DE10350666A1 - Vehicle steering angle sensor comprises a rotor whose position can be coarsely determined by optical coding means and finely determined using additional magnetic position determination means - Google Patents

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Ekkehart Fröhlich
Onofrio Intini
Frank Dr. Jerems
Christian Ruetz
Lars Schoch
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Abstract

Steering angle sensor (10) for determining the rotational position of a vehicle steering wheel has a rotor (14) directly or indirectly coupled to the steering wheel with coding that can be optically sampled using optical instrumentation. Additionally the rotor has various magnetic sections, while at least one magnetic field sensor with at least two detector elements detects a varying magnetic field at two different positions, so that phase shifted output signals can be evaluated by an evaluation unit. An independent claim is made for a method for measuring the rotational position of a vehicle steering wheel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkwinkelsensor zur Bestimmung der Drehstellung eines Lenkrades eines Fahrzeuges, mit einem mit dem Lenkrad direkt oder indirekt verbundenen, um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor, mit einer an dem Rotor vorgesehenen optisch abtastbaren Codierung, mit einer die Codierung abtastbaren optischen Sensorik, und mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Drehstellung unter Verwendung der Ausgangssignale der optischen Sensorik. Die Codierung kann dabei auf einer Codescheibe, die am Rotor befestigt oder in den Rotor integriert ist, angeordnet sein. Die Drehachse des Rotors beziehungsweise einer Codescheibe ist dabei in der Regel identisch mit der Drehachse des Lenkrades. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der Drehstellung eines Lenkrades eines Fahrzeugs. The The invention relates to a steering angle sensor for determining the rotational position a steering wheel of a vehicle, with one with the steering wheel directly or indirectly connected, rotatably mounted about an axis of rotation Rotor, with an optically scannable coding provided on the rotor, with an optical sensor system that can be scanned, and with an evaluation unit for determining the rotational position using the output signals of the optical sensors. The coding can be on a code disk that is attached to the rotor or integrated into the rotor is arranged. The axis of rotation of the rotor or one The code disk is usually identical to the axis of rotation of the Steering wheel. The invention also relates to a method for determination the rotational position of a steering wheel of a vehicle.

Derartige Lenkwinkelsensoren sind beispielsweise aus der DE 199 36 245 A1 bekannt geworden. Die Auflösung eines derartigen Lenkwinkelsensors beträgt cirka 1,5°. Eine präzisere Drehstellung des Lenkrades beziehungsweise der Codescheibe lässt sich mit der optischen Sensorik nicht, beziehungsweise nur mit sehr hohem Aufwand realisieren. Moderne Fahrzeugsysteme erfordern eine höhere Auflösung der Drehstellung.Such steering angle sensors are for example from the DE 199 36 245 A1 known. The resolution of such a steering angle sensor is approximately 1.5 °. A more precise turning position of the steering wheel or the code disk cannot be achieved with the optical sensor system, or can only be achieved with great effort. Modern vehicle systems require a higher resolution of the turning position.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten Lenkwinkelsensor gemäß der DE 199 36 245 A1 dahingehend weiterzubilden, dass höhere Auflösungen und damit eine präzisere Drehstellung des Lenkrades beziehungsweise des Rotors ermöglicht wird.The present invention is therefore based on the object, the known steering angle sensor according to the DE 199 36 245 A1 to further develop that higher resolutions and thus a more precise turning position of the steering wheel or the rotor is made possible.

Diese Aufgabe wird durch einen Lenkwinkelsensor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass der Rotor verschiedene Magnetabschnitte aufweist, dass wenigstens ein Magnetfeldsensor vorgesehen ist, der das sich bei Drehung des Rotors ändernde Magnetfeld mit wenigstens zwei Detektionselementen an unterschiedlichen Stellen derart erfasst, dass wenigstens zwei zueinander phasenversetzte Ausgangssignale erzeugt werden, und dass die phasenversetzten Ausgangssignale von der Auswerteeinheit zur Bestimmung einer präziseren Drehstellung verwendet werden. Die Magnetabschnitte können dabei entweder direkt oder indirekt, beispielsweise an einer Codescheibe am Rotor, angeordnet sein.This object is achieved by a steering angle sensor of the type described at the outset in that the rotor has different magnetic sections and that at least one magnetic field sensor is provided which detects the magnetic field which changes when the rotor rotates with at least two detection elements at different points in such a way that at least two relative to one another phase-shifted output signals are generated, and that the phase-shifted output signals are used by the evaluation unit to determine a more precise rotational position. The magnetic sections can be arranged either directly or indirectly, for example on a code disk on the rotor.

