DE102020122331A1 - Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts - Google Patents

Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts Download PDF

Info

Publication number
DE102020122331A1
DE102020122331A1 DE102020122331.5A DE102020122331A DE102020122331A1 DE 102020122331 A1 DE102020122331 A1 DE 102020122331A1 DE 102020122331 A DE102020122331 A DE 102020122331A DE 102020122331 A1 DE102020122331 A1 DE 102020122331A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor unit
steering shaft
steering
torque sensor
torque
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
DE102020122331.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Ábel Vér
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.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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 ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Priority to DE102020122331.5A priority Critical patent/DE102020122331A1/en
Priority to PCT/EP2021/073254 priority patent/WO2022043252A1/en
Publication of DE102020122331A1 publication Critical patent/DE102020122331A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentsensoreinheit (11) zum Bestimmen eines Drehmomentes einer Welle eines Kraftfahrzeug-Lenksystems, wobei die Welle eine erste Lenkwelle (3) und eine mit der ersten Lenkwelle (3) über einen Drehstab verbundene zweite Lenkwelle (4) aufweist, und die Drehmomentsensoreinheit (11) eine Sensoreinheit (12) zur berührungslosen Erfassung der Drehlage der ersten Lenkwelle (3) und der zweiten Lenkwelle (4) umfasst, wobei die erste Lenkwelle (3) und die zweite Lenkwelle (4) aus Metall gebildet sind und jeweils einen von der Sensoreinheit (12) abfragbaren Messwertgeber (33,43) ausbilden, der durch eine in die Oberfläche der jeweiligen Lenkwelle (3,4) eingebrachte Struktur (32,42) gebildet ist.The invention relates to a torque sensor unit (11) for determining a torque of a shaft of a motor vehicle steering system, the shaft having a first steering shaft (3) and a second steering shaft (4) connected to the first steering shaft (3) via a torsion bar, and the Torque sensor unit (11) comprises a sensor unit (12) for contactless detection of the rotational position of the first steering shaft (3) and the second steering shaft (4), the first steering shaft (3) and the second steering shaft (4) being made of metal and each having one form a measured value transmitter (33,43) which can be queried by the sensor unit (12) and is formed by a structure (32,42) introduced into the surface of the respective steering shaft (3,4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentsensoreinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, sowie eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a torque sensor unit having the features of the preamble of claim 1 and an electromechanical power steering system for a motor vehicle.

Drehmomentsensoren werden in einem Kraftfahrzeug dazu eingesetzt das von einem Fahrer in das Lenkrad eingeleitete Drehmoment zu messen. Derzeit verwendete Drehmomentsensoren weisen magnetische oder induktive Sensoreinheiten auf. Bei induktiven Drehmomentsensoren werden herkömmlicherweise Kupferspuren verwendet, um einen Drehwinkel zu codieren. Ortsfeste Spulen fragen auf der Lenkwelle befindliche Kupferspuren ab. Wenn sich die Kupferspur über die Spulen hinweg dreht, ändert sich die gegenseitige Induktivitätskopplung. Die Verwendung von zusätzlichen Materialien und/oder Bauteilen für die Codierung des Drehwinkels auf dem Drehteil ist aufwendig und teuer.Torque sensors are used in a motor vehicle to measure the torque applied by a driver to the steering wheel. Torque sensors currently used have magnetic or inductive sensor units. Traditionally, inductive torque sensors use copper traces to encode an angle of rotation. Stationary coils interrogate copper traces on the steering shaft. As the copper trace rotates across the coils, the mutual inductance coupling changes. The use of additional materials and/or components for coding the angle of rotation on the rotary part is complex and expensive.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Drehmomentsensoreinheit anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Codierung des Drehwinkels ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to specify a torque sensor unit which enables simple and cost-effective coding of the angle of rotation.

Diese Aufgabe wird von einer Drehmomentsensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a torque sensor unit having the features of claim 1. Advantageous developments result from the dependent claims.

