DE102021132393A1

DE102021132393A1 - sensor arrangement; Steering; Vehicle, method for position measurement using a sensor array

Info

Publication number: DE102021132393A1
Application number: DE102021132393.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lindner; Felix Distler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Lenkung eines Fahrzeugs,wobei die Sensoranordnung mithilfe einer Leiterplatte ausgebildet ist,wobei die Sensoranordnung einen ersten Positionssensor mit einer ersten Spulenanordnung aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen zweiten Positionssensor mit einer zweiten Spulenanordnung aufweist,wobei die erste Spulenanordnung in einem ersten Teilschichtsystem der Leiterplatte ausgebildet ist,wobei die zweite Spulenanordnung in einem zweiten Teilschichtsystem der Leiterplatte ausgebildet ist.The invention relates to a sensor arrangement for steering a vehicle, the sensor arrangement being formed using a printed circuit board, the sensor arrangement having a first position sensor with a first coil arrangement, characterized in that the sensor arrangement having a second position sensor with a second coil arrangement, the first Coil arrangement is formed in a first partial layer system of the printed circuit board, wherein the second coil arrangement is formed in a second partial layer system of the printed circuit board.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Lenkung eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Lenkung, ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur Positionsmessung mithilfe einer Sensoranordnung.The invention relates to a sensor arrangement for steering a vehicle. The invention also relates to a steering system, a vehicle, and a method for measuring position using a sensor arrangement.

Derartige Sensoranordnungen und Positionssensoren sind allgemein bekannt. Sie können beispielsweise zur Messung eines Lenkwinkels einer Hinterachslenkung oder Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs verwendet werden.Such sensor arrangements and position sensors are generally known. For example, they can be used to measure a steering angle of a rear-axle steering or steer-by-wire steering of a vehicle.

Zur Messung des Lenkeinschlags in Hinterachslenkungen können induktive Linearwegsensoren (LPS - linear positioning sensor) eingesetzt werden. Diese basieren auf dem induktiven Prinzip. Typischerweise induzieren Senderspulen ein Messsignal in Empfangsspulen, wobei ein Teil des ausgesendeten Feldes durch die Wirbelströme in einem beweglichem, elektrisch leitfähigen Messobjekt abgeschirmt wird, sodass die resultierende induzierte Spannung eine Information über die Position des Messobjekts gibt. Typische Genauigkeiten liegen dabei beispielsweise bei circa 1 % des Verfahrweges (Stroke). Sie verringern sich mit Erhöhung der Länge des Sensors, da die Spulen bei der Vergrößerung des Gesamtmessbereichs gestreckt werden müssen. Alternativ kann auch der überstrichene Winkel in Bezug auf den Verfahrweg bzw. der Anstieg des atan2 als Maßzahl verwendet werden.Inductive linear displacement sensors (LPS - linear positioning sensors) can be used to measure the steering angle in rear-axle steering systems. These are based on the inductive principle. Typically, transmitter coils induce a measurement signal in receiver coils, with part of the emitted field being shielded by the eddy currents in a moving, electrically conductive measurement object, so that the resulting induced voltage provides information about the position of the measurement object. Typical accuracies are, for example, around 1% of the travel distance (stroke). They decrease as the length of the sensor increases, since the coils have to be stretched to increase the total measuring range. Alternatively, the swept angle in relation to the travel distance or the increase in atan2 can also be used as a measure.

Die DE102018130228 B3 offenbart einen Aktuator für ein Fahrzeug, der eine Schubstange umfasst, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange eine Verdrehsicherung mit einem Führungselement aufweist, das in einer am Gehäuse angeordneten ein- oder mehrteiligen Gleitschiene in axialer Richtung geführt ist, wobei zwischen der Gleitschiene und dem Gehäuse ein Elastomerring angeordnet ist. Der Aktuator ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Schubstange gegenüber dem Gehäuse eine Einstellung eines Lenkwinkels von mit dem Aktuator wirkverbundenen Fahrzeugrädern an einer Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Die DE102018130228 B3 beschreibt hierfür eine Sensorvorrichtung, umfassend zumindest ein Sensorelement und ein Messobjekt, wobei das Messobjekt am Führungselement angeordnet und mit dem zumindest einen Sensorelement, welches zumindest mittelbar am Gehäuse befestigt ist, wirksam verbunden ist. Das zumindest eine Sensorelement kann dabei gehäusefest angeordnet sein, wobei das Messobjekt als Sensorgegenstück im Führungselement integriert ist und mit dem zumindest einen Sensorelement zusammenwirkt.The DE102018130228 B3 discloses an actuator for a vehicle, which includes a push rod that is longitudinally displaceable within a housing, the push rod having an anti-twist device with a guide element that is guided in the axial direction in a one-part or multi-part slide rail arranged on the housing, with between the Slide rail and the housing, an elastomer ring is arranged. The actuator is provided for setting a steering angle of vehicle wheels, which are operatively connected to the actuator, on a rear axle of the vehicle by the axial displacement of the connecting rod relative to the housing. The DE102018130228 B3 describes a sensor device for this purpose, comprising at least one sensor element and a measurement object, wherein the measurement object is arranged on the guide element and is effectively connected to the at least one sensor element, which is at least indirectly attached to the housing. The at least one sensor element can be arranged fixed to the housing, the measurement object being integrated as a sensor counterpart in the guide element and interacting with the at least one sensor element.

Es existieren Linearpositionssensoren, die den vollen Stroke mit einer begrenzten Genauigkeit abdecken. Für viele Anwendungen ist jedoch eine erhöhte Genauigkeit nötig.Linear position sensors exist that cover the full stroke with limited accuracy. For many applications, however, increased accuracy is required.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine vorteilhafte Sensoranordnung für eine Lenkung eines Fahrzeugs bereitzustellen, die eine verbesserte Messung ermöglicht.Against this background, the task is to provide an advantageous sensor arrangement for steering a vehicle that enables improved measurement.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensoranordnung für eine Lenkung eines Fahrzeugs, wobei die Sensoranordnung mithilfe einer Leiterplatte ausgebildet ist,
wobei die Sensoranordnung einen ersten Positionssensor mit einer ersten Spulenanordnung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen zweiten Positionssensor mit einer zweiten Spulenanordnung aufweist,
wobei die erste Spulenanordnung in einem ersten Teilschichtsystem der Leiterplatte ausgebildet ist,
wobei die zweite Spulenanordnung in einem zweiten Teilschichtsystem der Leiterplatte ausgebildet ist.The object is achieved according to the invention by a sensor arrangement for a steering system of a vehicle, the sensor arrangement being designed with the aid of a printed circuit board,
wherein the sensor arrangement has a first position sensor with a first coil arrangement,
characterized in that the sensor arrangement has a second position sensor with a second coil arrangement,
wherein the first coil arrangement is formed in a first partial layer system of the printed circuit board,
wherein the second coil arrangement is formed in a second partial layer system of the printed circuit board.

