DE19941101A1

DE19941101A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE19941101A1
Application number: DE1999141101
Authority: DE
Inventors: Peter Stadler; Horst Schubotz
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: DE19941101B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines Lenkwindels eines Lenkrades in einem Kraftfahrzeug. Die Sensoranordnung umfaßt drei Sensoreinheiten zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades, die zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrades nahe einem gemeinsam mit dem Lenkrad drehbaren Positionsgeber angeordnet sind und jeweils in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades ein Sensorsignal ausgeben. Mit Hilfe einer Auswerteschaltung wird der Lenkwinkel des Lenkrades aus den Sensorsignalen der Sensoreinheiten ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines Lenk winkels eines Lenkrades in einem Kraftfahrzeug, mit zwei Sensoreinheiten zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades, die zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrades nahe einem gemeinsam mit dem Lenkrad drehbaren Positionsgeber angeordnet sind und jeweils in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades ein Sensorsignal ausgeben, und mit einer Auswerteschaltung, die zum Ermitteln des Lenkwinkels des Lenkrades die beiden Sensorsignale auswertet.

In den letzten Jahren ist es üblich geworden, mit Hilfe elektronischer Re gelungssysteme das Fahr- und Bremsverhalten von Kraftfahrzeugen in extremen Fahrsituationen gezielt zu beeinflussen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Antiblockiersystem des Kraftfahrzeuges und dessen Antischlupfregelung mit Hilfe einer Fahrdynamikregelung betätigt, um die Räder des Kraftfahrzeuges bei kritischen Lenkmanövern gezielt einzeln ab zubremsen oder zu beschleunigen, damit das Fahrzeug in seiner Spur ge halten wird. Neuerdings wird auch versucht, durch gezieltes Beeinflussen des Radeinschlages die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges noch zu verbes sern. Zur Beeinflussung und einer eventuellen Korrektur des Radein schlages wird eine Regelungseinrichtung verwendet, die von einer Sen soranordnung ein dem Lenkwinkel des Lenkrades entsprechendes Signal erhält, auf dessen Grundlage die Regelungseinrichtung mit Hilfe eines Aktuators das Lenkgestänge betätigt. Das Lenkrad ist zu diesem Zweck nicht mehr unmittelbar mit dem Lenkgestänge mechanisch gekoppelt. Vielmehr wird der aktuelle Lenkwinkel des Lenkrades, d. h. die Absolut stellung des Lenkrades einschließlich Mehrfachumdrehungen desselben, mit Hilfe der Sensoranordnung bestimmt und an die Regelungseinrich tung weitergeleitet.

Als Sensoranordnung wird im Stand der Technik beispielsweise die Ver wendung zweier Sensoreinheiten vorgeschlagen, die zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrades nahe einem gemeinsam mit dem Lenkrad drehbaren Positionsgeber angeordnet sind und jeweils in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades ein Sensorsignal ausgeben. Mit Hilfe einer Auswerteschaltung werden anschließend die beiden Sensorsignale ausge wertet und der Lenkwinkel des Lenkrades ermittelt.

