WO2018046524A1 - Sensorkombination und lenkung - Google Patents

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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Definitions

  • the present invention relates to a sensor combination referred to in the preamble of claim 1 and a steering of the type mentioned in the preamble of claim 5.
  • EP 2 180 296 A1 discloses a sensor combination for a steering shaft, in which a rotational angle sensor has a first sensor unit and a second sensor unit.
  • the first sensor unit is designed as an inductive sensor and the second sensor unit is designed as a magnetic sensor.
  • the aforementioned sensor combination is intended to allow accurate rotational angle measurement of a rotary shaft over an angular range of greater than 360 °. This is because in EP 2 180 296 A1 it is assumed that the two sensor units do not adversely affect each other due to the independently operating measuring principles.
  • the present invention has for its object to provide a steering and a sensor comprising a rotation angle sensor and a torque sensor combination, in which the susceptibility is reduced.
  • This object is achieved by a steering with the features of claim 5 and a sensor combination with the features of claim 1, wherein the rotation angle sensor is designed as an inductive sensor and the torque sensor as a magnetic sensor.
  • a significant advantage of the steering and sensor combination according to the invention is in particular that the susceptibility is reduced. There are fewer malfunctions and failures.
  • the magnetic sensor is designed as a Hall sensor.
  • a Hall sensor provides an output signal even if the magnetic field in which it is located, is constant.
  • a Hall sensor does not require magnetically active materials such as nickel or iron. An undesired influence of the magnetic field to be sensed by the material of the sensor is thereby prevented.
  • a particularly advantageous embodiment of the teaching according to the invention provides that the sensor combination is designed as a structural unit. In this way, the construction of the sensor combination is more compact and thus easier to apply to a rotary shaft or the like, on which the rotation angle and torque measurements are to be performed. In addition, a simpler circuit design is possible and the wiring effort is reduced.
  • the rotation angle sensor Due to the mutually different functional principles of the rotation angle sensor on one side and the torque sensor on the other side a very space-saving design of the unit is possible. Larger distances between the rotation angle sensor and the torque sensor are as unnecessary as additional components to shield the two sensors from each other.
  • the use of the sensor combination according to the invention is freely selectable within wide suitable limits.
  • the sensor combination according to the invention can be used particularly advantageously in a steering shaft for determining the steering angle and the steering torque of the steering shaft.
  • the rotation angle sensor is configured as a steering angle sensor and the torque sensor as a steering torque sensor.
  • a space-saving and thus cost-saving design of the sensor is advantageous.
  • the safety against malfunctions and failures of the sensors in motor vehicles is very important.
  • the steering system on a steering shaft, a steering angle sensor and a steering torque sensor, wherein the steering angle sensor and the steering torque sensor is designed as a sensor combination according to claim 4.
  • FIG. 1 An embodiment of a steering system according to the invention with a sensor combination according to the invention.
  • FIG. 1 A steering 2 with a steering shaft 4 and a fixed to the steering shaft 4 steering wheel 6 of a motor vehicle, not shown, is shown.
  • the steering shaft 4 can be rotated about an axis of rotation 8 shown by a dash-dotted line. See also the double arrow 10, which indicates the two possible directions of rotation of the steering shaft 4.
  • a unit 12 is arranged in a manner known to those skilled in the art such that the rotational movement of the steering shaft 4 is not hindered by the assembly 12.
  • the structural unit 12 has a rotational angle sensor 14 configured as a steering angle sensor and a torque sensor 16 designed as a steering torque sensor, wherein the steering angle sensor 14 acts as an inductive sensor and the steering torque sensor 16 acts as a magnetic sensor, namely as a Hall sensor.
  • the Drehwinkeler conductedsver- connection between the steering shaft 4 and the steering angle sensor 14 is indicated by a dashed line 14.1 and the torque detection connection between the steering shaft 4 and the steering torque sensor 1 6 is symbolized by a dashed line 16.1.
  • the output signals of the steering angle sensor 14 and the output signals of the steering torque sensor 1 6 are transmitted wirelessly or by wire to a preprocessing unit 18.
  • the preprocessing unit 18 is used for signal processing for signal transmission and further processing and is also integrated in the unit 12 here.
  • the preprocessing unit 18 is in turn wireless or wired in signal transmission connection with a control unit 20 of the motor vehicle.
  • the signal transmission connection is symbolized in the figure by a dashed line 20.1.
  • control unit is likewise integrated in the structural unit or the preprocessing unit is an integral part of the control unit.
  • the steering angle sensor and the steering torque sensor each have a preprocessing unit. Accordingly, it is then possible to dispense with a separate preprocessing unit.
  • the torque sensor does not have to be designed as a Hall sensor.
  • other magnetic sensors such as AMR, GMR, CMR and TMR sensors are conceivable.
  • the sensor combination according to the invention is also not limited to use in steering shafts of steering systems, in particular in the field of automotive engineering. An advantageous use is conceivable in all types of rotatable shafts or the like.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkung (2) und eine Sensorkombination zur Ermittlung von mindestens zwei physikalischen Größen einer drehbewegten Welle (4), die einen Drehwinkelsensor (14) und einen Drehmomentsensor (16) aufweist, wobei der Drehwinkelsensor (14) als ein induktiver Sensor (14) ausgebildet ist. Um eine einen Drehwinkelsensor (14) und einen Drehmomentsensor (16) aufweisende Sensorkombination und eine Lenkung (2) anzugeben, bei denen die Störanfälligkeit reduziert ist, wird vorgeschlagen, dass der Drehmomentsensor (16) als ein magnetischer Sensor (16) ausgebildet ist.

