DE10254751A1

DE10254751A1 - Vorrichtung zum Messen eines Winkels und eines auf eine Lenkstange einwirkenden Moments

Info

Publication number: DE10254751A1
Application number: DE10254751A
Authority: DE
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-11-23
Publication date: 2003-09-04

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen eines Winkels und/oder einer Winkelgeschwindigkeit einer drehbaren Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung und zum Messen eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine erste Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Drehung der Lenkstange anspricht und nach Maßgabe der Drehung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und eine zweite Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Änderung eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments anspricht und nach Maßgabe des Moments bzw. dessen Änderung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und die benachbart zur ersten Sensoreinrichtung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Winkels und/oder einer Winkelgeschwindigkeit einer drehbaren Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung und zum Messen eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments.
Heute sind Fahrzeuge zunehmend auch in Kleinwagen mit Servolenkungen ausgerüstet, bei denen die vom Fahrer aufzubringenden Lenkkräfte teilweise durch eine hydraulische oder elektrische Lenkunterstützung verringert wird.

Bei rein elektronisch betriebenen Lenksystemen wird die erforderliche Lenkkraftunterstützung direkt von einem Elektromotor erzeugt. Für derartige Systeme ist in der Regel ein Lenkwinkel-Sensor und ein Drehmoment-Sensor vorgesehen. Anhand der Größe des Drehmoments wird eine entsprechende Lenkunterstützung aufgebracht. Zur Ansteuerung dieses Systems wird zusätzlich der Lenkwinkel- Sensor eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen eines Winkels und eines auf eine Lenkstange einwirkenden Moments anzugeben, die sicher und zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Begriff "Lenkstange" ist erfindungsgemäß sehr weit aufzufassen und umfasst z. B. einteilige Lenkstangen sowie die Teile von mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Lenkstangen. Die Lenkstange verbindet dabei eine Lenkbetätigungseinrichtung, insbesondere ein Lenkrad, mit den Rädern über ein in der Regel zwischengeschaltetes Lenkgetriebe.

Nach der Erfindung ist es demnach wesentlich, dass die Vorrichtung eine erste Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Drehung der Lenkstange anspricht und nach Maßgabe der Drehung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und eine zweite Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Änderung eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments anspricht und nach Maßgabe des Moments bzw. dessen Änderung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und die benachbart zur ersten Sensoreinrichtung angeordnet ist.

Durch die benachbarte Anordnung kann eine sichere Sensierung und ein kompakter Bauraum erzielt werden.

Es ist vorgesehen, dass die erste Sensoreinrichtung zum Messen des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Lenkstange Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds aufweist und Mittel aufweist, die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechen.

Es ist vorgesehen, dass die zweite Sensoreinrichtung zum Messen des auf die Lenkstange einwirkenden Moments Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds aufweist und Mittel aufweist, die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechen.

Vorzugsweise weisen die Mittel zum Erzeugen des periodisch sich ändernden Felds und die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechenden Mittel keine gemeinsame Kontaktfläche auf und erlauben eine berührungslose Messung. Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Mittel zum Erzeugen periodisch sich ändernder Felder der ersten und/oder zweiten Sensoreinrichtung eine oder mehrere Scheiben mit einer oder mehreren Codespuren aufweisen und dass die Scheiben an der drehbaren Lenkstange ortsfest angeordnet sind.

"Ortsfest an der Lenkstange" bedeutet hier, das die Bauteile bezüglich der Lenkstange immer an demselben Ort angeordnet sind und bei einer Lenkbewegung auch die Drehung der Lenkstange mit vollziehen.

Erfindungsgemäß sind die Mittel zum Erzeugen periodisch sich ändernder Felder der ersten und zweiten Sensoreinrichtung an einem gemeinsamen Träger oder einer gemeinsamen Scheibe angeordnet, die an der drehbaren Lenkstange ortsfest angeordnet ist.