Demnach ist eine Drehmomentsensoreinheit zum Bestimmen eines Drehmomentes einer Welle eines Kraftfahrzeug-Lenksystems vorgesehen, wobei die Welle eine erste Lenkwelle und eine mit der ersten Lenkwelle über einen Drehstab verbundene zweite Lenkwelle aufweist, und die Drehmomentsensoreinheit eine Sensoreinheit zur berührungslosen Erfassung der Drehlage der ersten Lenkwelle und der zweiten Lenkwelle umfasst, wobei die erste Lenkwelle und die zweite Lenkwelle aus Metall gebildet sind und jeweils einen von der Sensoreinheit abfragbaren Messwertgeber ausbilden, der durch eine in die Oberfläche der jeweiligen Lenkwelle eingebrachte Struktur gebildet ist. Die Herstellung eines solchen Messwertgebers ist besonders einfach und kostengünstig. Die erste und zweite Lenkwelle ist bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Metall und besonders vorteilhaft aus Stahl gebildet. Bevorzugt erfolgt das Ausbilden der Struktur durch mechanische Bearbeitung, zum Beispiel durch Bohren, Fräsen, oder Prägen.According to this, a torque sensor unit is provided for determining a torque of a shaft of a motor vehicle steering system, the shaft having a first steering shaft and a second steering shaft connected to the first steering shaft via a torsion bar, and the torque sensor unit having a sensor unit for contactless detection of the rotational position of the first steering shaft and the second steering shaft, wherein the first steering shaft and the second steering shaft are made of metal and each form a sensor that can be queried by the sensor unit and is formed by a structure introduced into the surface of the respective steering shaft. The production of such a measuring transducer is particularly simple and inexpensive. The first and second steering shafts are preferably formed from an electrically conductive metal and particularly advantageously from steel. The structure is preferably formed by mechanical processing, for example by drilling, milling or embossing.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Struktur sich in Längsrichtung erstreckende Nuten, die entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandet sind. Es können aber auch unterschiedliche Nuten oder Vertiefungen vorgesehen sein, so lange der Abstand zur Spule variiert um dem Ausgangssignal eine Ortskodierung aufzuprägen.In a preferred embodiment, the structure includes longitudinally extending grooves evenly spaced circumferentially. However, different grooves or indentations can also be provided, as long as the distance from the coil varies in order to impress a spatial coding on the output signal.

Die Sensoreinheit kann eine induktive oder magnetische Sensoreinheit sein.The sensor unit can be an inductive or magnetic sensor unit.

Vorzugsweise weist die Sensoreinheit wenigstens zwei Sensoren auf, die jeweils zwei Spulen haben. Dabei ist bevorzugt ein Sensor einer Lenkwelle zur Abfrage der Drehlage zugeordnet. Um die Redundanz zu erhöhen, können mehr als zwei Sensoren verwendet werden.The sensor unit preferably has at least two sensors, each of which has two coils. A sensor is preferably assigned to a steering shaft for querying the rotational position. More than two sensors can be used to increase redundancy.

Vorzugsweise umgeben die Spulen eines Sensors die entsprechende Lenkwelle im Bereich der Struktur des Messwertgebers umfangsseitig.The coils of a sensor preferably surround the corresponding steering shaft in the area of the structure of the measuring value sensor.

Eine vorteilhafte induktive Sensoreinheit umfasst pro Sensor zwei Spulen, die sich sinusförmig entlang der Umfangsrichtung erstrecken und zueinander um jeweils 90° phasenverschoben angeordnet sind.An advantageous inductive sensor unit comprises two coils per sensor, which extend sinusoidally along the circumferential direction and are arranged phase-shifted by 90° with respect to one another.

Weiterhin ist eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine zuvor beschriebene Drehmomentsensoreinheit vorgesehen.Furthermore, an electromechanical power steering system for a motor vehicle is provided, having a torque sensor unit as described above.

