DE202023105665U1 - Steering angle sensor system - Google Patents

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Abstract

Lenkwinkelsensorsystem, mit einem mit einer Lenkwelle (3) des Lenksystems (1) zu verbindenden Zahnkranz (10), der mit einem Abtastritzel (11) kämmt, das direkt oder indirekt mit einem Sensorritzel (13) kämmt, welches Träger eines Lenkwinkelsensor-Geberelements (14) ist, wobei das Übersetzungsverhältnis im kinematischen Übertragungsweg von Zahnkranz (10) zu Sensorritzel (13) in der Weise bestimmt ist, dass die Umdrehungen des Zahnkranzes (10) bei maximalem Lenkwinkelausschlag zwischen einem linken und einem rechten Lenkanschlag zu weniger als eine Umdrehung des Sensorritzels (13) führt.

Figure DE202023105665U1_0000
Steering angle sensor system, with a gear ring (10) to be connected to a steering shaft (3) of the steering system (1), which meshes with a scanning pinion (11), which meshes directly or indirectly with a sensor pinion (13), which is the carrier of a steering angle sensor transmitter element ( 14), the gear ratio in the kinematic transmission path from the ring gear (10) to the sensor pinion (13) being determined in such a way that the revolutions of the ring gear (10) at maximum steering angle deflection between a left and a right steering stop are less than one revolution of the Sensor pinion (13) leads.
Figure DE202023105665U1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkwinkelsensorsystem, auf ein Lenksystem mit einem Lenkwinkelsensorsystem und auf ein Fahrzeug mit einem Lenksystem.The invention relates to a steering angle sensor system, to a steering system with a steering angle sensor system and to a vehicle with a steering system.

Aus der US 2023/0093616 A1 ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Lenkzustandsgröße in einer Steer-by-Wire-Lenkung bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein mit einer Lenkwelle umlaufendes Hauptantriebszahnrad und drei mit dem Hauptantriebszahnrad kämmende Zahnräder mit unterschiedlichen Zähnezahlen, wobei auf jedem Zahnrad ein Lenkwinkelsensor sitzt. Die Sensorsignale von jeweils zwei der drei Lenkwinkelsensoren werden zusammengeschaltet. Mit dieser Vorrichtung soll eine größere Robustheit gegenüber einem Ausfall eines Sensors erreicht werden.From the US 2023/0093616 A1 a rotation angle detection device for detecting the steering state variable in steer-by-wire steering is known. The device comprises a main drive gear rotating with a steering shaft and three gears with different numbers of teeth meshing with the main drive gear, with a steering angle sensor sitting on each gear. The sensor signals from two of the three steering angle sensors are connected together. This device is intended to achieve greater robustness in the event of a sensor failure.

Die DE 10 2016 105 964 A1 offenbart ein Lenksystem mit mechanischem Durchgriff über die Lenkwelle, die mit einem Lenkgetriebe gekoppelt ist. Die Lenkwelle ist mit einem Sonnenrad drehfest verbunden, mit dem zwei Planetenräder unterschiedlicher Zähnezahl kämmen, denen jeweils ein Planetenradlagesensor zugeordnet ist. Die unterschiedliche Zähnezahl der Planetenräder ermöglicht es, nach dem Nonius-Prinzip auch nach einem Batteriespannungsverlust allein aus der aktuellen Winkelposition der Planetenräder auf den aktuellen Lenkwinkel zu schließen, ohne dass hierfür eine Neuinitialisierung erforderlich ist.The DE 10 2016 105 964 A1 discloses a steering system with mechanical penetration via the steering shaft, which is coupled to a steering gear. The steering shaft is connected in a rotationally fixed manner to a sun gear, with which two planet gears with different numbers of teeth mesh, each of which is assigned a planet gear position sensor. The different number of teeth on the planet gears makes it possible to determine the current steering angle based on the vernier principle, even after a loss of battery voltage, based solely on the current angular position of the planet gears, without the need for re-initialization.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lenkwinkel in einem Lenksystem in konstruktiv einfacher und kompakt bauender Weise sensorisch mit hoher Ausfallsicherheit zu ermitteln.The invention is based on the object of determining the steering angle in a steering system using sensors in a structurally simple and compact manner with high reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. The subclaims indicate appropriate further training.

