DE4115244A1 - Angular position sensor for rotary shaft - uses evaluation of signals from coarse and precision measuring stages to obtain shaft mean position - Google Patents

Angular position sensor for rotary shaft - uses evaluation of signals from coarse and precision measuring stages to obtain shaft mean position

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DE4115244A1 DE19914115244 DE4115244A DE4115244A1 DE 4115244 A1 DE4115244 A1 DE 4115244A1 DE 19914115244 DE19914115244 DE 19914115244 DE 4115244 A DE4115244 A DE 4115244A DE 4115244 A1 DE4115244 A1 DE 4115244A1
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Abstract

The angular position sensor has a precision sensor stage providing the shift position within a measuring range of 360 degrees and a coarse position sensor, providing the shaft position relative to the full shaft rotation range. The latter has a given position relative to the mean position of the shaft, the latter determined by evaluating the measuring signals from the coarse and/or precision measuring stages. Pref. the evaluation of the measuring signals is effected by obtaining an arithmetic mean value, each measuring stage pref. comprising an absolute angle indicator, their outputs supplied in parallel via an incremental source. USE - For use in vehicle navagation, or target tracking system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an angle sensor according to the Preamble of claim 1.

Bei einem derartigen, aus der EP-3 86 439-A bekannten Win­ kelsensor besitzt der Grobsensor ein Geberelement, das auf einer spiralförmig verlaufenden Bahn gleitet. Die Spiralbahn ist dabei entweder in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle oder längs dieser Achse ausgebildet. In beiden Fällen legt das Geber­ element bei einem Durchlauf der Welle von einem zum anderen Endanschlag, bei dem mehrere Umdrehungen durchgeführt wer­ den, einen Weg zurück, der von einem Anfangs- zu einem End­ punkt verläuft. Die Mittellage ist durch eine Position des Gebere­ lements gekennzeichnet, die etwa in der Mitte zwischen den bei­ den Endpunkten der Bewegungsbahn liegt. Der Grobsensor liefert wie der Feinsensor eine absolute Winkelinformation.In such a win known from EP-3 86 439-A kelsensor the coarse sensor has a sensor element that is on a spiral track slides. The spiral track is there either in a plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft or trained along this axis. In both cases, the dealer lays element when the shaft travels from one to the other End stop at which several revolutions are carried out that, a way back, from a beginning to an end point runs. The middle position is due to a position of the encoder elements marked approximately in the middle between the at the end points of the trajectory. The coarse sensor delivers like the fine sensor an absolute angle information.

Ein derartiger Winkelsensor erfordert bei seinem Einbau einen er­ heblichen Aufwand, da die Mittellage der Welle mit der entspre­ chende Lage des Geberelements korreliert werden muß. Nur dann ist sichergestellt, daß der Grobsensor eine exakte Aussage über die jeweils vorliegende Umdrehungszahl der Welle liefert. Da das Geberelement beispielsweise im Gehäuse der Welle gelagert und somit frei gegenüber der Spiralbahn beweglich ist, ergeben sich insbesondere in der Serienfertigung insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen erhebliche Einbauprobleme. Ferner kann es bei einem fehlerhaften Einbau zu einer Beschädigung oder sogar Zer­ störung des Grobsensors kommen, wenn das Geberelement bei den Drehbewegungen der Welle über seine Endposition hinaus­ läuft.Such an angle sensor requires a he when installing it considerable effort, since the middle position of the shaft corresponds with the correct position of the encoder element must be correlated. Only then it is ensured that the coarse sensor gives an exact statement about delivers the current number of revolutions of the shaft. Since that Encoder element, for example, stored in the housing of the shaft and thus freely movable with respect to the spiral path, result especially in series production, especially with bad ones Visibility considerable installation problems. Furthermore, it can incorrect installation for damage or even damage malfunction of the coarse sensor come when the encoder element at the rotary movements of the shaft beyond its end position running.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der fertigungstechnisch ver­ einfacht und auch bei einem fehlerhaften Einbau vor einer Be­ schädigung geschützt ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention has for its object an angle sensor to create the type mentioned, the manufacturing technology ver simple and even with incorrect installation before loading damage is protected. The invention solves this problem the characterizing features of claim 1.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Aus­ gangssignal des Grobsensors nicht durch die Vorgabe einer Ein­ baulage vorzubestimmen, sondern für die jeweilige Einbaulage des Grobsensors, die in der Regel in einem weiten Bereich vari­ ierbar ist, die Mittellage der Welle durch die numerische Aus­ wertung zumindest eines der von den beiden Sensoren gelieferten Meßsignale zu bestimmen. Unter Einbaulage des Grobsensor ist dabei die Zuordnung zwischen dem Geberelement des Sensors und dem zugehörigen Aufnehmer zu bestimmen.The basic idea of the invention is the end input signal of the coarse sensor not by specifying an on to determine the installation position, but for the respective installation position of the coarse sensor, which usually varies over a wide range is the middle position of the shaft by the numerical Aus evaluation of at least one of the two sensors To determine measurement signals. The coarse sensor is in the installed position the assignment between the sensor's sensor element and the associated transducer.

