DE102018121560A1 - High-resolution induction / frequency measurement with a slow microcontroller - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Induktiver Sensor (15) aufweisend einen LC-Oszillator (18), der einen LC- oder LR-Schwingkreis (17) mit Kondensator (19) und Spule (16), die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC- oder LR-Oszillators (18) durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, wobei der induktive Sensor (15) einen lokalen Oszillator (19) und einen Mischer (20) umfasst, wobei am Eingang des Mischers (20) ein Ausgangssignal des lokalen Oszillators (19) und das Signal des LC- oder LR-Oszillators (18) anliegt und der Mischer derart ausgestaltet ist, dass das Ausgangssignal des Mischers ein Differenzsignal der beiden Signale ist.The invention relates to an inductive sensor (15) comprising an LC oscillator (18), which comprises an LC or LR resonant circuit (17) with a capacitor (19) and coil (16), which can generate a high-frequency alternating magnetic field. and an evaluation unit which is set up to detect a change in the signal of the LC or LR oscillator (18) by means of a metallic object introduced into the alternating field, the inductive sensor (15) being a local oscillator (19) and a mixer (20), an output signal of the local oscillator (19) and the signal of the LC or LR oscillator (18) being present at the input of the mixer (20) and the mixer being designed such that the output signal of the mixer is a differential signal of the is both signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiven Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug aufweisend den induktiven Sensor und ein Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels mit einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.The present invention relates to an inductive sensor with the features of the preamble of claim 1, an electromechanical power steering system for a motor vehicle having the inductive sensor and a method for high-resolution measurement of an angle of rotation with an inductive sensor with the features of the preamble of claim 10.

Lenkwinkelsensoren messen den Einschlagwinkel des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges. Dementsprechend soll unter dem Begriff „Lenkwinkel“ in der vorliegenden Beschreibung der Drehwinkel der Lenkwelle und des damit gekoppelten Lenkrades verstanden werden, nicht jedoch der Einschlagswinkel der gelenkten Räder des Fahrzeugs.Steering angle sensors measure the steering angle of the steering wheel of a motor vehicle. Accordingly, the term “steering angle” in the present description should be understood to mean the angle of rotation of the steering shaft and the steering wheel coupled to it, but not the turning angle of the steered wheels of the vehicle.

Auch bei Drehmomentsensoren kommen Drehwinkelsensoren zum Einsatz. Hierbei werden zwei gegeneinander begrenzt verdrehbare Wellenteile über eine Torsionsfeder elastisch miteinander gekoppelt. Wenn ein Wellenteil durch ein vom Fahrer des Fahrzeugs aufgewendetes Drehmoment gegen den anderen Wellenteil verdreht wird, ist der relative Drehwinkel im Wesentlichen proportional zum eingeleiteten Drehmoment. Für eine genaue Bestimmung des Drehmoments ist es wichtig, den Drehwinkel präzise messen zu können.Angle sensors are also used for torque sensors. Here, two shaft parts that can be rotated to a limited extent are elastically coupled to one another via a torsion spring. If a shaft part is rotated against the other shaft part by a torque applied by the driver of the vehicle, the relative angle of rotation is essentially proportional to the torque introduced. For an accurate determination of the torque, it is important to be able to measure the angle of rotation precisely.

