DE102014208658A1 - Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle - Google Patents

Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug, wobei das rotierende Bauteil mit zwei Messwertgebern (20, 30) gekoppelt ist, welche jeweils in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer (44, 50) mindestens eine Information zur Ermittlung des aktuellen Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugen. Erfindungsgemäß ist ein erster Messwertgeber (20) drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt und bildet mit mindestens einem als Drehwinkelsensor (44A) ausgeführten ersten Messwertaufnehmer (44) einen Drehwinkeldetektor (3) aus, welcher eine Winkelstellung des rotierenden Bauteils in einem Messbereich bis zu 360° erfasst, wobei ein zweiter Messwertgeber (30) umfangseitig mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mit dem ersten Messwertgeber (20) gekoppelt ist und mit mindestens einem zweiten Messwertaufnehmer (50) einen Überlaufzähler (5) ausbildet, welcher Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors (3) erfasst, wobei ein aktueller Drehwinkel des rotierenden Bauteils aus der mit dem Drehwinkeldetektor (3) erfassten Winkelstellung und den mit dem Überlaufzähler (5) erfassten Informationen ermittelbar ist.The invention relates to a sensor arrangement (1) for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle, wherein the rotating component is coupled to two transducers (20, 30), which in each case in conjunction with at least one transducers (44, 50) at least one Generate information for determining the current angle of rotation of the rotating component. According to the invention, a first sensor (20) is coupled in a rotationally fixed manner to the rotating component and forms a rotation detector (3) with at least one first transducer (44) designed as a rotation angle sensor (44) which provides an angular position of the rotating component in a measuring range of up to 360 ° detected, wherein a second transmitter (30) peripherally coupled to a predetermined transmission ratio with the first transmitter (20) and with at least one second transducer (50) an overflow counter (5) is formed, which information for determining the number of measuring range overflows of the detected rotating component coupled rotation angle detector (3), wherein a current rotation angle of the rotating component from the angular position detected with the rotation angle detector (3) and the information detected with the overflow counter (5) can be determined.

Description

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.The invention is based on a sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle according to the preamble of the independent patent claim 1.

Bei bekannten Lenkwinkelsensoren 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.In known steering angle sensors, a counting wheel for determining the number of revolutions of the steering wheel is scanned without contact by means of magnetic field sensors. Such a system has the disadvantage that when the ignition is switched off, a quiescent current must be provided in order to be able to detect a rotation of the steering wheel when the ignition is switched off. With permanent non-use of the vehicle, this leads to an undesirable emptying of the vehicle battery. If such a quiescent current is not provided, the steering angle can no longer be clearly determined if the steering wheel is turned when the ignition is switched off or the battery is disconnected.

Eine Verbesserung bieten neue Lenkradwinkelmessungen mit zwei Winkelsensoren, die nach einem modifizierten Noniusprinzip arbeiten und den Nachteil der Ruhestrombereitstellung nicht mehr besitzen. Aus Kostengründen sind jedoch alternative Varianten von hohem Interesse.An improvement offer new steering wheel angle measurements with two angle sensors, which operate on a modified vernier principle and no longer have the disadvantage of quiescent supply. For cost reasons, however, alternative variants are of great interest.

So offenbart die DE 195 06 938 A1 beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper. Dabei wirkt der drehbare Körper umfangseitig mit wenigstens zwei weiteren drehbaren Körpern zusammen. Die weiteren drehbaren Körper sind beispielsweise als Zahnräder ausgeführt, deren Winkelposition mit Hilfe von zwei Sensoren ermittelt wird. Aus den so ermittelten Winkelpositionen der beiden zusätzlichen drehbaren Körper kann dann die Winkellage des drehbaren Körpers bestimmt werden. Damit eindeutige Aussagen möglich sind, ist es erforderlich, dass alle drei drehbaren Körper bzw. Zahnräder jeweils eine bestimmte Zähnezahl bzw. Übersetzung aufweisen. Das Verfahren und die Vorrichtung können beispielsweise zur Ermittlung des Lenkwinkels eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Das beschriebene Messprinzip lässt sich auf beliebige Winkelsensortypen wie beispielsweise optische, magnetische, kapazitive, induktive oder resistive Sensoren anwenden. Hierbei wirken die weiteren drehbaren Körper als Messwertgeber und die korrespondierenden Sensoren als Messwertaufnehmer.So revealed the DE 195 06 938 A1 For example, a method and an apparatus for angle measurement in a rotatable body. In this case, the rotatable body cooperates circumferentially with at least two further rotatable bodies. The other rotatable bodies are designed, for example, as toothed wheels whose angular position is determined by means of two sensors. From the thus determined angular positions of the two additional rotatable body, the angular position of the rotatable body can then be determined. For clear statements to be possible, it is necessary for all three rotatable bodies or gears to each have a specific number of teeth or gear ratios. The method and the device can be used, for example, to determine the steering angle of a motor vehicle. The measuring principle described can be applied to any type of angle sensor, such as optical, magnetic, capacitive, inductive or resistive sensors. In this case, the further rotatable bodies act as transducers and the corresponding sensors act as transducers.