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

  • 1: eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit Drehmomentsensoreinheit,
  • 2: eine räumliche Ansicht von Drehteilen einer Drehmomentsensoreinheit,
  • 3: eine räumliche Darstellung von zwei Sensoren einer induktiven Drehmomentsensoreinheit, sowie
  • 4: eine Detailansicht eines Sensors der 3.
A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Components that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols across the figures. Show it:
  • 1 : a schematic representation of an electromechanical motor vehicle steering system with a torque sensor unit,
  • 2 : a spatial view of rotating parts of a torque sensor unit,
  • 3 : a spatial representation of two sensors of an inductive torque sensor unit, and
  • 4 : a detailed view of a sensor of the 3 .

In der 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer oberen 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 obere Lenkwelle 3 und eine untere Lenkwelle 4 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegenwirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 9 einer Servoeinheit 10 ist vorgesehen, um den Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die obere Lenkwelle 3 und die untere Lenkwelle 4 sind drehelastisch über einen nicht gezeigten Drehstab miteinander gekoppelt. Eine Drehmomentsensoreinheit 11 erfasst die Verdrehung der oberen Lenkwelle 3 gegenüber der unteren Lenkwelle 4 als ein Maß des an der Lenkwelle 3 oder des Lenkrades 2 manuell ausgeübten Drehmomentes. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 11 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit 10 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit. Die Servoeinheit 10 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10, 100, 101 entweder mit der Zahnstange 6, einer Lenkwelle 3, oder dem Lenkritzel 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10, 100, 101 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahnstange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungseinrichtungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt.In the 1 is an electromechanical motor vehicle power steering 1 with a steering wheel 2, which is rotatably coupled to an upper steering shaft 3, shown schematically. The driver uses the steering wheel 2 to apply a corresponding torque as a steering command to the steering shaft 3 . The torque is then transmitted to a steering pinion 5 via the upper steering shaft 3 and a lower steering shaft 4 . The pinion 5 meshes in a known manner with a toothed segment of a toothed rack 6. The toothed rack 6 is displaceably mounted in the direction of its longitudinal axis in a steering housing. At its free end, the rack 6 is connected to tie rods 7 via ball joints, not shown. the Tie rods 7 themselves are connected in a known manner via steering knuckles to one steered wheel 8 of the motor vehicle. A rotation of the steering wheel 2 leads via the connection of the steering shaft 3 and the pinion 5 to a longitudinal displacement of the toothed rack 6 and thus to a pivoting of the steered wheels 8. The steered wheels 8 experience a reaction via a roadway 80, which counteracts the steering movement. Consequently, a force is required to swivel the wheels 8, which makes a corresponding torque on the steering wheel 2 necessary. An electric motor 9 of a servo unit 10 is provided to assist the driver in this steering movement. The upper steering shaft 3 and the lower steering shaft 4 are torsionally elastically coupled to each other via a torsion bar, not shown. A torque sensor unit 11 detects the twisting of the upper steering shaft 3 relative to the lower steering shaft 4 as a measure of the torque exerted manually on the steering shaft 3 or the steering wheel 2 . Depending on the torque measured by the torque sensor unit 11, the servo unit 10 provides steering support for the driver. The servo unit 10 can be coupled as an auxiliary power assistance device 10, 100, 101 either to the rack 6, a steering shaft 3, or the steering pinion 5. The respective power assistance 10, 100, 101 contributes a power assist torque in the steering shaft 3, the steering pinion 5 and / or in the rack 6, whereby the driver is supported in the steering work. The three different in 1 Power assistance devices 10, 100, 101 shown show alternative positions for their arrangement. Usually, only one of the positions shown is occupied by an auxiliary power support.

In der 2 sind die Drehteile einer induktiven Drehmomentsensoreinheit 11 dargestellt. Die mit dem Lenkrad 2 verbundene obere Lenkwelle 3 ist über einen nicht dargestellten Drehstab drehelastisch mit der unteren Lenkwelle 4 verbunden. Auf der unteren Lenkwelle 4 ist ein Lenkritzel 40 ausgebildet, welches mit einer Zahnstange in Eingriff bringbar ist. Die beiden Lenkwellen 3,4 weisen jeweils in einem Endbereich 31,41 eine in die Oberfläche eingebrachte Struktur 32,42 auf, die eine Winkelcodierung ausbildet. Die beiden Endbereiche 31,41 liegen sich im eingebauten Zustand unmittelbar gegenüber, und werden bei Einleitung eines Drehmoments in die obere Lenkwelle 3 gegeneinander verdreht. Sie bilden im Bereich der Struktur 32,42 jeweils einen Messwertgeber 33,43 aus, der in Verbindung mit mindestens einem nicht dargestellten Sensor ein den Drehwinkel der rotierenden Lenkwelle 3,4 repräsentierendes Signal erzeugt. Die Lenkwellen 3,4 sind aus einem einzigen metallischen Werkstoff gebildet. Die Struktur umfasst in dem in 2 gezeigten Beispiel sich in Längsrichtung erstreckende Nuten, die entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandet sind. Die Struktur wird bevorzugt nachträglich auf der Oberfläche durch Bohren oder ein sonstiges mechanisches Bearbeitungsverfahren ausgebildet. Die Oberfläche ist nicht mit einer zusätzlichen magnetorestriktiven Schicht beschichtet.In the 2 the rotating parts of an inductive torque sensor unit 11 are shown. The upper steering shaft 3 connected to the steering wheel 2 is torsionally elastically connected to the lower steering shaft 4 via a torsion bar (not shown). On the lower steering shaft 4, a steering pinion 40 is formed, which can be brought into engagement with a rack. The two steering shafts 3,4 each have a structure 32,42 introduced into the surface in an end region 31,41, which forms an angle coding. When installed, the two end regions 31, 41 are directly opposite one another and are rotated in opposite directions when a torque is introduced into the upper steering shaft 3. In the area of the structure 32,42 they each form a sensor 33,43 which, in conjunction with at least one sensor (not shown), generates a signal representing the angle of rotation of the rotating steering shaft 3,4. The steering shafts 3.4 are formed from a single metallic material. The structure includes in the in 2 For example, as shown, longitudinally extending grooves are circumferentially equally spaced. The structure is preferably formed subsequently on the surface by drilling or some other mechanical processing method. The surface is not coated with an additional magnetostrictive layer.

Die Messwertgeber 33,43 sind von einer in 3 dargestellten Sensoreinheit 12 umfangseitig umgeben. Die Sensoreinheit 12 umfasst zwei induktive Sensoren 13,14, die jeweils zwei Spulen 15 aufweisen. Die Spulen 15 eines induktiven Sensors 13,14 sind in 4 dargestellt. Die Spulen 15 umgeben den Messwertgeber 33,43 umfangseitig. Die Spulen 15 eines Sensors 13,14 erstrecken sich wellenförmig bzw. sinusförmig entlang der Umfangsrichtung und sind zueinander um jeweils 90° phasenversetzt angeordnet, so dass sie als Sinus- und Cosinusdecodierung fungieren, um die Position zu erfassen. Die Spulen 15 liegen somit in einer gemeinsamen Ebene, die sich wie eine Mantelfläche eines Zylinders um die Drehachse der Lenkwellen 3,4 legt. Ein Sensor 13,14 fragt die Oberfläche des entsprechenden Messwertgebers 33,43 der Lenkwelle ab. Die Spulen 15 sind Teile eines Schwingkreises. Sie erzeugen ein hochfrequentes Magnetfeld. Wenn sich die Struktur 32,42 des Messwertgebers 33,43 in dem Magnetfeld bewegt, beginnt aufgrund der elektromagnetischen Induktion ein Induktionsstrom zu fließen. Basierend auf der gegenseitigen Induktivitätskopplung ändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des abgefragten Bereichs des Messwertgebers 33,43. Um den Drehwinkel der Lenkwelle 3,4 zu berechnen, sind im vorliegenden Fall zwei um 90° phasenversetze Spulen 15 notwendig. Es können mehr als zwei Sensoren 13,14 vorgesehen sein, um eine hohe Redundanz sowie eine Fähigkeit zur elektronischen Fehlerkompensation (Fehlausrichtung, mechanische Fehler) zu ermöglichen.The sensors 33,43 are of an in 3 sensor unit 12 shown surrounded peripherally. The sensor unit 12 includes two inductive sensors 13, 14, each having two coils 15. The coils 15 of an inductive sensor 13,14 are in 4 shown. The coils 15 surround the sensor 33,43 on the circumference. The coils 15 of a sensor 13, 14 extend in a wavy or sinusoidal manner along the circumferential direction and are arranged phase-shifted by 90° with respect to one another, so that they function as sine and cosine decoding in order to detect the position. The coils 15 are thus in a common plane, which lays like a lateral surface of a cylinder around the axis of rotation of the steering shafts 3.4. A sensor 13,14 queries the surface of the corresponding sensor 33,43 of the steering shaft. The coils 15 are part of an oscillating circuit. They generate a high-frequency magnetic field. When the structure 32,42 of the transducer 33,43 moves in the magnetic field, an induction current begins to flow due to electromagnetic induction. Based on the mutual inductance coupling, the resonant frequency of the oscillating circuit changes depending on the electrical conductivity of the queried area of the sensor 33,43. In order to calculate the angle of rotation of the steering shaft 3.4, two coils 15 which are phase-shifted by 90° are necessary in the present case. More than two sensors 13, 14 can be provided to allow for high redundancy and electronic error compensation capability (misalignment, mechanical errors).

Es ist auch denkbar, eine magnetische Drehmomentsensoreinheit mit magnetischen Sensoren vorzusehen, die jeweils eine Codierung der entsprechenden Lenkwelle abfragen. Aufgrund der in die Oberfläche der Welle eingebrachten Struktur aus beabstandeten Nuten bzw. Senken gibt es in diesem Fall Unterschiede in der magnetischen Permeabilität, was von dem magnetischen Sensor detektierbar ist. Die Senken bzw. Nuten bilden dabei einen niedrigen Zustand aus. In den Bereichen, wo die Oberfläche nicht nachträglich abgetragen wurde, also ein Zahn im Vergleich zu den Senken ausgebildet ist, wird ein hoher Zustand gemessen. Durch die Struktur ergeben sich unterschiedliche Überlappungsbereiche mit der Spulenstruktur. Da die Spulenstruktur sinusförmig ist, repräsentiert der überlappende Bereich eine sinusförmige Wellenform als Ausgangssignal bei Drehung der Lenkwelle.It is also conceivable to provide a magnetic torque sensor unit with magnetic sensors that each query a coding of the corresponding steering shaft. Due to the structure of spaced grooves or depressions introduced into the surface of the shaft, there are differences in the magnetic permeability in this case, which can be detected by the magnetic sensor. The sinks or grooves form a low state. In the areas where the surface was not subsequently removed, i.e. where a tooth is formed compared to the depressions, a high condition is measured. The structure results in different overlapping areas with the coil structure. Since the coil structure is sinusoidal, the overlapping area represents a sinusoidal waveform as the output signal upon rotation of the steering shaft.

Beide Drehmomentsensoreinheiten haben gemeinsam, dass der Messwertgeber durch eine in die Oberfläche der aus einem einzigen Material bestehenden metallischen Lenkwelle eingebrachten Codierung ausgebildet ist. Die Herstellung eines durch die Lenkwelle selbst gebildeten Messwertgebers ist deutlich günstiger, da keine Beschichtung der Oberfläche oder zusätzliche Bauteile notwendig sind.Both torque sensor units have in common that the measured value transmitter is formed by a coding introduced into the surface of the metallic steering shaft, which consists of a single material. The production of a sensor formed by the steering shaft itself is significantly cheaper, since no coating of the surface or additional components are necessary.

