DE3703591A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines elektrischen signales - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elek­ trischen Signales entsprechend dem Lenkeinschlag an einer Lenkung für Kraftfahrzeuge, insbesondere an einer Zahnstangenlenkung, mit einem über ein Lenkhandrad und eine Lenksäule angetriebenem An­ triebselement des Lenkgetriebes und einem Lenkwinkelsensor.

Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art werden beispielsweise für Brems- und Antriebsschlupf-Regelsysteme, für die Steuerung von Differentialsperren und Allradlenkungen etc. verwendet. Sie er­ fassen den Einschlagwinkel der gelenkten Räder des Kraftfahrzeu­ ges und setzen ihn in elektrische Signale um.

Die Anbringung elektrischer Lenkwinkelsensoren bereitet jedoch Schwierigkeiten, weil der durch Lenkhandrad, Lenksäule und An­ triebselement des Lenkgetriebes gebildete Antriebsstrang mehrere Umdrehungen von Anschlag zu Anschlag ausführt, so daß einfache Drehwinkelsensoren nicht oder nur mit aufwendigen Zwischenge­ trieben einsetzbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsge­ mäßen Art zu schaffen, die einfach und platzsparend sowie mon­ tageleicht und funktionssicher aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 ge­ löst. Erfindungsgemäß ist an dem freien, stirnseitigen Ende des Antriebsritzels eine Gewindeverbindung als Funktionselelemt des Lenkwinkelksensors vorgesehen, mit der nach Art eines Mikrome­ ters der Drehwinkel des Antriebsritzels bzw. des Lenkhandrades in einen linearen Weg umgewandelt wird. Die Verschiebung bildet somit ein Maß für den Lenkeinschlag und wird in dem Lenkwinkel­ sensor in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann der Lenkwinkelsensor unmittelbar in das Gehäuse des Lenkgetriebes integriert und bei dessen Montage eingestellt werden. Dabei ist er innerhalb des Lenkgehäuses sowohl vor Witterungseinflüssen als auch vor mechani­ schen Beschädigungen im rauhen Fahrbetrieb geschützt, so daß eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet ist. Durch die Wahl der Ge­ windesteigung kann eine gewünschte Zuordnung von Gesamtdrehwinkel zu Sensorweg oder -kraft erzielt werden.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind den Patentansprüchen 2 bis 8 entnehmbar.

Die Gewindeverbindung kann eine an das Antriebselement, bei einer Zahnstangenlenkung an das die Zahnstange antreibende Antriebs­ ritzel, angeformte Gewindestange sein, auf der sich eine gegen Verdrehung gesicherte Gewindemutter als Sensorelement befinden kann. Bevorzugt wird jedoch gemäß Patentanspruch 2 vorgeschlagen, in dem Antriebselement ein Innengewinde auszubilden, in das ein Gewindebolzen eingesetzt ist. Eine derartige Bauart ist herstel­ lungstechnisch einfach und erfordert nur wenig Bauraum. Der Ge­ windebolzen, der nur wenig Kräfte zu übertragen hat, kann aus Kunststoff hergestellt sein.

Ferner kann zur Vereinfachung der Montage und des Herstellungs­ aufwandes der Lenksensor und die Verdrehsicherung für das beweg­ liche Sensorelement bzw. für den Gewindebolzen in einem das An­ triebselement des Lenkgetriebes axial abschließendem Gehäusedek­ kel angeordnet sein (Anspruch 4).

Der Lenkwinkelsensor kann entsprechend den Merkmalen der Patent­ ansprüche 5 bis 7 als ein induktiver Weggeber, ein über eine Fe­ der beaufschlagtes Piezo-Kraftmeßelement oder unter Verwendung von Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein. Diese von ihrer Funktion her bekannten, im Handel erhältlichen Sensoren lassen sich in be­ sonderem Maße auf eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art an­ passen. Gemäß Anspruch 8 kann der Lenkwinkelsensor mit dem beweg­ lichen Sensorelement eine Baueinheit bilden, die montageleicht über den Mitnehmerlappen des Sensorelementes an das Antriebsele­ ment ankuppelbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Vorrichtung an einem Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsritzel und einem mit dem Antriebsritzel über eine Gewindever­ bindung zusammenwirkenden induktiven Weggeber als Lenkwinkelsensor;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem Piezo- Kraftmeßelement als Lenkwinkelsensor und

Fig. 3 eine weitere Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Dehnmeßstreifeneinrichtung als Lenkwinkelsensor,

Fig. 4 eine alternative Ausbildung eines Lenkwinkelsensors der Bauart nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist teilweise ein Zahnstangen-Lenkgetriebe (10) für Kraftfahrzeuge dargestellt, mit einem Gehäuse (12), einer Zahn­ stange (14) und einem die Zahnstange antreibenden Antriebsritzel (16). Die Zahnstange (14) ist über nicht dargestellte Gleitlager in dem Gehäuse (12) verschiebbar gelagert. Das Antriebsritzel (16) ist über Wälzlager (18), (20) drehbar in dem Gehäuse (12) aufgenommen und über eine Kerbverzahnung (22) an eine nicht dar­ gestellte Lenksäule mit einem Lenkhandrad angeschlossen. Die Zahnstange (14) ist über nicht dargestellte Spurstangen und Lenk­ hebel mit den lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden.