Durch Vorsehen der rotorseitigen beziehungsweise von codescheibenseitigen Magnetabschnitten und des Magnetfeldsensors, der das sich bei Drehung des Rotors ändernde Magnetfeld der Magnetabschnitte erfasst, wird neben der bekannten optischen Sensorik eine magnetische Sensorik bereitgestellt. Die phasenversetzten Ausgangssignale der magnetischen Sensorik dienen zur Bestimmung einer Feinauflösung der Drehstellung. Wie bereits eingangs erwähnt, liefert die optische Sensorik eine Auflösung im Bereich von cirka 1,5°. Zwischen den 1,5°-Schritten kann durch die magnetische Sensorik eine Feinauflösung von 0,1° ohne Weiteres erreicht werden. Die Auswerteeinheit verwertet dabei die Ausgangssignale der optischen Sensorik und der magnetischen Sensorik.By Provision of the rotor side or code disc side Magnetic sections and the magnetic field sensor that turns when rotating of the rotor changing Magnetic field of the magnetic sections is detected in addition to the known optical Magnetic sensors provided. The out of phase Output signals from the magnetic sensors are used to determine a fine resolution the rotary position. As already mentioned at the beginning, the optical sensors deliver a resolution in the range of approximately 1.5 °. Between the 1.5 ° steps can achieve a fine resolution of 0.1 ° without More can be achieved. The evaluation unit evaluates the output signals optical sensors and magnetic sensors.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die verschiedenen Magnetabschnitte von einem an dem Rotor beziehungsweise der Codescheibe angeordneten oder einem in dem Rotor beziehungsweise in der Codescheibe integrierten Ringmagneten mit aneinander angrenzenden Magnetsegmenten unterschiedlicher Magnetisierung gebildet wird. Ein derartiger Ringmagnet kann als separates Bauteil vorgefertigt werden und kann dann bei der Montage des Rotors beziehungsweise der Codescheibe an dieser angeordnet beziehungsweise in diese integriert werden. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise Bauraum sparende Anordnung. Durch Vorsehen eines Ringmagneten wird außerdem gewährleistet, dass sich die Magnetabschnitte lückenlos aneinander anschließen. Dadurch wird in jeder Stellung des Rotors beziehungsweise der Codescheibe ein entsprechendes Magnetsignal an den jeweiligen Magnetfeldsensor gegeben. Der Ringmagnet hat dabei wenigstens einen Magnetabschnitt mit einem Pluspol und einen mit einem Minuspol. Vorteilhaft können allerdings mehrere Plus- und Minuspolmagnetabschnitte zur Verwendung kommen, wobei jeder zweite Magnetabschnitt eine gleiche Magnetisierung aufweist.A preferred embodiment The invention provides that the different magnet sections from one arranged on the rotor or the code disk or one integrated in the rotor or in the code disk Ring magnets with adjacent magnet segments of different Magnetization is formed. Such a ring magnet can be used as separate component can be prefabricated and can then be assembled the rotor or the code disc arranged on this or be integrated into it. This results in a comparatively space-saving arrangement. By provision a ring magnet is also guaranteed that the magnetic sections are seamless connect to each other. As a result, the rotor or code disk is in any position a corresponding magnetic signal to the respective magnetic field sensor given. The ring magnet has at least one magnet section with a positive pole and one with a negative pole. Can be advantageous, however several plus and minus pole magnet sections are used, wherein every second magnet section has the same magnetization.

Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich dann, wenn die beiden Detektionselemente voneinander weiter beabstandet sind als zwei eine gleiche Magnetisierung aufweisende Magnetabschnitte. Dadurch, dass die beiden Detektionselemente weiter voneinander beabstandet sind, als die beiden eine gleiche Magnetisierung aufweisenden Magnetabschnitte, ergeben sich Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren, die sich eindeutig zuordnen lassen.A An advantageous arrangement results when the two detection elements are spaced further apart than two have the same magnetization having magnetic sections. The fact that the two detection elements are spaced further apart than the two have the same magnetization having magnetic sections, there are output signals of two magnetic field sensors that can be clearly assigned.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die einzelnen Magnetabschnitte unter einem Winkel von 6° phasenversetzt zueinander angeordnet sind und dass die beiden Magnetfeldsensoren einen Phasenversatz von cirka 9° aufweisen. Insgesamt sind folglich sechzig Magnetabschnitte vorgesehen, wobei dreißig eine positive und dreißig eine negative Magnetisierung aufweisen.A particularly preferred embodiment provides that the individual magnet sections at an angle of 6 ° out of phase are arranged to each other and that the two magnetic field sensors have a phase offset of approximately 9 °. A total of sixty magnet sections are thus provided, whereby thirty a positive and thirty have a negative magnetization.

