DE102019120874A1 - Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque - Google Patents

Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque Download PDF

Info

Publication number
DE102019120874A1
DE102019120874A1 DE102019120874.2A DE102019120874A DE102019120874A1 DE 102019120874 A1 DE102019120874 A1 DE 102019120874A1 DE 102019120874 A DE102019120874 A DE 102019120874A DE 102019120874 A1 DE102019120874 A1 DE 102019120874A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
torque
lever arm
unit
measuring device
rotating unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019120874.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Joachim Korherr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Original Assignee
BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BCS Automotive Interface Solutions GmbH filed Critical BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority to DE102019120874.2A priority Critical patent/DE102019120874A1/en
Publication of DE102019120874A1 publication Critical patent/DE102019120874A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means
    • G01L5/0042—Force sensors associated with force applying means applying a torque

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Es wird ein Drehmomentmesseinrichtung (12) für eine Bedieneinheit (10) für ein Fahrzeug beschrieben, die eine zumindest begrenzt drehbare Dreheinheit (18) und einen ersten Hebelarm (34) aufweist. Dabei ist ein erstes Ende des ersten Hebelarms (34) mit der Dreheinheit (18) verbunden und ein zweites Ende des ersten Hebelarms (34) über einen ersten Kraftsensor (38) mit einer Trägereinheit (22) gekoppelt. Ferner ist eine Betätigungsschnittstelle (14) vorgesehen, an die ein Bedienelement (16) ankoppelbar ist. Zudem wird eine Bedieneinheit (10) mit einer derartigen Drehmomentmesseinrichtung (12) vorgestellt. Ferner wird ein Verfahren zur Messung eines über ein Bedienelement (16) in eine Bedieneinheit (10) für ein Fahrzeug eingebrachten Drehmoments präsentiert.

Figure DE102019120874A1_0000
A torque measuring device (12) for an operating unit (10) for a vehicle is described, which has an at least limited rotatable rotating unit (18) and a first lever arm (34). A first end of the first lever arm (34) is connected to the rotating unit (18) and a second end of the first lever arm (34) is coupled to a carrier unit (22) via a first force sensor (38). Furthermore, an actuation interface (14) is provided, to which an operating element (16) can be coupled. In addition, an operating unit (10) with such a torque measuring device (12) is presented. Furthermore, a method for measuring a torque introduced into an operating unit (10) for a vehicle via an operating element (16) is presented.
Figure DE102019120874A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung für eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug.The invention relates to a torque measuring device for an operating unit for a vehicle.

Ferner betrifft die Erfindung eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, mit einer solchen Drehmomentmesseinrichtung.The invention also relates to an operating unit for a vehicle with such a torque measuring device.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines über ein Bedienelement in eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug eingebrachten Drehmoments.In addition, the invention relates to a method for measuring a torque introduced into an operating unit for a vehicle via an operating element.

Derartige Bedieneinheiten und Verfahren zur Messung von eingebrachten Drehmomenten sind aus dem Stand der Technik bekannt.Such operating units and methods for measuring the torques introduced are known from the prior art.

Insbesondere kommen diese bei sogenannten Steer-by-wire-Einheiten zum Einsatz, bei denen das über ein Bedienelement in eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug eingebrachte Drehmoment gemessen und in einen elektrischen Stellbefehl umgerechnet wird. Die Funktion bekannter Drehmomentmesseinrichtungen beruht dabei beispielsweise auf der Verwendung von Dehnmessstreifen, Torsionsstäben und/oder Magnetsensoren.In particular, these are used in so-called steer-by-wire units, in which the torque introduced into a control unit for a vehicle via an operating element is measured and converted into an electrical control command. The function of known torque measuring devices is based, for example, on the use of strain gauges, torsion bars and / or magnetic sensors.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Drehmomentmesseinrichtungen weiter zu verbessern. Insbesondere soll eine Drehmomentmesseinrichtung angegeben werden, die sowohl einfach aufgebaut als auch zuverlässig im Betrieb ist.Based on this, the object of the present invention is to further improve torque measuring devices. In particular, a torque measuring device is to be specified that is both simple in construction and reliable in operation.

