DE19855064A1 - Lenkwinkelsensor - Google Patents

Abstract

Ein optoelektronischer Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codegeber 11, aufweisend eine beleuchtete Codespur 12 und mit einem aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sensorarray 15, wobei die Codespur 12 entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkelsegment an unterschiedlichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays 15 abgebildet ist, ist dadurch bestimmt, daß der Lenkwinkelsensor 8 über eine weitere optoelektronisch arbeitende Funktionseinheit verfügt, die zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegungen des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber 20 und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebautes Sensorarray 15 verfügt, wobei zum Erfassen der Codespuren 21 der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber 20 ein gemeinsames Sensorarray 15 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Erfassens von Lenkwinkeln bei Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen optoelek­ tronischen Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstel­ lung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges umfassend eine Funktionsein­ heit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Win­ kelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codegeber aufweisend eine beleuchtete Codespur und mit einem aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sensorarray, wobei die Codespur entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkel­ segment an unterschiedlichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet ist.

Der Lenkwinkel bzw. der Lenkwinkeleinschlag bei Kraftfahrzeugen wird benötigt, um mit diesem Wert beispielsweise ein Fahrdynamikregelsystem beaufschlagen zu können. Ein solches Fahrdynamikregelsystem erhält neben den genannten Lenkwinkelwerten weitere Meßdaten, etwa die Raddrehzahl oder die Drehung des Kraftfahrzeuges um seine Hochachse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkgeschwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausgewertet und zum Steuern von Aktoren, beispielsweise der Bremsen und/oder des Motormanagements umgesetzt werden können.

Ein optoelektronischer Lenkwinkelsensor ist beispielsweise aus der DE 40 22 837 A1 bekannt. Der in diesem Dokument offenbarte Lenkwinkelsen­ sor besteht aus zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordneten Elementen - einer Lichtquelle und einem Zeilensensor - sowie einer zwi­ schen der Lichtquelle und dem Zeilensensor angeordneten Codescheibe, die drehfest mit der Lenkspindel verbunden ist. Als Zeilensensor ist eine CCD-Sensorzeile vorgesehen. Als Codierung ist bei dieser Codescheibe eine sich über 360° erstreckende archimedische Spirale vorgesehen.

Über die Belichtung entsprechender Bildpunkte des Zeilensensors bei ei­ nem bestimmten Lenkeinschlag kann ein Aufschluß über den tatsächli­ chen Lenkwinkeleinschlag gewonnen werden.

Mit diesem Lenkwinkelsensor sind absolute Lenkwinkelstellungen im Be­ reich der Codierung und daher lediglich im Bereich von 360° bestimmbar. Lenkräder von Kraftfahrzeugen sind jedoch mehrfach um 360° drehbar, so daß es erwünscht ist, den Lenkwinkel absolut in einem Winkelbereich zu erfassen, der dem gesamten Drehbereich des Lenkrades entspricht. Mit dem vorbekannten Lenkwinkelsensor ist eine Winkelsegmenterfassung ausgehend von einer Geradeausstellung der Räder (= Nullstellung) in ei­ nem Bereich von 180° nach rechts und entsprechend in einem Bereich von 180° nach links möglich. Lenkräder von Kraftfahrzeugen sind bei­ spielsweise drei Lenkradumdrehungen nach rechts und entsprechend drei Lenkradumdrehungen nach links ausgehend von der Nullstellung drehbar, so daß mit einem absolut messenden Lenkwinkelsensor 2160° zu erfas­ sen sind.

Aus der DE 197 16 321 C1 ist ein Lenkwinkelsensor bekannt, mit dem eine Winkelerfassung über den gesamten Lenkraddrehbereich möglich ist. Bei diesem Lenkwinkelsensor erfaßt eine erste Funktionseinheit die Lenk­ radstellung in einem Winkelsegment von 360°. Die Winkelstellung des Lenkrades wird durch eine Erfassung der Position von einer als Rotor ausgebildeten Geberscheibe zugeordneten Schleifkontakten auf einer dieser zugeordneten Statorplatte mit entsprechend angeordneten Kon­ taktbahnen ermittelt. Über ein Schrittschaltwerk ist an die Drehbewegung dieser Codescheibe die Codescheibe einer weiteren Funktionseinheit ebenfalls mit Schleifkontakten arbeitend gekoppelt. Die Untersetzung des Schrittschaltwerkes ist dabei so gewählt, daß die untersetzte Codescheibe innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches maximal um 360° bewegt wird. Mit diesem Lenkwinkelsensor ist eine hochaufgelöste Erfassung des Lenkwinkels innerhalb eines Winkelsegmentes von 360° und mit der un­ tersetzten Funktionseinheit eine Lokalisierung des 360°-Segmentes in­ nerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches möglich. Die Aussage, in welchem 360°-Segment sich die aktuelle Winkelstellung des Lenkrades befindet, wird durch die zweite Funktionseinheit bzw. durch die Positionie­ rung der Codescheibe zu den Kontaktbahnen des Stators gespeichert, so daß der erfaßte Wert zur Initialisierung eines solchen Lenkwinkelsensor­ systems verwendet werden kann.

