WO2018077768A1 - Sensoreinrichtung in einem lenksystem - Google Patents

Sensoreinrichtung in einem lenksystem Download PDF

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WO2018077768A1
WO2018077768A1 PCT/EP2017/076936 EP2017076936W WO2018077768A1 WO 2018077768 A1 WO2018077768 A1 WO 2018077768A1 EP 2017076936 W EP2017076936 W EP 2017076936W WO 2018077768 A1 WO2018077768 A1 WO 2018077768A1
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WO
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sensor device
sensor
magnetic field
magnets
steering shaft
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PCT/EP2017/076936
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English (en)
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Inventor
Walter Hirning
Wolfgang Abele
Jochen Haug
Waldemar MATTUS
Thomas Schliesch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Max Baermann Holding Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh, Max Baermann Holding Ag filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
    • 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
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    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the invention relates to a sensor device in a steering system for
  • a sensor device for measuring torque in steering systems of vehicles comprises a magnet rotatably mounted on a steering shaft and an associated magnetic field sensor, wherein the magnet and the magnetic field sensor are arranged on different shaft portions of the steering shaft.
  • the steering shaft sections due to the steering torque to a relative rotational movement of each other, which leads to a change in the magnetic field emanating from the magnet, which is detected by the sensor.
  • the change of the magnetic field is a measure of the relative rotation and thus for the acting steering torque.
  • the magnet is attached to a sleeve-shaped magnet holder, which is seated on a first steering shaft section.
  • the magnet holder has a radially outwardly directed holder portion, on which the magnet is arranged, so that the magnet has a relatively large radial distance to the shaft axis.
  • Magnetic field sensor is located on a second shaft portion on the radially inner side and is radially encompassed by the magnet.
  • the invention is based on the object with simple constructive measures, a sensor device in a steering system for determining the rotational angle of a steering shaft section in such a way that in a compact design, a high measurement accuracy is achieved.
  • This object is achieved with the features of claim 1.
  • the dependent claims indicate expedient developments.
  • the sensor device can be used in steering systems of vehicles for determining the angle of rotation of a steering shaft section.
  • the steering shaft portion is a carrier of at least two magnets, which are arranged angularly offset from each other and rotate together with the steering shaft portion.
  • Each magnet is associated with a magnetic field sensor which can measure the magnetic field line direction, wherein from the change of the passing magnetic field on the relative rotation between the steering shaft portion with the magnet and the
  • a bearing clearance of the steering shaft section can be distinguished from a rotational movement of the steering shaft section.
  • Sensor means are made a distinction to the rotational movement of the steering shaft portion, in particular via a sign evaluation of the sensor signals. It is thus possible to distinguish the steering shaft clearance from a steering shaft rotation, so that the steering shaft clearance has no influence on the accuracy in determining the rotational movement of the steering shaft portion.
  • the sensor device comprises at least two magnets, wherein the number of
  • Magnetic field sensors corresponds to the number of magnets.
  • the sensor device comprises exactly two magnets arranged on the steering shaft section at an angular offset from one another and exactly two magnetic field sensors. But they are too Designs with a larger number of magnets and magnetic field sensors possible, for example, three or four magnets and a corresponding number of associated magnetic field sensors.
  • the magnets have the maximum distance to each other, so that a mutual influence of the emitted magnetic fields is avoided or at least minimized.
  • two magnets are arranged angularly offset, wherein the angular offset, for example, at least 120 ° or at least 150 ° and a maximum of 180 ° or less than 180 °.
  • the magnetic field sensors are arranged on a further steering shaft section extending from the first
  • Steering shaft portion which is the carrier of the magnets, different, wherein the first and the second steering shaft portion are arranged coaxially and are connected and execute a relative rotational movement to each other at an applied steering torque. Accordingly, it is possible to use the magnetic field sensors
  • the magnetic field sensors are, according to a further advantageous embodiment, arranged radially spaced from the magnets.
  • Magnetic sensors located radially inward between the lateral surface of the
  • Steering shaft section which is the carrier of the magnets, and the magnet.
  • the magnetic field sensors are positioned radially outboard of the magnet.
  • the magnets are, according to another expedient embodiment, arranged on a magnet holder connected to the steering shaft section.
  • the magnet holder has, for example, a sleeve or bushing, which is placed on the steering shaft section and rotatably connected thereto.
  • the magnet holder further preferably has a shielding plate lying in a radial plane, which extends radially outwardly, in particular from the
  • the shield plate made of a metal has a shielding effect against magnetic field lines.
  • the magnetic field sensors are advantageously positioned so as to be axially shielded from the shroud. Interference magnetic fields thus have no or only a negligible influence on the magnetic field sensors, whereby the measurement accuracy is improved.
  • the magnetic field sensors are arranged on a sensor carrier, which also accommodates printed circuit boards, which are assigned to the magnetic field sensors.
  • each magnetic field sensor is associated with a printed circuit board.
  • the magnetic field sensors are designed as magnetoresistive sensors (MR sensors) which are able to sense a change in a magnetic field.
  • MR sensors magnetoresistive sensors
  • the magnets are formed part-ring-shaped.
