DE102020108982A1 - Sensor arrangement with a fully redundant measuring system for recording the absolute angular position of a steering element - Google Patents

Sensor arrangement with a fully redundant measuring system for recording the absolute angular position of a steering element Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung einer absoluten Winkelposition eines sich entlang einer Achse erstreckenden Lenkelements Die Sensoranordnung umfasst eine an dem Lenkelement angeordnete Platine (01), ein mit dem Lenkelement koaxial, drehfest verbundenes Hauptzahnrad (02) und ein erstes Messsystem bestehend aus einem ersten Paar von mit dem Hauptzahnrad (02) zusammenwirkenden Zusatzzahnrädern (03). Weiterhin umfasst die Sensoranordnung je eine mit den Zusatzzahnrädern (03) zusammenwirkende Messanordnung, wobei die Messanordnung aus einem am Zusatzzahnrad (03) angeordneten Primärsensor (04) und einem auf der Platine (01) angeordneten mit dem Primärsensor (04) zusammenwirkenden Sekundärsensor (06) besteht. Des Weiteren umfasst die Sensoranordnung ein zweites Messsystem, welches aus einem zweiten Paar von weiteren Zusatzzahnrädern (03) mit je einer Messanordnung besteht. Die Zusatzzahnräder jeweils eines Paars weisen eine unterschiedliche Zahnanzahl auf. Das zweite Messsystem dient der redundanten, vom ersten Messsystem unabhängigen Erfassung der absoluten Winkelposition des Lenkelements.The present invention relates to a sensor arrangement for detecting an absolute angular position of a steering element extending along an axis first pair of auxiliary gears (03) cooperating with the main gear (02). Furthermore, the sensor arrangement comprises a measuring arrangement that interacts with the additional gearwheels (03), the measuring arrangement comprising a primary sensor (04) arranged on the additional gearwheel (03) and a secondary sensor (06) arranged on the circuit board (01) cooperating with the primary sensor (04) consists. Furthermore, the sensor arrangement comprises a second measuring system, which consists of a second pair of further additional gearwheels (03), each with a measuring arrangement. The additional gears of a pair each have a different number of teeth. The second measuring system is used for the redundant detection of the absolute angular position of the steering element, independent of the first measuring system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung einer absoluten Winkelposition eines Lenkelements, wobei das Lenkelement beispielsweise eine Lenkwelle oder ein Teil eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges sein kann. Eine solche Sensoranordnung umfasst eine an dem Lenkelement angeordnete Platine, ein mit dem Lenkelement koaxial, drehfest verbundenes Hauptzahnrad, und ein erstes Messsystem. Das erste Messsystem besteht aus zwei mit dem Hauptzahnrad zusammenwirkenden Zusatzzahnrädern mit unterschiedlicher Zahnanzahl sowie je einer auf den Zusatzzahnrädern angeordneten Messanordnung, die aus einem auf dem Zusatzzahnrad angeordneten Primärsensor und einem auf der Platine angeordneten mit dem Primärsensor zusammenwirkenden Sekundärsensor besteht.The present invention relates to a sensor arrangement for detecting an absolute angular position of a steering element, wherein the steering element can be, for example, a steering shaft or part of a steering wheel of a motor vehicle. Such a sensor arrangement comprises a circuit board arranged on the steering element, a main gearwheel which is coaxially connected to the steering element in a rotationally fixed manner, and a first measuring system. The first measuring system consists of two additional gears that interact with the main gear and have a different number of teeth, as well as one measuring arrangement each arranged on the additional gear, which consists of a primary sensor arranged on the additional gear and a secondary sensor arranged on the circuit board and interacting with the primary sensor.