Es sind induktive Winkelsensoren bekannt, die eine hohe Genauigkeit aufweisen. Im Wesentlichen besteht ein induktiver Sensor aus drei Hauptelementen. Einem Oszillator, der ein von allein schwingendes System ist, die Frequenzeinheit, die die Daten sowohl vergleicht als auch auswertet und der Ausgabeeinheit, der die Werte in ein elektrisches Signal umwandelt. Im Betrieb erzeugen induktive Sensoren mit Hilfe einer Magnetspule ein magnetisches, hochfrequentes Wechselfeld. Dadurch dass induzierte Wirbelströme hervorgerufen werden, wird eine Veränderung der Impedanz der Magnetspule bewirkt. Diese Impedanz wirkt dem Magnetfeld entgegen und wird elektronisch in ein Schaltsignal umgewandelt. Bewegt sich ein metallisches Objekt in dem entstandenen Magnetfeld, wird ein Wirbelstrom im Objekt induziert, was dem Magnetfeld entgegenwirkt und somit Energie entzieht. Eine dadurch entstehende Frequenzänderung wird mittels eines Referenzoszillators gemessen.Inductive angle sensors are known which have a high accuracy. Essentially, an inductive sensor consists of three main elements. An oscillator, which is a self-oscillating system, the frequency unit, which both compares and evaluates the data, and the output unit, which converts the values into an electrical signal. In operation, inductive sensors generate a magnetic, high-frequency alternating field with the help of a magnetic coil. The induced eddy currents cause a change in the impedance of the magnetic coil. This impedance counteracts the magnetic field and is electronically converted into a switching signal. If a metallic object moves in the resulting magnetic field, an eddy current is induced in the object, which counteracts the magnetic field and thus withdraws energy. A resulting change in frequency is measured using a reference oscillator.

In induktiven Sensoren werden ganz allgemein Mikrocontroller eingesetzt. Mikrokontroller sind kleine Computer auf einem einzigen integrierten Schaltkreis. Sie enthalten einen oder mehrere Prozessorkerne sowie nichtflüchtigen Programmspeicher, SRAM-Datenspeicher und programmierbare Peripheriegeräte wie Timer, ADCs und DACs. Induktive Winkelsensoren benötigen für ihren Einsatz in Lenkwellen eine hohe Auflösung der Frequenz- oder Zeitmessung. Diese erfolgt mit einem Mikrokontroller, der einen Timer mit hoher Taktfrequenz hat. Solche Timer werden üblicherweise nur in schnellen Mikrocontrollern eingesetzt, die kostspielig sind.Microcontrollers are generally used in inductive sensors. Microcontrollers are small computers on a single integrated circuit. They contain one or more processor cores as well as non-volatile program memory, SRAM data memory and programmable peripheral devices such as timers, ADCs and DACs. Inductive angle sensors require a high resolution of frequency or time measurement for their use in steering shafts. This is done with a microcontroller that has a timer with a high clock frequency. Such timers are usually only used in fast microcontrollers that are expensive.

Die Offenlegungsschrift EP 1 217 334 A2 offenbart einen induktiven Winkelsensor mit einer Oszillatorschaltung, die einen Schwingkreis mit einem gepulsten Signal mit einer vorgegebenen Frequenz ansteuert. Der Schwingkreis umfasst einen Widerstand, die Erregerspule des Sensors und einen Kondensator. Die Impedanzschwankungen der Erregerspule führen zu einer Phasenverschiebung des Spannungssignals an beiden Seiten des Kondensators, die von einer Detektionseinheit gemessen wird, um dann daraus einen Lenkwinkel zu bestimmen.The disclosure EP 1 217 334 A2 discloses an inductive angle sensor with an oscillator circuit that drives an oscillating circuit with a pulsed signal at a predetermined frequency. The resonant circuit comprises a resistor, the excitation coil of the sensor and a capacitor. The impedance fluctuations of the excitation coil lead to a phase shift of the voltage signal on both sides of the capacitor, which is measured by a detection unit in order to then determine a steering angle from it.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen induktiven Winkelsensor anzugeben, der eine hohe Auflösung aufweist und trotzdem kostengünstig ist. It is an object of the present invention to provide an inductive angle sensor which has a high resolution and is nevertheless inexpensive.

Diese Aufgabe wird von einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels mit einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by an inductive sensor with the features of claim 1 and by a method for high-resolution measurement of an angle of rotation with an inductive sensor with the features of claim 10.