Die Verwendung eines einzelnen Positionssensors mit Spulen, insbesondere eines Wirbelstromsensors, alleine hätte den Nachteil, dass zwar ein vergleichsweise großer Messbereich abgedeckt werden kann, insbesondere über den gesamten Stroke, die Messgenauigkeit dabei jedoch vergleichsweise gering ist, was für unterschiedliche Anwendungen zu unzureichenden Ergebnissen führt. The use of a single position sensor with coils, in particular an eddy current sensor, alone would have the disadvantage that although a comparatively large measuring range can be covered, in particular over the entire stroke, the measuring accuracy is comparatively low, which leads to inadequate results for different applications.

Erfindungsgemäß kann dieser Nachteil überwunden werden. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst hierbei zusätzlich zu einem ersten Positionssensor ferner einen zweiten Positionssensor. Die Spulenanordnungen des ersten und zweiten Positionssensors sind dabei in unterschiedlichen Teilschichtsystemen einer Leiterplatte, insbesondere eines PCBs (printed circuit boards), ausgebildet. Hierdurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass die erste Spulenanordnung und die zweite Spulenanordnung bei einer Aufsicht auf die Leiterplatte einen Überlapp ausbilden. Somit kann ein Teilbereich des gesamten Messbereichs des ersten Positionssensors vorteilhafterweise auch durch den zweiten Positionssensor vermessen werden. Es kann somit eine verbesserte Genauigkeit in einem Teilbereich des Gesamtmessbereichs erzielt werden. Für diverse Anwendungen ist eine derart erhöhte Messgenauigkeit nicht über den kompletten Stroke bzw. den kompletten Messbereich der Sensoranordnung nötig, sondern lediglich über einen Teilbereich. Mithilfe der vorliegenden Erfindung kann somit eine kosteneffiziente Sensoranordnung erreicht werden, die auch hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit genügt.According to the invention, this disadvantage can be overcome. In addition to a first position sensor, the sensor arrangement according to the invention also includes a second position sensor. The coil arrangements of the first and second position sensors are formed in different partial layer systems of a printed circuit board, in particular a PCB (printed circuit board). This makes it possible in a particularly advantageous manner for the first coil arrangement and the second coil arrangement to form an overlap when the printed circuit board is viewed from above. A partial area of the entire measuring range of the first position sensor can thus advantageously also be measured by the second position sensor. Improved accuracy can thus be achieved in a sub-area of the overall measuring range. For various applications, such an increased measuring accuracy is not necessary over the complete stroke or the complete measuring range of the sensor arrangement, but only over a partial range. A cost-efficient sensor arrangement can thus be achieved with the aid of the present invention, which also satisfies high demands on the measuring accuracy.

Durch die Verwendung des ersten Teilschichtsystems und des zweiten Teilschichtsystems ist ein Tiefenversatz der zweiten Spulenanordnung relativ zur ersten Spulenanordnung möglich. Hierdurch wird der verfügbare Raum der Leiterplatte vorteilhaft genutzt, um einen zweiten Positionssensor auszubilden.By using the first partial layer system and the second partial layer system, a depth offset of the second coil arrangement relative to the first coil arrangement is possible. As a result, the available space on the printed circuit board is used to advantage in order to form a second position sensor.

Die Sensoranordnung ist vorzugsweise als Wirbelstromsensor ausgebildet. Die Sensoranordnung ist zur Detektion einer Position eines Messobjekts, insbesondere eines Targets, eingerichtet. Vorzugsweise sind sowohl der erste Positionssensor als auch der zweite Positionssensor zur Positionsmessung mithilfe des Messobjekts der Sensoranordnung ausgebildet. Das Messobjekt ist vorzugsweise elektrisch leitfähig ausgebildet. Beispielsweise ist das Messobjekt aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt. Das Messobjekt ist relativ zum ersten Positionssensor, insbesondere relativ zur ersten Spulenanordnung, und relativ zum zweiten Positionssensor, insbesondere relativ zur zweiten Spulenanordnung, beweglich angeordnet. Die Position des Messobjekts kann mithilfe des ersten und zweiten Positionssensors ermittelt werden. Somit kann insbesondere ein Lenkwinkel einer Lenkung mithilfe der Sensoranordnung ermittelt werden. Vorzugsweise sind der erste und zweite Positionssensor als Linearsensoren ausgebildet.The sensor arrangement is preferably designed as an eddy current sensor. The sensor arrangement is set up to detect a position of a measurement object, in particular a target. Both the first position sensor and the second position sensor are preferably designed to measure the position using the measurement object of the sensor arrangement. The measurement object is preferably designed to be electrically conductive. For example, the measurement object is made of metal, in particular aluminum. The measurement object is movably arranged relative to the first position sensor, in particular relative to the first coil arrangement, and relative to the second position sensor, in particular relative to the second coil arrangement. The position of the measurement object can be determined using the first and second position sensors. Thus, in particular, a steering angle of a steering system can be determined using the sensor arrangement. The first and second position sensors are preferably designed as linear sensors.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die mithilfe der Sensoranordnung erfassten Messsignale zur weiteren Auswertung einer Steuer- und Auswerteeinheit bereitgestellt werden können.According to one embodiment of the present invention, it is possible for the measurement signals detected using the sensor arrangement to be made available to a control and evaluation unit for further evaluation.