Die Erfindung bedingt einen Aufbau des Grobsensors, der sich von dem bei dem eingangs genannten Winkelsensor unterscheidet. Der Grobsensor soll nun gerade keinerlei Anschläge für die Be­ wegung des Geberelements besitzen. Vielmehr muß sichergestellt sein, daß er bei einer beliebigen Einbaulage der Drehbewegung der Welle ungehindert folgen kann.The invention requires a structure of the coarse sensor differs from that in the above-mentioned angle sensor. The coarse sensor is not supposed to stop the Be possess movement of the encoder element. Rather, it must be ensured be that it can be rotated in any position can follow the wave unhindered.

Die Auswertung zumindest eines der beiden von den Sensoren gelieferten Meßsignale kann auf unterschiedliche Weise vorge­ nommen werden. So ist es beispielsweise bei einem bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, bei dem der Winkelsensor zur Be­ stimmung der Drehlage der Lenkwelle und damit des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs dient, möglich, die Auswertung einmalig bei Inbetriebnahme des Winkelsensors vorzunehmen. Dies kann bei­ spielsweise "am Band" erfolgen. Dort ist sichergestellt, daß sich die Räder des Kraftfahrzeugs in der Geradeaus-Stellung befinden. The evaluation of at least one of the two by the sensors supplied measurement signals can be pre-selected in different ways be taken. For example, it is with a preferred one Application of the invention, in which the angle sensor for loading the rotational position of the steering shaft and thus the steering angle of the motor vehicle serves, possibly, the evaluation once Commissioning of the angle sensor. This can happen with for example "on the line". There it is ensured that the wheels of the motor vehicle are in the straight-ahead position.  

In dieser Stellung erfolgt in der Regel auch die Montage des Lenkrads. Es ist damit möglich, bei dieser Montage gleichzeitig die Ausgangssignale der beiden Sensoren und insbesondere des Grobsensors festzuhalten und damit die Mittellage der Welle zu definieren.In this position, the assembly of the Steering wheel. It is possible with this assembly at the same time the output signals of the two sensors and in particular the Hold coarse sensor and thus the middle position of the shaft define.

Alternativ dazu und auch bei anderen Anwendungsfällen der Erfin­ dung, bei denen beispielsweise die Mittellage der Welle nicht zu einem definierten Zeitpunkt vorgegeben ist, kann die Auswertung zur Bestimmung der Mittellage der Welle auch in einer numeri­ schen Mittelung der vom Fein- und/oder Grobsensor gelieferten Meßsignale bestehen. Dabei ist angenommen, daß die Mittellage von allen Lagen der Welle die größte Häufigkeit besitzt. Für den bereits angesprochenen Anwendungsfall bei einem Kraftfahrzeug kann diese Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Information über die Mittellage der Welle, beispielsweise infolge einer Abkopplung der Sensoren vom Bordnetz verlorengegangen ist.Alternatively and also in other applications of the Erfin dung, where for example the middle position of the shaft does not The evaluation can be carried out at a defined point in time to determine the central position of the shaft also in a numeri averaging of those supplied by the fine and / or coarse sensor Measurement signals exist. It is assumed that the middle layer has the greatest frequency of all positions of the wave. For the already mentioned application in a motor vehicle can this embodiment of the invention, for example be advantageous if the information on the central position of the Wave, for example due to a decoupling of the sensors from Vehicle electrical system has been lost.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschäftigen sich mit der konstruktiven Seite des Winkelsensors. So kann das Geberele­ ment des Grobsensors ein mit der Welle synchronisiert bewegtes Endlosband sein, das bei der Umdrehung der Welle über ihren gesamten Drehbereich einen Weg zurücklegt, der der Lage des Endlosbandes gleich ist. Diese Lösung zeichnet sich durch einen geringen Herstellungs- und Wartungsaufwand auf.Further refinements of the invention deal with the constructive side of the angle sensor. So can the Geberele ment of the coarse sensor is a motion synchronized with the shaft Be endless belt that when the shaft rotates over its entire path covered a path that corresponds to the location of the Endless belt is the same. This solution is characterized by a low manufacturing and maintenance costs.

