EP2729343A2 - Verfahren und einrichtung zur messung des absoluten drehwinkels - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur messung des absoluten drehwinkels

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Publication number
EP2729343A2
EP2729343A2 EP12732820.1A EP12732820A EP2729343A2 EP 2729343 A2 EP2729343 A2 EP 2729343A2 EP 12732820 A EP12732820 A EP 12732820A EP 2729343 A2 EP2729343 A2 EP 2729343A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
rotating element
steering
angle
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12732820.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Burgdorf
Wolfgang Fritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP2729343A2 publication Critical patent/EP2729343A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/14—Steering gears hydraulic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0245—Means or methods for determination of the central position of the steering system, e.g. straight ahead position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2458—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on separate encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/22—Detecting rotary movement by converting the rotary movement into a linear movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/26—Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the absolute angle of rotation in systems in which a rotating element cooperates with a converter which converts the rotational movement of the rotating element into a linear or curved movement of the converter.
  • the present invention relates to a procedural ⁇ ren to the absolute steering angle measurement with steering systems in which a connected to a steering wheel steering shaft with a converter cooperates, which converts the rotary motion of the steering shaft by ⁇ in a linear or curved movement of the converter.
  • the invention further relates to a corresponding device, in particular a steering system.
  • a steering angle measurement must be performed.
  • this connection is realized for example in a hydraulic manner.
  • a hydraulic connection is either permanently engaged or only serves as a fallback level in an emergency.
  • this may be located at the upper part of the steering, which is connected to the steering wheel, a master cylinder having an opening at each end. These openings are connected to a ähnli ⁇ Chen cylinder (steering cylinder) so that there is a hydraulic circuit.
  • a piston in the master cylinder is moved by rotation of the steering wheel and thus the steering shaft via a suitable steering gear, such as a Ku ⁇ gelgewindetrieb, and moves in this way the hydraulic fluid in one or the other direction.
  • a piston is moved in the steering cylinder, which then causes an adjustment of the wheel angle. This adjusts the steering angle as a function of the steering wheel angle.
  • the present invention has for its object to provide a method for measuring the absolute angle of rotation, which can be realized in a particularly simple and cost-effective manner.
  • This object is achieved in a method of the type reproduced by the fact that the traversed in dependence on the rotational movement of the rotating element path of the converter is measured and used as a measure of the absolute angle of rotation.
  • a pure displacement measurement is thus carried out for measuring the absolute angle of rotation ⁇ , and this is done with the help of an already existing in the system or additionally built converter, which cooperates with the rotating element and the rotational movement of the rotating element in a linear or converts curved movement of the converter.
  • This movement of the converter is inventively measured or detected and used as a measure of the absolute angle of rotation.
  • multiple revolutions of the rotating element are thus detected easily, which are characterized by longer distances of the converter and can be detected on the fiction, ⁇ carried out pure displacement measurement without further here without additional facilities, such as Ge ⁇ gear etc. , must be used.
  • Apart from the means that are needed to perform the distance measurement can therefore be used in the inventive method to existing parts of the device, so that the inventive method can be implemented in a simple and cost-effective manner.
  • the distance covered by the converter path is used as a measure of the solutes from ⁇ rotation angle.
  • ⁇ agreed route a certain angle of rotation is zugeord ⁇ net, so that can be determined from the measured distance with no wide ⁇ res a corresponding angle of rotation. This determination can be carried out properly even with multiple revolutions of the rotating element.
  • the known measuring methods can be used, for example inductive, capacitive or optical methods can be used.
  • the movement of the converter can be detected by magnetic means.
  • the invention relates to a method for absolute steering angle measurement in steering systems, in which a steering shaft connected to a steering shaft cooperates with a converter which converts the rotational movement of the steering shaft into a linear or curved movement of the converter, wherein in response to the rotational movement of the steering shaft measured distance traveled by the converter and is used as a measure of the absolute steering angle.
  • the rotation of the rotating element is measured.