Es ist denkbar, dass das erste Teilschichtsystem eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten umfasst. Es ist denkbar, dass das zweite Teilschichtsystem eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten umfasst. Es ist denkbar, dass zwischen benachbarten leitfähigen Schichten elektrisch isolierende Schichten ausgebildet sind.It is conceivable that the first partial layer system comprises one or more electrically conductive layers. It is conceivable that the second partial layer system comprises one or more electrically conductive layers. It is conceivable that electrically insulating layers are formed between adjacent conductive layers.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist insbesondere für eine Hinterachslenkung, eine Electric-power-steering-Lenkung (EPS-Lenkung) oder eine Steer-by-wire-Lenkung verwendbar. Bei einer Steer-by-wire-Lenkung handelt es sich insbesondere um eine Lenkung, bei der ein Lenkbefehl von einem Sensor, insbesondere dem Lenkrad, über ein Steuergerät, vorzugsweise ausschließlich, elektrisch zum elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen System insbesondere keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern.The sensor arrangement according to the invention can be used in particular for rear axle steering, electric power steering (EPS steering) or steer-by-wire steering. A steer-by-wire steering system is, in particular, a steering system in which a steering command from a sensor, in particular the steering wheel, is transmitted via a control device, preferably exclusively electrically, to the electromechanical actuator that executes the steering command. In particular, there is no mechanical connection between the steering wheel and the steered wheels in such a system.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.Advantageous developments and configurations can be found in the dependent claims.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das erste Teilschichtsystem zwischen dem zweiten Teilschichtsystem und einem Messobjekt, insbesondere einem Target, der Sensoranordnung angeordnet ist. Die zweite Spulenanordnung ist somit vorzugsweise weiter entfernt von dem Messobjekt angeordnet als die erste Spulenanordnung. Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung der zweiten Spulenanordnung in größerer Entfernung zum Messobjekt die Funktionsweise nicht einschränkt. Es ist insbesondere denkbar, dass ein Kern der Leiterplatte, insbesondere ein „PCB-Core“, zwischen der zweiten Spulenanordnung und dem Messobjekt angeordnet ist.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the first partial layer system is arranged between the second partial layer system and a measurement object, in particular a target, of the sensor arrangement. The second coil arrangement is therefore preferably arranged further away from the measurement object than the first coil arrangement. It has been shown that the arrangement of the second coil arrangement at a greater distance from the measurement object does not limit the functionality. In particular, it is conceivable that a core of the printed circuit board, in particular a “PCB core”, is arranged between the second coil arrangement and the test object.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die Sensoranordnung eine oder mehrere Senderspulen aufweist, wobei die Senderspulen vorzugsweise in dem ersten Teilschichtsystem der Leiterplatte ausgebildet sind. Die eine oder mehreren Senderspulen sind typischerweise um die erste Spulenanordnung angeordnet und/oder umgeben diese. Die eine oder die mehreren außenliegenden Senderspulen induzieren ein Messsignal in die innenliegende erste und zweite Spulenanordnung, wobei ein Teil des ausgesendeten Feldes durch die Wirbelströme in dem beweglichen, elektrisch leitfähigen Messobjekt abgeschirmt wird, sodass die resultierende induzierte Spannung in der ersten und/oder zweiten Spulenanordnung eine Information über die Position des Messobjekts gibt.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the sensor arrangement has one or more transmitter coils, with the transmitter coils preferably being formed in the first partial layer system of the printed circuit board. The one or more transmitter coils are typically arranged around and/or surround the first coil assembly. The one or more external transmitter coils induce a measurement signal in the internal first and second coil arrangement, with part of the emitted field being shielded by the eddy currents in the movable, electrically conductive measurement object, so that the resulting induced voltage in the first and/or second coil arrangement provides information about the position of the measurement object.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die erste Spulenanordnung eine oder mehrere erste Spulen aufweist, wobei die zweite Spulenanordnung eine oder mehrere zweite Spulen aufweist. Die eine oder die mehreren zweiten Spulen des zweiten Positionssensors weisen vorzugsweise eine größere Wicklungsdichte, insbesondere eine höhere Anzahl an Wicklungen pro Länge, auf als die eine oder die mehreren ersten Spulen des ersten Positionssensors. Somit ist eine erhöhte Messgenauigkeit mithilfe des zweiten Positionssensors erzielbar.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the first coil arrangement has one or more first coils, with the second coil arrangement having one or more second coils. The one or more second coils of the second position sensor preferably have a higher winding density, in particular a higher number of windings per length, than the one or more first coils of the first position sensor. An increased measuring accuracy can thus be achieved with the aid of the second position sensor.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der zweite Positionssensor zur Messung in einem Teilbereich eines Messbereichs des ersten Positionssensors ausgebildet ist. Es ist beispielsweise denkbar, dass es sich bei dem Teilbereich des Messbereichs um einen zentralen Teilbereich des Gesamtmessbereichs des ersten Positionssensors handelt. Bei einer Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise für eine Hinterachslenkung, eine Electric-power-steering-Lenkung oder eine Steer-by-wire-Lenkung, ist eine erhöhte Messgenauigkeit in einem derartigen zentralen Teilbereich wünschenswert. An den Rändern der Spulen des ersten Positionssensors können von den senkrechten Teilen der Senderspulen unerwünschte Offsets in den Sensor induziert werden. Es ist daher besonders vorteilhaft, dass der genauer vermessbare Teilbereich, der von dem zweiten Positionssensor abgedeckt wird, eher mittig bzw. zentral liegt. Es ist alternativ jedoch beispielsweise denkbar, dass der Teilbereich ein Randbereich des Messbereichs des ersten Positionssensors ist. Die Lage des Teilbereichs innerhalb des Messbereichs ist vorzugsweise an die Anwendung der Sensoranordnung angepasst und/oder in Abhängigkeit der Anforderungen an die Sensoranordnung während der Anwendung der Sensoranordnung gewählt. Die Lage des Teilbereichs innerhalb des Messbereichs ist insbesondere durch die Wahl der Position der zweiten Spulenanordnung relativ zur ersten Spulenanordnung festgelegt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Teilbereich weniger als 10% des gesamten Messbereichs des ersten Positionssensors ausmacht. Es ist beispielsweise denkbar, dass der gesamte Verfahrbereich bzw. Messbereich 2*35 mm ist und der Teilbereich 2*2.5 mm.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the second position sensor is designed for measuring in a partial area of a measuring range of the first position sensor. It is conceivable, for example, that the partial area of the measuring range is a central partial area of the overall measuring range of the first position sensor. In a large number of applications, for example for rear-axle steering, electric power steering or steer-by-wire steering, increased measurement accuracy in such a central sub-area is desirable. At the edges of the coils of the first position sensor can uner from the vertical parts of the transmitter coils desired offsets are induced in the sensor. It is therefore particularly advantageous that the partial area that can be measured more precisely and that is covered by the second position sensor is located more in the middle or in the center. Alternatively, however, it is conceivable, for example, for the partial area to be an edge area of the measuring area of the first position sensor. The position of the partial area within the measuring area is preferably adapted to the application of the sensor arrangement and/or selected as a function of the requirements placed on the sensor arrangement during the application of the sensor arrangement. The position of the partial area within the measurement area is determined in particular by the selection of the position of the second coil arrangement relative to the first coil arrangement. According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the sub-area makes up less than 10% of the entire measuring range of the first position sensor. It is conceivable, for example, that the entire travel range or measuring range is 2*35 mm and the partial range is 2*2.5 mm.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der zweite Positionssensor eine höhere Auflösung und/oder Genauigkeit, insbesondere bezüglich einer Positionsmessung mithilfe des Messobjekts, aufweist als der erste Positionssensor. Die eine oder die mehreren ersten Spulen sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass der gesamte zu messende Stroke der Lenkung mithilfe der einen oder der mehreren ersten Spulen messbar ist. Die eine oder die mehreren zweiten Spulen decken einen im Vergleich zu den ersten Spulen kleineren Teilbereich des gesamten Messbereichs ab, der mithilfe der einen oder der mehreren zweiten Spulen mit erhöhter Genauigkeit vermessen werden kann.According to an embodiment of the present invention, it is conceivable that the second position sensor has a higher resolution and/or accuracy, in particular with regard to a position measurement using the measurement object, than the first position sensor. The one or more first coils are preferably designed in such a way that the entire stroke of the steering to be measured can be measured using the one or more first coils. The one or more second coils cover a sub-area of the entire measurement range that is smaller than the first coils and can be measured with increased accuracy using the one or more second coils.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die eine oder die mehreren ersten Spulen teilweise oder vollständig sinusförmig oder kosinusförmig ausgebildet sind, und/oder
dass die eine oder die mehreren zweiten Spulen teilweise oder vollständig sinusförmig oder kosinusförmig ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren zweiten Spulen sind dabei im Vergleich zu der einen oder den mehreren ersten Spulen in Verfahrrichtung des Targets (bzw. Längsrichtung der Sensoranordnung) gestaucht, da die eine oder die mehreren zweiten Spulen lediglich über einen Teilbereich des gesamten Messbereichs der Sensoranordnung ausgebildet sind. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise die Messgenauigkeit in dem Teilbereich gesteigert werden.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the one or more first coils are partially or completely sinusoidal or cosinusoidal, and/or
that the one or more second coils are partially or fully sinusoidal or cosinusoidal. The one or more second coils are compressed compared to the one or more first coils in the direction of movement of the target (or longitudinal direction of the sensor arrangement), since the one or more second coils are only formed over a partial area of the entire measuring range of the sensor arrangement are. As a result, the measurement accuracy in the partial area can be increased in a particularly advantageous manner.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung, Electric-power-steering-Lenkung oder Steer-by-wire-Lenkung, wobei die Lenkung eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst,
bevorzugt wobei mithilfe der Sensoranordnung ein Lenkwinkel der Lenkung ermittelbar ist.Another object of the present invention is a steering, in particular rear axle steering, electric power steering or steer-by-wire steering, wherein the steering comprises a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention,
preferably wherein a steering angle of the steering can be determined using the sensor arrangement.