Description

Sensorkombination und Lenkung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorkombination der im Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lenkung der im Oberbegriff des Anspruchs 5 genannten Art.
Derartige Sensorkombinationen und Lenkungen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
Beispielsweise ist aus der EP 2 180 296 A1 eine Sensorkombination für eine Lenkungswelle bekannt, bei der ein Drehwinkelsensor eine erste Sensoreinheit und eine zweite Sensoreinheit aufweist. Die erste Sensoreinheit ist als ein induktiver Sensor und die zweite Sensoreinheit ist als ein magnetischer Sensor ausgebildet. Die vorgenannte Sensorkombination soll eine genaue Drehwinkelmessung einer drehbewegten Welle über einen Winkelbereich von größer 360° ermöglichen. Dies deshalb, weil in der EP 2 180 296 A1 davon ausgegangen wird, dass sich die beiden Sensoreinheiten aufgrund der unabhängig voneinander arbeitenden Messprinzipien nicht negativ beeinflussen.
Ferner ist in der EP 2 180 296 A1 ausgeführt, dass die daraus bekannte Sensorkombination auch Bestandteil einer Drehmomentbestimmungsvorrichtung sein kann. Hierzu wurde vorgeschlagen, eine weitere induktiv wirkende Sensoreinheit über ein Torsionselement mit der drehbewegten Welle der vorgenannten Sensorkombination zu verbinden.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung und eine einen Drehwinkelsensor und einen Drehmomentsensor aufweisende Sensorkombination anzugeben, bei denen die Störanfälligkeit reduziert ist. Diese Aufgabe wird durch eine Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und eine Sensorkombination mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Drehwinkelsensor als ein induktiver Sensor und der Drehmomentsensor als ein magnetischer Sensor ausgebildet ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lenkung und Sensorkombination liegt insbesondere darin, dass die Störanfälligkeit reduziert ist. Es kommt zu weniger Funktionsstörungen und Ausfällen.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass der magnetische Sensor als ein Hall-Sensor ausgebildet ist. Ein Hall-Sensor liefert auch dann ein Ausgangssignal, wenn das Magnetfeld, in dem sich dieser befindet, konstant ist. Darüber hinaus erfordert ein Hall-Sensor keine magnetisch aktiven Materialien, wie beispielsweise Nickel oder Eisen. Eine ungewünschte Beeinflussung des zu sen- sierenden Magnetfelds durch das Material des Sensors ist dadurch verhindert.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass die Sensorkombination als eine Baueinheit ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Konstruktion der Sensorkombination kompakter und damit leichter an eine Drehwelle oder dergleichen, an der die Drehwinkel- und Drehmomentmessungen durchgeführt werden sollen, applizierbar. Darüber hinaus ist ein einfacherer schaltungstechnischer Aufbau ermöglicht und der Verdrahtungsaufwand ist reduziert.
Durch die voneinander verschiedenen Funktionsprinzipien des Drehwinkelsensors auf der einen Seite und des Drehmomentsensors auf der anderen Seite ist eine sehr platzsparende Ausbildung der Baueinheit ermöglicht. Größere Abstände zwischen dem Drehwinkelsensor und dem Drehmomentsensor sind ebenso entbehrlich wie zusätzliche Bauteile, um die beiden Sensoren voneinander abzuschirmen. Grundsätzlich ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Sensorkombination in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Sensorkombination bei einer Lenkwelle zur Ermittlung des Lenkwinkels und des Lenkmoments der Lenkwelle anwenden. Entsprechend ist der Drehwinkelsensor als ein Lenkwinkelsensor und der Drehmomentsensor als ein Lenkmomentsensor ausgebildet. Gerade bei Lenkwellen, insbesondere bei Lenkwellen von Kraftfahrzeugen, ist eine platzsparende und damit kostensparende Ausführung der Sensorik von Vorteil. Darüber hinaus ist die Sicherheit vor Störungen und Ausfällen der Sensorik bei Kraftfahrzeugen sehr wichtig.
Gemäß Anspruch 5 weist die erfindungsgemäße Lenkung eine Lenkwelle, einen Lenkwinkelsensor und einen Lenkmomentsensor auf, wobei der Lenkwinkelsensor und der Lenkmomentsensor als eine Sensorkombination nach Anspruch 4 ausgebildet ist.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
Fig. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkung mit einer erfindungsgemäßen Sensorkombination.