  • the distance measurement performed according to the invention is combined with an absolute angle measurement in a range ⁇ 360 ° in order to improve the accuracy and resolution.
  • the rotating member when the rotating member is rotated by two full turns and a half turn, the two full revolutions are detected by the position measurement, and the additional half of a revolution is determined by means of Dre ⁇ hung measurement (angle measurement) of the rotating element so that then a total of 2.5 revolutions are detected.
  • Dre ⁇ hung measurement angle measurement
  • other area divisions can also be made.
  • all rotations can be determined by 180 ° by the path measurement, while the remaining remaining rotation angles are detected by means of the rotation angle detection of the rotating element.
  • the piston of a master cylinder of the steering system that is in communication with the steering shaft can be used as a converter.
  • the steering shaft is in this case via a suitable Lenkgetrie ⁇ be, for example, a ball screw, with the piston of the master cylinder in conjunction, so that the piston performs a rotation in the master cylinder during rotation of the steering wheel and, depending on the direction of movement, displaces hydraulic fluid from a chamber of the master cylinder ,
  • the inventive method is performed.
  • the rotation of the steering shaft can be detected in addition to a combined measurement to he ⁇ possible.
  • the present invention further relates to a device in which a rotating member having a converter cooperating sets the rotational movement of the rotating element around ⁇ in a linear or curved movement of the converter.
  • This device is according to the invention characterized labeled in ⁇ characterized in that the converter has a target which interacts with at least one displacement sensor, and that the A ⁇ device has an evaluation unit which detects the measured by the displacement sensor path and evaluates as the rotation angle.
  • target is intended to include any Einrich ⁇ tung, whose movement is organoleptically detectable.
  • Such targets, encoder, etc. are known in the art. They interact with a stationarily arranged displacement sensor.
  • the converter comprising a magnetic target or
  • targets and encoders and related sensors based on inductive, capacitive, optical and other methods are also suitable, so the invention covers both active and passive targets from.
  • the device comprises an evaluation unit which (the measured distance) is detected and this used to determine the rotation angle (the absolute angle) ent ⁇ speaking evaluates the signals produced by the displacement sensor.
  • the invention relates to a device which is designed as a steering system, wherein as a rotating element connected to a steering wheel Lenkwel ⁇ le cooperates with a converter, which converts the rotational movement of the steering shaft in a linear or curved movement of the converter.
  • the inventive design device can have an on the rotating element disposed target on ⁇ which cooperates with an angle sensor, and the evaluation unit can be designed such that it also detects the measured by the angle sensor angle of rotation of the rotating element and evaluates as the rotation angle. In the ⁇ se way, the accuracy or resolution of the angle measurement performed with the displacement sensor can be improved.
  • the evaluation unit is designed so that it detects only complete revolutions of the rotating element with the signals from the displacement sensor and with the signals from the angle sensor partially revolutions of the rotating element.
  • the procedure of this combination of displacement sensor and angle sensor has already been erläu ⁇ tert above.
  • the converter is preferably the piston of a master cylinder of the steering system which is in communication with the steering shaft.
  • the steering shaft is connected to the piston of the master cylinder in particular via a Kugelge ⁇ wind operation in conjunction.
  • the inventively designed steering system preferably has three juxtaposed displacement sensors, which detect the path of the converter, especially the path of the piston of the master cylinder of the steering system.
  • a different number of displacement sensors may be provided, depending on the range of the measurement to be performed or the corresponding area distribution.
  • the target end face at the end of the rotating element (the steering shaft) and the displacement sensor in extension of the rotating element (the steering shaft) are arranged.
  • these have a converter which converts the rotary motion of a rotating element or a steering shaft in a linear or curved Be ⁇ movement.
  • a converter does not have to be provided by itself in such a device or steering system. It can also be built specifically according to the invention, rather, to perform the erfindungsge ⁇ Permitted angle measurement.
  • the target is provided on the rotating element and the associated displacement sensor and / or angle sensor is stationary.
