DE4135393A1 - Einrichtung zur weg- oder winkelmessung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Weg- oder Winkel­ messung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, kleine Verschiebungen, die sich beispielsweise durch Einwirkung eines Druckes ergeben, mit Hilfe von Dehnmeßstreifen zu ermitteln. Dabei sind die Dehnmeßstreifen üblicherweise auf einer flexiblen Unterlage befestigt und in einer Brückenschaltung ver­ schaltet.

Erfolgt eine geringe Verschiebung, beispielsweise durch Einwirkung eines Druckes, stellt sich an der nicht an Versorgungsspannung lie­ genden Brückendiagonale eine Spannung aus, die in einer nachgeschal­ teten Auswerteschaltung zur Bestimmung der Auslenkung oder zur Be­ stimmung des Druckes der die Auslenkung verursacht, verwendet wird.

Eine Erhöhung des Meßsignales kann erzielt werden, wenn die Brücken­ schaltung so ausgeführt ist, daß durch die zu bestimmende Verschie­ bung zwei der Dehnmeßstreifen gestaucht werden, während die anderen beiden in ihrer Länge gedehnt werden. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 37 61 341 bekannt.

Da Dehnmeßstreifen nur wenig belastbar sind und infolge von Zug bzw. Druck um nicht mehr als 5% in ihrer Ausdehnung verändert werden sollten, kann die bekannte Einrichtung nur zum Messen kleiner Ver­ schiebungen verwendet werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch große Aus­ lenkungen gemessen werden können.

Zur Messung eines Weges oder eines Winkels, der infolge einer Ver­ schiebung auftritt, wird ein Biegestab eingesetzt, der an seinem ei­ nen Ende weit auslenkbar und an seinem anderen Ende starr einge­ spannt ist, wobei die Dehnmeßstreifen vorteilhafterweise in der Nähe eingespannten Seite des Biegestabes angebracht sein können.

Da die Länge des Biegestabes in geeigneter Weise wählbar ist und die dem zu messenden Weg zugewandte Seite sich problemlos um bis zu 10 cm in jede Richtung auslenken läßt und da diese Auslenkung nicht unmittelbar auf die Dehnmeßstreifen wirkt, ist die Belastung der Dehnmeßstreifen nur gering und damit zulässig.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Verbiegung des Biegestabes nicht direkt auf die Dehnmeßstreifen einwirken muß, sondern daß die Mög­ lichkeit besteht, den Meßweg mit Hilfe einer Weguntersetzung über die Hebelwirkung eines zusätzlichen Elements zu den Dehnmeßstreifen weiterzuleiten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Dehnmeßstreifen schon bei der Herstellung auf ein Trägerplättchen plaziert werden, wodurch eine größere Funktionssicherheit bei gleichzeitiger Kostenreduzie­ rung möglich ist.

Eine Erhöhung der Genauigkeit der Einrichtung wird durch eine zu­ sätzliche Verstärkerstufe erhalten, in der das Geberausgangssignal in einem ganz bestimmten Meßbereich besonders stark verstärkt wird. Da dieser Meßbereich der nächsten Umgebung der Nullstellung ent­ spricht, kann die Nullstellung präzise festgelegt werden.