Die Bandlänge kann beispielsweise gleich der Länge sein, die sich durch Abwicklung der Welle über ihre gesamten Umdrehun­ gen ergibt. Demgegenüber ergibt sich eine Verkürzung der erfor­ derlichen Bandlänge bei Verwendung eines Untersetzungsgetriebes zwischen der Welle und dem Endlosband. Ein derartiges Untersetzungsgetriebe ist im Prinzip aus der eingangs genannten EP-3 86 439-A bereits bekannt. Im Zusammenhang mit der Aus­ führungsform des Geberelements in Form eines Endlosbandes er­ gibt sich dadurch eine Verkleinerung des Bauraums für den Grob­ sensor.The tape length can be equal to the length, for example by unwinding the shaft over its entire revolution gene results. In contrast, there is a shortening of the required tape length when using a reduction gear between the shaft and the endless belt. Such a thing Reduction gear is in principle from the above  EP-3 86 439-A is already known. In connection with the Aus leadership form of the encoder element in the form of an endless belt this results in a reduction in the installation space for the rough sensor.

Die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes hat im Hinblick auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung besondere Bedeu­ tung. Ist das Untersetzungsverhältnis mindestens gleich der Gesamtzahl der Umdrehungen der Welle, so läßt sich der Grobsensor als Absolut-Winkelsensor mit einem Winkelbereich von 360° ausgestalten. Da der Feinsensor in der Regel ebenfalls als Winkelgeber ausgebildet ist, kann der Grobsensor nach demselben Funktionsprinzip wie der Feinsensor arbeiten und mit diesem im wesentlichen baugleich sein. Dadurch ergeben sich beispielsweise bei der Auswertung der von den beiden Sensoren gelieferten Signale Ähnlichkeiten, die zu einer Vereinfachung der Signalauswertung führen.The use of a reduction gear has a bearing on another embodiment of the invention is of particular importance tung. If the reduction ratio is at least equal to that Total number of revolutions of the shaft, so the Coarse sensor as an absolute angle sensor with an angular range of 360 °. Since the fine sensor usually also is designed as an angle encoder, the coarse sensor can the same principle of operation as the fine sensor and work with this be essentially identical. This results in for example when evaluating the from the two sensors delivered signals similarities that simplify the Perform signal evaluation.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung eines Planetengetriebes, über das Fein- und Grobsensor miteinanderver­ bunden sind. Das Innenrad sitzt dabei auf der Welle. Das Außen­ rad dient als Geberelement für den Grobsensor. Diese Ausfüh­ rungsform zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus.A particularly advantageous embodiment of the latter Embodiment of the invention consists in the use of a Planetary gear, via the fine and coarse sensors are bound. The inner wheel sits on the shaft. The outside wheel serves as an encoder element for the coarse sensor. This execution form is characterized by a particularly simple structure out.

Die Kosten für den Winkelsensor können noch weiter verringert werden, wenn das Planetengetriebe mit dem Feinsensor lösbar verbunden ist. Damit besteht die Möglichkeit, die Anwendungs­ fälle, bei denen bereits der Feinsensor ausreicht, gerätetechnisch von den Anwendungsfällen zu unterscheiden, bei denen zusätzlich ein Grobsensor erforderlich ist. Wiederum auf das Kraftfahrzeug bezogen ist der erste Anwendungsfall beispielsweise für ein Navi­ gations- bzw. Zielführungssystem des Kraftfahrzeugs gegeben, bei dem eine Information über die Änderungen des Lenkwinkels aus­ reicht. Durch Hinzunahme des Grobsensors unter Hinzufügen des Planetengetriebes kann das Kraftfahrzeug dann mit einer Einrich­ tung zur Fahr- bzw. Wankstabilisierung versehen werden, bei der eine Information über den tatsächlichen Lenkwinkel des Kraftfahr­ zeugs erforderlich ist.The cost of the angle sensor can be reduced even further become detachable when the planetary gear with the fine sensor connected is. So there is the possibility of the application cases where the fine sensor is already sufficient, in terms of device technology to be distinguished from the use cases where additional a coarse sensor is required. Again on the motor vehicle The first application is related to a navigation system, for example  gations- or route guidance system of the motor vehicle given which provides information about the changes in the steering angle enough. By adding the coarse sensor and adding the Planetary gear can then the motor vehicle with a Einrich be provided for the stabilization of the driving or roll, at which information about the actual steering angle of the motor vehicle stuff is required.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigtThe invention is further illustrated by the drawing. It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Winkelsensors gemäß der Erfindung, Fig. 1 a first embodiment of an angle sensor according to the invention,