  • the invention also covers the opposite case, i. with stationary target and moving sensor. It is only important that a relative movement between the target (encoder) and sensor takes place.
  • targets include, for example, teeth, Nop ⁇ pen, inter alia, surveys or depressions.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a steering system tems
  • Figure 2 is a schematic representation of a part of
  • Figure 3 is a schematic representation of a part of
  • FIG. 1 In the steering system shown schematically in Figure 1 is a hydraulic steering system in which between the steering wheel and steered wheels no continuous mecha ⁇ African compound is present, but this is interrupted by a hydraulic connection.
  • the steering system has a steering wheel 1, which is connected to a steering shaft 2.
  • the steering shaft 2 is connected via a ball screw with a piston 4 in connection, which is arranged in a master cylinder 3.
  • a piston 4 By turning the steering wheel 1 in the ei ⁇ ne or the other direction of the piston 4 is moved in the master cylinder 3 within the master cylinder so that the hydraulic fluid volume is reduced or increased in the two chambers of the master cylinder.
  • the Hydraulikflüs ⁇ fluid is thereby supplied via lines 5 a steering cylinder 6, which has a piston 8.
  • the piston 8 is in turn connected via a ball screw with piston rods in connection, which cause a steering movement of the wheels 7.
  • the steering system Adjacent to the master cylinder 3, three displacement sensors 9 are arranged side by side, which detect the movement of the piston 4 in the master cylinder 3. These are magnetic field sensors 9, which sense the movement of a magnetic target 10 in the piston 4. Furthermore, the steering system has an angle sensor 11 which is adjacent to the steering shaft 2 angeord ⁇ net and cooperating with a arranged on the steering shaft target 12. Upon rotation of the steering shaft, the win ⁇ kelsensor 11 detects the angle of rotation of the steering shaft.
  • the sensors 9, 11 are provided over lines not shown to a suitable evaluation unit (not shown) in Verbin ⁇ dung, which evaluates the respective signals from the sensors for determining the absolute steering angle in the above-be ⁇ manner described.
  • FIG. 2 shows a part of the steering system of Figure 1 in a schematic representation, wherein in this embodiment, no angle sensor for detecting the rotation of the steering shaft 2 is provided.
  • the steering shaft 2 connected to the steering wheel 1 extends through a master cylinder 3 and is connected to a piston 4 via a ball screw drive.
  • the piston 4 is reciprocated in the master cylinder 3, as shown by the arrow.
  • a Plati ⁇ ne which is arranged adjacent to the master cylinder 3, be ⁇ find three displacement sensors 9 (magnetic field sensors), which cooperate with a arranged in the piston 4 magnetic target 10 and thus detect the linear movement of the piston 4 in the master cylinder 3.
  • the corresponding connection lines of the displacement sensors 9 to an evaluation unit are not shown.
  • FIG. 3 shows a corresponding embodiment as in FIG. 2, with the difference that here additionally an angle sensor 11 is provided, which is connected to the steering shaft 2 via an additional sensor.
  • ordered magnetic target 12 detects the rotation of the steering shaft 2.
  • the displacement sensors 9 detect here, for example, only certain angular ranges corresponding to certain distances of the piston 4, while the angular degrees of rotation of the steering shaft 2 ⁇ 360 ° are detected by the angle sensor 11, which cooperates with the target 12. Again, no connection lines of the sensors 9, 11 are shown for the intended evaluation.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Messung des absoluten Drehwinkels und eine zugehörige Einrichtung beschrieben. Bei solchen Einrichtungen wirkt ein sich drehendes Element mit einem Umsetzer zusammen, der die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt. Der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des sich drehenden Elementes zurückgelegte Weg des Umsetzers wird gemessen und als Maß für den absoluten Drehwinkel verwendet. Auf diese Weise lassen sich ohne großen Zusatzaufwand insbesondere Drehwinkel >360° einwandfrei erfassen. Die zugehörige Einrichtung weist ein entsprechendes Messsystem mit Auswerteeinheit auf.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Messung des absoluten Drehwinkels
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des absoluten Drehwinkels bei Systemen, bei denen ein sich drehendes Element mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfah¬ ren zur absoluten Lenkwinkelmessung bei Lenksystemen, bei denen eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung der Lenkwelle in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers um¬ setzt .
