DE102020104135B4 - SAW torque sensor for a steering shaft of an electromechanical power steering system of a motor vehicle - Google Patents

SAW torque sensor for a steering shaft of an electromechanical power steering system of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Lenkeinheit aufweisend eine einteilige Sensorwelle (17) und eine Drehmomentsensoreinheit (13) zum Erfassen eines in die Sensorwelle (17) eingeleiteten Drehmoments, wobei die Sensorwelle (17) in einem ersten Endbereich einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Lenkmittel (3) aufweist, und in ihrem zweiten Endbereich in einem Getriebegehäuse (18) drehbar gelagert ist, und wobei die Sensorwelle (17) wenigstens eine Flachstelle (22,23) aufweist, die sich parallel zur Längsachse der Sensorwelle (17) erstreckt, wobei die Drehmomentsensoreinheit (13) umfasst:- einen drahtlos abfragbaren Oberflächenwellensensor (130), der auf der Flachstelle (23) angeordnet ist,- eine Sende- und Empfangsantenne (25), die dazu eingerichtet ist, den Oberflächenwellensensor (130) anzusprechen und abzufragen, und die die Sensorwelle (17) im Bereich des Oberflächenwellensensors (130) umfangseitig über einen Winkelbereich von mindestens 150° umgibt,- und eine Kunststoffhülse (28), die die Antenne (25) umfangseitig umgibt, wobei die Kunststoffhülse (28) an einem Innenrohr (27) befestigbar ist.Steering unit comprising a one-piece sensor shaft (17) and a torque sensor unit (13) for detecting a torque introduced into the sensor shaft (17), the sensor shaft (17) having a connection region in a first end region for connecting to a steering means (3), and in its second end region is rotatably mounted in a gear housing (18), and wherein the sensor shaft (17) has at least one flat point (22, 23) which extends parallel to the longitudinal axis of the sensor shaft (17), the torque sensor unit (13) comprising: - a wirelessly interrogatable surface wave sensor (130), which is arranged on the flat spot (23), - a transmitting and receiving antenna (25), which is set up to address and interrogate the surface wave sensor (130), and which the sensor wave (17) in the area of the surface wave sensor (130) on the circumference over an angular range of at least 150 °, - and a plastic sleeve (28) which surrounds the antenna (25) on the circumference, the plastic sleeve (28) being attachable to an inner tube (27).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkeinheit, insbesondere für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges sowie ein elektromechanisches Lenksystem mit einer solchen Lenkeinheit.The present invention relates to a steering unit, in particular for an electromechanical power steering system of a motor vehicle, and an electromechanical steering system with such a steering unit.

Drehmomentsensoren weisen herkömmlicherweise einen Drehwinkelsensor auf. 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.Torque sensors conventionally have a rotation angle sensor. Here, two shaft parts that can rotate to a limited extent relative to one another are elastically coupled to one another via a torsion spring. If one 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. To accurately determine the torque, it is important to be able to precisely measure the angle of rotation.

Ein solcher Drehmomentsensor ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 043 502 A1 bekannt. An der oberen Lenkwelle ist dabei ein Ringmagnet angeordnet, während auf der unteren Lenkwelle ein Halter mit einem magnetischen Stator angebracht ist, welcher dem Dauermagneten in radialer Richtung über einen kleinen Luftspalt gegenüberliegt. Über den Stator, welcher üblicherweise aus zwei separaten Statorteilen besteht, wird der magnetische Fluss des Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter geleitet, welche dann den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor - beispielsweise einen Hall-Sensor - abgeben.Such a torque sensor is, for example, from the published patent application DE 10 2007 043 502 A1 known. A ring magnet is arranged on the upper steering shaft, while a holder with a magnetic stator is attached to the lower steering shaft, which lies opposite the permanent magnet in the radial direction via a small air gap. Via the stator, which usually consists of two separate stator parts, the magnetic flux of the magnet is directed to a first and a second flux conductor, which then deliver the magnetic flux to a magnetic sensor - for example a Hall sensor.

Nachteilig an dieser dreiteiligen Welle und dem Drehmomentsensor ist die große Anzahl an Einzelteilen, was entsprechend hohe Kosten verursacht.The disadvantage of this three-part shaft and the torque sensor is the large number of individual parts, which results in correspondingly high costs.

