DE4300663C1 - Optischer Lenkwinkelsensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einem entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs konzipierten optischen Lenkwinkelsensor aus.

Solche Lenkwinkelsensoren sind in der Nähe des Lenkrades angeordnet, um die genaue Lenkradstellung (Lenkwinkel) des Kraftfahrzeugs festzustellen. Die Messung des Lenkwinkels wird z. B. benötigt, um im Zusammenspiel mit anderen Meßwerten einen Allradantrieb, ein aktives Fahrwerk, eine Hinterachslenkung usw. zu beeinflussen.

Durch einen Beitrag zur 4. Internationalen Fachtagung der VDI-Gesellschaft Fahrzeugtechnik vom 5.-6. 9. 1990 in Baden-Baden ist ein dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entsprechender optischer Lenkwinkelsensor bekanntgeworden. Die Referenten dieses Vortrages waren:
Dr.-Ing. T. Raith, Dipl.-Ing. B. Schmitfranz, Stuttgart, Dipl.-Ing. R. Adomat, Dipl.-Ing. W. Ulke, Friedrichshafen, Dr. phil. nat. W. Schairer, Heilbronn.

Dieser dort vorgestellte optische Lenkwinkelsensor besteht aus einer am Mantelrohr der Lenkeinrichtung ortsfest gehaltenen Leiterplatten, auf welcher verteilt neun Lichtschrankeneinheiten angeordnet sind. Jede Lichtschrankeneinheit ist für sich zum Schutz vor Verunreinigungen mit einem Gehäuse umgeben. Jedoch ergeben sich durch die Art der Befestigungen der neun Lichtschrankeneinheiten mit ihren umgebenen Gehäusen an der Leiterplatte funktionsbedingte Toleranzprobleme. Außerdem ergibt sich das Problem, die Lichtschrankeneinheiten optimal vor Verunreinigungen zu schützen, weil jedes der neun Gehäuse der neun Lichtschrankeneinheiten zur Durchführung der Codeblendenanordnung eine nutartige Ausnehmung aufweist, die in drei Richtungen offen ausgestaltet ist.

Außerdem ist durch die DE 36 13 873 A1 ein optischer Imkrementalkodierer bekanntgeworden, dessen Kodierer aus einem starren Gehäusekörper besteht, in den in bekannter Weise Dioden in Sitzen vorgesehen sind. Die zugehörigen Fototransistoren sind in Sockeln montiert, die wegstehend auf einer Platte gehalten sind. Die Platte ist peripher in beliebiger Weise mit dem Gehäusekörper verbunden und schließt den Innenraum des Gehäusekörpers nach außen ab. Der Innenraum nimmt die Kodierscheibe und die Organe der Lesegruppen sowie die Elemente einer Toleranzausgleichseinrichtung auf. Die imkrementale Teilung ist jedoch auf der Kodierscheibe aufgebracht, somit ist eine Zweiteilung der Lichtschrankenanordnung erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Lenkwinkelsensor für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei dem die einzelnen Lichtschrankeneinheiten weitestgehend vor Verunreinigungen geschützt sind und bei welchem sich selbst bei einer Vielzahl von zu montierenden Lichtschrankeneinheiten keine funktionsbedingten Toleranzprobleme ergeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft bei einem solchen optischen Lenkwinkelsensor ist, daß durch die Anwendung eines gemeinsamen Gehäuses für alle Lichtschrankeneinheiten die Kosten für die Herstellung und die Montage einer Vielzahl von Einzelteilen eingespart werden.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert, dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen optischen Lenkwinkelsensor,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen optischen Lenkwinkelsensor gemäß der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen optischen Lenkwinkelsensor gemäß der Linie B-B der Fig. 1.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht der optische Lenkwinkelsensor hauptsächlich aus einem ringförmig ausgebildeten, aus Kunststoff hergestellten Gehäuse 1, welches alle die Lichtschrankeneinheiten bildenden Empfängerelemente 2 und Senderelemente 3 aufnimmt, die durch eine zugeordnete Codeblendenanordnung 18 beeinflußt werden. Die Empfängerelemente 2 und die Senderelemente 3 sind dabei auf einer ringförmig entsprechend der Breite des Gehäuses 1 ausgebildeten Leiterplatte 4 angeordnet, welche über Kontaktelemente 5 mit einer Schaltungsanordung 6 in Verbindung steht.

