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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung zum Sensieren einer Verformung eines Verformungselements für eine elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung für ein Fahrzeug und ein elektromechanisches Wankstabilisierungssystem mit einer Sensorvorrichtung.
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Für magnetostriktive Sensoren, insbesondere aktive, bei denen ein Prüf-Magnetfeld dynamisch mittels einer Spule erregt wird, wird eine möglichst gute Ankopplung dieser Erregerspule an den magnetostriktiven Verformungskörper angestrebt. Gleichzeitig sollten auch die Messspulen gut an den Verformungskörper und die Erregerspule gekoppelt sein, um ein großes Messsignal zu erhalten. In der Regel werden deshalb die Messspulen dicht um die Erregerspule angeordnet.
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Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Sensorvorrichtung zum Sensieren einer Verformung eines Verformungselements für eine elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung für ein Fahrzeug sowie eine elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung mit einer verbesserten Sensorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass für einen aktiven magnetostriktiven Sensor eine Anordnung der Spulen geschaffen wird, welche zu einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis und zusätzlich oder alternativ einer Vereinfachung eines Aufbaus führt.
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Eine Sensorvorrichtung zum Sensieren einer Verformung eines Verformungselements für eine elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung für ein Fahrzeug weist eine Eingangsschnittstelle, eine erste Messspule, zumindest eine zweite Messspule und eine Ausgangsschnittstelle auf. Die Eingangsschnittstelle ist zum Bereitstellen einer von einem Generator erzeugten Wechselspannung ausgeformt. Die erste Messspule ist an dem Verformungselement angeordnet oder anordenbar und dazu ausgebildet, um unter Verwendung der Wechselspannung ein Magnetfeld zu erzeugen. Die zweite Messspule ist ebenfalls an dem Verformungselement angeordnet oder anordenbar und dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Magnetfelds eine Messspulenspannung zu erzeugen. Die Ausgangsschnittstelle ist zum Ausgeben der Messspulenspannung an eine Auswerteeinrichtung ausgebildet, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der Messspulenspannung ein Verformungssignal zu erzeugen, das einen Verformungswert der Verformung des Verformungselements repräsentiert. Die erste Messspule umgibt die zweite Messspule zumindest teilweise oder die erste Messspule und die zweite Messspule sind in Reihe geschaltet.
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Das Verformungselement kann ein zur Kraftübertragung geeignetes Teil sein. Beispielsweise kann das Verformungselement Teil einer elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung zum Bewirken einer elektromechanische Wankstabilisierung, kurz „ERC“, (engl. für Electromechanical Roll Control) sein. So kann das Verformungselement Teil eines ERC-Stellers sein. Beispielsweise kann das Verformungselement eine Welle, eine Hohlwelle oder ein Gehäuse der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung sein. Die Sensorvorrichtung kann dazu dienen, im Betrieb der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung die Verformung des Verformungselements, beispielsweise eine Dehnung und zusätzlich oder alternativ Scherdehnung des Verformungselements, und somit ein anliegendes Drehmoment des Fahrzeugs zu erfassen, um beispielsweise eine korrekte Ansteuerung der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Bei der Sensorvorrichtung kann es sich um einen magnetostriktiven Sensor, beispielsweise einen aktiven magnetostriktiven Sensor handeln. Durch das von der ersten Messspule erzeugte und von der zweiten Messspule erfasste Magnetfeld kann die Verformung des Verformungselements erfasst werden. Dies kann daraus resultieren, dass sich durch die Verformung eine Relativposition zwischen der ersten Messspule und der zweiten Messspule und/oder eine Form der Messspulen verändert. Bei einer Variante der Sensorvorrichtung mit der um die zweite Messspule angeordneten ersten Messspule kann das Magnetfeld vorteilhafterweise besonders gleichmäßig auf die zweite Messspule einwirken. Die erste Messspule dient hierbei als eine Erregerspule. Bei einer Variante der Sensorvorrichtung mit der in Reihe geschalteten ersten und zweiten Messspule kann vorteilhafterweise eine eigens zum Anregen des Magnetfelds eingesetzte Erregerspule entfallen.
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Die Sensorvorrichtung kann ferner die Auswerteeinrichtung aufweisen, die elektrisch mit der Ausgangsschnittstelle verbunden ist. So kann das Verformungssignal schnell und einfach erzeugt werden. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um eine durch die Verformung hervorgerufene Spannungsänderung an den Spulen zu erkennen und/oder auszuwerten. Dabei kann auf bekannte Messprinzipien zurückgegriffen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensorvorrichtung weiterhin den Generator zum Erzeugen der Wechselspannung umfassen, wobei der Generator elektrisch mit der Eingangsschnittstelle verbunden ist. Der Generator kann beispielsweise als eine Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle ausgeformt sein. So kann schnell und einfach Wechselspannung zur Erzeugung des Magnetfelds bereitgestellt werden.
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Die zweite Messspule kann einen Anschlussleitungsabschnitt und zumindest einen Wicklungsabschnitt aufweisen, wobei der Anschlussleitungsabschnitt zumindest teilweise außerhalb der ersten Messspule angeordnet ist und die erste Messspule den Wicklungsabschnitt umgibt. Der Anschlussleitungsabschnitt kann zum Anschließen an die Ausgangsschnittstelle und optional auch an die Eingangsschnittstelle vorgesehen und ausgeformt sein. Die Anschlussleitungsabschnitt kann einen äußersten Abschnitt mit zwei Anschlüssen der zweiten Messspule und einen die erste Messspule kreuzenden Transferabschnitt aufweisen. Auf diese Weise kann die von der ersten Messspule umringte zweite Messspule elektrisch kontaktiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Messspule einen weiteren Wicklungsabschnitt aufweisen, der außerhalb der ersten Messspule angeordnet sein kann. Eine Feldeinkopplung kann durch innen und außen liegende Wicklungsabschnitte verbessert werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Sensorvorrichtung zumindest eine an dem Verformungselement angeordnete oder anordenbare zweite zweite Messspule aufweist, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Magnetfelds eine zweite zweite Messspulenspannung zu erzeugen, wobei die erste Messspule die zweite zweite Messspule zumindest teilweise umgibt. Dabei kann die Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der zweiten zweiten Messspulenspannung an die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung kann entsprechend ausgebildet sein, um unter Verwendung der zweiten zweiten Messspulenspannung das Verformungssignal zu erzeugen. Die zweite Messspule und die zweite zweite Messspule können benachbart zueinander angeordnet sein und beispielsweise denselben Abstand zu der ersten Messspule in Form der Erregerspule aufweisen. Eine einachsige Dehnung des Verformungselements kann so unter Verwendung der zweiten Messspulenspannung und der zweiten zweiten Messspulenspannung zuverlässig sensiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die zweite Messspule und die zweite zweite Messspule baugleich ausgeformt sein. Zusätzlich oder alternativ können die beiden zweiten Messspulen gedreht zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die zweiten Messspulen kreisabschnittförmig oder rechteckig gewickelt sein. Beispielsweise können die beiden zweiten Messspulen um 180 Grad gedreht einander gegenüberliegend angeordnet und beispielsweise je halbkreisförmig gewickelt sein. Die erste Messspule kann kreisförmig um die halbkreisförmigen zweiten Messspulen angeordnet sein. Wenn die zweiten Messspulen rechteckig gewickelt sind, kann auch die erste Messspule rechteckig gewickelt sein. So kann der von der ersten Messspule umschlossene Bereich optimal ausgenutzt werden.
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Die Sensorvorrichtung kann zumindest eine an dem Verformungselement angeordnete oder anordenbare dritte zweite Messspule aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Magnetfelds eine dritte zweite Messspulenspannung zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensorvorrichtung eine und an dem Verformungselement angeordnete oder anordenbare vierte zweite Messspule aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Magnetfelds eine vierte zweite Messspulenspannung zu erzeugen. Dabei kann die erste Messspule auch die dritte zweite Messspule und zusätzlich oder alternativ die vierte zweite Messspule zumindest teilweise umgeben. Die Ausgangsschnittstelle kann entsprechend zum Ausgeben der zweiten dritten Messspulenspannung und zusätzlich oder alternativ der zweiten vierten Messspulenspannung an die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung lamm dazu ausgebildet sein, unter Verwendung der zweiten dritten Messspulenspannung und zusätzlich oder alternativ zweiten vierten Messspulenspannung das Verformungssignal zu erzeugen.
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Die vier zweiten Messspulen können benachbart zueinander, beispielsweise matrixförmig angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die vier zweiten Messspulen denselben Abstand zu der ersten Messspule in Form der Erregerspule aufweisend angeordnet sein. Eine Scherdehnung des Verformungselements kann so unter Verwendung der vier zweiten Messspulenspannungen zuverlässig sensiert werden.
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Auch die dritte zweite Messspule und zusätzlich oder alternativ vierte zweite Messspule können baugleich und zusätzlich oder alternativ gedreht zueinander angeordnet und zusätzlich oder alternativ kreisabschnittförmig oder rechteckig gewickelt sein. Beispielsweise können die vier zweiten Messspulen je um 90 Grad zueinander gedreht angeordnet sein, beispielsweise je viertelkreisförmig gewickelt. Die erste Messspule kann kreisförmig um die vier viertelkreisförmigen zweiten Messspulen angeordnet sein. So kann ein Bauraum auf dem Verformungselement optimal ausgenutzt werden.
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Ein erster Anschluss der ersten Messspule kann direkt mit der Eingangsschnittstelle kontaktiert sein und ein zweiter Anschluss der ersten Messspule kann direkt mit der Eingangsschnittstelle kontaktiert sein, wobei ein erster Anschluss der zweiten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit einem ersten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar und ein zweiter Anschluss der zweiten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit einem Potenzialanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar sein kann. Ein erster Anschluss der zweiten zweiten Messspule kann über die Ausgangsschnittstelle mit einem zweiten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar und ein zweiter Anschluss der zweiten zweiten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit dem Potenzialanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar sein. Ein erster Anschluss der dritten zweiten Messspule kann über die Ausgangsschnittstelle mit einem dritten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar und ein zweiter Anschluss der dritten zweiten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit dem Potenzialanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar sein. Ein erster Anschluss der vierten zweiten Messspule kann über die Ausgangsschnittstelle mit einem vierten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar und ein zweiter Anschluss der vierten zweiten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit dem Potenzialanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar sein. So kann ein funktionsfähiger Schaltkreis für eine Sensorvorrichtung mit gesonderter Erregerspule realisiert sein.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn hierbei gemäß einer Ausführungsform die Auswerteeinrichtung eine erste Vergleichseinrichtung, eine zweite Vergleichseinrichtung und eine dritte Vergleichseinrichtung umfasst. Dabei kann ein erster Eingang der ersten Vergleichseinrichtung mit dem ersten Messanschluss verbindbar und ein zweiter Eingang der ersten Vergleichseinrichtung mit dem zweiten Messanschluss verbindbar sein. Die erste Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um ein erstes Vergleichssignal an einem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung bereitzustellen. Ein erster Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung kann mit dem dritten Messanschluss verbindbar und ein zweiter Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung kann mit dem vierten Messanschluss verbindbar sein. Die zweite Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um ein zweites Vergleichssignal an einem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung bereitzustellen. Ein erster Eingang der dritten Vergleichseinrichtung kann mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung verbindbar und ein zweiter Eingang der dritten Vergleichseinrichtung mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung verbindbar sein. Die dritte Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Verformungssignal unter Verwendung des ersten Vergleichssignals und des zweiten Vergleichssignals an einem Ausgang der dritten Vergleichseinrichtung bereitzustellen. So kann eine Differenzspannung zweier gegenüberliegender Messspulen von der ersten Vergleichseinrichtung und eine weitere Differenzspannung der zwei anderen gegenüberliegenden Messspulen von der zweiten Vergleichseinrichtung ermittelt werden, wobei die Asymmetrie der zwei Differenzspannungen von der dritten Vergleichseinrichtung ermittelt werden kann. Diese Asymmetrie kann das Verformungssignal in Form einer Scherdehnung des Verformungselements repräsentieren.
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Alternativ zu den vorangehend beschriebenen zweiten zweiten Messpulen kann die Sensorvorrichtung aber auch zumindest eine an dem Verformungselement angeordnete oder anordenbare dritte Messspule aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Magnetfelds eine dritte Messspulenspannung zu erzeugen und zusätzlich oder alternativ eine an dem Verformungselement angeordnete oder anordenbare vierte Messspule aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Magnetfelds eine vierte Messspulenspannung zu erzeugen. Dabei können die erste, zweite, dritte und zusätzlich oder alternativ vierte Messspule in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise können die erste und zweite Messspule zueinander in Reihe sowie die dritte und vierte Messspule zueinander in Reihe geschaltet sein. Alternativ können die erste, zweite, dritte und vierte Messspule gemeinsam in Reihe geschaltet sein. Dabei kann die Ausgangsschnittstelle ausgebildet sein, um die dritte Messspulenspannung und zusätzlich oder alternativ die vierte Messspulenspannung an die Auswerteeinrichtung auszugeben. Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, um unter Verwendung der dritten Messspulenspannung und zusätzlich oder alternativ der vierten Messspulenspannung das Verformungssignal zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um das Verformungssignal basierend auf einer Differenzbildung zweier Messspulenspannungen zu bestimmen, die an einer die erste und zweite Messspule verbindenden Verbindungsleitung und einer die dritte und vierte Messspule verbindenden Verbindungsleitung über die Ausgangsschnittstelle abgegriffen werden.
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Die erste, zweite, dritte und zusätzlich oder alternativ vierte Messspule können entsprechend einer der vorangehend beschriebenen Anordnungen der vier zweiten Messspulen zueinander angeordnet sein, beispielsweise je viertelkreisförmig gewickelt und einander matrixförmig zugewandt angeordnet sein. In einer Variante der Sensorvorrichtung mit allen in Reihe geschalteten Messspulen kann auch die erste Messspule dazu ausgebildet sein, um unter Verwendung des Magnetfelds eine erste Messspulenspannung zu erzeugen, wobei die Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der ersten Messspulenspannung an die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein kann.
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Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, um unter Verwendung der ersten Messspulenspannung das Verformungssignal zu erzeugen. Eine Scherdehnung des Verformungselements kann so unter Verwendung der vier Messspulenspannungen auch ohne gesonderte Erregerspule zuverlässig sensiert werden.
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Alternativ zu dem vorangehend beschriebenen Schaltkreis mit gesonderter Erregerspule kann bei einem Schaltkreis für die in Reihe geschalteten Messspulen ein erster Anschluss der ersten Messspule über die Eingangsschnittstelle mit einem ersten Anschluss des Generators verbindbar, ein zweiter Anschluss der ersten Messspule direkt mit einem ersten Anschluss der zweiten Messspule verbindbar, ein zweiter Anschluss der zweiten Messspule direkt mit einem ersten Anschluss der dritten Messspule verbindbar, ein zweiter Anschluss der dritten Messspule direkt mit einem ersten Anschluss der vierten Messspule verbindbar, und ein zweiter Anschluss der vierten Messspule über die Eingangsschnittstelle mit einem zweiten Anschluss des Generators verbindbar sein. Dabei kann der zweite Anschluss der ersten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit einem ersten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar und der zweite Anschluss der dritten Messspule über die Ausgangsschnittstelle mit einem zweiten Messanschluss der Auswerteeinrichtung verbindbar sein kann. So kann ein funktionsfähiger Schaltkreis für eine Sensorvorrichtung mit vier in Reihe geschalteten Messspulen ohne gesonderte Erregerspule realisiert sein.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn hierbei gemäß einer Ausführungsform die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinrichtung umfasst, wobei ein erster Eingang der Vergleichseinrichtung mit dem ersten Messanschluss verbindbar ist und ein zweiter Eingang der Vergleichseinrichtung mit dem zweiten Messanschluss verbindbar ist. Die Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Verformungssignal an einem Ausgang der Vergleichseinrichtung bereitzustellen. So kann die Vergleichseinrichtung unter Verwendung der an dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss anliegenden Spannungen dazu ausgebildet sein, um eine Differenz aus den Spannungen zu bilden, die das Verformungssignal repräsentiert. Es ist hierzu lediglich eine Vergleichseinrichtung notwendig.
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Die erste Messspule und die zweite Messspule können baugleich und zusätzlich oder alternativ gedreht zueinander angeordnet und zusätzlich oder alternativ kreisabschnittförmig oder rechteckig gewickelt sein und die erste Messspule und die zweite Messspule in Reihe geschaltet sein.
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Es wird ferner ein elektromechanisches Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug mit einer elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung und einer Sensorvorrichtung vorgestellt, die in einer der vorangehend beschriebenen Varianten ausgeformt ist. Bei einem solchen elektromechanischen Wankstabilisierungssystem ist dank der Sensorvorrichtung ein Sensieren einer Verformung eines Verformungselements der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung unter Verwendung eines Magnetfelds ermöglicht, wobei ein Signal-Rausch-Verhältnis sehr gut und zusätzlich oder alternativ ein einfacher/bauraumreduzierter Aufbaus der Sensorvorrichtung auf dem Verformungselement realisiert ist.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektromechanischen Wankstabilisierungssystem mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 bis 16 je eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 17 eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektromechanischen Wankstabilisierungssystems mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem elektromechanischen Wankstabilisierungssystem 105 mit einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Anwendung der Sensorvorrichtung 110 im Zusammenhang mit dem Wankstabilisierungssystem 105 nur beispielhaft gewählt. Die Sensorvorrichtung 110 kann auch in anderen Systemen eingesetzt werden, in denen einen Verformung erkannt werden kann, beispielsweise an Maschinenteilen oder Tragelementen von Bauwerken.
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Lediglich beispielhaft ist das elektromechanische Wankstabilisierungssystem 105, welches eine elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung 112 und die Sensorvorrichtung 110 umfasst, von dem Fahrzeug 100 aufgenommen. Auch die Sensorvorrichtung 110 ist lediglich beispielhaft an einem Verformungselement 115 der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung 105 angeordnet. Die elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung 112 ist in 17 detaillierter dargestellt und beschrieben.
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Die elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung 112 ist dazu ausgebildet, um eine elektromechanische Wankstabilisierung, kurz „ERC“, engl. für „Electromechanical Roll Control“, für das Fahrzeug 100 durchzuführen. Dies funktioniert gemäß einem Ausführungsbeispiel folgendermaßen: An einer Vorder- und/oder Hinterachse des Fahrzeugs 100 erzeugen aktive elektromechanische Wankstabilisierungen in Kurvenfahrten Stabilisierungsmomente, so dass eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus minimiert oder gänzlich beseitigt wird. Zusätzlich wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein optimales Einlenk- und Lastwechselverhalten erzeugt. Bei Geradeausfahrt dagegen passt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine elektronische Steuerung ein Dämpfmaß an und sorgt für ein weicheres, komfortableres Ansprechen der Federung. Eine Kopierbewegung des Aufbaus wird gemäß einem Ausführungsbeispiel reduziert, dadurch erhält das Fahrzeug 100 eine hohe Agilität und Zielgenauigkeit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um ein Fahrzeug 100 der Mittel- oder Oberklasse, mit einem beliebigen Fahrzeugantrieb, hier mit einem Hybrid- oder Elektroantrieb.
