindung unterdrückt. Somit weist der Lenkwinkelsensor 17 der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum oben genannten bekannten Typ eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit auf.
Des Weiteren hat in der vorliegenden Erfindung der elastische O-Ring einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt an dem sich kreisförmig erstreckenden länglichen Teil desselben und wird in der ringförmigen Nut 6A der Lenkwelle 6 zusammengedrückt, wobei dessen äußerer abgerundeter Abschnitt vollständig gegen die innere zylindrische Oberfläche des ersten Zahnrads 24 gedrückt wird. Wenn die Lenkwelle 6 einer Neigung unterliegt, wird somit eine gewisse Spannkraft von der inneren zylindrischen Oberfläche des ersten Zahnrads 24 auf den O-Ring 23 ausgeübt, was zu einer Druckverformung des elastischen O-Rings 23 führt, so dass der oben genannte Effekt des O-Rings 23 zur Absorption der Verschiebung gegenüber der Neigung der Lenkwelle 6 verbessert wird. Als Ergebnis kann das erste Zahnrad 24 stabil in einer ordnungsgemäßen Position gehalten werden.
Des Weiteren ist in der vorliegenden Erfindung der elastische O-Ring 23 in der Nähe des oben genannten Lagers (nicht dargestellt) angeordnet, durch das die Lenkwelle 6 im Gehäuse 16 gestützt wird. Das bedeutet, dass, selbst wenn die Lenkwelle 6 geneigt ist, eine radiale relative Verschiebung zwischen der Lenkwelle 6 und dem ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 gering ist und somit der elastische O-Ring den die Verschiebung absorbierenden Effekt innerhalb seiner zulässigen Grenzwerte der Druckverformung unter Beweis stellen kann.
Des Weiteren ist in der vorliegenden Erfindung der elastische O-Ring 23 zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A des ersten Zahnrads und der äußeren zylindrischen Oberfläche der Lenkwelle 6 zusammengedrückt. Somit steht der O-Ring 23 elastisch in Kontakt mit sowohl dem ringförmigen Körperabschnitt 24A und der Lenkwelle 6, was zu einer zuverlässigen Erzeugung eines Reibungswiderstands zwischen ihnen führt, wodurch die Übertragung der Rotation von der Lenkwelle 6 auf das erste Zahnrad 24 bewirkt wird. Wenn sich eine Drehrichtung der Lenkwelle 6 ändert, das heißt, wenn zum Beispiel das Lenkrad 1 während des Vorwärtsdrehens zurückgedreht wird, wird eine Abweichung einer Drehphase des ersten Zahnrads 24 im Verhältnis zur Lenkwelle 6 unterdrückt. Wird eine solche Rückwärtsdrehung des Lenkrads 1 in der oben genannten bekannten Anordnung ausgeführt, bei der die Lenkwelle 6 und das erste Zahnrad 24 nur durch eine Passfederverbindung miteinander verbunden sind, erfolgt eine Abweichung in einer Rotationsphase des ersten Zahnrads 24 im Verhältnis zur Lenkwelle 6 aufgrund dessen, dass unvermeidlich ein Spiel zwischen einer Passfeder und einer Passfedernut auftritt, was natürlich die Erkennungsgenauigkeit des Lenkwinkelsensors verringert. Währenddessen kann in der vorliegenden Erfindung aufgrund der Ausstattung mit dem elastischen O-Ring 23, der in der oben genannten Art und Weise angeordnet ist, ein solcher Nachteil vermieden werden.
Da in der Erfindung der O-Ring 23 aus synthetischem Kautschuk, Kunstharz oder Ähnlichem besteht, wird des Weiteren eine erforderliche elastische Eigenschaft des O-Rings 23 mit Leichtigkeit erreicht. Das heißt, wenn ein solcher O-Ring aus Metall gearbeitet wird, ist eine sehr komplizierte und teure Bearbeitung erforderlich, um den O-Ring so zu gestalten, dass er eine federartige Eigenschaft aufweist. Währenddessen wird in der Erfindung der elastische O-Ring 23 einfach und wirtschaftlich gefertigt, was zu einer Verbesserung der Produktionseffizienz des Lenkwinkelsensors führt.
Des Weiteren wird in der Erfindung der O-Ring 23 in die ringförmige Nut 6A eingesetzt, die rund um die äußere zylindrische Oberfläche der Lenkwelle 6 ausgebildet ist. Somit wird die Positionierung des O-Rings 23 zur Lenkwelle 6 ermöglicht und die Positionsverschiebung des O-Rings 23 wird einfach korrigiert, daher kann die Arbeit zum Anbringen oder Montieren des O-Rings 23 auf der Lenkwelle 6 vereinfacht werden.