Aus der Schrift EP 1 031 491 A1 ist eine Lenkeinheit mit einer einteiligen Sensorwelle und einer Drehmomentsensoreinheit mit einem drahtlos abfragbaren Oberflächenwellensensor bekannt.From Scripture EP 1 031 491 A1 a steering unit with a one-piece sensor shaft and a torque sensor unit with a wirelessly interrogatable surface wave sensor is known.

Die Schrift DE 10 2012 223 273 A1 offenbart einen magnetostriktiven Drehmomentsensor für beispielsweise eine elektrische Servolenkung.The font DE 10 2012 223 273 A1 discloses a magnetostrictive torque sensor for, for example, an electric power steering.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinheit mit einer Drehmomentsensoreinheit vorzuschlagen, die wenig Einzelteile aufweist und einfach zu montieren ist.It is therefore an object of the present invention to propose a steering unit with a torque sensor unit that has few individual parts and is easy to assemble.

Diese Aufgabe wird von einer Lenkeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein elektromechanisches Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved by a steering unit with the features of claim 1. Furthermore, the task is solved by an electromechanical steering system with the features of claim 8. Advantageous further developments result from the subclaims.

Demnach ist eine Lenkeinheit aufweisend eine einteilige Sensorwelle und eine Drehmomentsensoreinheit zum Erfassen eines in die Sensorwelle eingeleiteten Drehmoments vorgesehen, wobei die Sensorwelle in einem ersten Endbereich einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Lenkmittel aufweist und in ihrem zweiten Endbereich in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert ist. Die Sensorwelle weist wenigstens eine Flachstelle auf, bevorzugt zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Flachstellen. Die wenigstens eine Flachstelle erstreckt sich parallel zur Längsachse der Lenkwelle. Auf einer der Flachstellen ist ein drahtlos abfragbarer Oberflächenwellensensor der Drehmomentsensoreinheit angeordnet. Eine Sende- und Empfangsantenne, ist dazu eingerichtet, den Oberflächenwellensensor anzusprechen und abzufragen. Die Antenne umgibt die Sensorwelle im Bereich des Oberflächenwellensensors umfangseitig über einen Winkelbereich von mindestens 150°, bevorzugt mindestens 190°, insbesondere mindestens 270°. Die einteilige Sensorwelle ist besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Sie kann als Hohl- oder Vollwelle ausgebildet sein. Die kleine Bauform ermöglicht es die Drehmomentsensoreinheit im Innenrohr zu platzieren, wodurch kein Getriebedeckel für das Getriebegehäuse mehr benötigt wird. Da die Antenne die Sensorwelle umfangseitig über zumindest einen großen Winkelbereich umgibt, wird die Signalübertragung deutlich verbessert. Die Drehmomentsensoreinheit weist eine Kunststoffhülse auf, die die Antenne umfangseitig umgibt, und die derart ausgebildet ist, dass sie an dem Innenrohr befestigbar ist. Die Kunststoffhülse ist bevorzugt in der Art eines Anschlussstutzens ausgebildet. Die Kunststoffhülse kann geschlitzt ausgebildet sein, d. h. sie umgibt die Antenne um einen Winkelbereich von mehr als 270°, bevorzugt wenigstens 350°.Accordingly, a steering unit comprising a one-piece sensor shaft and a torque sensor unit for detecting a torque introduced into the sensor shaft is provided, wherein the sensor shaft has a connection region in a first end region for connecting to a steering means and is rotatably mounted in a transmission housing in its second end region. The sensor shaft has at least one flat spot, preferably two flat spots opposite each other in the circumferential direction. The at least one flat point extends parallel to the longitudinal axis of the steering shaft. A wirelessly interrogatable surface wave sensor of the torque sensor unit is arranged on one of the flat areas. A transmitting and receiving antenna is set up to address and query the surface wave sensor. The antenna surrounds the sensor wave in the area of the surface wave sensor on the circumference over an angular range of at least 150°, preferably at least 190°, in particular at least 270°. The one-piece sensor shaft is particularly easy and inexpensive to manufacture. It can be designed as a hollow or solid shaft. The small design allows the torque sensor unit to be placed in the inner tube, which means that the gearbox cover for the gearbox housing is no longer required. Since the antenna surrounds the sensor shaft on the circumference over at least a large angular range, signal transmission is significantly improved. The torque sensor unit has a plastic sleeve that surrounds the antenna on the circumference and is designed such that it can be attached to the inner tube. The plastic sleeve is preferably designed in the form of a connecting piece. The plastic sleeve can be slotted, i.e. H. it surrounds the antenna by an angular range of more than 270°, preferably at least 350°.