Ein Verfahren zur Drehwinkelbestimmung ist aus der DE195 06 938 A1 bekannt. Das Verfahren dient dem Messen eines Winkels eines drehbaren Körpers, insbesondere einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, welche üblicherweise um mehr als 360° drehbar ist. Die Lenkwelle stellt einen ersten drehbaren Körper dar, der mit wenigstens zwei weiteren drehbaren Körpern zusammenwirkt. Die drehbaren Körper sind beispielsweise als Zahnräder oder Zahnkränze ausgebildet. Die Zahnanzahl der weiteren drehbaren Körper unterscheidet sich von der Zahnanzahl des ersten drehbaren Körpers, wodurch eine Drehwinkelbestimmung ermöglicht wird. Die Winkelstellung der drehbaren Körper wird mittels zweier Sensoren ermittelt, welche mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sind, die mittels eines Algorithmus die tatsächliche Winkelstellung der Lenkwelle bestimmt. Für das Verfahren kommt das Nonius-Prinzip zum Einsatz, wobei die unterschiedliche Zahnanzahl der drehbaren Körper relevant ist. Der erste drehbare Körper ist größer als die beiden anderen drehbaren Körper ausgebildet.A method for determining the angle of rotation is from DE 195 06 938 A1 known. The method is used to measure an angle of a rotatable body, in particular a steering shaft of a motor vehicle, which is usually rotatable by more than 360 °. The steering shaft represents a first rotatable body which cooperates with at least two further rotatable bodies. The rotatable bodies are designed, for example, as gears or ring gears. The number of teeth of the further rotatable body differs from the number of teeth of the first rotatable body, whereby a determination of the angle of rotation is made possible. The angular position of the rotatable body is determined by means of two sensors which are connected to an electronic evaluation circuit which determines the actual angular position of the steering shaft by means of an algorithm. The Nonius principle is used for the process, whereby the different number of teeth of the rotatable bodies is relevant. The first rotatable body is made larger than the other two rotatable bodies.