  • the magnets can be composed in the circumferential direction of several segments of alternating polarity, for example, three segments with the polarity N-S-N.
  • the sensor device comprises a stationary index sensor which supplies an index signal when a magnet is rotated.
  • the index sensor which is embodied, for example, as a Hall sensor, an index signal is supplied with each revolution of the steering shaft section which is the carrier of the magnets, from which reference is made to the total number of revolutions and thus to the current steering angle position with respect to the center position can be.
  • additional information can be used, For example, on angular velocity differences of the left and right wheels on a vehicle axle to determine the absolute steering angle position.
  • the index sensor registers with each revolution of the steering shaft one of the number of magnets corresponding number of index signals. This also improves the accuracy in determining the revolutions of the steering shaft.
  • the index sensor is arranged stationary.
  • exactly one index sensor is present.
  • the index sensor may be received in a sensor housing which is held stationary, for example, is arranged on a steering housing.
  • the invention further relates to a steering system in a vehicle equipped with a sensor device having at least two angularly offset magnets associated with a steering shaft section and each magnet
  • the steering system is for example with a
  • FIG. 1 is a schematic representation of a steering system in a vehicle
  • FIG. 2 is a perspective view of the steering shaft with two steering shaft sections and a sensor device, via which the relative rotational position between the
  • Lenkwellenabroughen and also the circulation of the steering shaft can be determined
  • FIG. 3 is a perspective view of a magnet holder, which is placed on a steering shaft portion and carrier of two offset by 180 ° magnet,
  • Fig. 4 in plan view a sensor carrier with two magnetic field sensors
  • Fig. 5 is a plan view of the magnet holder with a schematic representation of the arrangement of a magnetic field sensor and in addition an index sensor.
  • the steering system 1 for a vehicle illustrated in FIG. 1 comprises a steering wheel 2, a steering spindle or shaft 3, a steering or gear housing 4 and a steering linkage with a steering rack 5, via which a steering movement to the steerable wheels 6 of the vehicle is transmitted.
  • the transmission housing 4 receives a steering gear 8 with a steering pinion and the steering rack 5, wherein the steering pinion is rotatably connected to the steering shaft 3 and meshes with the steering rack 5.
  • the driver is about the steering wheel 2, with which the steering shaft 3 is fixedly connected, a steering angle oil, in the steering gear 8 in the transmission housing 4 on the
  • Steering rack 5 of the steering linkage is transmitted, whereupon adjusts a wheel steering angle ⁇ to the steerable wheels 6.
  • an electric servo motor 7 is provided, via which a servo torque into the steering gear 8
  • Hydraulic pump driven by an internal combustion engine feeding a hydraulic steering system.
  • Fig. 2 the steering shaft with two steering shaft sections 3a and 3b shown, of which the first steering shaft section 3a on the input side - on the side facing the steering wheel - and the second steering shaft section 3b on the output side - are arranged on the side facing the steering gear.
  • the steering torque causes a relative rotational movement between the two steering shaft sections 3a and 3b shown, of which the first steering shaft section 3a on the input side - on the side facing the steering wheel - and the second steering shaft section 3b on the output side - are arranged on the side facing the steering gear.
  • the steering torque causes a relative rotational movement between the two
  • the sensor device 9 comprises two magnets 10 and 1 1, which are arranged offset by 180 ° on a magnet holder 12, which rotatably with the first
  • the sensor device 9 further comprises two magnetic field sensors 13 and 14, which are each designed, for example, as magnetoresistive sensors and are capable of registering the magnetic field of the magnets 10 and 11, in particular to detect a magnetic field change.
  • the magnetic field sensors 13 and 14 are arranged on a sensor carrier 15 which is non-rotatably connected to the second steering shaft section 3b.
  • the sensor carrier 15 is approximately semicircular and has a central, radially widened portion, wherein the two magnetic field sensors 13 and 14 analogous to the
  • Magnets 10 and 1 1 offset by 180 ° to each other on the sensor carrier 15 are arranged.
  • the magnetic field sensors 13 and 14 are immediately adjacent to the magnets 10 and 1 1 on the radially inner side of the magnets. Since the relative rotational movement between the two steering shaft sections 3a and 3b is relatively small, keep the
  • the sensor carrier 15 is also a carrier of printed circuit boards or ASICs 16, 17, which are respectively associated with the magnetic field sensors 13, 14.
  • electrical connection contacts 18 for the electrical connection to a control device for transmitting the sensor signals are located on the sensor carrier 15.
  • the magnet holder 12 has a central collar or bush 19 with which the magnet holder 12 is placed on the first steering shaft section 3 a and connected thereto.
  • the magnet holder 12 includes a shield plate 20, which is in particular integrally formed with the bushing 19 and in the mounted position shown in FIG. 2 with respect to the shaft longitudinal axis 21 in
  • the shield plate 20 which is made of metal, has two arms extending in opposite radial directions, which carry the magnets 10 and 11 in their outer edge region.
  • Magnetic field sensors 13 and 14 are adjacent to the shroud 20 and are axially shielded from the shield plate 20, in particular opposite
  • the sensor device 9 also comprises an index sensor 22, which is arranged on a stationary sensor housing 23.
  • the index sensor 22 is embodied, for example, as a Hall sensor and has the function of registering a revolution of the steering shaft.
  • the index sensor 22 is located on the radially outer side of the magnets 10, 1 1, so that the index sensor 22 on the one hand and the magnetic field sensors 13,14 on the other hand are arranged on radially opposite sides of the magnets 10,1 l.
  • the magnets 10, 1 1 are of a partially circular design and are composed of three segments in each case

