DE102016120547A1 - Sensor device in a steering system - Google Patents
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- B62D15/021—Determination of steering angle
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-
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Abstract
Eine Sensoreinrichtung in einem Lenksystem umfasst zwei winkelversetzt zueinander angeordnete Magnete, die auf einem Lenkwellenabschnitt angeordnet sind, wobei jedem Magneten ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist.A sensor device in a steering system comprises two magnets arranged at an angle to each other, which are arranged on a steering shaft section, wherein each magnet is assigned a magnetic field sensor.
Description
BeschreibungsteilDescription part
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung in einem Lenksystem zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnitts nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a sensor device in a steering system for determining the angle of rotation of a steering shaft section according to the preamble of
Aus der
Der Magnet ist an einem manschettenförmigen Magnethalter befestigt, der auf einem ersten Lenkwellenabschnitt aufsitzt. Der Magnethalter weist einen radial nach außen gerichteten Halterabschnitt auf, an dem der Magnet angeordnet ist, so dass der Magnet zur Wellenachse einen verhältnismäßig großen radialen Abstand aufweist. Der Magnetfeldsensor befindet sich auf einem zweiten Wellenabschnitt auf der radial innen liegenden Seite und wird von dem Magneten radial umgriffen.The magnet is attached to a sleeve-shaped magnet holder, which is seated on a first steering shaft section. The magnet holder has a radially outwardly directed holder portion, on which the magnet is arranged, so that the magnet has a relatively large radial distance to the shaft axis. The magnetic field sensor is located on a second shaft section on the radially inner side and is radially encompassed by the magnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Sensoreinrichtung in einem Lenksystem zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnittes so auszubilden, dass bei einer kompakten Ausführung eine hohe Messgenauigkeit erreicht wird.The invention is based on the object with simple constructive measures, a sensor device in a steering system for determining the rotational angle of a steering shaft section in such a way that in a compact design, a high measurement accuracy is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann in Lenksystemen von Fahrzeugen zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnittes eingesetzt werden. Der Lenkwellenabschnitt ist Träger von mindestens zwei Magneten, die winkelversetzt zueinander angeordnet sind und gemeinsam mit dem Lenkwellenabschnitt umlaufen. Jedem Magnet ist ein Magnetfeldsensor zugeordnet, der die Magnetfeldlinienrichtung messen kann, wobei aus der Änderung des vorbeilaufenden Magnetfeldes auf die Relativdrehung zwischen dem Lenkwellenabschnitt mit dem Magneten und den Sensoren geschlossen werden kann.The sensor device according to the invention can be used in steering systems of vehicles for determining the angle of rotation of a steering shaft section. The steering shaft portion is a carrier of at least two magnets, which are arranged angularly offset from each other and rotate together with the steering shaft portion. Each magnet is associated with a magnetic field sensor which can measure the magnetic field line direction, wherein from the change in the passing magnetic field on the relative rotation between the steering shaft portion with the magnet and the sensors can be closed.
Indem zwei Magnete winkelversetzt zueinander auf dem Lenkwellenabschnitt angeordnet sind, kann eine hohe Messgenauigkeit bei der Drehwinkelermittlung erreicht werden. Dies erlaubt es, die Magnete in einem geringeren radialen Abstand zum Lenkwellenabschnitt anzuordnen, wodurch eine kleiner bauende Ausführung erreicht wird, ohne dass dies mit einer Einschränkung bei der Genauigkeit der Lenkwinkelmessung einhergeht.By two magnets are arranged angularly offset from each other on the steering shaft portion, a high measurement accuracy can be achieved in the rotation angle determination. This makes it possible to arrange the magnets at a smaller radial distance to the steering shaft portion, whereby a smaller design is achieved without this being accompanied by a limitation in the accuracy of the steering angle measurement.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, dass ein Lagerspiel des Lenkwellenabschnittes von einer Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes unterschieden werden kann. Insbesondere bei einer auf Lagerspiel beruhenden radialen Ausschlagbewegung des Lenkwellenabschnittes in eine Radialrichtung, die orthogonal zu einer Verbindungslinie zwischen den Magneten gerichtet ist, kann bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung eine Unterscheidung zur Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes getroffen werden, insbesondere über eine Vorzeichenauswertung der Sensorsignale. Es ist somit möglich, das Lenkwellenspiel von einer Lenkwellen-Rotationsbewegung zu unterscheiden, so dass das Lenkwellenspiel keinen Einfluss auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes hat.It is also advantageous that a bearing clearance of the steering shaft section can be distinguished from a rotational movement of the steering shaft section. Particularly in the case of a bearing play based radial deflection movement of the steering shaft portion in a radial direction which is directed orthogonal to a connecting line between the magnets, a distinction can be made in the inventive sensor device to the rotational movement of the steering shaft section, in particular via a sign evaluation of the sensor signals. It is thus possible to distinguish the steering shaft clearance from a steering shaft rotation, so that the steering shaft clearance has no influence on the accuracy in determining the rotational movement of the steering shaft portion.