Die Aufgabe wird durch eine Drehmomentmesseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, mit einer Dreheinheit, die zumindest begrenzt um eine Mittelachse drehbar an einer Trägereinheit gelagert ist, mit einem ersten Hebelarm, wobei ein erstes Ende des ersten Hebelarms mit der Dreheinheit verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Hebelarms über einen ersten Kraftsensor mit der Trägereinheit gekoppelt ist, und mit einer Betätigungsschnittstelle, an die ein Bedienelement der Bedieneinheit ankoppelbar ist, wobei die Dreheinheit die Betätigungsschnittstelle und das erste Ende des ersten Hebelarms drehmomentleitend koppelt. Dabei kann die Dreheinheit als ein beliebiger, drehbar gelagerter Körper ausgeführt sein. Beispielsweise umfasst die Dreheinheit eine Welle oder einen Wellenabschnitt. Es wird somit das über die Betätigungsschnittstelle in die Dreheinheit eingeleitete Drehmoment über den ersten Hebelarm und den Kraftsensor abgestützt. Der erste Hebelarm kann somit auch als Drehmomentstütze bezeichnet werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass die Kopplung des zweiten Endes des ersten Hebelarms außerhalb der Dreheinheit erfolgt. Die Messung des Drehmoments erfolgt also über den ersten Hebelarm und den Kraftsensor. Dabei können beliebige Kraftsensoren verwendet werden. Die Drehmomentmesseinrichtung ist dadurch besonders einfach und robust aufgebaut, was zu einer zuverlässigen Funktion führt.The object is achieved by a torque measuring device of the type mentioned at the outset, with a rotating unit which is at least partially rotatable about a central axis on a carrier unit, with a first lever arm, a first end of the first lever arm being connected to the rotating unit and a second end of the first lever arm is coupled to the carrier unit via a first force sensor, and with an actuation interface to which an operating element of the operating unit can be coupled, the rotating unit coupling the actuation interface and the first end of the first lever arm in a torque-transmitting manner. The rotating unit can be designed as any desired rotatably mounted body. For example, the rotating unit comprises a shaft or a shaft section. The torque introduced into the rotating unit via the actuation interface is thus supported via the first lever arm and the force sensor. The first lever arm can therefore also be referred to as a torque support. It goes without saying that the coupling of the second end of the first lever arm takes place outside of the rotating unit. The torque is measured using the first lever arm and the force sensor. Any force sensors can be used. The torque measuring device is therefore particularly simple and robust, which leads to reliable functioning.

Die Kernidee der Erfindung besteht somit darin, anstelle eines spezifischen Drehmomentsensors einen einfach aufgebauten Kraftsensor zu verwenden und diesen über einen Hebel mit der Dreheinheit zu koppeln.The core idea of the invention is therefore to use a simply constructed force sensor instead of a specific torque sensor and to couple it to the rotating unit via a lever.

Vorteilhafterweise ist dabei die Dreheinheit über ein Kugellager an der Trägereinheit gelagert. Insbesondere sind zwei Kugellager vorgesehen, die entlang der Mittelachse der Dreheinheit voneinander beabstandet sind. Durch die damit verbundene, reibungsarme Lagerung der Dreheinheit wird eine präzise Drehmomentmessung sichergestellt.The rotating unit is advantageously mounted on the carrier unit via a ball bearing. In particular, two ball bearings are provided which are spaced from one another along the central axis of the rotary unit. The associated, low-friction mounting of the turntable ensures precise torque measurement.

Gemäß einer Ausführungsform ist ein zweiter Hebelarm vorgesehen, dessen erstes Ende mit der Dreheinheit verbunden ist, sodass die Dreheinheit die Betätigungsschnittstelle und das erste Ende des zweiten Hebelarms drehmomentleitend koppelt, und dessen zweites Ende über einen zweiten Kraftsensor mit der Trägereinheit gekoppelt ist, wobei das zweite Ende des ersten Hebelarms und das zweite Ende des zweiten Hebelarms auf entgegengesetzten Seiten der Dreheinheit angeordnet sind. Ein in eine erste Richtung anliegendes Drehmoment wird somit über den ersten Hebelarm und den ersten Kraftsensor gemessen. Ein in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung anliegendes Drehmoment wird über den zweiten Hebelarm und den zweiten Kraftsensor gemessen. Eine derartige Drehmomentmesseinrichtung wirkt also beidseitig. Mit anderen Worten können Drehmomente unabhängig von ihrer Orientierung gemessen werden.According to one embodiment, a second lever arm is provided, the first end of which is connected to the rotating unit, so that the rotating unit couples the actuation interface and the first end of the second lever arm in a torque-conducting manner, and the second end of which is coupled to the carrier unit via a second force sensor, the second End of the first lever arm and the second end of the second lever arm are arranged on opposite sides of the rotating unit. A torque applied in a first direction is thus measured via the first lever arm and the first force sensor. A torque applied in a second direction opposite to the first direction is measured by the second lever arm and the second force sensor. Such a torque measuring device thus acts on both sides. In other words, torques can be measured regardless of their orientation.

Dabei können der erste Hebelarm und der zweite Hebelarm durch ein gemeinsames, die Dreheinheit quer zur Mittelachse übergreifendes Hebelbauteil gebildet sein. Auf diese Weise ist der Aufbau der Drehmomentmesseinrichtung besonders einfach. Vorzugsweise ist das gemeinsame Hebelbauteil bügelförmig gestaltet, wobei die beiden Hebelarme jeweils durch Endabschnitte des gemeinsamen Hebelbauteils gebildet sind und ein Mittelabschnitt mit der Dreheinheit verbunden ist.The first lever arm and the second lever arm can be formed by a common lever component that crosses the rotary unit transversely to the central axis. In this way, the construction of the torque measuring device is particularly simple. The common lever component is preferably designed in the shape of a bow, the two lever arms each being formed by end sections of the common lever component and a central section being connected to the rotating unit.