Das erfindungsgemäße Lenkwinkelsensorsystem kann in einem Lenksystem eines Fahrzeugs zur Ermittlung des Lenkwinkels eingesetzt werden. Das Lenkwinkelsensorsystem umfasst einen Zahnkranz, der fest mit einer Lenkwelle des Lenksystems verbindbar ist, sowie ein Abtastritzel und ein Sensorritzel, welches Träger eines Lenkwinkelsensor-Geberelements ist. Das Lenkwinkelsensor-Geberelement erzeugt ein Signal, das von einem Sensorelement des Lenkwinkelsensors erfasst wird, das orts- bzw. drehfest positioniert ist. Auch das Sensorelement des Lenkwinkelsensors kann Bestandteil des Lenkwinkelsensorsystems sein.The steering angle sensor system according to the invention can be used in a steering system of a vehicle to determine the steering angle. The steering angle sensor system includes a ring gear that can be firmly connected to a steering shaft of the steering system, as well as a sensing pinion and a sensor pinion, which is the carrier of a steering angle sensor transmitter element. The steering angle sensor transmitter element generates a signal that is detected by a sensor element of the steering angle sensor, which is positioned in a stationary or rotationally fixed manner. The sensor element of the steering angle sensor can also be part of the steering angle sensor system.

Der Zahnkranz auf der Lenkwelle des Lenksystems kämmt mit dem Abtastritzel, das entweder direkt mit dem Sensorritzel kämmt oder indirekt über ein weiteres Ritzel das Sensorritzel antreibt. Erfindungsgemäß ist das Übersetzungsverhältnis im kinematischen Übertragungsweg von dem Zahnkranz zu dem Sensorritzel in der Weise festgelegt, dass die Umdrehung des Zahnkranzes bei maximalem Lenkwinkelausschlag, gemessen zwischen einem linken und einem rechten Lenkanschlag, zu weniger als eine Umdrehung des Sensorritzels führt. Die Zähnezahl von Zahnkranz, Abtastritzel und Sensorritzel sowie gegebenenfalls eines weiteren, in der kinematischen Kette angeordneten Ritzels, ist so aufeinander abgestimmt, dass sich das Sensorritzel und damit auch der Lenkwinkelsensor um nicht mehr als 360° dreht, wenn die Lenkwelle zwischen ihren Lenkanschlägen hin und her gedreht wird, ungeachtet der hierfür erforderlichen Umdrehungen der Lenkwelle. Es ist somit möglich, dass die Lenkwelle zwischen den Lenkeinschlägen mehr als eine Umdrehung durchführt, beispielsweise zwei oder mehr vollständige Umdrehungen, und das Sensorritzel dennoch nur maximal bzw. weniger als eine Volldrehung durchführt. Erreicht wird dies über eine entsprechende Abstimmung der Zähnezahl von Zahnkranz zu Abtastritzel zu Sensorritzel, gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines weiteren, zwischengelagerten Ritzels zwischen Abtastritzel und Sensorritzel.The gear ring on the steering shaft of the steering system meshes with the sensing pinion, which either meshes directly with the sensor pinion or indirectly drives the sensor pinion via another pinion. According to the invention, the transmission ratio in the kinematic transmission path from the ring gear to the sensor pinion is set in such a way that the revolution of the ring gear at maximum steering angle deflection, measured between a left and a right steering stop, leads to less than one revolution of the sensor pinion. The number of teeth of the gear ring, scanning pinion and sensor pinion, as well as possibly another pinion arranged in the kinematic chain, is coordinated with one another in such a way that the sensor pinion and thus also the steering angle sensor does not rotate by more than 360° when the steering shaft moves back and forth between its steering stops is turned forward, regardless of the revolutions of the steering shaft required for this. It is therefore possible for the steering shaft to perform more than one revolution between the steering angles, for example two or more complete revolutions, and the sensor pinion still only performs a maximum or less than one full rotation. This is achieved by appropriately matching the number of teeth from the gear ring to the scanning pinion to the sensor pinion, if necessary taking into account another, intermediate pinion between the scanning pinion and the sensor pinion.