An der der Kerbverzahnung (22) gegenüberliegenden, freien Stirn­ seite (24) des Antriebsritzels (16) ist eine Bohrung mit einem Innengewinde (26) eingearbeitet. In dieser Bohrung ist ein Gewin­ debolzen (28) mit einem Bolzenkopf (30) aufgenommen. An dem Bol­ zenkopf (30) wiederum ist ein Stift (32) angeformt, der einen Magnetkern (34) eines Lenkwinkelsensors (36) trägt. Der Magnetkern (32) taucht als axial verschiebliches Sensorelement in die Induk­ tionsspule (38) des Lenksensors (36) je nach Drehwinkelstellung des Antriebsritzels (16) mehr oder weniger ein und gibt dabei ein veränderliches elektrisches Signal ab. Die Spannungsversorgung sowie die Signalabgabe erfolgt über den Leitungsstrang (40), der an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges bzw. an eine nicht darge­ stellte elektronische Steuereinheit für die Berechnung und Ver­ arbeitung des Lenkungseinschlages verbunden ist.

Das durch den Gewindebolzen (28) mit Bolzenkopf (30) und Stift (32) mit Magnetkern (34) gebildete, bewegliche Sensorelement ist mit Ausnahme des Magnetkernes (34) aus Kunststoff hergestellt und bildet in Verbindung mit dem Innengewinde (26) des Antriebs­ ritzels (16) eine spielfreie Gewindeverbindung.

Die Induktionsspule (36) ist fest in den Gehäusedeckel (42) ein­ gesetzt, der das Gehäuse (12) an der Stirnseite (24) des An­ triebsritzels (16) abschließt. Ferner trägt der Gehäusedeckel (42) einen parallel zum Gewindebolzen (28) verlaufenden Führungs­ stift (44), der als Verdrehsicherung eine radial ausgerichtete Nut (46) im Bolzenkopf (30) durchsetzt. Bei einem Verdrehen des Antriebsritzels (16) kann sich der Bolzenkopf (30) bzw. das axial verschiebliche Sensorelement nicht verdrehen, aber entsprechend der gewählten Gewindesteigung axial verschieben. Im Gehäusedeckel (42) sind Langlöcher (48) vorgesehen, durch die hindurch die nicht dargestellten Befestigungsschrauben greifen. Aufgrund der Langlöcher (48) kann bei gelockerten Befestigungsschrauben eine Feineinstellung bzw. Justierung des Lenkwinkelsensors (36) durch Verdrehen des Gehäusedeckels (42) durchgeführt werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einem Lenkwinkelsensor (50), der durch eine Piezo-Kraftmeßzelle (52) und eine kalibrierte Schrau­ bendruckfeder (54) gebildet ist. Die Piezo-Kraftmeßzelle (52) ist über elektrische Leitungen (56), (58) mit der nicht dargestellten elektronischen Steuerschaltung verbunden. Die Kraftmeßzelle (52) liefert in bekannter Weise veränderliche elektrische Signale, wenn über die Schraubendruckfeder (54) unterschiedliche Drücke ausge­ übt werden.

Das Zahnstangen-Lenkgetriebe ist im wesentlichen baugleich dem der Fig. 1; gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen. Die Kraftmeßzelle (52) ist in den Gehäusedeckel (42) (vgl. Fig. 1) fest eingesetzt. Die auf die Kraftmeßzelle (52) Druck aus­ übende Schraubendruckfeder (54) ist andernends an dem Bolzenkopf (30) abgestützt. Der Bolzenkopf (30) ist konform der Fig. 1 mit dem Gewindebolzen (28) einstückig ausgebildet, in die Innengewin­ debohrung (26) des Antriebsritzel (16) eingeschraubt und über den Führungsstift (44) verdrehfest gehalten. Bei einem Verdrehen des Antriebsritzels (16) wird die Schraubendruckfeder (54) mehr oder weniger zusammengespannt und somit über die Kraftmeßzelle (52) der Lenkungseinschlag erfaßt.