Die Sensoreinrichtung umfasst mindestens zwei Magnete, wobei die Anzahl der Magnetfeldsensoren der Anzahl der Magnete entspricht. Vorteilhafterweise umfasst die Sensoreinrichtung genau zwei winkelversetzt zueinander angeordnete Magnete auf dem Lenkwellenabschnitt und genau zwei Magnetfeldsensoren. Es sind aber auch Ausführungen mit einer größeren Anzahl an Magneten und Magnetfeldsensoren möglich, beispielsweise drei oder vier Magnete und eine entsprechende Anzahl zugeordneter Magnetfeldsensoren.The sensor device comprises at least two magnets, wherein the number of magnetic field sensors corresponds to the number of magnets. Advantageously, the sensor device comprises exactly two magnets arranged on the steering shaft section at an angular offset from one another and exactly two magnetic field sensors. However, embodiments with a larger number of magnets and magnetic field sensors are also possible, for example three or four magnets and a corresponding number of associated magnetic field sensors.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit zwei Magneten sind diese um 180° zueinander winkelversetzt positioniert. Es ist insbesondere zweckmäßig, eine spiegelsymmetrische Anordnung der Magnete und der zugeordneten Magnetfeldsensoren vorzusehen. In dieser Ausführung weisen die Magnete den maximalen Abstand zueinander auf, so dass eine gegenseitige Beeinflussung der ausgesandten Magnetfelder vermieden oder zumindest minimiert wird.According to a further advantageous embodiment with two magnets they are positioned at 180 ° to each other angularly offset. It is particularly expedient to provide a mirror-symmetrical arrangement of the magnets and the associated magnetic field sensors. In this embodiment, the magnets have the maximum distance to each other, so that a mutual influence of the emitted magnetic fields is avoided or at least minimized.
In einer alternativen Ausführung sind zwei Magnete winkelversetzt angeordnet, wobei der Winkelversatz beispielsweise mindestens 120° oder mindestens 150° und maximal 180° oder kleiner als 180° beträgt.In an alternative embodiment, two magnets are arranged angularly offset, wherein the angular offset, for example, at least 120 ° or at least 150 ° and a maximum of 180 ° or less than 180 °.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Magnetfeldsensoren auf einem weiteren Lenkwellenabschnitt angeordnet, der sich von dem ersten Lenkwellenabschnitt, welcher Träger der Magnete ist, unterscheidet, wobei der erste und der zweite Lenkwellenabschnitt koaxial angeordnet sind und zusammenhängen und bei einem aufgebrachten Lenkmoment eine Relativdrehbewegung zueinander ausführen. Dementsprechend ist es möglich, über die Magnetfeldsensoren das Lenkmoment zu ermitteln. According to yet another advantageous embodiment, the magnetic field sensors are arranged on a further steering shaft section, which differs from the first steering shaft section, which carrier of the magnets, wherein the first and the second steering shaft section are coaxially arranged and related and with an applied steering torque relative rotational movement to each other To run. Accordingly, it is possible to determine the steering torque via the magnetic field sensors.
Die Magnetfeldsensoren sind, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, radial beabstandet zu den Magneten angeordnet. Vorzugsweise befinden sich die Magnetfeldsensoren radial innen liegend zwischen der Mantelfläche des Lenkwellenabschnitts, der Träger der Magnete ist, und den Magneten. Es ist jedoch auch eine Ausführung möglich, bei der die Magnetfeldsensoren radial außen liegend an den Magneten positioniert sind.The magnetic field sensors are, according to a further advantageous embodiment, arranged radially spaced from the magnets. Preferably, the magnetic field sensors are located radially inwardly between the lateral surface of the steering shaft portion, which is the carrier of the magnets, and the magnet. However, it is also an embodiment possible in which the magnetic field sensors are positioned radially outboard of the magnet.