Ist die gesamte Einrichtung innerhalb eines Gehäuses bzw. eines Schutzmantels angeordnet, kann in besonders vorteilhafter Weise ein optisches Meßsystem zur genauen Nullpunktfestlegung eingesetzt wer­ den, bei dem ein Lichtstrahl in einer Sendediode erzeugt wird und dessen reflektierender Strahl in einer Empfangsdiode registriert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch ange­ gebenen Einrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen: Fig. 1 den Gesamtaufbau eines Biegestab­ sensors, Fig. 2 eine Vergrößerung des Teiles des Biegestabsensors mit den Dehnmeßstreifen, Fig. 3 eine Vergrößerung der Lagerung des Biegestabes und Fig. 4 die Gesamtansicht der zugehörigen Auswerte­ schaltung, in Fig. 5 ist eine Sample- and Hold-Schaltung darge­ stellt, Fig. 6 zeigt eine Schaltung zur Bestimmung der Nullage des Biegestabes und Fig. 7 die zugehörige Fotodiodenstrom-Verteilung, in Fig. 8 ist die Spannung der beiden Verstärker in Abhängigkeit vom Lenkwinkel, in Fig. 9 die Ausgangsspannung des Abgleichs über dem Lenkwinkel und in Fig. 10 eine geschätzte Meßgenauigkeit über dem Lenkwinkel aufgetragen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht des Biegestabsensors 10, der einen Biegestab 11 aufweist, der beispielsweise aus einem runden Feder­ stahl besteht. Der Biegestab 11 ist auf einer Seite fest in eine Halterung 12 eingefügt, die ihrerseits über eine Befestigungsmutter 13 mit einem Gehäuse 14 verbunden ist, das Befestigungslöcher 15a, b aufweist, mit dem es beispielsweise mit dem Fahrzeugrahmen 16 ver­ schraubt werden kann.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Biegestab 11 über ein Stahl­ plättchen 17 mit einem weiteren Stahlplättchen 18 verbunden, auf dem Meßelemente, im Ausführungsbeispiel Dehnmeßstreifen 19 angeordnet sind. Diese Dehnmeßstreifen 19 sind über ein Befestigungsteil 20 mit der Halterung 12 verbunden.

Über eine Längsbohrung 21 erfolgt der elektrische Anschluß der Dehn­ meßstreifen 19 an eine elektrische Auswerteplatine 22, die über Ver­ bindungsdrähte 23a zu einem Steckeranschluß 24 führen.

Die elektrische Auswerteplatine 22 ist mit einer Vergußmasse 25 ab­ gedichtet und befindet sich innerhalb des Gehäuses 14, das vom Ge­ häusedeckel 14a abgeschlossen wird.

Eine Schutzkappe 26 mit geeigneten Löchern bzw. Schlitzen umgibt die Dehnmeßstreifen 19 und die Halterung 12, eine weitere Bohrung 27 in der Halterung 12 führt zu einer lichtemitierenden oder IR Diode 28, die in die Halterung 12 eingebettet ist und an die elektrische Aus­ werteplatine 22 angeschlossen ist.

Die andere Seite des Biegestabes 11 ist, wie auch Fig. 3 zu entneh­ men ist, über eine drehbare Kugel 29 in einem Kugellager 30 gela­ gert. Das Kugellager 30 ist seinerseits von einer Gehäuseschale 31 umgeben, die auch diese Seite des Biegestabes umgibt. Diese Gehäuse­ schale 31 ist beispielsweise mit der Radaufhängung 32 oder mit der Spurstange des Lenkers verbunden.

Die frei bewegliche Lagerung des einen Endes des Biegestabes, mit­ tels Kugel 29 und Kugellager 30 verhindert das Auftreten von Fehl­ winkeln und ermöglicht einen Längenausgleich (gestrichelt darge­ stellt) des Biegestabes 11 bei Streckung bzw. Stauchung des elasti­ schen Sensorteiles in Längsrichtung.

Zwischen dem Gehäuse 14 und der Gehäuseschale 31 ist der Biegestab 11 von einem Schutzmantel 33 umgeben, so daß der gesamte Biegestab sich innerhalb lichtundurchlässigem Gehäuses befindet. Es ist daher vorgesehen, auf der Kugel 29 eine optische Linse 34 anzuordnen, so daß zusammen mit der lichtemittierenden Diode 28 ein optisches Ju­ stiersystem aufgebaut wird, wobei außerdem noch eine Differen­ tial-Empfangsdiode 63 auf der elektrischen Auswerteplatine 22 ange­ ordnet ist.