Lenkwinkelsensorsysteme werden im Bereich der Lenkspindel des Kraft­ fahrzeuges angeordnet. Der in diesem Bereich zum Einbau eines solchen Lenkwinkelsensorsystems vorhandene Einbauraum ist sowohl in Achs­ richtung und insbesondere auch in radialer Richtung beschränkt. Aus die­ sem Grunde ist man bemüht, Lenkwinkelsensorsysteme so auszugestal­ ten, daß diese nur einen möglichst geringen Einbauraum benötigen. Zur Verwirklichung der Rundenzählung benötigt der aus der DE 197 16 321 C1 bekannte Lenkwinkelsensor durch die Anordnung der Geber­ scheiben der beiden Funktionseinheiten in einer Ebene einen entspre­ chend großen Einbauraum, insbesondere in radialer Richtung zur Len­ kachse.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lenkwinkelsensor weiter zu bilden, mit dem nicht nur eine Bestimmung der absoluten Win­ kelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches möglich ist, sondern der ebenfalls in seiner radialen Erstreckung nur einen möglichst geringen Einbauraum benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lenkwin­ kelsensor über eine weitere optoelektronisch arbeitende Funktionseinheit verfügt, die zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandler­ elementen aufgebautes Sensorarray verfügt, wobei zum Erfassen der Codespuren der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber ein gemeinsames Sensorarray vorgesehen ist.

Der erfindungsgemäße Lenkwinkelsensor umfaßt zwei optoelektronisch arbeitende Funktionseinheiten, wobei eine Funktionseinheit zum Erfassen der Lenkwinkelstellung innerhalb eines Winkelsegmentes, beispielsweise 360° aus dem gesamten Lenkraddrehbereich und weitere Funktionsein­ heit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des ge­ samten Lenkraddrehbereiches bzw. zum Erfassen desjenigen Winkel­ segmentes bezogen auf den gesamten Lenkraddrehbereich, in dem sich die Winkelsegment-bezogene Codespur befindet, ausgelegt ist.