Demnach ist ein induktiver Sensor aufweisend einen LC- oder LR-Oszillator, der einen LC- oder LR-Schwingkreis mit einem Kondensator oder einem Widerstand und einer Spule, die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC- oder LR-Oszillators durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, vorgesehen, wobei der induktive Sensor einen lokalen Oszillator und einen Mischer umfasst, und wobei am Eingang des Mischers ein Ausgangssignal des lokalen Oszillators und das Signal des LC- oder LR-Oszillators anliegt und der Mischer derart ausgestaltet ist, dass das Ausgangssignal des Mischers ein Differenzsignal der beiden Eingangssignale ist. Die Frequenz des Mixerausgangs kann somit sehr niedrig gewählt werden, so dass das Signal mit hoher Genauigkeit ausgewertet werden kann. Zudem ist ein schneller Mikroprozessor nicht notwendig, wodurch Kosten eingespart werden können.Accordingly, an inductive sensor has an LC or LR oscillator, which comprises an LC or LR resonant circuit with a capacitor or a resistor and a coil, which can generate a high-frequency alternating magnetic field, and an evaluation unit which is set up for this to detect a change in the signal of the LC or LR oscillator by means of a metallic object introduced into the alternating field, the inductive sensor comprising a local oscillator and a mixer, and wherein at the input of the mixer an output signal of the local oscillator and that Signal of the LC or LR oscillator is present and the mixer is designed such that the output signal of the mixer is a difference signal between the two input signals. The frequency of the mixer output can thus be chosen to be very low, so that the signal can be evaluated with high accuracy. In addition, a fast microprocessor is not necessary, which can save costs.

Vorzugsweise ist der Mischer ein multiplikativer Mischer.The mixer is preferably a multiplicative mixer.

In einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators einen vordefinierten, zeitlich konstanten Wert auf. Es kann aber stattdessen auch vorgesehen sein, dass der induktive Sensor eine Rückkopplung von dem Ausgangssignal des Sensors zu dem lokalen Oszillator hin zur Anpassung der Frequenz des lokalen Oszillators an die Frequenz des Ausgangssignals des LC- oder LR-Oszillators aufweist. Die Frequenz des Ausgangssignals des Sensors kann so theoretisch Null sein, beziehungsweise sehr niedrig sein.In a first exemplary embodiment, the frequency of the signal of the local oscillator has a predefined, time-constant value. Instead, it can also be provided that the inductive sensor provides feedback from the output signal of the sensor to the local one Has oscillator to adapt the frequency of the local oscillator to the frequency of the output signal of the LC or LR oscillator. The frequency of the output signal from the sensor can theoretically be zero or very low.

Es ist besonders kostengünstig, wenn der Mischer ein programmierbarer Logikbaustein eines Mikrokontrollers ist, insbesondere ein D-Flip-Flop.It is particularly cost-effective if the mixer is a programmable logic module of a microcontroller, in particular a D flip-flop.

Vorzugsweise ist der lokale Oszillator ein Timer eines Mikrokontrollers oder PLL des Mikrocontrollers ist.The local oscillator is preferably a timer of a microcontroller or PLL of the microcontroller.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der induktive Sensor ein induktiver Winkelsensor zur Messung einer Drehlage einer Lenkwelle.In a preferred embodiment, the inductive sensor is an inductive angle sensor for measuring a rotational position of a steering shaft.

Weiterhin ist eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend eine Lenkwelle die drehbar um eine Lenkwellendrehachse gelagert ist und verschiedene Drehlagen einnehmen kann, einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkbewegung und einen zuvor beschriebenen induktiven Sensor.Furthermore, an electromechanical power steering system is provided for a motor vehicle, comprising a steering shaft which is rotatably mounted about a steering shaft axis of rotation and can assume various rotational positions, an electric motor to support a steering movement and an inductive sensor described above.

Zudem ist ein Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels einer Lenkwelle mit einem induktiven Sensor aufweisend einen Oszillator, der einen LC- oder LR-Schwingkreis mit einem Kondensator oder einem Widerstand und einer Spule, die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC- oder LR-Oszillators durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, vorgesehen. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:

  • • Mischen des Signals des LC- oder LR-Oszillators mit einem Ausgangssignal eines lokalen Oszillators mittels eines Mischers, wobei das Ausgangssignal des Mischers ein Differenzsignal der beiden Eingangssignale ist,
  • • Analysieren des Ausgangssignals des Mischers mittels einer Periodendauer- oder Frequenzmessung.
In addition, a method for high-resolution measurement of an angle of rotation of a steering shaft with an inductive sensor has an oscillator, which comprises an LC or LR resonant circuit with a capacitor or a resistor and a coil, which can generate a high-frequency alternating magnetic field, and an evaluation unit , which is set up to detect a change in the signal of the LC or LR oscillator by means of a metallic object introduced into the alternating field. The process has the following process steps:
  • Mixing the signal of the LC or LR oscillator with an output signal of a local oscillator by means of a mixer, the output signal of the mixer being a difference signal between the two input signals,
  • • Analyze the mixer output signal using a period or frequency measurement.