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine entsprechende Einrichtung, insbesondere ein Lenksystem.
Bei Lenksystemen, insbesondere bei solchen, bei denen keine durchgehende mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern besteht, muss eine Lenkwinkelmessung durchgeführt werden. Bei Lenksystemen, die keine durchgehende mechanische Verbindung aufweisen, ist diese Verbindung beispielsweise auf hydraulische Weise realisiert. Es gibt dabei Ausführungsformen, bei denen sich eine hydraulische Verbindung entweder permanent im Eingriff befindet oder nur im Notfall als Rückfallebene dient. Beispielsweise kann sich hierbei am oberen Teil der Lenkung, der mit dem Lenkrad verbunden ist, ein Geberzylinder befinden, der eine Öffnung an jedem Ende aufweist. Diese Öffnungen sind mit einem ähnli¬ chen Zylinder (Lenkzylinder) so verbunden, dass sich ein hydraulischer Kreislauf ergibt. Ein Kolben im Geberzylinder wird durch Drehung des Lenkrades und damit der Lenkwelle über ein geeignetes Lenkgetriebe, beispielsweise einen Ku¬ gelgewindetrieb, bewegt und verschiebt auf diese Weise die Hydraulikflüssigkeit in die eine oder andere Richtung. Durch diese Verschiebung wird ein Kolben im Lenkzylinder bewegt, der dann eine Verstellung des Radwinkels bewirkt. Damit wird der Lenkwinkel in Abhängigkeit vom Lenkradwinkel verstellt.
Allgemein besteht die Anforderung, den Lenkwinkel (Lenkrad¬ winkel) absolut über den gesamten Messbereich, also auch über mehrere Umdrehungen, zu erfassen. Es ist bekannt, dies mit Hilfe von Winkelsensoren durchzuführen. Da diese jedoch nur jeweils eine Umdrehung erfassen, sind zusätzliche Ma߬ nahmen, beispielsweise zur Speicherung, erforderlich. Um zu verhindern, dass beispielsweise bei einem Ausfall der Ver¬ sorgungsspannung die absolute Position bzw. die Umdrehungsinformation verloren geht oder falsch abgespeichert wird, sind mechanische Speicher oftmals die einzig akzeptierte Lö¬ sung in automobilen Anwendungen. In diesen Lösungsansätzen zur absoluten Lenkradwinkelmessung kommen dann zwangsweise Getriebe zum Einsatz, die sich permanent oder teilweise im Eingriff befinden. Dies führt jedoch zur unerwünschten Entwicklung von mechanischen Geräuschen und zu Verschleiß. Außerdem werden hierdurch zusätzliche Kosten verursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des absoluten Drehwinkels zu schaffen, das sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise verwirklichen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs wiedergegebenen Art dadurch gelöst, dass der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des sich drehenden Elementes zurückgelegte Weg des Umsetzers gemessen und als Maß für den absoluten Drehwinkel verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird somit zur Messung des absoluten Dreh¬ winkels eine reine Wegmessung durchgeführt, und zwar wird dies mit Hilfe eines ohnehin im System vorhandenen oder zusätzlich eingebauten Umsetzers bewerkstelligt, der mit dem sich drehenden Element zusammenwirkt und die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt. Diese Bewegung des Umsetzers wird erfindungsgemäß gemessen bzw. erfasst und als Maß für den absoluten Drehwinkel verwendet. Auf diese Weise werden somit ohne weiteres auch Mehrfachumdrehungen des sich drehenden Elementes erfasst, die durch längere Wegstrecken des Umsetzers gekennzeichnet sind und sich über die erfindungs¬ gemäß durchgeführte reine Wegmessung ohne weiteres erfassen lassen, ohne dass hier zusätzliche Einrichtungen, wie Ge¬ triebe etc., zum Einsatz kommen müssen. Abgesehen von den Mitteln, die zur Durchführung der Wegmessung benötigt werden, kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf vorhandene Teile der Einrichtung zurückgegriffen werden, so dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise realisieren lässt.
