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Technisches Gebiet
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Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft eine Sensorbaugruppe, insbesondere eine integrierte Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe, die dazu konfiguriert ist, einen Lenkzustand eines Fahrzeugs zu überwachen.
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Stand der Technik
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In einen Drehmoment- und Winkelsensor werden der Drehmomentsensor und der Winkelsensor integriert, um den Drehwinkel des Fahrzeuglenkrads und die Größe des empfangenen Drehmoments zu messen. Ein herkömmlicher Drehmoment- und Winkelsensor hat einen Abdeckkörper, ein Drehmomentmessmodul, ein Winkelmessmodul, eine Leiterplatte, einen Verbinder und ein Gehäuse. Im Gebrauch sind der Abdeckkörper, das Drehmomentmessmodul, das Winkelmessmodul, die Leiterplatte und das Gehäuse jeweils auf eine Lenksäule des Lenkrades aufgesetzt, und zum Schutz des Drehmoment- und Winkelsensors ist die Lenksäule ferner mit einem Außengehäuse und einem äußeren Abdeckkörper versehen, um den Drehmoment- und Winkelsensor aufzunehmen und zu schützen. Wenn jedoch im Gebrauch ein Fehler bei der Leiterplatte auftritt und daher eine Wartung oder sogar ein Ersatz durch eine neue Leiterplatte erforderlich ist, müssen eine oder mehrere Elemente von dem Abdeckkörper, dem Drehmomentmessmodul, dem Winkelmessmodul, dem Gehäuse, dem äußeren Gehäuse und der äußeren Abdeckkörper entfernt werden. Gegebenenfalls ist es sogar notwendig, die Lenksäule zu zerlegen und den Elektromotor für das Lenkrad zu entfernen, um die Reparatur oder den Austausch der Leiterplatte auszuführen, was zu einem komplizierten Demontage- und Montagevorgang führt. Außerdem müssen an dem äußeren Abdeckkörper ein Eingangsadapterverbinder und ein Ausgangsadapterverbinder vorgesehen werden, wobei der Eingangsadapterverbinder elektrisch mit dem Verbinder des Drehmoment- und Winkelsensors verbunden ist und der Ausgangsadapterverbinder über ein Kabel, an dessen beiden Enden jeweils ein Verbinder vorgesehen ist, elektrisch mit einer elektronischen Steuervorrichtung verbunden ist, wodurch ein Signal des Drehmoment- und Winkelsensors auf die elektronische Steuervorrichtung übertragen wird. Da bei der Montage der Drehmoment- und Winkelsensor von dem äußeren Abdeckkörper und dem äußeren Gehäuse verdeckt ist, ist es jedoch für den Monteur schwierig, den Eingangsadapterverbinder an dem äußeren Abdeckkörper exakt und schnell auf den Verbinder des Drehmoment- und Winkelsensors auszurichten und somit die beiden Verbinder schnell und genau ineinander einzustecken.
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Offenbarung des Gebrauchsmusters
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In Anbetracht dessen stellt das vorliegende Gebrauchsmuster eine Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe bereit, welche den Demontage- und Montageprozess vereinfachen kann.
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In einem Aspekt des vorliegenden Gebrauchsmusters ist eine Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe vorgesehen, die an einer Lenksäule eines Lenkrads eines Fahrzeugs montiert ist, um ein Lenkmoment und einen Lenkwinkel des Lenkrades zu erfassen, umfassend eine obere Abdeckung, eine Drehmomenterfassungseinheit, eine Winkelerfassungseinheit, ein Außengehäuse und eine abnehmbare Einheit, wobei ein Aufnahmeraum zwischen der oberen Abdeckung und dem Außengehäuse zum Aufnehmen der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit ausgebildet ist, wobei die abnehmbare Einheit an dem Außengehäuse lösbar befestigt ist, wobei die abnehmbare Einheit einen abnehmbaren Körper, eine Leiterplatte und einen Signalausgangsanschluss, der elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, umfasst, wobei die Leiterplatte und der Signalausgangsanschluss jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des abnehmbaren Körpers befestigt sind, wobei eine elektrisch leitende Klemme des Signalausgangsanschlusses elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, wobei die Leiterplatte in dem zwischen der oberen Abdeckung und dem Außengehäuse gebildeten Aufnahmeraum aufgenommen ist, und wobei der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit entsprechend mehrere Chips auf der Leiterplatte vorgesehen sind, um Signale der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit aufzunehmen und zu erfassen.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drehmomenterfassungseinheit einen Signaleingangsrotor und einen Signalausgangsrotor aufweist, wobei der Signaleingangsrotor eine erste Flügelgruppe und der Signalausgangsrotor eine zweite Flügelgruppe umfasst.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Winkelerfassungseinheit ein Zwischenzahnrad sowie ein Induktionszahnrad mit einem Magneten umfasst, wobei das Zwischenzahnrad auf den Signaleingangsrotor oder den Signalausgangsrotor aufgesetzt und daran befestigt ist, wobei das Zwischenzahnrad mit dem Induktionszahnrad kämmt, wobei der Signaleingangsrotor oder der Signalausgangsrotor an dem Zwischenzahnrad durch wenigstens eine Methode von Verschweißen, Einsatz-Spritzguss und Einpressen befestigt ist.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Außengehäuse mit einem Montageabschnitt und einer Öffnung versehen ist, wobei die Leiterplatte durch die Öffnung in dem zwischen der oberen Abdeckung und dem Außengehäuse gebildeten Aufnahmeraum aufgenommen ist, wobei der Montageabschnitt in der Nähe der Öffnung angeordnet ist, mit zumindest einem Verrastungselement, einer Rastnut, einem Schraubenloch, einem Klebstoff und/oder einem Schweißmaterial versehen ist, und eingerichtet ist, um mit dem abnehmbaren Körper zusammengebaut zu werden.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Außengehäuse zwei Montageabschnitte umfasst, die auf zwei Seiten der Öffnung angeordnet sind, wobei der Montageabschnitt ein ohrförmiger Abschnitt ist, der von einer Umfangsfläche des Außengehäuses vorsteht, wobei an dem ohrförmigen Abschnitt ein Schraubenloch vorgesehen ist, wobei der abnehmbare Körper entsprechend mit zwei Vorsprüngen versehen ist, wobei die Vorsprünge mit Schraubenlöcher versehen sind und durch Schrauben am Montageabschnitt des Außengehäuses montiert sind.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dichtung zwischen dem abnehmbaren Körper und dem Außengehäuse angeordnet ist.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Signalausgangsanschluss aus dem Außengehäuse herausragt.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mit einer C-förmigen Aussparung versehen ist, die zu dem Umfang der Lenksäule des Lenkrads passt.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mindestens einen ersten Chip umfasst, der ein Winkelsignal des Signaleingangsrotors und des Signalausgangsrotors erfasst, indem wenigstens eine von der elektromagnetischen Induktion, resistiven Dehnungserfassung, induktiven Erfassung, kapazitiven Erfassung, piezoelektrischen Erfassung, photoelektrischen Erfassung und Hall-Erfassung verwendet wird.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mindestens einen zweiten Chip zum Aufnehmen und Erfassen von Signalen des Zwischenzahnrads und des Induktionszahnrads aufweist.
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Im Vergleich zum Stand der Technik kann bei der Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe des vorliegenden Gebrauchsmusters die Leiterplatte leicht demontiert und ersetzt werden, da die abnehmbare Einheit vorgesehen ist. Zudem ragt ein an der abnehmbaren Einheit vorgesehener Signalausgangsanschluss direkt aus der äußeren Peripherie des Außengehäuses heraus, sodass eine elektrische Verbindung direkt mit der Steuervorrichtung ohne zusätzlichen Adapterverbinder hergestellt werden kann.
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Figurenliste
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Die obigen und weiteren Aspekte des vorliegenden Gebrauchsmusters werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Lenksäule eines Fahrzeugs und einer Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters;
- 2 eine schematische teilweise zusammengebaute Ansicht der Lenksäule des Fahrzeugs und der in 1 gezeigten Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe;
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht der abnehmbaren Einheit der Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe aus 1.
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Konkrete Ausführungsformen
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Das Folgende beschreibt das vorliegende Gebrauchsmuster im Detail durch beispielhafte Ausführungsbeispiele.
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Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, um das grundsätzliche Konzept und die Vorteile des vorliegenden Gebrauchsmusters besser zu verstehen.
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Mit Bezug auf die 1 bis 3 weist eine Lenksäule für ein Fahrzeug eine Eingangswelle 21 von einem Lenkrad (nicht gezeigt), eine Ausgangswelle 22 zu einem Lenkwellen-Verbinder (nicht gezeigt) und einen Torsionsstab (nicht gezeigt) auf, der zwischen der Eingangswelle 21 und der Ausgangswelle 22 verbunden ist. Wenn das Lenkrad belastet ist, verformt sich der Torsionsstab, wobei das Lenkmoment der Lenkung des Lenkrads durch Ausnutzung bekannter mechanischer Eigenschaften des Materials des Torsionsstabs auf Grundlage des relativen Drehwinkels der Eingangswelle 21 zur Ausgangswelle 22 bestimmt werden kann, wobei der relative Drehwinkel die Torsionsverformung des Torsionsstabes charakterisieren kann.
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Eine Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters ist an einer Lenksäule eines Lenkrads eines Fahrzeugs montiert, um ein Lenkmoment und einen Lenkwinkel des Lenkrades zu erfassen. Die Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe umfasst eine obere Abdeckung 7, eine Drehmomenterfassungseinheit, eine Winkelerfassungseinheit, ein Außengehäuse 11 und eine abnehmbare Einheit 100, wobei ein Aufnahmeraum zwischen der oberen Abdeckung 7 und dem Außengehäuse 11 zum Aufnehmen der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit ausgebildet ist, wobei die abnehmbare Einheit 100 an dem Außengehäuse 11 lösbar befestigt ist, wobei die abnehmbare Einheit 100 einen abnehmbaren Körper 110, eine Leiterplatte 3 und einen Signalausgangsanschluss 10, der elektrisch mit der Leiterplatte 3 verbunden ist, umfasst, wobei die Leiterplatte 3 und der Signalausgangsanschluss 10 jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des abnehmbaren Körpers 110 befestigt sind, wobei eine elektrisch leitende Klemme 31 des Signalausgangsanschlusses 10 elektrisch mit der Leiterplatte 3 verbunden ist, wobei die Leiterplatte 3 in dem zwischen der oberen Abdeckung 7 und dem Außengehäuse 11 gebildeten Aufnahmeraum aufgenommen ist, und wobei der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit entsprechend mehrere Chips auf der Leiterplatte 3 vorgesehen sind, um Signale der Drehmomenterfassungseinheit und der Winkelerfassungseinheit aufzunehmen und zu erfassen.
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Das Außengehäuse 11 ist mit einem Montageabschnitt 111 und einer Öffnung 112 versehen, wobei die Leiterplatte 3 durch die Öffnung 112 in dem zwischen der oberen Abdeckung und dem Außengehäuse 11 ausgebildeten Aufnahmeraum aufgenommen ist, wobei der Montageabschnitt 111 in der Nähe der Öffnung 112 angeordnet ist, zumindest einem Verrastungselement, einer Rastnut, einem Schraubenloch, einem Klebstoff und/oder einem Schweißmaterial (nicht gezeigt) versehen ist, und eingerichtet ist, um mit dem abnehmbaren Körper 110 zusammengebaut zu werden. In dieser Ausführungsform umfasst das Außengehäuse 11 zwei Montageabschnitte 111, die auf zwei Seiten der Öffnung 112 angeordnet sind, wobei der Montageabschnitt 111 ein ohrförmiger Abschnitt ist, der von einer Umfangsfläche des Außengehäuses 11 vorsteht, wobei an dem ohrförmigen Abschnitt ein Schraubenloch vorgesehen ist, wobei der abnehmbare Körper 110 entsprechend mit zwei Vorsprüngen 101 versehen ist, wobei die Vorsprünge 101 mit Schraubenlöcher versehen sind und durch Schrauben am Montageabschnitt 111 des Außengehäuses 11 montiert sind. Alternativ kann eine Dichtung (nicht gezeigt) zwischen dem abnehmbaren Körper 110 und dem Außengehäuse 11 gemäß den tatsächlichen Abdichtungsanforderungen angeordnet sein.
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Die obere Abdeckung 7 umfasst einen Körper 70 und einen Montageabschnitt 71. Der Körper 70 hat eine im Wesentlichen flache Plattenform und ist mit einem Durchgangsloch 700 versehen, wobei die Lenksäule des Fahrzeugs durch das Durchgangsloch 700 geht, wobei der Körper 70 und die Lenksäule drehbar aneinander montiert sind, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die Eingangswelle 21 durch das Durchgangsloch 700 durchgeführt wird.
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Der Montageabschnitt 71 ist ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Flansch, der sich von einem Rand des Körpers 70 in axialer und/oder radialer Richtung des Körpers 70 erstreckt und konfiguriert ist, um mit dem Außengehäuse 11 montiert zu werden, um andere Komponenten der Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe des vorliegenden Gebrauchsmusters zu schützen. Während des Zusammenbaus liegt der Rand des Außengehäuses 11 an den Montageabschnitt 71 an, wobei gemäß den tatsächlichen Montageanforderungen der Montageabschnitt 71 zumindest einem Verrastungselement, einer Rastnut, einem Schraubenloch, einem Klebstoff und/oder einem Schweißmaterial (nicht gezeigt) versehen ist und mit dem Außengehäuse 11 zusammengebaut ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Montageabschnitt 71 mit zumindest einem Schraubenloch 710 versehen, wobei entsprechend an dem Außengehäuse 11 mindestens ein Schraubenloch vorgesehen ist, wobei während des Zusammenbaus das Außengehäuse 11 an dem Montageabschnitt 71 anliegt, wobei das Außengehäuse 11 und die obere Abdeckung 7 durch Schrauben zusammengebaut sind. Alternativ kann eine Dichtung (nicht gezeigt) zwischen der oberen Abdeckung 7 und dem Außengehäuse 11 gemäß den aktuellen Abdichtungsanforderungen vorgesehen werden.
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Die Drehmomenterfassungseinheit umfasst einen Signaleingangsrotor 4 und einen Signalausgangsrotor 1, wobei der Signaleingangsrotor 4 eine erste Flügelgruppe und der Signalausgangsrotor 1 eine zweite Flügelgruppe umfasst. Der Signaleingangsrotor 4 ist auf der Eingangswelle 21 aufgesetzt, um sich koaxial mit der Eingangswelle 21 zu drehen, wobei der Signalausgangsrotor 1 auf die Ausgangswelle 22 aufgesetzt ist und sich koaxial mit der Ausgangswelle 22 dreht, so dass ein Drehmoment zwischen der Eingangswelle 21 und der Ausgangswelle 22 in ein Drehmoment zwischen dem Signaleingangsrotor 4 und dem Signalausgangsrotor 1 umwandelbar ist, wobei die Drehmomentmessung des Lenkrades durch Messen des Drehmoments zwischen dem Signaleingangsrotor 4 und dem Signalausgangsrotor 1 durchgeführt wird.
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Die Winkelerfassungseinheit umfasst ein Zwischenzahnrad 6 sowie ein Induktionszahnrad 8 mit einem Magneten, wobei das Zwischenzahnrad 6 auf den Signalausgangsrotor 1 aufgesetzt und daran befestigt ist und mit dem Induktionszahnrad 8 kämmt, wobei der Signalausgangsrotor 1 an dem Zwischenzahnrad 6 durch Verschweißen, Einsatz-Spritzguss, Einpressen oder ähnliche Verbindungsarten befestigt werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Leiterplatte 3 mit einer C-förmigen Aussparung 33 versehen ist, die auf den äußeren Umfang der Eingangswelle 21 passt. Die Leiterplatte 3 umfasst mindestens einen ersten Chip 32, der ein Winkelsignal des Signaleingangsrotors 4 und des Signalausgangsrotors 1 erfasst, indem wenigstens eine von der elektromagnetischen Induktion, resistiven Dehnungserfassung, induktiven Erfassung, kapazitiven Erfassung, piezoelektrischen Erfassung, photoelektrischen Erfassung und Hall-Erfassung verwendet wird.
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Die PCB Platte 3 umfasst mindestens einen zweiten Chip 34, um die Drehwinkel des Zwischenzahnrads 6 und des Induktionszahnrads 8 zu messen. Wenn die Eingangs-/Ausgangswelle einen Drehwinkel hat, der größer als 360° ist, und das Zwischenzahnrad 6 das Induktionszahnrad 8 antreibt, erfasst und berechnet der zweite Chip 34 die Position dieses Induktionszahnrades 8 und gibt ein Rundenverfolgungssignal an eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung aus, wobei dieses Signal mit einem durch den ersten Chip berechneten anfänglichen Drehwinkelsignal innerhalb der Steuervorrichtung durch einen Nonius-Algorithmus gekoppelt wird, um das schließlich erforderliche exakte Winkelsignal zu berechnen.
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Der Signalausgangsanschluss 10 ragt aus dem Außengehäuse 11 heraus, um eine elektrische Verbindung direkt mit einer Steuervorrichtung über ein Kabel, an dessen beiden Enden die Verbinder angeordnet sind, ohne zusätzlichen Umschaltverbinder herzustellen.
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Je nach den tatsächlichen Einbauanforderungen umfasst die Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters ferner ein Innengehäuse 2, das wenigstens eine der Winkelerfassungseinheit und/oder der Drehmomenterfassungseinheit befestigt und/oder trägt.
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Bei der Drehmoment- und Winkelsensorbaugruppe des vorliegenden Gebrauchsmusters kann die Leiterplatte leicht demontiert und ersetzt werden, da die abnehmbare Einheit vorgesehen ist. Zudem ragt ein an der abnehmbaren Einheit vorgesehener Signalausgangsanschluss direkt aus der äußeren Peripherie des Außengehäuses heraus, sodass eine elektrische Verbindung direkt mit der Steuervorrichtung ohne zusätzlichen Adapterverbinder hergestellt werden kann.
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Obwohl das vorliegende Gebrauchsmuster hierin unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurde, ist das vorliegende Gebrauchsmuster nicht auf die gezeigten Details beschränkt. Vielmehr sind verschiedene Modifikationen an diesen Details im Rahmen des vorliegenden Gebrauchsmusters möglich.