Eine präzise Bestimmung der Drehstellung lässt dann erreichen, wenn die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren sinusbeziehungsweise kosinusförmige Signale sind. Derartige Signale können mit bekannten Iterationsverfahren, beispielsweise mit dem Cordic-Algorithmus: Arctan (x/y) ausgewertet werden.A precise determination of the rotational position can be achieved when the output signals of the Magnetic field sensors are sinusoidal or cosine-shaped signals. Such signals can be evaluated using known iteration methods, for example using the Cordic algorithm: Arctan (x / y).

Die Detektionselemente können insbesondere analoge Hall-Sensoren sein. Die Hall-Sensoren detektieren hierbei ein Sinus- und Kosinus-Signal, die zusammen mit den Ausgangssignalen der optischen Sensorik in der Auswerteeinheit ausgewertet werden. Die analogen Werte der Hall-Sensoren werden dabei in einem A/D-Wandler der Auswerteeinheit umgewandelt.The Detection elements can especially analog Hall sensors his. The Hall sensors detect a sine and cosine signal that together with the output signals of the optical sensors in the Evaluation unit can be evaluated. The analog values of the Hall sensors are converted in an A / D converter of the evaluation unit.

Erfindungsgemäß können die Detektionselemente auch als magnetoresistive Elemente ausgebildet sein. Die magnetoresistiven Elemente ändern ihren Widerstand bei einem sich ändernden Magnetfeld. Durch entsprechende Widerstandsbrücken können die analogen Signale ausgewertet werden, beziehungsweise einem A/D-Wandler zugeführt werden.According to the Detection elements are also designed as magnetoresistive elements his. The magnetoresistive elements change their resistance a changing Magnetic field. The analog signals can be evaluated using appropriate resistance bridges are, or be fed to an A / D converter.

Der verwendete Magnetfeldsensor kann so aufgebaut sein, dass die beiden Detektionselemente in einem Gehäuse unter einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind. Aufgrund des definierten Abstandes und aufgrund der gewählten Polteilung des Ringmagneten kann der jeweils gewünschte Phasenversatz der Ausgangssignale erreicht werden.The Magnetic field sensor used can be constructed so that the two Detection elements in one housing are arranged at a defined distance from each other. by virtue of the defined distance and based on the selected pole pitch of the ring magnet can be the desired phase shift of the output signals can be achieved.

Eine besonders platzsparende und dennoch zuverlässig arbeitende Anordnung ergibt sich dann, wenn die Detektionselemente oberhalb beziehungsweise unterhalb, in einer parallel zum Rotor beziehungsweise zur Codescheibe verlaufenden Ebene angeordnet sind. Insbesondere verläuft die Ebene, in denen die Detektionselemente liegen, senkrecht zur Drehachse des Rotors.A particularly space-saving and yet reliably working arrangement results then when the detection elements above or below, in a parallel to the rotor or to the code disc extending plane are arranged. In particular, the Plane in which the detection elements are located, perpendicular to the axis of rotation of the rotor.

Die optische Codierung des Rotors beziehungsweise der Codescheibe ist vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass sie sich über eine volle Umdrehung nicht wiederholt. Hierdurch wird erreicht, dass jede beliebige Drehstellung eindeutig erkannt werden kann. Außerdem wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Initialisierungswinkel des Lenkwinkelsensors 0° beträgt. Beim Starten des Systems beziehungsweise beim Initialisieren der Drehstellung kann ohne Verdrehung des Rotors beziehungsweise der Codescheibe die jeweilige Drehstellung mit erhöhter Auflösung bestimmt werden. Die optische Sensorik stellt ein Signal mit einer Auflösung von cirka 1,5° zur Verfügung. Durch die jeweiligen Ausgangssignale des Magnetfeldsensors kann die Auswerteeinheit die Feinauflösung innerhalb der jeweiligen 1,5°-Auflösung vornehmen.The optical coding of the rotor or the code disc advantageously designed in such a way that it extends over a full rotation not repeated. This ensures that any rotational position can be clearly recognized. Besides, will advantageously achieved that the initialization angle of the Steering angle sensor is 0 °. At the Starting the system or when initializing the rotary position can the respective one without turning the rotor or the code disk Rotary position with increased resolution be determined. The optical sensor system provides a signal with a resolution from about 1.5 ° to Available. Through the respective output signals of the magnetic field sensor the evaluation unit the fine resolution within the respective 1.5 ° resolution.