Der Biegestabsensor nach Fig. 1 kann beispielsweise zur Messung der Radauslenkung (Lenkwinkel) verwendet werden, es wird dann die Gehäu­ seschale 31 an der Spurstange 32 befestigt, so daß diese Seite des Biegestabsensors je nach Radeinschlag bzw. Lenkwinkel in die eine oder andere Richtung ausgelenkt wird. In Fig. 1 ist der Biegestab­ sensor in seiner Ruhelage (α=0) dargestellt, bei voll eingeschlage­ nen Rädern kann er sich um bis zu 10 cm in die eine oder in die an­ dere, in der Zeichnung durch Pfeile markierte Richtungen auslenken.

Da die mit dem Fahrzeugrahmen verbundene Seite des Sensors starr be­ festigt ist, verbiegt sich der Sensor, wodurch auf dem Biegestab 11 eine Kraft ausgeübt wird, die ihrerseits über die Stahlplättchen 17, 18 auf die Dehnmeßstreifen 19 einwirkt. Damit werden die Dehnmeß­ streifen 19, die als Brückenschaltung angeordnet sind, entweder ge­ dehnt oder gestaucht, so daß an der Meßdiagonale der Brücke eine Spannung entsteht, die von der Auslenkung des Biegestabes abhängig ist. Die Auswertung dieser Spannung erfolgt mit einer Schaltungsan­ ordnung nach Fig. 4.

In Fig. 4 ist mit 19 die Brückenschaltung von vier Dehnmeßstreifen bezeichnet, die über vier Leitungen mit einer Signalaufbereitungs­ schaltung 35 verbunden ist. In dieser Signalaufbereitungsschaltung wird in bekannter und hier nicht abgebildeter Weise eine Versor­ gungsspannung bereitgestellt, die an eine Brückendiagonale der Dehn­ meßstreifen 19 gelegt wird, während an der anderen Brückendiagonale die Meßspannung UM entsteht, die in der Signalaufbereitungsstufe 35 gegebenenfalls verstärkt wird, so daß am Ausgang der Signalaufberei­ tungsstufe 35 eine Spannung U1 entsteht.

Der Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung ist über einen Wider­ stand 36 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 37 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang über einen Span­ nungsteiler mit den Widerständen 38 und 39 zwischen Batteriespannung UB und Masse liegt. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 37 und dem invertierenden Eingang liegt ein Widerstand 40, über dem der Operationsverstärker rückgekoppelt ist. Am Ausgang A1 des Opera­ tionsverstärkers 37 entsteht eine erste, das verstärkte Sensorsignal darstellende Ausgangsspannung, die ein Maß für den Lenkwinkel dar­ stellt.

An den Ausgang des Operationsverstärkers 37, 150 schließt sich eine weitere Verstärkerstufe an, die wie in 151 abgebildet einen Opera­ tionsverstärker 41 umfaßt, der über einen Widerstand 42 zwischen Aus- und invertierendem Eingang, rückgekoppelt ist, wobei dem inver­ tierenden Eingang über einen Widerstand 43 eine wählbare Referenz­ spannung U_Ref zugeführt wird. Damit wird das Ausgangssignal U_A1 nochmals verstärkt und es entsteht am Ausgang A2 die Spannung U_A2.

Zur Offset-Kompensation ist der Operationsverstärker 37 bzw. der Verstärker 150 mit einer Kompensationseinrichtung 44 verbunden. Da­ bei ist der Ausgang des Operationsverstärkers 37 bzw. des Verstär­ kers 150 mit dem invertierenden Eingang eines als Komparator be­ schalteten Operationsverstärkers 45 verbunden, der über einen Wider­ stand 46 rückgekoppelt ist, wobei dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 45 über einen Widerstand 47 die mit Hilfe eines Spannungsteilers 48 einstellbare Referenzspannung U_Ref zuge­ führt wird.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 45 ist über vier NAND-Gatter 49, 50, 51, 52 mit einem Zähler 53, der über eine Leitung L externe Taktsignale erhält, verbunden, wobei der Zähler 53 seinerseits über vier Leitungen mit einem D/A-Wandler 54 und über ein EX-ODER-Gatter 77 mit den NAND-Gattern 51, 52 verbunden ist.

