DE69920176T2

DE69920176T2 - Lenksäule mit drehmomentsensor

Info

Publication number: DE69920176T2
Application number: DE69920176T
Authority: DE
Inventors: Christophe Nicot
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: FR2774349B1; JP2002502760A; EP1053163A1; AU762324B2; FR2774349A1; US6517113B1; AU2170999A; WO1999039965A1; DE69920176D1; EP1053163B1; BR9909741A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den technischen Bereich der Fahrzeuglenksäulen.
Mit Fahrzeuglenksäule bezeichnet man herkömmlicherweise ein röhrenförmiges, an der Karosserie des Fahrzeugs unter dem Armaturenbrett befestigtes Element, das die mit dem Lenkrad verbundene Antriebswelle führt und stützt.
Dieses Lenkrad ist dann ein mit den Lenkrädern verbundenes und vom Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs verwendetes manuelles Steuerorgan.
Die Erfindung betrifft ebenfalls entkoppelte Lenksäulen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lenksäulen sind entkoppelte Lenksäulen nicht mit einem die kreisrunde Bewegung des Lenkrades in eine winkelförmige Verschiebung der hängenden Pleuelstange, die das Einschlagen der Räder hervorruft, umwandelnden Lenkgehäuse verbunden.
Bei diesen entkoppelten Lenkungen gibt es im Gegenteil keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den auf dem Boden ruhenden Rädern, ob das Fahrzeug real ist oder zu einem Simulationssystem gehört.
Diese Simulation kann ein Spielgerät sein, das mit einem Unterricht in Fahrschulen verbunden ist oder auch mit einer interaktiven Fahrsimulation für den Bedarf von Automobilherstellern.
In derartigen Simulatoren muss die Kraftwiedergabe beim Lenkrad dank eines ein auf dem Lenkrad in Abhängigkeit des zu simulierenden, mit einer Servolenkung ausgestatteten oder nicht ausgestatteten Fahrzeugtyps dauerhaften Moment erzeugenden Mechanismus den wiederzugebenden Fahrbedingungen Rechnung tragen.
Die auf das Lenkrad angewendete Momentmessung ist infolgedessen wesentlich für die Gewährleistung einer guten Simulation in Realzeit.
Die Messung des Moments auf der Welle des Lenkrads ist ebenfalls bei Servolenkungen oder unterstützten Lenkungen sehr wichtig.
Das Auslösen der Servolenkung hängt nämlich insbesondere von dem durch den Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Moment ab.
Der in Servolenkungen eingesetzte Drehmomentmesser oder Drehmomentsensor gibt ein das durch den Fahrer auf das Lenkrad und somit auf die Antriebswelle der Lenksäule des Fahrzeugs ausgeübte Einschlagmoment anzeigende Signal aus.
Dieses Signal wird herkömmlicherweise an einen Berechner der Servolenkung gesendet, der die Servolenkung auslöst, indem zum Beispiel im Fall einer elektrischen Servolenkung ein Elektromotor gesteuert wird.
Die meisten Drehmomentmesser umfassen einen Torsionsstab.
In linearer isotroper Elastizität variiert das in reiner Verdrehung auf einen massiven zylindrischen Stab mit kreisrundem Durchmesser ausgeübte Moment bei einem bestimmten Material in Abhängigkeit von der Leistung vier des Durchmesser des Stabes mit festem Verdrehungswinkel.
Infolgedessen erlaubt die Realisierung eines Bereichs mit verringertem Durchmesser in der Lenksäule eine Konzentration und Verstärkung der Verformung der Verdrehung in diesem Bereich, was auf Kosten der Festigkeit und des mechanischen Widerstandes des genannten Torsionsstabes zum Messen des Moments dient.
Beispiele für Drehmomentmesser mit Torsionsstab für Servolenkungen befinden sich in den folgenden Patentschriften:

– WO-97 08 527, EP-453 344, EP-325 517, FR-2 738 339 der Antragstellern, sowie in den anderen folgenden Patentschriften: in Japan unter den Nummern JP-43 17 862, JP-50 77 743, JP-57 19 81 71, JP-59 07 58 64, JP-57 08 77 62, JP-59 11 85 77, JP-61 14 674, JP-62 13 43 71, JP-62 09 44 70, JP-63 29 037, JP-63 09 36 73, JP-30 79 473 veröffentlichte Patentanträge;
– unter den Nummern EP-369 311, EP-396 895, EP-418 763, EP-515 052, EP-555 987, EP-562 426, EP-566 168, EP-566 619, EP-652 424, EP-638 791, EP-673 828, EP-681 955, EP-728 653, EP-738 647, EP-765 795, EP-738 648, EP-770 539, EP-802 107 veröffentliche europäische Patente;
– unter den Nummern 87/02 319, WO-92/20 560, WO-95/19 557, WO-96/06 330 veröffentliche internationale PCT-Patentanträge;
– unter folgenden Nummern in Frankreich, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten veröffentlichte Patentanträge: GB-2 306 641, FR-2 705 455, US-4 874 053, US-4 907 668, US-4 984 474, US-5 123 279, US-5 394 760, US-5 515 736, US-5 578 767, US-5 585 573, US-5 616 849, US-5 641 916.

Drehmomentmesser mit Torsionsstab weisen einen hohen Platzbedarf auf. Ihre Einrichtung erfordert zwei zusätzliche Lager, insbesondere zur Abschwächung der parasitären Flexionswirkungen.
Die Patentschrift FR-2 724 018 bezieht sich auf eine Drehmomentsonde mit einer Vorrichtung mit einem Maß für die Längenmessung. Diese Vorrichtung mit Maßen wird auf einem unter der Wirkung eines Moments mechanischen Spannungen unterworfenen Messkörper angeordnet.
Die Patentschrift EP-442 091A beschreibt eine Messanlage des Rotationswinkels oder des Moments eines rotierenden oder festen Elements einer Maschine mit einem Torsionselement in Radform mit mit mehreren Messelementen verbundenen Strahlen, wobei wenigstens ein Strahl des Strahlenrades durchgeschnitten ist, damit die Teile des Strahles oder der Strahlen bei der Verschiebung einer vorbestimmten Flexion der anderen Strahlen gegeneinander angewendet werden. Die Messvorrichtung setzt Foucault-Strom um.
Die folgenden, im Anspruch 1 definierten Merkmale der Messmittel des Drehmoments werden durch die Patentschrift EP0442091A offen gelegt:

– ein erster äußerer verschiebbarer Ring;
– ein zweiter äußerer, deutlich nicht gesteuerter, entfernt vom äußeren verschiebbaren Ring angebrachter Ring;
– ein innerer, in Rotation fest mit der Welle, auf welcher das zu messende Drehmoment angewendet wird, verbundener Ring, wobei der äußere verschiebbare Ring geeignet ist, steif fest mit dem Antriebsmittel der Welle verbunden zu werden, wobei der äußere verschiebbare Ring durch wenigstens ein elastisch verformbares Mittel mit dem inneren Ring verbunden ist;
– der deutlich nicht gesteuerte äußere Ring wird mit dem inneren Ring durch wenigstens ein deutlich nicht gesteuertes Mittel verbunden;
– der Sensor mit den Messmitteln der kleinen Verschiebungen relativ zum äußeren verschiebbaren Ring im Verhältnis zum äußeren, deutlich nicht gesteuerten Ring, wenn ein Moment durch das Antriebselement auf die Welle angewendet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmomentmesssystem, das nicht die Nachteile der bekannten Systeme des Standes der Technik für Lenksäulen aufweist und eventuell reversibel an jedem Punkt der Lenksäule angebracht werden kann, wobei diese Vorrichtung gegenüber elektromagnetischen Störungen unempfindlich ist und fest und aus einem Block ist, ein starkes Trägheitsmoment und geringe Abmessungen hat und kostengünstig ist.
Zu diesem Zweck umfasst die erfindungsgemäße Lenksäule die im Anspruch 1 definierten Merkmale.
In einem Ausführungsmodus ist die Säule vom entkoppelten Typ.
In einem anderen Ausführungsmodus umfasst die Säule ein die Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine winkelförmige Verschiebung der hängenden Pleuelstange, die den Radeinschlag hervorruft, umwandelndes Lenkgehäuse.
Die Säule umfaßt Servomittel, deren Auslösen insbesondere vom durch die Betätigung des Steuerorgans auf die Übertragungswelle angewendeten Moment abhängt.
Signale an die Steuermittel der Servomittel in Abhängigkeit des auf die Antriebswelle angewendeten Einschlagmoments sendende Berechnungsmittel der Servolenkung sind vorgesehen.
Auf die Antriebswelle angewendete Drehmomentmessmittel werden aus einer eine gewisse Festigkeit aufweisenden Struktur gebildet und umfassen:

– einen ersten verschiebbaren äußeren Ring;
– einen zweiten äußeren, deutlich nicht gesteuerten, entfernt vom verschiebbaren äußeren Ring angebrachten Ring;
– einen inneren, in Rotation mit einer Säule, auf die das zu messende Moment angewendet wird, fest verbundenen Ring,

Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsmodi unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:
die 1a und 1b synoptische Schemata von Fahrzeuglenksäulen mit einem erfindungsgemäßen Drehmomentmeßsystem sind;
2 eine explodierte perspektivische Ansicht einer Lenksäule mit einem in das Lenkrad integrierten Drehmomentsensor mit Prüfkörper in Flexion gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsmodus ist;
3 eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Prüfkörpers ist;
4 eine Vorderansicht eines Prüfkörpers in Flexion ist, der anstelle des in den 1 und 2 dargestellten Prüfkörpers treten kann;
5 eine Ansicht eines Prüfkörpers in Verdrehung ist, der anstelle der in den 1 bis 4 dargestellten Prüfkörper treten kann;
6 eine explodierte perspektivische Ansicht einer Fahrzeuglenksäule mit einem Prüfkörper gemäß Darstellung in 5 ist;
7 eine Schnittperspektive gemäß der Linie VII-VII der 6 ist.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Die Lenkvorrichtung, von der ein synoptisches Schema in 1 dargestellt wird, ist zum Einbau in ein Fahrzeug bestimmt, zum Beispiel ein Auto.
Diese Vorrichtung 1 umfasst eine Lenksäule 2. Diese Säule 2 kann teleskopisch und/oder im Verhältnis zur Karosserie und dem Fahrer geneigt sein.
Ein Lenkrad 3 ist eventuell abnehmbar mit dieser Lenksäule verbunden.
Unter Lenkrad wird ein vom Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs verwendetes manuelles Steuerorgan verstanden.
In einem Ausführungsmodus ist die Lenksäule 2 mit einem Lenkgehäuse 4 verbunden, zum Beispiel einer Zahnstange, die die kreisförmige Bewegung des Lenkrades 3 in eine winkelförmige Verschiebung der hängenden Pleuelstange umwandelt, die das Einschlagen der Räder 5 hervorruft.
Dieser Ausführungsmodus entspricht dem Diagramm a) der 1.
In einem anderen Ausführungsmodus sind die Räder 5 nicht durch eine Serie von mechanischen Elementen mit dem Lenkrad 3 verbunden. Dann wird die Lenkung als entkoppelt bezeichnet.
Dieser Ausführungsmodus entspricht dem synoptischen Diagramm b) der 1.
Ein Drehmomentmeßsystem 6 ist mit der Lenkvorrichtung 1 verbunden. Da dieses Drehmomentmesssystem eventuell abnehmbar an jedem Punkt der Lenkvorrichtung angebracht werden kann, wurde zwischen diesem Messsystem 6 und den unterschiedlichen Elementen der Lenkvorrichtung 1 in den synoptischen Schemata der 1 keine eindeutige Verbindung dargestellt.
Nun wird auf 2 Bezug genommen, die eine explodierte perspektivische Ansicht einer Lenksäule mit einem Drehmomentsensor mit Prüfkörper in Flexion im Verhältnis zum Lenkrad gemäß einem Ausführungsmodus ist.
Die in 2 dargestellte Lenkvorrichtung 1 umfasst eine Steuerstruktur unter dem Lenkrad 7.
Die Steuerstruktur unter dem Lenkrad 7 umfasst einen zentralen Block mit einem durchquerenden Loch 7b mit einem derartigen Durchmesser, dass die Struktur 7 auf der Antriebswelle 8 der Lenksäule 2 angepasst werden kann.
In dem dargestellten Ausführungsmodus hat der Endteil der Antriebswelle einen deutlich kreisförmigen transversalen Querschnitt, wobei das durchquerende Loch 7b ebenfalls kreisförmig mit einem transversalen Querschnitt ist, d. h. rechtwinklig zur Hauptachse D der Lenkvorrichtung 1.
Die Lenkvorrichtung 1 umfasst ein sich drehendes, mit zwei Wellen und einem durchgehenden zentralen Loch versehenes Verbindungsstück 9.
Die Lenkvorrichtung 1 umfasst darüber hinaus einen Drehmomentmesser, dessen Prüfkörper in der Anlagefläche 10 des Lenkrades 3 angesetzt ist.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Lenkrad 3 ggf. in seinem zentralen Teil ein Sicherheitsairbaggehäuse 11.
In diesem Fall kann das sich drehende Verbindungsstück 9 sowohl als Anschluss des Airbaggehäuses 11 als auch als Verbindung zwischen dem elektronischen Schaltkreis 12 des Drehmomentsmessers der Servolenkung und dem Servomittel dienen.
In anderen Ausführungsmodi weist die Lenkvorrichtung 1 kein Airbaggehäuse auf.
Das Lenkrad 3 umfasst einen Radkranz 13 und eine Umhüllung 14.
In dem dargestellten Ausführungsmodus weist die Umhüllung 14 die Form eines mit dem Radkranz 13 durch vier geneigte Arme 14c verbundenen transversalen kleinen Bogens 14a auf.
Der transversale kleine Bogen 14a ist mit durchquerenden, den Durchgang der Befestigungsschrauben 15 der Anlagefläche 10 auf dem Lenkrad 3 zulassenden Löchern 14b durchbohrt.
Nun wird die Anlagefläche 10 unter Bezugnahme auf die 3 ff. beschrieben.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsmodus umfasst die Anlagefläche 10 einen Prüfkörper in Flexion.
Ein innerer zylindrischer Ring 16 und zwei äußere Ringe 17a und 17b werden durch in Flexion elastisch verformbare Balken 18a und nicht verformbare Balken 19 verbunden. Genauer gesagt, der äußere hintere, an der Anlagefläche 10 des Lenkrades 3 durch in Löcher 20 durchquerende Schrauben 15 befestigte Ring 17a ist mit dem inneren Ring 16 mittels in Flexion elastisch verformbare Balken 18a verbunden.
In dem dargestellten Ausführungsmodus gibt es 4 regelmäßig senkrecht zur Hauptachse D verteilte verformbare Balken 18a.
Der vordere äußere Ring 17b ist mit dem inneren Ring 16 durch radiale, nicht verformbare Balken 19 verbunden.
In dem dargestellten Ausführungsmodus gibt es dieselbe Anzahl dieser nicht verformten Balken 19 wie die in Flexion elastisch verformbaren Balken 18a, wobei sich die Balken 18a, 19 deutlich gemäß zwei radialen, zur Hauptachse D senkrechten Ebenen befinden.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsmodi gibt es zwei, drei oder vier Balken 19.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsmodi, ist der äußere Ring 17b mit dem inneren Ring durch eine Abdeckung oder eine große Ringwand verbunden.
Der äußere verformbare Ring 17a der Anlagefläche 10 ist steif mit dem kleinen Bogen 14a des Lenkrades 3 verbunden, wobei die Schrauben 15 durch die Löcher 14b des kleinen Bogens 14a treten, um die in den Befestigungsklauen 21 des äußeren Rings 17a vorgesehenen Löcher 20 zu erreichen.