Der Lenkwinkelsensor umfaßt ein von beiden Funktionseinheiten gemein­ sam genutztes Sensorarray, auf das die Codespuren der beiden Codege­ ber abgebildet werden. Das zumindest teilweise Verwenden gleicher Bau­ elemente für beide Funktionseinheiten hat eine entsprechende Reduzie­ rung des benötigten Einbauraumes zur Folge. Entsprechendes gilt für ei­ ne verbesserte Nutzung der eingesetzten elektronischen Komponenten. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zusätzlich für beide Funktions­ einheiten ein gemeinsames Geberelement mit unterschiedlichen Code­ spuren für die beiden Funktionseinheiten vorgesehen ist. Das Geber­ element kann beispielsweise eine Codescheibe sein, bei der als Code­ spuren von innen nach außen größer werdende Spiralen vorgesehen sind, wobei die Spirale zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades in dem Winkelsegment sich beispielsweise über 360° erstrecken kann. Die Codespur für die weitere Funktionseinheit kann eine mehrgängige Spirale sein, wobei die Gangzahl dieser Codespur der Anzahl der möglichen vol­ len Lenkradumdrehungen entspricht. Die beiden Codespuren können ne­ beneinander angeordnet sein, so daß auf dem für beide Funktionseinhei­ ten vorgesehenen gemeinsamen Sensorarray ein Sektor vorgesehen ist, auf dem die Codespur der einen Funktionseinheit abgebildet wird, und ein weiterer Sektor vorgesehen ist, auf dem die Codespur der anderen Funk­ tionseinheit abgebildet wird. Die auf dem Codegeber angeordneten bei­ den Codespuren können jedoch auch so angeordnet sein, daß diese auf dem gleichen Bereich des Sensorarrays abgebildet werden und somit je­ weils die gesamte Sensorarraybreite ausnutzen.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß als Codegeber für die Erfassung der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehberei­ ches ein eigenständiger Codegeber mit getrenntem Lichtpfad vorgesehen ist. Ein solcher, von dem Codegeber der anderen Funktionseinheit unab­ hängiger Codegeber kann beispielsweise dadurch realisiert sein, daß aus einem Lichtleitkörper seitlich Licht auf die photosensitive Oberfläche des Zeilensensors ausgekoppelt wird. Dabei ist vorgesehen, daß in den Lichtleiter durch eine entsprechende Blendenanordnung an Stellen Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, die von der jeweiligen Stellung des Lenkrades innerhalb seines Lenkraddrehbereiches abhängig sind. Als Codegeber der anderen Funktionseinheit kann eine Codescheibe mit ei­ ner eingängigen Schneckenspur vorgesehen sein. In einer solchen An­ ordnung belichten die Codespuren der beiden Funktionseinheiten densel­ ben Bereich des Sensorarrays. Ferner kann vorgesehen sein, einen Lichtleitkörper, beispielsweise eine Lichtleitfaser an die Bewegung der Lenkachse zu koppeln, so daß in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Lenkachse der Lichtleitkörper dergestalt bewegt wird, daß sukzsessiv unterschiedliche Bereiche des Sensorarrays belichtet werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist ein Spiegel an die Drehbewegung der Lenk­ achse gekoppelt, so daß ein auf den Spiegel gerichteter Lichtstrahl ent­ sprechend der Stellung der Lenkachse unterschiedliche Bereiche des Sensorarrays belichtet.

Eine Ausgestaltung des Lenkwinkelsensors, bei dem die beiden Codespu­ ren auf demselben Sensorarraybereich abgebildet werden, ist insbeson­ dere im Hinblick auf die benötigte Größe des Sensorarrays und seiner Nutzung zweckmäßig. Entsprechend geringer dimensioniert ist dement­ sprechend der Lenkwinkelsensor.

Insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei der die beiden unterschiedli­ chen Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demselben Sensor­ arraybereich, wobei bevorzugt der gesamte photosensitive Bereich des Sensorarray verwendet wird, abgebildet werden, kann bei Verwendung einer Anordnung mit gleichen Lichtpfaden für beide Funktionseinheiten eine codespurselektive Erfassung entweder im Wege einer unterschiedli­ chen Codierung der Beleuchtung der beiden Codespuren, beispielsweise Wellenlängen-abhängig, Helligkeits-abhängig oder auch Polarisations­ abhängig oder bei Verwendung getrennter Lichtpfade im Sinne einer al­ ternierenden Erfassung der einen oder der anderen Codespur durchge­ führt werden. Bei einem Lenkwinkelsensor verwendend denselben Licht­ pfad zum Abbilden der Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demselben Sensorarraybereich ist eine codespurselektive Erfassung ne­ ben der genannten physikalischen Trennung der Codespuren auch durch eine algorithmische Trennung der beiden Codespuren möglich. Eine sol­ che Trennung läßt sich beispielsweise durch einen redundanten Informa­ tionscode erzielen, so daß auch bei einer gleichzeitigen Belichtung des Sensorarrays mit beiden Codespuren eine eindeutige Aussage zur Positi­ on der jeweiligen Codespur und somit zur Winkelstellung des Lenkrades möglich ist.

Bei Einsatz einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle für die Codegeber der beiden Funktionseinheiten zum Erzeugen der Codespuren kann bei Einsatz einer mehrgängigen Codespur zum Erfassen der Rundenzählung bzw. der Position des Winkelsegments innerhalb des gesamten Lenkrad­ drehbereichs ein mechanisch auf einer als Führungsspiralspur ausgebil­ deten Codespur angeordneter Reiter vorgesehen sein, der bezüglich der Drehbewegung der Längsachse ortsfest ist und somit bei einer Drehbe­ wegung der Längsachse in radialer Richtung zu dieser bewegt wird. Das Lenkwinkelsensorsystem kann dergestalt betrieben werden, daß le­ diglich für die Initialisierung des Systems die Position des Winkelseg­ mentes, beispielsweise 360° innerhalb des gesamten Lenkraddrehberei­ ches erfaßt wird. Die weitere Rundenzählung ausgehend von diesem er­ faßten Initialwert läßt sich auch mit einer das 360°-Winkelsegment dar­ stellenden Codespur durch Erfassen des Nulldurchganges (= Schnecken­ spursprung) verwirklichen.