Gemäß einer Variante umfasst die Dreheinheit ein Getriebe, wobei die Betätigungsschnittstelle über das Getriebe mit dem ersten Ende des ersten Hebelarms und/oder dem ersten Ende des zweiten Hebelarms drehmomentleitend gekoppelt ist. Dabei ist das Getriebe vorzugsweise so ausgebildet, dass ein großer Betätigungswinkel an der Betätigungsschnittstelle in einen vergleichsweise kleinen Betätigungswinkel des jeweils wirkenden Hebelarms übersetzt wird. Auf diese Weise kann das über die Betätigungsschnittstelle eingeleitete Drehmoment besonders präzise gemessen werden.According to a variant, the rotary unit comprises a gear, the actuation interface being coupled to the first end of the first lever arm and / or the first end of the second lever arm in a torque-transmitting manner via the gear. The transmission is preferably designed so that a large actuation angle at the actuation interface is translated into a comparatively small actuation angle of the lever arm acting in each case. In this way it can be done via the Actuating interface introduced torque can be measured particularly precisely.

Alternativ oder zusätzlich umfasst die Dreheinheit einen Elektromotor, wobei ein vom Elektromotor generiertes Drehmoment an der Betätigungsschnittstelle bereitstellbar ist. Mittels des Elektromotors kann über die Betätigungsschnittstelle ein sogenanntes Rückstellmoment oder eine sogenannte Rückstellkraft bereitgestellt werden. Derartige Kräfte werden auch als Feedback oder Force Feedback bezeichnet. Sie führen zu einer intuitiven Bedienbarkeit eines über die Betätigungsschnittstelle mit der Drehmomentmesseinrichtung gekoppelten Bedienelements.Alternatively or additionally, the rotating unit comprises an electric motor, with a torque generated by the electric motor being able to be provided at the actuation interface. By means of the electric motor, a so-called restoring torque or a so-called restoring force can be provided via the actuation interface. Such forces are also referred to as feedback or force feedback. They lead to an intuitive operability of an operating element coupled to the torque measuring device via the actuation interface.

Für den Fall, dass die Drehmomentmesseinrichtung sowohl einen Elektromotor als auch ein Getriebe umfasst, sind diese bevorzugt entlang der Mittelachse hintereinander angeordnet. Dabei kann das Getriebe eine Übersetzung einer Motordrehzahl ins Langsame bewirken. Es kann somit ein vergleichsweise kleines, vom Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment in ein vergleichsweise großes, an der Betätigungsschnittstelle bereitstellbares Drehmoment übersetzt werden. Es ist somit nur ein vergleichsweise kleiner und/oder schwacher Elektromotor nötig. Gleichzeitig ergibt sich durch die genannte Anordnung von Elektromotor und Getriebe insgesamt ein kompakter Aufbau der Drehmomentmesseinrichtung.In the event that the torque measuring device comprises both an electric motor and a transmission, these are preferably arranged one behind the other along the central axis. The transmission can bring about a reduction of an engine speed. A comparatively small torque provided by the electric motor can thus be translated into a comparatively large torque that can be provided at the actuation interface. Only a comparatively small and / or weak electric motor is therefore necessary. At the same time, the aforementioned arrangement of the electric motor and transmission results in a compact design of the torque measuring device.

Vorzugsweise sind der Elektromotor und das Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet oder ein Elektromotorgehäuse ist mit einem davon separaten Getriebegehäuse drehfest gekoppelt. Eine Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse ist dabei besonders einfach und platzsparend. Gleiches gilt für ein mit dem Getriebegehäuse gekoppeltes Elektromotorgehäuse. In allen Alternativen sind der Elektromotor und das Getriebe gemeinsam drehbar an der Trägereinheit gelagert.The electric motor and the transmission are preferably arranged in a common housing or an electric motor housing is coupled in a rotationally fixed manner to a transmission housing which is separate from it. An arrangement in a common housing is particularly simple and space-saving. The same applies to an electric motor housing coupled to the gear housing. In all alternatives, the electric motor and the transmission are rotatably mounted together on the carrier unit.

Vorteilhafterweise ist bzw. sind dabei das erste Ende des ersten Hebelarms und/oder das erste Ende des zweiten Hebelarms mit dem gemeinsamen Gehäuse der Dreheinheit, dem Elektromotorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verbunden. Auf diese Weise ist es besonders einfach, ein über die Betätigungsschnittstelle eingebrachtes Drehmoment unter Zwischenschaltung des Getriebes und/oder des Elektromotors präzise und zuverlässig zu messen.The first end of the first lever arm and / or the first end of the second lever arm is / are advantageously connected to the common housing of the rotary unit, the electric motor housing or the gear housing. In this way, it is particularly easy to precisely and reliably measure a torque introduced via the actuation interface with the interposition of the transmission and / or the electric motor.

Ferner wird die Aufgabe durch eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung und mit einem Bedienelement gelöst, das an der Betätigungsschnittstelle der Drehmomentmesseinrichtung angekoppelt ist. Eine derartige Bedieneinheit ist einfach aufgebaut und zuverlässig in ihrer Funktion. Die bereits hinsichtlich der Drehmomentmesseinrichtung erläuterten Effekte und Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für die Bedieneinheit. Die Bedieneinheit ist insbesondere eine Steer-by-wire-Einheit.Furthermore, the object is achieved by an operating unit for a vehicle, with a torque measuring device according to the invention and with an operating element which is coupled to the actuation interface of the torque measuring device. Such an operating unit is simple in construction and reliable in its function. The effects and advantages already explained with regard to the torque measuring device also apply in a corresponding manner to the operating unit. The operating unit is in particular a steer-by-wire unit.