Gemäß einer Ausführungsform ist es denkbar, dass die Lenkung einen Aktuator aufweist, der eine Schubstange umfasst, die innerhalb eines Gehäuses oder zumindest relativ zu einem Gehäuse longitudinal verlagerbar ist. Gemäß einer Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Messobjekt, insbesondere das Target, gehäusefest angeordnet ist, wobei die Leiterplatte, aufweisend die erste und zweite Spulenanordnung, direkt oder mittelbar mit der Schubstange verbunden ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Messobjekt, insbesondere das Target, direkt oder mittelbar mit der Schubstange verbunden ist, wobei die Leiterplatte, aufweisend die erste und zweite Spulenanordnung, gehäusefest angeordnet ist. In beiden Fällen kann mithilfe der Sensoranordnung die relative axiale Position der Schubstange gegenüber dem Gehäuse ermittelt werden. Hierdurch ist der Lenkwinkel ermittelbar. Der Lenkwinkel bezieht sich dabei insbesondere auf die Lenkwinkelstellung der Räder der Achse des Fahrzeugs, die der Lenkung zugeordnet ist.According to one embodiment, it is conceivable that the steering has an actuator that includes a push rod that is longitudinally displaceable within a housing or at least relative to a housing. According to one embodiment, it is conceivable that the measurement object, in particular the target, is arranged fixed to the housing, with the printed circuit board, having the first and second coil arrangement, being connected directly or indirectly to the push rod. Alternatively, it is conceivable that the measurement object, in particular the target, is connected directly or indirectly to the connecting rod, with the printed circuit board having the first and second coil arrangement being arranged fixed to the housing. In both cases, the relative axial position of the push rod relative to the housing can be determined using the sensor arrangement. As a result, the steering angle can be determined. The steering angle refers in particular to the steering angle position of the wheels of the axle of the vehicle that is assigned to the steering.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug, aufweisend eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oder eine Lenkung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Another subject matter of the present invention is a vehicle having a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention or a steering system according to an embodiment of the present invention.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsmessung mithilfe einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
wobei eine Position eines Messobjekts mithilfe der Sensoranordnung gemessen wird.Another subject of the present invention is a method for position measurement using a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention,
wherein a position of a measurement object is measured using the sensor arrangement.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt denkbar, dass - bei einer Positionierung des Messobjekts in dem Teilbereich des Messbereichs des ersten Positionssensors -
eine Position des Messobjekts zumindest mithilfe eines Messsignals des zweiten Positionssensors ermittelt wird. Es ist denkbar, dass innerhalb des Teilbereichs ausschließlich das Messsignal zweiten Positionssensors zur Ermittlung der Position des Messobjekts verwendet wird. Es ist alternativ denkbar, dass innerhalb des Teilbereichs sowohl das Messsignal des zweiten Positionssensors als auch das Messsignal des ersten Positionssensors zur Ermittlung der Position des Messobjekts verwendet wird. Außerhalb des Teilbereichs wird vorzugsweise das Messsignal des ersten Positionssensors zur Ermittlung der Position des Messobjekts verwendet. Vorzugsweise wird im Betrieb der Sensoranordnung ein hochfrequenter Wechselstrom durch die eine oder die mehreren Senderspulen geleitet, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird. Das so erzeugte magnetische Feld wirkt auf das Messobjekt bzw. das Target und induziert einen Wirbelstrom im Messobjekt. Das Gegenfeld der Wirbelströme schirmt das Senderfeld der Senderspulen ab, sodass eine Art „Feldschatten“ für das magnetische Senderfeld entsteht. Die Messsignale der ersten und/oder zweiten Spulenanordnung sind somit abhängig von der Position des Messobjekts entlang des Verfahrwegs des Messobjekts.According to one embodiment of the present invention, it is preferably conceivable that - when the measurement object is positioned in the partial area of the measurement area of the first position sensor -
a position of the measurement object is determined at least with the aid of a measurement signal from the second position sensor. It is conceivable that within the partial area only the measurement signal of the second position sensor is used to determine the position of the measurement object. It is alternatively conceivable that both the measurement signal of the second position sensor and the measurement signal of the first position sensor are used to determine the position of the measurement object within the partial area. Outside the partial area, the measurement signal of the first position sensor is preferably used to determine the position of the measurement object. Preferably, during operation of the sensor arrangement a high frequency alternating current is passed through the one or more transmitter coils, creating a magnetic field. The magnetic field generated in this way acts on the measurement object or the target and induces an eddy current in the measurement object. The opposing field of the eddy currents shields the transmitter field of the transmitter coils, so that a kind of "field shadow" is created for the magnetic transmitter field. The measurement signals of the first and/or second coil arrangement are therefore dependent on the position of the measurement object along the travel path of the measurement object.