Bei dieser Art der Sensoranordnung besteht die Gefahr, daß eine der Sen soreinheiten ausfällt oder nicht ordnungsgemäß arbeitet, so daß das Len ken des Kraftfahrzeuges erschwert ist oder gegebenenfalls sogar unmög lich wird. Aus diesem Grund werden bei einer derartigen Sensoranord nung in der Auswerteschaltung ständig Selbstdiagnose- und Fehlererken nungsroutinen ausgeführt, durch die eine Fehlfunktion oder ein Ausfall einer der beiden Sensoreinheiten innerhalb kürzester Zeit erfaßt werden soll, damit die Regelungseinrichtung, mit der das Fahrzeug gelenkt wird, bei einem Ausfall der Sensoranordnung für ein sicheres Anhalten des Kraftfahrzeuges sorgt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung der eingangs ge nannten Art so weiterzubilden, daß die Sensoranordnung ein sehr hohes Maß an Zuverlässigkeit, Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit besitzt.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, und insbesondere dadurch, daß nahe dem Positionsgeber eine dritte Sensoreinheit zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades vorgesehen ist, so daß insgesamt genau drei Sensoreinhei ten vorhanden sind, wobei die dritte Sensoreinheit ein Sensorsignal in Ab hängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades ausgibt, und wobei die Auswerteschaltung das Sensorsignal der dritten Sensoreinheit gemeinsam mit den weiteren Sensorsignalen verarbeitet.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung wird zusätzlich zu den zwei Sensoreinheiten eine weitere Sensoreinheit verwendet, die gleichfalls zur Ermittlung der Drehstellung des Lenkrades dient, so daß die Sensoran ordnung insgesamt genau drei Sensoreinheiten aufweist. Auch das Sen sorsignal der dritten Sensoreinheit wird zur Ermittlung des Lenkwinkels von der Auswerteschaltung gemeinsam mit den weiteren Sensorsignalen verarbeitet, obwohl dies an und für sich nicht notwendig wäre, da der Lenkwinkel des Lenkrades bereits mit zwei Sensoreinheiten ausreichend genau erfaßt werden kann. Durch die Redundanz der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, d. h., der Bereitstellung zusätzlicher Informationen, die an und für sich für die Ausführung der Funktion der Sensoranordnung - nämlich der Ermittlung des Lenkwinkels des Lenkrades - nicht erforder lich sind, wird erreicht, daß die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit äußerst hoher Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit arbeitet. Dabei wird die aus dem Stand der Technik bekannte Sensoranordnung mit zwei Sen soreinheiten nicht verdoppelt oder vervielfacht, um ein redundantes Sys tem bereitzustellen. Vielmehr wird erfindungsgemäß nur eine weitere Sensoreinheit vorgesehen, wodurch ein überschaubares und einfach zu überwachendes System realisiert werden kann. Dadurch wird erreicht, daß bei einem Ausfall einer der drei Sensoreinheiten das Kraftfahrzeug nach wie vor lenkfähig bleibt, da die Auswerteschaltung auch auf Grund lage zweier Sensorsignale den aktuellen Lenkwinkel des Lenkrades ermit telt, so daß das Fahrzeug auch einem derartigen Fall sicher gefahren wer den kann. Sollte dagegen eine der Sensoreinheiten eine Fehlfunktion auf weisen, kann die Auswerteschaltung durch entsprechenden Vergleich der Sensorsignale die Fehlfunktion der Sensoreinheit erkennen und den tat sächlichen Lenkwinkel trotz der Fehlfunktion der betreffenden Sensorein heit ordnungsgemäß bestimmen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.

So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoranordnung vorgeschlagen, als Positionsgeber ein konzentrisch zur Lenkachse ange ordnetes Positionsgeberrad vorzusehen, nahe dessen Außen- bzw. Innen umfang die Sensoreinheiten angeordnet sind, so daß die Sensoranord nung ein vergleichsweise geringes Bauvolumen besitzt.

Bei dieser Ausführungsform der Sensoranordnung ist es ferner von Vor teil, wenn die Sensoreinheiten mit gleichem Winkelabstand zueinander am Außen- bzw. Innenumfang des Positionsgeberrades angeordnet sind, wo durch einer gegenseitigen Beeinflussung der empfindlichen Sensoreinhei ten entgegengewirkt werden kann.

Des weiteren wird vorgeschlagen, das Positionsgeberrad fest mit dem Lenkrad zu verbinden und die im Kraftfahrzeug befestigbaren Sensorein heiten als Lagerstellen für das Positionsgeberrad auszubilden. Die Sen soreinheiten dienen bei dieser Ausführungsform der Sensoranordnung nicht nur zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades, sondern werden gleichzeitig auch zum drehbaren Lagern des Lenkrades eingesetzt, wo durch auf zusätzliche Lagerelemente für das Lenkrad verzichtet werden kann und der Aufbau der Sensoranordnung ein entsprechen geringes Bauvolumen aufweist.

