DE19816683A1 - Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads, wobei eine mit dem Lenkrad verbundene drehbare Lenkwelle (1) koaxial zu einer nicht drehbaren Lenksäule (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an einer der Lenkwelle (1) zugewandten Fläche der Lenksäule (2) mindestens eine sich in Umfangsrichtung der Lenksäule (2) erstreckende elektrische Widerstandsbahn (3) angeordnet. An der Lenkwelle (1) sind mindestens zwei der Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) befestigt, wobei jederzeit mindestens ein Schleifer (A, B, C) an einer durch die Drehstellung der Lenkwelle (1) definierten Stelle mit der Widerstandsbahn (3) in Kontakt tritt. Vorzugsweise sind genau drei derselben Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) vorgesehen, die zueinander um 120 Grad versetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads, wobei eine mit dem Lenkrad verbundene drehbare Lenkwelle koaxial zu einer nicht drehbaren Lenksäule angeordnet ist.
Bei Lenkvorrichtungen für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Flurförderzeuge, geht der Trend der technischen Entwicklung in Richtung der elektrischen Lenkung. Dies bedeutet, daß zwischen dem Lenkrad und dem gelenkten Rad der Arbeitsmaschine anstelle der klassischen mechanischen oder hydraulischen Verbindung eine elektrische Verbindung tritt. Die Drehstellung des Lenkrads wird mittels einer geeigneten Vorrichtung erfaßt, die mit einer elektrischen Auswertevorrichtung verbunden ist. Die Auswertevorrichtung steuert in Abhängigkeit von der Bewegung des Lenkrads einen elektrischen Lenkmotor an, mit dem die Lenkbewegung des gelenkten Rades erzeugt wird.
Entscheidend für die Betriebssicherheit einer solchen elektrischen Lenkung ist unter anderem die sichere Funktion der Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrads.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrads zur Verfügung zu stellen, die sich durch hohe Betriebssicherheit und Meßgenauigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer der Lenkwelle zugewandten Fläche der Lenksäule mindestens eine sich in Umfangsrichtung der Lenksäule erstreckende elektrische Widerstandsbahn angeordnet ist und an der Lenkwelle mindestens zwei der Widerstandsbahn zugeordnete Schleifer befestigt sind, wobei jederzeit mindestens ein Schleifer an einer durch die Drehstellung der Lenkwelle definierten Stelle mit der Widerstandsbahn in Kontakt tritt.
Ebenso wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer der Lenksäule zugewandten Fläche der Lenkwelle mindestens eine sich in Umfangsrichtung der Lenkwelle erstreckende elektrische Widerstandsbahn angeordnet ist und an der Lenksäule mindestens zwei der Widerstandsbahn zugeordnete Schleifer befestigt sind, wobei jederzeit mindestens ein Schleifer an einer durch die Drehstellung der Lenkwelle definierten Stelle mit der Widerstandsbahn in Kontakt tritt.
Bei einem Drehen des Lenkrads bewegt sich der Schleifer entlang der Widerstandsbahn. Die Widerstandsbahn und der Schleifer bilden somit ein Potentiometer. Zwischen den beiden Enden der Widerstandsbahn wird eine konstante Spannung angelegt. Ein an dem Schleifer anliegender Spannungswert hängt somit direkt von der Drehstellung des Lenkrads ab.
Der Schleifer kann als elektrischer Schleifkontakt ausgebildet sein wobei zwischen dem Schleifer und der Widerstandsbahn eine elektrische Verbindung besteht.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Widerstandsbahn als Teil eines an sich bekannten Folienpotentiometers ausgebildet ist. Bei einem Folienpotentiometer ist zwischen der Widerstandsbahn und dem Schleifer eine leitende Kontaktfolie angeordnet, welche genau an der unterhalb des Schleifers befindlichen Stelle mit der Widerstandsbahn in Kontakt tritt. Bei dieser Anordnung werden über den Schleifer keine elektrische Ströme geleitet, was hinsichtlich der Anordnung der elektrischen Anschlüsse sowie der Lebensdauer der Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung vorteilhaft ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Widerstandsbahn über einen Umfangswinkel von weniger als 360 Grad, vorzugsweise von weniger als 260 Grad. Um das Ermitteln des Lenkwinkels zu ermöglichen, muß die Widerstandsbahn sich über einen Umfangswinkel von weniger als 360 Grad erstrecken. Eine Widerstandsbahn aus einem handelsüblichen Potentiometer kann verwendet werden, wenn sich die Widerstandsbahn über einen Umfangswinkel von ungefähr 250 Grad erstreckt.