Der in der Zeichnung dargestellte optische Lenkwinkelsensor ist für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen. Der Lenkwinkelsensor erfaßt berührungslos die absoluten Lenkwinkel der Lenkeinrichtung mit einer Auflösung von z. B. kleiner 1,2 Grad bei einer Dynamik bis zu 1000 Grad/Sek. und bei voller Datenkonsistenz. Die dem Lenkwinkelsensor zugeordnete Schaltungsanordnung 6 beinhaltet einen Speicher, in dem ein einschrittiger, verketteter, auf die eingesetzte Codeblendenanordnung 18 abgestimmter Code abgelegt ist und beinhaltet weiter eine als kundenspezifischer Baustein ausgebildete Auswerteelektronik. Dabei beinhaltet die Auswerteelektronik einen Mikroprozessor. Einschrittig bedeutet in diesem Fall, daß durch die Drehung der an einem beweglichen Teil der Lenkeinrichtung befestigten Codeblendenanordnung 18 um einen Schritt auch nur eine Zustandsänderung bei einer der neun Lichtschrankeneinheiten eintritt; also daß für eine der neun Lichtschrankeneinheiten, die vor diesem Schritt durch die Codeblendenanordnung 18 abgeschattet wurde, die Lichtübertragungsmöglichkeit eröffnet wird bzw. das der umgekehrte Fall eintritt. Die Codeblendenanordnung 18 besteht aus mehreren unterschiedlich breit ausgestatteten, aus undurchsichtigem Kunststoff hergestellten Blenden, die an einem beweglichen Teil der Lenkeinrichtung, z. B. an der Nabe des Lenkrades, kreisförmig angeformt sind.

Die neun Lichtschrankeneinheiten des optischen Lenkwinkelsensors sind als sogenannte optoelektronische Gabelkoppler ausgebildet. Dabei sind die neun Empfängerelemente 2 dieser Gabelkoppler mit ihren Anschlußkontakten elektrisch leitend mit entsprechenden Stellen der Leiterplatte 4 verbunden und werden von neun gleichmäßig im Abstand von jeweils 40 Grad in das äußere Ringsegment 8 des Gehäuses 1 einstückig eingeformten Aufnahmekammern 7 haltend aufgenommen. Die neun Senderelemente 3 sind ebenfalls mit ihren Anschlußkontakten elektrisch leitend mit entsprechenden Stellen der Leiterplatte 4 verbunden und werden von neun den Aufnahmekammern 7 der Empfängerelemente 2 durch eine ringförmige Nut 9 beabstandet gegenüberliegenden weiteren Aufnahmekammern 11 haltend aufgenommen, die in das innere Ringsegment 10 des Gehäuses 1 einstückig eingeformt sind. Jede Aufnahmekammer 7 und jede weitere Aufnahmekammer 11 weist einen Schlitz auf. Diese Schlitze sind zum Zweck des Lichtdurchtrittes in die Aufnahmekammern 7 bzw. gegenüberliegend in die zugeordneten weiteren Aufnahmekammern 11 eingebracht.

Bei der Herstellung des optischen Lenkwinkelsensors wird zunächst das Gehäuse 1 an der Leiterplatte 4 festgelegt. Zur Befestigung der ringförmigen Leiterplatte 4 an dem ebenfalls ringförmig ausgebildeten Gehäuse 1 sind im Bereich des äußeren Ringsegmentes 8 gleichmäßig am Umfang verteilt Taschen zur Aufnahme von aus Messing hergestellten Befestigungskrallen 14 eingeformt. Die Befestigungskrallen 14 kommen einerseits in diesen Taschen zu liegen und hintergreifen andererseits entsprechende Befestigungsbereiche der Leiterplatte 4 und halten somit die Leiterplatte 4 und das Gehäuse 1 fest zusammen. Dann wird das Gehäuse 1 mit seinen Aufnahmekammern 7 und weiteren Aufnahmekammern 11 als Bestückungsschablone für die Empfängerelemente 2 und die Senderelemente 3 benutzt. Die Empfängerelemente 2 und die Senderelemente 3 werden ausgehend von der oberen Gehäusefläche des Gehäuses 1 mit ihren Anschlußkontakten den entsprechenden Stellen der Leiterplatte 4 zugeordnet. Die Leiterplatte 4 deckt nach der Befestigung die offene untere Gehäusefläche des Gehäuses 1 ab, so daß die Empfängerelemente 2 und die Senderelemente 3 aus dieser Richtung somit weitestgehend vor Verschmutzungen geschützt sind. In diesem beschriebenen Montagezustand kann das Gehäuse 1 zusammen mit der Leiterplatte 4 und den Empfängerelementen 2 sowie den Senderelementen 3 zur Herstellung der notwendigen elektrischen Verbindungen durch ein Lötbad geführt werden. Durch die Aufnahmekammern 7 und die weiteren Aufnahmekammeren 11 werden dabei die Empfängerelemente 2 und die Senderelemente 3 positionsgesichert innerhalb der zulässigen Toleranzen gehalten.

Um das Gehäuse 1 vollends zu verschließen und so die Leiterplatte 4 vor mechanischen Belastungen zu schützen, ist dem Gehäuse 1 ein aus Kunststoff hergestelltes Deckelteil 12 zugeordnet. Das Deckelteil 12 wird dabei über in Ausnehmungen des Gehäuses 1 eingreifende angeformte Führungslaschen 13 und mehrere Befestigungselemente mit dem Gehäuse 1 und der Leiterplatte 4 verbunden. Die Befestigungselemente können dabei z. B. als Niete oder warmverformbare Kunststoffstifte ausgebildet sein.

