DE4228719A1 - Kapazitiver Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Kapazitiver Lenkwinkelsensor für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Lenkwinkelsensor für ein
Kraftfahrzeug zur Bestimmung eines Drehwinkels einer in vorzugsweise
zumindest einem Wälzlager verdrehbar geführten Lenkspindel mit einem
ring- oder scheibenförmigen Skalenelement, das synchron zur Lenkspin
del verdreht wird, sowie einer ortsfest gegenüber dem Skalenelement
angeordneten Sende-, Empfangs- und Auswerteelektronik.
Ein kapazitiver Lenkwinkelsensor der vorgenannten Gattung ist aus der
EP-A-03 77 097 bekannt. Danach soll am Lenkrad des Kraftfahrzeugs ein
ring- oder scheibenförmiges Skalenelement mit einem einspurigen
Streifencode vorgesehen sein. Radial innerhalb und außerhalb der
Erstreckung des ring- oder scheibenförmigen Skalenelements sind meh
rere gleichmäßig über den Umfang desselben verteilte Sensoren an
geordnet, die jeweils aus einem Sender und einem Empfänger bestehen.
Vorzugsweise soll über diese Sensoren eine optische Erfassung des
Streifencodes durch Gabellichtschranken, Reflexkoppler oder CCD-Zei
lenkameras erfolgen. Es wird zwar auch darauf hingewiesen, daß die
Erkennung des Streifencodes durch induktiv arbeitende Sensoren möglich
ist, die präzise Ausbildung dieser elektronischen Sensorik ist aber
nicht erläutert. Die wesentlichen Nachteile dieser bekannten Vorrich
tung zur Bestimmung des Drehwinkels eines Fahrzeuglenkrades bestehen
darin, daß die über den Umfang verteilten Sensoren zum einen sehr
präzise zueinander und gegenüber dem Skalenelement positioniert werden
müssen und zum anderen, daß die Sensoren aufgrund ihrer Anordnung sehr
viel Bauraum beanspruchen. Der entsprechende Bauraum für die Anbrin
gung derartiger Sensoren steht zumeist im Bereich der Lenkspindel oder
des Lenkrades nicht zur Verfügung, und eine exakte Positionierung bei
der Montage der Vorrichtung am Kraftfahrzeug ist kaum realisierbar.
Außerdem muß für eine hohe Meßgenauigkeit eine feinere Einteilung des
Streifencodes und eine weitere Erhöhung der Anzahl der Sensoren in
Kauf genommen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven
Lenkwinkelsensor zu schaffen, der unter Verwendung günstiger baulicher
Mittel eine hohe Meßgenauigkeit aufweist, mit geringem baulichen
Aufwand in ein Fahrzeuglenksystem integrierbar ist und auch bei hohen
Temperaturschwankungen, auftretender Verschmutzung und Erschütterungen
funktionssicher ist.
Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
dadurch gelöst, daß das Skalenelement drehfest mit der Lenkspindel
und/oder einem Innenring des Wälzlagers verbunden ist, während eine
Lagerkonsole, in der vorzugsweise ein Außenring des Wälzlagers geführt
ist, die Sende- und Empfangselektronik aufnimmt, daß sowohl die Sende-
und Empfangselektronik als auch das Skalenelement jeweils einander
radial oder axial gegenüberliegende Sende- und Empfangselektroden
aufweisen, wobei Sendeelektroden der Sendeelektronik und Empfangselek
troden des Skalenelements eine erste Kondensatorgruppe sowie Sendelek
troden des Skalenelements und Empfangselektroden der Empfangselektro
nik eine zweite Kondensatorgruppe bilden, und daß Signale aus der
Empfangselektronik der Auswerteelektronik zugeführt werden, in welcher
das aufgrund der Lage der jeweiligen Sende- und Empfangselektroden
bezüglich seiner Phase oder Amplitude beeinflußte Signal in einen
aktuellen Wert des Lenkwinkels umwandelbar ist. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung weist zunächst den wesentlichen Vorteil auf, daß ein
Lenkwinkelsensor ohne wesentliche bauliche Veränderungen im Rahmen
einer Lagerung der Lenkspindel in die Lenksäule integrierbar ist.
Dieser Lenkwinkelsensor beansprucht wenig Platz, da die Sende- und
Empfangselektrode der Sende- und Empfangselektronik zu einer Gruppe
zusammengefaßt ein dünnwandiges Bauelement bilden. Es besteht bei
spielsweise die Möglichkeit, diese Sende- und Empfangselektrode der
Sende- und Empfangselektronik durch eine Leiterfolie im Inneren der
Lagerkonsole dem Skalenelement gegenüberliegend anzubringen. Durch die
Verwendung eines kapazitiven Meßsystems des Intekrementaltyps läßt
sich ein kostengünstiger, verschleißfreier und störungsunanfälliger
Lenkwinkelsensor, vorzugsweise für Vierradlenkungen und aktive Feder-
Dämpfer-Systeme von Kraftfahrzeugen realisieren. Im übrigen zeichnet
sich das verwendete kapazitive Meßsystem gegenüber optischen Systemen
durch einen minimalen Stromverbrauch aus, und es weist gegenüber allen
bisher bekannten für Lenkwinkelsensoren verwendeten Meßsystemen den
Vorteil eines minimalen Gewichts auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ab
hängigen Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
Gemäß Anspruch 2 sollen die Empfangs- und/oder Sendeelektroden des
Skalenelements einen spiral- oder schraubenförmigen Verlauf aufweisen,
und es soll eine Gruppe von Sende- und Empfangselektroden der Sende-
und Empfangselektronik derart zu den spiral- oder schraubenförmig
verlaufenden Empfangs- und/oder Sendeelektroden angeordnet sein, so daß
sich bei unterschiedlichen Lenkwinkeln unterschiedliche Überdeckungen
zwischen Sende- und Empfangselektroden ergeben. Auf diese Weise ist es
möglich, ein absolutes Meßsystem zu schaffen, das nach einem Ausfall
der Stromversorgung selbsttätig die genaue Meßposition ermitteln kann.
Derartige Probleme können beispielsweise dann auftreten, wenn im
Rahmen einer Reparatur die Batterie des Kraftfahrzeugs abgeklemmt
wird. Würde kein absolutes Meßsystem verwendet werden, so müßte nach
dieser Unterbrechung der Stromversorgung exakt die Nullposition des
Lenksystems einjustiert werden, was mit großem Aufwand verbunden wäre.
Alternativ zu der Lösung nach Anspruch 2 sollen sich gemäß Anspruch 3
zwei Spuren von Empfangs- und/oder Sendeelektroden am Umfang des
ringförmigen Skalenelements oder an einer kreisförmigen Oberfläche des
scheibenförmigen Skalenelements jeweils spiral- oder schraubenlinien
förmig erstrecken, und es soll eine Gruppe von Sende- und Empfangs
elektroden der Sende- und Empfangselektronik quer zu den spiral- oder
schraubenlinienförmig verlaufenden Empfangs- und/oder Sendeelektroden
sein, wobei sich bei unterschiedlichen Lenkwinkeln unterschiedliche
Überdeckungen zwischen Sende- und Empfangselektroden ergeben und die
jeweilige Winkelstellung aufgrund des in dieser Stellung ermittelten
Abstands der Spiral- oder Schraubenlinien erfaßbar ist. Durch diese
Verwendung von zwei Spuren können Meßfehler, die aufgrund von axialem
Versatz am ringförmigen Skalenelement oder aufgrund von einer un
genauen Zentrierung des scheibenförmigen Skalenelements auftreten,
ausgeglichen werden. Bei dem mit zwei Spuren versehenen Skalenelement
ist nämlich die jeweils ermittelte Winkelstellung nicht abhängig von
der Lage der jeweiligen Einzelelektroden einer Spur zu der Gruppe von
Sende- und Empfangselektroden, sondern es wird in jeder Stellung der
Abstand zwischen den beiden Spuren ermittelt. Auch durch diese im
Anspruch 3 angegebenen Mittel ist in einfacher Weise ein absolutes
Lenkwinkelmeßsystem realisierbar, das nach einem Ausfall der Stromver
sorgung die jeweilige Winkelstellung ermitteln kann.
Gemäß Anspruch 3 sollen auf dem Skalenelement Empfangs- und/oder
Sendeelektroden auf mehreren Spuren mit unterschiedlicher Teilung
angeordnet sein, wobei einer Teilungsperiode einer Spur jeweils eine
halbe Teilungsperiode einer nächstgröberen Spur zugeordnet ist. Eine
derartige Teilung der aufeinanderfolgenden Spuren ist bei digitalen
Maßstäben, die als Längenmeßsystem verwendet werden, als Dual-Code-
Verfahren bekannt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können auf dem Skalen
element Empfangs- und/oder Sendeelektroden auf mehreren Spuren mit
unterschiedlicher Teilung angeordnet sein, wobei einer Teilungsperiode
einer Spur jeweils eine halbe Teilungsperiode einer nächstgröberen
Spur zugeordnet ist und die einzelnen Spuren um jeweils eine Viertel
teilungsperiode der nächstfeineren Spur versetzt sind. Derartige
Teilungsperioden, nach denen im vorliegenden Fall die Empfangs-
und/oder Sendeelektroden angeordnet sein sollen, sind für Längenmes
sungen allgemein als Gray-Code-Verfahren bekannt. Durch die Verwendung
des Gray-Code-Verfahrens läßt sich eine sehr hohe Meßgenauigkeit
erzielen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Spuren, die nach den Ansprüchen 3 und 4 jeweils eine Teilungsperiode
und einen Versatz nach dem Dual-Code-Verfahren oder nach dem Gray-
Code-Verfahren haben, konzentrisch zueinander verlaufen. Auf diese
Weise läßt sich auch unter Verwendung des Dual- oder Gray-Codes das
Skalenelement scheibenförmig und somit mit sehr günstigen baulichen
Abmessungen und hoher Stabilität gestalten.
Schließlich soll gemäß Anspruch 6 der Skalenring als Leiterfolie
ausgebildet sein, die auf eine mit dem Innenring oder der Lenkspindel
drehfest verbundenen Adapterscheibe oder einen Adapterring aufgebracht
ist. Ein derartiger Adapterring oder eine Adapterscheibe läßt sich auf
einfache Art und Weise mit dem Innenring des Wälzlagers oder mit der
Lenkspindel verbinden und kann ohne besondere bauliche Maßnahmen
wahlweise an der Lagerung der Lenkspindel vorgesehen sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung ver
wiesen, in der insgesamt sechs verschiedene Ausgestaltungsbeispiele
vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zur Lagerung einer Lenk
spindel dienende Lagerkonsole mit darin angeordnetem
kapazitivem Lenkwinkelsensor,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Lagerkonsole gemäß Linie
II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilabschnitt eines ringförmig ausgebildeten
Skalenelements mit darauf angeordneten Elektroden, die
als Empfangs- und Sendeelektroden wirkende Abschnitte
bilden,
Fig. 4 eine Ansicht auf Sende- und Empfangselektroden eines
drehfest mit der Lagerkonsole verbundenen Elements zur
Aufnahme der Sende- und Empfangselektronik,
Fig. 5 eine Abwinklung eines ringförmigen Skalenelements, auf
welchem zwei Spuren von Empfangs- und Sendeelektroden
angeordnet sind,
Fig. 6 ein scheibenförmiges Skalenelement, an dessen kreis
förmiger Oberfläche eine Spur von Empfangs- und Sen
deelektroden mit spiralförmigem Verlauf angeordnet ist,
Fig. 7 eine Abwicklung eines ringförmigen Skalenelements, bei
dem Empfangs- und/oder Sendeelektroden nach dem Dual-
Code angeordnet sind,
Fig. 8 eine Abwicklung eines ringförmigen Skalenelements, bei
dem die Empfangs- und/oder Sendeelektroden nach dem Gray-
Code angeordnet sind und
Fig. 9 ein scheibenförmiges Skalenelement, bei dem nach dem
Gray-Code-Verfahren angeordnete Spuren konzentrisch
zueinander verlaufen.
In der Fig. 1 ist mit 1 eine Lagerkonsole bezeichnet, in der, wie
insbesondere der Fig. 2 entnommen werden kann, eine Lenkspindel 2
über ein Wälzlager 3 gelagert ist. Das Wälzlager 3, das unter anderem
einen Außenring 3a und einen Innenring 4 aufweist, nimmt die Lenkspin
del 2 an diesem Innenring 4 unter Einfügung eines Adapterrings 5 auf.
Die Lagerkonsole 1 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet und
weist einen radialen Ansatz 6 auf, der im vorliegenden Fall einen
rechteckigen Querschnitt hat und an seiner radial äußeren Erstreckung
ein Dichtelement 7 zur Durchführung eines nicht dargestellten Kabels
aufnimmt. Weiterhin besteht der radiale Ansatz 6, wie ebenfalls der
Fig. 2 entnommen werden kann aus einem abnehmbaren Deckel 8.
Der Adapterring 5 ist im ringförmigen Abschnitt der Lagerkonsole 1
unter Bildung eines Ringspalts 9 angeordnet und nimmt an seinem äuße
ren Umfang ein ringförmiges Skalenelement 10 auf. Diesem Skalenelement
10 gegenüberliegend, ist an einem Teilabschnitt des Umfangs der Lager
konsole 1 ein Sensorelement 11 angeordnet, das mit einer Sende- und
Empfangselektronik 12 in Verbindung steht. Bestandteil dieser Sende-
und Empfangselektronik 12 ist unter anderem ein Chip 13, und die
gesamte Sende- und Empfangselektronik wird von einer Platte 14 auf
genommen, die ihrerseits in das Innere des radialen Ansatzes 6 ein
gesetzt ist. Die Sende- und Empfangselektronik 12 wird normalerweise
über das nicht dargestellte Kabel aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs
mit Strom versorgt, oberhalb der Platte 14 befindet sich aber ein Raum
14a, in welchen ebenfalls nicht dargestellte Batterien eingesetzt
werden können, die im Falle eines Ausfalls der normalen Stromversorgung
die Stromversorgung der Sende- und Empfangselektronik 12 übernehmen
können, so daß ermittelte Daten erhalten bleiben und Änderungen des
Lenkwinkels nach wie vor erfaßt werden.
Zur näheren Erläuterung der Ausbildung der Sende- und Empfangselektro
nik 12 und des Skalenelementes 10 wird auf die Fig. 3 und 4 ver
wiesen. In der Fig. 3 ist ein Teilabschnitt des Skalenelements 10 in
seiner Abwicklung dargestellt. Das Skalenelement 10 ist demnach aus
einer Folie hergestellt, die eine Vielzahl von paarweise spiegel
bildlich angeordneten Elektroden 15 und 16 aufweist. In einem mit
tleren, durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichneten identisch ausgebil
deten Abschnitt wirken diese Elektroden 15 und 16 als Empfangselek
troden, während sie in ihren jeweiligen Endbereichen, in denen sie
laschenartig ausgebildet sind, als erste Sendeelektroden 18 und zweite
Sendeelektroden 19 dienen.
In der Fig. 4 ist die Unterseite, das heißt, die dem Skalenelement 10
zugewandte Fläche des Sensorelements 11 dargestellt. Das Sensorelement
11 weist in einem mittleren Bereich, an dem die als Empfangselektroden
wirkenden Abschnitte 17 der Elektroden 15 und 16 vorbeibewegt werden,
eine Vielzahl von identisch ausgebildeten Sendeelektroden 20 auf. Den
laschenartig ausgebildeten, als erste Sendeelektrode 18 und zweite
Sendeelektroden 19 wirkenden Abschnitten der Elektroden 15 und 16 sind
jeweils erste Empfangselektroden 21 und zweite Empfangselektroden 22
des Sensorelements 11 zugewandt. Die aus den vorgenannten Elektroden
15 bis 22 gebildete kapazitive Meßeinrichtung steht mit dem Chip 13,
also mit einem integrierten Schaltkreis in Verbindung, wobei dieser
Chip 13 Bestandteil einer Auswerteelektronik ist.
Die Funktion der kapazitiven Meßeinrichtung zur Ermittlung des
Lenkwinkels aufgrund einer Verdrehung der Lenkspindel 2 gegenüber der
Lagerkonsole 1 ist folgende:
Die Sendeelektroden 20 des Sensorelements 11 und die Empfangselektroden
17 des Skalenelements 10 bilden eine Vielzahl von ersten Konden
satorgruppen, während weiterhin über die ersten und zweiten Sen
deelektroden 18 und 19 sowie die ersten und zweiten Empfangselektroden
21 und 22 wiederum eine Vielzahl von Kondensatorgruppen gebildet
werden. Dabei wird von dem Chip 13 ein Signal an eine Sendeelektrode
20 abgegeben, von wo es an die jeweilige gegenüberliegende
Empfangselektrode gesendet wird. Diese von den Sendeelektroden 20
überdeckten Empfangselektroden 17 geben das Signal aufgrund ihrer
festen Verbindung an die ersten und zweiten Sendeelektroden 18 und 19
des Skalenelements 10 ab, die das Signal an die ersten und zweiten
Empfangselektroden 21 und 22 zurücksenden. Von dort wird es zu der
Auswerteelektronik 13 zurückgeführt, wo es mit dem Ausgangssignal
verglichen wird. Kapazitätsänderungen der Kondensatoren können so
identifiziert, qualifiziert und dem Verschiebeweg zugeordnet werden.
Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Meßprinzip ist für Lenkwinkel
messungen in Kraftfahrzeugen besonders geeignet, weil es raumsparend
aufgebaut werden kann, nur minimalen Stromverbrauch hat und gegen die
im Kraftfahrzeug häufig vorkommenden wechselnden elektrischen und
magnetischen Felder immun ist bzw. leicht abgeschirmt werden kann und
weil es berührungslos arbeitet und somit nicht verschleißanfällig ist.
In der Fig. 5 ist schematisch eine weitere Ausgestaltung einer Meßan
ordnung dargestellt. Danach kann ein zum besseren Verständnis in
seiner Abwicklung dargestelltes Skalenelement 23 Spuren 24 und 25 von
Empfangs- und Sendeelektroden aufweisen, wobei diese Spuren einen
schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen. Diesen Spuren 24 und 25 ist
wiederum ein Sensorelement 26 zugeordnet, dessen nicht näher darges
tellte Sende- und Empfangselektroden als Gruppe angeordnet sind, die
die Spuren 24 und 25 in Querrichtung überdecken. Mit dieser Meßein
richtung wird jeweils auf kapazitivem Weg der Abstand zwischen den
Spuren 24 und 25 ermittelt, und es ist somit ein absolutes Meßverfah
ren realisierbar, das heißt, auch nach Ausfall der Stromversorgung ist
die jeweilige Position der Meßelemente erfaßbar. Darüber hinaus besteht
aber auch die Möglichkeit, nur eine Spur vorzusehen, und dabei die
jeweilige Lage dieser schräg zu dem Sensorelement verlaufenden Spur zu
ermitteln und danach ständig den Lenkwinkel zu erfassen. Weiterhin
können die Spuren aber auch am Skalenelement 23, wie durch strich
punktierte Linien 27 und 28 dargestellt, einen kurvenförmigen Verlauf
aufweisen. Dadurch besteht die Möglichkeit, in bestimmten Lenkwinkel
bereichen, vorzugsweise einem mittleren Lenkwinkelbereich sehr genaue
Meßwerte zu erzielen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht, wie in der Fig. 6
dargestellt, die Möglichkeit, auf einem scheibenförmigen Skalenelement
29 eine Spur 30 aus Empfangs-und Sendeelektroden vorzusehen, die einen
spiralförmigen Verlauf aufweisen. Dieser spiralförmigen Spur 30 ist
wiederum ein quer angeordnetes Sensorelement 31 zugeordnet. Es handelt
sich dabei wieder um eine absolut messende Einrichtung für die Lenkwin
kelerfassung, die nur einen geringen Bauraum beansprucht.
In den Fig. 7, 8 und 9 sind unterschiedliche Skalenelemente darges
tellt, die sich ebenfalls für eine besonders präzise Ermittlung des
Lenkwinkels im Rahmen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ein
richtung eignen. Nach der Fig. 7 sollen insgesamt fünf Spuren von
Empfangs- und Sendeelektroden einander mit unterschiedlicher Teilung
zugeordnet sein. Dabei ist eine Teilungsperiode einer Spur jeweils
eine halbe Teilungsperiode einer nächst gröberen Spur zugeordnet. Eine
derartige Teilung eines Maßstabs für Längenmeßsysteme ist bereits
bekannt als sogenanntes Dual-Code-Verfahren.
Nach der Fig. 8 sind auf einem Skalenelement 33 Empfangs- und Sen
deelektroden ebenfalls auf mehreren Spuren angeordnet, die unterschied
liche Teilungen aufweisen. Einander benachbarte Spuren unterscheiden
sich wiederum jeweils um eine halbe Teilungsperiode und diese Spur mit
der halben Teilungsperiode ist gegenüber der gröberen Spur um eine
Viertelteilungsperiode versetzt. Diese Ausbildung der Spuren ist allge
mein bekannt aus der Längenmeßtechnik als sogenanntes Gray-Code-Ver
fahren.
In der Fig. 9 ist ein scheibenförmiges Skalenelement 34 dargestellt,
das wiederum unterschiedliche Spuren von Empfangs- und Sendeelektroden
aufweist, die zueinander konzentrisch verlaufen und die nach dem Gray-
Code-Verfahren verteilt angeordnet sind. Mit den Skalenelementen 32,
33 und 34 nach den Fig. 7 bis 9 läßt sich ebenfalls ein absolutes
Meßsystem realisieren, mit dem nach einem Ausfall der Stromversorgung
die jeweilige Meßposition bestimmbar ist.
Bezugszahlenliste
1 Lagerkonsole
2 Lenkspindel
3 Wälzlager
3a Außenring von 3
4 Innenring von 3
5 Adapterring
6 radialer Ansatz
7 Dichtelement
8 Deckel
9 Ringspalt
10 Skalenelement
11 Sensorelement
12 Sende-und Empfangselektronik
13 Chip
14 Platte
14a Raum für Batterien
15 Elektroden
16 Elektroden
17 Abschnitt von 15 und 16 als Empfangselek troden
18 erste Sendeelektroden
19 zweite Sendeelektroden
20 Sendeelektroden von 11
21 erste Empfangselektroden
22 zweite Empfangselektroden
23 ringförmiges Skalenelement
24 Spur
25 Spur
26 Sensorelement
27 Spur
28 Spur
29 scheibenförmiges Skalenelement
30 spiralförmige Spur
31 Sensorelement
32 Skalenelement
33 Skalenelement
34 Skalenelement
2 Lenkspindel
3 Wälzlager
3a Außenring von 3
4 Innenring von 3
5 Adapterring
6 radialer Ansatz
7 Dichtelement
8 Deckel
9 Ringspalt
10 Skalenelement
11 Sensorelement
12 Sende-und Empfangselektronik
13 Chip
14 Platte
14a Raum für Batterien
15 Elektroden
16 Elektroden
17 Abschnitt von 15 und 16 als Empfangselek troden
18 erste Sendeelektroden
19 zweite Sendeelektroden
20 Sendeelektroden von 11
21 erste Empfangselektroden
22 zweite Empfangselektroden
23 ringförmiges Skalenelement
24 Spur
25 Spur
26 Sensorelement
27 Spur
28 Spur
29 scheibenförmiges Skalenelement
30 spiralförmige Spur
31 Sensorelement
32 Skalenelement
33 Skalenelement
34 Skalenelement
Claims (7)
1. Kapazitiver Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug zur Bestimmung
eines Drehwinkels einer in vorzugsweise zumindest einem Wälzlager (3)
verdrehbar geführten Lenkspindel (2) mit einem ring- oder
scheibenförmigen Skalenelement (10, 23, 29, 32, 33, 34), das synchron
zur Lenkspindel (2) verdreht wird, sowie einer ortsfest gegenüber dem
Skalenelement (10, 23, 29, 32, 33, 34) angeordneten Sende-, Empfangs-
und Auswerteelektronik (11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22,
24, 25, 27, 28), dadurch gekennzeichnet, daß das Skalenelement (10,
23, 29, 32, 33, 34) drehfest mit der Lenkspindel (2) und/oder einem
Innenring (4) des Wälzlagers (3) verbunden ist, während eine Lagerkon
sole (1), in der vorzugsweise ein Außenring (3a) des Wälzlagers (3)
geführt ist, die Sende- und Empfangselektronik (11, 12, 13, 20, 21,
22) aufnimmt, daß sowohl die Sende- und Empfangselektronik (11, 12,
13, 21, 22) als auch das Skalenelement (10, 23, 29, 32, 33, 34)
jeweils einander radial oder axial gegenüberliegende Sende- und
Empfangselektroden (15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 27, 28,
30) aufweisen, wobei Sendeelektroden (20) der Sendeelektronik (11, 26,
31) und Empfangselektroden (17) des Skalenelements (10, 23, 29, 32,
33, 34) eine erste Kondensatorgruppe sowie Sendeelektroden (18 und 19)
des Skalenelements (10, 23, 29, 32, 33, 34) und Empfangselektroden
(21, 22) der Empfangselektronik (11, 26, 31) eine zweite Konden
satorgruppe bilden, und daß Signale aus der Empfangselektronik (11,
26, 31) der Auswerteelektronik (13) zugeführt werden, in welcher das
aufgrund der Lage der jeweiligen Sende- und Empfangselektroden (15,
16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30) bezüglich seiner Phase
oder Amplitude beeinflußte Signal in einen aktuellen Wert des Lenkwin
kels umwandelbar ist.
2. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Empfangs- und/oder Sendeelektroden des Skalenelements
(23, 29) einen spiral- oder schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen
und daß eine Gruppe von Sende- und Empfangselektroden (26, 31) derart
zu den spiral- oder schraubenförmig verlaufenden Empfangs- und/oder
Sendeelektroden (24, 25, 27, 28) angeordnet ist, daß sich bei
unterschiedlichen Lenkwinkeln unterschiedliche Überdeckungen zwischen
Sende- und Empfangselektroden ergeben.
3. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß zwei Spuren (24, 25, 27, 28) von Empfangs- und/oder Sen
deelektroden sich am Umfang des ringförmigen Skalenelementes (23) oder
an einer kreisförmigen Oberfläche des scheibenförmigen Skalenelements
(29) jeweils spiral- oder schraubenlinienförmig erstrecken und daß
eine Gruppe von Sende- und Empfangselektroden der Sende- und Empfangs
elektronik quer zu den spiral- oder schraubenlinienförmig verlaufenden
Empfangs- und/oder Sendeelektroden angeordnet ist, so daß die jewei
lige Winkelstellung aufgrund des in dieser Stellung ermittelten
Abstands der Spiral- oder Schraubenlinien erfaßbar ist.
4. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß auf dem Skalenelement (32) Empfangs- und/oder Sendeelektroden
auf mehreren Spuren mit unterschiedlicher Teilung angeordnet sind,
wobei einer Teilungsperiode einer Spur jeweils eine halbe
Teilungsperiode einer nächstgröberen Spur zugeordnet ist.
5. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die am Skalenelement (33) nach unterschiedlichen
Teilungsperioden ausgebildeten Spuren versetzt zueinander angeordnet
sind, wobei eine Spur jeweils um eine Viertelteilungsperiode versetzt
gegenüber der nächstgröberen Spur angeordnet ist.
6. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren (30) konzentrisch zueinander
verlaufen.
7. Kapazitiver Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Skalenelement (10, 23, 29, 32, 33, 34) als Leiterfolie
ausgebildet ist, die auf eine mit der Lenkspindel (2) drehfest verbun
denen Adapterscheibe oder einen Adapterring (5) aufgebracht ist.
Priority Applications (1)
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ID=6466685
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