Vom analogen Ausgang des D/A-Wandlers 54, an dem die Spannung U_AD entsteht, führt eine Verbindung mit einem Widerstand 55 und den Spannungsteiler 38, 39 zum nicht invertierenden Eingang des Opera­ tionsverstärkers 37, dies ist der Offseteingang des Verstärkers 150.

Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4

Beim Auslenken des Biegestabsensors 10 entsteht in dem Dehnmeßstrei­ fen 19 eine Spannung die in der Signalaufbereitungsschaltung 35 aufbereitet wird und im Operationsverstärker 37 so verstärkt wird, daß an seinem Ausgang A1 eine Spannung U_A1 entsteht, die zur Aus­ lenkung des Biegestabes und damit zum Lenkwinkel α proportional ist. In Fig. 8 ist diese Spannung UA1 über dem Lenkwinkel α aufge­ tragen, wobei als Lenkwinkel der Winkel gemeint ist, um dem das Lenkrad eines Fahrzeuges verdreht ist.

Bei Geradeauslauf ist demnach der Lenkwinkel gleich Null. Da die Ausgangsspannung UA1 des Operationsverstärkers 37 bauartbedingt zwi­ schen 0 Volt und 5 Volt veränderbar ist, sollte die Spannungsein­ stellung mit Hilfe der Widerstände 38, 39, 40 so erfolgen, daß bei einem Lenkwinkel von 0° eine Ausgangs Spannung UA1 von 2,5 Volt ent­ steht.

Im zweiten Verstärker 41, 42, 43 wird die Ausgangsspannung des Ope­ rationsverstärkers 37 wesentlich stärker verstärkt, so daß am Aus­ gang A2 des Operationsverstärkers 41 eine Spannung UA2 entsteht, die bei kleinem negativen Lenkwinkeln ihren Minimalwert und bei kleinem positiven Lenkwinkel ihren maximalen Wert (0 Volt bzw. 5 Volt) ein­ nimmt. Wird als Referenzspannung U_Ref eine Spannung von 2,5 Volt zugeführt, entsteht am Ausgang A2 bei einem Lenkwinkel von 0° eine Ausgangsspannung UA2 von 2,5 Volt.

Der zweite Verstärker bewirkt demnach, daß gerade im Bereich zwi­ schen Geradeauslauf und kleinem negativen bzw. positiven Lenkwin­ kel α eine erhöhte Meßgenauigkeit vorliegt.

Die Anordnung zur Offset-Kompensation 44 ist in Fig. 4 als digitale Offset-Kompensation realisiert. Mit Hilfe dieser Anordnung soll die Nullpunktverschiebung, die bauart bedingt oder durch einen Offset der Operationsverstärker 37 und 41 entstehen, kompensiert werden. Damit ist sichergestellt, daß die Nullage des Lenkwinkels korrekt erkannt wird.

Der Operationsverstärker 45, der als Komparator geschaltet ist, ver­ gleicht die am Operationsverstärker 41 entstehende Ausgangsspannung UA2 mit einer im Spannungsteiler 48 eingestellten Referenzspannung U_Ref. Da der Operationsverstärker 45 eine sehr hohe Verstärkung aufweist, (Mitkopplung mittels Widerstand 46), ist sein Ausgang ent­ weder in einem "high" oder "low"-Zustand, so daß die weitere Auswer­ tung mit Hilfe von binären logischen Schaltelementen 49 bis 52 erfolgen kann, die das entsprechende Signal an den Zähler 53 weiterleiten.

Der Zähler 53, der als vierstufiger binärer Vor/Rückwärtszähler auf­ gebaut ist, erhält über die Leitung L externe Taktimpulse, die er auf- oder abwärts zählt, je nachdem ob an seinem V/R-Eingang ein vom Operationsverstärker 45 geliefertes "high"-Signal oder "low"-Signal anliegt. Der Operationsverstärker 45 entscheidet damit, ob der Zähler 53 vorwärts oder rückwärts zählt.