Gleichzeitig befestigt eine Schraube 22 das Lenkrad 3 auf der Säule 2, wobei sich die Steuerstruktur unter dem Lenkrad 7, das sich drehende Verbindungsstück 9, die Anlagefläche 10 auf einer dem Endteil der Antriebswelle 8 der Säule 2 entsprechenden Länge zwischen dem kleinen Bogen 14a des Lenkrades 3 und der Lenksäule befinden.
Der elektronische Schaltkreis 12 wird an die Anlagefläche 10 angesetzt oder geklebt.
Wenn der Fahrer eine Kraft auf den Radkranz 13 des Lenkrades 3 ausübt, ruft der mit dem Lenkrad 3 fest verbundene äußere hintere Ring 17a eine Verformung in Flexion der Balken 18a hervor, wobei die Verformung umso stärker ist, als das dauerhafte Moment auf der Säule 2 groß ist.
Der äußere vordere Ring 17b bleibt seinerseits deutlich nicht gesteuert.
Seine Position kann infolgedessen als Referenzbasis für die Messung der Verschiebung des hinteren äußeren Rings 17a dienen.
Der äußere vordere Ring 17b trägt Sensoren 23 kleiner Verschiebungen. Diese Sensoren führen eine lokale Feststellung durch und können in variabler Anzahl angeordnet sein.
In dem dargestellten Ausführungsmodus gibt es zwei dieser Sensoren 23, die in im vorderen Ring 17b ausgesparten Aufnahmen 24 gegenüber dem hinteren Ring 17a untergebracht sind.
Diese Sensoren 23 können von jedem geeigneten Typ sein: optischer, kapazitiver, elektromagnetischer, magnetresistenter Sensor, usw.
In einem Ausführungsmodus sind diese Sensoren Hallsensoren. Die Generatoren magnetischer Felder besitzen dann in einem Ausführungsmodus eine magnetisierte Struktur mit antiparallelen Magnetisierungsrichtungen und sind mit der Antriebswelle der Lenksäule fest verbunden. Somit liefern die Hallsonden im Anschluss an die winkelförmige Versetzung relativ der Feldgeneratoren im Verhältnis zu den Sonden ein zum Verdrehungsmoment proportionales Signal.
Jeder Feldgenerator kann aus zwei quaderförmigen, entlang einer ihrer lateralen Flächen nebeneinander liegenden Magneten gebildet werden, wobei die jeweiligen Induktionsvektoren in entgegen gesetzter Richtung, senkrecht zur genannten Stützfläche sind.
In einem anderen Ausführungsmodus sind diese Sensoren magnetresistent (MR) oder weisen eine Riesenmagnetresistenz (GMR) auf.
Obwohl eine einzige Hallsonde 23 zur Messung kleiner Verschiebungen ausreicht, kann man aus Gründen der Zuverlässigkeit im Mess-Zwischensteg 25 mehrere Sonden anordnen, um eine Redundanz zu schaffen.
Jede Hallsonde 23 kann ihren eigenen zugeordneten elektronischen Schaltkreis besitzen.
Durch Vergleich oder Kombination der durch 2, 3, oder 4 unterschiedliche Sonden gelieferte Signale kann man einen eventuellen Ausfall einer der Sonden feststellen und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit des Drehmomentmessers gewährleisten.
Die Dicke, die Länge und die Breite der Balken sowie ihre Anzahl, ihre winkelförmige Verteilung, das für ihre Realisierung eingesetzte Material bedingen, wie dem Fachmann klar wird, die folgenden Merkmale:

– Trägheitsmodul;
– maximale Beanspruchung in den Balken bei einem vorgegebenen maximalen Moment, zum Beispiel dem Bruchmoment;
– Wert des meßbaren Mindestmoments bei einer Messtechnik vorgegebener kleiner Verschiebungen.

Ggf. können Mittel zur Begrenzung der Verschiebung des Ringes 17a vorgesehen werden. Zum Beispiel können zwei Anschlagsbalken sich gemäß einer transversalen Richtung vom inneren Ring 16 zum verformbaren Ring 17a radial erstrecken.
Diese Anschläge ermöglichen ggf. die Verhinderung einer plastischen Verformung von Balken 18a.
Der Prüfkörper kann aus einem Material realisiert sein, das aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Stähle, Gussstähle, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen.
Ein Stahl 35NCD16, ein Gussstahl mit sphäroidischem Graphit, ein Aluminium der Serie 7000 können zum Beispiel in Betracht gezogen werden.
Der Prüfkörper kann in Abhängigkeit des eingesetzten Materials, der Geometrie der Balken, insbesondere der zulässigen Kosten, wie dem Fachmann klar wird, abgeformt oder bearbeitet werden.
Wenn der Prüfkörper aus Aluminium oder aus einer Magnesiumlegierung abgeformt ist, kann das Abformen mit einem Metalleinsatz mit Montageriffelungen des Prüfkörpers auf der Antriebswelle 8 erfolgen.
Nun wird auf 5 Bezug genommen, die einen Ausführungsmodus einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Verdrehung darstellt.
Die Anlagefläche 10 umfasst einen äußeren, nicht gesteuerten Ring 17b mit deutlich zylindrischer äußeren peripherischen Fläche.
Dieser Ring 17b ist mit zwei in zwei genau gegenüber liegenden Überdicken 26 ausgesparten Aufnahmen 24 versehen.
Zwischen diesen Überdicken 26 ist die innere Fläche des Rings 17b deutlich zylindrisch.
Der Ring 17b wird mit dem inneren Ring 16 durch wenigstens einen Balken 19, eine Abdeckung oder dergleichen verbunden.
In dem dargestellten Ausführungsmodus verbinden zwei radiale Balken 19 aus demselben Material wie der innere Ring 16 und der äußere, nicht gesteuerte Ring 17b diese beiden Ringe 16, 17b.
Diese Balken 19 haben in dem dargestellten Ausführungsmodus einen quadratischen, deutlich konstanten Querschnitt ihres Fußes 27 an ihrem Kopf 28 und sind deutlich aufgereiht.
Der innere Ring 16 umfasst ein durchgehendes, einen geriffelten Befestigungsansatz 29 definierendes Loch und gegenüber eine Stützfläche 30 des Endteils der Antriebswelle 8, wenn der Prüfkörper dazu bestimmt ist, am Endteil der Antriebswelle 8 eingebaut zu werden.
Ein in Verdrehung verformbares Rohr 18b verbindet den inneren Ring 16 mit dem verschiebbaren äußeren Ring 17a.
Ggf. kann dieses Rohr axial durchbrochen werden, wobei die somit realisierten axialen Öffnungen die in Achsenverdrehung verformten Balken trennen.
Dieser äußere verschiebbare Ring 17a wird steif mit der Anwendungsauflagefläche des Moments auf der Antriebswelle 8, nämlich dem Lenkrad 3, verbunden.
Schrauben 15 gewährleisten über Löcher 20 die Befestigung der Anlagefläche 10 auf der zentralen transversalen Platte 31 der Umhüllung 14 des Lenkrades 3.
Diese Platte 31 ist mit den Löchern 20 der Anlagefläche 10 entsprechenden Löchern 14b versehen.
Die Umhüllung 14 des Lenkrades umfasst, ebenso wie in den in 2 dargestellten Ausführungsmodi, mehrere, die zentrale transversale Platte 31 mit dem Radkranz 13 des Lenkrades 3 verbindende geneigte Arme 14c.
Wenn die Anlagefläche 10 wie dargestellt auf einem Lenkrad 3 angebracht ist, wird der äußere verformbare, fest mit der Platte 31 und somit mit dem Radkranz 13 des Lenkrades 3 fest verbundene Ring in Rotation im Verhältnis zum äußeren, nicht gesteuerten Ring 17b verschoben.
Die Messung dieser kleinen Verschiebung, zum Beispiel über in den Aufnahmen 24 platzierte Hallsonden 23 und gegenüber auf der Platte 31 befestigte Magnetsonden 23' erlaubt die Messung des vom Fahrer angewendeten Moments und lässt die Servosteuerung nach Verarbeitung des Signals durch den elektronischen Schaltkreis 12 zu.
Dieser elektronische Schaltkreis 12 umfasst in einem Ausführungsmodus:

– eine Stromzufuhr für die Energieversorgung der Hallsonden;
– einen Filterschaltkreis des aus den Sonden kommenden Signals zwecks Ausschaltung des Hintergrundgeräuschs;
– ein die analoge digitale Umwandlung des Signals gewährleistendes Modul;
– ein Kontroll- und Ausgleichsmodul zur Umleitung des von den Hallsonden in Abhängigkeit von der Temperatur, zum Beispiel in einem Bereich von –40°C +80°C ausgegebenen Signals;
– ein regelmäßig den einwandfreien Betrieb jeder Sonde testendes Sicherheitsmodul.

Der elektronische Schaltkreis 12 umfasst ggf. ein den Auslöseschwellenwert der Servolenkung ermöglichendes Modul, wobei dieser Schwellenwert einem bestimmten Momentwert entspricht, oder auch ein drahtloses oder kontaktloses Übertragungsmodul des Signals.
Die unter Bezugnahme auf die 2 ff dargestellten Drehmomentsensoren können in anderen Ausführungsmodi nicht am Lenkrad angebaut oder darin integriert sein, sondern an jedem beliebigen Punkt zwischen dem Lenkrad und den Lenkradsäulenkardanen platziert werden.
Wie dem Fachmann klar werden wird, muss dieser die folgenden Faktoren berücksichtigen, insbesondere:

– der Motor der eventuellen elektrischen Servolenkung muss vor der Diebstahlsicherung angebracht werden
– die von den Crashtests (simulierte Unfalltests oder Aufpralltests) auferlegten Volumen und die Ergonomie des Fahrerpostens bedingen den allgemeinen Platzbedarf der Lenksäule 2.

Das erfindungsgemäße Drehmomentmeßsystem kann somit eventuell abnehmbar an jedem Punkt der Lenksäule eingebaut werden. Dieses Drehmomentmesssystem umfasst einen robusten, steifen und von der Geometrie der Säule untrennbaren Prüfkörper mit geringen Abmessungen.
Damit wird das Normungspotenzial erhöht. Die Struktur des Drehmomentsensors erlaubt die Vermeidung von wiederholten Einbaustudien des Drehmomentmessers gemäß den in Betracht gezogenen Säulentypen.