In der Fig. 3 ist der in die Innengewindebohrung (26) des An­ triebsritzels (16) eingeschraubte Gewindebolzen (28) mit einem Bolzenkopf (60) versehen, der über eine angeformte Nase (62) ge­ gen Verdrehen gesichert in einer Führungsnut (nicht dargestellt) des Gehäusedeckels (42) geführt ist. Am Bolzenkopf (60) abge­ stützt ist der Federteil (64) einer Dehnmeßstreifeneinrichtung (66), die im Krümmungsbereich bei (68) mit Dehnmeßstreifen (nicht dargestellt) besetzt ist. Die gehäuseseitige Aufnahme (70) der Dehnmeßstreifeneinrichtung (66) ist in dem Gehäusedeckel (42) fest eingesetzt (vgl. Fig. 1). Über elektrische Kabel (72), (74) ist die Dehnmeßstreifeneinrichtung (66) mit einer elektronischen Steuerschaltung verbunden.

Wird das Antriebsritzel (16) verdreht, so wird über die Gewinde­ verbindung das bewegliche Sensorelement bzw. der Federteil (64) komprimiert, wobei über die Dehnmeßstreifen in bekannter Weise veränderliche elektrische Signale gebildet werden, die ein Maß für den momentanen Lenkeinschlag bilden.

Die Fig. 4 zeigt einen Lenkwinkelsensor (36′) der gleichen Bauart wie in Fig. 1. Abweichend davon ist jedoch an die Induktionsspule (38′) angesetzt bzw. mit dieser fest verbunden eine Gewindebuchse (84′), in die ein Gewindestift (80) eingeschraubt ist. Der Gewin­ destift (80) trägt den Magnetkern (34′) und entgegengesetzt dazu einen als Flachhaut ausgebildeten Mitnehmerlappen (82). Der Mit­ nehmerlappen (82) wiederum ragt in einen korrespondierenden Schlitz (86) an der Stirnseite (24′) des Antriebsritzels (16′) ein.

Bei einer Drehung des Antriebsritzels (16′) wird der Gewindestift (80) mitverdreht, wobei er sich entsprechend der Gewindesteigung axial in der Gewindebuchse (84) verschiebt. Dabei findet auch eine Relativverschiebung zwischen Mitnehmerlappen (82) und Schlitz (86) statt, was bei der Gestaltung des Mitnehmerlappens (82) und des Schlitzes (86) entsprechend zu berücksichtigen ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signales entspre­ chend dem Lenkeinschlag an einer Lenkung für Kraftfahrzeuge, insbesondere an einer Zahnstangenlenkung, mit einem über ein Lenkhandrad und eine Lenksäule angetriebenem Antriebselement des Lenkgetriebes und einem Lenkwinkelsensor mit einem beweg­ lichen Sensorelement, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Lenkwinkelsensor (36; 50; 66) an der freien Stirn­ seite (24) des Antriebselementes (16) angeordnet ist;
• - daß das bewegliche Sensorelement über eine Gewindeverbindung (26, 28) bei einer Verdrehung des Antriebselementes (16) in axialer Richtung betätigt ist,
• - wobei der eine Gewindeteil mit dem Antriebselement (16) ver­ drehbar und der andere Gewindeteil unverdrehbar in einem Gehäuseabschnitt der Lenkung gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Antriebselement (16) ein Innengewinde (26) ausgebildet ist, in dem ein Gewindebolzen (28) mit einem Bolzenkopf (30); (60); aufgenommen ist, wobei der Bolzenkopf eine Verdrehsiche­ rung mit dem Gehäuse (42) bildet und auf das Sensorelement wirkt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gewindebolzen (28) aus Kunststoff herge­ stellt ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lenkwinkelsensor und die Verdrehsicherung für das bewegliche Sensorelement an einem das Antriebselement axial abschließendem Gehäusedeckel (42) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bolzenkopf (30) einen stiftförmigen Magnetkern (34) als verschiebliches Sensorelement trägt, welcher in eine am Gehäuse (42) des Antriebselementes (16) befestigte Induk­ tionsspule (38) des Lenkwinkelsensors (36) eintaucht.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bolzenkopf (30) über eine Feder (54) ein Piezo- Kraftmeßelement (52) als Lenkwinkelsensor (50) beaufschlagt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bolzenkopf (60) auf ein mit Dehnmeßstreifen versehenes Federteil (64) einer Dehnmeßstreifeneinrichtung (66) als Lenkwinkelsensor wirkt.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der stiftförmige Magnetkern (34′) mit einem Gewinde­ stift (80) und einem Mitnehmerlappen (82) versehen ist, wobei der Gewindestift (80) in eine Gewindebuchse (84) der Induk­ tionsspule (38′) eingeschraubt ist und der Mitnehmerlappen (82) in einen korrespondierenden Schlitz (86) an der freien Stirnseite (24′) des Antriebselementes (16′) einragt.