Vorteilhafterweise umfasst die optische Sensorik wenigstens ein Sendeelement und wenigstens ein Empfängerelement, wobei zwischen dem Sendeelement und dem Empfängerelement ein Lichtleiter vorgesehen sein kann. Derartige Lichtleiter sind beispielsweise aus der EP 1 245 475 A2 oder der EP 1 108 976 A1 bekannt geworden. The optical sensor system advantageously comprises at least one transmitter element and at least one receiver element, wherein a light guide can be provided between the transmitter element and the receiver element. Such light guides are for example from the EP 1 245 475 A2 or the EP 1 108 976 A1 known.

Der Lenkwinkelsensor kann außerdem eine Zähleinheit zur Zählung der vollen Umdrehungen des Rotors beziehungsweise der Codescheibe vorsehen. Durch eine derartige Zähleinrichtung kann nicht nur die Drehstellung des Lenkrades innerhalb einer Umdrehung sehr präzise bestimmt werden, sondern auch die absolute Drehstellung über mehrere Umdrehungen hinweg.The Steering angle sensor can also a counting unit for counting the full revolutions of the rotor or the code disk provide. By such a counter can not only turn the steering wheel within one turn very precise be determined, but also the absolute rotational position over several Turns away.

Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Zähleinheit ein durch ein kontinuierlich von dem Rotor beziehungsweise der Codescheibe über ein Getriebe angetriebenes Zählrad umfasst. Das Zählrad kann hierbei seinerseits magnetische Abschnitte aufweisen, wobei wenigstens ein weiterer Magnetfeldsensor vorgesehen ist, der bei Drehung des Zählrads das sich ändernde Magnetfeld erfasst. Die Ausgangssignale dieses Magnetfeldsensors werden der Auswerteeinheit zugeleitet, die hieraus die vollen Umdrehungen des Lenkrades beziehungsweise des Rotors bestimmt.there has proven to be advantageous in that the counting unit is one by one driven by the rotor or the code disc via a gear counting wheel includes. The counting wheel can in turn have magnetic sections, wherein at least one further magnetic field sensor is provided, which at Rotation of the counter wheel the changing Magnetic field detected. The output signals of this magnetic field sensor are fed to the evaluation unit, which gives them the full revolutions the steering wheel or the rotor determined.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Drehstellung eines Lenkrads, insbesondere unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors, wobei ein direkt oder indirekt mit dem Lenkrad drehgekoppelter Rotor vorgesehen ist. Das Verfahren zeichnet sich aus durch folgende Schritte:

  • – Erfassen der Drehstellung mittels einer optischen Sensorik und einer Auswerteeinheit; und
  • – Verwendung der Ausgangssignale wenigstens eines Magnetfeldsensors zur Bestimmung einer präziseren Drehstellung, wobei Detektionselemente des Magnetfeldsensors das sich mit der Drehbewegung des Lenkrades ändernde Magnetfeld von an dem Rotor vorgesehenen Magnetabschnitten erfassen.
The object mentioned at the outset is also achieved by a method for determining the rotational position of a steering wheel, in particular using a steering angle sensor according to the invention, a rotor which is directly or indirectly rotationally coupled to the steering wheel being provided. The process is characterized by the following steps:
  • - Detecting the rotational position by means of an optical sensor system and an evaluation unit; and
  • - Use of the output signals of at least one magnetic field sensor for determining a more precise rotational position, wherein detection elements of the magnetic field sensor detect the magnetic field of magnetic sections provided on the rotor, which changes with the rotational movement of the steering wheel.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.Further Advantages and details of the invention are the following description can be seen in which the invention with reference to that shown in the drawing embodiment described in more detail and explained is.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein offenes Sensorgehäuse eines erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors; 1 an open sensor housing of a steering angle sensor according to the invention;

2 eine vergrößerte Ansicht des Lenkwinkelsensors gemäß 1, den Rotor beziehungsweise die Codescheibe zeigend; 2 an enlarged view of the steering angle sensor according to 1 , showing the rotor or the code disk;

3 die Codierung der Codescheibe mit zugehöriger Codeauswertung; 3 the coding of the code disk with the associated code evaluation;