Anstelle des vorstehend beschriebenen 360°-Winkelsegmentes für eine hoch auflösende Winkelsegmenterfassung können auch andere Winkel­ segmente, etwa Codespuren, die sich beispielsweise über 180° oder über 90° erstrecken vorgesehen sein.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der Unteransprü­ che bzw. der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1a einen schematisierten Querschnitt durch einen Lenkwinkel­ sensor,

Fig. 1b eine Draufsicht auf den Lenkwinkelsensor der Fig. 1,

Fig. 2a eine schematische, zum Teil geschnittene Ansicht eines weiteren Lenkwinkelsensors,

Fig. 2b der Lenkwinkelsensor der Fig. 2a in einer Ansicht gemäß der Schnitt- bzw. Ansichtslinie A-B und

Fig. 3 eine schematische, zum Teil geschnittene Ansicht eines weiteren Lenkwinkelsensors.

Ein Lenkwinkelsensor 1 umfaßt eine Codescheibe 2, die drehfest an der Lenkachse 3 eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Die Codescheibe 2 ist transparent ausgebildet und weist als Codespuren von der Ebene der Codescheibe 2 abragende Stege 4, 5 auf. Die Oberseite der Stege 4, 5 ist geschwärzt, so daß die Stege 4, 5 in der in Fig. 1b gezeigten Draufsicht als Strichspuren erkennbar sind. Die Codespur 4 ist eine eingängige Spi­ rale die sich über 360° erstreckt. Die Codespur 5 ist eine dreigängige Spi­ rale 5. Beide Spiralen 4, 5 sind nebeneinander angeordnet.

Auf der von den Codespuren 4, 5 abgewandten Seite der Codescheibe 2 ist eine zeilenförmige Lichtquelle 6 zum Bestrahlen der in Fig. 1a ge­ zeigten Unterseite der Codescheibe 2 angeordnet. Der Lichtquelle 6 auf der anderen Seite der Codescheibe 2 gegenüberliegend ist ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauter Zeilensensor 7, etwa eine CCD-Zeile angeordnet. Bei einer Beleuchtung der Codescheibe 2 durch die Lichtquelle 6 werden somit sämtliche Bild­ punkte des Zeilensensors 7 belichtet, die nicht durch die den Zeilensensor 7 querenden Codespuren 4, 5 abgeschattet sind.

Der mehrgängigen Codespur 5 ist ein Reiter 8 zugeordnet, der einerseits an dem Steg 5 dieser Codespur geführt ist, so daß der Steg 5 gleichzeitig ein Führungssteg ist, und andererseits ortsfest bezüglich der Drehbewe­ gung der Lenkachse 3 gehalten ist. Diese ortsfeste Anordnung läßt sich beispielsweise durch eine Führung des Reiters 8 an dem Zeilensensor 7 bzw. an der den Zeilensensor 7 tragende Platine (nicht dargestellt) reali­ sieren. Bei einer Drehbewegung der Lenkachse 3 bewegt sich dann der Reiter 8 in radialer Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Lenkachse 3 zu dieser hin oder von dieser weg.

Die Anzahl der Gänge der Codespur 5 ist so vorgesehen, daß damit der gesamte Lenkraddrehbereich, nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel drei volle Lenkradumdrehungen erfaßbar ist. Über die Stellung des Reiters 8, dessen zum Zeilensensor 7 gewandte Oberseite ebenfalls geschwärzt ist, ist eindeutig diejenige Runde erfaßbar, in der sich das 360°-Segment - die Codespur 4 - befindet.

Der durch die Codespur 4 auf dem Zeilensensor 7 abgeschattete Bereich wandert bei einer Drehung der Lenkachse 3 um 360° etwa über die halbe Längserstreckung des Zeilensensors 7. In diesem Sektor des Zeilensen­ sors 7 ist eine hohe Auflösung hinsichtlich der Lage der Abschattung und somit eine hohe Genauigkeit hinsichtlich einer Winkelbestimmung der Lenkradstellung über 360° möglich. Der von der Codespur 4 nicht be­ nutzte Sektor des Zeilensensors 7 dient zur Erfassung der Abschattung der Codespur 5 sowie derjenigen des Reiters 8. In diesem Zeilensensor­ sektor wird nunmehr der gesamte Lenkraddrehbereich (hier: 1.080°) er­ faßt. Entsprechend geringer ist das Auflösungsvermögen dieser Win­ kelerfassung. Eine Winkelerfassung in diesem Bereich ist jedoch lediglich zur Bestimmung der Lage des 360°-Segmentes der Codespur 4 innerhalb der insgesamt möglichen Lenkradumdrehungen vorgesehen, so daß eine hohe Auflösung gar nicht benötigt wird.