Der vom Umsetzer zurückgelegte Weg wird als Maß für den ab¬ soluten Drehwinkel verwendet. Mit anderen Worten, eine be¬ stimmte Wegstrecke wird einem bestimmten Drehwinkel zugeord¬ net, so dass sich aus der gemessenen Wegstrecke ohne weite¬ res ein entsprechender Drehwinkel ermitteln lässt. Diese Ermittlung lässt sich auch bei Mehrfachumdrehungen des sich drehenden Elementes einwandfrei durchführen.
Zur Durchführung der Messung des vom Umsetzer zurückgelegten Weges können die bekannten Messverfahren eingesetzt werden, beispielsweise können induktive, kapazitive oder optische Verfahren zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann die Bewegung des Umsetzers auf magnetischem Weg erfasst werden.
In Weiterbildung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur absoluten Lenkwinkelmessung bei Lenksystemen, bei denen eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung der Lenkwelle in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt, wobei der in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Lenkwelle zurückgelegte Weg des Umsetzers gemessen und als Maß für den absoluten Lenkwinkel verwendet wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zur Messung des Weges des Umsetzers die Drehung des sich drehenden Elementes gemessen. Hierbei wird die erfindungsgemäß durchgeführte Wegmessung mit einer absoluten Winkelmessung in einem Bereich <360° kombiniert, um die Genauigkeit und Auflösung zu verbessern. Besonders bevorzugt wird hierbei eine Ausführungsform, bei der mit Hilfe der Wegmes- sung des Umsetzers die vollen Umdrehungen des sich drehenden Elementes und mit Hilfe der Drehungsmessung des sich drehenden Elementes die teilweisen Umdrehungen gemessen werden. Wenn beispielsweise das sich drehende Element um zwei volle Umdrehungen und eine halbe Umdrehung gedreht wird, werden über die Wegmessung die beiden vollen Umdrehungen erfasst, und die zusätzliche halbe Umdrehung wird mit Hilfe der Dre¬ hungsmessung (Winkelmessung) des sich drehenden Elementes ermittelt, so dass dann insgesamt 2,5 Umdrehungen erfasst werden. Natürlich können erfindungsgemäß auch andere Bereichsaufteilungen vorgenommen werden. Beispielsweise können alle Drehungen um 180° durch die Wegmessung ermittelt werden, während die restlichen verbleibenden Drehwinkel mit Hilfe der Drehwinkelerfassung des sich drehenden Elementes erfasst werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise der mit der Lenkwelle in Verbindung stehende Kolben eines Geberzylinders des Lenksystems als Umsetzer verwendet werden. Solche hydraulischen Lenksysteme wurden eingangs erläutert. Die Lenkwelle steht hierbei über ein geeignetes Lenkgetrie¬ be, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb, mit dem Kolben des Geberzylinders in Verbindung, so dass der Kolben bei Drehungen des Lenkrades eine lineare Bewegung im Geberzylinder durchführt und, je nach Bewegungsrichtung, Hydraulikflüssigkeit aus einer Kammer des Geberzylinders verdrängt. Durch Erfassung des Weges des Kolbens dieses Geberzylinders wird hierbei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt. Wie erwähnt, kann hierbei zusätzlich auch die Drehung der Lenkwelle erfasst werden, um eine kombinierte Messung zu er¬ möglichen . Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung, bei der ein sich drehendes Element mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers um¬ setzt. Diese Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Umsetzer ein Target aufweist, das mit mindestens einem Wegsensor zusammenwirkt, und dass die Ein¬ richtung eine Auswerteeinheit besitzt, die den vom Wegsensor gemessenen Weg erfasst und als Drehwinkel auswertet.
Der hier verwendete Begriff „Target" soll jedwede Einrich¬ tung umfassen, deren Bewegung sensorisch erfassbar ist. Solche Targets, Encoder etc. sind dem Fachmann bekannt. Sie wirken mit einem stationär angeordneten Wegsensor zusammen. So kann beispielsweise der Umsetzer mit einem magnetischen Target oder einem magnetisch codierten Maßstab versehen sein, dessen Position mit mindestens einem Magnetfeldsensor erfasst wird. Targets/Encoder und zugehörige Sensoren, die auf induktiven, kapazitiven, optischen und anderen Verfahren beruhen, sind natürlich ebenfalls geeignet. Die Erfindung deckt daher sowohl aktive als auch passive Targets ab.
Die Einrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die die vom Wegsensor erzeugten Signale (den gemessenen Weg) erfasst und diese zur Ermittlung des Drehwinkels (Absolutwinkels) ent¬ sprechend auswertet.
In Weiterbildung der Erfindung betrifft diese eine Einrichtung, die als Lenksystem ausgebildet ist, wobei als sich drehendes Element eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwel¬ le mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung der Lenkwelle in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt. Zusätzlich kann die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung ein an dem sich drehenden Element angeordnetes Target auf¬ weisen, das mit einem Winkelsensor zusammenwirkt, und kann die Auswerteeinheit so ausgebildet sein, dass sie zusätzlich den vom Winkelsensor gemessenen Drehwinkel des sich drehenden Elementes erfasst und als Drehwinkel auswertet. Auf die¬ se Weise kann die Genauigkeit bzw. Auflösung der mit dem Wegsensor durchgeführten Winkelmessung verbessert werden. Vorzugsweise ist hierbei die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie mit den Signalen vom Wegsensor nur vollständige Umdrehungen des sich drehenden Elementes und mit den Signalen vom Winkelsensor teilweise Umdrehungen des sich drehenden Elementes erfasst. Die Vorgehensweise dieser Kombination aus Wegsensor und Winkelsensor wurde bereits vorstehend erläu¬ tert .
Bei dem Umsetzer handelt es sich vorzugsweise um den mit der Lenkwelle in Verbindung stehenden Kolben eines Geberzylinders des Lenksystems. Hierbei steht die Lenkwelle mit dem Kolben des Geberzylinders insbesondere über einen Kugelge¬ windetrieb in Verbindung. Das erfindungsgemäß ausgebildete Lenksystem weist vorzugsweise drei nebeneinander angeordnete Wegsensoren auf, die den Weg des Umsetzers, speziell den Weg des Kolbens des Geberzylinders des Lenksystems, erfassen. Natürlich kann auch eine andere Zahl von Wegsensoren vorgesehen sein, je nach dem Bereich der durchzuführenden Messung bzw. der entsprechenden Bereichsaufteilung .
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind das Target stirnseitig am Ende des sich drehenden Elementes (der Lenkwelle) und der Wegsensor in Verlängerung des sich drehenden Elementes (der Lenkwelle) angeordnet. Bei den vorstehend beschriebenen Einrichtungen oder Lenksystemen wurde davon ausgegangen, dass diese einen Umsetzer aufweisen, der die Drehbewegung eines sich drehenden Elementes bzw. einer Lenkwelle in eine lineare oder gekrümmte Be¬ wegung umsetzt. Ein solcher Umsetzer muss jedoch nicht von Hause aus in einer derartigen Einrichtung bzw. einem derartigen Lenksystem vorhanden sein. Er kann vielmehr auch gezielt erfindungsgemäß eingebaut werden, um die erfindungsge¬ mäße Winkelmessung durchführen zu können.
Bei der vorstehenden Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass das Target am sich drehenden Element vorgesehen und der zugehörige Wegsensor und/oder Winkelsensor stationär angeordnet ist. Die Erfindung deckt natürlich auch den umgekehrten Fall ab, d.h. mit stationärem Target und sich bewegendem Sensor. Wesentlich ist nur, dass eine Relativbewegung zwischen Target (Encoder) und Sensor stattfindet.