Bevorzugt umfasst die Lagerung der Sensorwelle im zweiten Endbereich zwei Kugellager, die beidseitig von einem auf der Sensorwelle ausgebildeten Sitz für ein Schneckenrad angeordnet sind. Das Schneckenrad ist bevorzugt Teil einer Hilfskraftunterstützung.The storage of the sensor shaft in the second end region preferably comprises two ball bearings which are arranged on both sides of a seat for a worm wheel formed on the sensor shaft. The worm wheel is preferably part of an auxiliary power support.

Um Bauraum optimal zu nutzen, ist die Drehmomentsensoreinheit bevorzugt eingangsseitig vor den Lagern angeordnet.In order to make optimal use of the installation space, the torque sensor unit is preferably arranged on the input side in front of the bearings.

Der Oberflächenwellensensor weist bevorzugt zwei Sensormodule auf, die in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Sensorwelle angeordnet sind, und deren Längsachsen einen Winkel von 90° zueinander einschließen.The surface wave sensor preferably has two sensor modules which are arranged at an angle of 45° to the longitudinal axis of the sensor shaft, and whose longitudinal axes enclose an angle of 90° to one another.

Vorzugsweise ist die Antenne innerhalb eines Innenrohrs angeordnet, welches ein Mantelrohr umgibt.Preferably, the antenna is arranged within an inner tube which surrounds a casing tube.

Die Sensormodule können mittels Spannschrauben in Ausnehmungen der Flachstelle der Sensorwelle befestigt sein, oder mit der Sensorwelle verklebt, verglast oder verlötet sein.The sensor modules can be fastened in recesses in the flat area of the sensor shaft using clamping screws, or can be glued, glazed or soldered to the sensor shaft.

Weiterhin ist ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend eine mit einem Lenkmittel verbindbare Lenkwelle, ein Zahnstangenlenkgetriebe aufweisend ein mit der Lenkwelle verbundenes Lenkritzel, welches mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, vorgesehen, wobei das elektromechanische Lenksystem weiterhin wenigstens einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung an der Lenkwelle, und eine zuvor beschriebene Lenkeinheit aufweist. Die einteilige Sensorwelle bildet dabei die Lenkwelle aus.Furthermore, an electromechanical steering system for a motor vehicle is provided, comprising a steering shaft that can be connected to a steering means, a rack-and-pinion steering gear having a steering pinion connected to the steering shaft and which engages with a rack which is displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis for steering wheels, wherein the electromechanical steering system further has at least one electric motor for steering power support on the steering shaft, and a previously described steering unit. The one-piece sensor shaft forms the steering shaft.