Die Magnete sind, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, an einem mit dem Lenkwellenabschnitt verbundenen Magnethalter angeordnet. Der Magnethalter weist beispielsweise eine Manschette oder Buchse auf, die auf den Lenkwellenabschnitt aufgesetzt und mit diesem drehfest verbunden ist.The magnets are, according to another expedient embodiment, arranged on a magnet holder connected to the steering shaft section. The magnet holder has, for example, a sleeve or bushing, which is placed on the steering shaft section and rotatably connected thereto.
Der Magnethalter weist des Weiteren bevorzugt ein in einer Radialebene liegendes Schirmblech auf, das sich radial nach außen erstreckt, insbesondere von der Manschette bzw. Buchse ausgehend, und an seinem radial außen liegenden Abschnitt die Magnete aufnimmt. Das aus einem Metall gefertigte Schirmblech besitzt eine abschirmende Wirkung gegenüber Magnetfeldlinien. Die Magnetfeldsensoren sind vorteilhafterweise so positioniert, dass sie axial von dem Schirmblech abgeschirmt sind. Störmagnetfelder haben somit keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Magnetfeldsensoren, wodurch die Messgenauigkeit verbessert ist.The magnet holder further preferably has a shielding plate lying in a radial plane, which extends radially outward, in particular starting from the sleeve or bushing, and receives the magnets at its radially outer portion. The shield plate made of a metal has a shielding effect against magnetic field lines. The magnetic field sensors are advantageously positioned so as to be axially shielded from the shroud. Interference magnetic fields thus have no or only a negligible influence on the magnetic field sensors, whereby the measurement accuracy is improved.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnetfeldsensoren an einem Sensorträger angeordnet, welcher auch Leiterplatten aufnimmt, die den Magnetfeldsensoren zugeordnet sind. Bevorzugt ist jedem Magnetfeldsensor eine Leiterplatte zugeordnet. Des Weiteren sind in dem Sensorträger elektrische Anschlusskontakte aufgenommen, über die die Sensordaten zu einem Steuergerät übertragen werden können.According to yet another expedient embodiment, the magnetic field sensors are arranged on a sensor carrier, which also accommodates printed circuit boards, which are assigned to the magnetic field sensors. Preferably, each magnetic field sensor is associated with a printed circuit board. Furthermore, electrical connection contacts are accommodated in the sensor carrier via which the sensor data can be transmitted to a control unit.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnetfeldsensoren als magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren) ausgeführt, die in der Lage sind, eine Änderung eines Magnetfeldes zu sensieren.According to yet another expedient embodiment, the magnetic field sensors are designed as magnetoresistive sensors (MR sensors) which are able to sense a change in a magnetic field.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnete teilringförmig ausgebildet. Die Magnete können sich in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten wechselnder Polarität zusammensetzen, beispielsweise aus drei Segmenten mit der Polarität N-S-N.According to yet another expedient embodiment, the magnets are formed part-ring-shaped. The magnets can be composed in the circumferential direction of several segments of alternating polarity, for example, three segments with the polarity N-S-N.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Sensoreinrichtung einen ortsfesten Indexsensor, der beim Umlaufen eines Magneten ein Indexsignal liefert. Über den Indexsensor, der beispielsweise als ein Hall-Sensor ausgebildet ist, wird bei jedem Umlauf des Lenkwellenabschnittes, der Träger der Magnete ist, ein Indexsignal geliefert, woraus auf die Gesamtanzahl der Umläufe und damit auf die aktuelle Lenkwinkelposition, bezogen auf die Mittellage, geschlossen werden kann. Ergänzend kann gegebenenfalls auf zusätzliche Informationen zurückgegriffen werden, beispielsweise auf Winkelgeschwindigkeitsdifferenzen der Räder links und rechts an einer Fahrzeugachse, um die absolute Lenkwinkelposition zu bestimmen.According to yet another expedient embodiment, the sensor device comprises a stationary index sensor which supplies an index signal when a magnet is rotated. Via the index sensor, which is embodied, for example, as a Hall sensor, an index signal is supplied with each revolution of the steering shaft section which is the carrier of the magnets, from which reference is made to the total number of revolutions and thus to the current steering angle position with respect to the center position can be. In addition, if necessary, additional information can be used, for example on angular velocity differences of the wheels on the left and right on a vehicle axle in order to determine the absolute steering angle position.