Vorzugsweise ist das Bedienelement ein Steuerknüppel, ein Betätigungshebel oder ein Lenkrad. In diesem Zusammenhang werden Steuerknüppel auch als „Joy Stick“ bezeichnet. Solche Bedienelemente erlauben es einem Benutzer, ein Fahrzeug auf einfache und intuitive Weise zu bedienen.The operating element is preferably a control stick, an operating lever or a steering wheel. In this context, control sticks are also referred to as “joy sticks”. Such control elements allow a user to operate a vehicle in a simple and intuitive manner.

Zudem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Messung eines über ein Bedienelement in eine Bedieneinheit für ein Fahrzeug eingebrachten Drehmoments gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  1. a) Drehbewegen einer drehbar an einer Trägereinheit gelagerten Dreheinheit mittels des Bedienelements,
  2. b) Abstützen der Drehbewegung der Dreheinheit an der Trägereinheit über einen Kraftsensor, der über einen Hebelarm mit der Dreheinheit gekoppelt ist, und
  3. c) Errechnen des mittels des Bedienelements eingebrachten Drehmoments aus der mittels des Kraftsensors gemessenen Kraft und der zugeordneten Hebellänge des Hebelarms.
In addition, the object is achieved by a method for measuring a torque introduced into an operating unit for a vehicle via an operating element. The procedure consists of the following steps:
  1. a) rotary movement of a rotary unit mounted rotatably on a carrier unit by means of the operating element,
  2. b) supporting the rotary movement of the rotary unit on the carrier unit via a force sensor which is coupled to the rotary unit via a lever arm, and
  3. c) Calculating the torque introduced by means of the operating element from the force measured by means of the force sensor and the associated lever length of the lever arm.

Mittels eines derartigen Verfahrens lassen sich eingebrachte Drehmomente besonders einfach und zuverlässig messen. Insbesondere sind hierfür keine speziellen Drehmomentsensoren notwendig. Konventionelle Kraftsensoren sind ausreichend. Dabei kann das Verfahren auch für mehrere zur Drehmomentabstützung vorgesehene Hebelarme ausgeführt werden. Dies gilt insbesondere für Drehmomentmesseinrichtungen, die in zwei entgegengesetzte Richtungen wirkende Drehmomente erfassen können.With such a method, introduced torques can be measured particularly easily and reliably. In particular, no special torque sensors are necessary for this. Conventional force sensors are sufficient. The method can also be carried out for several lever arms provided for torque support. This applies in particular to torque measuring devices that can detect torques acting in two opposite directions.

Die Dreheinheit kann ein Getriebe umfassen, sodass dem Bedienelement und dem Hebelarm das Getriebe drehmomentleitend zwischengeschaltet ist, wobei beim Errechnen des mittels des Bedienelements eingebrachten Drehmoments zusätzlich die dem Getriebe eingeprägte Übersetzung verwendet wird. Auf diese Weise können eingebrachte Drehmomente besonders genau erfasst werden. Zudem lässt sich über ein Getriebe der Bereich der zu erfassenden Drehmomente, die über das Bedienelement eingebracht werden, auf einen dem Kraftsensor eingeprägten Erfassungsbereich abstimmen. Das Getriebe wandelt also die eingebrachten Drehmomente so, dass der Kraftsensor in seinem vorgegebenen Betriebsbereich genutzt werden kann.The rotating unit can comprise a gear so that the gear is interposed between the operating element and the lever arm in a torque-transmitting manner, the gear ratio impressed on the gear being additionally used when calculating the torque introduced by the operating element. In this way, introduced torques can be recorded particularly precisely. In addition, the range of torques to be detected, which are introduced via the operating element, can be matched to a detection area impressed on the force sensor via a transmission. The transmission converts the torque introduced so that the force sensor can be used in its specified operating range.

Ebenso kann die Dreheinheit einen Elektromotor umfassen, mittels dem ein Drehmoment in das Bedienelement einleitbar ist, wobei beim Errechnen des mittels des Bedienelements eingebrachten Drehmoments ein aus dem vom Elektromotor eingeleiteten Drehmoment und dem mittels des Bedienelements eingebrachten Drehmoment resultierendes Summendrehmoment errechnet wird. Wie bereits erläutert, kann mittels des Elektromotors ein Rückstellmoment oder eine Rückstellkraft bereitgestellt werden.The rotating unit can also comprise an electric motor, by means of which a torque in the operating element can be introduced, wherein when calculating the torque introduced by means of the operating element, a total torque resulting from the torque introduced by the electric motor and the torque introduced by means of the operating element is calculated. As already explained, a restoring torque or a restoring force can be provided by means of the electric motor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:

  • - 1 eine erfindungsgemäße Bedieneinheit mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung, wobei ein Bedienelement als Steuerknüppel ausgeführt ist,
  • - 2 eine erfindungsgemäße Bedieneinheit mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung, wobei ein Bedienelement als Lenkrad ausgeführt ist,
  • - 3 die Bedieneinheit aus 1 in einer Detailansicht,
  • - 4 die Bedieneinheit aus 3 in einem Längsschnitt, und
  • - 5 die Bedieneinheit aus 4 in einem Querschnitt V-V.
The invention is explained below with the aid of various exemplary embodiments which are shown in the accompanying drawings. Show it:
  • - 1 an operating unit according to the invention with a torque measuring device according to the invention, wherein one operating element is designed as a control stick,
  • - 2 an operating unit according to the invention with a torque measuring device according to the invention, wherein one operating element is designed as a steering wheel,
  • - 3 the control unit 1 in a detailed view,
  • - 4th the control unit 3 in a longitudinal section, and
  • - 5 the control unit 4th in a cross section VV.

1 zeigt eine Bedieneinheit 10 für ein Fahrzeug, die eine Drehmomentmesseinrichtung 12 umfasst, an der über eine Betätigungsschnittstelle 14 ein Bedienelement 16 in Form eines Steuerknüppels angekoppelt ist. 1 shows a control unit 10 for a vehicle that has a torque measuring device 12 includes, at the via an actuation interface 14th a control element 16 is coupled in the form of a control stick.

Alternativ zum Steuerknüppel kann das Bedienelement 16 auch ein Lenkrad sein (vgl. 2).As an alternative to the joystick, the control element 16 also be a steering wheel (cf. 2 ).

Die Drehmomentmesseinrichtung 12 ist in den 3 bis 5 im Detail zu sehen. Dabei ist das Bedienelement 16, das an die Betätigungsschnittstelle 14 angekoppelt ist, in diesen Figuren nur teilweise dargestellt.The torque measuring device 12 is in the 3 to 5 to see in detail. Here is the control element 16 that is connected to the actuation interface 14th is coupled, shown only partially in these figures.

Über die Betätigungsschnittstelle 14 ist darüber hinaus das Bedienelement 16 drehmomentleitend mit einer Dreheinheit 18 verbunden, die begrenzt um eine Mittelachse 20 drehbar an einer Trägereinheit 22 der Drehmomentmesseinrichtung 12 gelagert ist.Via the actuation interface 14th is also the control element 16 Torque transferring with a rotating unit 18th connected that bounded around a central axis 20th rotatable on a carrier unit 22nd the torque measuring device 12 is stored.

Hierfür sind zwei Kugellager 24 vorgesehen.There are two ball bearings for this 24 intended.

Die Trägereinheit 22 ist dabei als ein Gehäuse ausgebildet und in der 3 nur schematisch dargestellt.The carrier unit 22nd is designed as a housing and in the 3 only shown schematically.

In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Dreheinheit 18 ein Getriebe 26 und einen Elektromotor 28.In the embodiment shown, the rotating unit comprises 18th a gear 26th and an electric motor 28 .

Dabei ist die Betätigungsschnittstelle 14 über das Getriebe 26 mit dem Elektromotor 28 gekoppelt. In umgekehrter Richtung kann ein vom Elektromotor 28 generiertes Drehmoment an der Betätigungsschnittstelle 14 bereitgestellt werden.The actuation interface is here 14th about the gearbox 26th with the electric motor 28 coupled. In the opposite direction, an electric motor 28 generated torque at the actuation interface 14th to be provided.

Der Elektromotor 28 und das Getriebe 26 sind vorliegend in einem gemeinsamen Gehäuse 30 angeordnet.The electric motor 28 and the transmission 26th are present in a common housing 30th arranged.

Mit dem gemeinsamen Gehäuse 30 ist darüber hinaus ein Hebelbauteil 32 verbunden, das die Dreheinheit 18 quer zur Mittelachse 20 übergreift.With the common housing 30th is also a lever component 32 connected that the turntable 18th transverse to the central axis 20th overlaps.

Genauer gesagt ist das Hebelbauteil 32 über einen Mittelabschnitt 32a mit dem gemeinsamen Gehäuse 30 der Dreheinheit 18 verbunden.More precisely, is the lever component 32 over a middle section 32a with the common housing 30th the turntable 18th connected.

Ein erstes Ende 32b des Hebelbauteils 32 stellt ferner einen ersten Hebelarm 34 dar und ein zweites Ende 32c des Hebelbauteils 32, das dem ersten Ende 32b entgegengesetzt ist, einen zweiten Hebelarm 36 (siehe 5).A first ending 32b of the lever component 32 also provides a first lever arm 34 dar and a second end 32c of the lever component 32 that the first end 32b is opposite, a second lever arm 36 (please refer 5 ).

Anders gesagt sind ein erstes Ende des ersten Hebelarms 34 und ein erstes Ende des zweiten Hebelarms 36 mit dem gemeinsamen Gehäuse 30 verbunden.In other words, a first end of the first lever arm 34 and a first end of the second lever arm 36 with the common housing 30th connected.

Die jeweils zweiten Enden der Hebelarme 34, 36 sind über Kraftsensoren mit der Trägereinheit 22 gekoppelt.The respective second ends of the lever arms 34 , 36 are connected to the carrier unit via force sensors 22nd coupled.