Des Weiteren ist in der Erfindung die ringförmige Nut 6A auf der Lenkwelle 6 und nicht auf dem ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 vorgesehen. Wie leicht erkennbar ist, ist die Ausbildung der ringförmigen Nut 6A auf der äußeren zylindrischen Oberfläche der Lenkwelle 6 ziemlich einfach zu bewerkstelligen, im Vergleich zur Ausbildung auf der inneren zylindrischen Oberfläche des ringförmigen Körperabschnitts 24A des ersten Zahnrads 24.
Des Weiteren ist in der Erfindung die Dicke des ringförmigen Abstands C1 (siehe 2), welche zwischen dem ringförmigen Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 und dem das erste Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28A des unteren Gehäuses 28 definiert ist, kleiner eingestellt als der Betrag des Spiels zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 24 bzw. 25. Wenn aufgrund der Neigung der Lenkwelle 6 das erste Zahnrad 24 radial nach außen in Richtung des zweiten Zahnrads 25 verschoben wird, kommt dementsprechend der ringförmige Körperabschnitt 24A des ersten Zahnrads 24 in Kontakt mit dem das erste Zahnrad stützenden ringförmigen Abschnitt 28A des unteren Gehäuses 28, und zwar vor dem Auftreten des Spiels zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 24 bzw. 25, und somit ist die radiale Bewegung des ersten Zahnrads 24 nach außen in Richtung des zweiten Zahnrads 25 eingeschränkt. Somit wird verhindert, dass das erste Zahnrad 24 stark gegen das zweite Zahnrad 25 gedrückt wird, wodurch ein Bruch oder eine Beschädigung der Zähne dieser beiden Zahnräder 24 und 25 vermieden wird.
Um den Erkennungsfehler zu reduzieren, kann über eine effektive Reduzierung des Spiels zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 24 bzw. 25 nachgedacht werden. Das heißt, für diesen Zweck kann eine Spiralfeder oder Ähnliches eingesetzt werden, um das erste Zahnrad 24 in Richtung des zweiten Zahnrads 25 vorzuspannen.
Um diese Idee zu prüfen, wurden Tests ausgeführt, die Ergebnisse der Tests werden in den Grafiken der 6 und 7 dargestellt. 6 zeigt die Ergebnisse des Tests, bei dem das Spiel durch den Einsatz einer Spiralfeder reduziert wurde, und 7 zeigt die Ergebnisse des Tests, bei dem das Konzept der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Jedes Diagramm zeigt eine Differenz (d. h. einen Erkennungsfehler) zwischen einem tatsächlichen Einschlagwinkel und einem erkannten Einschlagwinkel (d. h. absolutem Einschlagwinkel) zu dem Zeitpunkt, an dem das Lenkrad, nachdem es von einer neutralen Winkelposition aus zwei Mal in eine Richtung gedreht wurde, zwei Mal in die andere Richtung in die neutrale Winkelposition gedreht wurde.
Wie in 6 ersichtlich ist, die das Ergebnis des Tests unter Verwendung der Spiralfeder zum Reduzieren des Spiels darstellt, wurde ein nicht zu vernachlässigender Erkennungsfehler erzeugt, der durch eine Übertragung der Richtung einer Neigung der Lenkwelle 6 auf das erste Zahnrad 24 verursacht worden sein könnte.
Während dessen ist in der vorliegenden Erfindung, wie in 7 ersichtlich ist, die das Ergebnis des Tests unter Verwendung des Konzepts der vorliegenden Erfindung darstellt, der Erkennungsfehler im Vergleich zu dem der Testergebnisse aus 6 ziemlich gering, was durch eine ausreichende Absorbierung der Neigung der Lenkwelle 6 durch den elastischen O-Ring 23 verursacht worden sein könnte.