Es wurde bereits erwähnt, dass als Target sogenannte aktive oder passive Targets Verwendung finden können. Zu solchen Targets oder Encodern zählen beispielsweise auch Zähne, Nop¬ pen u.a. Erhebungen oder Vertiefungen.
Ferner soll nochmals betont werden, dass die Bereichsauftei- lung zwischen der Wegmessung des Umsetzers und der Winkelmessung des sich drehenden Elementes beliebig sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei¬ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lenksys- tems ;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Teiles des
Lenksystems der Figur 1 gemäß einer ersten
Ausführungsform; und
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Teiles des
in Figur 1 dargestellten Lenksystems
zweiten Ausführungsform.
Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten Lenksystem handelt es sich um ein hydraulisches Lenksystem, bei dem zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern keine durchgehende mecha¬ nische Verbindung vorhanden ist, sondern diese durch eine hydraulische Verbindung unterbrochen ist. Das Lenksystem weist ein Lenkrad 1 auf, das mit einer Lenkwelle 2 verbunden ist. Die Lenkwelle 2 steht über einen Kugelgewindetrieb mit einem Kolben 4 in Verbindung, welcher in einem Geberzylinder 3 angeordnet ist. Durch Drehungen des Lenkrades 1 in die ei¬ ne oder die andere Richtung wird der Kolben 4 im Geberzylinder 3 innerhalb des Geberzylinders so bewegt, dass sich das Hydraulikflüssigkeitsvolumen in den beiden Kammern des Geberzylinders verringert oder vergrößert. Die Hydraulikflüs¬ sigkeit wird hierdurch über Leitungen 5 einem Lenkzylinder 6 zugeführt, der einen Kolben 8 aufweist. Der Kolben 8 steht wiederum über einen Kugelgewindetrieb mit Kolbenstangen in Verbindung, die eine Lenkbewegung der Räder 7 bewirken.
Benachbart zum Geberzylinder 3 sind drei Wegsensoren 9 nebeneinander angeordnet, die die Bewegung des Kolbens 4 im Geberzylinder 3 erfassen. Es handelt sich hierbei um Magnet- feldsensoren 9, die die Bewegung eines magnetischen Targets 10 im Kolben 4 abtasten. Ferner weist das Lenksystem einen Winkelsensor 11 auf, der benachbart zur Lenkwelle 2 angeord¬ net ist und mit einem an der Lenkwelle angeordneten Target 12 zusammenwirkt. Bei Drehung der Lenkwelle erfasst der Win¬ kelsensor 11 den Drehwinkel der Lenkwelle.
Die Sensoren 9, 11 stehen über nichtgezeigte Leitungen mit einer geeigneten Auswerteeinheit (nicht gezeigt) in Verbin¬ dung, welche die entsprechenden Signale von den Sensoren zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels in der vorstehend be¬ schriebenen Weise auswertet.
Figur 2 zeigt einen Teil des Lenksystems der Figur 1 in schematischer Darstellung, wobei bei dieser Ausführungsform kein Winkelsensor zur Erfassung der Drehung der Lenkwelle 2 vorgesehen ist. Man erkennt, dass sich die mit dem Lenkrad 1 verbundene Lenkwelle 2 durch einen Geberzylinder 3 erstreckt und über einen Kugelgewindetrieb mit einem Kolben 4 in Verbindung steht. Durch Drehung des Lenkrades 1 und der Lenkwelle 2 wird der Kolben 4 im Geberzylinder 3 hin- und herbewegt, wie durch den Pfeil dargestellt. Auf einer Plati¬ ne, die benachbart zum Geberzylinder 3 angeordnet ist, be¬ finden sich drei Wegsensoren 9 (Magnetfeldsensoren) , die mit einem im Kolben 4 angeordneten magnetischen Target 10 zusammenwirken und auf diese Weise die Linearbewegung des Kolbens 4 im Geberzylinder 3 erfassen. Die entsprechenden Anschlussleitungen der Wegsensoren 9 an eine Auswerteeinheit sind nicht dargestellt.