Vorteilhafterweise sind genau zwei der selben Widerstandsbahn zugeordnete Schleifer vorgesehen, die zueinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
Durch die versetzte Anordnung ist sichergestellt, daß sich jeweils mindestens ein Schleifer in Kontakt mit der Widerstandsbahn befindet. Zweckmäßigerweise sind die beiden Schleifer um 180 Grad versetzt angeordnet.
Der Vorteil einer redundanten Signalerzeugung ergibt sich, wenn mindestens drei der selben Widerstandsbahn zugeordnete Schleifer vorgesehen sind. Bei der Verwendung von drei Schleifern ist eine Anordnung möglich, bei der sich jederzeit mindestens zwei Schleifer im Kontakt mit der Widerstandsbahn befinden. Diese zwei in Kontakt befindlichen Schleifer erzeugen jeweils ein eindeutiges, die Drehstellung des Lenkrades wiedergebendes Signal. Hierdurch können Fehlmessungen, beispielsweise bei Beschädigungen der Vorrichtung zum Erfassen des Lenkwinkels, sofort erkannt werden.
Zweckmäßigerweise sind die drei Schleifer zueinander um 120 Grad versetzt. Ein redundantes Signal kann ebenfalls erzeugt werden, wenn zwei zueinander in axialer Richtung beabstandete Widerstandsbahnen vorgesehen sind, wobei jeder Widerstandsbahn zwei Schleifer zugeordnet sind. Mit jeder Widerstandsbahn ist jederzeit mindestens ein Schleifer in Kontakt, so daß mit beiden Widerstandsbahnen zwei voneinander unabhängige, die Drehstellung des Lenkrads wiedergebende Signale erzeugt werden.
Es ist weiterhin eine elektrische Auswertevorrichtung zur Ermittlung der Drehstellung des Lenkrads vorgesehen, wobei die Auswertevorrichtung mit der/den Widerstandsbahn(en) und/oder mit den Schleifern in Wirkverbindung steht. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise von einem elektronischen Steuergerät gebildet werden, in dem die Drehstellung des Lenkrads in einen Lenkwinkel für das gelenkte Rad umgerechnet wird. In Abhängigkeit von dem errechneten Lenkwinkel wird ein elektrischer Lenkmotor angesteuert, der die Lenkbewegung des gelenkten Rads erzeugt.
Mit besonderem Vorteil umfaßt die Auswertevorrichtung Mittel zum Erfassen der vollständigen Umdrehungen des Lenkrads. Mit der oben beschriebenen Anordnung von Widerstandsbahnen an der Lenksäule oder an der Lenkwelle ist es nicht möglich, ein Signal zu erzeugen, das eine Drehung des Lenkrads mit einem Winkel von mehr als 360 Grad eindeutig wiedergibt. Die Anzahl der vollständigen Umdrehungen des Lenkrads wird stattdessen mittels der Auswertevorrichtung gezählt, so daß auch bei einer Drehung des Lenkrads um mehr als 360 Grad eine eindeutige Zuordnung zu der Stellung des gelenkten Rads möglich ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,
Fig. 2 ein Diagramm für die Spannung an den Schleifem über der Drehstellung des Lenkrads.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines an einem Fahrzeug angeordneten Lenkrads im Querschnitt. Eine um ihre Mittelachse drehbare Lenkwelle 1, an der ein nicht dargestelltes Lenkrad koaxial befestigt ist, ist innerhalb einer nicht drehbaren Lenksäule 2 angeordnet. Die Lenksäule 2 ist mit seitlichen Befestigungsösen 2a an dem Rahmen eines Fahrzeugs befestigt.
An der Innenseite der Lenksäule 2 befindet sich eine Widerstandsbahn 3, die sich über einen Umfangswinkel von ca. 250 Grad erstreckt. An den beiden Enden 3a, 3b der Widerstandsbahn 3 ist eine Spannung angelegt, die während des Betriebs des Fahrzeugs möglichst konstant zu halten ist. An der Lenkwelle 1 sind um jeweils 120 Grad versetzt drei Schleifer A, B, C angeordnet, die an der Widerstandsbahn 3 oder an der Innenseite der Lenksäule 2 anliegen. Bei der vorliegenden Anordnung ist gewährleistet, daß sich jeweils mindestens zwei Schleifer in Kontakt mit der Widerstandsbahn 3 befinden und somit eine elektrische Verbindung zwischen diesen Schleifern (hier A und B) und der Widerstandsbahn vorhanden ist. Abhängig von der Drehstellung des Lenkrads werden von den Schleifem A, B, C, analog zur Funktion eines handelsüblichen Potentiometers, bestimmte Spannungswerte abgegriffen. Anhand dieser Spannungswerte kann die Drehstellung des Lenkrads exakt bestimmt werden.
Der stufenlose Verlauf der an den Schleifem A, B, C anliegenden Spannungen UA, UB, UC über dem Drehwinkel des Lenkrads ist in Fig. 2 dargestellt. Bei jeder Winkelstellung sind mindestens zwei Spannungen UA, UB, oder UC abgreifbar, so daß ein redundantes Signal vorliegt. Die Spannungsdifferenz zwischen den beiden abgegriffenen Spannungen ist unabhängig von der Winkelstellung jederzeit gleich, was zur Erkennung von Fehlmessungen verwendet werden kann.
Nach einem Lenkwinkel von 360 Grad wiederholen sich bauartbedingt die Spannungsverläufe an den drei Schleifern A, B, C. Die Anzahl der Umdrehungen des Lenkrads muß deshalb mit einer gesonderten Vorrichtung, beispielsweise mit einem geeigneten Zähler, ermittelt werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads, wobei eine mit dem Lenkrad verbundene drehbare Lenkwelle (1) koaxial zu einer nicht drehbaren Lenksäule (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Lenkwelle (1) zugewandten Fläche der Lenksäule (2) mindestens eine sich in Umfangsrichtung der Lenksäule (2) erstreckende elektrische Widerstandsbahn (3) angeordnet ist und an der Lenkwelle (1) mindestens zwei der Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) befestigt sind, wobei jederzeit mindestens ein Schleifer (A, B, C) an einer durch die Drehstellung der Lenkwelle (1) definierten Stelle mit der Widerstandsbahn (3) in Kontakt tritt.
2. Vorrichtung zum Erfassen der Drehstellung eines Lenkrads, wobei eine mit dem Lenkrad verbundene drehbare Lenkwelle (1) koaxial zu einer nicht drehbaren Lenksäule (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Lenksäule (2) zugewandten Fläche der Lenkwelle (1) mindestens eine sich in Umfangsrichtung der Lenkwelle (1) erstreckende elektrische Widerstandsbahn (3) angeordnet ist und an der Lenksäule (2) mindestens zwei der Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) befestigt sind, wobei jederzeit mindestens ein Schleifer (A, B, C) an einer durch die Drehstellung der Lenkwelle (1) definierten Stelle mit der Widerstandsbahn (3) in Kontakt tritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (A, B, C) als elektrischer Schleifkontakt ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (A, B, C) als Teil eines Folienpotentiometers ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (3) sich über einen Umfangswinkel von weniger als 360 Grad, vorzugsweise von weniger als 260 Grad erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei der selben Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) vorgesehen sind, die zueinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei der selben Widerstandsbahn (3) zugeordnete Schleifer (A, B, C) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Schleifer (A, B, C) vorgesehen sind, die zueinander um 120 Grad versetzt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander in axialer Richtung beabstandete Widerstandsbahnen vorgesehen sind, wobei jeder Widerstandsbahn (3) zwei Schleifer (A, B, C) zugeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Auswertevorrichtung zur Ermittlung der Drehstellung des Lenkrads vorgesehen ist, wobei die Auswertevorrichtung mit der/den Widerstandsbahn(en) und/oder mit den Schleifem in Wirkverbindung steht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung Mittel zum Erfassen der vollständigen Umdrehungen des Lenkrads umfaßt.
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