Vorzugsweise ist der Mischer ein multiplikativer Mischer.The mixer is preferably a multiplicative mixer.

In einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators einen vordefinierten, zeitlich konstanten Wert auf. Es kann aber stattdessen auch vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte umfasst:

  • • Rückführung des Ausgangssignals des Mischers oder des Ausgangssignals der Periodendauer- oder Frequenzmessung zu dem lokalen Oszillator, und
  • • Anpassung der Frequenz des lokalen Oszillators an die Frequenz des Ausgangssignals des LC- oder LR-Oszillators.
In a first exemplary embodiment, the frequency of the signal of the local oscillator has a predefined, time-constant value. Instead, it can also be provided that the method comprises the following further method steps:
  • Feedback of the output signal of the mixer or of the output signal of the period or frequency measurement to the local oscillator, and
  • • Adaptation of the frequency of the local oscillator to the frequency of the output signal of the LC or LR oscillator.

Die Frequenz des Ausgangssignals des Sensors kann so theoretisch Null sein, beziehungsweise sehr niedrig sein.The frequency of the output signal from the sensor can theoretically be zero or very low.

Es ist besonders kostengünstig, wenn der Mischer ein programmierbarer Logikbaustein eines Mikrokontrollers ist, insbesondere ein D-Flip-Flop.It is particularly cost-effective if the mixer is a programmable logic module of a microcontroller, in particular a D flip-flop.

Vorzugsweise ist der lokale Oszillator ein Timer eines Mikrokontrollers oder PLL des Mikrocontrollers ist.The local oscillator is preferably a timer of a microcontroller or PLL of the microcontroller.

Es ist vorteilhaft, wenn die Anpassung derart erfolgt, dass die Frequenz des Ausgangssignals des Mischers so gering wie möglich ist, aber auch in einer dynamischen Situation sicher nicht negativ, also stets positiv, wird.It is advantageous if the adaptation is carried out in such a way that the frequency of the output signal of the mixer is as low as possible, but certainly not negative, ie always positive, even in a dynamic situation.

Vorzugsweise ist der lokale Oszillator ein Timer eines Mikrokontrollers.The local oscillator is preferably a timer of a microcontroller.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels der Drehlage einer drehbar gelagerten Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei bei dem Verfahren die Drehlage der Drehung der Lenkwelle mit einem induktiven Winkelsensor gemessen wird, der die raumfest angeordnete Spule, die Teil des Schwingkreises ist, aufweist, wobei die Spule wenigstens eine sich mit der Lenkwelle drehende, elektrisch leitende, um die Lenkwelle erstreckende Spur abtastet, in dem eine Änderung einer Resonanzfrequenz des LC- oder LR-Schwingkreises mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens detektiert wird.In a preferred exemplary embodiment, the method for determining a rotational angle of the rotational position of a rotatably mounted steering shaft of a motor vehicle is provided, the rotational position of the rotation of the steering shaft being measured with an inductive angle sensor which is the fixedly arranged coil which is part of the resonant circuit, The coil scans at least one electrically conductive track which rotates with the steering shaft and extends around the steering shaft, in which a change in a resonance frequency of the LC or LR resonant circuit is detected by means of the previously described method.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung mit einem induktiven Winkelsensor, sowie
  • 2: ein Blockschaltbild eines induktiven Winkelsensors.
A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Identical or functionally identical components are provided with the same reference symbols in all figures. Show it:
  • 1 : a schematic representation of an electromechanical power steering system with an inductive angle sensor, and
  • 2 : a block diagram of an inductive angle sensor.

