DE19860504B4

DE19860504B4 - Absolutwinkelsensor eines Fahrzeuglenksystems

Info

Publication number: DE19860504B4
Application number: DE19860504A
Authority: DE
Inventors: Sang-Kwon Sungnam Lee
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: DE19860504A1; US6400140B1; KR19990057513A; KR100396300B1; JPH11257913A

Abstract

Absolutwinkelsensor eines Fahrzeuglenksystems mit:
– einer Spannungsversorgung (10) zum Liefern einer Betriebsspannung,
– einem Impulsgenerator (11) zum Erzeugen vom Betriebsimpulsen,
– einem Linearverschiebungswandler (LVDT, 12) zum Erfassen einer Linearverschiebung, wie sie mittels einer Rotorscheibe (16) erzeugt wird, die an einem Lenkradteil montiert ist, wobei an den Linearverschiebungswandler (LVDT, 12) die vom Impulsgenerator (11) ausgegebenen Betriebsimpulse angelegt sind, um ein Ausgangssignal proportional zur Linearverschiebung zu erzeugen, - einem Demodulator (13) zum Multiplizieren einer vom Linearverschiebungswandler (12) gelieferten externen Verschiebungskomponente mit einem vom Impulsgenerator (11) gelieferten Wechselstrom,
– einem Gleichspannungsverstärker (14) zum Verstärken des vom Demodulator (13) ausgegebenen Signals entsprechend der externen Verschiebung auf einem vorbestimmten Pegel, und
– einem Gleichspannungs-Ausgangsteil (15) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das vom Gleichspannungsverstärker geliefert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Absolutwinkelsensor eines Fahrzeuglenksystems.

1 und 2 zeigen den Aufbau eines bekannten Lenkwinkelsensors und einer bekannten Rotorscheibe. Gemäß diesen Figuren umfasst ein herkömmlicher Lenkwinkelsensor im Allgemei- nen einen Lichtschrankcenteil aus einer Photodiode 1 und einem Phototransistor 2, einen Signalprozessorteil 3 zum Verarbeiten von vom Lichtschrankenteil eingegebenen Signalen sowie eine Rotorscheibe 4 mit einer Vielzahl von Löchern 5.

Beim herkömmlichen Lenktwinkelsensor dreht sich die Rotorscheibe 4 innerhalb des Lichtschrankenteils. Wenn die Posi tion der Photodiode 1 mit derjenigen eines Lochs 5 während der Drehung der Scheibe durch die Lichtschranke zusammenfällt, tritt Licht von der Photodiode 1 durch das Lach zum Phototransistor 2 hindurch. Dadurch gibt dieser ein Signal aus, das vom Signalprozessorteil 3 erkannt wird (z.B. als hoher Pegel)

Wenn dagegen die Photodiode 1 durch kein Loch 5 der Rotorscheibe 5 hindurchstrahlt, bleibt der Phototransistor unbelichtet. In diesem Fall erkennt der Signalprozessorteil 3 das fehlende Signal (z.B. durch niedrigen Signalpegel). Daher wird das Ausmaß der Drehung eines Lenkrads durch eine kontinuierliche Anzahl von Signalen klargestellt.

Jedoch besteht beim herkömmlichen Lenkwinkelsensor der Nachteil, dass nur ein Relativwinkel und die relative Winkelgeschwindigkeit erfasst werden, nicht aber die Absolutstellung des Lenkrads erfasst werden kann. Beim herkömmlichen Lenkwinkelsensor ist es unmöglich zu überprüfen, ob das Lenkrad z.B. ein Mal oder zwei Mal gedreht ist, da sich ein Lenkrad z.B. 3,5 Mal, d. h: um 1260 Winkelgrade drehen kann.