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

  • 1: eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung,
  • 2: einen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte dreiteilige Welle mit Drehmomentsensoreinheit,
  • 3: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Welle mit Drehmomentsensor,
  • 4: eine räumliche Ansicht der Drehmomentsensoreinheit der 3,
  • 5: eine räumliche Ansicht der Welle der Drehmomentsensoreinheit der 3,
  • 6: eine Explosionszeichnung der Komponenten des Drehmomentsensors, sowie
  • 7: eine räumliche Ansicht des Drehmomentsensors.
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 numerals in the figures. Show it:
  • 1 : a schematic representation of an electromechanical power steering system,
  • 2 : a longitudinal section through a three-part shaft known from the prior art with a torque sensor unit,
  • 3 : a longitudinal section through a shaft according to the invention with a torque sensor,
  • 4 : a spatial view of the torque sensor unit 3 ,
  • 5 : a spatial view of the shaft of the torque sensor unit 3 ,
  • 6 : an exploded view of the components of the torque sensor, as well
  • 7 : a spatial view of the torque 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 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. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 4 oder der Zahnstange 5 angeordnet sein.In the 1 an electromechanical motor vehicle power steering system 1 with a steering wheel 2, which is coupled in a rotationally fixed manner to a steering shaft 3, is shown schematically. The driver applies a corresponding torque to the steering shaft 3 via the steering wheel 2 as a steering command. The torque is then transmitted to a steering pinion 4 via the steering shaft 3. The pinion 4 meshes in a known manner with a toothed segment 50 of a rack 5. The steering pinion 4, together with the rack 5, forms a steering gear. The rack 5 is mounted in a third steering housing so that it can move in the direction of its longitudinal axis. At its free end, the rack 5 is connected to tie rods 6 via ball joints, not shown. The tie rods 6 themselves are connected in a known manner via steering knuckles to a steered wheel 7 of the motor vehicle. A rotation of the steering wheel 2 leads to a longitudinal displacement of the rack 5 via the connection of the steering shaft 3 and the pinion 4 and thus to a pivoting of the steered wheels 7. The steered wheels 7 experience a reaction via a roadway 70, which counteracts the steering movement. A force is therefore required to pivot the wheels 7, which requires a corresponding torque on the steering wheel 2. An electric motor 8 with a rotor position sensor of a servo unit 9 is provided to support the driver in this steering movement. The servo unit 9 can be coupled as an auxiliary power support device 10, 11, 12 either to a steering shaft 3, the steering pinion 4 or the rack 5. The respective auxiliary power support 10, 11, 12 contributes an auxiliary power torque to the steering shaft 3, the steering pinion 4 and/or the rack 5, whereby the driver is supported in the steering work. The three different ones in 1 The auxiliary power supports 10, 11, 12 shown show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is occupied by auxiliary assistance. The servo unit can be arranged as a superposition steering on the steering column or as an auxiliary power support device on the pinion 4 or the rack 5.

2 zeigt eine Drehmomentsensoreinheit 13, die die Verdrehung einer oberen Lenkwelle 30 gegenüber einer unteren Lenkwelle 31 als ein Maß des an der oberen Lenkwelle 30 manuell ausgeübten Drehmomentes erfasst. 2 shows a torque sensor unit 13, which detects the rotation of an upper steering shaft 30 relative to a lower steering shaft 31 as a measure of the torque manually exerted on the upper steering shaft 30.

Die oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 sind drehelastisch über einen Drehstab 32 miteinander gekoppelt. Die Verdrehung zwischen der oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmomentsensor bezeichnet. Die Drehmomentsensoreinheit 13 weist einen drehfest mit der oberen Lenkwelle 30 verbunden Ringmagneten (Permanentmagneten) 14 und einen mit der unteren Lenkwelle 31 verbundenen Stator 15 auf. Eine dazugehörige Sensoreinheit 16 ist raumfest in einem Getriebedeckel der an der Lenkwelle angeordneten Hilfskraftunterstützung 11 gehalten. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 13 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit 9 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit.The upper steering shaft 30 and the lower steering shaft 31 are torsionally elastically coupled to one another via a torsion bar 32. The rotation between the upper steering shaft 30 and the lower steering shaft 31 can be determined using a rotation angle sensor. This rotation angle sensor is also known as a torque sensor. The torque sensor unit 13 has a ring magnet (permanent magnet) 14 connected in a rotationally fixed manner to the upper steering shaft 30 and a stator 15 connected to the lower steering shaft 31. An associated sensor unit 16 is held in a fixed space in a transmission cover of the auxiliary power support 11 arranged on the steering shaft. Depending on the torque measured by the torque sensor unit 13, the servo unit 9 provides steering support for the driver.