In der 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 4 übertragen. Das Ritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 50 einer Zahnstange 5. Das Lenkritzel 4 bildet zusammen mit der Zahnstange 5 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 5 ist in einem dritten Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit Spurstangen 6 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 6 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 7 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 7. Die gelenkten Räder 7 erfahren über eine Fahrbahn 70 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 7 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 8 mit einem Rotorlagensensor (RPS) einer Servoeinheit 9 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 9 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10,11,12 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 4 oder der Zahnstange 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10,11,12 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 4 und/oder in die Zahnstange 5 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10,11,12 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt.In the 1 is an electromechanical motor vehicle power steering 1 with a steering wheel 2 that with a steering shaft 3 is rotatably coupled, shown schematically. Via the steering wheel 2 the driver brings a corresponding torque as Steering command into the steering shaft 3 on. The torque is then on the steering shaft 3 on a steering pinion 4 transfer. The pinion 4 combs with a tooth segment in a known manner 50 a rack 5 , The steering pinion 4 forms together with the rack 5 a steering gear. The rack 5 is slidably mounted in a third steering housing in the direction of its longitudinal axis. The rack is at its free end 5 with tie rods 6 connected via ball joints, not shown. The tie rods 6 themselves are in a known manner via steering knuckles with one steered wheel each 7 connected to the motor vehicle. One turn of the steering wheel 2 leads over the connection of the steering shaft 3 and the pinion 4 to a longitudinal displacement of the rack 5 and thus swiveling the steered wheels 7 , The steered wheels 7 learned about a lane 70 a reaction that counteracts the steering movement. For swiveling the wheels 7 consequently a force is required that has a corresponding torque on the steering wheel 2 makes necessary. An electric motor 8th with a rotor position sensor (RPS) of a servo unit 9 is provided to assist the driver in this steering movement. The servo unit 9 can be used as an auxiliary support device 10 . 11 . 12 either with a steering shaft 3 , the steering pinion 4 or the rack 5 be coupled. The respective assistant support 10 . 11 . 12 carries an auxiliary torque in the steering shaft 3 , the steering pinion 4 and / or in the rack 5 a, which supports the driver in the steering work. The three different ones 1 assistants shown 10 . 11 . 12 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is assisted.

Es ist eine Drehmomentsensoreinheit 13, die Teil einer integralen Baueinheit ist, die eine Lenkwinkelsensoreinheit 14 umfasst, vorgesehen. Die Drehmomentsensoreinheit 13 erfasst die Verdrehung einer oberen Lenkwelle 30 gegenüber einer unteren Lenkwelle 31 als ein Maß des an der oberen Lenkwelle 30 manuell vom Fahrer ausgeübten Drehmomentes. Die Lenkwinkelsensoreinheit 14 hingegen misst den aktuellen Lenkwinkel der unteren Lenkwelle 31.It is a torque sensor unit 13 , which is part of an integral unit that is a steering angle sensor unit 14 includes, provided. The torque sensor unit 13 detects the rotation of an upper steering shaft 30th against a lower steering shaft 31 as a measure of that on the upper steering shaft 30th torque applied manually by the driver. The steering angle sensor unit 14 however measures the current steering angle of the lower steering shaft 31 ,

Die oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 sind drehelastisch über einen Drehstab miteinander gekoppelt. Die Verdrehung zwischen der oberen Lenkwelle 30 und der unteren Lenkwelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmomentsensor bezeichnet. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 13 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit eine Hilfskraftunterstützung für den Fahrer bereit.The upper steering shaft 30th and the lower steering shaft 31 are coupled to each other in a torsionally flexible manner via a torsion bar. The twist between the upper steering shaft 30th and the lower steering shaft 31 can be determined using a rotation angle sensor. This angle of rotation sensor is also referred to as a torque sensor. Depending on the torque sensor unit 13 measured torque, the servo unit provides auxiliary support for the driver.

2 zeigt ein Blockschaltbild des induktiven Sensors, bevorzugt eines induktiven Winkelsensors 15 einer Lenkwinkelsensoreinheit 14 zur Messung des Lenkwinkels. Eine Spule 16 des induktiven Winkelsensors ist Teil eines LC-Schwingkreises 17 eines LC-Oszillators 18. Der lokale Oszillator 19 gibt ein Signal mit einer Frequenz aus, die hinreichend genau ist. Das Ausgangssignal des LC-Oszillators 18 und das Ausgangssignal des lokalen Oszillators 19 sind Eingangssignale für einen Mischer 20. Der Mischer 20 ist ein multiplikativer Mischer, der die beiden Eingangssignale 18,19 multipliziert. Das Ergebnis ist eine Summe und eine Differenz der beiden Signale 18,19, wobei durch einen nicht dargestellten Bandpassfilter das Differenzsignal als Ausgangssignal bereitgestellt wird. Das so generierte Ausgangssignal hat eine niedrige Frequenz als das Ausgangssignal des LC-Oszillators 18, und kann somit mit einer höheren Auflösung ausgewertet werden. Zudem kann ein langsamer Mikrokontroller verwendet werden. Ein schneller Mikrokontroller ist nicht notwendig. 2 shows a block diagram of the inductive sensor, preferably an inductive angle sensor 15 a steering angle sensor unit 14 for measuring the steering angle. A coil 16 of the inductive angle sensor is part of an LC resonant circuit 17 of an LC oscillator 18th , The local oscillator 19 outputs a signal with a frequency that is sufficiently accurate. The output signal of the LC oscillator 18th and the output signal of the local oscillator 19 are input signals for a mixer 20th , The mixer 20th is a multiplicative mixer that receives the two input signals 18th . 19 multiplied. The result is a sum and a difference between the two signals 18th . 19 , the difference signal being provided as an output signal by a bandpass filter, not shown. The output signal generated in this way has a lower frequency than the output signal of the LC oscillator 18th , and can therefore be evaluated with a higher resolution. A slow microcontroller can also be used. A fast microcontroller is not necessary.

Es kann vorgesehen sein, dass die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators 19 einen festen Wert ein nimmt oder das die Frequenz der Änderung des Eingangssignals (Ausgangssignals des LC-Oszillators) folgt, so dass das Ausgangssignals des Sensors eine sehr niedrige Frequenz oder sogar eine Frequenz gleich Null aufweist. Für den Fall, dass die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators 19 angepasst werden soll, ist eine Rückkopplung 21 des Ausgangssignals des Sensors zu dem lokalen Oszillator 19 vorgesehen.It can be provided that the frequency of the signal of the local oscillator 19 takes a fixed value or that the frequency of the change in the input signal (output signal of the LC oscillator) follows, so that the output signal of the sensor has a very low frequency or even a frequency equal to zero. In the event that the frequency of the local oscillator signal 19 is to be adjusted is a feedback 21 the output signal of the sensor to the local oscillator 19 intended.

Zur Messung des Ausgangssignals des Mischers kann eine Periodendauer- oder Frequenzmessung 22 angewendet werden. Diese unterscheiden sich hinsichtlich Messwerterfassungszeit und Genauigkeit. Das resultierende Ausgangssignal des Sensors ist ein Maß für den gemessenen Lenkwinkel.Period measurement or frequency measurement can be used to measure the output signal of the mixer 22 be applied. These differ in terms of measured value acquisition time and accuracy. The resulting output signal from the sensor is a measure of the measured steering angle.

Der Mischer 20 ist bevorzugt als programmierbarer Logikbaustein, insbesondere D-Flip-Flop, umgesetzt, der Teil eines Mikrokontrollers sein kann.The mixer 20th is preferably implemented as a programmable logic module, in particular a D flip-flop, which can be part of a microcontroller.

Der lokale Oszillator 19 ist bevorzugt ein Timer des Mikrokontrollers oder ein PLL-Logik, insbesondere ein Quarzoszillator. Für den Fall der Rückkopplung kann ein VCO (voltage controlled oscillator) vorgesehen sein.The local oscillator 19 is preferably a timer of the microcontroller or a PLL logic, in particular a crystal oscillator. In the case of feedback, a VCO (voltage controlled oscillator) can be provided.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1217334 A2 [0006]EP 1217334 A2 [0006]

Claims (18)

Induktiver Sensor (15) aufweisend einen LC- oder LR-Oszillator (18), der einen LC- oder LR-Schwingkreis (17) mit einem Kondensator (19) oder einem Widerstand und einer Spule (16), die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC- oder LR-Oszillators (18) durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (15) einen lokalen Oszillator (19) und einen Mischer (20) umfasst, wobei am Eingang des Mischers (20) ein Ausgangssignal des lokalen Oszillators (19) und das Signal des LC- oder LR-Oszillators (18) anliegt und der Mischer (20) derart ausgestaltet ist, dass das Ausgangssignal des Mischers (20) ein Differenzsignal der beiden Signale ist.Inductive sensor (15) comprising an LC or LR oscillator (18), which has an LC or LR resonant circuit (17) with a capacitor (19) or a resistor and a coil (16), which generate a high-frequency alternating magnetic field can, comprises, and an evaluation unit which is set up to detect a change in the signal of the LC or LR oscillator (18) by a metallic object introduced into the alternating field, characterized in that the inductive sensor (15) detects a local one Oscillator (19) and a mixer (20), an output signal of the local oscillator (19) and the signal of the LC or LR oscillator (18) being present at the input of the mixer (20) and the mixer (20) configured in this way is that the output signal of the mixer (20) is a difference signal of the two signals. Induktiver Sensor (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein multiplikativer Mischer ist.Inductive sensor (15) after Claim 1 , characterized in that the mixer (20) is a multiplicative mixer. Induktiver Sensor (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators (19) einen vordefinierten, zeitlich konstanten Wert aufweist.Inductive sensor (15) after Claim 1 or 2 , characterized in that the frequency of the signal of the local oscillator (19) has a predefined, time-constant value. Induktiver Sensor (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (15) eine Rückkopplung von dem Ausgangssignal des Sensors (15) zu dem lokalen Oszillator (19) hin zur Anpassung der Frequenz des lokalen Oszillators (19) an die Frequenz des Ausgangssignals des LC- oder LR-Oszillators (18) aufweist.Inductive sensor (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the inductive sensor (15) provides feedback from the output signal of the sensor (15) to the local oscillator (19) for adapting the frequency of the local oscillator (19) has the frequency of the output signal of the LC or LR oscillator (18). Induktiver Sensor (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein programmierbarer Logikbaustein eines Mikrokontrollers ist.Inductive sensor (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixer (20) is a programmable logic module of a microcontroller. Induktiver Sensor (15) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein D-Flip-Flop ist.Inductive sensor (15) after Claim 5 , characterized in that the mixer (20) is a D flip-flop. Induktiver Sensor (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Oszillator (19) ein Timer eines Mikrokontrollers oder PLL des Mikrocontrollers ist.Inductive sensor (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the local oscillator (19) is a timer of a microcontroller or PLL of the microcontroller. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (15) ein induktiver Winkelsensor zur Messung einer Drehlage einer Lenkwelle ist.Inductive sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the inductive sensor (15) is an inductive angle sensor for measuring a rotational position of a steering shaft. Elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkwelle (3,31) die drehbar um eine Lenkwellendrehachse gelagert ist und verschiedene Drehlagen einnehmen kann, einen Elektromotor (8) zur Unterstützung einer Lenkbewegung und einen induktiven Winkelsensor (15) gemäß Anspruch 8.Electromechanical power steering system for a motor vehicle, comprising a steering shaft (3, 31) which is rotatably mounted about an axis of rotation of the steering shaft and can assume various rotational positions, an electric motor (8) for supporting a steering movement and an inductive angle sensor (15) according to Claim 8 , Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels einer Lenkwelle mit einem induktiven Sensor (15) aufweisend einen LC-Oszillator (18), der einen LC- oder LR Schwingkreis (17) mit einem Kondensator (19) oder einem Widerstand und einer Spule (16), die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC- oder LR-Oszillators (18) durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: • Mischen des Signals des LC- oder LR-Oszillators (18) mit einem Ausgangssignal eines lokalen Oszillators (19) mittels eines Mischers (20), wobei das Ausgangssignal des Mischers (20) ein Differenzsignal der beiden Signale ist, • Analysieren des Ausgangssignals des Mischers (20) mittels einer Periodendauer- oder Frequenzmessung.Method for high-resolution measurement of an angle of rotation of a steering shaft with an inductive sensor (15) comprising an LC oscillator (18), which has an LC or LR resonant circuit (17) with a capacitor (19) or a resistor and a coil (16), which can generate a high-frequency alternating magnetic field, and an evaluation unit which is set up to detect a change in the signal of the LC or LR oscillator (18) by a metallic object introduced into the alternating field, characterized in that the method comprises the following method steps: mixing the signal of the LC or LR oscillator (18) with an output signal of a local oscillator (19) by means of a mixer (20), the output signal of the mixer (20) being a difference signal of the two signals, Analyze the output signal of the mixer (20) by means of a period or frequency measurement. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein multiplikativer Mischer ist.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the mixer (20) is a multiplicative mixer. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Signals des lokalen Oszillators (19) einen vordefinierten, zeitlich konstanten Wert aufweist.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the frequency of the signal of the local oscillator (19) has a predefined, time-constant value. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass folgende weitere Verfahrensschritte vorgesehen ist: • Rückführung des Ausgangssignals des Mischers (20) oder des Ausgangssignals der Periodendauer- oder Frequenzmessung (22) zu dem lokalen Opszillator (19), und • Anpassung der Frequenz des lokalen Oszillators (19) an die Frequenz des Ausgangssignals des LC- oder LR-Oszillators (18).Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the following further method steps are provided: • feedback of the output signal of the mixer (20) or of the output signal of the period or frequency measurement (22) to the local oscillator (19), and • adaptation of the frequency of the local oscillator (19) to the frequency of the output signal of the LC or LR oscillator (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein programmierbarer Logikbaustein eines Mikrokontrollers ist.Method according to one of the preceding Claims 10 to 13 , characterized in that the mixer (20) is a programmable logic module of a microcontroller. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein D-Flip-Flop ist.Procedure according to Claim 14 , characterized in that the mixer (20) is a D flip-flop. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung derart erfolgt, dass die Frequenz des Ausgangssignals des Mischers (20) so gering wie möglich ist, aber auch in einer dynamischen Situation stets positiv ist.Method according to one of the preceding Claims 13 to 15 , characterized in that the adaptation takes place in such a way that the frequency of the output signal of the mixer (20) is as low as is possible, but is always positive even in a dynamic situation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Oszillator (19) ein Timer eines Mikrokontrollers oder PLL des Mikrocontrollers ist.Method according to one of the preceding Claims 10 to 16 , characterized in that the local oscillator (19) is a timer of a microcontroller or PLL of the microcontroller. Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels der Drehlage einer drehbar gelagerten Lenkwelle (3,31) eines Kraftfahrzeuges, wobei bei dem Verfahren die Drehlage der Drehung der Lenkwelle (3,31) mit einem induktiven Winkelsensor (15) gemessen wird, der die raumfest angeordnete Spule (16), die Teil des LC- oder LR-Schwingkreises (17) ist, aufweist, wobei die Spule (16) wenigstens eine sich mit der Lenkwelle (3,31) drehende, elektrisch leitende, um die Lenkwelle (3,31) erstreckende Spur abtastet, in dem eine Änderung einer Resonanzfrequenz des LC- oder LR-Schwingkreises (17) mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17 detektiert wird.Method for determining an angle of rotation of the rotational position of a rotatably mounted steering shaft (3, 31) of a motor vehicle, wherein in the method the rotational position of the rotation of the steering shaft (3, 31) is measured with an inductive angle sensor (15) which detects the stationary coil ( 16), which is part of the LC or LR resonant circuit (17), wherein the coil (16) rotates at least one rotating with the steering shaft (3.31), electrically conductive, extending around the steering shaft (3.31) Scans track in which a change in a resonance frequency of the LC or LR resonant circuit (17) by means of the method according to one of the Claims 10 to 17 is detected.
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