Der Indexsensor registriert bei jedem Umlauf der Lenkwelle eine der Anzahl der Magnete entsprechende Anzahl an Indexsignalen. Auch hierdurch wird die Genauigkeit bei der Ermittlung der Umläufe der Lenkwelle verbessert.The index sensor registers with each revolution of the steering shaft one of the number of magnets corresponding number of index signals. This also improves the accuracy in determining the revolutions of the steering shaft.
Der Indexsensor ist ortsfest angeordnet. Vorteilhafterweise ist genau ein Indexsensor vorhanden. Der Indexsensor kann in einem Sensorgehäuse aufgenommen sein, das ortsfest gehalten ist, beispielsweise an einem Lenkgehäuse angeordnet ist.The index sensor is arranged stationary. Advantageously, exactly one index sensor is present. The index sensor may be received in a sensor housing which is held stationary, for example, is arranged on a steering housing.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug, das mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet ist, die mindestens zwei winkelversetzte Magnete an einem Lenkwellenabschnitt und jedem Magneten zugeordnete Magnetfeldsensoren aufweist. Das Lenksystem ist beispielsweise mit einem elektrischen Servomotor ausgestattet, über das ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem eingespeist werden kann.The invention further relates to a steering system in a vehicle, which is equipped with a sensor device having at least two angularly offset magnets on a steering shaft portion and each magnet associated magnetic field sensors. The steering system is equipped, for example, with an electric servo motor, via which a supporting servo torque can be fed into the steering system.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, -
2 eine perspektivische Ansicht der Lenkwelle mit zwei Lenkwellenabschnitten und einer Sensoreinrichtung, über die die Relativdrehlage zwischen den Lenkwellenabschnitten und außerdem der Umlauf der Lenkwelle ermittelt werden kann, -
3 in perspektivischer Ansicht ein Magnethalter, der auf einen Lenkwellenabschnitt aufsetzbar ist und Träger von zwei um 180° versetzten Magneten ist, -
4 in Draufsicht einen Sensorträger mit zwei Magnetfeldsensoren, die den Magneten zugeordnet sind, -
5 eine Draufsicht auf den Magnethalter mit einer schematischen Darstellung der Anordnung eines Magnetfeldsensors und zusätzlich eines Indexsensors.
-
1 a schematic representation of a steering system in a vehicle, -
2 a perspective view of the steering shaft with two steering shaft sections and a sensor device, via which the relative rotational position between the steering shaft sections and also the circulation of the steering shaft can be determined, -
3 in a perspective view of a magnet holder, the on a steering shaft section is mountable and carrier of two magnets offset by 180 °, -
4 in plan view, a sensor carrier with two magnetic field sensors, which are associated with the magnet, -
5 a plan view of the magnet holder with a schematic representation of the arrangement of a magnetic field sensor and in addition an index sensor.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Das in
Der Fahrer gibt über das Lenkrad
Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor
In
Die Sensoreinrichtung
Die Magnetfeldsensoren
Der Sensorträger
Wie
Wie
Wie
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lenksystemsteering system
- 22
- Lenkradsteering wheel
- 33
- Lenkwellesteering shaft
- 3a3a
- LenkwellenabschnittSteering shaft section
- 3b3b
- LenkwellenabschnittSteering shaft section
- 44
- Getriebegehäusegearbox
- 55
- LenkzahnstangeSteering rack
- 66
- Vorderradfront
- 77
- elektrischer Servomotorelectric servomotor
- 88th
- Lenkgetriebesteering gear
- 99
- Sensoreinrichtungsensor device
- 1010
- Magnetmagnet
- 1111
- Magnetmagnet
- 1212
- Magnethaltermagnetic holder
- 1313
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 1414
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 1515
- Sensorträgersensor support
- 1616
- Leiterplattecircuit board
- 1717
- Leiterplattecircuit board
- 1818
- Anschlusskontakteterminals
- 1919
- BuchseRifle
- 2020
- Schirmblechshroud
- 2121
- Wellenlängsachsewave longitudinal axis
- 2222
- Indexsensorindex sensor
- 2323
- Sensorgehäusesensor housing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Title |
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PFEFFER, P., HARRER, M. (Hrsg): Lenkungshandbuch. 2. Auflage. Springer Vieweg 2013. ISBN 978-3-658-00976-2 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2018077768A1 (en) | 2018-05-03 |
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