Claims

Lenkwinkelsensor, umfassend: eine Lenkwelle (6), die sich zusammen mit einem Lenkrad (1) dreht; ein Sensorgehäuse (16), das so angeordnet ist, dass es die Lenkwelle (6) umschließt; ein erstes Zahnrad (24), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das erste Zahnrad (24) einen ringförmigen Körperabschnitt (24A) umfasst, der über einem gegebenen Teil der Lenkwelle (6) angeordnet ist und einen gegebenen ringförmigen Abstand (t1) dazwischen lässt, sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B), der auf einem äußeren Umfang des ringförmigen Körperabschnitts (24A) ausgebildet ist; ein zweites Zahnrad (25), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist und ein magnetisches Element (29) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B) des ersten Zahnrads 24 steht; ein drittes Zahnrad (26), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das dritte Zahnrad (26) ein weiteres magnetisches Element (30) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt des zweiten Zahnrads (25) steht, wobei die Anzahl der Zähne des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) nicht durcheinander teilbar ist, um eine Einheit des zweiten und dritten Zahnrads (25, 26) mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen; eine erste MR-Komponente (31A), die zur Ermittlung eines ersten Rotationswinkels des zweiten Zahnrads (25) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des zweiten Zahnrads (25) erzeugt wird; eine zweite MR-Komponente (31B), die zur Ermittlung eines zweiten Rotationswinkels des dritten Zahnrads (26) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des dritten Zahnrads (26) erzeugt wird; ein einziges elastisches Element (23), das in dem gegebenen ringförmigen Abstand (t1) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) zusammengedrückt ist, wobei die Dicke des elastischen Elements (23) in einem nicht zusammengedrückten Zustand größer ist als die Dicke des gegebenen ringförmigen Abstands (t1), wobei das elastische Element (23) ein O-Ring ist, wobei die Lenkwelle (6) an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (6A) versehen ist, um darin das elastische Element (23) aufzunehmen und dieses gleichzeitig zusammenzudrücken; und eine Steuereinheit (18), die einen absoluten Einschlagwinkel des Lenkrads (1) anhand des ersten und des zweiten Rotationswinkels des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) ermittelt.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, bei dem das elastische Element (23) entweder aus synthetischem Kautschuk oder Kunstharz besteht.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 2, bei dem das elastische Element (23) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) so zusammengedrückt ist, dass eine Reibungskraft erzeugt wird, wenn die Lenkwelle (6) eine Drehung im Verhältnis zum ersten Zahnrad (24) ausführt, wobei die Rotation der Lenkwelle (6) auf das erste Zahnrad (24) übertragen wird.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend: einen Vorsprung (32), der durch die Lenkwelle (6) so vorgesehen ist, dass er sich mit ihr dreht, und eine Aussparung (24D), die durch das erste Zahnrad (24) so vorgesehen ist, dass sie sich mit ihm dreht, wobei die Aussparung (24D) mit dem Vorsprung (32) in Eingriff kommen kann, so dass beim Eingreifen des Vorsprungs (32) in die Aussparung (24D) die Rotation der Lenkwelle (6) direkt auf das erste Zahnrad (24) übertragen wird.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, bei dem das elastische Element (23) die Rotation der Lenkwelle (6) auf das erste Zahnrad (24) überträgt, wenn die Reibungskraft, die durch das elastische Element (23) erzeugt wird, größer ist als ein Reibungswiderstand, der zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (24 bzw. 25) erzeugt wird.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 2, bei dem das Sensorgehäuse (16) mit einem das erste Zahnrad stützenden Abschnitt (28A) ausgebildet ist, auf dem das erste Zahnrad (24) drehbar gelagert ist, wobei eine Dicke des ringförmigen Abstands, der zwischen dem das erste Zahnrad stützenden Abschnitt (28A) und dem ersten Zahnrad (24) definiert ist, kleiner ist als ein Betrag des Spiels, das zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (24 bzw. 25) vorgesehen ist.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 2, bei dem das elastische Element (23) in einer Position platziert wird, in der eine relative radiale Verschiebung zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) einen kleineren Wert aufweist, wenn die Lenkwelle (6) im Verhältnis zum ersten Zahnrad (24) geneigt ist.
Elektrische Servolenkung, umfassend: einen Lenkmechanismus einschließlich einer Lenkwelle (6), die sich zusammen mit einem Lenkrad (1) dreht, sowie einer Zahnstange (8), die die gelenkten Räder eines dazugehörigen Fahrzeugs in Reaktion auf die Rotation der Lenkwelle (6) lenkt; einen Elektromotor (19), durch den dem Lenkmechanismus eine Lenkhilfskraft zugeführt wird; einen Lenkwinkelsensor, der einen absoluten Einschlagwinkel erkennt, wobei der absolute Einschlagwinkel ein Rotationsbetrag des Lenkrads (1) von einer neutralen Winkelposition des Lenkrads (1) aus, in der die gelenkten Räder in eine gerade nach vorn gerichtete Richtung zeigen, bis zu einer aktuellen Winkelposition des Lenkrads (1) ist; und eine Steuereinheit (18), die den Elektromotor (19) anhand des Ausgangssignals vom Lenkwinkelsensor steuert, wobei der Lenkwinkelsensor umfasst: ein Sensorgehäuse (16), das so angeordnet ist, dass es die Lenkwelle (6) umschließt; ein erstes Zahnrad (24), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das erste Zahnrad (24) einen ringförmigen Körperabschnitt (24A) umfasst, der über einem gegebenen Teil der Lenkwelle (6) angeordnet ist und einen gegebenen ringförmigen Abstand (t1) dazwischen lässt, sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B), der auf einem äußeren Umfang des ringförmigen Körperabschnitts (24A) ausgebildet ist; ein zweites Zahnrad (25), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist und ein magnetisches Element (29) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt (24B) des ersten Zahnrads 24 steht; ein drittes Zahnrad (26), das drehbar in dem Sensorgehäuse (16) aufgenommen ist, wobei das dritte Zahnrad (26) ein weiteres magnetisches Element (30) in einer mittigen Position desselben sowie einen ringförmigen gezahnten Abschnitt aufweist, welcher im Eingriff mit dem ringförmigen gezahnten Abschnitt des zweiten Zahnrads (25) steht, wobei die Anzahl der Zähne des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) nicht durcheinander teilbar ist, um eine Einheit des zweiten und dritten Zahnrads (25, 26) mit einem gegebenen Untersetzungsverhältnis vorzusehen; eine erste MR-Komponente (31A), die zur Ermittlung eines ersten Rotationswinkels des zweiten Zahnrads (25) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des zweiten Zahnrads (25) erzeugt wird; eine zweite MR-Komponente (31B), die zur Ermittlung eines zweiten Rotationswinkels des dritten Zahnrads (26) eine Änderung des magnetischen Felds erkennt, das durch das magnetische Element des dritten Zahnrads (26) erzeugt wird; und ein einziges elastisches Element (23), das in dem gegebenen ringförmigen Abstand (t1) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) zusammengedrückt ist, wobei die Dicke des elastischen Elements (23) in einem nicht zusammengedrückten Zustand größer ist als die Dicke des gegebenen ringförmigen Abstands (t1), wobei das elastische Element (23) ein O-Ring ist, wobei die Lenkwelle (6) an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (6A) versehen ist, um darin das elastische Element (23) aufzunehmen und dieses gleichzeitig zusammenzudrücken; und eine Steuereinheit (18), die einen absoluten Einschlagwinkel des Lenkrads (1) anhand des ersten und des zweiten Rotationswinkels des zweiten und des dritten Zahnrads (25, 26) ermittelt.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 8, bei dem das elastische Element (23) entweder aus synthetischem Kautschuk oder Kunstharz besteht.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 9, bei dem das elastische Element (23) zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) so zusammengedrückt ist, dass eine Reibungskraft erzeugt wird, wenn die Lenkwelle (6) eine Drehung im Verhältnis zum ersten Zahnrad (24) ausführt, wobei die Rotation der Lenkwelle (6) auf das erste Zahnrad (24) übertragen wird.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 10, des Weiteren umfassend: einen Vorsprung (32), der durch die Lenkwelle (6) so vorgesehen ist, dass er sich mit ihr dreht, und eine Aussparung (24D), die durch das erste Zahnrad (24) so vorgesehen ist, dass sie sich mit ihm dreht, wobei die Aussparung (24D) mit dem Vorsprung (32) in Eingriff kommen kann, so dass beim Eingreifen des Vorsprungs (32) in die Aussparung (24D) die Rotation der Lenkwelle (6) direkt auf das erste Zahnrad (24) übertragen wird.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 10, bei dem das elastische Element (23) die Rotation der Lenkwelle (6) auf das erste Zahnrad (24) überträgt, wenn die Reibungskraft, die durch das elastische Element (23) erzeugt wird, größer ist als ein Reibungswiderstand, der zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (24 bzw. 25) erzeugt wird.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 9, bei dem das Sensorgehäuse (16) mit einem das erste Zahnrad stützenden Abschnitt (28A) ausgebildet ist, auf dem das erste Zahnrad (24) drehbar gelagert ist, wobei eine Dicke eines ringförmigen Abstands zwischen dem das erste Zahnrad stützenden Abschnitt (28A) und dem ersten Zahnrad (24) kleiner eingestellt ist als ein Betrag des Spiels, das zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (24, 25) vorgesehen ist.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 9, bei dem das elastische Element (23) in einer Position platziert wird, in der eine relative radiale Verschiebung zwischen der Lenkwelle (6) und dem ersten Zahnrad (24) einen kleineren Wert aufweist, wenn die Lenkwelle (6) im Verhältnis zum ersten Zahnrad (24) geneigt ist.