Claims

Fahrzeuglenksäule mit einem manuellen Steuerorgan zur Anwendung eines Moments auf die Antriebswelle der Säule, wobei die genannte Säule mit Messmitteln des auf die genannte Antriebswelle angewendeten Moments versehen ist, in welcher die Messmittel des auf die Antriebswelle angewendeten Moments aus einer eine bestimmte Festigkeit aufweisenden, Folgendes umfassenden Struktur gebildet werden: – einen ersten verschiebbaren äußeren Ring (17a); – einen zweiten äußeren, deutlich nicht gesteuerten, entfernt vom verschiebbaren äußeren Ring (17a) angebrachten Ring (17b); – einen inneren, in Rotation mit einer Säule (2), auf die das zu messende Moment angewendet wird, fest verbundenen Ring (16), wobei der äußere verschiebbare Ring (17a) geeignet ist, steif mit dem das zu messende Moment auf die Säule anwendende Mittel (5) fest befestigt zu werden, wobei der verschiebbare äußere Ring (17a) mittels wenigstens eines elastisch verformbaren Mittels (18a, 18b) mit dem inneren Ring (16) verbunden wird; wobei der äußere, deutlich nicht gesteuerte Ring (17b) mit dem inneren Ring (16) durch wenigstens ein deutlich nicht gesteuertes Mittel verbunden wird; wobei der Sensor Messmittel (23) der kleinen Verschiebung relativ zum verschiebbaren äußeren Ring (17a) im Verhältnis zum deutlich nicht gesteuerten, äußeren Ring (17b) umfasst, wenn ein Moment durch das Mittel (5) auf die Säule (2) angewendet wird; wobei der verschiebbare Ring (17a), der deutlich nicht gesteuerte äußere Ring (17b) und der innere Ring (16) aus demselben Material wie ihre Verbindungselemente (18a, 18b, 19) bestehen, wobei der deutlich nicht gesteuerte äußere Ring (17b) die Messmittel (23) trägt.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare, den ersten verschiebbaren äußeren Ring (17a) und den inneren Ring (16) verbindende Mittel ein sich radial vom inneren Ring (16) zum verschiebbaren äußeren Ring (17a) erstreckender Balken (18a) ist.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere elastisch verformbare, sich vom inneren Ring (16) zum ersten verschiebbaren äußeren Ring (17a) erstreckende Balken (18a) umfaßt.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das das deutlich nicht gesteuerte, den zweiten deutlich nicht gesteuerten äußeren Ring (17b) und den inneren Ring (16) verbindende Mittel ein sich radial vom inneren Ring (16) zum zweiten, deutlich nicht gesteuerten äußeren Ring (17b) erstreckender Balken (19) ist.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare, den verschiebbaren äußeren Ring (17a) mit dem inneren Ring (16) verbindende Mittel ein in Drehung verformbares Rohr (18b) ist.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das deutlich nicht gesteuerte, den zweiten äußeren Ring (17b) mit dem inneren Ring (16) verbindende Mittel ein sich radial vom inneren Ring (16) zum verschiebbaren äußeren Ring (17a) erstreckender Balken (19) ist.
Fahrzeuglenkstange gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei radiale, gemäß einem Durchmesser des deutlich nicht gesteuerten, äußeren Rings (17b) angeordnete Balken (19) sie mit dem inneren Ring (16) verbinden.
Fahrzeuglenkstange gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel der kleinen Verschiebung relativ zum ersten verschiebbaren äußeren Ring (17a) im Verhältnis zum zweiten äußeren, deutlich nicht gesteuerten Ring (17b) aus der Gruppe ausgewählt sind, umfassend: optische Sensoren, elektromagnetische Sensoren, kapazitive Sensoren und dergleichen.
Fahrzeuglenkstange gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel wenigstens eine in eine Aufnahme des zweiten, deutlich nicht gesteuerten, äußeren Rings (17b) angeordnete Hallsonde (23) umfassen.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel des auf die Antriebswelle angewendeten Moments abnehmbar in der Umhüllung des manuellen Steuerorgans angeordnet sind.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das manuelle Steuerorgan ein mit einem Radkranz mit Messmitteln der Steuerungen versehenes Lenkrad ist.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein sich drehendes, auf der Antriebswelle der Säule angepasstes Verbindungsstück umfasst, wobei das genannte sich drehende Verbindungsstück die Verbindung zwischen einem elektronischen Schaltkreis (12) des Drehmomentsensors und dem Servolenkungsmittel erlaubt.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus einen Sicherheitsairbag umfasst, wobei das sich drehende Verbindungsstück als Anschluss des Airbaggehäuses dient.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie vom entkoppelten Typ ist.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein die Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine winkelförmige Verschiebung der hängenden Pleuelstange, die das Einschlagen der Räder hervorruft, umwandelndes Lenkgehäuse umfaßt.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie Servolenkungsmittel umfasst, deren Auslösung insbesondere von dem auf die Antriebswelle durch die Betätigung des Steuerorgans angewendeten Moment abhängt.
Fahrzeuglenksäule gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie an die Steuermittel der Servomittel Signale in Abhängigkeit des auf die Antriebswelle angewendeten Einschlagmoments sendendes Berechnungsmittel der Servolenkung umfaßt.