Claims (7)

Drehmomentsensoreinheit (11) zum Bestimmen eines Drehmomentes einer Welle eines Kraftfahrzeug-Lenksystems, wobei die Welle eine erste Lenkwelle (3) und eine mit der ersten Lenkwelle (3) über einen Drehstab verbundene zweite Lenkwelle (4) aufweist, und die Drehmomentsensoreinheit (11) eine Sensoreinheit (12) zur berührungslosen Erfassung der Drehlage der ersten Lenkwelle (3) und der zweiten Lenkwelle (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lenkwelle (3) und die zweite Lenkwelle (4) aus Metall gebildet sind und jeweils einen von der Sensoreinheit (12) abfragbaren Messwertgeber (33,43) ausbilden, der durch eine in die Oberfläche der jeweiligen Lenkwelle (3,4) eingebrachte Struktur (32,42) gebildet ist.Torque sensor unit (11) for determining a torque of a shaft of a motor vehicle steering system, the shaft having a first steering shaft (3) and a second steering shaft (4) connected to the first steering shaft (3) via a torsion bar, and the torque sensor unit (11) a sensor unit (12) for contactless detection of the rotational position of the first steering shaft (3) and the second steering shaft (4), characterized in that the first steering shaft (3) and the second steering shaft (4) are made of metal and each have one of form the sensor unit (12) that can be scanned (33,43), which is formed by a structure (32,42) introduced into the surface of the respective steering shaft (3,4). Drehmomentsensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (32,42) durch mechanische Bearbeitung der Oberfläche hergestellt ist.Torque sensor unit claim 1 , characterized in that the structure (32,42) is produced by mechanical processing of the surface. Drehmomentsensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (32,42) sich in Längsrichtung erstreckende Nuten umfasst, die entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandet sind.Torque sensor unit claim 1 or 2 characterized in that the structure (32,42) includes longitudinally extending grooves evenly spaced circumferentially. Drehmomentsensoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12) eine induktive oder magnetische Sensoreinheit ist.Torque sensor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (12) is an inductive or magnetic sensor unit. Drehmomentsensoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12) wenigstens zwei Sensoren (13,14) umfasst, die jeweils zwei Spulen (15) aufweisen.Torque sensor unit claim 4 , characterized in that the sensor unit (12) comprises at least two sensors (13,14), each having two coils (15). Drehmomentsensoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (15) eines Sensors (13,14) die entsprechende Lenkwelle (3,4) im Bereich der Struktur (32,42) umfangsseitig umgeben.Torque sensor unit claim 5 , characterized in that the coils (15) of a sensor (13,14) surround the corresponding steering shaft (3,4) in the region of the structure (32,42) on the peripheral side. Elektromechanische Hilfskraftlenkung (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Drehmomentsensoreinheit (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electromechanical power steering system (1) for a motor vehicle having a torque sensor unit (11) according to one of the preceding claims.
DE102020122331.5A 2020-08-26 2020-08-26 Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts Pending DE102020122331A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122331.5A DE102020122331A1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts
PCT/EP2021/073254 WO2022043252A1 (en) 2020-08-26 2021-08-23 Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122331.5A DE102020122331A1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020122331A1 true DE102020122331A1 (en) 2022-03-03

Family

ID=77726442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020122331.5A Pending DE102020122331A1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020122331A1 (en)
WO (1) WO2022043252A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60109531T2 (en) 2000-07-14 2006-02-16 Koyo Seiko Co., Ltd. Torque detecting device and electric power steering
DE60211104T2 (en) 2001-11-28 2007-04-19 Toyoda Machine Works, Ltd., Kariya Electrically powered steering system
DE102013204924A1 (en) 2013-03-20 2014-09-25 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Measurement of a torque acting on a steering shaft