Die 3 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Sensorwelle 17 der Drehmomentsensoreinheit 13 ist einteilig ausgebildet. Sie kann als Hohl- oder Vollwelle ausgebildet sein. Wie in 3 dargestellt, ist die Sensorwelle 17 in einem Getriebegehäuse 18 mittels Kugellager 19 drehbar gelagert und fungiert als Lenkwelle 3. Die Lager 19 sind beidseitig von einem Sitz 20 für ein Schneckenrad 21 angeordnet. Das Schneckenrad 21 wird mittels einer Schnecke von einem Elektromotor zur Lenkunterstützung angetrieben. Eingangsseitig vor dem Rillenkugellager 19 weist die Sensorwelle 17 einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Flachstellen 22,23 auf. Auf einer der Flachstellen 23 sind zwei Sensormodule 24 eines Oberflächenwellensensors 130 (OFW-Sensor, englisch SAW(Surface Acoustic Waves)-Sensor) angeordnet. Oberflächenwellensensoren sind passive, über Funk berührungslos abfragbare Bauelement ohne eigene Energieversorgung.The 3 until 7 show an embodiment of the invention. A sensor shaft 17 of the torque sensor unit 13 is formed in one piece. It can be designed as a hollow or solid shaft. As in 3 shown, the sensor shaft 17 is rotatably mounted in a gear housing 18 by means of ball bearings 19 and functions as a steering shaft 3. The Bearings 19 are arranged on both sides of a seat 20 for a worm wheel 21. The worm wheel 21 is driven by an electric motor to provide steering support by means of a worm. On the input side in front of the deep groove ball bearing 19, the sensor shaft 17 has a substantially circular cross section and two flat points 22, 23 opposite one another in the circumferential direction. Two sensor modules 24 of a surface acoustic wave sensor 130 (OFW sensor, English SAW (Surface Acoustic Waves) sensor) are arranged on one of the flat areas 23. Surface wave sensors are passive components that can be queried contactlessly via radio without their own energy supply.

Die Sensorwelle 17 ist im Bereich der Sensormodule 24 umfangseitig von einer Antenne 25 der Drehmomentsensoreinheit 13 umgeben, über die elektromagnetische Impulse zu dem OFW-Sensor gelangen und wieder zurückgesendet werden. Diese elektromagnetischen Wellen werden von einem Wandler in mechanische Wellen umgesetzt, die über den OFW-Sensor 130 laufen. Die zwei Sensormodule 24 weisen jeweils einen Reflektor 26 auf. Es können auch mehrere Reflektoren vorgesehen sein. Die beiden Reflektoren 26 liegen, wie aus 5 ersichtlich, in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Sensorwelle 100. Die Längsachsen der Sensormodule 101,102 schließen einen Winkel von 90° ein. Die Sensormodule bestehen im Wesentlichen aus zwei dünnschichtigen, fingerförmig ineinander greifende Metallelektroden auf einem piezoelektrischen Substrat, wie z. B. Quarz. Bei einem in die Sensorwelle 17 eingeleiteten Drehmoment entsteht eine Verformung des Substrats und damit eine Änderung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments.The sensor shaft 17 is surrounded on the circumference in the area of the sensor modules 24 by an antenna 25 of the torque sensor unit 13, via which electromagnetic pulses reach the SAW sensor and are sent back again. These electromagnetic waves are converted by a converter into mechanical waves that pass through the SAW sensor 130. The two sensor modules 24 each have a reflector 26. Several reflectors can also be provided. The two reflectors 26 are as shown 5 can be seen, at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the sensor shaft 100. The longitudinal axes of the sensor modules 101, 102 enclose an angle of 90 °. The sensor modules essentially consist of two thin-layer, finger-shaped interlocking metal electrodes on a piezoelectric substrate, such as. B. Quartz. When a torque is introduced into the sensor shaft 17, a deformation of the substrate occurs and thus a change in the resonance frequency depending on the torque applied to the shaft.

Bei einer Drehung eines mit der Sensorwelle 17 verbundenen Lenkrads im Uhrzeigersinn wird das erste Sensormodul mit einer Druckspannung und das zweite Sensormodul mit einer Zugspannung belastet, wodurch sich die Resonanzfrequenzen ändern. Ein hochfrequenter Abfrageimpuls wird somit zeitverzögert reflektiert, wobei die Zeitverzögerung durch die relativ langsame Ausbreitungsgeschwindigkeit von mechanischen Wellen im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen hervorgerufen wird.When a steering wheel connected to the sensor shaft 17 rotates clockwise, the first sensor module is loaded with a compressive stress and the second sensor module with a tensile stress, which changes the resonance frequencies. A high-frequency interrogation pulse is thus reflected with a time delay, the time delay being caused by the relatively slow propagation speed of mechanical waves in contrast to electromagnetic waves.