Es ist somit das zweite Ende des ersten Hebelarms 34 über einen ersten Kraftsensor 38 mit der Trägereinheit 22 gekoppelt und das zweite Ende des zweiten Hebelarms 36 über einen zweiten Kraftsensor 40 (siehe 5).It is therefore the second end of the first lever arm 34 via a first force sensor 38 with the carrier unit 22nd coupled and the second end of the second lever arm 36 via a second force sensor 40 (please refer 5 ).

Dabei sind das zweite Ende des ersten Hebelarms 34 und das zweite Ende des zweiten Hebelarms 36 auf entgegengesetzten Seiten der Dreheinheit 18 angeordnet.Here are the second end of the first lever arm 34 and the second end of the second lever arm 36 on opposite sides of the turntable 18th arranged.

Folglich ist das Bedienelement 16 über die Betätigungsschnittstelle 14 und die Dreheinheit 18 mit dem ersten Ende des ersten Hebelarms 34 und dem ersten Ende des zweiten Hebelarms 36 drehmomentleitend gekoppelt.Hence the control element 16 via the actuation interface 14th and the turntable 18th with the first end of the first lever arm 34 and the first end of the second lever arm 36 Coupled to conduct torque.

Mit der Drehmomentmesseinrichtung 12 kann ein Verfahren zur Messung eines über das Bedienelement 16 in die Bedieneinheit 10 eingebrachten Drehmoments ausgeführt werden.With the torque measuring device 12 can be a method of measuring a via the control element 16 into the control unit 10 introduced torque.

Dabei wird beispielsweise über das Bedienelement 16 ein mittels des Pfeils 42 symbolisiertes Drehmoment in die Betätigungsschnittstelle 14 eingebracht (siehe 3 und 5).For example, the control element 16 one by means of the arrow 42 symbolized torque in the actuation interface 14th introduced (see 3 and 5 ).

Aufgrund dessen wird die Dreheinheit 18 in eine Drehbewegung versetzt.Because of this, the turntable 18th set in a rotary motion.

Diese Drehbewegung kann mit der Richtung des mittels des Pfeils 42 symbolisierten Drehmoments gleichgerichtet sein. In der dargestellten Ausführungsform findet die Drehbewegung des gemeinsamen Gehäuses 30 der Dreheinheit 18 jedoch aufgrund der Wirkung des Getriebes 26 in eine entgegengesetzte Richtung statt, die mittels des Pfeils 44 symbolisiert ist.This rotary movement can be compared with the direction of the arrow 42 symbolized torque be rectified. In the embodiment shown, the rotary movement of the common housing takes place 30th the turntable 18th but due to the action of the gearbox 26th in an opposite direction, indicated by the arrow 44 is symbolized.

Die Drehbewegung der Dreheinheit wird über den ersten Hebelarm 34 und den ersten Kraftsensor 38 an der Trägereinheit 22 abgestützt.The rotary movement of the turntable is via the first lever arm 34 and the first force sensor 38 on the carrier unit 22nd supported.

Es kann also mittels des Kraftsensors 38 eine Kraft erfasst werden, die dann über die dem ersten Hebelarm 34 zugeordnete Hebellänge und die dem Getriebe 26 eingeprägte Übersetzung in ein Drehmoment umgerechnet wird.So it can by means of the force sensor 38 a force can be detected, which is then applied to the first lever arm 34 assigned lever length and the gearbox 26th impressed translation is converted into a torque.

Für den Fall, dass zugleich mittels des Elektromotors 28 ein Drehmoment in das Bedienelement 16 eingeleitet wird, wird an dieser Stelle ein aus dem vom Elektromotor 28 eingeleiteten Drehmoment und dem mittels des Bedienelements 16 eingebrachten Drehmoment resultierendes Summendrehmoment errechnet.In the event that at the same time by means of the electric motor 28 a torque in the control element 16 is initiated, at this point one of the from the electric motor 28 introduced torque and by means of the control element 16 applied torque, the resulting total torque is calculated.

Claims (12)