Fig. 2 eine Abwandlung dieses Sensors hinsichtlich der kon­ struktiven Ausgestaltung, Fig. 2 shows a modification of this sensor with respect to the constructive design of kon,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Sensors, Fig. 3 shows another embodiment of the sensor,

Fig. 4 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung der Erfindung und Fig. 4 is a diagram for further explanation of the invention and

Fig. 5 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung. Fig. 5 shows another diagram for explanation.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 handelt es sich um einen Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug. Eine Lenkwelle 1 ist strichliert dargestellt. Sie trägt auf ihren Umfang einen Feinsensor 2, bei dem es sich beispielsweise um einen Absolut-Winkelgeber handelt. Dieser enthält neun parallele Scheiben 2 1 bis 2 9 deren Winkellage durch optische Geber 3 1-3 9 abgetastet werden. Die Scheiben 2 1-2 9 tragen hierzu an ihrem Rand eine digital absolute Information z. B. in Form eines Gray-Codes. Damit ergibt sich eine Winkelauflösung von 360°/29, d. h. ungefähr 0,7°. The embodiment of FIG. 1 is a steering angle sensor for a motor vehicle. A steering shaft 1 is shown in dashed lines. It has a fine sensor 2 on its circumference, which is, for example, an absolute angle encoder. This contains nine parallel disks 2 1 to 2 9 whose angular position are scanned by optical sensors 3 1 - 3 9 . The discs 2 1 - 2 9 carry digital absolute information z. B. in the form of a Gray code. This results in an angular resolution of 360 ° / 29 , ie approximately 0.7 °.

Das Ausgangssignal des Feinsensors 2 ist für jede Umdrehung der Lenkwelle 1 periodisch, d. h. es wiederholt sich nach einer vollständigen Umdrehung.The output signal of the fine sensor 2 is periodic for each revolution of the steering shaft 1 , ie it repeats itself after a complete revolution.

Um die jeweils vorliegende Umdrehung erkennen zu können, ist zusätzlich ein Grobsensor 4 vorgesehen, der für den Ge­ samtbereich der Lenkwellen-Umdrehungen ein eindeutiges Signal liefert. Der Grobsensor 4 besteht hierzu aus einem Planetengetriebe 5, das ein Außenrad 6, ein Innenrad 7 und ein Planetenrad 8 enthält. Das Innenrad 7 ist mit der Lenkwelle 1 gekoppelt, während das Außenrad 6 in einem Gehäuse 9 sitzt, das fahrzeugfest angeordnet ist.In order to be able to recognize the rotation in each case, a coarse sensor 4 is additionally provided, which delivers a clear signal for the entire area of the steering shaft revolutions. For this purpose, the coarse sensor 4 consists of a planetary gear 5 which contains an outer wheel 6 , an inner wheel 7 and a planet wheel 8 . The inner wheel 7 is coupled to the steering shaft 1 , while the outer wheel 6 is seated in a housing 9 which is arranged fixed to the vehicle.

Das Untersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 5 ist mindestens gleich der Anzahl der Gesamtzahl der Umdrehungen der Lenkwelle 1.The reduction ratio of the planetary gear 5 is at least equal to the number of the total number of revolutions of the steering shaft 1 .

Die Drehlage des Außenrads 6 wird mit Hilfe zweier Aufnehmer 10 und 11 bestimmt, die mit den Aufnehmern 3 1 bis 3 9 baugleich sind. Hierzu besitzt das Außenrad 6 Außenringe 12 und 13, die analog zu den Rändern der Scheiben 2 1-2 9 abgetastet werden. Die Information der Außenringe 12 und 13 stellt einen absoluten Digitalcode, z. B. ebenfalls einen Gray-Code mit einer Auflösung von 360°/22 = 90° dar.The rotational position of the outer wheel 6 is determined with the aid of two transducers 10 and 11 , which are identical to the transducers 3 1 to 3 9 . For this purpose, the outer wheel has 6 outer rings 12 and 13 , which are scanned analogously to the edges of the disks 2 1 - 2 9 . The information of the outer rings 12 and 13 represents an absolute digital code, e.g. B. also represents a Gray code with a resolution of 360 ° / 2 2 = 90 °.

Wesentlich ist dabei, daß es auf die besondere Einbaulage des Außen- bzw. Innenrads 6 bzw. 7 nicht ankommt, da die Mittel­ stellung der Lenkwelle 1 mit Hilfe einer arithmetischen Operation gewonnen wird. Dies kann beispielsweise bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs am Band bei einer definierten Geradeaus-Stellung der Räder und damit der Mittellage der Lenkwelle 1 aus dem Ausgangssignal des Feinsensors 2 und des Grobsensors 4 er­ folgen. It is important that the special installation position of the outer or inner wheel 6 or 7 is not important, since the central position of the steering shaft 1 is obtained with the aid of an arithmetic operation. This can, for example, when starting the motor vehicle on the belt at a defined straight-ahead position of the wheels and thus the central position of the steering shaft 1 from the output signal of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4, it follow.

Ausgehend von dieser definierten Mittellage erfährt das Außenrad 6 bei einem Drehen der Lenkwelle 1 über ihren gesamten Drehbe­ reich, beispielsweise 3 1/2 Umdrehungen, eine Umdrehung von insgesamt 360°. Aus dem Ausgangssignal des Feinsensors 2 und des Grobsensors 4 kann dabei sowohl die Nummer der jeweils vorliegenden Umdrehung als auch der Drehwinkel innerhalb dieser Umdrehung bestimmt werden. Letzteres erfolgt mit Hilfe des Fein­ sensors 2, während ersteres mit Hilfe des Ausgangssignals des Grobsensors 4 gewonnen wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß für beide Informationen eine vorgegebene Justierung des Au­ ßen- bzw. Innenrades 6 bzw. 7 nicht erforderlich ist. Vielmehr ge­ nügt es, wie bereits ausgeführt, die Mittellage und damit von die­ ser ausgehend die Nummer der jeweils vorliegenden Umdrehung der Lenkwelle 1 aus der Situation bei Inbetriebnahme des Winkel­ sensors abzuleiten.Based on this defined central position, the outer wheel 6 experiences rich when rotating the steering shaft 1 over its entire range, for example 3 1/2 turns, a total of 360 °. From the output signal of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4 , both the number of the rotation in each case and the angle of rotation within this rotation can be determined. The latter is done with the help of the fine sensor 2 , while the former is obtained with the help of the output signal of the coarse sensor 4 . It is readily apparent that a predetermined adjustment of the outer or inner wheel 6 or 7 is not required for both information. Rather, as already stated, it is sufficient to derive the central position and thus the number of the present rotation of the steering shaft 1 from the situation when the angle sensor is started up.

Anstelle der Definition der Mittelstellung der durch die Lenkwelle 1 gelenkten Räder bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs kann diese Mittelstellung auch durch eine statistische Auswertung der Ausgangssignale des Grob- und Feinsensors 2 bzw. 4 gewonnen werden. Diese Mittelstellung zeichnet sich durch die größte Häufigkeit der beiden Ausgangssignale aus.Instead of defining the central position of the wheels steered by the steering shaft 1 when the motor vehicle is started up, this central position can also be obtained by statistical evaluation of the output signals of the coarse and fine sensors 2 and 4 . This middle position is characterized by the greatest frequency of the two output signals.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der elektronische Aufbau des Fein- und des Grobsensors identisch. Übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gezeichnet. Zum Unterschied von Fig. 1 ist der Grobsensor nunmehr als demon­ tierbares Teil 4′ ausgebildet, das beispielsweise auch nachträglich auf die Lenkwelle 1 aufgebracht werden kann. Über eine Stift­ verbindung 14 bzw. 15 kann eine definierte Zuordnung zwischen der Fein- und dem Grobsensor vorgenommen werden. Nicht im einzelnen dargestellt ist ferner die Möglichkeit, den Fein- und den Grobsensor miteinander mechanisch lösbar zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch eine Clipsverbindung erfolgen.In the embodiment of Fig. 2, the electronic structure of the fine and the coarse sensor is identical. Corresponding parts are drawn with the same reference numerals as in Fig. 1. In contrast to Fig. 1, the coarse sensor is now designed as a demonable part 4 ', which can also be applied to the steering shaft 1 , for example. A defined connection between the fine and the coarse sensor can be made via a pin connection 14 or 15 . Also not shown in detail is the possibility of mechanically releasably connecting the fine and coarse sensors to one another. This can be done for example by a clip connection.

Auch hier ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine definierte vorge­ gebene Lage des Außenrads 6 nicht eingestellt zu werden braucht. Vielmehr genügt es auch hier, die Mittellage bzw. selbstverständ­ lich auch die beiden Endlagen der Lenkwelle aus den Ausgangs­ signalen des Fein- und des Grobsensors durch eine arithmeti­ sche Operation zu bestimmen.Here, too, it is readily apparent that a defined position of the outer wheel 6 does not need to be set. Rather, it is also sufficient here to determine the center position or, of course, the two end positions of the steering shaft from the output signals of the fine and coarse sensors by an arithmetic operation.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist das Geberelement für den Grobsensor 4′′ als Endlosband 15 ausgebildet, das um mehrere Rollen 16 umlenkbar ist. Die Länge des Endlosbands 15 ist gleich der Länge, die sich bei Abwicklung von der Lenkwelle 1 über ihre gesamte Anzahl von Umdrehungen ergibt. Das Endlosband 15 ist als Zahnriemen ausgebildet, der in eine - nicht dargestellte - An­ triebsvorrichtung in Form eines Zahnrads greift. Das Zahnrad ist mit der Lenkwelle 1 drehstarr gekoppelt. Der Zahnriemen enthält eine digitale 0/1-Information mit einer Auflösung von z. B. 1°, die mit einem Aufnehmer 17 abgetastet und in einen nicht dargestellten Vorwärts-Rückwärtszähler eingegeben wird. Der Zählerstand ist eindeutig durch die jeweilige Umdrehungszahl der Lenkwelle 1 und die jeweilige Drehlage bestimmt. Ein derartiger Geber stellt einen Inkrementalgeber dar.In the embodiment of Fig. 3, the encoder element for the coarse sensor 4 '' is designed as an endless belt 15 which can be deflected by several rollers 16 . The length of the endless belt 15 is equal to the length that results when the steering shaft 1 is unwound over its entire number of revolutions. The endless belt 15 is designed as a toothed belt which engages in a - not shown - drive device in the form of a gear. The gear wheel is coupled to the steering shaft 1 in a rotationally rigid manner. The toothed belt contains digital 0/1 information with a resolution of e.g. B. 1 °, which is scanned with a transducer 17 and entered into an up-down counter, not shown. The counter reading is clearly determined by the respective number of revolutions of the steering shaft 1 and the respective rotational position. Such an encoder represents an incremental encoder.

Auch hier ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Voreinstellung des Endlosbands 15 in eine definierte Lage nicht erforderlich ist, sondern die Mittellage der Lenkwelle ebenfalls softwaremäßig, d.h durch eine arithmetische Operation gewonnen werden kann. Das­ selbe gilt für die beiden Endlagen sowie die Möglichkeit, die Mittellage aus den beiden Endlagen zu bestimmen. Here, too, it is readily apparent that a presetting of the endless belt 15 into a defined position is not necessary, but that the central position of the steering shaft can also be obtained by software, ie by an arithmetic operation. The same applies to the two end positions as well as the possibility to determine the middle position from the two end positions.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm ist auf der Abszisse die Anzahl der Umdrehungen n der Lenkwelle 1 und auf der Ordinate die Größe der Ausgangssignale des Feinsensors 2 und des Grob­ sensors 4 dargestellt. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Ausgangssignal des Feinsensors um eine digitale Absolut- Information. Diese Information ist repräsentativ für den Drehwinkel (zwischen 0° und 360°) und als analoger Wert wfein dargestellt. Dieser zeigt einen sägezahnartigen Verlauf.In the diagram shown in FIG. 4, the number of revolutions n of the steering shaft 1 is shown on the abscissa and the size of the output signals of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4 on the ordinate. As already stated, the output signal of the fine sensor is digital absolute information. This information is representative of the angle of rotation (between 0 ° and 360 °) and is finely represented as an analog value w. This shows a sawtooth-like course.

Entsprechend zeigt das Ausgangssignal des Grobsensors 4 ebenfalls einen sägezahnartigen Verlauf und ist mit wgrob bezeichnet.Correspondingly, the output signal of the coarse sensor 4 also shows a sawtooth-like course and is roughly denoted by w.

Abhängig von der Einbaulage von Grob- und Feinsensor sind die beiden Signale wfein und wgrob hinsichtlich der Abszisse unter­ schiedlich gelegen und zeigen in der Regel beide ein Sprungver­ halten.Depending on the installation position of the coarse and fine sensors, the two signals w fine and w coarse are located differently with respect to the abscissa and usually both show a jump behavior.