Erfindungsgemäß weist die Lenkstange im Bereich der ersten und zweiten Sensoreinrichtung ein Torsionselement mit einer bekannten Torsionssteifigkeit auf, mittels dem das auf die Lenkstange wirkende Moment messbar ist.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Torsionselement zwischen einem lenkradseitigen und einem spurstangenseitigen Abschnitt der Lenkstange angeordnet ist, dass das Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds der zweiten Sensoreinrichtung auf dem einen Abschnitt, vorzugsweise dem lenkradseitigen Abschnitt, ortsfest angeordnet ist, dass das auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechende Mittel der zweiten Sensoreinrichtung auf dem anderen Abschnitt, vorzugsweise dem spurstangenseitigen ortsfest Abschnitt, ortsfest angeordnet ist, und dass durch die zweite Sensoreinrichtung ein Differenzwinkel zwischen dem lenkradseitigen und dem spurstangenseitigen Abschnitt der Lenkstange feststellbar ist, zwecks Bestimmung eines auf die Lenkstange einwirkenden Drehmoments.

Vorzugsweise erzeugt das auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechende Mittel der zweiten Sensoreinrichtung ein Signal und der Übertragung des vom Sensor abgegeben Signals dient eine flexible Leiterbahn, insbesondere eine Kabelwendel.

Nach der Erfindung ist eine dritte Sensoreinrichtung vorgesehen, die auf eine Drehung der flexiblen Leiterbahn anspricht und nach Maßgabe einer Umdrehung und/oder Drehrichtung der Lenkstange Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt.

Erfindungsgemäß weist die dritte Sensoreinrichtung Mittel auf, die auf eine durch eine Drehung der flexiblen Leiterbahn sich ändernde Induktivität ansprechen.

Vorzugsweise sind die erste und zweite Sensoreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. einer Verkapselung angeordnet.