Drehmomentmesseinrichtung (12) für eine Bedieneinheit (10) für ein Fahrzeug, mit einer Dreheinheit (18), die zumindest begrenzt um eine Mittelachse (20) drehbar an einer Trägereinheit (22) gelagert ist, mit einem ersten Hebelarm (34), wobei ein erstes Ende des ersten Hebelarms (34) mit der Dreheinheit (18) verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Hebelarms (34) über einen ersten Kraftsensor (38) mit der Trägereinheit (22) gekoppelt ist, und mit einer Betätigungsschnittstelle (14), an die ein Bedienelement (16) der Bedieneinheit (10) ankoppelbar ist, wobei die Dreheinheit (18) die Betätigungsschnittstelle (14) und das erste Ende des ersten Hebelarms (34) drehmomentleitend koppelt.Torque measuring device (12) for an operating unit (10) for a vehicle, with a rotating unit (18) which is at least to a limited extent rotatably mounted about a central axis (20) on a carrier unit (22), with a first lever arm (34), wherein a first end of the first lever arm (34) is connected to the rotating unit (18) and a second end of the first lever arm (34) is coupled to the carrier unit (22) via a first force sensor (38) is and with an operating interface (14) to which an operating element (16) of the operating unit (10) can be coupled, the rotating unit (18) coupling the operating interface (14) and the first end of the first lever arm (34) in a torque-transmitting manner. Drehmomentmesseinrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Hebelarm (36) vorgesehen ist, dessen erstes Ende mit der Dreheinheit (18) verbunden ist, sodass die Dreheinheit (18) die Betätigungsschnittstelle (14) und das erste Ende des zweiten Hebelarms (36) drehmomentleitend koppelt, und dessen zweites Ende über einen zweiten Kraftsensor (40) mit der Trägereinheit (22) gekoppelt ist, wobei das zweite Ende des ersten Hebelarms (34) und das zweite Ende des zweiten Hebelarms (36) auf entgegengesetzten Seiten der Dreheinheit (18) angeordnet sind.Torque measuring device (12) according to Claim 1 , characterized in that a second lever arm (36) is provided, the first end of which is connected to the rotating unit (18), so that the rotating unit (18) couples the actuation interface (14) and the first end of the second lever arm (36) in a torque-transmitting manner, and the second end of which is coupled to the carrier unit (22) via a second force sensor (40), the second end of the first lever arm (34) and the second end of the second lever arm (36) being arranged on opposite sides of the rotating unit (18) . Drehmomentmesseinrichtung (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (34) und der zweite Hebelarm (36) durch ein gemeinsames, die Dreheinheit (18) quer zur Mittelachse (20) übergreifendes Hebelbauteil (32) gebildet sind.Torque measuring device (12) according to Claim 2 , characterized in that the first lever arm (34) and the second lever arm (36) are formed by a common lever component (32) which crosses the rotating unit (18) transversely to the central axis (20). Drehmomentmesseinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (18) ein Getriebe (26) umfasst, wobei die Betätigungsschnittstelle (14) über das Getriebe (26) mit dem ersten Ende des ersten Hebelarms (34) und/oder dem ersten Ende des zweiten Hebelarms (36) drehmomentleitend gekoppelt ist.Torque measuring device (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating unit (18) comprises a gear (26), the actuation interface (14) via the gear (26) with the first end of the first lever arm (34) and / or the first end of the second lever arm (36) is coupled to conduct torque. Drehmomentmesseinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (18) einen Elektromotor (28) umfasst, wobei ein vom Elektromotor (28) generiertes Drehmoment an der Betätigungsschnittstelle (14) bereitstellbar ist.Torque measuring device (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating unit (18) comprises an electric motor (28), with a torque generated by the electric motor (28) being able to be provided at the actuating interface (14). Drehmomentmesseinrichtung (12) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (28) und das Getriebe (26) in einem gemeinsamen Gehäuse (30) angeordnet sind oder dass ein Elektromotorgehäuse mit einem davon separaten Getriebegehäuse drehfest gekoppelt ist.Torque measuring device (12) according to Claim 4 and 5 , characterized in that the electric motor (28) and the gear (26) are arranged in a common housing (30) or that an electric motor housing is coupled in a rotationally fixed manner to a gear housing separate therefrom. Drehmomentmesseinrichtung (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende des ersten Hebelarms (34) und/oder das erste Ende des zweiten Hebelarms (36) mit dem gemeinsamen Gehäuse (30) der Dreheinheit, dem Elektromotorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verbunden sind bzw. ist.Torque measuring device (12) according to Claim 6 , characterized in that the first end of the first lever arm (34) and / or the first end of the second lever arm (36) are or is connected to the common housing (30) of the rotary unit, the electric motor housing or the gear housing. Bedieneinheit (10) für ein Fahrzeug, mit einer Drehmomentmesseinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Bedienelement (16), das an der Betätigungsschnittstelle (14) der Drehmomentmesseinrichtung (12) angekoppelt ist.Control unit (10) for a vehicle, with a torque measuring device (12) according to one of the preceding claims and with an operating element (16) which is coupled to the actuation interface (14) of the torque measuring device (12). Bedieneinheit (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (16) ein Steuerknüppel, ein Betätigungshebel oder ein Lenkrad ist.Control unit (10) Claim 8 , characterized in that the operating element (16) is a joystick, an operating lever or a steering wheel. Verfahren zur Messung eines über ein Bedienelement (16) in eine Bedieneinheit (10) für ein Fahrzeug eingebrachten Drehmoments, mit den folgenden Schritten: a) Drehbewegen einer drehbar an einer Trägereinheit (22) gelagerten Dreheinheit (18) mittels des Bedienelements (16), b) Abstützen der Drehbewegung der Dreheinheit (18) an der Trägereinheit (22) über einen Kraftsensor (38, 40), der über einen Hebelarm (34, 36) mit der Dreheinheit (18) gekoppelt ist, und c) Errechnen des mittels des Bedienelements (16) eingebrachten Drehmoments aus der mittels des Kraftsensors (38, 40) gemessenen Kraft und der zugeordneten Hebellänge des Hebelarms (34, 36).Method for measuring a torque introduced into an operating unit (10) for a vehicle via an operating element (16), with the following steps: a) rotating a rotating unit (18) mounted rotatably on a carrier unit (22) by means of the operating element (16), b) supporting the rotational movement of the rotating unit (18) on the carrier unit (22) via a force sensor (38, 40) which a lever arm (34, 36) is coupled to the rotating unit (18), and c) calculating the torque introduced by means of the operating element (16) from the force measured by means of the force sensor (38, 40) and the assigned lever length of the lever arm (34, 36). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (18) ein Getriebe (26) umfasst, sodass dem Bedienelement (16) und dem Hebelarm (34, 36) das Getriebe (26) drehmomentleitend zwischengeschaltet ist, wobei beim Messen des mittels des Bedienelements (16) eingebrachten Drehmoments zusätzlich die dem Getriebe (26) eingeprägte Übersetzung verwendet wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the rotary unit (18) comprises a gear (26), so that the control element (16) and the lever arm (34, 36) are interposed with the gear (26) in a torque-transmitting manner, whereby when measuring by means of the control element (16) introduced torque is also used the gear unit (26) impressed translation. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (18) einen Elektromotor (28) umfasst, mittels dem ein Drehmoment in das Bedienelement (16) einleitbar ist, wobei beim Messen des mittels des Bedienelements (16) eingebrachten Drehmoments ein aus dem vom Elektromotor (28) eingeleiteten Drehmoment und dem mittels des Bedienelements (16) eingebrachten Drehmoment resultierendes Summendrehmoment bestimmt wird.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the rotating unit (18) comprises an electric motor (28), by means of which a torque can be introduced into the operating element (16), wherein when measuring the torque introduced by means of the operating element (16) a torque from the electric motor (28) introduced torque and the torque introduced by means of the operating element (16) resulting total torque is determined.
DE102019120874.2A 2019-08-01 2019-08-01 Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque Pending DE102019120874A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019120874.2A DE102019120874A1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019120874.2A DE102019120874A1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019120874A1 true DE102019120874A1 (en) 2021-02-04