4 die Magnetabschnitte eines erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors in Form eines Ringmagneten; 4 the magnetic sections of a steering angle sensor according to the invention in the form of a ring magnet;

5 die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren des erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors; und 5 the output signals of the magnetic field sensors of the steering angle sensor according to the invention; and

6 Längsschnitte durch verschiedene Rotoren. 6 Longitudinal cuts through different rotors.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Lenkwinkelsensor 10 in einer Gehäuseschale 12 gezeigt. Die Gehäuseschale 12 ist Teil eines Gesamtgehäuses, dessen obere Gehäusehälfte nicht dargestellt ist. Der Lenkwinkelsensor 10 umfasst einen Rotor 14 mit einer Codescheibe 15, welche einen zentralen Durchbruch 16 für eine nicht dargestellte Lenksäule eines Fahrzeugs aufweisen. Die Rotor 14 ist über nicht dargestellte Befestigungsmittel mit einem Lenkrad direkt oder indirekt drehfest verbindbar.In the 1 is a steering angle sensor according to the invention 10 in a housing shell 12 shown. The housing shell 12 is part of an overall housing, the upper half of the housing is not shown. The steering angle sensor 10 includes a rotor 14 with a code disc 15 which is a key breakthrough 16 for a steering column of a vehicle, not shown. The rotor 14 is directly or indirectly non-rotatably connected via a fastener, not shown, to a steering wheel.

In der 2 ist die Drehachse 18 des Rotors 14 beziehungsweise des nicht dargestellten Lenkrads dargestellt. Die Codescheibe 15, die in der 2 gestrichelt dargestellt ist, weist eine Codierung mit insgesamt vier um die Drehachse 18 angeordneten Codespuren 20 auf. Die Codierung ist dabei durch ringsegmentförmige Durchbrüche gebildet.In the 2 is the axis of rotation 18 of the rotor 14 or the steering wheel, not shown. The code disc 15 that in the 2 is shown in dashed lines, has a coding with a total of four about the axis of rotation 18 arranged code tracks 20 on. The coding is formed by openings in the form of ring segments.

Zur Abtastung der optischen Codierung der Codespuren 20 ist eine Opto-Sensorik 21 mit insgesamt drei Opto-Sensoren 22 vorgesehen. Die Opto-Sensoren 22 umfassen jeweils eine Sensorplatine 24 mit Sende- und Empfangselementen und einen auf der jeweiligen Sensorplatine 24 angeordneten Lichtleiter 26. Der jeweilige Lichtleiter 26 ist mit der jeweiligen Sensorplatine 24 verrastet verbunden.For scanning the optical coding of the code tracks 20 is an opto-sensor system 21 with a total of three opto sensors 22 intended. The opto sensors 22 each include a sensor board 24 with transmitting and receiving elements and one on the respective sensor board 24 arranged light guide 26 , The respective light guide 26 is with the respective sensor board 24 locked connected.

In der 3 ist dargestellt, wie sich aus der optischen Codierung der Codescheibe 15 ein entsprechendes Codewort aus den einzelnen Codespuren 20 ableiten lässt. Die einzelnen Opto-Sensoren 22 liefern für jede der vier Codespuren ein Bit; aus den insgesamt drei Opto-Sensoren 22, die jeweils alle vier Codespuren abfragen, ergibt sich folglich ein Codewort mit zwölf Bits. Jeder Drehstellung der Codescheibe 15 beziehungsweise des Rotors 14 ist folglich ein Codewort zugeordnet, das die in der 3 angedeutete Auswerteeinheit 28 berechnet und die zugehörige Drehstellung W bestimmt. Mit den Opto-Sensoren 22 und der Auswerteeinheit 28 lässt sich eine Winkelauflösung von cirka 1,5° erzielen.In the 3 is shown how the optical coding of the code disc 15 a corresponding code word from the individual code tracks 20 can be derived. The individual opto sensors 22 provide one bit for each of the four code tracks; from a total of three opto sensors 22 , which each query all four code tracks, results in a code word with twelve bits. Every rotary position of the code disk 15 or the rotor 14 is therefore assigned a code word that the in the 3 indicated evaluation unit 28 calculated and the associated rotational position W determined. With the opto sensors 22 and the evaluation unit 28 an angular resolution of approximately 1.5 ° can be achieved.