Es ist vorzugsweise denkbar, dass die Messsignale des ersten Positionssensors und des zweiten Positionssensors zur weiteren Verwendung und/oder Analyse einer Steuer- und Auswerteeinheit bereitgestellt werden. Es ist denkbar, dass die weitere Verwendung und/oder Analyse der Messsignale computerimplementiert erfolgt.It is preferably conceivable that the measurement signals of the first position sensor and the second position sensor are provided for further use and/or analysis of a control and evaluation unit. It is conceivable that the further use and/or analysis of the measurement signals takes place in a computer-implemented manner.

Für die erfindungsgemäße Lenkung, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsmessung können dabei die Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung beschrieben worden sind. Für die erfindungsgemäße Sensoranordnung, die erfindungsgemäße Lenkung und das erfindungsgemäße Fahrzeug können dabei die Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positionsmessung oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsmessung beschrieben worden sind.The features, embodiments and advantages that have already been described in connection with the sensor arrangement according to the invention or in connection with an embodiment of the sensor arrangement according to the invention can be used for the steering according to the invention, the vehicle according to the invention and the method for position measurement according to the invention. The features, embodiments and advantages that have already been described in connection with the method for position measurement according to the invention or in connection with an embodiment of the method for position measurement according to the invention can be used for the sensor arrangement according to the invention, the steering system according to the invention and the vehicle according to the invention.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigen:

1 eine Hinterachslenkung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt;
2 eine Ausführungsform einer Electric-Power-Steering-Lenkung;
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht durch die Anordnung der 3;
5a eine schematische Ansicht eines Teils einer Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5b Simulationen für die magnetische Flussdichte B;
6 eine Schnittansicht einer Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Ansicht eines Teils einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8a eine Aufsicht auf eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8b eine Ansicht der Sensoranordnung gemäß der 8a von unten;
9a simulierte Signale der ersten Spulen der ersten Spulenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9b simulierte Signale der zweiten Spulen der zweiten Spulenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 einen atan2 bzw. eine Winkelausgabe in Abhängigkeit der Position des Messobjekts für einen ersten Positionssensor und einen zweiten Positionssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Further details and advantages of the invention are to be explained below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show in it:

1 a rear axle steering for a vehicle according to an embodiment of the present invention is shown;
2 an embodiment of an electric power steering system;
3 a schematic representation of a part of a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
4 a schematic representation of a sectional view through the arrangement of 3 ;
5a a schematic view of a part of a sensor arrangement 10 according to an embodiment of the present invention;
5b Simulations for the magnetic flux density B;
6 12 is a sectional view of a circuit board according to an embodiment of the present invention;
7 a schematic view of a part of a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
8a a top view of a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
8b a view of the sensor arrangement according to FIG 8a from underneath;
9a simulated signals of the first coils of the first coil arrangement according to an embodiment of the present invention;
9b simulated signals of the second coils of the second coil arrangement according to an embodiment of the present invention;
10 an atan2 or an angle output depending on the position of the measurement object for a first position sensor and a second position sensor according to an embodiment of the present invention.

In 1 ist eine Hinterachslenkung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Hinterachslenkung umfasst ein Gelenk 1 für die Anbindung der Spurstange. Ferner sind ein Motor 2 und der Riemenantrieb 3 sowie eine Getriebeeinheit 4 dargestellt. Die Hinterachslenkung weist ein elektronisches Steuergerät 5 (ECU) auf, das an dem Motor 2 montiert ist. Ferner ist eine Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorhanden. Die Sensoranordnung ist insbesondere als Linearsensoranordnung ausgebildet, mit der eine Positionsänderung der Lenkstange gegenüber einem Gehäuse ermittelbar ist, sodass ein Einschlag- bzw. Lenkwinkel ermittelbar ist.In 1 1 shows a rear axle steering for a vehicle according to an embodiment of the present invention. The rear-axle steering includes a joint 1 for connecting the tie rod. Furthermore, a motor 2 and the belt drive 3 and a transmission unit 4 are shown. The rear axle steering has an electronic control unit 5 (ECU) mounted on the engine 2 . There is also a sensor arrangement 10 according to an embodiment of the present invention. The sensor arrangement is designed in particular as a linear sensor arrangement with which a change in position of the steering rod relative to a housing can be determined, so that a steering angle or steering angle can be determined.

In 2 ist eine Ausführungsform einer Electric-Power-Steering-Lenkung für ein Fahrzeug gezeigt, in die eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integrierbar ist.In 2 an embodiment of an electric power steering system for a vehicle is shown, in which a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention can be integrated.

In 3 ist ein Teil einer Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Insbesondere ist ein erster Positionssensor 20 dargestellt, der als Teil einer Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Der erste Positionssensor 20 umfasst mehrere erste Spulen 21, 22, 23, 24, die innerhalb einer Fläche ausgebildet sind und sich jeweils kosinusförmig bzw. sinusförmig erstrecken. Insgesamt umfasst der erste Positionssensor vier erste Spulen 21, 22, 23, 24. Diese ersten Spulen 21, 22, 23, 24, bilden gemeinsam die erste Spulenanordnung des ersten Positionssensors. Bei den ersten Spulen 21, 22, 23, 24 handelt es sich um die Empfangsspulen des ersten Positionssensors 20. Die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 wird von zwei Senderspulen 50, 51 umgeben. Die Senderspulen 50, 51 sind vorzugsweise in der gleichen Fläche ausgebildet wie die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 und liegen außen um die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 bzw. umgeben diese. Die Senderspulen 50, 51 können mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, so dass sie ein magnetisches Feld erzeugen. Oberhalb der ersten Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 ist ein elektrisch leitfähiges Messobjekt 60 angeordnet. Das Messobjekt ist relativ zur Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 beweglich. Das Messobjekt 60 beeinflusst das magnetische Feld und somit das Messsignal der ersten Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 in Abhängigkeit seiner Position.In 3 a part of a sensor arrangement 10 according to an embodiment of the present invention is shown schematically. In particular, a first position sensor 20 is shown that can be used as part of a sensor assembly 10 according to an embodiment of the present invention. The first position sensor 20 comprises a plurality of first coils 21, 22, 23, 24 which are formed within a surface and extend in a cosine and sinusoidal manner, respectively. Overall, the first position sensor four first coils 21, 22, 23, 24. These first coils 21, 22, 23, 24 together form the first coil arrangement of the first position sensor. The first coils 21, 22, 23, 24 are the receiving coils of the first position sensor 20. The first coil arrangement 21, 22, 23, 24 is surrounded by two transmitter coils 50, 51. The transmitter coils 50, 51 are preferably formed in the same area as the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 and lie on the outside of the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 or surround them. The transmitter coils 50, 51 can be supplied with an alternating current so that they generate a magnetic field. An electrically conductive test object 60 is arranged above the first coil arrangement 21 , 22 , 23 , 24 . The measurement object can be moved relative to the coil arrangement 21 , 22 , 23 , 24 . The measurement object 60 influences the magnetic field and thus the measurement signal of the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 depending on its position.

Der erste Positionssensor 20 umfasst gemäß der dargestellten Ausführungsform somit insbesondere zwei Teilsensoren, die jeweils eine Senderspule 50, 51 und zwei Empfangsspulen 21, 22, 23, 24 aufweisen, wobei die Empfangsspulen jeweils eine Sinusform bzw. Kosinusform haben. Die Messsignale sind somit sinus- bzw. kosinusförmig. Der Zusammenhang zwischen der Messobjektsposition und dem Messsignal ist dabei linear (Arcustangensfunktion).According to the illustrated embodiment, the first position sensor 20 thus comprises in particular two sub-sensors, each of which has a transmitter coil 50, 51 and two receiver coils 21, 22, 23, 24, the receiver coils each having a sine or cosine shape. The measurement signals are therefore sinusoidal or cosinusoidal. The relationship between the measurement object position and the measurement signal is linear (arcutangent function).

In 4 ist eine Schnittansicht durch die Anordnung der 3 schematisch dargestellt. Zwischen einer Oberlage 52 und einer Unterlage 53 des Positionssensors 20 sind Durchkontaktierungen 55, insbesondere Via, ausgebildet, die die beiden Lagen 52, 53 verbinden. Im mittleren Bereich 58 ist die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 ausgebildet. In äußeren Bereichen 57, 57` befinden sich die Senderspulen 50, 51.In 4 Fig. 12 is a sectional view through the arrangement of Figs 3 shown schematically. Between a top layer 52 and a bottom layer 53 of the position sensor 20 through-connections 55, in particular via, are formed, which connect the two layers 52, 53. The first coil arrangement 21 , 22 , 23 , 24 is formed in the middle region 58 . The transmitter coils 50, 51 are located in the outer areas 57, 57`.

In 5a ist eine schematische Ansicht eines Teils einer Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend der 3 gezeigt. Die Pfeile 200, 201 geben die Blickrichtung für die 5b an. In 5b sind Simulationen für die magnetische Flussdichte B dargestellt. Der linke Teil der 5b zeigt dabei einen lokalen Zustand in Abwesenheit des Messobjekts 60 und der rechte Teil der 5b zeigt eine Simulation der magnetischen Flussdichte in Anwesenheit des Messobjekts 60. Das magnetische Feld geht von den Senderspulen 50, 51 aus. Änderungen des magnetischen Felds induzieren eine messbare elektrische Spannung in der ersten Spulenanordnung 21, 22, 23, 24. Im Bereich des Messobjekts 60 (siehe rechter Teil der 5b) wird das magnetische Feld der Senderspulen 50, 51 abgeschirmt, sodass sich ein Schirmeffekt, dargestellt durch den Pfeil 100, ergibt. Diese Abschirmung erfolgt durch Wirbelströme im leitfähigen Messobjekt 60. Die in der Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 induzierte elektrische Spannung wird somit beim Überfahren der Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 durch das Messobjekt 60 geändert bzw. moduliert. Hierdurch ist eine Positionsmessung des Messobjekts 60 möglich.In 5a 12 is a schematic view of a portion of a sensor assembly 10 according to an embodiment of the present invention corresponding to FIG 3 shown. The arrows 200, 201 give the line of sight for the 5b at. In 5b simulations for the magnetic flux density B are shown. The left part of 5b shows a local state in the absence of the measurement object 60 and the right part of the 5b shows a simulation of the magnetic flux density in the presence of the measurement object 60. The magnetic field emanates from the transmitter coils 50, 51. Changes in the magnetic field induce a measurable electrical voltage in the first coil arrangement 21, 22, 23, 24. In the area of the measurement object 60 (see right part of the 5b) the magnetic field of the transmitter coils 50, 51 is shielded, resulting in a shielding effect, represented by the arrow 100. This shielding is provided by eddy currents in the conductive test object 60. The electrical voltage induced in the coil arrangement 21, 22, 23, 24 is thus changed or modulated when the test object 60 moves over the coil arrangement 21, 22, 23, 24. This makes it possible to measure the position of the measurement object 60 .

In 6 ist eine Schnittansicht einer Leiterplatte 80 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die Leiterplatte 80 ist insbesondere als printed circuit board (PCB) ausgebildet. Die Leiterplatte umfasst ein erstes Teilschichtsystem 81 und ein zweites Teilschichtsystem 82, die sich parallel zueinander erstrecken. Zwischen dem ersten und zweiten Teilschichtsystem 81, 82 ist ein Kern 97 der Leiterplatte 80 angeordnet. Das erste Teilschichtsystem 81 ist dabei an der dem Messobjekt 60 zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet. Das erste Teilschichtsystem 81 liegt somit zwischen dem zweiten Teilschichtsystem 82 und dem Messobjekt 60.In 6 A sectional view of a printed circuit board 80 according to an embodiment of the present invention is schematically illustrated. The circuit board 80 is designed in particular as a printed circuit board (PCB). The printed circuit board comprises a first partial layer system 81 and a second partial layer system 82, which extend parallel to one another. A core 97 of the printed circuit board 80 is arranged between the first and second partial layer system 81 , 82 . The first partial layer system 81 is arranged on the side of the printed circuit board facing the test object 60 . The first partial layer system 81 thus lies between the second partial layer system 82 and the measurement object 60.

Das erste Teilschichtsystem 81 umfasst zwei leitfähige Schichten 91, 92, insbesondere Kupferschichten. Zwischen den leitfähigen Schichten 91, 92 sind eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten 95 angeordnet. Das zweite Teilschichtsystem 82 umfasst zwei leitfähige Schichten 93, 94, insbesondere Kupferschichten. Zwischen den leitfähigen Schichten 93, 94 sind eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten 96 angeordnet.The first partial layer system 81 comprises two conductive layers 91, 92, in particular copper layers. One or more electrically insulating layers 95 are arranged between the conductive layers 91, 92. The second partial layer system 82 includes two conductive layers 93, 94, in particular copper layers. One or more electrically insulating layers 96 are arranged between the conductive layers 93, 94.

Die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 des ersten Positionssensors 20 ist im ersten Teilschichtsystem 81, insbesondere mithilfe einer oder beider der leitfähigen Schichten 91, 92 des ersten Teilschichtsystems 81, ausgebildet. Die zweite Spulenanordnung 31, 32 des zweiten Positionssensors 30 ist im zweiten Teilschichtsystem 82, insbesondere mithilfe einer oder beider der leitfähigen Schichten 93, 94 des zweiten Teilschichtsystems 82, ausgebildet. Die Senderspulen 50, 51 sind vorzugsweise im ersten Teilschichtsystem 81 ausgebildet.The first coil arrangement 21 , 22 , 23 , 24 of the first position sensor 20 is formed in the first partial layer system 81 , in particular using one or both of the conductive layers 91 , 92 of the first partial layer system 81 . The second coil arrangement 31, 32 of the second position sensor 30 is formed in the second partial layer system 82, in particular with the aid of one or both of the conductive layers 93, 94 of the second partial layer system 82. The transmitter coils 50, 51 are preferably formed in the first partial layer system 81.

In 7 ist ein Teil einer Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Insbesondere ist die zweite Spulenanordnung 31, 32 eines zweiten Positionssensors 30 gezeigt. Die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 ist hingegen nicht dargestellt. Die zweite Spulenanordnung umfasst zwei zweite Spulen 31, 32. Die zweiten Spulen 31, 32 sind lediglich in einem zentralen Teilbereich des gesamten Messbereichs der Sensoranordnung 10 ausgebildet. Sie weisen eine im Vergleich zu den ersten Spulen 21, 22, 23, 24 des ersten Positionssensors (vgl. 3) gestauchte Sinusform bzw. Kosinusform auf. Durch diese Stauchung ist die Sensitivität der zweiten Spulen 31, 32 innerhalb des Teilbereichs des gesamten Messbereichs höher als die der ersten Spulen 21, 22, 23, 24.In 7 a part of a sensor arrangement 10 according to an embodiment of the present invention is shown schematically. In particular, the second coil arrangement 31, 32 of a second position sensor 30 is shown. The first coil arrangement 21, 22, 23, 24, however, is not shown. The second coil arrangement includes two second coils 31, 32. The second coils 31, 32 are formed only in a central sub-area of the entire measuring range of the sensor arrangement 10. Compared to the first coils 21, 22, 23, 24 of the first position sensor (cf. 3 ) compressed sine form or cosine form. Through Due to this compression, the sensitivity of the second coils 31, 32 within the partial range of the entire measuring range is higher than that of the first coils 21, 22, 23, 24.

In den 8a und 8b ist eine Sensoranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Insbesondere sind dabei sowohl die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 des ersten Positionssensors 20 als auch die zweite Spulenanordnung 31, 32 des zweiten Positionssensors 30 sowie die Senderspulen 50, 51 dargestellt. Während die erste Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 zur Messung des gesamten Strokes über die gesamte Sensorlänge ausgebildet ist, ist die zweite Spulenanordnung 31, 32 lediglich in einem zentralen Teilbereich ausgebildet. In 8a ist eine Aufsicht von oben auf die Sensoranordnung 10 (also aus Richtung des Messobjekts 60) und in 8b eine Sicht von unten auf die Sensoranordnung 10 dargestellt.In the 8a and 8b a sensor arrangement 10 according to an embodiment of the present invention is shown schematically. In particular, both the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 of the first position sensor 20 and the second coil arrangement 31, 32 of the second position sensor 30 and the transmitter coils 50, 51 are shown. While the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 is designed to measure the entire stroke over the entire sensor length, the second coil arrangement 31, 32 is only designed in a central partial area. In 8a is a view from above of the sensor arrangement 10 (i.e. from the direction of the measurement object 60) and in 8b a view from below of the sensor arrangement 10 is shown.

Durch die Verwendung des ersten Teilschichtsystems 81 und des zweiten Teilschichtsystems 82 ist ein Tiefenversatz der zweiten Spulenanordnung 31, 32 relativ zur ersten Spulenanordnung 21, 22, 23, 24 möglich. Hierdurch wird der verfügbare Raum der Leiterplatte 80 vorteilhaft genutzt, um zusätzlich zum ersten Positionssensor 20 einen zweiten Positionssensor 30 auszubilden, in welchem auf einem vorzugsweise stark reduzierten Verfahrweg (Stroke) eine stärkere Winkeländerung d_phi/dx beim Verfahren des Messobjekts 60 über diesen Teilbereich erfolgt (vgl. 10). Diese stärkere Winkeländerung wird insbesondere durch die Stauchung der zweiten Spulen 31, 32 des zweiten Positionssensors 30 im Vergleich zu den ersten Spulen 21, 22, 23, 24 des ersten Positionssensors 20 erreicht. Hierdurch ist die Auflösung d_phi/dx in diesem Teilbereich, insbesondere der Anstieg der Kurve bzw. des atan2 (vgl. 10), um mehrere Faktoren gegenüber dem übrigen Messbereich der Sensoranordnung 10 vergrößerbar. Die weiterhin angepasste Form der teilweise kosinus- bzw. sinusförmigen Spulen resultiert aus der notwendigen Kompensation des Offsets (Offset = induzierte Spannung bei Abwesenheit des Messobjekts).By using the first partial layer system 81 and the second partial layer system 82, a depth offset of the second coil arrangement 31, 32 relative to the first coil arrangement 21, 22, 23, 24 is possible. As a result, the available space of the printed circuit board 80 is used advantageously in order to form a second position sensor 30 in addition to the first position sensor 20, in which a greater angle change d_phi/dx occurs on a preferably greatly reduced travel path (stroke) when the measurement object 60 is moved over this sub-area ( see. 10 ). This greater change in angle is achieved in particular by the compression of the second coils 31, 32 of the second position sensor 30 compared to the first coils 21, 22, 23, 24 of the first position sensor 20. As a result, the resolution d_phi/dx in this sub-area, in particular the increase in the curve or atan2 (cf. 10 ) can be increased by several factors compared to the remaining measuring range of the sensor arrangement 10. The further adapted form of the partially cosine or sine-shaped coils results from the necessary offset compensation (offset = induced voltage when the measurement object is absent).

In den 9a und 9b sind simulierte Signale der Empfängerspulen in Abhängigkeit der Position P [mm] des Messobjekts 60 gemäß der Ausgestaltung der Sensoranordnung 10 gemäß der 8a und 8b dargestellt. 9a zeigt hierbei die Signale 400, 401, 402, 403 der ersten Spulen der ersten Spulenanordnung 21, 22, 23, 24. 9b zeigt die simulierten Signale 500, 501 der zweiten Spulen der zweiten Spulenanordnung 31, 32. Während die erste Spulenanordnung zur Messung über den gesamten Verfahrweg des Messobjekts 60 ausgebildet ist, ist die zweite Spulenanordnung in einem zentralen Teilbereich des gesamten Verfahrwegs sensitiv. Hierdurch kann mithilfe der zweiten Spulenanordnung die Messgenauigkeit in diesem zentralen Teilbereich verbessert werden.In the 9a and 9b are simulated signals of the receiver coils as a function of the position P [mm] of the measurement object 60 according to the embodiment of the sensor arrangement 10 according to FIG 8a and 8b shown. 9a shows the signals 400, 401, 402, 403 of the first coils of the first coil arrangement 21, 22, 23, 24. 9b shows the simulated signals 500, 501 of the second coils of the second coil arrangement 31, 32. While the first coil arrangement is designed for measurement over the entire travel of the measurement object 60, the second coil arrangement is sensitive in a central portion of the entire travel. As a result, the measurement accuracy in this central sub-area can be improved with the aid of the second coil arrangement.

In 10 ist die Winkelausgabe [deg] des atan2 in Abhängigkeit der Position P [mm] des Messobjekts für einen ersten Positionssensor (Kurve 410) und einen zweiten Positionssensor (Kurve 510) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 ist durch die Verwendung des zweiten Positionssensors 30 im zentralen Teilbereich 600 deutlich erhöht.In 10 shows the angular output [deg] of the atan2 as a function of the position P [mm] of the measurement object for a first position sensor (curve 410) and a second position sensor (curve 510) according to an embodiment of the present invention. The measurement accuracy of the sensor arrangement 10 according to the invention is significantly increased through the use of the second position sensor 30 in the central partial area 600 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Gelenkjoint
22: Motorengine
33: Riemenantriebbelt drive
44: Getriebeeinheitgear unit
55: elektronisches Steuergerätelectronic control unit
1010: Sensoranordnungsensor arrangement
2020: erster Positionssensorfirst position sensor
21, 22, 23, 2421, 22, 23, 24: erste Spulenfirst coils
3030: zweiter Positionssensorsecond position sensor
31, 3231, 32: zweite Spulensecond coils
50, 5150, 51: Senderspulentransmitter coils
5252: Oberlagetop layer
5353: Unterlagedocument
5555: Durchkontaktierungvia
57, 57'57, 57': äußere Bereicheouter areas
5858: mittlerer Bereichmiddle area
6060: Messobjektmeasurement object
8080: Leiterplattecircuit board
8181: erstes Teilschichtsystemfirst sub-layer system
8282: zweites Teilschichtsystemsecond partial layer system
91, 9291, 92: leitfähige Schichten des ersten Teilschichtsystemsconductive layers of the first partial layer system
93, 9493, 94: leitfähige Schichten des zweiten Teilschichtsystemsconductive layers of the second partial layer system
9595: isolierende Schichtinsulating layer
9696: isolierende Schichtinsulating layer
9797: Kerncore
100100: Schirmeffektscreen effect
200, 201200, 201: Blickrichtungline of sight
400 - 403400 - 403: Signale der ersten SpulenanordnungSignals of the first coil arrangement
410410: KurveCurve
500 - 501500 - 501: Signale der zweiten SpulenanordnungSignals of the second coil arrangement
510510: KurveCurve
600600: Teilbereichsubarea
PP: Position des MessobjektsPosition of the measurement object

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018130228 B3 [0004]

Claims

Sensor arrangement (10) for steering a vehicle, the sensor arrangement being formed using a circuit board (80), the sensor arrangement (10) having a first position sensor (20) with a first coil arrangement (21, 22, 23, 24), characterized in that characterized in that the sensor arrangement (10) has a second position sensor (30) with a second coil arrangement (31, 32), the first coil arrangement (21, 22, 23, 24) being in a first partial layer system (81) of the printed circuit board (80) is formed, wherein the second coil arrangement (31, 32) is formed in a second partial layer system (82) of the printed circuit board (80).

Sensor arrangement (10) after claim 1 , The first partial layer system (81) being arranged between the second partial layer system (82) and a measurement object (60), in particular a target, of the sensor arrangement (10).

Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement (10) has one or more transmitter coils (50, 51), wherein the transmitter coils (50, 51) are preferably formed in the first partial layer system (81) of the printed circuit board (80). .

Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the first coil arrangement has one or more first coils (21, 22, 23, 24), wherein the second coil arrangement has one or more second coils (31, 32).

Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the second position sensor (30) is designed for measuring in a partial area of a measuring range of the first position sensor (20).

Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the second position sensor (30) has a higher resolution and / or accuracy, in particular with regard to a position measurement using the measurement object (60) than the first position sensor (20).

Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the one or more first coils (21, 22, 23, 24) are partially or completely sinusoidal or cosinusoidal, and/or wherein the one or more second coils (31, 32) are partially or fully sinusoidal or cosinusoidal.

Steering, in particular rear-axle steering, electric power steering or steer-by-wire steering, the steering comprising a sensor arrangement (10) according to any one of the preceding claims, preferably wherein a steering angle of the steering can be determined using the sensor arrangement (10). .

Vehicle, having a sensor arrangement (10) according to one of Claims 1 until 7 or a steering after claim 8 .

Method for position measurement using a sensor arrangement (10) according to one of Claims 1 until 7 , wherein a position of a measurement object (60) is measured using the sensor arrangement (10).