Aus der DE 10 2012 202 639 A1 ist eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug bekannt. 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. Hierbei 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.From the DE 10 2012 202 639 A1 a sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle is known. The rotating component is coupled at its circumference to a transmitter which, in conjunction with at least one sensor, generates a signal representing the angle of rotation of the rotating component. Here, the transmitter is designed as a motion converter, which converts the rotation of the rotating component in a translation of the transmitter, wherein the at least one sensor determines the distance traveled by the transmitter, which represents the rotation angle of the rotating component.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der direkt mit dem rotierenden Bauteil gekoppelte Drehwinkeldetektor die Winkelstellung des rotierenden Bauteils in einem Messbereich bis zu 360° erfasst und ein Überlaufzähler eingesetzt wird, welcher die Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteils gekoppelten Drehwinkeldetektors erfasst, um Mehrfachumdrehungen des rotierenden Bauteils zu detektieren. Somit wird der aktuelle Drehwinkel des rotierenden Bauteils mit zwei separierten berührungslosen Messmethoden ermittelt, welche vorzugsweise auf dem Wirbelstromeffekt basieren. Der zweite Messwertgeber kann beispielsweise als nach außen verlagertes kleineres Zahnrad ausgeführt werden, welches über den als größeres Zahnrad ausgeführten ersten Messwertgeber in Rotation gesetzt ist, welcher drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt ist. Das kleinere Zahnrad kann beispielsweise auf einem Gewindebolzen angeordnet werden, welcher dem kleineren Zahnrad eine axiale Bewegung aufzwingt, die über einen Abstandssensor detektiert werden kann. Alternativ kann auch das kleinere Zahnrad einen Drehwinkel auflösen, so dass über ein Noniusprinzip auf eine Mehrfachumdrehung des rotierenden Bauteils geschlossen werden kann. Durch die Aufteilung der Drehwinkelermittlung des rotierenden Bauteils in eine Messung des Drehwinkels in einem Messbereich bis zu 360° sowie in eine Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors, können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug sehr einfach eine höhere Auflösung erreichen. Vorzugsweise wird der Messbereich des mindestens einen als Drehwinkelsensor ausgeführten Messwertaufnehmers als ganzzahliger Teiler von 360° vorgegeben. Durch die mechanische Rotation bzw. die Höhenänderung des Umdrehungsdetektors ist immer eine eindeutige Bestimmung der Drehposition auch bei mehrfachen Drehungen des rotierenden Bauteils möglich. Ebenfalls bleibt beim Versagen der Elektronik, die Drehbewegung in der mechanischen veränderten Drehposition bzw. Höhenposition erhalten. Ferner steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel des rotierenden Bauteils zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels möglich ist.The sensor arrangement according to the invention for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle having the features of independent claim 1 has the advantage that the rotation angle detector coupled directly to the rotating component detects and adjusts the angular position of the rotating component in a measuring range of up to 360 ° Overflow counter is used, which detects the number of measuring range overflows of the rotating member coupled to the rotating angle detector to detect multiple revolutions of the rotating component. Thus, the current angle of rotation of the rotating component is determined with two separate non-contact measuring methods, which are preferably based on the eddy current effect. The second transmitter can be carried out, for example, as an outwardly displaced smaller gear, which is set in rotation over the designed as a larger gear first transmitter, which is rotatably coupled to the rotating component. The smaller gear can be arranged for example on a threaded bolt which imposes an axial movement on the smaller gear, which can be detected via a distance sensor. Alternatively, the smaller gear can resolve a rotation angle, so that it can be concluded on a nonius principle on a multiple rotation of the rotating component. By dividing the rotation angle determination of the rotating component in a measurement of the rotation angle in a measuring range up to 360 ° and in a determination of the number of measuring range overflows coupled to the rotating component rotation angle detector, embodiments of the sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle can easily reach a higher resolution. Preferably, the measuring range of the at least one measured value sensor designed as a rotation angle sensor is predefined as an integer divider of 360 °. Due to the mechanical rotation or the change in height of the revolution detector, an unambiguous determination of the rotational position is always possible even with multiple rotations of the rotating component. Also, in case of failure of the electronics, the rotational movement in the mechanical changed rotational position or height position is maintained. Furthermore, even after the ignition is switched off or the battery is disconnected correct absolute rotation angle of the rotating component available, at the same time a particularly safe operation or a particularly reliable detection of the rotation angle is possible.

Als weiterer Vorteil kann die mechanische Vereinfachung gesehen werden, da bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug nur ein Ritzel-Paar ineinander greift und keine Magnete erforderlich sind, was zu einer Kostenersparnis führen kann.As a further advantage, the mechanical simplification can be seen, since in embodiments of the sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle only one pair of pinions interlocks and no magnets are required, which can lead to cost savings.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug werden beispielsweise als Lenkwinkelsensor zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs eingesetzt.Embodiments of the sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle are used, for example, as a steering angle sensor for determining the steering angle of a vehicle.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug zur Verfügung. Hierbei ist das rotierende Bauteil mit zwei Messwertgebern gekoppelt, welche jeweils in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer mindestens eine Information zur Ermittlung des aktuellen Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugen. Erfindungsgemäß ist ein erster Messwertgeber drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt und bildet mit mindestens einem als Drehwinkelsensor ausgeführten ersten Messwertaufnehmer einen Drehwinkeldetektor aus, welcher eine Winkelstellung des rotierenden Bauteils in einem Messbereich bis zu 360° erfasst. Ein zweiter Messwertgeber ist umfangseitig mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mit dem ersten Messwertgeber gekoppelt und bildet mit mindestens einem zweiten Messwertaufnehmer einen Überlaufzähler aus, welcher Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors erfasst. Somit ist ein aktueller Drehwinkel des rotierenden Bauteils aus der mit dem Drehwinkeldetektor erfassten Winkelstellung und den mit dem Überlaufzähler erfassten Informationen ermittelbar.Embodiments of the present invention provide a sensor assembly for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle. In this case, the rotating component is coupled to two transducers, which in each case generate at least one piece of information for determining the current rotational angle of the rotating component in conjunction with at least one transducers. According to the invention, a first transmitter is rotatably coupled to the rotating component and forms with at least one rotary transducer configured as a first transducer from a rotation angle detector, which detects an angular position of the rotating component in a measuring range up to 360 °. A second transmitter is peripherally coupled with a predetermined transmission ratio with the first transmitter and forms with at least one second transducer from an overflow counter, which detects information for determining the number of measuring range overflows of the coupled with the rotating component rotation angle detector. Thus, a current rotation angle of the rotating component from the detected angular position with the rotation angle detector and the information detected with the overflow counter information can be determined.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoreinheit für ein Fahrzeug möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 sensor unit for a vehicle are possible.

Besonders vorteilhaft ist, dass der erste Messwertgeber als drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelte Hülse ausgeführt werden kann, welche am Innenumfang Mitnahmemittel und am Außenumfang einen ersten Zahnkranz aufweist. Der zweite Messwertgeber kann als Zahnrad mit einem zweiten Zahnkranz ausgeführt werden, welches drehbeweglich auf einem Bolzen gelagert ist. Hierbei kämmt der erste Zahnkranz des ersten Messwertgebers den zweiten Zahnkranz des zweiten Messwertgebers und versetzt den zweiten Messwertgeber in Rotation. Die Rotation des zweiten Messwertgebers kann in vorteilhafter Weise zur Gewinnung von Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors erfasst und ausgewertet werden.It is particularly advantageous that the first transmitter can be designed as rotatably coupled to the rotating component sleeve, which has driving means on the inner circumference and on the outer circumference a first sprocket. The second transmitter can be designed as a gear with a second sprocket, which is rotatably mounted on a bolt. Here, the first sprocket of the first sensor meshes with the second sprocket of the second transmitter and sets the second transmitter in rotation. The rotation of the second transmitter can be detected and evaluated in an advantageous manner for obtaining information for determining the number of measuring range overflows of the rotating angle detector coupled to the rotating component.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der mindestens eine zweite Messwertaufnehmer beispielsweise als Abstandssensor ausgeführt werden und der zweite Messwertgeber kann mit einem Gewindebolzen einen Bewegungswandler ausbilden, welcher die Rotation des ersten Messwertgebers in eine Rotation mit axialer Translation des zweiten Messwertgebers in Bezug auf den ersten Messwertgeber umwandelt. Bei dieser Ausführungsform bleibt der axiale Abstand des ersten Messwertgebers in Bezug auf den ersten Messwertaufnehmer konstant und der erste Messwertaufnehmer erfasst die Rotation des ersten Messwertgebers in einem Messbereich bis zu 360°. Der zweite Messwertgeber bildet mit dem zweiten Messwertaufnehmer den Überlaufzähler, welcher über eine axiale Abstandsänderung zwischen dem zweiten Messwertgeber und dem zweiten Messwertaufnehmer die Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors detektiert. Hierbei kann der zweite Messwertgeber kleiner als der erste Messwertgeber ausgeführt werden, um eine Übersetzungsverhältnis vorgeben zu können. Durch die Anordnung des zweiten Messwertgebers auf einem Gewindebolzen, wird dem zweiten Messwertgeber zusätzlich zur Rotationsbewegung eine axiale Bewegung aufgezwungen, welche über den zweiten Messwertaufnehmer detektiert werden kann. Daher kann der als Abstandssensor ausgeführte mindestens eine zweite Messwertaufnehmer einen zurückgelegten axialen Weg des zweiten Messwertgebers als Information zur Ermittlung Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors ermitteln.In an advantageous embodiment of the sensor arrangement according to the invention, the at least one second transducer can be designed, for example, as a distance sensor and the second transducer can form a motion transducer with a threaded bolt, which rotates the first transducer into a rotation with axial translation of the second transducer with respect to the first transducer transforms. In this embodiment, the axial distance of the first transmitter with respect to the first transducer remains constant and the first transducer detects the rotation of the first transmitter in a measuring range up to 360 °. The second sensor forms the overflow counter with the second sensor, which detects the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component via an axial change in distance between the second sensor and the second sensor. Here, the second transmitter can be made smaller than the first transmitter to specify a gear ratio can. The arrangement of the second sensor on a threaded bolt, the second transmitter in addition to the rotational movement imposed an axial movement, which can be detected via the second transducer. Therefore, the at least one second transducer designed as a distance sensor can determine a traveled axial path of the second transmitter as information for determining the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component.

In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der mindestens eine zweite Messwertaufnehmer als Drehwinkelsensor ausgeführt werden, welcher eine Winkelstellung des rotierenden zweiten Messwertgebers in einem Messbereich bis zu 360° erfasst. Bei dieser Ausführungsform ist auch der axiale Abstand des zweiten Messwertgebers in Bezug auf den zweiten Messwertaufnehmer konstant und der zweite Messwertaufnehmer erfasst eine Rotation des zweiten Messwertgebers in einem Messbereich bis zu 360°. Zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses kann der zweite Messwertgeber kleiner als der erste Messwertgeber ausgeführt werden. Der Überlaufzähler mit dem zweiten Messwertgeber und dem zweiten Messwertaufnehmer liefert den Drehwinkel des zweiten Messwertgebers als Information zur Detektion der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors und zur Ermittlung der Mehrfachumdrehungen des rotierenden Bauteils. Durch die drehbare Anordnung des zweiten Messwertgebers auf einem Bolzen, wird der zweite Messwertgeber durch den ersten Messwertgeber in Rotation versetzt. Daher kann der als Drehwinkelsensor ausgeführte mindestens eine zweite Messwertaufnehmer einen Drehwinkel des zweiten Messwertgebers als Information zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors ermitteln. Hierbei kann jeder ermittelten Winkelstellung des Drehwinkeldetektors mittels eines Noniusprinzips über die mit dem als Drehwinkelsensor ausgeführten mindestens einen zweiten Messwertaufnehmer ermittelte Winkelstellung des zweiten Messwertgebers eine eindeutige Anzahl von Messbereichsüberläufen zugeordnet werden. Die Übersetzung zwischen dem ersten Messwertgeber und dem zweiten Messwertgeber kann als reelle Zahl vorgegeben werden, welche zwischen einer ganzen Zahl und einer zweiten reellen Zahl angeordnet ist, welche sich aus einer Differenz der ganzen Zahl und dem Kehrwert der maximalen Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors ergibt.In an alternative advantageous embodiment of the sensor arrangement according to the invention, the at least one second sensor can be designed as a rotation angle sensor, which detects an angular position of the rotating second sensor in a measuring range up to 360 °. In this embodiment, the axial distance of the second transmitter with respect to the second transducer is constant and the second transducer detects a rotation of the second transmitter in a measuring range up to 360 °. To specify a transmission ratio, the second transmitter can be made smaller than the first transmitter. Of the The overflow counter with the second sensor and the second sensor supplies the rotation angle of the second sensor as information for detecting the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component and for determining the multiple revolutions of the rotating component. Due to the rotatable arrangement of the second sensor on a bolt, the second sensor is rotated by the first transmitter. Therefore, the at least one second sensor designed as a rotation angle sensor can determine a rotation angle of the second sensor as information for determining the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component. In this case, each determined angular position of the rotation angle detector can be assigned a unique number of measuring range overflows by means of a vernier principle via the angular position of the second sensor determined using the at least one second sensor designed as a rotation angle sensor. The ratio between the first transducer and the second transducer can be given as a real number, which is arranged between an integer and a second real number, which consists of a difference of the integer and the reciprocal of the maximum number of measuring range overflows with the rotating Component coupled rotational angle detector results.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können die Messbereiche der Drehwinkelsensoren jeweils einem ganzzahligen Teiler von 360° entsprechen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung des Drehwinkels erzielt werden. Besonders vorteilhaft sind Messbereiche von 90°, welcher eine symmetrische Anordnung der Messbereiche zu zwei orthogonalen Achsen ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the sensor arrangement according to the invention, the measuring ranges of the rotation angle sensors can each correspond to an integer divider of 360 °. This can be achieved in an advantageous manner, a higher accuracy in the determination of the rotation angle. Particularly advantageous are measuring ranges of 90 °, which allow a symmetrical arrangement of the measuring ranges to two orthogonal axes.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können die Messwertaufnehmer als Wirbelstromsensoren mit einer vorgegebenen Anzahl von Detektionsspulen ausgeführt werden, welche mit metallischen Bereichen der Messwertgeber zusammenwirken. Bei der Ausnutzung des Wirbelstromeffekts beeinflusst die Überdeckung der mindestens einen Detektionsspule mit einem metallischen Objekt oder die Variation des Abstands der mindestens einen Detektionsspule zu einem metallischen Objekts die Induktivität der mindestens einen Detektionsspule, welche auf geeignete Weise gemessen werden kann. Vorzugsweise können die mindestens eine Detektionsspule des mindesten einen ersten Messwertaufnehmers und die mindestens eine Detektionsspule des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet werden. Des Weiteren kann eine Auswerte- und Steuereinheit die Detektionsspulen des mindestens einen ersten Messwertaufnehmers und/oder des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge auswerten.In a further advantageous embodiment of the sensor arrangement according to the invention, the transducers can be designed as eddy-current sensors with a predetermined number of detection coils, which interact with metallic regions of the transducers. When utilizing the eddy current effect, the overlap of the at least one detection coil with a metallic object or the variation of the distance of the at least one detection coil to a metallic object influences the inductance of the at least one detection coil, which can be suitably measured. Preferably, the at least one detection coil of the at least one first transducer and the at least one detection coil of the at least one second transducer can be arranged on a common printed circuit board. Furthermore, an evaluation and control unit can evaluate the detection coils of the at least one first transducer and / or the at least one second transducer simultaneously or in a predetermined order.

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.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle.

2 zeigt eine schematische perspektivische Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1. 2 shows a schematic perspective sectional view of the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 ,

3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1 mit ausgeblendetem ersten Messwertgeber. 3 shows a schematic perspective view of the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 with hidden first transmitter.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Detektionsspule für das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1. 4 shows a schematic representation of a detection coil for the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 ,

5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1 mit metallischen Einlegteilen des ausgeblendeten ersten Messwertgebers. 5 shows a schematic perspective view of the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 with metallic inserts of the hidden first sensor.

6 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten Messwertgebers für das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1 von unten. 6 shows a perspective view of the first transmitter for the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 from underneath.

7 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten Messwertgebers für das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung aus 1 von oben. 7 shows a perspective view of the first transmitter for the embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 from above.

8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Umdrehungsdetektors für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug. 8th shows a perspective view of an embodiment of a rotation detector for an inventive Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle.

9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Umdrehungsdetektors für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug. 9 shows a perspective view of another embodiment of a rotation detector for a sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle.

10 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug mit metallischen Einlegteilen des ausgeblendeten ersten Messwertgebers. 10 shows a schematic perspective view of another embodiment of a sensor arrangement according to the invention for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle with metallic inserts of the hidden first sensor.

11 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung des Noniusprinzips über den Drehwinkel des rotierenden Bauteils. 11 shows a characteristic diagram for representing the vernier principle over the rotation angle of the rotating component.

12 zeigt Kennliniendiagramm zur Darstellung der Auflösung der Umdrehungszahl des rotierenden Bauteils in Abhängigkeit von Haupt- und Nebenwinkel. 12 shows characteristic diagram showing the resolution of the number of revolutions of the rotating component as a function of main and minor angle.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Wie aus 1 bis 10 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug zwei mit dem nicht näher dargestellten rotierenden Bauteil gekoppelte Messwertgeber 20, 30, welche jeweils in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer 44, 50 mindestens eine Information zur Ermittlung des aktuellen Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugen. Erfindungsgemäß ist ein erster Messwertgeber 20 drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt und bildet mit mindestens einem als Drehwinkelsensor 44A ausgeführten ersten Messwertaufnehmer 44 einen Drehwinkeldetektor 3 aus, welcher eine Winkelstellung des rotierenden Bauteils in einem Messbereich bis zu 360° erfasst. Ein zweiter Messwertgeber 30 ist umfangseitig mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mit dem ersten Messwertgeber 20 gekoppelt und bildet mit mindestens einem zweiten Messwertaufnehmer 50 einen Überlaufzähler 5 aus, welcher Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors 3 erfasst. Ein aktueller Drehwinkel des rotierenden Bauteils ist aus der mit dem Drehwinkeldetektor 3 erfassten Winkelstellung und den mit dem Überlaufzähler 5 erfassten Informationen ermittelbar. In den dargestellten Ausführungsbeispielen entspricht der Messbereich des Drehwinkeldetektors einem Winkelbereich von 90°. Die Erfassung der Rotation des rotierenden Bauteils in einem kleineren oder größeren Messbereich bis zu maximal 360° kann durch andere nicht dargestellte Anordnungen erreicht werden.How out 1 to 10 can be seen, the illustrated embodiments include a sensor arrangement according to the invention 1 for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle, two sensors coupled to the rotating component, not shown 20 . 30 , which in each case in conjunction with at least one transducer 44 . 50 generate at least one piece of information for determining the current angle of rotation of the rotating component. According to the invention, a first transmitter 20 rotatably coupled to the rotating component and forms with at least one as a rotation angle sensor 44A executed first transducers 44 a rotation angle detector 3 which detects an angular position of the rotating component in a measuring range up to 360 °. A second transmitter 30 is circumferentially with a given gear ratio with the first transmitter 20 coupled and forms with at least one second transducer 50 an overflow counter 5 which information is used to determine the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component 3 detected. A current rotation angle of the rotating component is out of that with the rotation angle detector 3 detected angular position and with the overflow counter 5 ascertained information can be determined. In the illustrated embodiments, the measuring range of the rotation angle detector corresponds to an angular range of 90 °. The detection of the rotation of the rotating component in a smaller or larger measuring range up to a maximum of 360 ° can be achieved by other arrangements, not shown.

Wie aus 1 bis 10 weiter ersichtlich ist, ist der erste Messwertgeber 20 in den dargestellten Ausführungsbeispielen als drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelte Hülse 10 ausgeführt, welche am Innenumfang Mitnahmemittel 16 und am Außenumfang einen ersten Zahnkranz 24 aufweist. Der erste Zahnkranz 24 ist an einem scheibenförmigen Grundkörper 32 angeordnet, welcher einstückig mit der Hülse 10 ausgebildet ist. Der zweite Messwertgeber 30 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Zahnrad 32 mit einem zweiten Zahnkranz 34 ausgeführt, welches drehbeweglich auf einem Bolzen 18, 19 gelagert ist. Der erste Zahnkranz 24 des ersten Messwertgebers 20 kämmt den zweiten Zahnkranz 34 des zweiten Messwertgebers 30 und versetzt den zweiten Messwertgeber 30 in Rotation. Diese Rotationsbewegung erfasst der Überlaufzähler 5 um Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors 3 zu ermitteln.How out 1 to 10 is further apparent, is the first transmitter 20 in the illustrated embodiments as rotatably coupled to the rotating component sleeve 10 executed, which on the inner circumference driving means 16 and on the outer circumference a first sprocket 24 having. The first sprocket 24 is on a disc-shaped base body 32 arranged, which integral with the sleeve 10 is trained. The second transmitter 30 is in the illustrated embodiments as a gear 32 with a second sprocket 34 executed, which rotatably on a bolt 18 . 19 is stored. The first sprocket 24 of the first transmitter 20 combs the second sprocket 34 of the second transmitter 30 and moves the second transmitter 30 in rotation. This rotational movement is detected by the overflow counter 5 information for determining the number of measuring range overflows of the rotating angle detector coupled to the rotating component 3 to investigate.

In den dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 sind die Messwertaufnehmer 44, 50 als Wirbelstromsensoren mit einer vorgegebenen Anzahl von Detektionsspulen 46, 52, 52B, 56 ausgeführt, welche mit metallischen Bereichen 22.1 der Messwertgeber 20, 30 zusammenwirken. Bei der Ausnutzung des Wirbelstromeffekts beeinflusst die Überdeckung der mindestens einen Detektionsspule 46, 52, 52B, 56 mit einem metallischen Bereich 22.1 oder die Variation des Abstands der mindestens einen Detektionsspule 46, 52, 52B, 56 zu einem metallischen Bereich 22.1 die Induktivität der mindestens einen Detektionsspule 46, 52, 52B, 56, welche auf geeignete Weise gemessen werden kann. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 sind die metallischen Bereichen des ersten Messwertgebers 20 als Einlegeteile 22.1 ausgeführt, welche in den Grundkörper 22 des ersten Messwertgebers 20A eingebracht sind. Der zweite Messwertgeber 30 ist in allen dargestellten Ausführungsbeispielen vollständig aus einem metallischen Material hergestellt.In the illustrated embodiments of the sensor arrangement according to the invention 1 are the transducers 44 . 50 as eddy current sensors with a predetermined number of detection coils 46 . 52 . 52B . 56 executed, which with metallic areas 22.1 the transmitter 20 . 30 interact. When utilizing the eddy current effect affects the coverage of the at least one detection coil 46 . 52 . 52B . 56 with a metallic area 22.1 or the variation of the spacing of the at least one detection coil 46 . 52 . 52B . 56 to a metallic area 22.1 the inductance of the at least one detection coil 46 . 52 . 52B . 56 , which can be measured in a suitable manner. In the illustrated embodiments of the sensor arrangement according to the invention 1 are the metallic areas of the first transmitter 20 as inserts 22.1 executed, which in the main body 22 of the first transmitter 20A are introduced. The second transmitter 30 is completely made of a metallic material in all illustrated embodiments.

Wie aus 1 bis 10 weiter ersichtlich ist, sind die mindestens eine Detektionsspule 46 des mindesten einen ersten Messwertaufnehmers 44 und die mindestens eine Detektionsspule 52, 52B, 56 des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers 50 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 40 angeordnet. So erzeugen die Detektionsspulen 46, 52, 52B, 56 entsprechende Magnetfelder 7, 9, welche durch die Bewegung der beiden Messwertgeber 20, 30 beeinflusst werden, so dass eine Auswerte- und Steuereinheit 42 die Beeinflussung der Magnetfelder 7, 9 auswerten kann. Die Auswerte- und Steuereinheit 42, welche bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 ebenfalls auf der gemeinsamen Leiterplatte 40 angeordnet ist, empfängt die Signale der Detektionsspulen 46, 52, 52B, 56 und wertet diese aus. Die Auswerte- und Steuereinheit 42 kann die Detektionsspulen 46, 52, 52B, 56 des mindestens einen ersten Messwertaufnehmers 44 und/oder des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers 50 gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge auswerten. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Detektionsspulen 46, 52, 52B, 56 als direkt auf der Leiterplatte 40 angeordnete planare Spulen ausgeführt. Denkbar sind jedoch auch andere Herstellungsplattformen wie beispielsweise Silizium.How out 1 to 10 it can also be seen that the at least one detection coil 46 at least one first transducer 44 and the at least one detection coil 52 . 52B . 56 of the at least one second transducer 50 on a common circuit board 40 arranged. This is how the detection coils generate 46 . 52 . 52B . 56 corresponding magnetic fields 7 . 9 which is determined by the movement of the two transducers 20 . 30 be influenced, so that an evaluation and control unit 42 the influence of the magnetic fields 7 . 9 can evaluate. The evaluation and control unit 42 which in the illustrated embodiments of the sensor arrangement according to the invention 1 also on the common circuit board 40 is arranged, receives the signals of the detection coils 46 . 52 . 52B . 56 and evaluate these. The evaluation and control unit 42 can the detection coils 46 . 52 . 52B . 56 of the at least one first transducer 44 and / or the at least one second transducer 50 evaluate simultaneously or in a given order. In the illustrated embodiments, the detection coils 46 . 52 . 52B . 56 as directly on the circuit board 40 arranged planar coils executed. Conceivable, however, are other manufacturing platforms such as silicon.

Die Anzahl und Geometrie der ersten Detektionsspulen 46 für den als Drehwinkelsensor 44A ausgeführten ersten Messwertaufnehmer 44 können vielseitig sein. Als sinnvoll hat sich eine Anordnung von sechs ersten Detektionsspulen 46 herausgestellt, welche gleichmäßig verteilt im Überlappungsbereich mit dem ersten Messwertgeber 20 auf der Leiterplatte 40 angeordnet sind. Weitere Variationen insbesondere in Bezug auf die Anzahl der Detektionsspulen 46 sind aber durchaus denkbar. Gleiches gilt für die Anzahl und Geometrie der metallischen Einlegeteile 22.1 im rotierenden ersten Messwertgeber 20. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen weist der erste Messwertgeber 20 vier metallische Einlegeteile 22.1 auf.The number and geometry of the first detection coils 46 for the as a rotation angle sensor 44A executed first transducers 44 can be versatile. It makes sense to have an arrangement of six first detection coils 46 exposed, which evenly distributed in the overlap area with the first transmitter 20 on the circuit board 40 are arranged. Further variations, in particular with regard to the number of detection coils 46 but are quite possible. The same applies to the number and geometry of the metallic inserts 22.1 in the rotating first transmitter 20 , In the illustrated embodiments, the first transmitter 20 four metal inserts 22.1 on.

Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, weist eine solche in einem vorgegebenen Sektor des Überlappungsbereichs mit dem ersten Messwertgeber 20 auf der Leiterplatte 40 angeordnete erste Detektionsspule 46 zwei Spulenanschlüsse 46.1 und eine Spulenwicklung 46.2 auf. Die Anschlüsse 46.1 der einzelnen Detektionsspulen 46 können jeweils einzeln mit der Auswerte- und Steuereinheit 42 verbunden werden. Um die Auswerte- und Steuereinheit 42 mit weniger Anschlüssen auszuführen, können die Anschlüsse 46.1 der einzelnen Detektionsspulen 46 ganz oder teilweise zusammengelegt werden.How out 4 as can be seen, such has a predetermined sector of the overlapping area with the first transmitter 20 on the circuit board 40 arranged first detection coil 46 two coil connections 46.1 and a coil winding 46.2 on. The connections 46.1 the individual detection coils 46 can each individually with the evaluation and control unit 42 get connected. To the evaluation and control unit 42 with fewer connections, the ports can 46.1 the individual detection coils 46 be merged in whole or in part.

Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist der mindestens eine zweite Messwertaufnehmer 50 in einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug als Abstandssensor 50A ausgeführt und der zweite Messwertgeber 30 bildet mit einem Gewindebolzen 18 einen Bewegungswandler 5A aus, welcher die Rotation 12A des ersten Messwertgebers 20 in eine Rotation 12B mit axialer Translation 14 des zweiten Messwertgebers 30 in Bezug auf den ersten Messwertgeber 20 umwandelt. Der als Abstandssensor 50A ausgeführte mindestens eine zweite Messwertaufnehmer 50 weist eine zweite Detektionsspule 52 auf und ermittelt einen zurückgelegten axialen Weg 14 des zweiten Messwertgebers 30 als Information zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors 3. Der über die axiale Translation 14 des als Zahnrad 32 auf einem Gewindebolzen 18 realisierten zweiten Messwertgebers 30 gesteuerte Überlaufzähler 5 für die Anzahl von Messbereichsüberläufen zur Erfassung von Mehrfachumdrehungen des rotierenden Bauteils ermöglicht eine einfache und kostengünstige Ausführung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1. Der als Zahnrad 32 ausgeführte zweite Messwertgeber 30 wird von dem drehfest mit dem rotierenden Bauteil verbundenen ersten Messwertgeber 20 in Bewegung gesetzt. Durch die axiale Translation 14 beeinflusst der zweite Messwertgeber 30 das von der zweiten Detektionsspule 52 erzeugte Magnetfeld, dessen Änderung von der Auswerte- und Steuereinheit 42 erfasst und ausgewertet wird. Das Gewinde, welches die axiale Position des zweiten Messwertgebers 30 für eine Mehrfachumdrehung detektiert, kann sehr grob ausgelegt werden, da die exakte Winkelposition des rotierenden Bauteils durch den Drehwinkeldetektor 3 bestimmt wird. Dennoch ist auch über die axiale Position des zweiten Messwertgebers 30 eine weitere Plausibilisierung der Drehwinkelposition möglich.How out 1 to 6 can be seen, is the at least one second transducer 50 in a first embodiment of the sensor arrangement according to the invention 1 for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle as a distance sensor 50A executed and the second transmitter 30 forms with a threaded bolt 18 a motion converter 5A out, which is the rotation 12A of the first transmitter 20 in a rotation 12B with axial translation 14 of the second transmitter 30 with respect to the first transmitter 20 transforms. The as a distance sensor 50A executed at least a second transducer 50 has a second detection coil 52 and determines a traversed axial path 14 of the second transmitter 30 as information for determining the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component 3 , The one about the axial translation 14 as a gear 32 on a threaded bolt 18 realized second transmitter 30 controlled overflow counters 5 for the number of measuring range overflows for detecting multiple revolutions of the rotating component allows a simple and inexpensive embodiment of the sensor arrangement according to the invention 1 , The as a gear 32 executed second transducers 30 is the first transmitter rotatably connected to the rotating component 20 set in motion. By the axial translation 14 affects the second transmitter 30 that of the second detection coil 52 generated magnetic field, the change of the evaluation and control unit 42 recorded and evaluated. The thread, which is the axial position of the second transmitter 30 detected for a multiple rotation, can be interpreted very roughly, since the exact angular position of the rotating member by the rotation angle detector 3 is determined. Nevertheless, it is also about the axial position of the second transmitter 30 a further plausibility of the angular position possible.

Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Messwertaufnehmer 50 in einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug ebenfalls als Abstandssensor 50B ausgeführt und der zweite Messwertgeber 30 bildet mit einem Gewindebolzen 18 einen Bewegungswandler 5A aus, welcher die Rotation 12A des ersten Messwertgebers 20 in eine Rotation 12B mit axialer Translation 14 des zweiten Messwertgebers 30 in Bezug auf den ersten Messwertgeber 20 umwandelt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der als Abstandssensor 50B ausgeführte zweite Messwertaufnehmer 50 neben der zweiten Detektionsspule 52 einen Guard-Ring 54 auf, welcher die zweite Detektionsspule 52 einschließt, um Übersprechen zwischen den verschiedenen Detektionsspulen 46, 52 auf der Leiterplatte 40 zu vermeiden.How out 8th is further apparent, is the second transducer 50 in a second embodiment of the sensor arrangement according to the invention 1 for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle also as a distance sensor 50B executed and the second transmitter 30 forms with a threaded bolt 18 a motion converter 5A out, which is the rotation 12A of the first transmitter 20 in a rotation 12B with axial translation 14 of the second transmitter 30 with respect to the first transmitter 20 transforms. In contrast to the first embodiment, the as a distance sensor 50B executed second transducers 50 next to the second detection coil 52 a guard ring 54 on which the second detection coil 52 includes crosstalk between the various detection coils 46 . 52 on the circuit board 40 to avoid.

Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Messwertaufnehmer 50 in einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug ebenfalls als Abstandssensor 50C ausgeführt und der zweite Messwertgeber 30 bildet mit einem Gewindebolzen 18 einen Bewegungswandler 5A aus, welcher die Rotation 12A des ersten Messwertgebers 20 in eine Rotation 12B mit axialer Translation 14 des zweiten Messwertgebers 30 in Bezug auf den ersten Messwertgeber 20 umwandelt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der als Abstandssensor 50C ausgeführte zweite Messwertaufnehmer 50 neben der zweiten Detektionsspule 52 eine dritte Detektionsspule 56 auf, welche eine Redundanz der Lenkwinkelinformation ermöglicht.How out 9 is further apparent, is the second transducer 50 in a third embodiment of the sensor arrangement according to the invention 1 for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle also as a distance sensor 50C executed and the second transmitter 30 forms with a threaded bolt 18 a motion converter 5A out, which is the rotation 12A of the first transmitter 20 in a rotation 12B with axial translation 14 of the second transmitter 30 with respect to the first transmitter 20 transforms. In contrast to the first embodiment, the as a distance sensor 50C executed second transducers 50 next to the second detection coil 52 a third detection coil 56 on, which allows a redundancy of the steering angle information.

Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Messwertaufnehmer 50 in einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug als Drehwinkelsensor 50D ausgeführt, welcher mehrere zweite Detektionsspulen 52B aufweist, die im Überdeckungsbereich des zweiten Messwertgebers 30 auf der Leiterplatte 40 angeordnet sind. Im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen ermittelt der Überlaufzähler 5 keine axiale Translation des drehbar auf einem Lagerbolzen 19 gelagerten zweiten Messwertgebers 30 sondern bestimmt dessen Drehwinkel. Die Auswerte- und Steuereinheit 42 ordnet dann jeder ermittelten Winkelstellung des Drehwinkeldetektors 3 mittels eines Noniusprinzips über die mit dem als Drehwinkelsensor 50D ausgeführten zweiten Messwertaufnehmer 50 ermittelte Winkelstellung des zweiten Messwertgebers 30 eine eindeutige Anzahl von Messbereichsüberläufen zu. How out 10 is further apparent, is the second transducer 50 in a fourth embodiment of the sensor arrangement according to the invention 1 for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle as a rotation angle sensor 50D executed, which has a plurality of second detection coils 52B that in the coverage area of the second transmitter 30 on the circuit board 40 are arranged. In contrast to the other embodiments, the overflow counter determines 5 no axial translation of the rotatable on a bearing pin 19 stored second transmitter 30 but determines its rotation angle. The evaluation and control unit 42 then assigns each detected angular position of the rotation angle detector 3 by means of a vernier principle over the with the as a rotation angle sensor 50D executed second transducer 50 determined angular position of the second transmitter 30 a unique number of overflows.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der als Drehwinkelsensor 50D ausgeführte zweite Messwertaufnehmer 50 vier zweite Detektionsspulen 52B und erfasst eine Winkelstellung des rotierenden zweiten Messwertgebers 30 in einem Messbereich von 90°. Im Weiteren wird der vom Überlaufzähler 5 ermittelte Drehwinkel des zweiten Messwertgebers 30 als Nebenwinkel NW und der mit Drehwinkeldetektor 3 ermittelte Drehwinkel des ersten Messwertgebers 20 als Hauptwinkel HW bezeichnet. Damit aus dem Nebenwinkel NW eine eindeutige Zuordnung zur Anzahl von Messbereichsüberläufen des Hauptwinkels HW möglich ist, wird die Übersetzung zwischen dem ersten Messwertgeber 10 und dem zweiten Messwertgeber 30 abgestimmt. Die Übersetzung zwischen dem ersten Messwertgeber 20 und dem zweiten Messwertgeber 30 wird als reelle Zahl vorgegeben, welche zwischen einer ganzen Zahl (N) und einer zweiten reellen Zahl angeordnet ist, welche sich aus einer Differenz der ganzen Zahl (N) und dem Kehrwert einer maximalen Anzahl von Messbereichsüberläufen (Rmax) des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors 3 ergibt (N > Übersetzung > (N – (1/Rmax)). Durch die vorgegebenen Übersetzung verschiebt sich der Startpunkt des Nebenwinkels NW nach jedem Überlauf des Hauptwinkels HW ein wenig, ohne nach Erreichen der maximalen Anzahl von Messbereichsüberläufen Rmax wieder den Anfangszustand zu erreichen, wie aus 11 ersichtlich ist. In 11 bezeichnet K1 eine erste Kennlinie des Nebenwinkels NW, K2 eine zweite Kennlinie des Hauptwinkels HW, SW den jeweiligen Sensorwinkel, also den Nebenwinkel NW oder den Hauptwinkel HW, und LW bezeichnet den aktuellen Drehwinkel des rotierenden Bauteils bzw. einen aktuellen Lenkwinkel eines Fahrzeugs, wenn die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 zur Ermittlung des Lenkwinkels im Fahrzeug eingesetzt wird. Durch diese Ausführung kann man jedem Hauptwinkel HW einer eindeutigen Anzahl von Messbereichsüberläufen über den Nebenwinkel NW zuordnen, wie aus 12 ersichtlich ist. Hierbei bezeichnet R1 den ersten Messbereich ohne Überlauf und R18 bezeichnet den achtzehnten Messbereich mit siebzehn Überläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors 3.In the illustrated embodiment, the comprises as a rotation angle sensor 50D executed second transducers 50 four second detection coils 52B and detects an angular position of the rotating second transmitter 30 in a measuring range of 90 °. In addition, the overflow counter 5 determined angle of rotation of the second transmitter 30 as minor angle NW and the rotary angle detector 3 determined angle of rotation of the first transmitter 20 designated as the main angle HW. So that a clear assignment to the number of measuring range overflows of the main angle HW is possible from the minor angle NW, the ratio between the first transmitter 10 and the second transmitter 30 Voted. The translation between the first transmitter 20 and the second transmitter 30 is given as a real number, which is arranged between an integer number (N) and a second real number, which consists of a difference of the integer number (N) and the reciprocal of a maximum number of measuring range overflows (R max ) of the rotating component coupled rotation angle detector 3 results (N>Translation> (N - (1 / R max)) by the given gear, the starting point of the addition angle NW shifts after each overflow of the main angle HW a little without after reaching the maximum number of measurement area overflows R max back to the initial state. to achieve how out 11 is apparent. In 11 K1 denotes a first characteristic of the minor angle NW, K2 a second characteristic of the main angle HW, SW the respective sensor angle, ie the minor angle NW or the main angle HW, and LW denotes the current rotational angle of the rotating component or a current steering angle of a vehicle when the inventive sensor arrangement 1 is used to determine the steering angle in the vehicle. By this embodiment, it is possible to assign each main angle HW to a definite number of measuring range overflows via the minor angle NW, as shown in FIG 12 is apparent. Here, R1 denotes the first measurement range without overflow and R18 denotes the eighteenth measurement range with seventeen passes of the rotation angle detector coupled to the rotating component 3 ,

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung werden vorzugsweise als Lenkwinkelsensor zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs eingesetzt. Dabei ist die Hülse des ersten Messwertaufnehmers mit einem ersten Zahnrad drehfest an die Lenksäule gekoppelt und ermittelt über das Wirbelstrommessprinzip die Lenkposition. Der Lenkwinkel wird dabei mit zwei separierten berührungslosen Messmethoden ermittelt, die auf dem Wirbelstromeffekt basieren. Der Drehwinkeldetektor erfasst dabei die Rotation der Lenksäule in einem Messbereich bis zu 360°, wobei der axiale Abstand zur mindestens einen ersten Detektionsspule konstant bleibt. Der Überlaufzähler ermittelt die Anzahl von Messbereichsüberläufen über eine axiale Abstandsänderung des zweiten Messwertgebers zur mindestens einen zweiten Detektionsspule und detektiert eine Mehrfachumdrehung des Lenkrads. Hierbei wird der nach außen verlagerte als zweites Zahnrad ausgeführte zweite Messwertgeber, welches kleiner als das erste Zahnrad ist, über das größere erste Zahnrad, das fest mit der Lenksäule gekoppelt ist, in Rotation gesetzt. Da sich das kleinere zweite Zahnrad auf einem Gewinde befindet, wird diesem eine axiale Bewegung aufgezwungen, die über die zweite Detektionsspule detektiert werden kann. Alternativ kann auch das kleinere Zahnrad einen Winkel auflösen und über ein Noniusprinzip auf eine Mehrfachumdrehung schließen lassen.Embodiments of the sensor arrangement according to the invention are preferably used as a steering angle sensor for determining the steering angle of a vehicle. In this case, the sleeve of the first transducer is rotatably coupled to a first gear to the steering column and determined via the Wirbelstrommessprinzip the steering position. The steering angle is determined using two separate non-contact measuring methods based on the eddy current effect. The rotation angle detector detects the rotation of the steering column in a measuring range up to 360 °, wherein the axial distance to the at least one first detection coil remains constant. The overflow counter determines the number of measuring range overflows via an axial distance change of the second transmitter to the at least one second detection coil and detects a multiple rotation of the steering wheel. In this case, the second sensor, which is displaced outwards and designed as a second gear, which is smaller than the first gear, is set in rotation via the larger first gear, which is fixedly coupled to the steering column. Since the smaller second gear is on a thread, this is imposed on an axial movement, which can be detected via the second detection coil. Alternatively, the smaller gear can also resolve an angle and can close on a nonius principle on a multiple turn.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19506938 A1 [0004] DE 19506938 A1 [0004]
  • DE 102012202639 A1 [0005] DE 102012202639 A1 [0005]

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Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug, wobei das rotierende Bauteil mit zwei Messwertgebern (20, 30) gekoppelt ist, welche jeweils in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer (44, 50) mindestens eine Information zur Ermittlung des aktuellen Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Messwertgeber (20) drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt ist und mit mindestens einem als Drehwinkelsensor (44A) ausgeführten ersten Messwertaufnehmer (44) einen Drehwinkeldetektor (3) ausbildet, welcher eine Winkelstellung des rotierenden Bauteils in einem Messbereich bis zu 360° erfasst, wobei ein zweiter Messwertgeber (30) umfangseitig mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mit dem ersten Messwertgeber (20) gekoppelt ist und mit mindestens einem zweiten Messwertaufnehmer (50) einen Überlaufzähler (5) ausbildet, welcher Informationen zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors (3) erfasst, wobei ein aktueller Drehwinkel des rotierenden Bauteils aus der mit dem Drehwinkeldetektor (3) erfassten Winkelstellung und den mit dem Überlaufzähler (5) erfassten Informationen ermittelbar ist.Sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle, wherein the rotating component is provided with two transducers ( 20 . 30 ), which in each case in conjunction with at least one transducer ( 44 . 50 ) generate at least one information for determining the current angle of rotation of the rotating component, characterized in that a first sensor ( 20 ) is rotatably coupled to the rotating component and with at least one as a rotation angle sensor ( 44A ) first transducers ( 44 ) a rotation angle detector ( 3 ), which detects an angular position of the rotating component in a measuring range up to 360 °, wherein a second transmitter ( 30 ) circumferentially with a predetermined transmission ratio with the first transmitter ( 20 ) and with at least one second transducer ( 50 ) an overflow counter ( 5 ), which contains information for determining the number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component ( 3 ), wherein a current angle of rotation of the rotating component from that with the rotation angle detector ( 3 ) detected angular position and with the overflow counter ( 5 ) information can be determined. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwertgeber (20) als drehfest mit dem rotierenden Bauteil gekoppelte Hülse (10) ausgeführt ist, welche am Innenumfang Mitnahmemittel (16) und am Außenumfang einen ersten Zahnkranz (24) aufweist, und der zweite Messwertgeber (30) als Zahnrad (32) mit einem zweiten Zahnkranz (34) ausgeführt ist, welches drehbeweglich auf einem Bolzen (18, 19) gelagert ist, wobei der erste Zahnkranz (24) des erste Messwertgebers (20) den zweiten Zahnkranz (34) des zweiten Messwertgebers (30) kämmt und den zweiten Messwertgeber (30) in Rotation versetzt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the first transmitter ( 20 ) as rotatably coupled to the rotating component sleeve ( 10 ) is executed, which on the inner circumference driving means ( 16 ) and on the outer circumference a first sprocket ( 24 ), and the second transmitter ( 30 ) as a gear ( 32 ) with a second sprocket ( 34 ) which is rotatably mounted on a bolt ( 18 . 19 ), wherein the first sprocket ( 24 ) of the first transmitter ( 20 ) the second sprocket ( 34 ) of the second transmitter ( 30 ) and the second transmitter ( 30 ) rotated. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Messwertaufnehmer (50) als Abstandssensor (50A, 50B, 50C) ausgeführt ist und der zweite Messwertgeber (30) mit einem Gewindebolzen (18) einen Bewegungswandler (5A) ausbildet, welcher die Rotation (12A) des ersten Messwertgebers (20) in eine Rotation (12B) mit axialer Translation (14) des zweiten Messwertgebers (30) in Bezug auf den ersten Messwertgeber (20) umwandelt.Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one second transducer ( 50 ) as a distance sensor ( 50A . 50B . 50C ) and the second transmitter ( 30 ) with a threaded bolt ( 18 ) a motion converter ( 5A ) forming the rotation ( 12A ) of the first transmitter ( 20 ) into a rotation ( 12B ) with axial translation ( 14 ) of the second transmitter ( 30 ) with respect to the first transmitter ( 20 ) converts. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Abstandssensor (50A, 50B, 50C) ausgeführte mindestens eine zweite Messwertaufnehmer (50) einen zurückgelegten axialen Weg (14) des zweiten Messwertgebers (30) als Information zur Ermittlung der Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors (3) ermittelt.Sensor arrangement according to claim 3, characterized in that the distance sensor ( 50A . 50B . 50C ) at least one second transducers ( 50 ) a traversed axial path ( 14 ) of the second transmitter ( 30 ) as information for determining the number of measuring range overflows of the rotational angle detector coupled to the rotating component ( 3 ). Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Messwertaufnehmer (50) als Drehwinkelsensor (50D) ausgeführt ist, welcher eine Winkelstellung des auf einem Lagerbolzen (19) rotierenden zweiten Messwertgebers (30) in einem Messbereich bis zu 360° erfasst.Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one second transducer ( 50 ) as a rotation angle sensor ( 50D ) is executed, which an angular position of the on a bearing bolt ( 19 ) rotating second transmitter ( 30 ) in a measuring range up to 360 °. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbereiche der Drehwinkelsensoren (44A, 50D) jeweils einem ganzzahligen Teiler von 360° entsprechen.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring ranges of the rotation angle sensors ( 44A . 50D ) each correspond to an integer divisor of 360 °. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder ermittelten Winkelstellung des Drehwinkeldetektors (3) mittels eines Noniusprinzips über die mit dem als Drehwinkelsensor (50D) ausgeführten mindestens einen zweiten Messwertaufnehmer (50) ermittelte Winkelstellung des zweiten Messwertgebers (30) einer eindeutigen Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors (3) zugeordnet ist.Sensor arrangement according to claim 6, characterized in that each determined angular position of the rotation angle detector ( 3 ) by means of a vernier principle over the with the as angle of rotation sensor ( 50D ) at least one second transducer ( 50 ) determined angular position of the second transmitter ( 30 ) a definite number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component ( 3 ) assigned. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung zwischen dem ersten Messwertgeber (20) und dem zweiten Messwertgeber (30) als reelle Zahl vorgegeben ist, welche zwischen einer ganzen Zahl (N) und einer zweiten reellen Zahl angeordnet ist, welche sich aus einer Differenz der ganzen Zahl (N) und dem Kehrwert einer maximalen Anzahl von Messbereichsüberläufen des mit dem rotierenden Bauteil gekoppelten Drehwinkeldetektors (3) ergibt.Sensor arrangement according to claim 7, characterized in that the translation between the first transmitter ( 20 ) and the second transmitter ( 30 ) is given as a real number which is arranged between an integer number (N) and a second real number, which consists of a difference of the integer number (N) and the reciprocal of a maximum number of measuring range overflows of the rotation angle detector coupled to the rotating component ( 3 ). Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertaufnehmer (44, 50) als Wirbelstromsensoren mit einer vorgegebenen Anzahl von Detektionsspulen (46, 52, 52B, 56) ausgeführt sind, welche mit metallischen Bereichen der Messwertgeber (20, 30) zusammenwirken.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the transducers ( 44 . 50 ) as eddy current sensors with a predetermined number of detection coils ( 46 . 52 . 52B . 56 ), which are connected to metallic regions of the transducers ( 20 . 30 ) interact. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Detektionsspule (46) des mindesten einen ersten Messwertaufnehmers (44) und die mindestens eine Detektionsspule (52, 52B, 56) des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers (50) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (40) angeordnet sind.Sensor arrangement according to claim 9, characterized in that the at least one detection coil ( 46 ) of the at least one first transducer ( 44 ) and the at least one detection coil ( 52 . 52B . 56 ) of the at least one second transducer ( 50 ) on a common printed circuit board ( 40 ) are arranged. Sensoranordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerte- und Steuereinheit (42) die Detektionsspulen (46, 52, 52B, 56) des mindestens einen ersten Messwertaufnehmers (44) und/oder des mindestens einen zweiten Messwertaufnehmers (50) gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge auswertet.Sensor arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that an evaluation and control unit ( 42 ) the detection coils ( 46 . 52 . 52B . 56 ) of the at least one first transducer ( 44 ) and / or the at least one second Transducer ( 50 ) evaluates simultaneously or in a predetermined order.
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DE102012202639A1 (en) 2012-02-21 2013-08-22 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement i.e. steering angle sensor, for detection of steering angle at gear wheel in vehicle, has sensor determining covered distance of measuring element, where covered distance represents rotational angle of rotary component

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