Die Erfindung wird vorzugsweise für eine elektrisch betriebene Fahrzeuglenkung verwendet.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Abbildung (Figur) näher erläutert.
Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Winkelsensor und einem Momentensensor.
Der Sensor weist ein Gehäuse 8 auf, das mit feststehenden Teilen des Fahrzeuges ortsfest verbunden ist.
Der Winkelsensor weist eine mit einer Lenkstange sich drehende Encoderscheibe 7 und einen ortsfesten Sensor 5 auf, der sowohl magnetoresistiv als auch optisch ausgeführt werden kann. Die Encoderscheibe 7 ist über einen Encoderscheibenträger 9 mit einem lenkradseitigen Ende eines Torsionsstabes 1 fest verbunden und der Sensor 5 ist über ein erstes Verbindungselement 10 mit dem Gehäuse 8 fest verbunden.
Der Drehmomentensensor weist ebenfalls einen Encoder 4 und einen Sensor 3 auf. Der Encoder 4 ist über den Encoderscheibenträger 9 mit dem lenkradseitigen Ende des Torsionsstabes 1 fest verbunden. Der Sensor 3 des Drehmomentensensors ist über ein zweites Verbindungselement 11 mit dem spurstangenseitigen Ende des Torsionsstabes 1 ortsfest verbunden.
Der Encoder 4 und der Sensor 3 rotieren mit der Lenkraddrehung bzw. den Lenkraddrehungen (mehrfache Umdrehung) mit. Eine relative Ortsveränderung von Encoder 4 und Sensor 3 zueinander ist ein Maß für ein einwirkendes Drehmoment auf die Lenkstange 1 wieder.
Vorzugsweise wird der Encoder 4 des Drehmomentensensors auf der spurstangenseitigen Seite 12 und der Encoder 7 des Winkelsensor auf der lenkradseitigen Seite 13 des Encoderscheibenträgers 9 angeordnet. Dazwischen ist ein Torsionsabschnitt oder Torsionselement 13 angeordnet.
Vorzugsweise besitzt der Encoderscheibenträger 9 keine elektrischen Anschlüsse.
Eine elektrische Kontaktierung des Sensorelements 3 zur Lenkmomentenerfassung erfolgt vorzugsweise durch eine flexible Leiterbahn, insbesondere mittels einer Wickelfeder 6, innerhalb des Sensorgehäuses 1. Die flexible Leiterbahn wird dabei in Spiralenform ausgelegt, so dass auch bei mehreren Umdrehungen der Lenkachse eine sichere Verbindung ermöglicht wird.
Zur Erkennung, in welcher Umdrehung sich das Lenkrad befindet, wird die Induktivität der Leiterbahnen in der Wickelfeder ermittelt bzw. durch einen Sensor 2 gemessen. Die Induktivität ändert sich mit dem Lenkwinkel, woraus die jeweilige Umdrehung des Lenkrades ermittelt werden kann.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere in der Kombination eines Lenkmoment- und Lenkwinkelsensor in einem Gehäuse, das die Sensoren sicher aufnimmt, wodurch die Sensoreinheit einfach montiert werden kann. Das Gehäuse ist darüber hinaus sehr einfach verschließbar, z. B. durch Ausnehmungen an dem Torsionsstab und entsprechende Gegenstücke an den Gehäusebauteilen.
Ferner sind die Sensoren vorteilhaft berührungslos und die vorgesehene Kontaktierung ist, insbesondere im Vergleich mit bekannten Schleifring-Kontakten, störungs- und verschmutzungsunempfindlich. Außerdem wird eine Erkennung auch mehrmaliger Lenkradumdrehungen (Multiturnerkennung) realisiert.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen eines Winkels und/oder einer Winkelgeschwindigkeit einer drehbaren Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung und zum Messen eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine erste Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Drehung der Lenkstange anspricht und nach Maßgabe der Drehung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und eine zweite Sensoreinrichtung aufweist, die auf eine Änderung eines auf die Lenkstange einwirkenden Moments anspricht und nach Maßgabe des Moments bzw. dessen Änderung Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt, und die benachbart zur ersten Sensoreinrichtung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinrichtung zum Messen des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Lenkstange Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds aufweist und Mittel aufweist, die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinrichtung zum Messen des auf die Lenkstange einwirkenden Moments Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds aufweist und Mittel aufweist, die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen des periodisch sich ändernden Felds und die auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechenden Mittel keine gemeinsame Kontaktfläche aufweisen und eine berührungslose Messung erlauben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen periodisch sich ändernder Felder der ersten und/oder zweiten Sensoreinrichtung eine oder mehrere Scheiben mit einer oder mehreren Codespuren aufweisen und dass die Scheiben an der drehbaren Lenkstange ortsfest angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen periodisch sich ändernder Felder der ersten und zweiten Sensoreinrichtung an einem gemeinsamen Träger oder einer gemeinsamen Scheibe angeordnet sind, die an der drehbaren Lenkstange ortsfest angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange im Bereich der ersten und zweiten Sensoreinrichtung ein Torsionselement mit einer bekannten Torsionssteifigkeit aufweist, mittels dem das auf die Lenkstange wirkende Moment messbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Torsionselement zwischen einem lenkradseitigen und einem spurstangenseitigen Abschnitt der Lenkstange angeordnet ist,
dass das Mittel zum Erzeugen eines sich periodisch ändernden optischen Strahlungsfelds, elektrischen Felds und/oder Magnetfelds der zweiten Sensoreinrichtung auf dem einen Abschnitt, vorzugsweise dem lenkradseitigen Abschnitt, ortsfest angeordnet ist,
dass das auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechende Mittel der zweiten Sensoreinrichtung auf dem anderen Abschnitt, vorzugsweise dem spurstangenseitigen ortsfest Abschnitt, ortsfest angeordnet ist,
und dass durch die zweite Sensoreinrichtung ein Differenzwinkel zwischen dem lenkradseitigen und dem spurstangenseitigen Abschnitt der Lenkstange feststellbar ist, zwecks Bestimmung eines auf die Lenkstange einwirkenden Drehmoments.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechende Mittel der zweiten Sensoreinrichtung ein Signal erzeugt und dass der Übertragung des vom Sensor abgegeben Signals eine flexible Leiterbahn, insbesondere eine Kabelwendel, dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Sensoreinrichtung vorgesehen ist, die auf eine Drehung der flexiblen Leiterbahn anspricht und nach Maßgabe einer Umdrehung und/oder Drehrichtung der Lenkstange Signale für eine Auswerteeinheit erzeugt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Sensoreinrichtung Mittel aufweist, die auf eine durch eine Drehung der flexiblen Leite rbahn sich ändernde Induktivität ansprechen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Sensoreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. einer Verkapselung angeordnet sind.