Aus der Draufsicht der Fig. 1b wird deutlich, daß die Codespur 4 bzw. die Codespur 5 mit dem Reiter 8 bei einer Beleuchtung unterschiedliche, sich nicht überschneidende Sektoren des Zeilensensors 7 abschalten.

Ein weiterer Lenkwinkelsensor 9 ist in Fig. 2a dargestellt. Der Lenkwin­ kelsensor 9 umfaßt eine drehfest mit der Lenkachse 10 verbundene Codescheibe 11, die als Lichtschlitzscheibe ausgebildet ist und als Codie­ rung eine sich über 360° erstreckende eingängige Spirale 12 aufweist. Auf der einen Seite der Codescheibe 11 ist ein Lichtleitkörper 13 angeordnet, dessen auskoppelseitiges Ende radial zur Lenkachse 10 als zeilenförmige Lichtquelle zum Bestrahlen der Oberseite der Codescheibe 11 angeordnet ist. Die Länge des auskoppelseitigen Endes des Lichtleitkörpers 13 ist so bemessen, daß dadurch die Codespur 12 in jeder ihrer Stellungen be­ leuchtet werden kann. Auf der dem Lichtleitkörper 13 gegenüberliegenden Seite der Codescheibe 11 ist auf einer Platine 14 ein Zeilensensor 15 an­ geordnet, dessen photosensitive Oberfläche radial zur Lenkachse 10 und mit dem auskoppelseitigen Ende des Lichtleitkörpers 13 fluchtend ange­ ordnet ist. Die Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades in dem 360°-Segment der Codescheibe 11 umfaßt somit den Lichtleitkörper 13, die Codescheibe 11 und den Zeilensensor 15.

Die zweite, dem Lenkwinkelsensor 9 zugeordnete Funktionseinheit be­ steht aus einer auf der Platine 14 angeordneten Lichtquelle 16 (vgl. Fig. 2b), deren Licht in einen ersten Lichtleitkörper 17 eingekoppelt wird. Der erste Lichtleitkörper 17 ist von einem zweiten Lichtleitkörper 18 durch ei­ nen Spalt 19 getrennt. Die Lichtleitkörper 17, 18 weisen, wie aus Fig. 2a ersichtlich, eine rechtwinklige Form auf. Die Lichtleitkörper 17, 18 sind mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längserstreckung des Zeilensensors 15 angeordnet. Das auskoppelseitige Ende des Lichtleitkörpers 18 ist zum winkligen Auskoppeln der Lichtstrahlen zur photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 15 hin ausgebildet. In dieser Ausgestaltung behindert der Lichtleitkörper 18 den Strahlengang der Codespur 12 nicht.

In dem Spalt 19 ist eine Blende 20 mit einer Blendenöffnung 21 in radialer Richtung bezüglich der Lenkachse 10 beweglich angeordnet. Die nicht näher dargestellte getriebliche Kopplung der Blende 20 an die Drehbewe­ gung der Lenkachse 10 ist dergestalt ausgebildet, daß beim Drehen der Lenkachse 10 in die eine oder in die andere Richtung entsprechend die Blende 20 in die eine oder andere Richtung radial zur Lenkachse 10 be­ wegt wird. Mit der Bewegung der Blende 20 wird die Blendenöffnung 21 mitbewegt, so daß nur im Bereich der Blendenöffnung 21 Licht in den zweiten Lichtleitkörper 18 eingekoppelt wird. Da das auskoppelseitige En­ de des zweiten Lichtleitkörpers 18 so ausgebildet ist, daß die daraus aus­ gekoppelten Lichtstrahlen die photosensitive Oberfläche des Zeilensen­ sors 15 belichten, wandert dieser ausgekoppelte Lichtstrahl entsprechend der Bewegung der Lenkachse 10 auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 15.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Lenkwinkelsensor 22, bei dem die Codespu­ ren der beiden Funktionseinheiten über denselben Lichtpfad auf der pho­ tosensitiven Oberfläche eines Zeilensensors 23 abgebildet werden. Der Lenkwinkelsensor 22 ist ähnlich aufgebaut wie der zu den Fig. 2a und 2b beschriebene Lenkwinkelsensor 9. Im Unterschied zu der Codescheibe 11 des Lenkwinkelsensors 9 ist die Codescheibe 24 transparent ausgebil­ det. Die darauf als eingängige Spirale angeordnete Codespur 25 ist als roter Farbfilter ausgebildet. Zwischen der Codescheibe 24 und dem Zei­ lensensor 23 ist in den Strahlengang ein Grünfilter eingeschaltet, der ent­ sprechend der Pfeilrichtungen der Fig. 3 an die Drehbewegung der Lenk­ achse entsprechend der Blende 20 des Lenkwinkelsensors 9 gekoppelt ist. Auf der dem Zeilensensor 23 gegenüberliegenden Seite der Code­ scheibe 24 ist ein Lichtleitkörper 28 angeordnet, der entsprechend dem Lichtleitkörper 13 des Lenkwinkelsensors 9 zum Zeilensensor 23 ausge­ richtet ist.

Zum Betrieb des Lenkwinkelsensors 22 wird das Licht eines Rot-Grün- LEDs in nicht näher dargestellter Art und Weise in den Lichtleitkörper 28 alternierend eingekoppelt. Je nach dem, ob rotes oder grünes Licht in den Lichtleitkörper 28 eingekoppelt wird, ist entweder die als Rotfilter ausge­ bildete Codespur 25 oder die durch den Grünfilter 26 gebildete Codespur als Abschattung auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 23 detektierbar. In Fig. 3 ist die Beleuchtungssituation bei einer rot- Beleuchtung des Lichtleitkörpers 28 dargestellt. In dieser Situation ist die Position der Codescheibe 24 im gesamten Lenkraddrehbereich bestimm­ bar. Bei dem Lenkwinkelsensor 22 werden unter Benutzung desselben Lichtpfades die Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demsel­ ben Bereich des Sensorarrays 23 abgebildet. Dabei wird die gesamte Zeilenlänge ausgenutzt.

Anstelle der in Fig. 3 dargestellten physikalischen Trennung der beiden Codespuren durch Einsatz unterschiedlicher Wellenlängen und entspre­ chender Farbfilter, kann ebenfalls vorgesehen sein, die beiden Farbfilter durch in unterschiedlichen Ebenen wirkende Polarisationsfilter zu erset­ zen, wobei bei einer solchen Ausgestaltung entsprechend polarisiertes Licht in den Lichtleitkörper eingekoppelt wird. Ferner kann eine solche physikalische Trennung der beiden Codespuren bei Einsatz einer alternie­ renden Beleuchtung durch eine unterschiedliche Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der abzubildenden Codespur erzielt werden, wobei ent­ sprechende Graufilter zum Darstellen der Codespuren eingesetzt sind.

Bei den Lenkwinkelsensoren 9, 22 wird von den jeweils beiden Funktions­ einheiten die gesamte Länge des Zeilensensors 15, 23 benutzt. Zum Zu­ ordnen der mit dem Zeilensensor 15, 23 erfaßten Codespuren der einen oder der anderen Funktionseinheit kann vorgesehen sein, durch alternie­ rende Beleuchtung die beiden Lichtpfade abwechselnd zu aktivieren. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich zur Initialisierung des Lenk­ winkelsensors 9 eine alternierende Beleuchtung einzusetzen.

Bei den in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen sind als Geberelemente Codescheiben beschrieben worden. Anstelle von Code­ scheiben können jedoch auch andere Geberelemente eingesetzt sein, wie beispielsweise Walzen, die konzentrisch die Lenksäule umgebend ange­ ordnet sind, und beispielsweise schraubenlinienförmige Codespuren auf­ weisen. Anstelle der beschriebenen analogen Codespuren sind ebenfalls digital codierte einsetzbar.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Lenkwinkelsensor