Figur 3 zeigt eine entsprechende Ausführungsform wie Figur 2, mit dem Unterschied, dass hier zusätzlich ein Winkelsensor 11 vorgesehen ist, der über ein an der Lenkwelle 2 an- geordnetes magnetisches Target 12 die Drehung der Lenkwelle 2 erfasst. Die Wegsensoren 9 erfassen hier beispielsweise nur bestimmte Winkelbereiche, die bestimmten Wegstrecken des Kolbens 4 entsprechen, während die Winkelgrade der Drehung der Lenkwelle 2 <360° vom Winkelsensor 11 erfasst werden, der mit dem Target 12 zusammenwirkt. Auch hier sind keine Anschlussleitungen der Sensoren 9, 11 zur vorgesehenen Auswerteeinheit dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung des absoluten Drehwinkels bei Systemen, bei denen ein sich drehendes Element mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der in Abhängigkeit von der Dreh¬ bewegung des sich drehenden Elementes zurückgelegte Weg des Umsetzers gemessen und als Maß für den abso¬ luten Drehwinkel verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur absoluten Lenkwinkelmessung bei Lenksystemen, bei denen eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle mit einem Umsetzer zu¬ sammenwirkt, der die Drehbewegung der Lenkwelle in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass der in Abhän¬ gigkeit von der Drehbewegung der Lenkwelle zurückge¬ legte Weg des Umsetzers gemessen und als Maß für den absoluten Lenkwinkel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Messung des Weges des Umsetzers die Drehung des sich drehendes Elementes gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Wegmessung des Um¬ setzers die vollen Umdrehungen des sich drehenden Elementes und mit Hilfe der Drehungsmessung des sich drehenden Elementes die teilweisen Umdrehungen des sich drehenden Elementes gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Umsetzer der mit der Lenk¬ welle in Verbindung stehende Kolben eines Geberzylinders des Lenksystems verwendet wird.
Einrichtung, bei der ein sich drehendes Element mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung des sich drehenden Elementes in eine lineare oder ge¬ krümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Umsetzer ein Target (10) auf¬ weist, das mit mindestens einem Wegsensor (9) zusam¬ menwirkt, und dass die Einrichtung eine Auswerteein¬ heit besitzt, die den vom Wegsensor (9) gemessenen Weg erfasst und als Drehwinkel auswertet.
Einrichtung nach Anspruch 6, die als Lenksystem ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als sich drehendes Element eine mit einem Lenkrad (1) verbun¬ dene Lenkwelle (2) mit einem Umsetzer zusammenwirkt, der die Drehbewegung der Lenkwelle (2) in eine lineare oder gekrümmte Bewegung des Umsetzers umsetzt.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ein am sich drehenden Element angeordnetes Target (12) aufweist, das mit einem stationären Winkelsensor (11) zusammenwirkt, und dass die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie zusätzlich den vom Winkelsensor (11) gemessenen Drehwinkel des sich drehenden Elementes erfasst und als Absolutwinkel auswertet.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit so ausgebil¬ det ist, dass mit den Signalen vom Wegsensor (9) nur vollständige Umdrehungen des sich drehenden Elementes und mit den Signalen vom Winkelsensor (11) teilweise Umdrehungen des sich drehenden Elementes erfasst werden .
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer der mit der Lenk¬ welle (2) in Verbindung stehende Kolben (4) eines Geberzylinders (3) des Lenksystems ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (2) mit dem Kolben (4) des Geber¬ zylinders (3) über einen Kugelgewindetrieb in Verbin¬ dung steht.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er drei nebeneinander an¬ geordnete Wegsensoren (9) aufweist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Target stirnseitig am Ende des sich drehenden Elementes und der Wegsensor in Verlängerung des sich drehenden Elementes angeordnet ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Target als aktives oder passives Target ausgebildet ist.
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