Das Lenkwinkelsensorsystem kann als Multiturn-fähiges Sensorsystem ausgeführt sein, bei dem der maximale Lenkwinkelausschlag des Zahnkranzes größer als 360° beträgt, wobei gegebenenfalls mehrere Umdrehungen des Zahnkranzes möglich sind. Auch in diesem Fall führt das Sensorritzel weniger als eine Umdrehung durch.The steering angle sensor system can be designed as a multiturn-capable sensor system in which the maximum steering angle deflection of the gear ring is greater than 360°, with several revolutions of the gear ring possibly being possible. In this case too, the sensor pinion performs less than one revolution.

Im Lenksystem können beispielsweise zwei bis drei Umdrehungen der Lenksäule in jede Lenkrichtung zwischen den Anschlägen und eine entsprechende Umdrehung des Zahnkranzes möglich sein. Dies ergibt bei +-drei Umdrehungen ein Gesamtuntersetzungverhältnis größer als sechs zwischen Zahnkranz und Sensorritzel.In the steering system, for example, two to three revolutions of the steering column in each steering direction between the stops and a corresponding revolution of the ring gear may be possible. At +-three revolutions, this results in a total reduction ratio greater than six between the ring gear and the sensor pinion.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass jedem Lenkwinkel genau ein absoluter Winkelwert des Sensorritzels zugeordnet ist. Es ist somit möglich, jedem gemessenen Winkelwert, der über den Lenkwinkelsensor ermittelt wird, genau eine exakte Position der Lenkwelle und damit des Lenkwinkels zuzuordnen. Es ist nicht erforderlich, einen zusätzlichen Abtastzähler zur Ermittlung der Umdrehungen des Sensorritzels vorzusehen, was bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen, in denen das Sensorritzel mehr als eine Umdrehung vollführt, notwendig ist. Aufgrund der Beschränkung der maximalen Umdrehung des Sensorritzels auf weniger als 360° genügt im Prinzip nur ein Sensor, nämlich der Lenkwinkelsensor, der auf dem Sensorritzel sitzt, um den Lenkwinkel in absoluter Weise zu bestimmen. Der Lenkwinkel erstreckt sich regelmäßig über einen Winkelbereich größer als 360°, was über die Untersetzung im kinematischen Übertragungsweg von Zahnkranz zum Sensorritzel in die Umdrehung von weniger als 360° umgesetzt wird. Es kann direkt und ohne Zwischenspeichern eines vorherigen Messwerts der absolute Lenkwinkel gemessen werden.This version has the advantage that each steering angle is assigned exactly one absolute angle value of the sensor pinion. It is therefore possible to assign an exact position of the steering shaft and thus the steering angle to each measured angle value that is determined via the steering angle sensor. It is not necessary to provide an additional sampling counter for determining the revolutions of the sensor pinion, which is necessary in designs known from the prior art in which the sensor pinion completes more than one revolution. Due to the limitation of the maximum rotation of the sensor pinion to less than 360°, in principle only one sensor is sufficient, namely the steering angle sensor, which is located on the sensor pinion sits to determine the steering angle in an absolute manner. The steering angle regularly extends over an angular range greater than 360°, which is converted into a rotation of less than 360° via the reduction in the kinematic transmission path from the ring gear to the sensor pinion. The absolute steering angle can be measured directly and without buffering a previous measurement value.