Jede Sensoreinheit ist vorzugsweise mit einem mit einer Verzahnung ver sehenen Sensorrad ausgestattet, dessen Verzahnung zum drehbaren La gern des Lenkrades mit einer am Positionsgeberrad ausgebildeten Außen verzahnung in Eingriff steht. Bei dieser Art der Lagerung des Positionsge berrades wird ferner vorgeschlagen, an jedem Sensorrad mindestens einen radial nach außen abstehenden Bund vorzusehen, an dem das Positions geberrad mit einer seiner Seitenflächen anliegt, wodurch das Lenkrad nicht nur radial sondern auch axial gelagert ist.

Des weiteren wird vorgeschlagen, in die Sensoranordnung einen Aktuator zu integrieren, der mit dem Lenkrad derart zusammenwirkt, daß das Lenkrad von dem Aktuator in einer Ruhestellung gehalten ist, in der der Lenkwinkel 0° ist, wobei das Lenkrad zum Lenken gegen die Kraft des Aktuators zu betätigen ist.

Die Sensoreinheit weist vorzugsweise ein mit dem Positionsgeber in Wirk verbindung stehendes, drehbar gelagertes Sensorrad auf, in dem symme trisch zu seiner Drehachse ein Permanentmagnet gehalten ist, dessen Mag netfeld auf mindestens eine mit magnetoresistiven Widerständen verse hene Brückenschaltung der jeweiligen Sensoreinheit einwirkt, die zur Er zeugung des Sensorsignals dient. Durch die Verwendung einer mit mag netoresistiven Widerständen versehenen Brückenschaltung ist eine äu ßerst genaue Bestimmung des Lenkwinkels möglich, während die Sen soranordnung gleichzeitig gegenüber Verschmutzungen oder Etschütte rungen unempfindlich ist.

Aufgrund der Verwendung dreier Sensoreinheiten ist bei dieser Ausfüh rungsform der Sensoranordnung auch der Einsatz jeweils einer einzigen Brückenschaltung mit magnetoresistiven Widerständen für jede Sen soreinheit möglich, da bei entsprechender Anordnung der Brückenschal tungen zueinander die von den Brückenschaltungen erzeugten Sensorsi gnale von der Auswerteschaltung entsprechend miteinander verrechnet werden können, um den Lenkwinkel des Lenkrades zu bestimmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles un ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Lenkrades in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der Sensoranordnung nach Fig. 1, bei der aus Übersichtlichkeitsgründen das Lenkrad nicht dargestellt ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer der Sensoreinheiten der Sensoranordnung, bei der ein Sensorrad mit nur einer einzi gen Brückenschaltung verwendet wird,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer abgewandelten Ausfüh rungsform einer Sensoreinheiten, bei der zwei Brückenschal tungen verwendet werden, und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Signalverläufe der drei Sensorein heiten in Abhängigkeit von dem eingestellten Lenkwinkel so wie die von der Auswerteschaltung der Sensoranordnung er mittelten Phasenverschiebungs-Differenzen dargestellt sind.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung eine Sensoranord nung 10, mit der der Lenkwinkel eines Lenkrades 12 in einem Kraftfahr zeug bestimmt wird, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 2 das Lenkrad 12 weggelassen wurde. Konzentrisch zur Lenkachse 14 des Lenk rades 12 ist an diesem eine Lenkradnabe 16 befestigt, in der beispielswei se ein Luftsackmodul aufgenommen ist. Gleichfalls konzentrisch zur Len kachse 14 ist an dem dem Lenkrad 12 abgewandten Ende der Lenkradna be 16 ein Positionsgeberrad 18 befestigt, dessen Außenumfang mit einer Außenverzahnung 20 versehen ist.