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Die Sensorvorrichtung 110 ist dazu ausgebildet, eine Verformung des Verformungselements 115 zu sensieren. Hierzu weist die Sensorvorrichtung 110 eine Eingangsschnittstelle 120, eine erste Messspule 125, zumindest eine zweite Messspule 130 und eine Ausgangsschnittstelle 135 auf. Die Eingangsschnittstelle 120 ist zum Bereitstellen einer von einem Generator erzeugten Wechselspannung ausgeformt. Die erste Messspule 125 ist an dem Verformungselement 115 angeordnet oder anordenbar und dazu ausgebildet, um unter Verwendung der Wechselspannung ein Magnetfeld zu erzeugen. Die zweite Messspule 130 ist ebenfalls an dem Verformungselement 115 angeordnet oder anordenbar und dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Magnetfelds eine Messspulenspannung 140 zu erzeugen. Die Ausgangsschnittstelle 135 ist zum Ausgeben der Messspulenspannung 140 an eine Auswerteeinrichtung ausgebildet, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der Messspulenspannung 140 ein Verformungssignal zu erzeugen, das einen Verformungswert der Verformung des Verformungselements 115 repräsentiert. Die erste Messspule 125 umgibt die zweite Messspule 130 zumindest teilweise.
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Das Verformungselement 115 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein Hohlwelle ausgeformt, die an beiden Enden durch einen Flansch zur Drehmomenteinleitung abgeschlossen ist. Eine solche Hohlwelle ist beispielsweise für einen ERC-Steller geeignet. Die Sensorvorrichtung 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel an einer Innenwand der Hohlwelle angeordnet. Die Hohlwelle kann somit ein Gehäuse ausformen, in dem die Sensorvorrichtung 110 vor Umwelteinflüssen geschützt angeordnet sein kann.
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Die Sensorvorrichtung 110 dient gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu, im Betrieb der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung 112 die Verformung des Verformungselements 115, beispielsweise eine Dehnung und/oder Scherdehnung des Verformungselements 115, und somit ein anliegendes Drehmoment des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Dies kann beispielsweise für eine korrekte Ansteuerung der elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung 112 zur Stabilisierung des Fahrzeugs 100 genutzt werden.
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Bei der Sensorvorrichtung 110 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um einen magnetostriktiven Sensor, beispielsweise einen aktiven magnetostriktiven Sensor. Das von der ersten Messspule 125 erzeugte Magnetfeld wird genutzt, um die Verformung des Verformungselements 115 sensieren zu können. Dabei wird ausgenutzt, dass die an der zweiten Messspule 130 abgegriffene Messspulenspannung 140 abhängig von der Verformung des Verformungselements 115 ist. Die erste Messspule 125 dient gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine Erregerspule und wird im Folgenden auch als „Erregerspule“ bezeichnet.
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Die zweite Messspule 130 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Anschlussleitungsabschnitt 145 und zumindest einen Wicklungsabschnitt 150 auf, wobei der Anschlussleitungsabschnitt 145 zumindest teilweise außerhalb der ersten Messspule 125 angeordnet ist und die erste Messspule 125 den Wicklungsabschnitt 150 umgibt. Der Anschlussleitungsabschnitt 145 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen äußersten Abschnitt der zweiten Messspule 130 auf, der an die Ausgangsschnittstelle 135 angeschlossen ist. Ein an den äußersten Abschnitt angrenzender Transferabschnitt des Anschlussleitungsabschnitts 145 kreuzt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die erste Messspule 125 und teilweise den Wicklungsabschnitt 150. Der Wicklungsabschnitt 150 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine, hier eine Mehrzahl, genauer gesagt drei Wicklungen auf. Die Wicklungen sind beispielhaft kreisförmig ausgeformt, können jedoch auch andere zum Ausformen einer Spule geeignete Formen aufweisen. Der Anschlussleitungsabschnitt 145 erstreckt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel geradlinig von dem Wicklungsabschnitt 150 weg. Eine Länge des Anschlussleitungsabschnitts 145 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ähnlich einem Außendurchmesser des Wicklungsabschnitts 150 oder größer als der Außendurchmesser des Wicklungsabschnitts 150.
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Die zweite Messspule 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine planare Messspule ausgeformt. Auch die erste Messspule 125 ist als eine planare Messspule ausgeformt. Die erste Messspule 125 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls lediglich beispielhaft drei kreisrunde Wicklungen auf, wobei auch eine andere Anzahl und/oder Form der Wicklungen möglich ist.
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Die Sensorvorrichtung 110 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest eine zweite zweite Messspule 130 auf. Beispielhaft weist die Sensorvorrichtung 110 hier auch eine dritte zweite Messspule 130 und eine vierte zweite Messspule 130 auf. Die Anzahl der zweiten Messspulen 130 ist beispielsweise abhängig von der gewünschten Messgenauigkeit frei wählbar. Die zweiten Messspulen 130 sind von der ersten Messspule 125 umringt. Die Messspulen 125, 130 sind an dem Verformungselement 115 angeordnet, beispielsweise auf eine Oberfläche des an dem Verformungselements 115 aufgebracht oder in eine Oberfläche des Verformungselements 115 integriert.
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Die zweite zweite Messspule 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um unter Verwendung des von der ersten Messspule 125 erzeugten Magnetfelds eine zweite zweite Messspulenspannung, die über die Ausgangsschnittstelle 135 der zweiten zweiten Messspule 130 abgegriffen werden kann. Die dritte zweite Messspule 130 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Magnetfelds eine dritte zweite Messspulenspannung zu erzeugen, die über die Ausgangsschnittstelle 135 der dritten zweiten Messspule 130 abgegriffen werden kann. Die vierte zweite Messspule 130 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Magnetfelds eine vierte zweite Messspulenspannung zu erzeugen, die über die Ausgangsschnittstelle 135 der vierten zweiten Messspule 130 abgegriffen werden kann. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, um unter Verwendung der abgegriffenen zweiten Messspulenspannungen das Verformungssignal zu erzeugen.
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Die vier zweiten Messspulen 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel baugleich und matrixförmig und denselben Abstand zu der ersten Messspule 125 aufweisend angeordnet. Die vier zweiten Messspulen 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel bezüglich ihrer Anschlussleitungsabschnitte 145 um je 90 Grad zueinander gedreht angeordnet. Die vier Anschlussleitungsabschnitte 145 der vier zweiten Messspulen 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel je senkrecht zu benachbart angeordneten Anschlussleitungsabschnitten 145 und parallel zu gegenüberliegend angeordneten Anschlussleitungsabschnitten 145 angeordnet und kreuzen einander nicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung 110 ferner die Auswerteeinrichtung auf, die elektrisch mit der Ausgangsschnittstelle 135 verbunden ist, und/oder den Generator zum Erzeugen der Wechselspannung auf, wobei der Generator elektrisch mit der Eingangsschnittstelle 120 verbunden ist, wie es beispielsweise in 8 gezeigt ist.
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Die hier vorgestellte Sensorvorrichtung 110 realisiert eine vorteilhafte Spulenanordnung für eine magnetostriktive Sensorik oder Magnetostriktion. Ein Hauptmerkmal der Sensorvorrichtung 110 ist also die Anordnung der Spulen 125, 130 der Sensorvorrichtung 110 in Form eines aktiven magnetostriktiven Sensors. Diese Spulenanordnung führt zu einem sehr guten Signal zu Rausch-Verhältnis sowie einem einfachen Aufbau.
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Die Sensorvorrichtung 110 ist dazu ausgebildet, um ein Prüf-Magnetfeld dynamisch mittels der ersten Messspule 125 zu erregen, wobei eine möglichst gute Ankopplung dieser Erregerspule an das Verformungselement 115 in Form eines magnetostriktiven Verformungskörpers realisiert ist. Gleichzeitig sind auch die zweiten Messspulen 130 gut an den Verformungskörper und die Erregerspule gekoppelt, um ein großes Messsignal zu erhalten. Hierzu ist die Erregerspule gemäß diesem Ausführungsbeispiel dicht um die zweiten Messspulen 130 herum angeordnet.
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Durch die hier gezeigte Spulenanordnung der vier zweiten Messspulen 130 ist eine magnetostriktive Scherspannungsmessung sowie Torsionsmessung des Verformungskörpers 115 ermöglicht. Gemäß in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen mit nur zwei zweiten Messpulen 130 ist eine magnetostriktive Dehnungsmessung des Verformungskörpers 115 ermöglicht.
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Durch die erste Messspule 125 fließt im Betrieb ein hochfrequenter Wechselstrom, welcher ein darunter sowie darüber liegendes gemäß einem Ausführungsbeispiel ferromagnetisches/leitfähiges Material magnetisch anregt. In den zweiten Messspulen 130, welche auch als „Satellitenspulen“ bezeichnet werden können, induziert dieser Magnetfluss jeweils eine gleich große Spannung, wenn wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel Abstände, Windungszahlen und Flächen untereinander gleich sind.
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Durch eine mechanische Spannung im ferromagnetischen/leitfähigen Material wird der Magnetfluss jeweils geringfügig unterschiedlich in die Satellitenspulen eingekoppelt. Dies liegt sowohl an dem Einfluss der Dehnung auf die Leitfähigkeit, als auch das magnetische Verhalten (Magnetostriktion).
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Werden die zweiten Messspulen 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel zu einer Messbrücke verschaltet, kann ein dehnungsabhängiges Messsignal gemessen werden. Je nach Anordnung relativ zur mechanischen Spannung oder Dehnung ist damit über den inversen magnetostriktiven Effekt (Villari) eine lineare Dehnung bzw. ScherDehnung (Torsion) messbar. Die Anordnung ist, wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Luft-Spulen ohne Kern oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen Kern, z. B. aus Ferrit, verwendbar. Beides hat spezifische Vor- und Nachteile.
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Gezeigt sind in 1 und den folgenden Figuren zwei Varianten, eine für die Messung einer Dehnung, eine andere für die Messung einer Scherdehnung. Für beide ergibt sich eine gute Kopplung zwischen Erregerspule, magnetostriktivem Verformungselement 115 und Messspulen durch die große Fläche der Erregerspule in Form der ersten Messspule 125 sowie durch das Umfassen der zweiten Messspulen 130.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die vier zweiten Messpulen 130 nicht kreisrund, sondern je kreisabschnittförmig gewickelt sind.
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Jede der vier zweiten Messpulen 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel viertelkreisförmig gewickelt ausgeformt. Vier winkelige, hier rechtwinkelige, Abschnitte der je viertelkreisförmigen Wicklungen der vier zweiten Messspulen 130 sind einander zugewandt angeordnet. Vier gebogene Abschnitte der je viertelkreisförmigen Wicklungen der vier zweiten Messspulen 130 sind der ersten Messspule 125 zugewandt angeordnet. Die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig um die viertelkreisförmigen zweiten Messspulen 130 angeordnet. So wird gegenüber der in 1 gezeigten Ausformung der zweiten Messpulen 130 eine Fläche innerhalb der ersten Messspule 125 durch die zweiten Messpulen 130 ideal ausgenutzt. Wie auch die in 1 gezeigte Sensorvorrichtung 110 ist die hier gezeigte Sensorvorrichtung 110 für die Messung von mehrachsigen Spannungszuständen geeignet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 2 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Sensorvorrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich zwei der zweiten Messpulen 130 aufweist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die zweite Messspule 130 und die zweite zweite Messspule 130 um 180 Grad gedreht einander gegenüberliegend angeordnet, hier beispielhaft je halbkreisförmig gewickelt. Zwei gerade Abschnitte der je halbkreisförmigen Wicklungen der zwei zweiten Messspulen 130 sind einander zugewandt angeordnet und/oder verlaufen gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel und/oder mittig innerhalb der ersten Messspule 125. Zwei gebogene Abschnitte der je halbkreisförmigen Wicklungen der zwei zweiten Messspulen 130 sind der ersten Messspule 125 zugewandt angeordnet. Die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig um die halbkreisförmigen zweiten Messspulen 130 angeordnet. Die hier gezeigte Sensorvorrichtung 110 ist ähnlich der in 2 gezeigten Sensorvorrichtung 110, jedoch für die Messung von einachsigen/linearen Spannungszustände geeignet. Ebenfalls für die Messung von einachsigen/linearen Spannungszustände sind die in den 4 bis 6 beschriebenen Sensorvorrichtungen 110 geeignet.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die zwei zweiten Messspulen 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel je rechteckig gewickelt sind. Auch die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel rechteckig gewickelt, gemäß diesem Ausführungsbeispiel quadratisch. Die hier gezeigte rechteckige Grundform realisiert eine weiter verbesserte Anpassung an den linearen Spannungszustand. Die rechteckige Grundform zeigt das Prinzip, andere Formen hingegen, welche noch besser an das Optimum hinsichtlich Signalausbeute von Dehnungszustand, seiner Auswirkung auf magnetisches und elektrisches Verhalten des Materials und die Kopplung der Spulen 125, 130 an diese angepasst sind, sind ebenfalls möglich.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die zwei zweiten Messspulen 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel je einen weiteren Wicklungsabschnitt 500 aufweisen, der je außerhalb der ersten Messspule 125 angeordnet ist. Die weiteren Wicklungsabschnitte 500 weisen je drei halbkreisringabschnittförmige Wicklungen auf.
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Transferabschnitte der Anschlussleitungsabschnitte 145 der zweiten Messspulen 130 kreuzen gemäß diesem Ausführungsbeispiel je auch den weiteren Wicklungsabschnitt 500 ihrer eigenen zweiten Messspule 130. Die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittig zwischen den Wicklungsabschnitten 145, 500 der zweiten Messspulen 130 angeordnet. Hier gezeigt ist eine weiter gegenüber 3 verbesserte Ausführung mit jeweils innen und außen zur Erreger-Spule gegensinnig gewundenen zweiten Messspulen 130 in Form von Satelliten-Spulen. Durch die doppelte Anordnung wird die Feld-Einkopplung in diese weiter verbessert.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 5 beschriebene Sensorvorrichtung 110 mit weiteren Wicklungsabschnitten handeln, mit dem Unterschied, dass die rechteckige Ausformung der Messspulen 125, 130 gemäß 4 realisiert ist. Die weiteren Wicklungsabschnitte 500 der zweiten Messpulen 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel entsprechend ihren zugehörigen Wicklungsabschnitten ausgeformt und/oder neben diesen und/oder gespiegelt zu diesen außerhalb der ersten Messspule 125 angeordnet. Die rechteckige Anordnung ist auch hier beispielhaft als Verbesserung gegenüber der runden Grundform gewählt. Andere Sinngemäße Fortführungen dieses Prinzips sind ebenfalls möglich.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 5 beschriebene Sensorvorrichtung 110 mit weiteren Wicklungsabschnitten handeln, mit dem Unterschied, dass die Sensorvorrichtung 110 vier der zweiten Messpulen 130 aufweist, die wie in 2 beschrieben viertelkreisförmig ausgeformt sind. Jede der vier zweiten Messpulen 130 weist einen weiteren Wicklungsabschnitt auf, der drei viertelkreisringabschnittförmige Wicklungen aufweist. Die hier gezeigte Sensorvorrichtung 110 ist für die Messung eines 2-achsigen Spannungszustands entsprechend 2 geeignet.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1, 2 oder 7 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln. Auch der optionale Generator 800 und die optionale Auswerteeinrichtung 802 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Gezeigt ist eine beispielhafte Darstellung einer Anregungs- und Auswerteschaltung der Sensorvorrichtung 110 mit der ersten Messspule 125 in Form der gesonderten Erreger-Spule für die Messung zweiachsiger Spannungszustände. Die Erreger-Spule wird im Betrieb von dem Wechselstrom-Generator 800 mit einem Strom versorgt, welcher das Erreger-Magnetfeld bewirkt. Eine Differenz-Spannung zweier gegenüberliegender zweiter Messspulen 130 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer ersten Vergleichseinrichtung 810 der Auswerteeinrichtung 802 und eine Differenz-Spannung der zwei anderen beiden gegenüberliegenden zweiten Messspulen 130 in einer zweiten Vergleichseinrichtung 815 der Auswerteeinrichtung 802 ausgewertet. Eine Asymmetrie der beiden Differenz-Spannungen wird in einer dritten Vergleichseinrichtung 820 der Auswerteeinrichtung 802 ermittelt und ergibt das Verformungssignal UB in Form eines Ausgangssignals. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel entfällt für die Messung einachsiger Spannungszustände die zweite Gruppe von Spannungsdifferenzen sowie die finale Differenzbildung.
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Ein erster Anschluss der ersten Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Eingangsschnittstelle 120 kontaktiert und ein zweiter Anschluss der ersten Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Eingangsschnittstelle 120 kontaktiert. Somit ist der Generator 800 zwischen die Anschlüsse der ersten Messspule 125 geschaltet.
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Ein erster Anschluss der zweiten Messspule 130 ist über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem ersten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden und ein zweiter Anschluss der zweiten Messspule 130 über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem Potenzialanschluss 817 der Auswerteeinrichtung 802 verbunden ist. Ein erster Anschluss der zweiten zweiten Messspule 130 ist über die Ausgangsschnittstelle135 mit einem zweiten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden und ein zweiter Anschluss der zweiten zweiten Messspule 130 über die Ausgangsschnittstelle 135 mit dem Potenzialanschluss 817 der Auswerteeinrichtung 802 verbunden.
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Ein erster Eingang der ersten Vergleichseinrichtung 810 ist mit dem ersten Messanschluss verbunden und ein zweiter Eingang der ersten Vergleichseinrichtung 810 ist mit dem zweiten Messanschluss verbunden. Auf diese Weise erhält die erste Vergleichseinrichtung 810 die an dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss anliegenden Messspulenspannungen als Eingangssignale. Die erste Vergleichseinrichtung 810 ist ausgebildet ist, um unter Verwendung der Eingangssignale ein erstes Vergleichssignal 825 an einem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung 810 bereitzustellen.
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Entsprechend ist ein erster Anschluss der dritten zweiten Messspule 130 über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem dritten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden und ein zweiter Anschluss der dritten zweiten Messspule 130 über die Ausgangsschnittstelle 135 mit dem Potenzialanschluss 817 der Auswerteeinrichtung 802 verbunden ist. Ein erster Anschluss der vierten zweiten Messspule 130 ist über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem vierten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden und ein zweiter Anschluss der vierten zweiten Messspule 130 über die Ausgangsschnittstelle 135 mit dem Potenzialanschluss 817 der Auswerteeinrichtung 802 verbunden.
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Ein erster Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung 815 mit dem dritten Messanschluss verbunden und ein zweiter Eingang der zweiten Vergleichseinrichtung 815 ist mit dem vierten Messanschluss verbunden. Auf diese Weise erhält die zweite Vergleichseinrichtung 815 die an dem dritten Messanschluss und dem vierten Messanschluss anliegenden Messspulenspannungen als Eingangssignale. Die zweite Vergleichseinrichtung 815 ist ausgebildet ist, um unter Verwendung der Eingangssignale ein zweites Vergleichssignal 830 an einem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung 815 bereitzustellen.
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Ein erster Eingang der dritten Vergleichseinrichtung 820 ist mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung 810 verbunden und ein zweiter Eingang der dritten Vergleichseinrichtung 820 ist mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung 815 verbunden. Die dritte Vergleichseinrichtung 820 ist ausgebildet, um das Verformungssignal UB unter Verwendung des ersten Vergleichssignals 825 und des zweiten Vergleichssignals 830 an einem Ausgang der dritten Vergleichseinrichtung 820 bereitzustellen.
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Beispielsweise sind die Vergleichseinrichtungen 810, 815, 820 als Operationsverstärker, Differenzverstärker oder Komparatoren realisiert.
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Ein Hauptmerkmal der in 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispiele der Sensorvorrichtung 110 ist eine verbesserte magnetische Kopplung zwischen der Erreger-Spule und den zweiten Messspulen 130 in Form von Satelliten-Spulen, welche zu einer verbesserten Signalausbeute und einem verbesserten Störabstand führt.
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9 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine ähnlich zu der in 1 beschriebenen Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die erste Messspule 125 die zweite Messspule 130 nicht umgibt, jedoch mit der zweiten Messspule 130 durch eine geeignete Verbindungsleitung in Reihe geschaltet werden kann. Die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel baugleich zu der zweiten Messspule 130 ausgeformt und benachbart zu der zweiten Messspule 130, um 90 oder 180 Grad bezüglich der zweiten Messspule 130 gedreht angeordnet.
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Ferner weist die Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest eine dritte Messspule 900 und oder eine vierte Messspule 905 auf, wobei die erste und zweite Messspule 125, 130 durch eine geeignete Verbindungsleitung in Reihe sowie die dritte und vierte Messspule 900, 905 durch eine geeignete Verbindungsleitung in Reihe geschaltet sind, wie es beispielsweise anhand von 16 gezeigt ist. Alternativ sind alle Messspulen 125, 130, 900, 905 in Reihe geschaltet.
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Auch die die erste Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Magnetfelds eine erste Messspulenspannung zu erzeugen, wobei die Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der ersten Messspulenspannung an die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der ersten Messspulenspannung das Verformungssignal zu erzeugen. Jede der Messspulen 125, 130, 900, 905 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel sowohl mit der Eingangsschnittstelle 120 als auch mit der Ausgangsschnittstelle 135 verbunden, siehe hierzu auch 16. Eine Scherdehnung des Verformungselements ist so unter Verwendung der vier Messspulenspannungen auch ohne gesonderte Erregerspule zuverlässig sensierbar.
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Die Sensorvorrichtung 110 kommt gemäß diesem Ausführungsbeispiel ohne extra Erregerspule aus. Gegenüberliegende Messspulen 125, 130, 900, 905 für die Messung von Scherung/Torsion und/oder nebeneinanderliegende Messspulen 125, 130, 900, 905 für die Messung von Dehnung sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel elektrisch hintereinandergeschaltet und werden im Betrieb vom gleichen Erreger-Wechselstrom durchflossen. Die sogenannte „gegen EMK“ wird gemäß einem Ausführungsbeispiel in Brückenkonfiguration als Spannungsabfall an den Messpulen 125, 130, 900, 905 gemessen und als Dehnungssignal ausgewertet.
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10 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 9 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Sensorvorrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich die erste Messspule 125 und die zweite Messspule 130 aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Messspule 125 und die zweite Messspule 130 um 180 Grad gedreht einander gegenüberliegend angeordnet, hier beispielhaft je halbkreisförmig gewickelt. Zwei gerade Abschnitte der je halbkreisförmigen Wicklungen der zwei Messspulen 125, 130 sind einander zugewandt angeordnet und/oder verlaufen gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel. Zwei gebogene Abschnitte der je halbkreisförmigen Wicklungen der zwei Messspulen 125, 130 sind nach außen gerichtet angeordnet.
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Die Spulenanordnung der Messpulen 125, 130 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel der in 3 beschriebenen zwei zweiten Messspulen oder ist ähnlich der in 3 beschriebenen zwei zweiten Messspulen, aber unter Weglassung der gesonderten Erregerspule. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Messpulen 125, 130 elektrisch hintereinandergeschaltet und die anliegende Spannung ist beispielsweise mit einer Schaltung gemäß 16 auswertbar.
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11 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 10 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die zwei Messspulen 125, 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel je rechteckig gewickelt sind. Die hier gezeigte Spulenanordnung der Messspulen 125, 130 verbindet die Elemente der 4 und 10, mit Auslassung der gesonderten Erreger-Spule mit einer an einen ebenen einachsigen Spannungszustand besser angepassten beispielhaften rechteckigen Grundform.
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12 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 10 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Messspulen 125, 130 entsprechend den in 5 beschriebenen zwei zweiten Messspulen ausgeformt sind, unter Auslassung der gesonderten Erregerspule.
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13 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 11 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Messspulen 125, 130 entsprechend den in 6 beschriebenen zwei zweiten Messspulen ausgeformt sind, unter Auslassung der gesonderten Erregerspule. Somit weist jede der Messspulen 125, 130 zwei Wicklungen auf, die benachbart nebeneinander angeordnet sind. Alle vier Wicklungen der Messspulen 125, 130 sind in einer Reihe angeordnet.
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14 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 9 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Messspulen 125, 130, 900, 905 entsprechend den in 2 beschriebenen vier zweiten Messspulen ausgeformt sind. Gegenüber 9 erfolgt so eine bessere Flächenausnutzung der Messspulen 125, 130, 900, 905 in Form von Satellitenspulen.
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15 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 14 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die Messspulen 125, 130, 900, 905 entsprechend den in 7 beschriebenen vier zweiten Messspulen ausgeformt sind. Anders ausgedrückt ist die Sensorvorrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wie in 7 ausgeformt, unter Auslassung der Erregerspule und wie in 12 für die Messung des 2-achsigen mechanischen Spannungszustands. Somit weist jede der Messspulen 125, 130, 900, 905 zwei Wicklungen auf, die benachbart nebeneinander angeordnet sind. Vier innere Wicklungen der Messspulen 125, 130, 900, 905 sind kreissegmentförmig ausgeformt und bilden zusammen einen Kreis. Vier äußere Wicklungen der Messspulen 125, 130, 900, 905 sind ringsegmentförmig ausgeformt und bilden zusammen einen Kreisring, der den durch die inneren Wicklungen ausgeformten Kreis umgibt.
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16 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 9, 14 oder 15 beschriebene Sensorvorrichtung 110 handeln. Auch der optionale Generator 800 und die optionale Auswerteeinrichtung 802 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Ein erster Anschluss der ersten Messspule 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Eingangsschnittstelle 120 mit einem ersten Anschluss des Generators 800 verbunden, ein zweiter Anschluss der ersten Messspule 125 ist direkt mit einem ersten Anschluss der zweiten Messspule 130 verbunden, ein zweiter Anschluss der zweiten Messspule 130 ist direkt mit einem zweiten Anschluss des Generators 800 verbunden.
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Ein erster Anschluss der dritten Messspule 900 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Eingangsschnittstelle 120 mit dem ersten Anschluss des Generators 800 verbunden, ein zweiter Anschluss der dritten Messspule 900 ist direkt mit einem ersten Anschluss der vierten Messspule 905 verbunden, ein zweiter Anschluss der vierten Messspule 905 ist direkt mit dem zweiten Anschluss des Generators 800 verbunden.
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Der zweite Anschluss der ersten Messspule 125 ist ferner über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem ersten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden und der zweite Anschluss der dritten Messspule 900 ist über die Ausgangsschnittstelle 135 mit einem zweiten Messanschluss der Auswerteeinrichtung 802 verbunden.
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Die Auswerteeinrichtung 802 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vergleichseinrichtung 1600 auf, wobei ein erster Eingang der Vergleichseinrichtung 1600 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem ersten Messanschluss verbunden ist und ein zweiter Eingang der Vergleichseinrichtung 1600 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem zweiten Messanschluss verbunden ist, wobei die Vergleichseinrichtung 1600 ausgebildet ist, um das Verformungssignal UB an einem Ausgang der Vergleichseinrichtung 1600 bereitzustellen. Die Vergleichseinrichtung 1600 ist ferner mit einem Potenzialanschluss 817 verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Messspule 125, 130 direkt, beispielsweise ohne Zwischenschaltung eines weiteren Schaltungselements, miteinander elektrisch leitfähig verbunden. Entsprechend sind die dritte und vierte Messspule 125, 130 direkt, beispielsweise ohne Zwischenschaltung eines weiteren Schaltungselements, miteinander elektrisch leitfähig verbunden.
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Gezeigt ist eine beispielhafte Darstellung einer Anregungs- und Auswerteschaltung der Sensorvorrichtung 110 ohne gesonderte Erreger-Spule. Hier sind beispielsweise die gegenüberliegenden Messspulen 125, 130 und die anderen beiden gegenüberliegenden Messspulen 900, 905 je zu den Zweigen einer Messbrücke verschaltet, deren Asymmetrie von der Vergleichseinrichtung 1600 zu dem Verformungssignal UB in Form eines Ausgangsignals ausgewertet wird. Für die Messung einachsiger Spannungszustände entfällt der eine Zweig der Brücke, bzw. dieser ist durch einen passiven Zweig ersetzt. Man beachte auch den schaltungstechnisch deutlich einfacheren Aufbau der Schaltung gegenüber der in 8 beschriebenen Schaltung.
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In den 9 bis 16 sind Ausführungsbeispiele der Sensorvorrichtung 110 gezeigt, bei denen die Messspulen 125, 130 und/oder 900, 905 die Rolle der Erregerspule mit übernehmen, so dass letztere entfällt.
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17 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektromechanischen Wankstabilisierungssystems 105 mit einer Sensorvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene elektromechanischen Wankstabilisierungseinrichtung 112 mit einer der in einer der vorangegangenen Figuren beschriebenen Sensorvorrichtungen 110 handeln. Auch das Fahrzeug 100 kann das in 1 beschriebene Fahrzeug 100 sein.
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Die rein schematische Darstellung zeigt einen Schnitt durch das Fahrzeug 100 längs der Hochachse und Querachse des Fahrzeugs 100. Gezeigt ist beispielsweise eine erste Achse 1700 mit einem Ausführungsbeispiel der Wankstabilisierungseinrichtung 112, die auch als Stabilisator bezeichnet wird. Die Wankstabilisierungseinrichtung 112 ist als zweigeteilter Drehstab mit einem ersten Stabilisatorelement 1705 und einem zweiten Stabilisatorelement 1710 realisiert. Hierbei ist ein Ende des ersten Stabilisatorelements 1705 mit einem ersten Radaufhängungselement 1715 des Fahrzeugs 100 verbunden und ein Ende des zweiten Stabilisatorelements 1710 mit einem zweiten Radaufhängungselement 1720 des Fahrzeugs 100 verbunden.
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Beispielsweise sind die Enden der Stabilisatorelemente 1705, 1710 hierbei als, vorzugsweise etwa in Fahrtrichtung gebogene oder gekröpfte, Arme ausgeführt, die mittels gelenkig gelagerter Pendelstützen 1725, 1730 jeweils mit den Radaufhängungselementen 1715, 1720 verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 1715, 1720 handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende Querlenker des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 1705, 1710 sind je mittels eines Aufbaulagers 1735 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Fahrzeugs 100 befestigt. Die Drehachse D-D entspricht hierbei beispielhaft der Querachse des Fahrzeugs 100.
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Je ein einer Fahrzeugmitte des Fahrzeugs 100 zugewandtes Ende der Stabilisatorelemente 1705, 1710 ist mit zumindest einem als Aktuator dienenden Elektromotor einer Drehstromantriebseinrichtung 1740 mechanisch gekoppelt. Die Drehstromantriebseinrichtung 1740 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Regelungssignals 1745 von einer Steuervorrichtung 1750, die Stabilisatorelemente 1705, 1710 gegensinnig um die Drehachse D-D zu verdrehen. Hierbei repräsentiert das Regelungssignal 1745 bspw. ein basierend auf einer feldorientierten Regelung ermitteltes Signal. Durch das gegensinnige Verdrehen der Stabilisatorelemente 1705, 1710 werden die Radaufhängungselemente 1715, 1720 bewegt und es kann einem Wanken der Karosserie bspw. bei Kurvenfahrt entgegengewirkt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 100 mit der Steuervorrichtung 1750 ausgestattet, die an die Drehstromantriebseinrichtung 1740 angeschlossen ist und ausgebildet ist, um das Regelungssignal 1745 bereitzustellen.
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Das Fahrzeug 100 kann auch zumindest ein zweites elektromechanisches Wankstabilisierungssystem aufweisen, das entsprechend zu dem Wankstabilisierungssystem 105 ausgeführt sein kann. Alternativ kann auch auf ein alternatives Prinzip zur Wankstabilisierung zurückgegriffen werden. Beispielsweise können die Stabilisatorelemente 1705, 1710 entfallen, wenn die Gegenwankmomente beispielsweise unter Verwendung geeigneter Aktoren in den Radaufhängungselementen 1715, 1720 bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- UB
- Verformungssignal
- 100
- Fahrzeug
- 105
- elektromechanisches Wankstabilisierungssystem
- 110
- Sensorvorrichtung
- 112
- elektromechanische Wankstabilisierungseinrichtung
- 115
- Verformungselement
- 120
- Eingangsschnittstelle
- 125
- erste Messspule
- 130
- zweite Messspule
- 135
- Ausgangsschnittstelle
- 140
- Messspulenspannung
- 145
- Anschlussleitungsabschnitt
- 150
- Wicklungsabschnitt
- 500
- weiterer Wicklungsabschnitt
- 800
- Generator
- 802
- Auswerteeinrichtung
- 810
- erste Vergleichseinrichtung
- 815
- zweite Vergleichseinrichtung
- 817
- Potenzialanschluss
- 820
- dritte Vergleichseinrichtung
- 825
- erstes Vergleichssignal
- 830
- zweites Vergleichssignal
- 900
- dritte Messspule
- 905
- vierte Messspule
- 1600
- Vergleichseinrichtung
- 1700
- erste Achse
- 1705
- erstes Stabilisatorelement
- 1710
- zweites Stabilisatorelement
- 1715
- erstes Radaufhängungselement
- 1720
- zweites Radaufhängungselement
- 1725
- erste Pendelstütze
- 1730
- zweite Pendelstütze
- 1735
- Aufbaulager
- 1740
- Drehstromantriebseinrichtung
- 1745
- Regelungssignal
- 1750
- Steuervorrichtung
