DE4425210A1

DE4425210A1 - Position sensor for movable component

Info

Publication number: DE4425210A1
Application number: DE19944425210
Authority: DE
Inventors: Peter Brenner; Peter Huttenlocher; Andreas John; Thomas Paridon
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-07-16
Filing date: 1994-07-16
Publication date: 1996-01-18

Abstract

The position sensor measures the movement of a movable component relative to a stationary component via a pair of potentiometers, which are each driven by the movable component. Both potentiometers are driven at the same rate, each having a different voltage characteristic (1,3). Pref. one of the potentiometers has a linear voltage characteristic over the full measuring range, the other potentiometer exhibiting a non-linear, e.g. periodic, characteristic. The characteristic of the second potentiometer may have a max. gradient at the centre of the measuring range.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagesensor für die Mes sung einer Bewegung eines beweglichen Teils gegenüber einem beststehenden Teil, mit zwei Potentiometern, die beide von dem beweglichen Teil angetrieben sind.The invention relates to a position sensor for the measurement solution of a movement of a moving part against one existing part, with two potentiometers, both of the movable part are driven.

Derartige Lagesensoren können Drehwinkel von Wellen der translatorische Bewegungen von hin- und herbeweglichen Teilen gegenüber einem feststehenden Teil messen und sind beispielsweise bekannt als Lenkwinkelsensoren beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei mehrachsgelenkten Kraftfahrzeugen zur Erfassung von Lenkwinkeln an der Vor der- und der Hinterachse. Üblicherweise wird zur Erfassung des Lenkwinkels ein Potentiometer mit einer linearen Aus gangskennlinie über den gesamten Lenkwinkelbereich verwen det. Um beim Ausfall dieses Potentiometers den Fehler er kennen zu können, wird ein zweites, identisches Potentiome ter verwendet. Mit einer solchen Anordnung kann man eine Unterbrechung in der Widerstandsbahn eines Potentiometers oder eine Unterbrechung eines Schleifers eindeutig erken nen. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen zwei Schleifer leitungen ist jedoch keine Aussage über den Funktionszu stand des Sensors möglich. Wenn bei einem derartigen Sen sor, beispielsweise durch Widerstände in den Zuleitungen, die Versorgungsspannung an dem Sensor abfällt, läßt sich dieser Fehler nicht eindeutig erkennen, da das Verhältnis der beiden Ausgangsspannungen des Sensors untereinander konstant bleibt.Such position sensors can angle the rotation of waves the translational movements of reciprocating Measure and measure parts against a fixed part known for example as steering angle sensors when used in motor vehicles, for example in multi-axle vehicles Motor vehicles for detecting steering angles on the front the and the rear axle. Usually is used for capturing of the steering angle is a potentiometer with a linear off Use the characteristic curve over the entire steering angle range det. To get the error if this potentiometer fails knowing becomes a second, identical potentiome ter used. With such an arrangement, one can Interruption in the resistance path of a potentiometer or clearly detect an interruption in a grinder nen. In the event of a short circuit between two wipers However, lines is not a statement about the function status of the sensor possible. If with such a Sen sensor, for example due to resistances in the supply lines, the supply voltage at the sensor drops, can this mistake cannot be clearly identified because of the ratio of the two output voltages of the sensor with each other remains constant.

Aus der DE-A1-41 25 884 ist ein Drehwinkelsensor be kannt, der aus zwei Potentiometerscheiben besteht. Eine Scheibe für das hochauflösende Signal wird dabei von der sich drehenden Welle direkt, die Scheibe zur Erfassung der absoluten Umdrehungen der Welle über ein Planetengetriebe angetrieben. Mit einem solchen Drehwinkelsensor wird sowohl eine hohe Auflösung als auch eine eindeutige Aussage über die fehlerfreie Funktion erreicht, allerdings mit dem Nach teil eines großen Aufwands durch zwei getrennte Potentiome terscheiben, die erforderliche Auswertung von wenigstens drei elektrischen Signalen und das erforderliche Planeten getriebe.From DE-A1-41 25 884 a rotation angle sensor is be knows, which consists of two potentiometer disks. A The disk for the high-resolution signal is used by the rotating shaft directly, the disc to capture the absolute revolutions of the shaft via a planetary gear driven. With such a rotation angle sensor is both a high resolution as well as a clear statement about the correct function is achieved, however with the after part of a large effort by two separate potentioms disks, the required evaluation of at least three electrical signals and the required planet transmission.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten Lagesensor derart zu verbessern, daß die erwähn ten Nachteile vermieden werden und sowohl eine hohe Auflö sung als auch eine eindeutige Funktionsaussage möglich sind.The invention is therefore based on the object known position sensor to improve such that the mentioned ten disadvantages are avoided and both a high resolution solution as well as a clear functional statement possible are.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem der artigen bekannten Lagesensor gemäß Anspruch 1 die beiden Potentiometer mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden und unterschiedliche Kennlinien aufweisen.This object is achieved in that one of the like known position sensor according to claim 1 the two Potentiometers driven at the same speed and have different characteristics.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Weist das eine Potentiometer vom Anfang bis zum Ende seines Meßbereiches einen linearen Kennlinienverlauf und das zweite Potentiometer einen nicht linearen oder periodischen Kennlinienverlauf auf, so ist es zweckmäßig, wenn die Kennlinie des zweiten Potentiometers in den wichtigen Bereichen des Sensors die größte Steigung aufweist. Dadurch kann in diesen Bereichen eine höhere Auf lösung erreicht werden. Bei der Verwendung des Lagesensors für die Messung von Lenkwinkeln ist der wichtige Bereich des Sensors der Mittenbereich, da im Kraftfahrzeug dieser Bereich für die Fahrstabilität entscheidend ist.Practical and advantageous configurations are in specified in the subclaims. Has that a potentiometer a linear one from the beginning to the end of its measuring range The characteristic curve and the second potentiometer do not linear or periodic characteristic curve, so it is useful if the characteristic of the second potentiometer the greatest slope in the important areas of the sensor having. This can result in a higher up in these areas solution can be achieved. When using the position sensor is the important area for measuring steering angles the sensor of the middle area, since this is in the motor vehicle Area for driving stability is crucial.