Die Antenne 25 ist innerhalb eines Innenrohrs 27 angeordnet. Das Innenrohr 27 umgibt ein Mantelrohr, welches im Crashfall verschieblich ausgebildet ist.The antenna 25 is arranged within an inner tube 27. The inner tube 27 surrounds a casing tube, which is designed to be displaceable in the event of a crash.

Da die Drehmomentsensoreinheit vollständig im Innenrohr 27 angeordnet ist, wird kein Getriebedeckel benötigt, denn das Innenrohr 27 selbst schließt das Getriebegehäuse 18 ab.Since the torque sensor unit is arranged completely in the inner tube 27, no gear cover is required because the inner tube 27 itself closes the gear housing 18.

Wie in den 4, 6 und 7 im Detail dargestellt, weist die Drehmomentsensoreinheit 13 eine Kunststoffhülse 28 auf, die die Antenne 25 umfangseitig umgibt. Die Kunststoffhülse 28 hat einen Ausschnitt 29, durch den eine für die Antenne 25 vorgesehene Signalleitung 30 geführt werden kann. Die Signalleitung übermittelt das Signal an die ECU. Die Kunststoffhülse 28 ist an der Außenseite des Getriebegehäuses mittels Schrauben befestigt.Like in the 4 , 6 and 7 shown in detail, the torque sensor unit 13 has a plastic sleeve 28 which surrounds the antenna 25 on the circumference. The plastic sleeve 28 has a cutout 29 through which a signal line 30 intended for the antenna 25 can be guided. The signal line transmits the signal to the ECU. The plastic sleeve 28 is attached to the outside of the gearbox housing using screws.

Der Getriebedeckel wird durch das Innenrohr ersetzt. Stirnseitig an dem Innenrohr ist eine Platte/Flansch angeschweißt, welche anstelle des Getriebedeckels an das Getriebegehäuse befestigt wird. Im Inneren des Innenrohres ist die Kunststoffhülse mit dieser Platte/Flansch verbunden.The gearbox cover is replaced by the inner tube. A plate/flange is welded to the front of the inner tube and is attached to the gearbox housing instead of the gearbox cover. Inside the inner tube, the plastic sleeve is connected to this plate/flange.

6 zeigt den OFW-Sensor 130 im Detail. Der OFW-Sensor 130 weist die zwei Sensormodule 24 auf. Jedes Sensormodul 24 weist einen auf einem Träger 31 angeordneten Sensorchip 32 auf. Der Sensorchip 32 sitzt auf einer Leiterplatte 33. Die Module 24 werden bevorzugt mittels Spannschrauben in Ausnehmungen, auf der Flachstelle der Sensorwelle 17 befestigt. Alternativ können die Module 24 auch mit der Sensorwelle 17 verklebt, verglast oder verlötet werden. 6 shows the SAW sensor 130 in detail. The SAW sensor 130 has the two sensor modules 24. Each sensor module 24 has a sensor chip 32 arranged on a carrier 31. The sensor chip 32 sits on a circuit board 33. The modules 24 are preferably fastened in recesses on the flat area of the sensor shaft 17 using clamping screws. Alternatively, the modules 24 can also be glued, glazed or soldered to the sensor shaft 17.

Claims (8)