Über vier Ausgänge Q gelangt der Zählerinhalt zum D/A-Wandler 54, wobei mit Hilfe der logischen Elemente 49 bis 52 sowie des EX-ODER-Gatters 77 ein Überlaufen des Zählers nach oben oder unten verhindert wird. Das EX-ODER-Gatter 77 liefert dabei bei Erreichen des untersten oder obersten Zahlenwertes ein "high"-Signal, worauf das Ausgangssignal des Komparators 45 gesperrt wird und statt dessen über die Leitung 77a die Zählrichtung entsprechend umgedreht wird, damit kein Überlauf entsteht.

Im Digital/Analog-Wandler 54 wird der vom Zähler gelieferte logische Pegel in eine Analog-Spannung gewandelt, diese Analogspannung U_AD beeinflußt den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstär­ kers 37 in der Weise, daß ein Offset im Verstärker 150 sowie Ver­ stärker 151 kompensiert wird.

Die in Fig. 4 aufgezeigte Anordnung zur Offset-Kompensation kann gegebenenfalls durch eine andere, ähnlich wirkende Einrichtung er­ setzt werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung handelte es sich um eine Sample-and-Hold-Schaltung, bei der ein Operationsverstärker 56, des­ sen invertierender Eingang direkt mit seinem Ausgang verbunden ist, über einen Widerstand 57 und einem Kondensator 58, deren Verbin­ dungspunkt am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen sind, und einen Schalter 59 an eine Leitung L an­ schließbar ist. Dabei wird über die Leitung L die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 45 dem Operationsverstärker 56 zugeführt, an dessen Ausgang die zur Offset-Kompensation benötigte analoge Spannung UA entsteht. Die Schaltung nach Fig. 5 soll die Anordnung 44 a ersetzen.

Die bisher beschriebene Auswerteschaltung ermöglicht bereits eine sehr präzise Auswertung der vom Biegestabsensor gelieferten Aus­ gangssignale, eine Verbesserung des Offset-Abgleichs läßt sich je­ doch noch erreichen, wenn zusätzlich ein optisches Meßsystem einge­ setzt wird. Dies ist möglich, da das Innere des Biegestabsensors sich in einem völlig geschützten, dunklen Raum befindet. In gerader Stellung des Biegestabes kann mit Hilfe einer solchen optischen Meß­ strecke der Nulldurchgang des Biegestabes sehr präzise und einfach gemessen werden. Dazu wird der Lichtstrahl 82 der LED-Sendediode 28 durch eine Schlitzmaske 61, die in die Schutzkappe 26 eingearbeitet ist, geführt. Am vorderen Ende des Biegestabes 10 wird der Licht­ strahl mit Hilfe der optischen Linse 34, die innen verspiegelt ist, derart umgelenkt, daß er vertikal in genau senkrechtem Winkel auf die Oberfläche der Kugel 29 trifft. Von dort wird der Strahl reflek­ tiert und gelangt durch eine weitere Schlitzmaske 62 auf eine opti­ sche Empfangsdiode 63 mit zwei sehr dicht nebeneinanderliegenden Sensorflächen 64, 65. Die beiden Schlitzmasken dienen bei dieser Anordnung der genauen vertikalen Nulldurchgangserkennung und ermög­ lichen eine Fehllichtausblendung bei gleichzeitiger Unempfindlich­ keit gegenüber horizontalen Fehlwinkeln.

Die optische Linse 34 erhöht die Unempfindlichkeit gegenüber Fehl­ winkeln des Biegestabhalters 31 sowie des Biegestabs 11 im Null­ durchgang. Damit ist allein die vertikale Lage des Mittelpunkts der Kugel 29 ausschlaggebend für die Messung des Nulldurchgangs. Gleich­ zeitig bewirkt die Lichtreflexion mittels Optik auf der Kugelober­ fläche eine Veränderung des Strahlumlenkwinkels und somit eine Ver­ größerung der Meßgenauigkeit des Nulldurchgangs.