In vorteilhafter Ausführung befindet sich als zusätzliches Ritzel ein Umsetzritzel im kinematischen Übertragungsweg von Zahnkranz zu dem Sensorritzel. Das Abtastritzel ist Träger des Umsetzritzels, wobei Abtastritzel und Umsetzritzel bei koaxialer Anordnung fest miteinander verbunden sind und gemeinsam und mit gleicher Drehzahl umlaufen. Das Umsetzritzel weist eine geringere Zähnezahl als das Abtastritzel auf und insbesondere auch eine geringere Zähnezahl als das Sensorritzel, mit dem das Umsetzritzel kämmt. Entsprechend führt eine vollständige Umdrehung des Abtastritzels und damit auch des Umsetzritzels nur zu einer Teilumdrehung des Sensorritzels. Auf diese Weise kann die gewünschte Untersetzung des Sensorritzels erreicht werden. Das Übersetzungsverhältnis von Abtastritzel zu Umsetzritzel, bezogen auf die Zähnezahl dieser Ritzel, liegt vorteilhafterweise bei mindestens drei, insbesondere bei mindestens fünf, so dass das Abtastritzel entsprechend mindestens dreimal bzw. fünfmal so viele Zähne aufweist wie das Umsetzritzel.In an advantageous embodiment, there is a conversion pinion as an additional pinion in the kinematic transmission path from the ring gear to the sensor pinion. The scanning pinion is the carrier of the conversion pinion, with the scanning pinion and conversion pinion being firmly connected to one another in a coaxial arrangement and rotating together and at the same speed. The conversion pinion has a smaller number of teeth than the scanning pinion and in particular also a smaller number of teeth than the sensor pinion with which the conversion pinion meshes. Accordingly, a complete revolution of the scanning pinion and thus also of the conversion pinion only leads to a partial revolution of the sensor pinion. In this way, the desired reduction of the sensor pinion can be achieved. The transmission ratio of the scanning pinion to the conversion pinion, based on the number of teeth of these pinions, is advantageously at least three, in particular at least five, so that the scanning pinion has at least three or five times as many teeth as the conversion pinion.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung weist das Abtastritzel eine geringere Zähnezahl auf als der Zahnkranz. Das Abtastritzel und das Sensorritzel können die gleiche Zähnezahl oder annähernd die gleiche Zähnezahl besitzen. Hierdurch ist eine kompakte Ausführung möglich, bei der das Abtastritzel und das Umsetzritzel vorzugsweise koaxial angeordnet sind und das Sensorritzel insbesondere achsparallel und versetzt zu dem Umsetzritzel bzw. dem Abtastritzel positioniert ist. Alternativ zu einer achsparallelen Anordnung ist auch eine Bauform als Kegelrad oder Schneckengetriebe mit nichtparalleler Anordnung der Drehachsen möglich.According to a further advantageous embodiment, the scanning pinion has a smaller number of teeth than the ring gear. The scanning pinion and the sensor pinion can have the same number of teeth or approximately the same number of teeth. This makes a compact design possible in which the scanning pinion and the conversion pinion are preferably arranged coaxially and the sensor pinion is positioned in particular axially parallel and offset from the conversion pinion or the scanning pinion. As an alternative to an axially parallel arrangement, a design as a bevel gear or worm gear with a non-parallel arrangement of the axes of rotation is also possible.

Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel besitzt der Zahnkranz 54 Zähne, das Abtastritzel 30 Zähne, das Sensorritzel 31 Zähne und das Umsetzritzel 6 Zähne.In a possible exemplary embodiment, the gear ring has 54 teeth, the scanning pinion has 30 teeth, the sensor pinion has 31 teeth and the conversion pinion has 6 teeth.

Vorteilhafterweise liegt das Übersetzungsverhältnis von Zahnkranz zu Abtastritzel bei maximal zwei. Insbesondere im Zusammenhang mit dem signifikant kleiner dimensionierten Umsetzritzel, das gemeinsam und in koaxialer Anordnung mit dem Abtastritzel umläuft, kann hierdurch das gewünschte Übersetzungsverhältnis von Zahnkranz zu Sensorritzel erreicht werden.Advantageously, the transmission ratio of the ring gear to the scanning pinion is a maximum of two. In particular in connection with the significantly smaller dimensioned conversion pinion, which rotates together and in a coaxial arrangement with the scanning pinion, the desired gear ratio of gear ring to sensor pinion can be achieved.

Die Erfindung betrifft auch ein Lenkwinkelsensorsystem mit einem Untersetzungsgetriebe von Lenkwelle zum Sensorritzel, das maximal drei Getriebestufen, insbesondere zwei Getriebestufen aufweist. Die geringe Anzahl an Getriebestufen bedingt ein entsprechend geringes Maß an Spiel im Untersetzungsgetriebe, was mit einer höheren Messgenauigkeit und geringeren Signalverzögerung einhergeht.The invention also relates to a steering angle sensor system with a reduction gear from the steering shaft to the sensor pinion, which has a maximum of three gear stages, in particular two gear stages. The small number of gear stages requires a correspondingly small amount of play in the reduction gear, which is accompanied by higher measurement accuracy and lower signal delay.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Lenksystem mit einem vorbeschriebenen Lenkwinkelsensorsystem, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle zur Übertragung des Lenkwinkels in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Räder aufweist. Gegebenenfalls kann das Lenksystem in an sich bekannter Weise einen Servomotor zur Erzeugung eines Lenkmoments zur Unterstützung der Fahrertätigkeit aufweisen. Dem Servomotor ist ein Lenksteuergerät zugeordnet, über das der Servomotor angesteuert wird.The invention further relates to a steering system with a steering angle sensor system as described above, the steering system having a steering shaft for transmitting the steering angle into a wheel steering angle of the steerable wheels. If necessary, the steering system can have a servo motor in a manner known per se for generating a steering torque to support the driver's activity. A steering control unit is assigned to the servo motor and is used to control the servo motor.

