DE4131533A1 - Lenkwinkelsensor fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkwinkelsensor für Kraft­ fahrzeuge in Form eines Drehwiderstands mit Widerstands­ bahn und relativ zur Widerstandsbahn entsprechend der Lenksäulendrehung bewegbarem Schleifkontakt.

Bei vielen elektronischen Regulierungssystemen in einem Kraftfahrzeug wird ein den momentanen Lenkwinkel angeben­ des Signal benötigt, wie z. B. bei aktiven oder semiaktiven Fahrwerken oder bei Anti-Schlupf-Regelsystemen oder Anti-Blockier-Regelsystemen. Der Lenkwinkel ist hierbei häufig deshalb von Interesse, weil er zumindest bei Kurvenfahrt mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Kurvenradius zur Querbeschleunigung des Fahrzeugs propor­ tional ist.

Es wurde daran gedacht, den Lenkwinkelsensor vom Lenkrad entfernt an der Lenksäule anzubringen, beispielsweise dadurch, daß man den karosseriefest neben der Lenksäule angeordneten Lenkwinkelsensor mit der drehbaren Lenksäule über einem Zahnriemen oder ein Zahnradgetriebe drehbar verbindet. Der hierfür erforderliche Einbauraum steht jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend zur Verfügung; die drehbare Verkopplung von Sensor und Lenksäule bedingt erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand, wobei zu berücksichtigen ist, daß Änderungen an der für den aktiven und passiven Unfallschutz wichtigen Lenksäule nur bedingt zulässig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkwin­ kelsensor für Kraftfahrzeuge anzugeben, welcher keinen gesonderten Einbauraum beansprucht und in einfacher Weise mit der Lenksäulendrehung verkoppelbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Widerstandsbahn im Bereich des Lenkrads vorgesehen ist und die Lenksäule zur Lenksäulenachse konzentrisch umringt.

Erfindungsgemäß ist die Widerstandsbahn also im Bereich des Lenkrads angeordnet, insbesondere zwischen der vom Fahrer abgewandten Unterseite des den Lenkradring mit der Lenksäule verbindenden Lenkrad-Pralltopfs und einem die Lenksäule umringenden karosseriefesten Lenksäulen-Halter. Die Widerstandsbahn kann dabei an der Pralltopfunterseite angebracht sein und somit mit der Lenksäule mitdrehen, wobei dann der Schleifkontakt am Lenksäulenhalter anzubringen ist. Es ist jedoch auch die umgekehrte Anordnung von Widerstandsbahn und Schleifkontakt denkbar.

Bei üblichen Lenkanlagen ist bereits eine Kontaktbahn zur Spannungsversorgung eines Hupen-Betätigungsschaltes im Bereich des Lenkrads vorgesehen, und zwar insbesondere angeordnet an einem Träger im Bereich des Lenkrad- Pralltopfs. Auch diese Kontaktbahn ist konzentrisch zur Lenksäulenachse und wird im allgemeinen von einem am Lenksäulenhalter angeordneten Schleifkontakt berührt. Erfindungsgemäß gestaltet sich die Integrierung des Lenkwinkelsensors in die vorhandene Lenkanlage dadurch besonders einfach, daß die Widerstandsbahn zur Kontaktbahn benachbart auf dem Träger angebracht ist. Die bereits vorgesehene Kontaktbahn wird also lediglich durch die zu ihr konzentrische Widerstandsbahn ergänzt und ihr gegenüberliegend wenigstens ein weiterer Schleifkontakt karosseriefest angeordnet, insbesondere an einem Lenksäulen­ halter.

Damit der längs der Widerstandsbahn laufende Schleifkon­ takt eine zum Drehwinkel jeweils proportionale Spannung abgibt, wird die Widerstandsbahn in zumindest einen Winkelabschnitt unterteilt, wobei an einem Ende des Winkelabschnitts eine Maximalspannung und an einem anderen Ende eine Minimalspannung, insbesondere Masse-Potential, angelegt ist. Als Maximalspannungs-Quelle kann an sich die Bord-Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die Bordspannung ist im allgemeinen jedoch nicht sehr konstant, insbesondere dann, wenn Verbraucher zuge­ schaltet oder abgeschaltet werden. Da derartige Span­ nungsschwankungen das Ausgangssignal des Lenkwinkelsensors beeinflussen und somit zu Meßfehlern führen, wird erfindungsgemäß eine Konstantspannungs-Kontaktbahn vorgeschlagen, die auf dem Kontaktbahnträger konzentrisch zur Widerstandsbahn verlaufend angeordnet ist und die an wenigstens einer ersten Winkelposition leitend mit der Widerstandsbahn verbunden ist.

Um in einfacher Weise auch den Drehsinn bei der Lenkrad­ bewegung feststellen zu können, wird vorgeschlagen, daß zur Drehsinn-Bestimmung ein gegenüber dem Schleifkontakt winkelversetzt angeordneter zweiter Schleifkontakt vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbei­ spiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht des in das Lenkrad integrierten Lenkwinkelsensors und

Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie II-II in Fig. 1.