Bei der Erfindung kommt es nun auf die jeweilige Einbaulage der Grob- bzw. Feinsensoren und damit die Lage der beiden Meßsi­ gnale in bezug auf die Abszisse nicht an. Vielmehr wird die Mit­ tellage der Lenkwelle 1 bzw. bei anderen Anwendungsfällen die Meßsignale für die beiden Endlagen der Drehbewegung der Welle mit Hilfe einer arithmetischen Operation bestimmt. Dabei kann es sich, wie bereits ausgeführt, um die Montagebedingung des Kraftfahrzeugs am Band handeln. Wird dabei der Wert der beiden Meßsignale wfein und wgrob ermittelt und festgehalten, so kann aus dem Wert der beiden Meßsignale zu einem beliebigen Zeit­ punkt auf den Drehwinkel der Lenkwelle bzw. die jeweils aktuelle Umdrehungszahl geschlossen werden.In the invention it now depends on the respective installation position of the coarse or fine sensors and thus the position of the two Meßsi signals with respect to the abscissa. Rather, the tellage of the steering shaft 1 or in other applications, the measurement signals for the two end positions of the rotary movement of the shaft is determined with the aid of an arithmetic operation. As already stated, this can be the assembly condition of the motor vehicle on the assembly line. If the value of the two measurement signals w fine and w roughly determined and recorded, the value of the two measurement signals can be used at any time to infer the angle of rotation of the steering shaft or the current number of revolutions.

Bei vielen Anwendungen der Erfindungen ist es erforderlich, das Ausgangssignal des Feinsensors zumindest in gewissem Umfang redundant zu gestalten. Dies kann beispielsweise dadurch ge­ schehen, daß bei den Ausführungsformen gem. den Fig. 1 und 2 zusätzlich zu dem Absolut-Winkelgeber ein inkrementaler Win­ kelgeber vorgesehen ist, dem als Eingangssignale die digitale 0/1- Information der Scheibe 2 9, d. h. der Scheibe für die höchste Auf­ lösung, zugeführt ist. Ebenso ist es möglich, eine Scheibe, zweckmäßigerweise wiederum die Scheibe 2 9 mit höchster Auflö­ sung mit zwei Aufnehmer (3 9) abzutasten. Damit erhält man zwei phasenverschobene Rechtecksignale, mit denen ein separater In­ krementalzähler versorgt wird. Für das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist ein derartiger zweiter Aufnehmer 17′ dargestellt.In many applications of the inventions, it is necessary to make the output signal of the fine sensor redundant, at least to a certain extent. This can happen, for example, that in the embodiments according to. an incremental Win is provided kelgeber Figs. 1 and 2 in addition to the absolute encoders, which as input signals, the digital 0 / 1- information of the disc 2 9, ie, the wheel for the highest On solution is supplied. It is also possible to scan a disc, expediently again the disc 2 9 with the highest resolution with two sensors ( 3 9 ). This gives you two phase-shifted square-wave signals, with which a separate incremental counter is supplied. For the embodiment of Fig. 3, such a second sensor 17 'is shown.

Ebenso ist es möglich, eine Scheibe, im Idealfall wiederum die Scheibe 2 9 doppelt auszuführen und mit jeweils einem Aufnehmer abzutasten. Auch hier liefert ein parallel laufender Inkremental­ zähler das redundante Signal.It is also possible to make a disk, in the ideal case again disk 2 9, twice and to scan it with one sensor each. Here, too, a parallel incremental counter delivers the redundant signal.

Ohne zusätzliche Scheibe und zusätzlichen Aufnehmer arbeitet ein drittes Verfahren, das anhand von Fig. 5 erläutert ist. Dabei wird das mit Spur 1 bezeichnete Signal einer Scheibe, zweckmä­ ßigerweise wiederum der Scheibe 2 9 in einer Codewandlung mit Hilfe einer nicht dargestellten Flip-Flop-Schaltung auf die halbe Frequenz und die doppelte Pulslänge gebracht und damit in ein Signal umgewandelt, das dieselbe Frequenz und Pulslänge der nächstgröberen Spur (der Scheibe 2 8) besitzt, gegenüber diesem jedoch phasenverschoben ist. Diese Rechtecksignale enthalten im Vergleich auch eine Information über die Drehrichtung, da sich der charakteristische Signalverlauf hinsichtlich Anstieg (0-1) bzw. Abfall (1-0) der beiden Signale für beide, mit Pfeilen nach rechts bzw. links gekennzeichneten Drehrichtungen gerade unterscheidet. Sie sind daher für eine Auswertung in einem Inkrementalzähler geeignet, sobald an einem bestimmten Positionswechsel des als Absolut-Winkelgeber arbeitenden Feinsensor 2 der Dreh­ Richtungssinn der Welle 1 eindeutig definiert ist. Daraus läßt sich die Zählrichtung des redundanten Signals definieren und eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Zählerstand des Inkrementalzählers und dem jeweiligen Lenkwinkel erzielen.A third method, which is explained with reference to FIG. 5, works without an additional disk and additional sensor. The signal designated by track 1 of a disk, expediently again disk 2 9 in a code conversion with the help of a flip-flop circuit, not shown, brought to half the frequency and twice the pulse length and thus converted into a signal having the same frequency and pulse length of the next coarser track (the disc 2 8 ), but is out of phase with this. In comparison, these square-wave signals also contain information about the direction of rotation, since the characteristic signal curve with respect to the rise (0-1) and the fall (1-0) of the two signals differs for both directions of rotation marked with arrows to the right or left. They are therefore suitable for evaluation in an incremental counter as soon as the direction of rotation of the shaft 1 is clearly defined at a specific change in position of the fine sensor 2 operating as an absolute angle encoder. From this, the counting direction of the redundant signal can be defined and a clear assignment between the count of the incremental counter and the respective steering angle can be achieved.