Die DE 42 36 483 A1 offenbart einen Winkelsensor für ein Lenkungssystem mit einer Rotorscheibe, die mit einer Nut versehen ist, und einem Linearverschiebungswandler (LVDT). Der LVDT umfaßt eine Sensorstange, deren Spitze einen Stift trägt, welcher in die Nut eingesetzt ist, so daß eine Drehbewegung der Rotorscheibe in eine Linearbewegung der Sensorstange umgewandelt wird. Bei der Nut handelt es sich um eine Kulisse, die sich über 360° Drehwinkel erstreckt und die zwischen einem radial inneren gebogenen Bereich mit nahezu konstantem Durchmesser und einem radial äußeren gebogenen Bereich mit nahezu konstantem Durchmesser eine diese beiden Nutenabschnitte miteinander verbindende, im wesentlichen gerade Nut aufweist. Zwischen der Lenkungswelle und der mit der Nut versehenen Rotationsscheibe ist ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen, das die mehrfachen Umdrehungen der Lenkungswelle auf eine einzige Umdrehung der Rotationsscheibe reduziert.

Ferner wird in dieser Druckschrift erwähnt, daß es aus der DE 39 07 442 A1 bekannt ist, eine Führungsnut in mehreren Windungen spiralförmig in einer Kurvenscheibe vorzusehen, wobei in dieser Führungsnut ein radial bewegbares Abtastelement geführt ist, welches einen linearen Wegsensor beaufschlagt.

Aus der DE 37 27 985 A1 ist ein Lenkwinkeldetektor bekannt, der unmittelbar auf der vom Lenkgetriebe ausgehenden Lenkstange angebracht ist. Diese Ausführung unterscheidet sich daher grundsätzlich von der Ausführung gemäß der Erfindung. Der Sensor ist dabei von einem Differentialtransformator gebildet, dessen Primärspule oder Betriebsspule mit einem Wechselstrom versorgt wird, um eine Ausgangsspannung zur direkten Erfassung der Richtung und des Betrags der Bewegung des an einem Steuerelement (Lenkstange) angebrachten Kerns zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Absolutwinkelsensor für ein Fahrzeuglenksystem zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch den Sensor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung geht aus der nachfolgenden detaillierten Be schreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die nur veranschaulichend sind und demgemäß die Erfindung nicht beschränken sollen, deutlicher hervor.
1 zeigt den Aufbau eines bekannten Lenkwinkelsensors zum Erfassen einer relativen Winkelgeschwindigkeit;
2 ist eine schematische Draufsicht auf die bekannte Rotorscheibe;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Absolutwinkelsensor für ein Fahrzeuglenksystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
4 zeigt den Aufbau einer Rotorscheibe beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 ist ein Längsschnitt, der den Aufbau eines Linearverschiebungswandlers bei der Erfindung im Detail zeigt.
Gemäß 3 enthält der Absolutwinkelsensor eines Fahrzeuglenksystems gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Spannungsversorgung 10 zum Liefern von Betriebsspannung, einen Impulserzeugungsteil 11 zum Erzeugen von Betriebsimpulsen, einen Linearverschiebungswandler LVDT 12, der durch ein Impulsausgangssignal des Impulserzeugungsteils 11 betrieben wird, um eine Linearverschiebung zu erfassen und ein Ausgangssignal proportional zu dieser zu liefern, einen Demodulator 13 zum Multiplizieren einer externen Verschiebungskomponente mit einem Wechselstrom, einen Gleichspannungsverstärker 14 zum Verstärken der vom Demodulator 13 ausgegebenen externen Verschiebung auf einen vorbestimmten Pegel sowie einen Gleichspannungs-Ausgangsteil 15 zum Liefern des durch den Gleichspannungsverstärker 14 verstärkten Ausgangssignals.
4 zeigt den Aufbau einer Rotorscheibe 16 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß 4 ist die Rotorscheibe 16 in ihrem Zentrum mittels einer Achse 17 montiert und mit einer Stange 19 des Linearverschiebungswandlers LVDT 12 verbunden. Die Rotorscheibe ist mit einer kreisförmigen Nut (18) um die Achse 17 herum versehen, die spiralförmig so verläuft, dass ihr Radius nach außen hin mit einem vorbestimmten Abstand zwischen den Windungen der Spirale zunimmt.
5 zeigt detaillierter den Aufbau des Linearverschiebungswandlers LVDT 12 beim Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß 5 enthält der Linearverschiebungswandler LVDT 12 einen Kern 22, der beweglich in ein Durchgangsloch 21 im Zentrum eines Gehäuses 20 eingesetzt ist und einstückig mit der Stange 19 verbunden ist, und einen Spulenhalter 23, der im Gehäuse 20 angrenzend an das Durchgangsloch 21 angebracht ist. Um den Spulenhalter 23 sind eine Betriebsspule 25 und Messspulen 24 gewickelt.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das Lenkrad gedreht wird, dreht sich die Rotorscheibe 16 nach links oder rechts. Wenn sie sich zu drehen beginnt, läuft die Stange 19 des Linearverschiebungswandlers LVDT 12, die mit der in der Rotorscheibe 16 ausgebildeten Nut 18 in Eingriff steht, in der durch einen Pfeil A in 4 gekennzeichneten Richtung. Dann setzt der Linearverschiebungswandler LVDT 12 die Bewegung der Stange 19 in eine Linearverschiebung um.
D. h., dass dann, wenn sich die Stange 19 linear bewegt, der Kern 22, der einstückig mit ihr ausgebildet ist, wie in 5 dargestellt, zusammen mit dieser Stange 19 läuft. Daher wird die um den Spulenhalter 23 im Gehäuse 20 gewickelte Betriebsspule 25 aktiviert, und Spannungen, die durch das Betreiben der Betriebsspule 25 an die Erfassungsspulen 24 gelegt werden, werden erfasst und über den Demodulatorteil 13 demoduliert. Die demodulierte Spannung wird durch den Gleichspannungsverstärker 14 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt und über den Gleichspannungs-Ausgangsteil 15 ausgegeben.
Wie angegeben, ist bei der Erfindung in Lenk- und Bremssystemen eine Rotorscheibe unter einem Lenkrad montiert, wobei die Drehung der Rotorscheibe abhängig von einer Drehung des Lenkrads im Linearverschiebungswandler LVDT in eine Linearverschiebung umgesetzt wird, um dadurch die Absolutposition und den Absolutwinkel des Lenkrads genau zu erfassen.