Eine derart vergrößerte Steigung im Mittenbereich des Lagesensors wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Kennlinie des zweiten Potentiometers einen Z-förmigen oder einen S-förmigen Verlauf aufweist.Such an increased slope in the middle of the Position sensor is achieved, for example, in that the Characteristic curve of the second potentiometer is a Z-shaped or has an S-shaped course.

Beide Potentiometer können in einem gemeinsamen Gehäu se untergebracht sein. Sie benötigen deshalb nur einen kleinen Einbauraum und können über eine gemeinsame Leitung versorgt werden.Both potentiometers can be in the same housing be accommodated. You therefore only need one small installation space and can be connected via a common line be supplied.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu tert. Es zeigen:In the following the invention based on several in the Drawing illustrated embodiments explained in more detail tert. Show it:

Fig. 1 die Kennlinie des ersten Potentiometers; . Figure 1 shows the characteristic curve of the first potentiometer;

Fig. 2 ein Beispiel einer Kennlinie des zweiten Potentiometers; FIG. 2 shows an example of a characteristic of the second potentiometer;

Fig. 3 verschiedene Kennlinien mit höherer Auflö sung für das zweite Potentiometer und Fig. 3 different characteristic curves with a higher resolution for the second potentiometer and

Fig. 4 eine mögliche technische Ausführung der Er findung mit zwei Potentiometern mit gerader Widerstandsbahn. Fig. 4 shows a possible technical implementation of the invention with two potentiometers with a straight resistance track.

In Fig. 1 weist eine Kennlinie 1 einen vom Anfang bis zum Ende des Meßbereiches linearen Verlauf auf. Diese Kenn linie gehört zu einem ersten Potentiometer mit einer Wider standsbahn 2. Bei einer Verwendung des Lagesensors als Lenkwinkelsensor kann aus dieser Kennlinie eine eindeutige Aussage über den momentanen Lenkwinkel im gesamten Bereich getroffen werden.In Fig. 1 1 has a characteristic to a linear measurement range up to the end of the course from the beginning. This characteristic belongs to a first potentiometer with a resistance track 2 . When using the position sensor as a steering angle sensor, this characteristic curve can be used to make a clear statement about the current steering angle in the entire area.

Um eine erhöhte Auflösung über den gesamten Lenkwin kelbereich zu erhalten, wird für das zweite Potentiometer beispielsweise eine Kennlinie 3 mit periodischem Kenn linienverlauf nach Fig. 2 gewählt. In diesem Fall ist die Auflösung um den Faktor 3 vergrößert, da der Bereich von 0 bis 100% der Schleiferspannung Ua dreimal über dem Lenk winkelbereich überstrichen wird. Eine Kennlinie 4 in Fig. 3, bei der der Bereich von 0 bis 100% viermal über strichen wird, gibt entsprechend eine vierfach erhöhte Auf lösung.In order to obtain an increased resolution over the entire steering angle range, a characteristic curve 3 with a periodic characteristic curve profile according to FIG. 2 is selected for the second potentiometer, for example. In this case, the resolution is increased by a factor of 3, since the range from 0 to 100% of the grinder voltage Ua is covered three times over the steering angle range. A characteristic curve 4 in FIG. 3, in which the range from 0 to 100% is swept four times, correspondingly gives a four-fold increased resolution.

Durch ein Zusammenwirken der beiden Potentiometer läßt sich über die Kennlinien 3 und 4 einerseits eine höhere Auflösung und andererseits über die lineare Kennlinie 1 eine eindeutige Aussage über den momentanen Lenkwinkel zu jedem Zeitpunkt erreichen.Through the interaction of the two potentiometers, a higher resolution can be achieved on the one hand via the characteristic curves 3 and 4 and, on the other hand, a clear statement about the instantaneous steering angle can be achieved at any time via the linear characteristic curve 1 .