Wie Fig. 2 zeigt, sind am Außenumfang des Positionsgeberrades 18 drei identisch ausgebildete Sensoreinheiten 22 angeordnet, die mit jeweils glei chem Winkelabstand von 120° gemeinsam um die Lenkachse 14 positio niert an einem Karosserieteil 24 des Kraftfahrzeuges befestigt sind. Jede Sensoreinheit 22 weist ein als Ritzel ausgebildetes Sensorrad 26 auf, des sen Rotationsachse parallel zur Lenkachse 14 verläuft und das mit seiner Verzahnung mit der Außenverzahnung 20 des Positionsgeberrades 18 in Eingriff steht. Dabei ist zu bemerken, daß sich die Verzahnungen aller drei Sensorräder 26 hinsichtlich ihrer Zähneanzahl unterscheiden, so daß die drei Sensorräder 26 mit unterschiedlicher Übersetzung angetrieben werden und folglich bei einer Drehung des Positionsgeberrades 18 um ei nen bestimmten Winkel mit sich unterscheidenden Drehwinkeln verstellt werden, wie später noch erläutert wird.

An der dem Lenkrad 12 zugewandten Stirnseite jedes Sensorrades 26 ist ein radial nach außen abstehender Bund 28 ausgebildet, der die Verzah nung des jeweiligen Sensorrades 26 begrenzt und über diese radial nach außen hervorsteht, wie Fig. 1 zeigt. An der dem Lenkrad 12 abgewandten Rückseite des Positionsgeberrades 18 ist eine Axiallagereinheit 30 am Ka rosserieteil 24 befestigt, die das Positionsgeberrad 18 gegen die drei Bunde 28 der Sensorräder 26 axial in Richtung des Lenkrades 12 vorspannt, so daß das Positionsgeberrad 18 und damit das durch die Lenkradnabe 16 mit diesem verbundene Lenkrad 12 axial fest gelagert ist. Durch die sym metrische Anordnung der Sensoreinheiten 22 wird das Positionsgeberrad 18 auch in radialer Richtung gehalten, wodurch auf weitere Lagerelemen te, zum drehbaren Lagern des Lenkrades 12 und des Positionsgeberrades 18 verzichtet werden kann.

Alternativ ist es auch möglich, das Positionsgeberrad 18 als Hohlrad aus zubilden und auf die Lenkradnabe 16 aufgeschoben an diesem zu befesti gen, während die Lenkradnabe 16 durch entsprechend ausgelegte Lager einheiten axial und radial am Karosserieteil 24 drehbar gelagert ist.

Konzentrisch zur Lenkachse 14 ist ferner am Karosserieteil 24 ein nicht dargestellter Aktuator, hier ein Gleichstrommotor, befestigt, der in das In nere der Lenkradnabe 16 ragt und mit diesem durch eine nicht darge stellte Getriebeanordnung gekuppelt ist. Der Aktuator hält das Lenkrad 12 in einer Ruhestellung, in der der Lenkwinkel des Lenkrades 12 null Win kelgrade beträgt, d. h., daß die Räder des Kraftfahrzeuges nicht einge schlagen sind. Sobald beispielsweise die Zündung des Kraftfahrzeuges eingeschaltet ist, erzeugt der Aktuator eine Haltekraft, mit der das Lenk rad 12 in seiner Ruhestellung gehalten wird, so daß der Benutzer des Kraftfahrzeuges das Lenkrad 12 nur entgegen der Haltekraft des Aktua tors aus seiner Ruhestellung bewegen kann und das Lenkrad 12 nach der Lenkbewegung des Fahrzeugbenutzers wieder in seine Ruhestellung zu rückkehrt, wodurch das Lenkrad eines herkömmlichen Kraftfahrzeuges simuliert wird.