Claims

Absolutwinkelsensor eines Fahrzeuglenksystems mit: – einer Spannungsversorgung (10) zum Liefern einer Betriebsspannung, – einem Impulsgenerator (11) zum Erzeugen vom Betriebsimpulsen, – einem Linearverschiebungswandler (LVDT, 12) zum Erfassen einer Linearverschiebung, wie sie mittels einer Rotorscheibe (16) erzeugt wird, die an einem Lenkradteil montiert ist, wobei an den Linearverschiebungswandler (LVDT, 12) die vom Impulsgenerator (11) ausgegebenen Betriebsimpulse angelegt sind, um ein Ausgangssignal proportional zur Linearverschiebung zu erzeugen, - einem Demodulator (13) zum Multiplizieren einer vom Linearverschiebungswandler (12) gelieferten externen Verschiebungskomponente mit einem vom Impulsgenerator (11) gelieferten Wechselstrom, – einem Gleichspannungsverstärker (14) zum Verstärken des vom Demodulator (13) ausgegebenen Signals entsprechend der externen Verschiebung auf einem vorbestimmten Pegel, und – einem Gleichspannungs-Ausgangsteil (15) zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das vom Gleichspannungsverstärker geliefert ist.
Absolutwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearverschiebungswandler (LVDT, 12) Folgendes aufweist: – einen Kern (22), der beweglich in einem Durchgangsloch (21) im zentralen Teil eines Gehäuses (20) untergebracht ist und einstückig mit einer Stange (19) verbunden ist; – einen Spulenhalter (23), der angrenzend an das Durchgangsloch im Gehäuse angebracht ist; – eine Betriebsspule (25), die um den Spulenhalter gewickelt ist und auf eine Verstellung des Kerns hin arbeitet; und – Erfassungsspulen (24), die zu beiden Seiten der Betriebsspule auf den Spulenhalter gewickelt sind und in denen eine Spannung hervorgerufen wird, wenn die Betriebsspule aktiviert ist.
Absolutwinkelsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (16) in ihrem Zentrum an einer Achse (17) montiert ist und eine Kreisnut (18) aufweist, die spiralförmig ausgebildet ist und deren Radius nach außen hin mit einem vorbestimmten Abstand zwischen den Windungen zunimmt, und in die eine Stange (19) des Linearverschiebungswandlers (LVDT, 12) eingreift.