Das Lenksystem kann als Steer-by-Wire-Lenksystem ohne mechanische oder hydraulische Kopplung zwischen Lenkwelle und lenkbaren Rädern des Fahrzeugs ausgeführt sein. Das Steer-by-Wire-Lenksystem kann redundant ausgelegt sein und zwei vorbeschriebene Lenkwinkelsensorsysteme aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass das Lenksystem in konventioneller Weise mit einem mechanischen oder gegebenenfalls hydraulischen Durchgriff zwischen Lenkwelle und lenkbaren Rädern ausgeführt ist, indem die Lenkwelle über ein Lenkgetriebe mit den lenkbaren Rädern verbunden ist. Das vorbeschriebene Lenkwinkelsensorsystem kann in beiden Ausführungen eingesetzt werden.The steering system can be designed as a steer-by-wire steering system without mechanical or hydraulic coupling between the steering shaft and the steerable wheels of the vehicle. The steer-by-wire steering system can be designed redundantly and have two steering angle sensor systems described above. Alternatively, it is also possible for the steering system to be designed in a conventional manner with a mechanical or, if necessary, hydraulic connection between the steering shaft and the steerable wheels, in that the steering shaft is connected to the steerable wheels via a steering gear. The steering angle sensor system described above can be used in both versions.

Das Lenksystem kann mit zwei Sensoreinheiten ausgestattet sein, bei dem beide Sensorritzel der Sensoreinheiten mit demselben Abtastritzel direkt oder indirekt kämmen.The steering system can be equipped with two sensor units, in which both sensor pinions of the sensor units mesh directly or indirectly with the same scanning pinion.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Lenksystem mit zwei Sensoreinheiten ausgestattet, bei denen die beiden Sensorritzel der zwei Sensoreinheiten mit derselben Gesamtübersetzung ausgeführt sind.In a further advantageous embodiment, the steering system is equipped with two sensor units, in which the two sensor pinions of the two sensor units are designed with the same overall gear ratio.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführung ist das Lenksystem mit zwei Sensoreinheiten ausgestattet, bei denen die beiden Sensorritzel der zwei Sensoreinheiten mit unterschiedlicher Gesamtübersetzung ausgeführt sind.In an alternative advantageous embodiment, the steering system is equipped with two sensor units, in which the two sensor pinions of the two sensor units are designed with different overall gear ratios.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Lenksystem mit zwei Sensoreinheiten und einem Zusatzsensor ausgestattet, wobei der Zusatzsensor ein vorbeschriebener Lenkwinkelsensor ist.In a further advantageous embodiment, the steering system is equipped with two sensor units and an additional sensor, the additional sensor being a previously described steering angle sensor.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Lenkwinkelsensorsystems für das Lenksystem.
Further advantages and practical designs can be found in the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a steering system in a vehicle,
  • 2 a schematic representation of a steering angle sensor system for the steering system.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are given the same reference numbers.

Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 für ein Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenk- oder Getriebegehäuse 4 und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebegehäuse 4 nimmt ein Lenkgetriebe mit einem Lenkritzel und der Lenkzahnstange 5 auf, wobei das Lenkritzel drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist und mit der Lenkzahnstange 5 kämmt.This in 1 The steering system 1 shown for a vehicle comprises a steering wheel 2, a steering shaft 3, a steering or gearbox housing 4 and a steering linkage with a steering rack 5, via which a steering movement is transmitted to the steerable wheels 6 of the vehicle. The gear housing 4 accommodates a steering gear with a steering pinion and the steering rack 5, the steering pinion being non-rotatably connected to the steering shaft 3 and meshing with the steering rack 5.

Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkwelle 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δL vor, der im Lenkgetriebe 8 im Getriebegehäuse 4 auf die Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δV einstellt. Der Lenkwinkel δL wird über ein an der Lenkwelle 3 angeordnetes Lenkwinkelsensorsystem 9 ermittelt.The driver specifies a steering angle δ L via the steering wheel 2, to which the steering shaft 3 is firmly connected, which is transmitted in the steering gear 8 in the gear housing 4 to the steering rack 5 of the steering linkage, whereupon a wheel steering angle δ V is formed on the steerable wheels 6 sets. The steering angle δ L is determined via a steering angle sensor system 9 arranged on the steering shaft 3.

Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe eingespeist werden kann.To support the manual torque applied by the driver, an electric servo motor 7 is provided, via which a servo torque can be fed into the steering gear.

In 2 ist das Lenkwinkelsensorsystem 9 zur Ermittlung des Lenkwinkels δL detaillierter dargestellt. Das Lenkwinkelsensorsystem 9 umfasst einen Zahnkranz 10, ein Abtastritzel 11, ein Umsetzritzel 12, ein Sensorritzel 13 sowie einen Lenkwinkelsensor 14. Diese Bauteile des Lenkwinkelsensorsystems 9 können in einem eigenen Sensorgehäuse angeordnet sein. Der Zahnkranz 10 sitzt auf der Lenkwelle 3 auf und ist drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden, so dass die Umdrehungen, welche die Lenkwelle 3 ausführt, auch von dem Zahnkranz 10 ausgeführt werden. Achsparallel versetzt zum Zahnkranz 10 ist das Abtastritzel 11 angeordnet, welches mit dem Zahnkranz 10 kämmt, jedoch eine kleinere Zähnezahl aufweist als der Zahnkranz 10. Auf dem Abtastritzel 11 sitzt das Umsetzritzel 12, das koaxial zum Abtastritzel 11 angeordnet und drehfest mit dem Abtastritzel 11 verbunden ist. Das Umsetzritzel 12 besitzt eine signifikant kleinere Zähnezahl als das Abtastritzel 11. Mit dem Umsetzritzel 12 kämmt das Sensorritzel 13, das zumindest annähernd die gleiche Zähnezahl wie das Abtastritzel 11 aufweist und Träger des Lenkwinkelsensors 14 ist. Das Sensorritzel 13 ist achsparallel sowohl zum Zahnkranz 10 als auch zum Abtastritzel 11 und dem Umsetzritzel 12 angeordnet.In 2 the steering angle sensor system 9 for determining the steering angle δ L is shown in more detail. The steering angle sensor system 9 includes a ring gear 10, a sensing pinion 11, a conversion pinion 12, a sensor pinion 13 and a steering angle sensor 14. These components of the steering angle sensor system 9 can be arranged in their own sensor housing. The ring gear 10 sits on the steering shaft 3 and is connected to the steering shaft 3 in a rotationally fixed manner, so that the revolutions that the steering shaft 3 carries out are also carried out by the ring gear 10. The scanning pinion 11 is arranged axially parallel to the toothed ring 10 and meshes with the toothed ring 10, but has a smaller number of teeth than the toothed ring 10. The conversion pinion 12 sits on the scanning pinion 11 and is arranged coaxially with the scanning pinion 11 and is connected to the scanning pinion 11 in a rotationally fixed manner is. The conversion pinion 12 has a significantly smaller number of teeth than the scanning pinion 11. The sensor pinion 13 meshes with the conversion pinion 12, which has at least approximately the same number of teeth as the scanning pinion 11 and is the carrier of the steering angle sensor 14. The sensor pinion 13 is arranged axially parallel to both the gear ring 10 and the scanning pinion 11 and the conversion pinion 12.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Zahnkranz 10 etwa 54 Zähne auf, das Abtastritzel 11 30 Zähne, das Sensorritzel 13 31 Zähne und das Umsetzritzel 12 6 Zähne.In the exemplary embodiment shown, the ring gear 10 has approximately 54 teeth, the scanning pinion 11 has 30 teeth, the sensor pinion 13 has 31 teeth and the conversion pinion 12 has 6 teeth.