Jedes Sensorrad 26 ist in einem Sensorgehäuse 32 drehbar gelagert, in dem zum Ermitteln des Lenkwinkels ein magnetoresistiver Sensor 34 auf genommen ist, dessen Aufbau nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 näher erläutert wird. Bei dem magnetoresistiven Sensor 34 wird zum Ermitteln des Lenkwinkels eine Brückenschaltung 36 verwen det. Die Brückenschaltung 36 weist in bekannter Weise geschaltete mag netoresistive Widerstände 38 und 40 auf, die zwei Brückenzweige 42 und 44 bilden. Die zwei Brückenzweige 42 und 44 sind miteinander verschal tet, wobei die magnetoresistiven Widerstände 38 des ersten Brückenzwei ges 42, die in ihrer Längserstreckung parallel zueinander ausgerichtet sind, rechtwinklig zu den magnetoresistiven Widerständen 40 des anderen Brückenzweiges 44 verlaufen, so daß eine etwa quadratische Schaltungs anordnung gebildet ist. Während des Betriebes der Sensoreinheit 22 wird an den ersten Brückenzweig 42 eine Versorgungsspannung U_v angelegt, während am zweiten Brückenzweig 44 die Sensorspannung U₁ an eine in Fig. 1 gezeigte Auswerteschaltung 46 übertragen wird.

Konzentrisch zur Rotationsachse jedes Sensorrades 26 ist an diesem ein Permanentmagnet 48 befestigt, der symmetrisch zur Rotationsachse des Sensorrades 26 angeordnet ist. Mit Hilfe des von dem Permanentmagne ten 48 erzeugten Magnetfeldes können die Widerstandswerte der magneto resistiven Widerstände 38 und 40 der Brückenschaltung 36 beeinflußt werden. In Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes des Perma nentmagneten 48 und damit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Sensorrades 26 ändern sich die ohmschen Widerstandswerte der magne toresistiven Widerstände 38 und 40 der Brückenschaltung 36, so daß sich die an der Brückenschaltung 36 abgegriffene Sensorspannung U₁ entspre chend ändert, wie später noch ausführlich erläutert wird.

Die Sensorspannungen U₁ der Sensoreinheiten 22 werden an die Auswer teschaltung 46 übertragen, die aus den Sensorspannungen U₁ den aktu ellen Lenkwinkel des Lenkrades 12 bestimmt und an eine Regelungsein richtung 50 weiterleitet. Die Regelungseinrichtung 50 ist mit nicht darge stellten Aktuatoren verbunden, mit deren Hilfe das Lenkgestänge der Vor derachse und gegebenenfalls auch das Lenkgestänge der Hinterachse ent sprechend dem am Lenkrad 12 eingestellten Lenkwinkel verändert wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform des magnetoresistiven Sen sors 34 wird für jede Sensoreinheit 22 nur jeweils eine Brückenschaltung 36 eingesetzt, um den Lenkwinkel des Lenkrades 12 zu bestimmen. An sich könnte mit einer derartigen Brückenschaltung 36 nur ein Lenkwinkel von maximal 90° eindeutig bestimmt werden, da bei einem größeren Win kel eine Wiederholung der sinusförmigen Spannungsänderung der Sen sorspannung U₁ eintritt. Durch entsprechendes Ausrichten der drei Brüc kenschaltungen 36 der drei Sensoreinheiten 22 zueinander wird jedoch erreicht, daß eine eindeutige Bestimmung des Lenkwinkels des Lenkrades 12 auch bei mehrfacher Umdrehung des Lenkrades 12 möglich ist. Eine Temperaturkompensation kann durch entsprechendes Verschalten der drei Sensoreinheiten 22 erreicht werden.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform eines magnetoresistiven Sensors 52 gezeigt, der zur Temperaturkompensation insgesamt zwei Brückenschaltungen 54 und 56 aus magnetoresistiven Widerständen 58 und 60 verwendet. Die beiden Brückenschaltungen 54 und 56 sind mit einander verschaltet und werden mit einer Versorgungsspannung U_v ver sorgt. Des weiteren wird an der Brückenschaltung 54 eine Sensorspan nung U₂ und an der zweiten Brückenschaltung 56 eine Sensorspannung U₃ abgegriffen und an die Auswerteschaltung 46 weitergeleitet. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist die zweite Brückenschaltung 56 mit ihren magneto resistiven Widerständen 60 um einen Winkel von 45° verdreht zu den ma gnetoresistiven Widerständen 58 der ersten Brückenschaltung 54 ange ordnet, so daß der magnetoresistive Sensor 52 in der Lage ist, eine Win keländerung der Position des Permanentmagneten 48 um insgesamt 180 Winkelgrade zu erfassen.