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1282987B (en) * 1964-10-12 1968-11-14 Philips Patentverwaltung Arrangement for the contactless measurement of relative displacements of rotating bodies
US4712433A (en) * 1985-10-18 1987-12-15 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Torque sensor for automotive power steering systems
JP2515891B2 (en) * 1989-09-20 1996-07-10 株式会社日立製作所 Angle sensor, torque sensor, and electric power steering device controlled according to the outputs of the sensors
JPH0424530A (en) * 1990-05-19 1992-01-28 Ono Sokki Co Ltd Magnetostriction torque sensor
US6450044B1 (en) * 1997-08-15 2002-09-17 Bishop Innovation Limited Torque transducer
AUPP098497A0 (en) * 1997-12-17 1998-01-15 Bishop Innovation Pty Limited Transmission path torque transducer
EP1087218A4 (en) * 1999-04-07 2006-06-07 Koyo Seiko Co Rotation angle detector, torque detector and steering device
US6935193B2 (en) * 1999-12-06 2005-08-30 Robert Bosch Gmbh Device for measuring the angle and/or the angular velocity of a rotatable body and/or the torque acting upon said body
US6931311B2 (en) * 2001-02-07 2005-08-16 Visteon Global Technologies, Inc. Torque sensing for a steering system
KR20040097124A (en) * 2002-02-08 2004-11-17 로베르트 보쉬 게엠베하 Optical Torque and Angle Sensor
KR100721099B1 (en) * 2002-09-02 2007-05-22 주식회사 만도 Torque Sensor
KR100706997B1 (en) * 2003-12-10 2007-04-11 주식회사 만도 Eddy current type torque sensor
KR101006151B1 (en) * 2005-08-17 2011-01-07 주식회사 만도 Torque sensor for streeing system
KR100726411B1 (en) * 2006-07-14 2007-06-11 엘지이노텍 주식회사 Apparatus for detecting torque
EP2420803A1 (en) * 2010-08-13 2012-02-22 BALLUFF GmbH Device for recording the torsion angle of a shaft and/or the torque of a shaft and method for operating the device
US10466121B2 (en) * 2014-03-06 2019-11-05 Joyson Safety Systems Acquisition Llc Force-based detection systems and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60109531T2 (en) 2000-07-14 2006-02-16 Koyo Seiko Co., Ltd. Torque detecting device and electric power steering
DE60211104T2 (en) 2001-11-28 2007-04-19 Toyoda Machine Works, Ltd., Kariya Electrically powered steering system
DE102013204924A1 (en) 2013-03-20 2014-09-25 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Measurement of a torque acting on a steering shaft

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022043252A1 (en) 2022-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1313999B1 (en) Device and method for measuring angles
EP2225142B1 (en) Absolute measurement steering angle sensor arrangement
DE102007037217B4 (en) Inductive measuring device for non-contact detection of the relative rotational position between two bodies with diametrically arranged coils
EP1475604B1 (en) Inductive angle sensor
WO2000008434A1 (en) Sensor array for detecting rotation angle and/or torque
EP3853569A1 (en) Inductive angle sensor for a motor vehicle steering system
EP2180296A1 (en) Device to determine the angle of rotation, especially for the steering shaft of a vehicle
DE102012109787B4 (en) Steering angle sensor for motor vehicles
EP2773923B1 (en) Eddy current-based angle sensor
EP3856616B1 (en) Angle sensor having a two-pole magnet for a motor vehicle steering system
WO2019149669A1 (en) Inductive angle sensor for a motor vehicle steering system
WO2010063712A1 (en) Magnetic encoder
DE102020122331A1 (en) Torque sensor unit with structured surface of the steering shafts
EP3894793B1 (en) Sensor unit having gearwheels formed from a printed circuit board
DE102019124972A1 (en) Sensor arrangement for detecting a steering torque and an absolute angular position and sensor device with this sensor arrangement
EP4031839B1 (en) Measuring device
DE10348914A1 (en) Rotational angle measurement device, especially for a vehicle steering column, has an angular sensor for up to 360 degrees and a turns sensor which is based on a helical component and a sensor part that is moved along it
EP3895507B1 (en) Electronic printed circuit board
EP3948198B1 (en) Torque sensor having inductively coupled, intermeshing components
DE102018121560A1 (en) High-resolution induction / frequency measurement with a slow microcontroller
DE102007037216B4 (en) Measuring device for non-contact detection of a relative position
DE102019108522A1 (en) Rotor position sensor for a motor vehicle steering system with magnetic shielding
EP4163599A1 (en) Steering system for a motor vehicle
DE102022206590A1 (en) Steering gear with position sensors and electric steering system with the steering gear

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R084 Declaration of willingness to licence