Eine Schaltungsanordnung, mit der die beschriebene Nulldurchgangser­ kennung mit Hilfe eines Schwellwertes 66 realisiert werden kann, ist in den Fig. 6 und 7 aufgezeigt.

In Fig. 6 sind die beiden Sensorflächen 64, 65 der optischen Empfangsdiode 63 als zwei Differentialfotodioden 67, 68 dargestellt. Dabei ist die Differentialfotodiode 67 mit dem nicht invertierenden Eingang eines als Differenzverstärker mit leichter Rückkopplung be­ schalteten Operationsverstärkers 69 verbunden, wobei über einen Widerstand 70 ein Anschluß an positive Versorgungsspannung erfolgt. Die Differentialfotodiode 68 ist in ähnlicher Weise mit dem inver­ tierenden Eingang des Operationsverstärkers 69 verbunden und über einen Widerstand 71 ebenfalls an Versorgungsspannung angeschlossen.

Als Rückkopplung des Operationsverstärkers ist ein Widerstand 72 als Mitkopplung zwischen dem Ausgang und dem nicht invertierenden Ein­ gang des Operationsverstärkers 69 gelegt.

Ein weiterer Operationsverstärker 73 mit der Funktion eines Schwell­ wertschalters, der über einen Widerstand 74 als Komparator leicht mitgekoppelt ist, ist mit seinem invertierenden Eingang mit dem in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 62 verbunden und mit seinem nicht invertierenden Eingang über einen Spannungsteiler 75, 76 zwischen Versorgungsspannung und Masse gelegt.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 69 ist zum einen direkt auf einen Eingang eines EX-ODER-Gatters 77 gelegt, eine weitere Verbin­ dung führt vom Ausgang des Operationsverstärkers 69 über einen aus dem Widerstand 78 und dem Kondensator 79 bestehenden Tiefpaß auf dem anderen Eingang des EX-ODER-Gatters 77.

Der Ausgang des EX-ODER-Gatters 77 führt auf ein NAND-Gatter 78, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 73 verbunden ist und an dessen Ausgang Schaltimpulse 81 entstehen, die als Takt-Impulse für den Zähler 53 verwendet werden können.

Die Differentialdioden 67, 68 liefern je nach Intensität der Bestrah­ lung einen mehr oder weniger hohen Diodenstrom. Die Stärke der Be­ strahlung der einzelnen Differentialdioden hängt von der Lage des Biegestabes 11 ab. Der Verlauf der Diodenströme ID1 und ID2 über dem Lenkwinkel α in Grad ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist zu er­ kennen, daß sich die Kurven ID1 und ID2 in einem einzigen Punkt schneiden. Zur Kompensation des Offsets wird ausgenutzt, daß sich dieser Schnittpunkt, an dem Schaltimpulse für den Zähler 53 des Offset-Abgleichs ausgelöst werden, bei α=0° befindet. Erzeugt wer­ den die Schaltimpulse mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Schal­ tungsanordnung, wobei im Tiefpaß 78, 79 die Impulsbreite festgelegt wird, im EX-ODER-Gatter eine Flankengleichrichtung erfolgt und durch Verknüpfung des Ausgangssignals des EX-ODER-Gatters und des Aus­ gangssignals des Operationsverstärkers 73 in einem NAND-Gatter wird ein Schaltimpuls erzeugt.

Der Operationsverstärker 73 sowie dessen Beschaltung hat darüber hinaus noch die Aufgabe, zu verhindern, daß Störsignale zu Fehlern führen. Dazu wird im Operationsverstärker 23 am invertierenden Ein­ gang ein Ist-Wert für die Störsignalausblendung zugeführt, seinem nicht invertierenden Eingang wird eine Soll-Spannung der Störsignal­ ausblendung zugeführt, die im Spannungsteiler 75, 76 erzeugt wird. Damit entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 73 eine Schwelle, unterhalb der Störsignale ausgeblendet werden. Die sich einstellenden Spannungen sind mit U10, U11 und U12 bezeichnet.