An das Deckelteil 12 ist einstückig eine Aufnahmeplatte 15 angeformt, die zur Befestigung eines weiteren, die Schaltungsanordnung 6 umgebenden Gehäuseteiles 16 vorgesehen ist. An die Aufnahmeplatte 15 sind Clipselemente 17 angeformt, die zur Befestigung des ebenfalls aus Kunststoff hergestellten weiteren Gehäuseteiles 16 in darin eingeformte Clipsöffnungen eingreifen. Die Aufnahmeplatte 15 des Deckelteiles 12 läßt eine Öffnung zur Leiterplatte 4 frei, so daß die Leiterplatte 4 auf kürzestem Wege über die einerseits an die Leiterplatte 4 angeschlossenen und andererseits an die Schaltungsanordnung 6 angeschlossenen Kontaktelemente 5 mit der Schaltungsanordnung 6 verbunden ist. Somit wird eine ortsnahe Signalverarbeitung der von dem optischen Lenkwinkelsensor abgegebenen Signale ermöglicht.

Die z. B. an der Nabe des Lenkrades befestigte Codeblendenanordnung 18 weist eine Abdeckscheibe auf, deren Oberfläche parallel zur oberen Fläche des Gehäuses 1 verläuft. Die Abdeckscheibe überdeckt die gesamte Breite des Gehäuses 1, wobei an die Abdeckscheibe senkrecht zur oberen Fläche des Gehäuses 1 verlaufende einzelne Blenden angeformt sind. Die einzelnen Blenden sind unterschiedlich breit ausgeführt und kreisförmig angeordnet, wobei die kreisförmige Anordnung der Blenden etwa den gleichen Durchmesser aufweist wie der mittlere Durchmesser der ringförmigen Nut 9 des Gehäuses 1. Weil die Codeblendenanordnung 18 von der einen geschlossenen Ring darstellenden Nut 9 des Gehäuses aufgenommen wird, sind die Empfängerelemente 2 und Senderelemente 3 somit von allen Seiten weitestgehend vor dem Eindringen von Verunreinigungen geschützt.

Claims (6)

1. Optischer Lenkwinkelsensor für Kraftfahrzeuge mit einer Vielzahl von jeweils aus einem Sender- und einem Empfängerelement bestehenden Lichtschrankeneinheiten, die verteilt auf einer ortsfest im Bereich des Lenkrades am Mantelrohr der Lenkeinrichtung gehaltenen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Lichtschrankeneinheiten einer an der Leiterplatte festlegbaren Gehäusekonfiguration umgeben sind, welche zum Zwecke des Lichtdurchtrittes schlitzartige Bereiche vor den zugeordneten Sender- und Empfängerelementen aufweist und wobei zwischen den Sender- und Empfängerelementen eine nutartige Ausnehmung vorhanden ist, durch die eine mit dem Lenkrad in Verbindung stehende Codeblendenanordnung hindurchgeführt wird, die in Abhängigkeit der Lenkradstellung (Lenkwinkel) für bestimmte Lichtschrankeneinheiten die Lichtübertragungsmöglichkeit eröffnet bzw. für bestimmte Lichtschrankeneinheiten die Lichtübertragungsmöglichkeit abschattet, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lichtschrankeneinheiten in einem einzigen geschlossenen und ringförmig ausgebildeten, mit der Leiterplatte (4) verbindbaren, die Gehäusekonfiguration darstellenden Gehäuse (1) aufgenommen sind, wobei verteilt in dem äußeren Ringsegment (8) des Gehäuses (1) Aufnahmekammern (7) für die einzelnen Empfängerelemente (2) und gegenüberliegend beabstandet durch eine ringförmige Nut (9), in dem inneren Ringsegment (10) des Gehäuses (1) weitere Aufnahmekammern (11) für die einzelnen Senderelemente (3) vorhanden sind, wobei die Aufnahmekammern (7) und die weiteren Aufnahmekammern (11) jeweils gegenüberliegend mit einem den Lichtdurchtritt gewährleistenden Schlitz versehen sind und wobei die ringförmige Nut (9) zur Aufnahme der mit dem Lenkrad verbundenen Codeblendenanordnung (18) vorgesehen ist.

2. Optischer Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankeneinheiten tragende Leiterplatte (4) ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.

3. Optischer Lenkwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gehäuse (1) ein Deckelteil (12) zugeordnet ist, wobei zwischen dem Gehäuse (1) und dem Deckelteil (12) die ringförmige Leiterplatte (4) aufgenommen ist.

4. Optischer Lenkwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Deckelteil (12) ein weiteres Gehäuseteil (16) zur Aufnahme der für den Lenkwinkelsensor notwendigen, mit der Leiterplatte (4) in Verbindung stehenden Schaltungsanordnung (6) zugeordnet ist.

5. Optischer Lenkwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1), das Deckelteil (12) sowie das weitere Gehäuseteil (16) aus Kunststoff und die zur Festlegung der Leiterplatte (4) vorgesehenen Befestigungskrallen (14) aus Metall bestehen.

6. Optischer Lenkwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Gehäuse (1) aufgenommenen Lichtschrankeneinheiten als optoelektronische Gabelkoppler ausgebildet sind.