In der vereinfachten Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 sind elektrische Leitungen jeweils mit einer Strich-Punkt-Linie angedeutet mit Darstellung ihres prinzipiellen schaltungstechnischen Verlaufs.

So verbindet beispielsweise eine mit 10 bezeichnete Masseleitung einen Kontakt 12 eines üblichen Hupen-Betätigungsschalters 14 mit der Fahrzeugmasse (in diesem Falle mit der an Masse liegenden Lenksäule 16).

Der Kontakt 12 in Form einer die Lenksäule 16 umringenden, zur Lenksäulenachse 18 konzentrischen Kontaktbahn ist an einer Hupschalter-Platte 20 angebracht, die ihrerseits am Lenkradkörper 22 beweglich gelagert ist. Diese Lagerung ist in Fig. 1 symbolisch dadurch angedeutet, daß die Platte 20 am äußeren Ende der Lenksäule 16 parallel zur Achse 18 beweglich gelagert ist unter Vorspannung der Platte 20 mittels Druckfedern 26 zur Anlage der Platte 20 an einer Haltemutter 24 am äußersten Ende der Lenksäule 16. Es sind natürlich auch andere Ausbildungen und Lage­ rungen der Hubschalter-Platte realisierbar.

Bei Betätigung der Hubschalter-Platte 20 wird der Kontakt 12 zur Anlage an einem Gegenkontakt 30 gebracht. Dieser Kontakt 30, ebenfalls in Form eines die Achse 18 umgrei­ fenden Rings, ist am Lenkradkörper 22 angebracht; er steht über eine Leitung 32 in Verbindung mit einer Kontaktbahn 34. Diese Kontaktbahn 34 ist an einer zur Achse 18 senk­ rechten Unterseite 36 eines Trägers 38 vorgesehen, der wiederum an der zur Achse 18 senkrechten Unterseite 40 des Lenkradkörpers 22 befestigt ist.

Der Teil des Lenkradkörpers 22, der die Unterseite 40 trägt, kann auch als Lenkrad-Pralltopf 42 bezeichnet werden, da er zur Aufnahme von unfallbedingten Kräften topfähnlich gestaltet ist; am äußeren Topfrand trägt der Lenkrad-Pralltopf das eigentliche ringförmige Lenkrad 44. Die starre drehfeste Verbindung zwischen Lenkrad-Pralltopf 42 und Lenksäule 16 kann in üblicher Weise realisiert werden - in Fig. 1 ist dies durch eine Befestigungsmutter 46 symbolisiert, die den Boden des Lenkrad-Pralltopfs 42 gegen eine Ringfläche 48 der hier stufenartig ausge­ bildeten Lenksäule vorspannt.

Zur Verbindung des Kontakts 30 mit der 12 V-Spannungs­ versorgung des im übrigen nicht dargestellten Kraftfahr­ zeugs drückt ein federvorgespannter Schleifkontakt 50 ständig gegen die Kontaktbahn 34. Der Schleifkontakt 50 wiederum ist über eine elektrische Leitung 52 ständig mit der Bord-Spannungsversorgung verbunden. Der Schleifkontakt 50 kann von einem Kontaktstift gebildet sein, der in einen Lagerkörper 54 eingesetzt ist mit Federvorspannung durch eine symbolisch angedeutete Schraubendruckfeder 56. Der Lagerkörper 54 wiederum ist in eine entsprechende Bohrung eines Lenksäulenhalters 58 eingesetzt, der dem Träger 38 gegenüberliegt und die Lenksäule 18 mit einer nicht dargestellten karosseriefesten Befestigungsstelle verbin­ det. In den Lenksäulenhalter 58 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, ein Lenksäulendrehlager 60 eingesetzt sein.

In die beschriebene Anordnung von Kontaktbahn 34 und Schleifkontakt 50 im Bereich der Unterseite 40 des Lenk­ rad-Pralltopfs 42 zur Spannungsversorgung des Hubschalters ist erfindungsgemäß ein Lenkwinkelsensor 64 integriert. Dieser wird von einer kreisringförmigen Widerstandsbahn 66 gebildet, die konzentrisch zur kreisringförmigen Kontakt­ bahn 34 ebenfalls auf der Unterseite 36 des Trägers 38 angebracht ist und an die ein dem vorstehend beschriebenen Schleifkontakt 50 entsprechender Schleifkontakt 68 an­ drückt. Der Schleifkontakt 68 ist mit einer elektrischen Leitung 70 verbunden, an der als Ausgangssignal des Lenkwinkelsensors eine den momentanen Lenkwinkel Φ ange­ bende Spannung U anliegt. Dieses Ausgangssignal wird an eine nicht dargestellte Regelschaltung für Fahrzeugzu­ stände (aktives oder semiaktives Fahrwerk; Anti- Schlupf­ regelung; Antiblockiersystem oder dergl.) angelegt.