Claims (9)

1. Winkelsensor zur Bestimmung der Drehlage einer Welle, die eine Mittellage besitzt und mehrere Umdrehungen ausführt, mit einem Feinsensor für ein erstes, über einen Drehbereich von 360° laufendes Feinmeßsignal und mit einem Grobsensor für ein zweites, über den gesamten Drehbereich der Welle verlaufendes Grobmeßsignal, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grobsensor eine belie­ bige Einbaulage bezüglich der Mittellage der Welle be­ sitzt und daß die Mittellage durch Auswertung des Fein­ und/oder Grobmeßsignals bestimmt ist.1. Angle sensor for determining the rotational position of a shaft which has a central position and carries out several revolutions, with a fine sensor for a first fine measurement signal running over a rotation range of 360 ° and with a coarse sensor for a second rough measurement signal extending over the entire rotation range of the shaft , characterized in that the coarse sensor sits in any position with respect to the central position of the shaft and that the central position is determined by evaluating the fine and / or coarse measurement signal. 2. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Fein- und/oder Grobmeßsignals einmalig bei Inbetriebnahme des Winkelsensors erfolgt.2. Angle sensor according to claim 1, characterized in that the evaluation of the fine and / or rough measurement signal once when commissioning the angle sensor. 3. Winkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung in einer numerischen Mittelung der Fein- und/oder Grobmeßsignale besteht.3. Angle sensor according to claim 2, characterized in that the evaluation in a numerical averaging of the Fine and / or rough measurement signals exist. 4. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grobsensor als Geber ein mit der Welle synchronisiertes Endlosband enthält, das bei Umdrehung der Welle über ihren gesamten Drehbe­ reich einen Weg zurücklegt, der der Länge des Endlos­ bandes gleich ist.4. Angle sensor according to one of claims 1 to 3, there characterized in that the coarse sensor as an encoder contains endless band synchronized with the shaft when the shaft rotates over its entire rotation ranges a distance that is the length of the endless bandes is the same. 5. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grobsensor über ein Un­ tersetzungsgetriebe mit der Welle verbunden ist, deren Untersetzungsverhältnis mindestens gleich der Gesamtzahl der Umdrehungen der Welle ist.5. Angle sensor according to one of claims 1 to 4, there characterized in that the coarse sensor via an Un  Reduction gear is connected to the shaft, the Reduction ratio at least equal to that Total number of revolutions of the shaft is. 6. Winkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobsensor ein Absolut-Winkelgeber mit einem Winkelbereich von 360° ist.6. Angle sensor according to claim 5, characterized in that the coarse sensor is an absolute angle encoder with a Angular range of 360 °. 7. Winkelsensor nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe ein Plane­ tengetriebe ist, dessen Innenrad auf der Welle sitzt und dessen Außenrad als Geber für den Grobsensor dient.7. Angle sensor according to claim 5 and 6, characterized ge indicates that the reduction gear is a tarpaulin is gearbox, the inner wheel sits on the shaft and whose outer wheel serves as an encoder for the coarse sensor. 8. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe mit dem Feinsensor lösbar verbunden ist.8. Angle sensor according to one of claims 5 to 7, there characterized in that the planetary gear with the Fine sensor is detachably connected. 9. Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grob- und/oder Feinsen­ sor als Absolut-Winkelgeber ausgebildet ist und ein dazu paralleles Ausgangssignal für den Drehwinkel durch einen Inkrementalgeber geliefert ist.9. Angle sensor according to one of claims 1 to 8, there characterized in that the gross and / or fine sor is designed as an absolute angle encoder and a in addition parallel output signal for the angle of rotation is supplied by an incremental encoder.
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