Family

ID=74174916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019120874.2A Pending DE102019120874A1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019120874A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4279358A1 (en) * 2022-05-19 2023-11-22 Arnold NextG GmbH Steering input device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19543421A1 (en) * 1994-11-21 1996-05-23 Alps Electric Co Ltd Torque sensor
DE19829531A1 (en) * 1998-07-02 2000-01-05 Zahnradfabrik Friedrichshafen Power steering with hydraulic power assistance

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19543421A1 (en) * 1994-11-21 1996-05-23 Alps Electric Co Ltd Torque sensor
DE19829531A1 (en) * 1998-07-02 2000-01-05 Zahnradfabrik Friedrichshafen Power steering with hydraulic power assistance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4279358A1 (en) * 2022-05-19 2023-11-22 Arnold NextG GmbH Steering input device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102020105797B4 (en) Method for steering a vehicle, actuator for rear-axle steering of a vehicle and rear-axle steering with such an actuator
EP2080685B1 (en) Rotational torque sensing by means of integrated strain gauge
EP2124117A1 (en) Operating device for operating a machine tool
EP3504389B1 (en) Sensing system for detecting actuation of a handle device of a vehicle
EP3614228A1 (en) Operating lever with active feedback unit
DE102019120874A1 (en) Torque measuring device for an operating unit for a vehicle, operating unit and method for measuring a torque
EP2108932A2 (en) Torque sensor by axial displacement
DE112019000464T5 (en) DEVICE FOR USE WHEN TURNING STEERABLE VEHICLE WHEELS
DE102017118569A1 (en) Detection system for detecting an actuation in a grip device of a vehicle
DE102020104136A1 (en) Electromechanical power steering with one-piece sensor shaft and magneto-elastic torque sensor
DE102008014206B3 (en) Torque sensing using integrated strain gauges
DE102019109886A1 (en) Manual force actuator with a sensor system for torque detection
DE102018126337A1 (en) Electromechanical steering arrangement and method for operating a steering arrangement
WO2014067518A1 (en) Shift device for a derailleur of a bicycle
DE102021125358A1 (en) Steering actuator for a steer-by-wire steering system
EP4026753A1 (en) Method for determining the wear of a steering system of a vehicle
DE4317464C1 (en) Power assistance for the gearshift of a motor vehicle transmission
DE102011014472A1 (en) Method and device for determining a torque
DE102016116956A1 (en) Steering column assembly of a vehicle and assembly process
DE102020108981A1 (en) Sensor arrangement for detecting the absolute angular position of a steering element
DE102020109952A1 (en) Steering control unit with compact, stowable actuator
EP0289518B1 (en) Measurement system for determining the differential rotation angle or differential torque of a machine part subjected to torsion
DE102019111993A1 (en) Feedback actuator for a steering device
DE102007015338A1 (en) Electromechanical steering system i.e. rack and pinion steering system, for motor vehicle i.e. passenger car, has tie-rod articulation projecting into recess in stop position of system, so that articulation is radially surrounded by bearing
DE10248695A1 (en) Detector of relative rotary motion in vehicle steering device has first threaded gearbox part rotatable and axially rigid relative to housing, second part rotatable relative to first, axially guided

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified