DE4236483A1 - Betätigungseinrichtung für einen linearen Wegsensor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Betätigungseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche Betätigungseinrichtung bekannt (DE 39 07 442 A1), welche Anwendung bei der Drehwinkelsensierung einer Welle findet. Hierzu ist ein erster, linearer Wegsensor vor­ gesehen, dessen radial bewegbares Abtastelement in eine mehrere Windungen aufweisende, spiralförmige Führungsnut einer Kurvenscheibe eingreift, welche mit der Welle drehbar ist. Dieser Wegsensor er­ zeugt ein sich über mehrere Wellenumdrehungen erstreckendes, lineares Grobsignal. Zusätzlich ist ein zweiter Sensor in Form eines konzentrisch zur Welle angeordneten Potentiometers vorgesehen, welches ein sich je Wellenumdrehung wiederholendes Feinsignal abgibt. Durch rechnerische Verbindung des Grobsignals und des Fein­ signals kann die genaue Winkelstellung der Welle bestimmt werden. Dabei wird ein über den gesamten Meßbereich relativ genaues Meß­ signal geliefert. Dies ist bei manchen Anwendungen jedoch nicht über den gesamten Meßbereich erforderlich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß mit einer relativ einfachen Maßnahme Einfluß auf die Meßgenauigkeit des nur einen Weg­ sensors genommen wird, um diesen an über den Meßbereich unterschied­ liche Anforderungen an das Meßsignal anzupassen. So kann bei einer Anwendung des Wegsensors an einem Lenkgetriebe eines Fahrzeugs die Meßgenauigkeit des Drehwinkels in Mittellage der Lenkung durch eine größere Steigung der Bahnkurve höher sein als in den übrigen Bereichen, wo im wesentlichen lediglich die Drehrichtung sensiert werden muß.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Betätigungseinrichtung möglich.

Mit den in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten Ausgestaltungen der Erfindung sind Beispiele für eine im Mittelbereich der Bahnkurve erhöhte Meßgenauigkeit des Wegsensors angegeben.

Die im Anspruch 4 beschriebene Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil der reduzierten Drehung der Kurvenscheibe gegenüber der Welle, so daß die Bahnkurve verkürzt und die Kurvenscheibe im Durch­ messer relativ klein gebaut werden kann.

Im Anspruch 5 sind Beispiele für Untersetzungsgetriebe offenbart, wobei das letztgenannte dann Anwendung finden kann, wenn zum Bewegen des Abtastelementes von Wegsensoren vernachlässigbar niedrige Kräfte zu überwinden sind.

Durch die im Anspruch 6 angegebene Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Bauvolumens der Betätigungs­ einrichtung, da einerseits die Welle in der Achse der Kurvenscheibe verläuft und andererseits das Untersetzungsgetriebe weitgehend innerhalb des von der Kurvenscheibe eingenommenen Raumes liegt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Vorderachs-Lenkgetriebe eines Fahrzeugs mit einer Betätigungsein­ richtung für einen Wegsensor im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 durch die Betätigungseinrichtung und Fig. 3 ein Diagramm, den Zusammenhang zwischen dem Dreh­ winkel ϕ_r1 einer Welle (Lenksäule) und dem Drehwinkel ϕ_r2 einer Kurvenscheibe sowie zwischen letzterem und dem Weg s eines Abtast­ elementes des Wegsensors betreffend.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Vorderachs-Lenkung 10 eines Fahrzeugs weist ein Lenkrad 11 auf, dessen eine Welle bildende Lenksäule 12 mittels eines Lenkgetriebes 13 mit einer Spurstange 14 in Eingriff steht. Mit der Lenksäule 12 ist eine Betätigungseinrichtung 15 für einen linearen Wegsensor 16 verbunden, welcher der Sensierung des Lenkrad-Drehwinkels bzw. des Drehwinkels der Lenksäule 12 dient.

Die gegenüber den Bauteilen der Lenkung 10 in einem größeren Maßstab dargestellte Betätigungseinrichtung 15 ist mit einem Untersetzungs­ getriebe 20 ausgestattet (Fig. 1 und 2). Das Untersetzungsgetriebe 20 kann als Zahnradgetriebe oder als Reibrad­ getriebe ausgebildet sein. Die letztgenannte Ausführungsform ist in vereinfachter Darstellung in der Zeichnung wiedergegeben. Das Unter­ setzungsgetriebe 20 besitzt ein auf der Lenksäule 12 drehfest ange­ ordnetes Antriebsrad 21. Dieses steht in reibschlüssigem Eingriff mit drei Zwischenrädern 22, welche mit feststehender Achse an einem Gehäuse 23 gelagert sind. Das Gehäuse 23 ist beispielsweise mit der nicht dargestellten Karosserie des Fahrzeugs verbunden; es nimmt die Betätigungseinrichtung 15 mit Untersetzungsgetriebe 20 und den Weg­ sensor 16 auf. Die Zwischenräder 22 wiederum stehen in reibschlüssigem Eingriff mit einer Kurvenscheibe 24, die gleichachsig zur Lenk­ säule 12 verlaufend auf im Gehäuse 23 angeordneten Lagerstücken 25 drehbar gelagert ist.

Bei einer Ausgestaltung des Untersetzungsgetriebes 20 in Form eines Zahnradgetriebes sind das Antriebsrad 21, die Zwischenräder 22 und die Kurvenscheibe 24 an den miteinander kämmenden Umfangsflächen mit einer geeigneten Verzahnung versehen.

Das Untersetzungsgetriebe 20 ist durch entsprechende Durchmesserwahl der mit den Zwischenrädern 22 in Eingriff stehenden Kreiszylinder­ flächen von Antriebsrad 22 und Kurvenscheibe 24 derart aufeinander abgestimmt, so daß vier Umdrehungen der Lenksäule 12 auf eine Um­ drehung der Kurvenscheibe 24 reduziert werden. Dies ist auch im rechten Teil des Diagrammes in Fig. 3 ersichtlich, in dem der Dreh­ winkel ϕ_r2 der Kurvenscheibe 24 in Abhängigkeit vom Dreh­ winkel ϕ_r1 der Lenksäule 12 dargestellt ist.

Die ringscheibenförmige Kurvenscheibe 24 ist auf ihrer Oberseite mit einer Bahnkurve 27 in Form einer Nut versehen. In die Bahnkurve 27 greift ein Zapfen 28 eines Abtastelementes 29 des linearen Weg­ sensors 16 ein. Das Abtastelement 29 ist bezüglich des Zentrums der Kurvenscheibe 24 radial bewegbar und vermag den Weg s zurück­ zulegen. Der Zapfen 28 ist zur Ausschaltung von Spiel in der Bahn­ kurve 27 von einer Andrückfeder 30 belastet. Der Wegsensor 16 ist von bekannter Bauart; er setzt das Wegsignal in ein elektrisches Signal um.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß sich die Bahnkurve 27 über 360° erstreckt. Die Bahnkurve 27 besitzt einen mittleren Abschnitt 33, welcher in der gezeichneten Drehstellung der Kurvenscheibe 24 in Eingriff mit dem Zapfen 28 des Abtastelementes 29 steht. An den mittleren Abschnitt 33 anschließend weist die Bahnkurve 27 zwei äußere Abschnitte 34 und 35 auf, von denen der eine Abschnitt 34 nahe dem äußeren Rand und der andere Abschnitt 35 nahe dem inneren Rand der Kurvenscheibe 24 verläuft. Mit anderen Worten: Die zwei äußeren Abschnitte 34 und 35 der Bahnkurve 27 verlaufen entlang verschiedenen Radius aufweisenden Kreisbögen und sind durch den mittleren Abschnitt 33 der Bahnkurve 27 verbunden. Die Bahnkurve 24 weist somit Abschnitte unterschiedlicher Steigung auf, nämlich äußere Abschnitt 34 und 35 mit der Steigung 0° und einen mittleren Abschnitt 33 mit definierter Steigung.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann eine Bahnkurve in der Weise ausgebildet sein, daß zwei äußere Abschnitte spiralförmig mit geringerer Steigung verlaufen als ein die äußeren Abschnitte verbin­ dender mittlerer Abschnitt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, nimmt das Lenkrad 11 seine Mitten­ stellung ein. In dieser Mittenstellung befindet sich die durch das Untersetzungsgetriebe 20 mit der Lenksäule 12 gekuppelte Kurven­ scheibe 24 in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung, in welcher der Zapfen 28 des Abtastelementes 29 sich in der Mitte des mittleren Abschnitts 33 der Bahnkurve 27 befindet. Beiderseits dieser Position des Zapfens 28 erstrecken sich 180 Drehwinkel ϕ_r2 der Kurven­ scheibe 24. Diese Verhältnisse sind auch im Diagramm gemäß Fig. 3 wiedergegeben: Die Mittenstellung des Lenkrades 11 ist in der Abszisse, welche den Lenkrad-Drehwinkel ϕ_r1 wiedergibt, am Skalen­ wert 0° gegeben. Diesem Wert in der Abszisse ist der Skalenwert 180° in der Ordinate zugeordnet, welche den Drehwinkel ϕ_r2 repräsen­ tiert. Die Projektion des letztgenannten Skalenwertes parallel zur Abszisse des linken Diagrammteils trifft auf einen schräg verlaufen­ den Abschnitt einer Kennlinie, welche den Verlauf des Wegsignals s am Wegsensor 16 über dem Drehwinkel ϕ_r2 der Kurvenscheibe 24 wiedergibt. Definitionsgemäß sei diesem Punkt der Wert 0 mm in der Abszisse zugeordnet. Damit wird folgendes deutlich: Beiderseits der Mittellage der Lenkung, d. h. bis zu einem Lenkrad-Drehwinkel ϕ_r1 von +/- 180° bewegt sich der Zapfen 28 des Abtastelementes 29 im eine erhebliche Steigung aufweisenden mittleren Abschnitt 33 der Bahnkurve 27, was einem Drehwinkel ϕ_r2 der Kurvenscheibe 24 von +/- 45° (Skalenwerte 135° bzw. 225°) entspricht. In diesem Bereich erfährt das Wegsignal s eine Veränderung zwischen den Werten +/- 15 mm. Bei einem Lenkrad-Drehwinkel über 180° aus der Mittellage heraus greift der Zapfen 28 des Abtastelementes 29 in einen der äußeren Abschnitte 34 oder 35 der Bahnkurve 27 ein. Da diese äußeren Abschnitte 34, 35 keine Steigung besitzen, ändert sich das jeweils erreichte Wegsignal s von +15 mm oder -15 mm nicht über den weiteren Verlauf des Drehwinkels ϕ_r2. Dies bedeutet: Im Bereich +/- 180° Lenkrad-Drehwinkel ϕ_r1 ist eine hohe Empfindlichkeit (Auflösung) der Lenkwinkel-Sensierung gegeben; im übrigen Bereich jedoch nicht. Dies genügt in solchen Fällen, wo aus dem Vorzeichen des Wegsignals s lediglich erkannt werden muß, ob bei großem Lenk­ rad-Drehwinkel ϕ_r1 eine Rechtsdrehung oder eine Linksdrehung am Lenkrad 11 vorliegt.

Eine verringerte Auflösung des Wegsignals s in den letztgenannten Bereichen ist jedoch auch möglich, wenn - wie weiter oben angege­ ben - die Kurvenscheibe äußere Abschnitte der Bahnkurve besitzt, welche einen spiralförmigen Verlauf mit geringerer Steigung auf­ weisen als der mittlere Abschnitt.

Claims (7)

1. Betätigungseinrichtung (15) für einen linearen Wegsensor (16) für die Drehwinkelsensierung einer Welle, insbesondere der Lenksäule (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einer wenigstens mittelbar von der Welle drehbaren Kurvenscheibe (24) mit einer Bahnkurve (27) für den Angriff eines bezüglich des Scheibenzentrums wenigstens annähernd radial bewegbaren Abtastelementes (29) des Wegsensors, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnkurve (27) Abschnitte (33, 34, 35) unterschiedlicher Steigung aufweist.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei äußere Abschnitte (34, 35) der Bahnkurve (27) entlang verschiedenen Radius aufweisenden Kreisbögen verlaufen und durch einen mittleren Abschnitt (33) der Bahnkurve verbunden sind.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei äußere Abschnitte der Bahnkurve spiralförmig mit geringerer Steigung verlaufen als ein die äußeren Abschnitte verbindender mittlerer Abschnitt.

4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (24) durch ein Untersetzungsgetriebe (20) mit der Welle (Lenksäule 12) gekuppelt ist.

5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (20) ein Zahnradgetriebe oder ein Reibradgetriebe ist.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (Lenksäule 12) ein Antriebsrad (21) trägt, welches an wenigstens einem mit feststehender Achse gelagerten Zwischenrad (22) angreift, das mit der gleichachsig zur Welle gelagerten Kurven­ scheibe (24) in Eingriff steht.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (20) Umdrehungen der Welle (Lenksäule 12) auf eine Umdrehung der Kurvenscheibe (24) reduziert, deren Bahnkurve (27) sich über 36° erstreckt.