Die besondere Ausführung der Kennlinienform läßt eine Überprüfung des Lagesensors zu, so daß ein eventuell auf tretender Fehler erkannt werden kann. Ein Kurzschluß der beiden Schleifersignale stellt sich dadurch dar, daß beide Signale den gleichen Pegel aufweisen. Da dieser Zustand normalerweise nur in den Schnittpunkten der beiden Schlei ferkennlinien vorkommt, ist ein Fehler sofort zu erkennen. Tritt ein Kurzschluß zwischen den beiden Schleifern genau am Schnittpunkt der beiden Kennlinien auf, so wird dieser sofort bei einer Änderung des Lenkwinkels sicher erkannt.The special design of the characteristic curve leaves one Check the position sensor so that a possibly on occurring error can be detected. A short circuit of the two grinder signals is represented by the fact that both Signals have the same level. Because of this condition usually only at the intersection of the two loops characteristic curve, an error can be recognized immediately. If a short circuit occurs between the two grinders exactly at the intersection of the two characteristic curves, this becomes immediately recognized when the steering angle changes.

Wird nur in einem bestimmten Bereich eine hohe Auflö sung gewünscht, wie es beispielsweise bei einer Kraftfahr zeuglenkung im Mittenbereich M der Fall ist, so läßt sich das zweite Potentiometer vereinfachen. Die Kennlinie wird dann in diesem Bereich besonders steil gewählt. Zu den En den hin verläuft sie flacher. Ein derartiger Verlauf läßt sich durch eine S-förmige Kennlinie 5 erreichen. Die ein fachste Form einer Kennlinie, deren hohe Auflösung auf ei nen bestimmten Bereich beschränkt ist, läßt sich durch eine Z-förmige Kennlinie 6 erreichen, die im Mittenbereich M eine sehr steile lineare Steigung aufweist, an den Be reichsgrenzen jedoch auf dem Maximal- bzw. Minimalwert bleibt.If a high resolution is only desired in a certain area, as is the case, for example, with a motor vehicle steering system in the central area M, the second potentiometer can be simplified. The characteristic curve is then selected to be particularly steep in this area. It runs flatter towards the ends. Such a course can be achieved by means of an S-shaped characteristic curve 5 . The simplest form of a characteristic curve, the high resolution of which is limited to a specific area, can be achieved by a Z-shaped characteristic curve 6 , which has a very steep linear gradient in the central region M, but at the limit limits on the maximum or maximum loading Minimum value remains.

Außer den gezeigten dreieckförmigen Kennlinien sind auch andere Formen, beispielsweise Sinuslinien, denkbar.In addition to the triangular characteristics shown other shapes, for example sine lines, are also conceivable.

In Fig. 4 sind die beiden Widerstandsbahnen 2 und 7 dargestellt. Die Widerstandsbahn 2 gehört zu dem ersten Potentiometer mit linearer Kennlinie und besitzt nur zwei Anschlußstellen X und Y. Die Widerstandsbahn 7 des zweiten Potentiometers hat zusätzlich zu den Anschlußstellen A und B am Anfang und am Ende der Widerstandsbahn zusätzlich nach dem ersten und dem zweiten Drittel der Widerstandsbahn zwei Anschlußstellen C und D für den Anschluß an die Versor gungsspannung. Derartige Anschlußstellen lassen sich sowohl bei gerader Ausführung der Widerstandsbahn verwirklichen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, als auch bei kreisför migen Widerstandsbahnen, wie sie bei Drehpotentiometern verwendet werden.In FIG. 4, the two resistor tracks 2 and 7 are illustrated. The resistance path 2 belongs to the first potentiometer with a linear characteristic and has only two connection points X and Y. The resistance path 7 of the second potentiometer has, in addition to the connection points A and B at the beginning and at the end of the resistance path, also after the first and the second third of the Resistance path two connection points C and D for the connection to the supply voltage. Such connection points can be realized both in a straight version of the resistance track, as shown in Fig. 4, as well as in Kreisför shaped resistance tracks, such as are used in rotary potentiometers.

Claims

1. Position sensor for measuring a movement of a moving part relative to a fixed part, with two potentiometers, both of which are driven by the moving part, characterized in that the potentiometers are driven at the same speed and different characteristics ( 1 , 3 , 4 , 5 , 6 ).

2. Position sensor according to claim 1, characterized in that that's a potentiometer from the beginning a linear characteristic curve ver up to the end of the measuring range has run and that the second potentiometer is not one linear or periodic characteristic curve.

3. Position sensor according to claim 2, characterized in that the characteristic ( 5 , 6 ) of the second potentiometer in the central region (M) of the position sensor has a greater slope than outside the Mittenbe range.

4. Position sensor according to claim 3, characterized in that the characteristic ( 6 ) of the second potentiometer has a Z-shaped course.

5. Position sensor according to claim 3, characterized in that the characteristic ( 5 ) of the second potentiometer has an S-shaped course.

6. Position sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that both pots tiometers are housed in a common housing.

7. Position sensor according to claim 2, characterized in that the characteristic ( 3 , 4 ) of the second potentiometer has a triangular shape.

8. Position sensor according to claim 2, characterized in that the second potentiometer at the beginning and at the end of its resistance path ( 7 ) and additionally after the first and the second third of its resistance path ( 7 ) is connected to the supply voltage.