Die Zähnezahlen von Zahnkranz 10, Abtastritzel 11, Umsetzritzel 12 und Sensorritzel 13 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass das Sensorritzel 13 bei maximalem Lenkausschlag der Lenkwelle 3 zwischen linkem und rechtem Lenkanschlag des Lenksystems und des Zahnkranzes 10 sich weniger als um 360° verdreht. Hierdurch ist gewährleistet, dass jedem Lenkwinkeleinschlag und entsprechend jedem Lenkwinkel δL ungeachtet einer Mehrfachumdrehung der Lenkwelle 3 und des Zahnkranzes 10 genau eine Sensorritzelposition des Sensorritzels 13 zugeordnet ist, die sich in einem Winkelbereich zwischen 0° und 360° befindet. Auch bei mehrfachen Drehungen der Lenkwelle 3 steht immer ein Absolutwert des über den Lenkwinkelsensor 14 gemessenen Lenkmesswinkels zur Verfügung, der entsprechend der Über- bzw. Untersetzung in dem Lenkwinkelsensorsystem 9 in einen entsprechenden Lenkwinkel δL umgerechnet werden kann. Somit ist es nicht erforderlich, zusätzlich zu dem Lenkwinkelsensor 14 auch einen Abtastsensor zur Ermittlung voller Umdrehungen des Sensorritzels 13 vorzusehen.The number of teeth of the gear ring 10, scanning pinion 11, conversion pinion 12 and sensor pinion 13 are coordinated with one another in such a way that the sensor pinion 13 rotates less than 360 ° when the steering shaft 3 is at maximum steering deflection between the left and right steering stops of the steering system and the gear ring 10. This ensures that each steering angle angle and correspondingly each steering angle δ L is assigned exactly one sensor pinion position of the sensor pinion 13, regardless of a multiple revolution of the steering shaft 3 and the ring gear 10, which is in an angular range between 0° and 360°. Even with multiple rotations of the steering shaft 3, an absolute value of the steering measurement angle measured via the steering angle sensor 14 is always available, which can be converted into a corresponding steering angle δ L according to the ratio or reduction in the steering angle sensor system 9. It is therefore not necessary to provide a scanning sensor for determining full revolutions of the sensor pinion 13 in addition to the steering angle sensor 14.

Mit dem vorbeschriebenen, Multiturn-fähigen Lenkwinkelsensor kann in jeder Situation ohne Zwischenspeichern eines vorherigen Messwertes direkt der absolute Lenkwinkel gemessen werden kann, so dass eine einfache und schnelle Auswertung des Sensorsignales möglich ist. Bei einem Steer-by-wire-System kann der Sensor als Hauptsensor gegebenenfalls in zweifacher Ausführung als redundantes System ausgeführt sein oder als Ergänzung zu einem redundanten System als Zusatzsensor mit geringerer Messauflösung verwendet werden.With the multiturn-capable steering angle sensor described above, the absolute steering angle can be measured directly in any situation without buffering a previous measured value, so that a simple and quick evaluation of the sensor signal is possible. In a steer-by-wire system, the sensor as the main sensor can optionally be designed in duplicate as a redundant system or can be used as an additional sensor with a lower measurement resolution as a supplement to a redundant system.

Bei der Verwendung als redundante Hauptsensoren kann auch direkt an das Umsetzritzel ein zweites Sensorritzel kämmend angeordnet sein. Das zweite Sensorritzel kann die gleiche Zähnezahl wie das erste Sensorritzel aufweisen. Bevorzugt hat das zweite Sensorritzel eine zum ersten Sensorritzel unterschiedliche Zähnezahl, so dass die beiden Sensoren zu einem Lenkwinkel unterschiedliche Signale liefern. Durch eine Plausibilitätsprüfung der beiden Messsignale kann die Funktionsfähigkeit der beiden Sensoren überwacht werden. Dies gilt auch bei einem System, bei dem jede Sensoreinheit ein separates Abtastritzel aufweist.When used as redundant main sensors, a second sensor pinion can also be arranged to mesh directly with the conversion pinion. The second sensor pinion can have the same number of teeth as the first sensor pinion. The second sensor pinion preferably has a different number of teeth than the first sensor pinion, so that the two sensors deliver different signals for a steering angle. The functionality of the two sensors can be monitored by checking the plausibility of the two measurement signals. This also applies to a system in which each sensor unit has a separate scanning pinion.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20230093616 A1 [0002]US 20230093616 A1 [0002]
  • DE 102016105964 A1 [0003]DE 102016105964 A1 [0003]