Lenkeinheit aufweisend eine einteilige Sensorwelle (17) und eine Drehmomentsensoreinheit (13) zum Erfassen eines in die Sensorwelle (17) eingeleiteten Drehmoments, wobei die Sensorwelle (17) in einem ersten Endbereich einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Lenkmittel (3) aufweist, und in ihrem zweiten Endbereich in einem Getriebegehäuse (18) drehbar gelagert ist, und wobei die Sensorwelle (17) wenigstens eine Flachstelle (22,23) aufweist, die sich parallel zur Längsachse der Sensorwelle (17) erstreckt, wobei die Drehmomentsensoreinheit (13) umfasst: - einen drahtlos abfragbaren Oberflächenwellensensor (130), der auf der Flachstelle (23) angeordnet ist, - eine Sende- und Empfangsantenne (25), die dazu eingerichtet ist, den Oberflächenwellensensor (130) anzusprechen und abzufragen, und die die Sensorwelle (17) im Bereich des Oberflächenwellensensors (130) umfangseitig über einen Winkelbereich von mindestens 150° umgibt, - und eine Kunststoffhülse (28), die die Antenne (25) umfangseitig umgibt, wobei die Kunststoffhülse (28) an einem Innenrohr (27) befestigbar ist.Steering unit comprising a one-piece sensor shaft (17) and a torque sensor unit (13) for detecting a torque introduced into the sensor shaft (17), the sensor shaft (17) having a connection region in a first end region for connecting to a steering means (3), and in its second end region is rotatably mounted in a gear housing (18), and wherein the sensor shaft (17) has at least one flat point (22, 23) which extends parallel to the longitudinal axis of the sensor shaft (17), the torque sensor unit (13) comprising: - a wirelessly interrogatable surface wave sensor (130) which is arranged on the flat spot (23), - a transmitting and receiving antenna (25), which is set up to address and query the surface wave sensor (130), and which surrounds the sensor shaft (17) in the area of the surface wave sensor (130) on the circumference over an angular range of at least 150 °, - and a plastic sleeve (28) which surrounds the antenna (25) on the circumference, the plastic sleeve (28) being attachable to an inner tube (27). Lenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Sensorwelle (17) im zweiten Endbereich zwei Kugellager (19) umfasst, die beidseitig von einem auf der Sensorwelle (17) ausgebildeten Sitz (20) für ein Schneckenrad (21) angeordnet sind.Steering unit Claim 1 , characterized in that the bearing of the sensor shaft (17) in the second end region comprises two ball bearings (19), which are supported on both sides by one on the sensor sorwelle (17) formed seat (20) for a worm wheel (21) are arranged. Lenkeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensoreinheit (13) eingangsseitig vor den Lagern (19) angeordnet ist.Steering unit Claim 2 , characterized in that the torque sensor unit (13) is arranged on the input side in front of the bearings (19). Lenkeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenwellensensor (130) zwei Sensormodule (24) aufweist, die in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Sensorwelle (100) angeordnet sind, und deren Längsachsen (101,102) einen Winkel von 90° zueinander einschließen.Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the surface wave sensor (130) has two sensor modules (24) which are arranged at an angle of 45° to the longitudinal axis of the sensor shaft (100), and whose longitudinal axes (101,102) have an angle of 90 ° include each other. Lenkeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (25) innerhalb eines Innenrohrs (27) angeordnet ist, welches ein Mantelrohr umgibt.Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna (25) is arranged within an inner tube (27) which surrounds a casing tube. Lenkeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormodule (24) mittels Spannschrauben in Ausnehmungen der Flachstelle der Sensorwelle (17) befestigt sind.Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor modules (24) are fastened in recesses in the flat area of the sensor shaft (17) by means of clamping screws. Lenkeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormodule (24) mit der Sensorwelle (17) verklebt, verglast oder verlötet sind.Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor modules (24) are glued, glazed or soldered to the sensor shaft (17). Elektromechanisches Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine mit einem Lenkmittel (2) verbindbare Lenkwelle (2), ein Zahnstangenlenkgetriebe aufweisend ein mit der Lenkwelle (2) verbundenes Lenkritzel (4), welches mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange (5) zur Lenkung von Rädern (7) in Eingriff steht, und umfassend wenigstens einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung an der Lenkwelle (3), und eine Lenkeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorwelle (17) die Lenkwelle (3) bildet.Electromechanical steering system (1) for a motor vehicle, comprising a steering shaft (2) which can be connected to a steering means (2), a rack-and-pinion steering gear having a steering pinion (4) connected to the steering shaft (2), which has a rack which is displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis (5) for steering wheels (7), and comprising at least one electric motor for steering force support on the steering shaft (3), and a steering unit according to one of the preceding claims, wherein the sensor shaft (17) forms the steering shaft (3).
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