Die Spannung U10, die am Ausgang des Operationsverstärkers 73 entsteht ist in Fig. 9 über dem Lenkwinkel α aufgetragen.

Eine Abschätzung für die Meßgenauigkeit der Auswerteschaltung ist in Fig. 10 angegeben, dabei ist der Spannungsverlauf UA1 über dem Lenkwinkel aufgetragen, ebenso der Spannungsverlauf UA2, wobei auf der Ordinate die geschätzte Meßgenauigkeit in Grad angegeben ist.

Wie Fig. 10 zu entnehmen ist, ist mit dem zusätzlichen Operations­ verstärker 41 eine deutliche Verbesserung der Genauigkeit zu er­ zielen.

Der beschriebene Biegestabsensor kann als Lenkwinkelsensor verwendet werden, es ist jedoch auch möglich, diesen Sensor ganz allgemein zur Messung eines Weges oder eines Winkels zu verwenden, wobei die Länge des Biegestabes den Erfordernissen angepaßt werden kann.

Als Meßprinzip eignen sich außer der Messung mittels Dehnmeßstreifen (DMS) auch andere Verfahren wie sie z. B. für Drucksensoren verwendet werden und beispielsweise den Hall- oder piezoelektrischen Effekt ausnutzen. Dabei müssen die DMS lediglich durch geeignete Hallelemente oder piezoelektrische Elemente ersetzt werden, die dann ebenfalls wieder in einer Brückenanordnung verschaltet sind.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Weg- oder Winkelmessung, mit, in einer Brücken­ schaltung angeordneten, mit einer Unterlage in Verbindung stehenden Meßelementen, die an einer Diagonale der Brückenschaltung ein wegabhängiges Signal liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Biegestab (11), der abhängig vom zu messenden Weg (S) oder Winkel (α) ausgelenkt wird, auf die Unterlage (18) der Meßelemente über ein Verbindungsstück (17) mechanisch einwirkt und eine Untersetzung des zu messenden Weges oder Winkels erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente Dehnmeßstreifen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, in der das wegabhängige Signal verarbeitet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteschaltung eine erste Verstärkerstufe enthält, an deren Ausgang eine Spannung entsteht, die abhängig vom zu messenden Weg ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verstärkerschaltung vorgesehen ist, der Verstärkungsfaktor wesentlich höher ist als der Verstärkungsfaktor der ersten Verstär­ kerstufe und deren Arbeitspunkt so gewählt wird, daß die maximale Empfindlichkeit im Bereich sehr kleiner Auslenkung liegt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Biegestabsensor ein zusätzliches optisches System aufweist, das zur Offset-Kompensation verwendet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System sich innerhalb des Biegestabsensors befindet und eine Sendediode und zwei differentielle Empfangsdioden, die auf der einen Seite des Biegestabes angeordnet sind und eine optische Linse mit innenseitiger Verspiegelung auf der anderen Seite des Biegesta­ bes aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Offset-Kompensation durch Vergleich der von den differentiellen Empfangsdioden gelieferten Ströme I_D1 und I_D2 erfolgt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Biegestabsensor (10) auf der einen Seite mit dem Rahmen (16) eines Fahrzeugs und auf der anderen Seite mit der Spurstange (32) verbunden ist und der gemessene Winkel der Lenkwinkel (α) ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Einrichtung zur Offset-Kompensation (44) auf­ weist, die zwischen dem Ausgang der zweiten Verstärkerstufe und de­ ren einem Eingang liegt und eine Spannungsverschiebung am betreffen­ den Eingang bewirkt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zu Offset-Kompensation einen als Komparator beschalteten Operationsverstärker (45) aufweist, der die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers (37) mit einer Referenzspannung vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis eine logische Anordnung (49) bis (54) und (77) zur Erzeugung einer Analogspannung ansteuert, mit welcher der Schwellwert am Operationsverstärker (37) beeinflußt wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Anordnung (49) bis (54) und (77) durch eine Sample-and-hold-Schaltung ersetzt wird.