Claims (10)

Lenkwinkelsensorsystem, mit einem mit einer Lenkwelle (3) des Lenksystems (1) zu verbindenden Zahnkranz (10), der mit einem Abtastritzel (11) kämmt, das direkt oder indirekt mit einem Sensorritzel (13) kämmt, welches Träger eines Lenkwinkelsensor-Geberelements (14) ist, wobei das Übersetzungsverhältnis im kinematischen Übertragungsweg von Zahnkranz (10) zu Sensorritzel (13) in der Weise bestimmt ist, dass die Umdrehungen des Zahnkranzes (10) bei maximalem Lenkwinkelausschlag zwischen einem linken und einem rechten Lenkanschlag zu weniger als eine Umdrehung des Sensorritzels (13) führt.Steering angle sensor system, with a gear ring (10) to be connected to a steering shaft (3) of the steering system (1), which meshes with a scanning pinion (11), which meshes directly or indirectly with a sensor pinion (13), which is the carrier of a steering angle sensor transmitter element ( 14), the gear ratio in the kinematic transmission path from the ring gear (10) to the sensor pinion (13) being determined in such a way that the revolutions of the ring gear (10) at maximum steering angle deflection between a left and a right steering stop are less than one revolution of the Sensor pinion (13) leads. Lenkwinkelsensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastritzel (11) Träger eines Umsetzritzels (12) ist, das eine geringere Zähnezahl als das Abtastritzel (11) besitzt und das mit dem Sensorritzel (13) kämmt.Steering angle sensor system Claim 1 , characterized in that the scanning pinion (11) is the carrier of a conversion pinion (12) which has a smaller number of teeth than the scanning pinion (11) and which meshes with the sensor pinion (13). Lenkwinkelsensorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis von Abtastritzel (11) zu Umsetzritzel (12) mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf beträgt.Steering angle sensor system Claim 2 , characterized in that the transmission ratio of the scanning pinion (11) to the conversion pinion (12) is at least three, preferably at least five. Lenkwinkelsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastritzel (11) eine geringere Zähnezahl als der Zahnkranz (10) aufweist.Steering angle sensor system according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the scanning pinion (11) has a smaller number of teeth than the ring gear (10). Lenkwinkelsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastritzel (11) und das Sensorritzel (13) die gleiche Zähnezahl aufweisen.Steering angle sensor system according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the scanning pinion (11) and the sensor pinion (13) have the same number of teeth. Lenkwinkelsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis von Zahnkranz (10) zu Abtastritzel (11) maximal zwei beträgt.Steering angle sensor system according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the gear ratio of the ring gear (10) to the scanning pinion (11) is a maximum of two. Lenksystem mit einem Lenkwinkelsensorsystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Lenksystem (1) eine Lenkwelle (3) zur Übertragung eines Lenkwinkels (δL) in einen Radlenkwinkel (δV) lenkbarer Räder aufweist.Steering system with a steering angle sensor system (9) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the steering system (1) has a steering shaft (3) for transmitting a steering angle (δ L ) into a wheel steering angle (δ V ) of steerable wheels. Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) einen Servomotor (7) zur Erzeugung eines auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs wirkenden Lenkmoments und ein Lenksteuergerät (8) zur Ansteuerung des Servomotors (7) aufweist.Steering system Claim 7 , characterized in that the steering system (1) has a servo motor (7) for generating a steering torque acting on the steerable wheels of the vehicle and a steering control device (8) for controlling the servo motor (7). Lenksystem nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Steer-by-Wire-Lenksystem ohne mechanische oder hydraulische Kopplung zwischen Lenkwelle (3) und lenkbaren Rädern des Fahrzeugs.Steering system Claim 7 or 8th , characterized by a design as a steer-by-wire steering system without mechanical or hydraulic coupling between the steering shaft (3) and the steerable wheels of the vehicle. Fahrzeug mit einem Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.Vehicle with a steering system (1) according to one of the Claims 7 until 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016105964A1 (en) 2016-04-01 2017-10-05 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Method for steering angle determination in a steering system with electric servomotor
US20230093616A1 (en) 2020-02-17 2023-03-23 Hitachi Astemo, Ltd. Rotation angle detection device

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