Für eine Feinauflösung innerhalb der 1,5°-Auflösung ist an dem Rotor 14 beziehungsweise an der Codescheibe 15 eine Vielzahl von Magnetabschnitten 28, 30 vorgesehen. Die einzelnen Magnetabschnitte werden von einem Ringmagneten 32 gebildet, der in der 4 als Einzelbauteil dargestellt ist. Der Ringmagnet 32 ist in der 2 unterhalb der Codescheibe 15 angeordnet. Aufgrund der gestrichelt angedeuteten Codescheibe 15 ist der Ringmagnet 32 in 2 teilweise zu sehen. Der Ringmagnet 32 weist Magnetabschnitte 28, 30 in Form von aneinander angrenzenden Magnetsegmenten unterschiedlicher Magnetisierung auf. Jedes zweite Ringsegment weist eine gleiche Magnetisierung auf. Der Ringmagnet 32 ist vorteilhafterweise so ausgelegt, dass sich alle 6° die Magnetisierung wiederholt.For a fine resolution within the 1.5 ° resolution is on the rotor 14 or on the code disc 15 a variety of magnetic sections 28 . 30 intended. The individual magnet sections are made of a ring magnet 32 formed in the 4 is shown as a single component. The ring magnet 32 is in the 2 below the code disc 15 arranged. Because of the dashed code disc 15 is the ring magnet 32 in 2 partially seen. The ring magnet 32 has magnetic sections 28 . 30 in the form of adjacent magnet segments of different magnetization. Every second ring segment has the same magnetization. The ring magnet 32 is advantageously designed so that the magnetization repeats every 6 °.

Zur Erfassung des sich bei Drehung der Codescheibe 15 beziehungsweise des Ringmagneten 32 ändernden Magnetfeldes ist ein Magnetfeldsensor 33 vorgesehen, der zwei Detektionselemente 34, 36 umfasst. Die Detektionselemente 34, 36 sind vorteilhafterweise cirka 9° versetzt zueinander angeordnet. Die beiden Detektionselemente 34, 36 können dabei auf einer gemeinsamen Leiterplatte oder innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein.For the detection of when the code disk rotates 15 or the ring magnet 32 changing magnetic field is a magnetic field sensor 33 provided the two detection elements 34 . 36 includes. The detection elements 34 . 36 are advantageously arranged offset from one another by approximately 9 °. The two detection elements 34 . 36 can be arranged on a common circuit board or within a common housing.

Die Ausgangssignale der beiden Detektionselemente 34, 36 sind in 5 über die Drehstellung w dargestellt. Aufgrund der versetzten Anordnung der beiden Detektionselemente 34, 36 ergeben sich zwei phasenversetzte sinus- beziehungsweise kosinusförmige Signalverläufe 38, 40. Aus den beiden Signalverläufen 38, 40 kann innerhalb der Auflösung des optischen Systems eine Feinauflösung erfolgen, die ohne Weiteres eine Genauigkeit von bis zu 0,1° aufweisen kann. Die Ausgangssignale der beiden Detektionselemente 34, 36 werden der Auswerteeinheit 28 zugeleitet, die aus den Signalverläufen 38, 40 auf eine präzise Drehstellung der Codescheibe beziehungsweise des Lenkrades rückschließt. Die Ermittlung der feinauflösenden Winkelschritte kann beispielsweise durch Arctan (y/x) Iterationsverfahren erfolgen, beispielsweise durch den Cordic-Algorithmus. Die Feinauflösung wird folglich über die sich alle 12° wiederholenden Sinus- und Kosinus-Signale durchgeführt.The output signals of the two detection elements 34 . 36 are in 5 represented via the rotary position w. Due to the offset arrangement of the two detection elements 34 . 36 there are two phase-shifted sine or cosine waveforms 38 . 40 , From the two waveforms 38 . 40 a fine resolution can take place within the resolution of the optical system, which can easily have an accuracy of up to 0.1 °. The output signals of the two detection elements 34 . 36 become the evaluation unit 28 fed from the waveforms 38 . 40 concludes on a precise rotational position of the code disc or the steering wheel. The fine-resolution angle steps can be determined, for example, by arctan (y / x) iteration methods, for example by the Cordic algorithm. The fine resolution is consequently carried out via the sine and cosine signals repeating every 12 °.

Zur Bestimmung der Anzahl der vollen Umdrehungen des Rotors 14 beziehungsweise des Lenkrads kann eine nicht dargestellte Zähleinheit Verwendung finden.To determine the number of full revolutions of the rotor 14 or the steering wheel, a counting unit, not shown, can be used.