2

Codescheibe

3

Lenkachse

4

Codespur, Steg

5

Codespur, Steg

6

Lichtquelle

7

Zeilensensor

8

Reiter

9

Lenkwinkelsensor

10

Lenkachse

11

Codescheibe

12

Schneckenspur

13

Lichtleitkörper

14

Platine

15

Zeilensensor

16

Lichtquelle

17

Lichtleitkörper, erster

18

Lichtleitkörper, zweiter

19

Spalt

20

Blende

21

Blendenöffnung

22

Lenkwinkelsensor

23

Zeilensensor

24

Codescheibe

25

Codespur, Rotfilter

26

Codespur, Grünfilter

27

Lenkachse

28

Lichtleitkörper

Claims (13)

1. Optoelektronischer Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absolu­ ten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges umfas­ send eine Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkra­ des gekoppelten Codegeber (2, 11, 24) aufweisend eine beleuch­ tete Codespur (4, 12, 25) und mit einem aus einer Vielzahl von ein­ zelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sen­ sorarray (7, 15, 23), wobei die Codespur (4, 12, 25) entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkelsegment an unterschied­ lichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (7, 15, 23) abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsensor (1, 8, 22) über eine weitere optoelektronisch ar­ beitende Funktionseinheit verfügt, die zum Erfassen der Winkel­ stellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbe­ reichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber (2, 20, 26) und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebautes Sensorarray (7, 15, 23) verfügt, wobei zum Erfassen der Codespuren (4, 5; 12, 21; 25, 26) der je­ weils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber (2; 12, 20; 24, 26) ein gemeinsames Sensorarray (7, 15, 23) vorgesehen ist.

2. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (4, 5) der jeweils einer Funktionseinheit zuge­ ordneten Codegeber (2) auf unterschiedlichen Sektoren der photo­ sensitiven Oberfläche des Sensorarrays (7) abgebildet sind.

3. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (12, 21; 25, 26) der jeweils einer Funktions­ einheit zugeordneten Codegeber (11, 20; 24, 26) in demselben Sektor des Sensorarrays (15, 23) abgebildet sind.

4. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (12, 21) der beiden Funktionseinheiten über getrennte Lichtpfade auf dem Sensorarray (15) abgebildet sind.

5. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (25, 26) der beiden Funktionseinheiten über denselben Lichtpfad auf dem Sensorarray (23) abgebildet sind.

6. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Codespuren (12, 21; 25, 26) der beiden Funkti­ onseinheiten physikalisch getrennt auf der photosensitiven Ober­ fläche des Sensorarrays abgebildet sind.

7. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren der beiden Funktionseinheiten gleichzeitig auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet und durch eine Codierung voneinander unterscheidbar sind.

8. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Codegeber (25, 26) der beiden Funktionsein­ heiten zu ihrer Codierung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt sind und die Codegeber als Farbfilter ausgebildet sind.

9. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Codegeber eine transparente Codescheibe (2) vorgesehen ist, auf der die Codespuren (4, 5) dunkle Strichstrukturen darstellen und die Codespuren (4, 5) der beiden Codegeber von innen nach außen hin größer werdende Spiralen sind, wobei sich die Schnec­ kenspur (4) des Codegebers der zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des Winkelsegmentes vorgesehenen Funktionseinheit über 360° erstreckt und die Codespur (5) des Codegebers der zum Erfassen der Winkelstellung der Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehenen Funktionseinheit eine mehrgängige Schneckenspur mit einer vom aktuellen Winkelsegment abhängigen Codespurkennzeichnung (8) ist.

10. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespurkennzeichnung durch ein bezüglich der Drehbe­ wegung der Lenkachse (3) ortsfesten Reiter (8) dargestellt ist, der auf einer dem Codegeber (2) zugeordneten mehrwendeligen Füh­ rungsspirale (5) geführt ist, so daß der Reiter (8) bei einer Drehbe­ wegung der Lenkachse (3) in radialen Richtungen zu dieser bewegt wird.

11. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Codespur zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkwinkeldrehbereichs schrägwinklig auf die photosensitive Oberfläche des Sensorarrays (15) aus einem Lichtleiterkörper (18) ausgekoppelt ist.

12. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtpfad des aus dem Lichtleitkörper (18) ausgekop­ pelten Lichtstrahls eine Blendenanordnung (20) eingeschaltet ist, die getrieblich an die Bewegung des Lenkrades gekoppelt ist, so daß in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkwinkeldrehbereiches der die Codespur darstellende Lichtstrahl an unterschiedlichen Stellen aus dem Lichtleitkörper (18) ausgekoppelt wird.

13. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Codespur auskoppelnde Lichtleitkörper getrieblich an die Drehbewegung der Lenkachse gekoppelt ist.