In der EP 2 180 296 ist eine Drehwinkelbestimmungsvorrichtung für eine drehbewegte Welle beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Hauptrotor, welcher mit der Drehbewegung der Welle gekoppelt ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine erste an dem Hauptrotor angeordnete Sensoreinheit und einen Zusatzrotor mit einer zweiten Sensoreinheit. Der Zusatzrotor ist an den Hauptrotor gekoppelt, wird also durch diesen angetrieben. Die beiden Sensoreinheiten umfassen mindestens einen induktiven und einen magnetischen Sensor. Diese Vorrichtung sieht ebenfalls das Nonius-Prinzip zur Winkelbestimmung vor, wobei lediglich zwei Zahnräder in Form des Hauptrotors und des Zusatzrotors angewendet werden.In the EP 2 180 296 describes a rotational angle determining device for a rotating shaft. The device comprises a main rotor which is coupled to the rotary movement of the shaft. Furthermore, the device comprises a first sensor unit arranged on the main rotor and an additional rotor with a second sensor unit. The additional rotor is coupled to the main rotor and is therefore driven by it. The two sensor units comprise at least one inductive and one magnetic sensor. This device also provides the vernier principle for angle determination, with only two gears in the form of the main rotor and the auxiliary rotor being used.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Winkelbestimmung eines drehbaren Bauteils, insbesondere einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, arbeiten nicht voll redundant, sodass es vergleichsweise schnell zu Ausfällen einer ganzen Lenkungseinheit kommen kann. Insbesondere bei autonomen Fahrzeugen ist ein Ausfall der Lenkungseinheit schwerwiegend. Tatsächlich kann das autonome Fahrzeug schon dann nicht mehr betrieben werden, wenn die Ermittlung der Winkelstellung der Lenkeinheit nicht mehr hinreichend sicher ist, während beim manuell gelenkten Fahrzeug zumindest ein Notbetrieb noch möglich wäre, da der Fahrer die Lenkrichtung selbst kontrollieren kann.The devices known from the prior art for determining the angle of a rotatable component, in particular a steering shaft of a motor vehicle, do not work fully redundantly, so that an entire steering unit can fail comparatively quickly. A failure of the steering unit is particularly serious in the case of autonomous vehicles. In fact, the autonomous vehicle can no longer be operated if the determination of the angular position of the steering unit is no longer sufficiently reliable, while at least emergency operation would still be possible with the manually steered vehicle, since the driver can control the steering direction himself.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Sensoranordnung bereitzustellen, welche eine erhöhte Sicherheit bei der Winkelbestimmung eines drehbaren Bauteils, insbesondere einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, aufweist. Insbesondere soll die Ausfallsicherheit einer Sensoranordnung für eine absolute Winkelbestimmung in Multiturn-Anwendungen, also bei Drehwinkeln größer 360°, gesteigert werden.The object of the present invention, based on the prior art, is to provide a sensor arrangement which has increased reliability when determining the angle of a rotatable component, in particular a steering shaft of a motor vehicle. In particular, the failure safety of a sensor arrangement for absolute angle determination in multiturn applications, that is to say at angles of rotation greater than 360 °, is to be increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Sensoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a sensor arrangement according to the attached claim 1.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung dient der Erfassung einer absoluten Winkelposition eines sich entlang einer Achse erstreckenden Lenkelements. Die Sensoranordnung umfasst zunächst in an sich bekannter Weise eine Platine, welche im Betriebszustand an dem Lenkelement angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung ein mit dem Lenkelement koaxiales, drehfest verbundenes Hauptzahnrad. Des Weiteren weist die Sensoranordnung ein erstes Messsystem auf, welches ein erstes Paar von Zusatzzahnrädern sowie jeweils eine an jedem Zusatzzahnrad angeordnete Messanordnung umfasst, d. h. an jedem Zusatzzahnrad ist eine Messanordnung angeordnet. Die Zusatzzahnräder stehen mit dem Hauptzahnrad in Eingriff. Die Messanordnung umfasst einen Primärsensor, der eine Messgröße generiert, und einen mit dem Primärsensor zusammenwirkenden Sekundärsensor, der die Messgröße erfasst und ein von dieser abhängiges Sensorsignal generiert. Der Primärsensor ist durch das Zusatzzahnrad oder durch einen Bereich des Zusatzzahnrads gebildet oder am Zusatzzahnrad angebracht. Insbesondere kann das Zusatzzahnrad selber den Primärsensor bilden, beispielsweise indem es aus einem elektrisch leitfähigem, magnetisch oder elektromagnetisch sensitiven Material gefertigt ist. Jeder der Sekundärsensoren ist dem Primärsensor gegenüberliegend und beabstandet zu diesem auf der Platine angeordnet. Die Zusatzzahnräder des ersten Paars weisen eine unterschiedliche Zahnanzahl, insbesondere eine um einen Zahn unterschiedliche Zahnanzahl, auf. Die Zusatzzahnräder wirken jeweils mit dem an dem Lenkelement angeordneten Hauptzahnrad zusammen, sodass eine Drehbewegung übertragen und abhängig vom Zahnverhältnis übersetzt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Zahnanzahl der Zusatzzahnräder des ersten Paars kann das Nonius-Prinzip zur Anwendung kommen und eine Bestimmung des absoluten Winkels des Hauptzahnrades und damit des Lenkelements ist möglich.The sensor arrangement according to the invention is used to detect an absolute angular position of a steering element extending along an axis. The sensor arrangement initially comprises, in a manner known per se, a circuit board which is arranged on the steering element in the operating state. Furthermore, the sensor arrangement comprises a main gearwheel which is coaxial with the steering element and connected in a rotationally fixed manner. Furthermore, the sensor arrangement has a first measuring system which comprises a first pair of additional gearwheels and a measuring arrangement arranged on each additional gearwheel, ie a measuring arrangement is arranged on each additional gearwheel. The auxiliary gears mesh with the main gear. The measuring arrangement comprises a primary sensor, which generates a measured variable, and a secondary sensor interacting with the primary sensor, which detects the measured variable and generates a sensor signal dependent on it. The primary sensor is formed by the additional gear or by a region of the additional gear or is attached to the additional gear. In particular, the additional gear itself can form the primary sensor, for example by being made of an electrically conductive, magnetically or electromagnetically sensitive material. Each of the secondary sensors is arranged opposite and spaced from the primary sensor on the circuit board. The auxiliary gears of the first pair have a different one Number of teeth, in particular a different number of teeth by one tooth. The additional gears each work together with the main gear arranged on the steering element, so that a rotary movement is transmitted and translated depending on the tooth ratio. Due to the different number of teeth of the additional gearwheels of the first pair, the vernier principle can be used and a determination of the absolute angle of the main gearwheel and thus of the steering element is possible.

Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung ein zweites Messsystem, welches unabhängig vom ersten Messsystem arbeitet, sodass es eine redundante Erfassung der absoluten Winkelposition des Lenkelements gestattet. Das zweite Messsystem besteht aus einem zweiten Paar von weiteren Zusatzzahnrädern mit je einer Messanordnung. Somit weist die Sensoranordnung insgesamt mindestens vier Zusatzzahnräder auf, wobei jedem Zusatzzahnrad eine Messanordnung mit einem Primärsensor und einem Sekundärsensor zugehörig ist. Die mindestens zwei weiteren Zusatzzahnräder (das zweite Paar) des zweiten Messsystems stehen ebenfalls mit dem Hauptzahnrad in Eingriff.According to the invention, the sensor arrangement comprises a second measuring system which works independently of the first measuring system, so that it allows redundant detection of the absolute angular position of the steering element. The second measuring system consists of a second pair of additional additional gears, each with a measuring arrangement. The sensor arrangement thus has a total of at least four additional gearwheels, with each additional gearwheel being associated with a measuring arrangement with a primary sensor and a secondary sensor. The at least two further additional gears (the second pair) of the second measuring system are also in mesh with the main gear.

Alternativ bevorzugt weist das zweite Messsystem ein Vielfaches von Zwei an zusätzlichen Zusatzzahnrädern auf, d. h. mehrere Paare. Die jeweils einem Paar zugehörigen Zusatzzahnräder weisen eine unterschiedliche Zahnanzahl auf und wirken mit dem Hauptzahnrad zusammen. Sie werden somit unabhängig von den Zusatzzahnrädern des ersten Messsystems vom Hauptzahnrad angetrieben und dienen der redundanten bzw. mehrfach redundanten Erfassung der Winkelposition.Alternatively, the second measuring system preferably has a multiple of two additional additional gearwheels, i. H. several pairs. The additional gearwheels belonging to a pair have a different number of teeth and interact with the main gearwheel. They are thus driven by the main gear independently of the additional gears of the first measuring system and are used for the redundant or multiple redundant detection of the angular position.

Vorteilhafterweise kann mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung unter Verwendung der erfassten Messgrößen der beiden Messsysteme eine Überprüfung der Plausibilität sowie der Kreuzplausibilität erfolgen. Es besteht eine Redundanz, sodass bei Ausfall einer Messanordnung die Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung weiterhin gegeben ist.Advantageously, the sensor arrangement according to the invention can be used to check the plausibility and the cross plausibility using the recorded measured variables of the two measuring systems. There is redundancy so that if a measuring arrangement fails, the functionality of the sensor arrangement is still given.

Vorzugsweise sind die Messanordnungen der beiden Messsysteme induktive Messanordnungen. Beispielsweise kann ein Primärsensor durch ein Zusatzzahnrad mit zumindest einem Abschnitt aus elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Alternativ kann das Zusatzzahnrad einen magnetischen Pin als Primärsensor aufweisen. Alternativ ist beispielsweise ein optisches Messsystem als Messanordnung denkbar, welches eine Markierung am Zusatzzahnrad abtastet.The measuring arrangements of the two measuring systems are preferably inductive measuring arrangements. For example, a primary sensor can be formed by an additional gear with at least one section made of electrically conductive material. Alternatively, the additional gear can have a magnetic pin as a primary sensor. Alternatively, for example, an optical measuring system is conceivable as a measuring arrangement which scans a marking on the additional gear.

Die Sekundärsensoren werden bevorzugt aus einer Verarbeitungseinheit und einer Spuleneinheit gebildet. Die Verarbeitungseinheit kann ein elektrischer Sensor sein. Jede Spuleneinheit, die jeweils einem der Zusatzzahnräder zugeordnet ist, besteht vorzugsweise aus einer Senderspule und einer Empfängerspule.The secondary sensors are preferably formed from a processing unit and a coil unit. The processing unit can be an electrical sensor. Each coil unit, which is assigned to one of the additional gears, preferably consists of a transmitter coil and a receiver coil.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform sind die Sekundärsensoren als Magnetfeldsensoren ausgebildet.According to a modified embodiment, the secondary sensors are designed as magnetic field sensors.

Gegenüber den bekannten Systemen und Anordnungen ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung vorteilhafterweise redundant gestaltet, sodass bei Ausfall eines Sensors oder eines der beiden Messsysteme weiterhin eine absolute Winkelposition eines Lenkelements bestimmt werden kann und z. B. ein autonomes Fahrzeug weiterhin lenken und navigieren kann.Compared to the known systems and arrangements, the sensor arrangement according to the invention is advantageously designed redundantly so that if a sensor or one of the two measuring systems fails, an absolute angular position of a steering element can still be determined and z. B. can continue to steer and navigate an autonomous vehicle.

Die Sensoranordnung dient bevorzugt dem Bestimmen der absoluten Winkelposition bei einem Multiturn des Lenkelements, wobei ausgehend von einer Nullstellung eine Drehung um mindestens +/- 360° erfolgt. Bevorzugt dient die Sensoranordnung der Bestimmung eines absoluten Winkels im Bereich von +/-900°.The sensor arrangement is preferably used to determine the absolute angular position during a multiturn of the steering element, with a rotation of at least +/- 360 ° starting from a zero position. The sensor arrangement is preferably used to determine an absolute angle in the range of +/- 900 °.

Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung weiterhin eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von den beiden Messsystemen erfassten Messgrößen. Alternativ können zwei Auswerteeinheit vorgesehen sein, die jeweils mit einem der beiden Messsysteme zusammenwirken. In diesem Fall ist eine vollständige Redundanz erreichbar.The sensor arrangement preferably also comprises an evaluation unit for evaluating the measured variables recorded by the two measuring systems. Alternatively, two evaluation units can be provided, each of which interacts with one of the two measuring systems. In this case, complete redundancy can be achieved.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further advantages and details of the present invention emerge from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, welche koaxial auf einem Lenkelement z. B. in Form einer Lenkwelle (nicht gezeigt) angeordnet wird. Die Sensoranordnung dient der Erfassung einer absoluten Winkelposition der sich entlang einer Achse erstreckenden Lenkwelle. Insbesondere werden Lenkwinkel der Größenordnung +/-900° eines Multiturns der Lenkwelle erfasst.The single figure shows a simplified cross-sectional view of an embodiment of a sensor arrangement according to the invention, which z. B. is arranged in the form of a steering shaft (not shown). The sensor arrangement is used to detect an absolute angular position of the steering shaft extending along an axis. In particular, steering angles of the order of magnitude +/- 900 ° of a multiturn of the steering shaft are recorded.

Die Sensoranordnung umfasst eine scheibenförmige Platine 01, die koaxial und drehfest an der Lenkwelle angeordnet wird. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung ein Hauptzahnrad 02, welches koaxial, drehfest an der Lenkwelle und parallel zur Platine 01 angeordnet ist. Ebenso umfasst die Sensoranordnung ein erstes Messsystem, welches zwei mit dem Hauptzahnrad 02 zusammenwirkende Zusatzzahnräder 03, die ein erstes Paar bilden, und je eine auf den Zusatzzahnrädern 03 angeordnete Messanordnung aufweist. Die Messanordnung umfasst zwei Primärsensoren 04, die jeweils durch das aus einem mindestens abschnittsweise magnetisch oder elektromagnetisch sensitiven Material bestehende Zusatzzahnrad 03 gebildet sind. Weiterhin umfasst die Messanordnung zwei Sekundärsensoren, jeweils in Form einer Sensorschaltung 06 und einer Spuleneinheit, bestehend aus Senderspule und Empfängerspule. Die Spuleneinheiten sind auf der Platine 01 den Primärsensoren 04 gegenüberliegend angeordnet (nicht gezeigt). Alternativ können die Sekundärsensoren auch ohne die Spuleneinheiten gebildet sein und beispielsweise als Magnetsensoren gebildet sein, welche die Rotation der Zusatzzahnräder erfassen. Die Sekundärsensoren mit der Sensorschaltung 06 erfassen somit die von den Primärsensoren 04 erzeugten Messgrößen. Die Zusatzzahnräder 03 besitzen unterschiedliche Zahnanzahlen, sodass eine von dem Hauptzahnrad 02 übertragene Drehbewegung von den Zusatzzahnrädern 03 entsprechend den Zahnverhältnissen übersetzt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Zahnanzahl der Zusatzzahnräder 03 kann das Nonius-Prinzip zur Anwendung kommen, sodass eine Bestimmung des absoluten Winkels der Lenkwelle möglich ist.The sensor arrangement comprises a disk-shaped circuit board 01 , which is arranged coaxially and non-rotatably on the steering shaft. Furthermore, the sensor arrangement comprises a main gear 02 , which is coaxial, non-rotatable on the steering shaft and parallel to the board 01 is arranged. Likewise, the sensor arrangement comprises a first measuring system, which two with the main gear 02 cooperating auxiliary gears 03 that form a first pair, and one each on the auxiliary gears 03 having arranged measuring arrangement. The measuring arrangement includes two primary sensors 04 , each by the additional gear consisting of an at least partially magnetically or electromagnetically sensitive material 03 are formed. Furthermore, the measuring arrangement comprises two secondary sensors, each in the form of a sensor circuit 06 and a coil unit consisting of a transmitter coil and a receiver coil. The coil units are on the board 01 the primary sensors 04 arranged opposite one another (not shown). Alternatively, the secondary sensors can also be formed without the coil units and can be formed, for example, as magnetic sensors which detect the rotation of the additional gearwheels. The secondary sensors with the sensor circuit 06 thus detect those from the primary sensors 04 generated measured variables. The additional gears 03 have different numbers of teeth, so one of the main gear 02 transmitted rotary motion from the auxiliary gears 03 is translated according to the tooth ratios. Due to the different number of teeth on the additional gears 03 the Nonius principle can be used so that the absolute angle of the steering shaft can be determined.

Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung weiterhin ein zweites Messsystem, welches der redundanten, vom ersten Messsystem unabhängigen Erfassung der absoluten Winkelposition des Lenkelements dient. Das zweite Messsystem weist zwei weitere Zusatzzahnräder 03 auf, ein zweites Paar, welche eine unterschiedliche Zahnanzahl aufweisen. Die beiden weiteren Zusatzzahnräder 03 bilden Primärsensoren 04. Weiterhin umfasst das zweite Messsystem zwei weitere Sekundärsensoren mit Sensorschaltungen 06, die mit den Primärsensoren 04 der weiteren Zusatzzahnräder 03, also den Zusatzzahnrädern 03 selber, zusammenwirken. Jeweils einer der beiden weiteren Sekundärsensoren ist einem der weiteren Primärsensoren 04 gegenüberliegend auf der Platine 01 angeordnet.According to the invention, the sensor arrangement furthermore comprises a second measuring system, which is used for the redundant detection of the absolute angular position of the steering element, which is independent of the first measuring system. The second measuring system has two additional gears 03 on, a second pair, which have a different number of teeth. The other two additional gears 03 form primary sensors 04 . The second measuring system also includes two further secondary sensors with sensor circuits 06 with the primary sensors 04 the other additional gears 03 , so the additional gears 03 yourself, cooperate. In each case one of the two further secondary sensors is one of the further primary sensors 04 opposite on the board 01 arranged.

Somit besitzt die erfindungsgemäße Sensoranordnung vier als Primärsensoren 04 ausgebildete Zusatzzahnräder 03 und vier Sekundärsensoren, welche jeweils einem der Primärsensoren 04 gegenüberliegen. Aufgrund der Redundanz an dem zweiten Paar von Zusatzzahnrädern 03 mit den jeweiligen Messanordnungen aus Primärsensor 04 und Sekundärsensor 06, welche der Erfassung der Winkelgröße dienen, kann die Sensoranordnung bei Ausfall eines Zusatzzahnrades 03 und/oder einer Messanordnung oder eines Bestandteils der Messanordnung 04, 06 weiter einwandfrei arbeiten. Es besteht eine Ausfallsicherheit.The sensor arrangement according to the invention thus has four primary sensors 04 trained additional gears 03 and four secondary sensors, each of which is one of the primary sensors 04 opposite. Because of the redundancy on the second pair of auxiliary gears 03 with the respective measuring arrangements from the primary sensor 04 and secondary sensor 06 , which are used to detect the angular size, the sensor arrangement can in the event of failure of an additional gear 03 and / or a measuring arrangement or a component of the measuring arrangement 04 , 06 continue to work flawlessly. There is a failure safety.

Zur Auswertung der durch die Sekundärsensoren 06 erfassten Messdaten, weist die Sensoreinheit weiterhin eine Auswerteeinheit 07 auf.For the evaluation of the secondary sensors 06 acquired measurement data, the sensor unit also has an evaluation unit 07 on.

Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung von vier Zusatzzahnrädern 03 eine Prüfung der Kreuzplausibilität erfolgen.Advantageously, by using four additional gears 03 a cross-plausibility check is carried out.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

0101
Platinecircuit board
0202
HauptzahnradMain gear
0303
ZusatzzahnradAuxiliary gear
0404
PrimärsensorPrimary sensor
0505
--
0606
Sensorschaltung / SekundärsensorSensor circuit / secondary sensor
0707
AuswerteeinheitEvaluation unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 19506938 A1 [0002]DE 19506938 A1 [0002]
  • EP 2180296 [0003]EP 2180296 [0003]

Claims (10)

Sensoranordnung zur Erfassung einer absoluten Winkelposition eines sich entlang einer Achse erstreckenden Lenkelements, umfassend eine an dem Lenkelement angeordnete Platine (01), ein mit dem Lenkelement koaxiales, drehfest verbundenes Hauptzahnrad (02), ein erstes Messsystem umfassend ein erstes Paar von Zusatzzahnrädern (03) mit unterschiedlicher Zahnanzahl, die mit dem Hauptzahnrad (02) zusammenwirkenden, sowie mit den Zusatzzahnrädern (03) zusammenwirkende Messanordnungen, wobei jede dieser Messanordnungen einen am Zusatzzahnrad (03) angeordneten Primärsensor (04) und einen auf der Platine (01) angeordneten, mit dem Primärsensor (04) zusammenwirkenden Sekundärsensor (06) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung weiterhin ein zweites Messsystem umfasst, welches aus einem zweiten Paar von Zusatzzahnrädern (03), die jeweils mit dem Hauptzahnrad (02) in Eingriff stehen und jeweils mit je einer weiteren Messanordnung zusammenwirken, wobei das zweite Messsystem der redundanten, vom ersten Messsystem unabhängigen Erfassung der absoluten Winkelposition des Lenkelements dient.Sensor arrangement for detecting an absolute angular position of a steering element extending along an axis, comprising a plate (01) arranged on the steering element, a main gear (02) coaxial with the steering element and non-rotatably connected, a first measuring system comprising a first pair of additional gears (03) with different numbers of teeth, which interact with the main gear (02), as well as with the additional gears (03) interacting measuring arrangements, each of these measuring arrangements having a primary sensor (04) arranged on the additional gear (03) and a primary sensor (04) arranged on the plate (01) with which Primary sensor (04) comprises cooperating secondary sensor (06), characterized in that the sensor arrangement further comprises a second measuring system, which consists of a second pair of additional gears (03), each of which meshes with the main gear (02) and each with one cooperate further measuring arrangement, the second measuring system of redu ndanten, from the first measuring system independent detection of the absolute angular position of the steering element is used. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messsystem mehrere Paare von Zusatzzahnrädern (03) aufweist, welche jeweils mit dem Hauptzahnrad (02) in Eingriff stehen.Sensor arrangement according to Claim 1 , characterized in that the second measuring system has a plurality of pairs of additional gearwheels (03) which each mesh with the main gear (02). Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Bestimmen der absoluten Winkelposition bei einem Multiturn des Lenkelements ausgebildet ist, wobei ausgehend von einer Nullstellung eine Drehung um mindestens +/- 360° erfolgt.Sensor arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that it is designed to determine the absolute angular position during a multiturn of the steering element, with a rotation of at least +/- 360 ° taking place starting from a zero position. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärsensor (04) durch das Zusatzzahnrad (03) gebildet ist oder als ein elektrisch leitfähiger oder magnetisierbarer Bereich auf dem Zusatzzahnrad (03) ausgebildet ist.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the primary sensor (04) is formed by the additional gear (03) or is designed as an electrically conductive or magnetizable area on the additional gear (03). Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierbare Bereich ein an dem Zusatzzahnrad angeordneter magnetischer Pin bzw. Stift ist.Sensor arrangement according to Claim 4 , characterized in that the magnetizable area is a magnetic pin arranged on the additional gear. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens vier Sekundärsensoren (06) eine Spuleneinheit und eine Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Verarbeitungseinheiten mehrere Sekundärsensoren (06) baulich zusammengefasst sein können.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that each of the at least four secondary sensors (06) comprises a coil unit and a processing unit, wherein the processing units can be structurally combined several secondary sensors (06). Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens vier Sekundärsensoren (06) einen Magnetfeldsensor und eine Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Verarbeitungseinheiten mehrere Sekundärsensoren (06) baulich zusammengefasst sein können.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that each of the at least four secondary sensors (06) comprises a magnetic field sensor and a processing unit, wherein the processing units can be structurally combined with a plurality of secondary sensors (06). Sensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spuleneinheiten eine Senderspule und eine Empfängerspule besitzt.Sensor arrangement according to Claim 6 or 7th , characterized in that each of the coil units has a transmitter coil and a receiver coil. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit als ein Mikrochip ausgebildet ist.Sensor arrangement according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that the processing unit is designed as a microchip. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung weiterhin eine Auswerteeinheit (07) umfasst.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the sensor arrangement further comprises an evaluation unit (07).
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