Die Auswerteschaltung 46 ermittelt aus der Sensorspannung U₁ bzw. aus den Sensorspannungen U₂ und U₃ den Lenkwinkel des Lenkrades 12, wie nachfolgend erläutert wird. Durch Verdrehen des Permanentmagneten 48 kommt es zu einer Änderung des ohmschen Widerstandes der Brücken schaltung 36 bzw. der Brückenschaltungen 54 und 56, wodurch sich die Sensorspannung U₁, U₂ bzw. U₃ entsprechend ändert. Dabei gilt die Bezie hung:

ΔR ~ cos₂ (Θ)

wobei ΔR für die Änderung des ohmschen Widerstandes steht, während Θ dem eingestellten Winkel des Verlaufes des Magnetfeldes relativ zu der Brückenschaltung 36 bzw. zu den Brückenschaltung 54 und 56 ent spricht. Auf diese Weise läßt sich der Winkel Θ bestimmen, mit dem der Permanentmagnet 48 relativ zur Brückenschaltung 36 bzw. zu den Brüc kenschaltungen 54 und 56 geneigt verläuft. Aufgrund des oben beschrie benen Zusammenhangs verläuft das von der Auswerteschaltung 46 er mittelte Signal in Abhängigkeit von dem eingestellten Winkel des Perma nentmagneten 48 zur Brückenschaltung 36 bzw. zu den Brückenschal tungen 54 und 56 sinusförmig.

Wie zuvor bereits erläutert, sind die Sensorräder 26 mit sich in der Zähne zahl unterscheidenden Verzahnungen versehen, so daß sich die Überset zungsverhältnisse zwischen dem Positionsgeberrad 18 und den Sensorrä dern 26 der Sensoreinheiten 22 unterscheiden. Dies hat zur Folge, daß bei einer Drehung des Positionsgeberrades 18 die Sensorräder 26 mit unter schiedlichen Winkelbeträgen aus ihrer jeweils eingenommen Stellung be wegt werden und folglich der Permanentmagnet 48 jedes Sensorrades 26 mit einem anderen Winkel Θ relativ zu der Brückenschaltung 36 bzw. den Brückenschaltungen 54 und 56 verstellt wird. Als Folge sind die auf den Lenkwinkel des Lenkrades 12 bezogenen Signalverläufe der Sensoreinhei ten 22 in ihren Phasen zueinander verschoben, wie nachfolgend unter Be zugnahme auf Fig. 5 erläutert wird.

In Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt, in dem bezogen auf den als Rechts wertachse angegebenen Lenkwinkel des Lenkrades 12 die sinusförmigen Verläufe der Signale S₁, S₂ und S₃ der drei Sensoreinheiten 22 auf einer gemeinsamen Achse dargestellt sind. Dabei sind die Signalverläufe S₁, S₂ und S₃ aufgrund der zuvor beschriebenen, unterschiedlichen Überset zungsverhältnisse in ihren Frequenzen verschieden. Die Permanentmag nete 48 sind so eingestellt, daß auch die Phasen zueinander verschoben sind.

Zur Ermittlung des Lenkwinkels bestimmt die Auswerteschaltung 46 den Phasenabstand zwischen jeweils zwei erfaßten Signalen S₁, S₂ und S₃, wo bei sich aus dem Phasenabstand der am Lenkrad 12 eingestellte Lenkwin kel ergibt. In dem Diagramm in Fig. 5 sind insgesamt drei Kurven P₁, P₂ und P₃ gezeigt, die bezogen auf den eingestellten Lenkwinkel des Lenkra des 12 den Verlauf des sich ändernden Betrages der Phasenverschiebung zeigen. So wird mit der Kurve P₁ der Verlauf der Phasenverschiebung zwi schen den Signalen S₁ und S₂ dargestellt, während die Kurve P₂ den Ver lauf Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen S₂ und S₃ zeigt. Mit der Kurve P₃ wird schließlich die Phasenverschiebung zwischen den Signalen S₃ und S₁ dargestellt.

Fällt nun eine der Sensoreinheiten 22 aus, können von der Auswerte schaltung immer noch zwei der drei Signale S₁, S₂ und S₃ erfaßt werden. Aus den verbleibenden Signalen kann die Auswerteschaltung dann eine der drei Kurven P₁, P₂ und P₃ und damit den aktuellen Lenkwinkel des Lenkrades 12 bestimmen, der an die Regelungseinrichtung 50 weiterge leitet wird, so daß das Kraftfahrzeug nach wie vor lenkfähig bleibt.

Kommt es bei einer der Sensoreinheiten 22 dagegen zu einer Fehlfunktion, kann dies von der Auswerteschaltung durch Vergleich der Phasenver schiebungen in den drei Kurven P₁, P₂ und P₃ erfaßt werden, so daß die Auswerteschaltung 46 die nicht funktionstüchtige Sensoreinheit 22 sofort ermitteln kann, da zwei der drei Kurven P₁, P₂ und P₃, die auf dem Signal der defekten Sensoreinheit 22 basieren, von dem korrekten Verlauf der dritten Kurve P₁, P₂ oder P₃ abweichen. Die korrekte Kurve P₁, P₂ oder P₃ dient dann als Grundlage zur Bestimmung des Lenkwinkels des Lenkra des 12.

Bezugszeichenliste

10

Sensoranordnung

12

Lenkrad

14

Lenkachse

16

Lenkradnabe

18

Positionsgeberrad

20

Außenverzahnung

22

Sensoreinheiten

24

Karosserieteil

26

Sensorrad

28

Bund

30

Axiallagereinheit

32

Sensorgehäuse

34

magnetoresistiver Sensor

36

Brückenschaltung

38

magnetoresistive Widerstände

40

magnetoresistive Widerstände

42

erster Brückenzweig

44

zweiter Brückenzweig
U_v

Versorgungsspannung
U₁

Sensorspannung

46

Auswerteschaltung

48

Permanentmagnet

50

Regelungseinrichtung

52

magnetoresistiver Sensor

54

erste Brückenschaltung

56

zweite Brückenschaltung

58

magnetoresistive Widerstände

60

magnetoresistive Widerstände
U₂

Sensorspannung
U₃

Sensorspannung
S₁

Sensorsignal
S₂

Sensorsignal
S₃

Sensorsignal
P₁

Verlauf der Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen S₁

und S₂

P₂

Verlauf der Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen S₂

und S₃

P₃

Verlauf der Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen S₃

und S₁

Claims

1. Sensoranordnung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Lenkra des in einem Kraftfahrzeug,
mit zwei Sensoreinheiten (22) zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades (12), die zum Erfassen der Drehstellung des Lenkrades (12) nahe einem gemeinsam mit dem Lenkrad (12) drehbaren Positi onsgeber (18) angeordnet sind und jeweils in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades (12) ein Sensorsignal (S₁, S₂) ausgeben, und
mit einer Auswerteschaltung (46), die zum Ermitteln des Lenkwin kels des Lenkrades (12) die beiden Sensorsignale (S₁, S₂) auswertet, dadurch gekennzeichnet,
daß nahe dem Positionsgeber (18) eine dritte Sensoreinheit (22) zum Ermitteln der Drehstellung des Lenkrades (12) vorgesehen ist, so daß insgesamt genau drei Sensoreinheiten (22) vorhanden sind, wo bei die dritte Sensoreinheit (22) ein Sensorsignal (S₃) in Abhängig keit von der Drehstellung des Lenkrades (12) ausgibt, und wobei die Auswerteschaltung (46) das Sensorsignal (S₃) der dritten Sensorein heit (22) gemeinsam mit den weiteren Sensorsignalen (S₁, S₂) verar beitet.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber ein konzentrisch zur Lenkachse angeordne tes Positionsgeberrad (18) ist, nahe dessen Außen- bzw. Innenum fang die Sensoreinheiten (22) angeordnet sind.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten (22) mit gleichem Winkelabstand zueinan der am Außen- bzw. Innenumfang des Positionsgeberrades (18) an geordnet sind.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensoreinheit (22) ein drehbar gelagertes Sensorrad (26) aufweist, das mit der Außen- bzw. Innenumfangsfläche des Positi onsgeberrades (18) derart zusammenwirkt, daß es bei einer Dre hung des Lenkrades (12) vom Positionsgeberrad (18) mitnehmbar ist.

5. Sensoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Positionsgeber rad (18) und dem Sensorrad (26) der betreffenden Sensoreinheit (22) von dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Positionsgeberrad (22) und dem Sensorrad (26) der jeweils anderen Sensoreinheit (22) unterscheidet.

6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsgeberrad (18) fest mit dem Lenkrad (12) verbunden ist, und daß die im Kraftfahrzeug befestigbaren Sensoreinheiten (22) als Lagerstellen für das Positionsgeberrad (18) ausgebildet sind.

7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensoreinheit (22) ein mit einer Verzahnung versehenes Sensorrad (26) aufweist, dessen Verzahnung zum drehbaren Lagern des Lenkrades (12) mit einer am Positionsgeberrad (18) ausgebilde ten, vorzugsweise zylindrischen Außenverzahnung (20) in Eingriff steht.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sensorrad (26) mindestens einen radial nach außen ab stehenden Bund (28) aufweist, nahe dem die mit der Außenverzah nung (20) des Positionsgeberrades (18) in Eingriff stehende Verzah nung ausgebildet ist, wobei das Positionsgeberrad (18) mit einer sei ner Seitenflächen am Bund (28) derart anliegt, daß das um seine Lenkachse (14) drehbare Lenkrad (12) in Richtung des Bundes (28) axial gelagert ist.

9. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Lenkrad (12) zusammenwirkender Aktuator vorge sehen ist, der zum Halten des Lenkrades (12) in einer Ruhestellung dient, in der der Lenkwinkel zumindest annähernd 0° ist, und gegen dessen Haltekraft das Lenkrad (12) aus seiner Ruhestellung beweg bar ist.

10. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensoreinheit (22) ein mit dem Positionsgeber (18) in Wirk verbindung stehendes, drehbar gelagertes Sensorrad (26) aufweist, in dem symmetrisch zu seiner Drehachse ein Permanentmagnet (48) gehalten ist, dessen Magnetfeld auf mindestens eine mit magnetore sistiven Widerständen (38, 40; 58, 60) versehene Brückenschaltung (36; 54, 56) der jeweiligen Sensoreinheit (22) einwirkt, die zur Er zeugung des Sensorsignals (S₁, S₂, S₃) dient.

11. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur eine einzige Brückenschaltung (36) mit magnetore sistiven Widerständen (38, 40) für jede Sensoreinheit (22) vorgese hen ist.

12. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal (S₁, S₂, S₃) jeder Sensoreinheit (22) einen in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrades (12) sinusförmi gen Signalverlauf aufweist, wobei die sinusförmigen Signalverläufe der Sensorsignale (S₁, S₂, S₃) in ihren Frequenzen verschieden und in ihren Phasen zueinander verschoben sind und die Auswerte schaltung (46) zum Bestimmen des aktuellen Lenkwinkels die Pha senverschiebung (P₁, P₂, P₃) zwischen zumindest zwei der drei Sen sorsignale (S₁, S₂, S₃) bildet.