In der 6 sind verschiedene Möglichkeiten gezeigt, wie die Detektionselemente 34, 36 beziehungsweise wie der Ringmagnet 32 am Rotor angeordnet sein kann.In the 6 different options are shown, such as the detection elements 34 . 36 or like the ring magnet 32 can be arranged on the rotor.

In der oberen Darstellung der 6 ist der Ringmagnet 32 am Rotor 14 radial außen angeordnet. Die beiden Detektionselemente 34, 36 liegen axial unterhalb des Ringmagneten 32.In the top illustration of the 6 is the ring magnet 32 on the rotor 14 arranged radially outside. The two detection elements 34 . 36 are axially below the ring magnet 32 ,

In der mittleren Darstellung der 6 ist der Magnetring 32 im radial mittleren Bereich des Rotors 14 angeordnet. Der Ringmagnet 32 liegt dabei in einer Ringnut derart zurückversetzt, dass die Detektionselemente 34, 36 ebenfalls in die Ringnut 46 ragen. Dies hat den Vorteil, dass vergleichsweise wenig Bauraum beansprucht wird. Der Abstand zwischen der Leiterplatte beziehungsweise des Gehäuses, auf dem die Detektionselemente 34, 36 angeordnet sind, zur Codescheibe kann hierdurch sehr gering gehalten werden.In the middle representation of the 6 is the magnetic ring 32 in the radially central area of the rotor 14 arranged. The ring magnet 32 is set back in an annular groove in such a way that the detection elements 34 . 36 also in the ring groove 46 protrude. This has the advantage that comparatively little installation space is used. The distance between the circuit board or the housing on which the detection elements 34 . 36 are arranged, the code disc can be kept very low.

In der unteren Darstellung der 6 ist der Ringmagnet 32 entsprechend der oberen Darstellung der 6 am Rotor 14 angeordnet. Die Detektionselemente 34, 36 sind bei dieser Ausführungsform radial weiter außen angeordnet und tasten die radial außen liegende Seite des Ringmagneten 32 ab.In the lower representation of the 6 is the ring magnet 32 according to the illustration above 6 on the rotor 14 arranged. The detection elements 34 . 36 are arranged radially further out in this embodiment and feel the radially outer side of the ring magnet 32 from.

Sämtliche in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All shown in the description, the following claims and in the drawing Characteristics can essential to the invention both individually and in any combination with one another his.

Claims (12)