In der einzigen Fig. ist eine Lenkung 2 mit einer Lenkwelle 4 und einem an der Lenkwelle 4 befestigten Lenkrad 6 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs gezeigt. Mittels des Lenkrades 6 lässt sich die Lenkwelle 4 um eine durch eine strichpunktierte Linie dargestellte Drehachse 8 drehen. Siehe hierzu auch den Doppelpfeil 10, der die beiden möglichen Drehrichtungen der Lenkwelle 4 andeutet.
An der Lenkwelle 4 ist auf dem Fachmann bekannte Weise eine Baueinheit 12 derart angeordnet, dass die Drehbewegung der Lenkwelle 4 durch die Baueinheit 12 nicht behindert ist. Die Baueinheit 12 weist einen als Lenkwinkelsensor ausgebildeten Drehwinkelsensor 14 und einen als Lenkmomentsensor ausgebildeten Drehmomentsensor 16 auf, wobei der Lenkwinkelsensor 14 als induktiver Sensor und der Lenkmomentsensor 1 6 als magnetischer Sensor, nämlich als Hall-Sensor, wirkt. Die Drehwinkelerfassungsver- bindung zwischen der Lenkwelle 4 und dem Lenkwinkelsensor 14 ist durch eine gestrichelte Linie 14.1 und die Drehmomenterfassungsverbindung zwischen der Lenkwelle 4 und dem Lenkmomentsensor 1 6 ist durch eine gestrichelte Linie 16.1 symbolisiert.
Die Ausgangssignale des Lenkwinkelsensors 14 und die Ausgangssignale des Lenkmomentsensors 1 6 werden drahtlos oder drahtgebunden zu einer Vorverarbeitungseinheit 18 übermittelt. Die Vorverarbeitungseinheit 18 dient zur Signalaufbereitung für die Signalweiterleitung sowie die weitere Verarbeitung und ist hier ebenfalls in der Baueinheit 12 integriert.
Die Vorverarbeitungseinheit 18 steht wiederum drahtlos oder drahtgebunden in Signalübertragungsverbindung mit einem Steuergerät 20 des Kraftfahrzeugs. Die Signalübertragungsverbindung ist in der Fig. durch eine gestrichelte Linie 20.1 symbolisiert.
Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass das Steuergerät ebenfalls in der Baueinheit integriert ist oder die Vorverarbeitungseinheit integraler Bestandteil des Steuergeräts ist.
Auch ist es möglich, dass der Lenkwinkelsensor und der Lenkmomentsensor jeweils eine Vorverarbeitungseinheit aufweisen. Entsprechend kann dann auf eine separate Vorverarbeitungseinheit verzichtet werden.
Der Drehmomentsensor muss nicht als Hall-Sensor ausgebildet sein. Beispielsweise sind auch andere Magnetsensoren, wie AMR-, GMR-, CMR- und TMR-Sensoren denkbar. Die erfindungsgemäße Sensorkombination ist darüber hinaus nicht auf die Verwendung bei Lenkwellen von Lenkungen, insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik beschränkt. Eine vorteilhafte Verwendung ist bei allen Arten von drehbeweglichen Wellen oder dergleichen denkbar.
Bezugszeichenliste
2 Lenkung
4 Lenkwelle
6 Lenkrad
8 Drehachse
10 Drehrichtungen der Lenkwelle 4
12 Baueinheit
14 Drehwinkelsensor, als Lenkwinkelsensor ausgebildet
14.1 Drehwinkelerfassungsverbindung
16 Drehmomentsensor, als Lenkmomentsensor ausgebildet
16.1 Drehmomenterfassungsverbindung
18 Vorverarbeitungseinheit
20 Steuergerät
20.1 Signalübertragungsverbindung zwischen der Vorverarbeitungseinheit 18 und dem Steuergerät 20

Claims

Patentansprüche
1 . Sensorkombination zur Ermittlung von mindestens zwei physikalischen Größen einer drehbewegten Welle, die einen Drehwinkelsensor und einen Drehmomentsensor aufweist, wobei der Drehwinkelsensor als ein induktiver Sensor ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehmomentsensor (1 6) als ein magnetischer Sensor (16) ausgebildet ist.
2. Sensorkombination nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetische Sensor (1 6) als ein Hall-Sensor (1 6) ausgebildet ist.
3. Sensorkombination nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensorkombination als eine Baueinheit (12) ausgebildet ist.
4. Sensorkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehwinkelsensor (14) als ein Lenkwinkelsensor (14) und der Drehmomentsensor (1 6) als ein Lenkmomentsensor (16) ausgebildet ist.
5. Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die eine Lenkwelle, einen Lenkwinkelsensor und einen Lenkmomentsensor aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lenkwinkelsensor (14) und der Lenkmomentsensor (1 6) als eine Sensorkombination nach Anspruch 4 ausgebildet ist.
PCT/EP2017/072313 2016-09-12 2017-09-06 Sensorkombination und lenkung Ceased WO2018046524A1 (de)

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