Damit das Ausgangssignal in der gewünschten Weise mit der Lenkraddrehung variiert, weist die Widerstandsbahn 66 zumindest einen Winkelbereich auf, an dessen einen Ende eine Maximalspannung und an dessen anderen Ende eine Minimalspannung, insbesondere Massenpotential, anliegt, so daß der Schleifkontakt während seiner Wanderung entlang des genannten Abschnitts eine zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert variierende Spannung abgreift.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist die Wider­ standsbahn 66 in zwei derartige Abschnitte unterteilt, und zwar einen in Fig. 2 rechten Halbkreisabschnitt 72 sowie einen linken Halbkreisabschnitt 74. Die Zuführung der Maximalspannung erfolgt in Fig. 2 oben über eine auch in Fig. 1 angedeutete elektrische Verbindungsleitung 76. Massepotential wird der Widerstandsbahn 66 in Fig. 2 unten zugeführt, und zwar über eine elektrische Masseleitung 78. Gemäß Fig. 1 kann die Masseleitung 78 die Kontaktbahn 66 beispielsweise mit der Lenksäule 16 verbinden.

Die besagte Leitung 76 könnte an die Kontaktbahn 34 angeschlossen sein. Um Fehler des Ausgangssignals aufgrund von Spannungsschwankungen des Bordnetzes zu vermeiden, ist die Leitung 76 jedoch im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Kontaktbahn 80 verbunden, die kreis­ ringförmig ist und konzentrisch zwischen der inneren Kontaktbahn 34 und der äußeren Widerstandsbahn 66 an der Unterseite 36 des Trägers 38 angebracht ist.

An der Kontaktbahn 80 liegt wiederum ein federvorge­ spannter Schleifkontakt 90 an mit einem den Schleif­ kontakten 50 und 68 entsprechenden Aufbau. Dieser Schleif­ kontakt 90 ist über eine elektrische Leitung 92 mit einer nicht dargestellten stabilisierten Spannungsversor­ gung verbunden, die beispielsweise eine Konstantspannung von 5 V liefert. Demnach variiert die vom Kontakt 50 abgegriffene Spannung zwischen 5 V und Null V.

Zur Drehrichtungsfeststellung kann die Widerstandsbahn 66 von einem weiteren Schleifkontakt 94 abgetastet werden, der gegenüber dem Schleifkontakt 68 winkelversetzt ist, beispielsweise um 90°. In der in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Ausgangslage beträgt die vom Schleifkontakt 68 abgegriffene Spannung U₁ 5 V und die vom Schleifkontakt 94 abgegriffene Spannung U₂ etwa 2,5 V. Wird nun das Lenkrad beispielsweise im Uhrzeigersinn der Fig. 2 verdreht, so fällt sowohl die Spannung U₁ wie auch die Spannung U₂. Wird das Lenkrad dagegen in der entgegengesetzten Richtung verdreht, so fällt U₁ und steigt U₂. Beide Fälle können in einfacher Weise durch eine die Spannung U₁ und U₂ verar­ beitende elektrische Schaltung unterschieden werden.

Claims (6)

1. Lenkwinkelsensor für Kraftfahrzeuge in Form eines Drehwiderstands mit Widerstandsbahn (66) und relativ zur Widerstandsbahn (66) entsprechend der Lenksäulendrehung bewegbarem Schleifkontakt (68), dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (66) im Bereich des Lenkrads (22) vorgesehen ist und die Lenksäule (16) zur Lenksäulenachse (18) konzentrisch umringt.

2. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1 mit einer Versorgungsspannungs-Kontaktbahn (34) zur Spannungs­ versorgung eines Hupen-Betätigungsschalters (14), die an einem Träger (38) im Bereich des Lenkrads (22) angeordnet ist und die die Lenksäule (16) zur Lenksäulenachse (18) konzentrisch umringt, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (66) der Versorgungsspannungs-Kontaktbahn (34) benachbart auf dem Träger (38) angeordnet ist.

3. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Konstantspannungs-Kontaktbahn (80), die auf einem bzw. dem Träger (38) konzentrisch zur Widerstandsbahn (66) verlaufend angeordnet ist, an wenigstens einer ersten Winkelposition leitend mit der Widerstandsbahn (66) verbunden ist.

4. Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule (16) als Masseanschluß für die Widerstandsbahn (66) mit der Widerstandsbahn (66) an wenigstens einer zweiten Winkelposition leitend verbunden ist.

5. Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehsinn- Bestimmung ein gegenüber dem Schleifkontakt (68) winkel­ versetzt angeordneter zweiter Schleifkontakt (94) vor­ gesehen ist.

6. Lenkwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (38) an einem Lenkrad-Prallkopf (42) starr angebracht ist.