Lenkwinkelsensor (10) zur Bestimmung der Drehstellung eines Lenkrades eines Fahrzeuges, mit einer mit dem Lenkrad direkt oder indirekt verbundenen, um eine Drehachse (18) drehbar gelagerten Rotor (14), mit einer an dem Rotor (14) vorgesehenen optisch abtastbaren Codierung (20), mit einer die Codierung (20) abtastenden optischen Sensorik (21), und mit einer Auswerteeinheit (28) zur Bestimmung der Drehstellung unter Verwendung der Ausgangssignale der optischen Sensorik (21), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) verschiedene Magnetabschnitte (28, 30) aufweist, dass wenigstens ein Magnetfeldsensor vorgesehen ist, der das sich bei Drehung des Rotors (14) ändernde Magnetfeld mit wenigstens zwei Detektionselementen an unterschiedlichen Stellen derart erfasst, dass wenigstens zwei zueinander phasenversetzte Ausgangssignale erzeugt werden, und dass die phasenversetzte Ausgangssignale von der Auswerteeinheit (28) zur Bestimmung einer präziseren Drehstellung verwendet werden.Steering angle sensor ( 10 ) for determining the rotational position of a steering wheel of a vehicle, with a steering wheel connected directly or indirectly to an axis of rotation ( 18 ) rotatably mounted rotor ( 14 ), with one on the rotor ( 14 ) provided optically scannable coding ( 20 ), with a coding ( 20 ) scanning optical sensors ( 21 ), and with an evaluation unit ( 28 ) to determine the rotational position using the output signals of the optical sensors ( 21 ), characterized in that the rotor ( 14 ) different magnet sections ( 28 . 30 ) that at least one magnetic field sensor is provided, which changes when the rotor ( 14 ) changing magnetic field with at least two detection elements at different points in such a way that at least two phase-shifted output signals are generated and that the phase-shifted output signals from the evaluation unit ( 28 ) can be used to determine a more precise rotational position. Lenkwinkelsensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Magnetabschnitte (28, 30) von einem an dem Rotor (14) angeordneten oder einem in den Rotor (14) integrierten Ringmagneten (32) mit aneinander angrenzenden Magnetsegmenten (28, 30) unterschiedlicher Magnetisierung gebildet wird.Steering angle sensor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the different magnetic sections ( 28 . 30 from one on the rotor ( 14 ) arranged or one in the rotor ( 14 ) integrated ring magnet ( 32 ) with adjacent magnetic segments ( 28 . 30 ) different magnetization is formed. Lenkwinkelsensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Detektionselemente (34, 36) voneinander weiter beabstandet sind als zwei eine gleiche Magnetisierung aufweisende Magnetabschnitte (28, 30).Steering angle sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the two detection elements ( 34 . 36 ) are spaced further apart than two magnet sections having the same magnetization ( 28 . 30 ). Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale (38, 40) der Detektionselemente (34, 36) bzw. des der Magnetfeldsensors (33) sinus- bzw. cosinusförmige Signale sind.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the output signals ( 38 . 40 ) of the detection elements ( 34 . 36 ) or that of the magnetic field sensor ( 33 ) are sinusoidal or cosine-shaped signals. Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionselemente (34, 36) als Hallelemente oder als magnetoresistive Elemente ausgebildet sind.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection elements ( 34 . 36 ) are designed as Hall elements or as magnetoresistive elements. Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionselemente (34, 36) oberhalb bzw. unterhalb, in einer senkrecht zur Drehachse (18) verlaufenden Ebene angeordnet sind.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection elements ( 34 . 36 ) above or below, in a perpendicular to the axis of rotation ( 18 ) level are arranged. Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die optische Codierung (20) über eine volle Umdrehung des Rotors (14) nicht wiederholt.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical coding ( 20 ) over a full revolution of the rotor ( 14 ) not repeated. Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensorik (22) wenigstens ein Sendeelement und wenigstens ein Empfängerelement umfasst und dass zwischen dem Sendelement und dem Empfängerelement ein Lichtleiter (26) vorgesehen ist.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical sensor system ( 22 ) comprises at least one transmitter element and at least one receiver element and that between the transmitter element and the receiver element a light guide ( 26 ) is provided. Lenkwinkelsensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zähleinheit zur Zählung der vollen Umdrehungen des Rotors (14) vorgesehen ist.Steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a counting unit for counting the full revolutions of the rotor ( 14 ) is provided. Lenkwinkelsensor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinheit ein durch ein kontinuierlich von dem Rotor (14) oder der Codierung (20) über ein Getriebe angetriebenes Zählrad umfasst.Steering angle sensor ( 10 ) according to claim 9, characterized in that the counting unit by a continuously by the rotor ( 14 ) or the coding ( 20 ) includes a counter driven gear. Lenkwinkelsensor (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählrad magnetisierte Abschnitte aufweist und dass wenigstens ein Magnetfeldsensor das sich bei Drehung des Zählrad sich ändernde Magnetfeld erfasst, wobei die Auswerteeinheit die Ausgangssignale dieser Magnetfeldsensoren zur Bestimmung der vollen Umdrehungen verwendet.Steering angle sensor ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the counting wheel has magnetized sections and that at least one magnetic field sensor detects the magnetic field which changes as the counting wheel rotates, the evaluation unit using the output signals of these magnetic field sensors to determine the full revolutions. Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung eines Lenkrads, insbesondere unter Verwendung eines Lenkwinkelsensors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem direkt oder indirekt mit dem Lenkrad drehgekoppelten Rotor (14), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Erfassen der Drehstellung mittels einer optischen Sensorik (21) und einer Auswerteeinheit (28), und – Verwendung der Ausgangssignale (38, 40) wenigstens eines Magnetfeldsensors (33) zur Bestimmung einer präziseren Drehstellung, wobei Detektionselemente (34, 36) des Magnetfeldsensor (33) das sich mit der Drehbewegung des Lenkrades ändernde Magnetfeld von an dem Rotor (14) vorgesehenen Magnetabschnitten erfassen.Procedure for determining the rotational position a steering wheel, in particular using a steering angle sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, with a rotor which is directly or indirectly rotationally coupled to the steering wheel ( 14 ), characterized by the following steps: - Detecting the rotational position by means of an optical sensor system ( 21 ) and an evaluation unit ( 28 ), and - use of the output signals ( 38 . 40 ) at least one magnetic field sensor ( 33 ) to determine a more precise rotational position, whereby detection elements ( 34 . 36 ) of the magnetic field sensor ( 33 ) the magnetic field of the rotor which changes with the rotational movement of the steering wheel ( 14 ) the intended magnetic sections.
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