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Abstract

Eine Sensoreinnchtung in einem Lenksystem umfasst zwei winkelversetzt zueinander angeordnete Magnete, die auf einem Lenkwellenabschnitt angeordnet sind, wobei jedem Magneten ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist.

Description

Titel der Erfindung
Sensoreinrichtung in einem Lenksystem Beschreibungsteil
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung in einem Lenksystem zur
Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnitts nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .
Aus der DE 10 2008 044 059 A1 ist eine Sensoreinrichtung zur Drehmomentmessung in Lenksystemen von Fahrzeugen bekannt. Die Sensoreinrichtung umfasst einen drehfest auf einer Lenkwelle angeordneten Magneten sowie einen zugeordneten Magnetfeldsensor, wobei der Magnet und der Magnetfeldsensor an unterschiedlichen Wellenabschnitten der Lenkwelle angeordnet sind. Bei einer Lenkbewegung führen die Lenkwellenabschnitte aufgrund des Lenkmomentes eine Relativdrehbewegung zueinander aus, die zu einer Änderung des vom Magneten ausgehenden Magnetfeldes führt, welche von dem Sensor detektiert wird. Die Änderung des Magnetfeldes stellt ein Maß für die Relativverdrehung und damit für das wirkende Lenkmoment dar.
Der Magnet ist an einem manschettenförmigen Magnethalter befestigt, der auf einem ersten Lenkwellenabschnitt aufsitzt. Der Magnethalter weist einen radial nach außen gerichteten Halterabschnitt auf, an dem der Magnet angeordnet ist, so dass der Magnet zur Wellenachse einen verhältnismäßig großen radialen Abstand aufweist. Der
Magnetfeldsensor befindet sich auf einem zweiten Wellenabschnitt auf der radial innen liegenden Seite und wird von dem Magneten radial umgriffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Sensoreinrichtung in einem Lenksystem zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnittes so auszubilden, dass bei einer kompakten Ausführung eine hohe Messgenauigkeit erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann in Lenksystemen von Fahrzeugen zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnittes eingesetzt werden. Der Lenkwellenabschnitt ist Träger von mindestens zwei Magneten, die winkelversetzt zueinander angeordnet sind und gemeinsam mit dem Lenkwellenabschnitt umlaufen. Jedem Magnet ist ein Magnetfeldsensor zugeordnet, der die Magnetfeldlinienrichtung messen kann, wobei aus der Änderung des vorbeilaufenden Magnetfeldes auf die Relativdrehung zwischen dem Lenkwellenabschnitt mit dem Magneten und den
Sensoren geschlossen werden kann.
Indem zwei Magnete winkel versetzt zueinander auf dem Lenkwellenabschnitt angeordnet sind, kann eine hohe Messgenauigkeit bei der Drehwinkelermittlung erreicht werden. Dies erlaubt es, die Magnete in einem geringeren radialen Abstand zum
Lenkwellenabschnitt anzuordnen, wodurch eine kleiner bauende Ausführung erreicht wird, ohne dass dies mit einer Einschränkung bei der Genauigkeit der
Lenkwinkelmessung einhergeht.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, dass ein Lagerspiel des Lenkwellenabschnittes von einer Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes unterschieden werden kann.
Insbesondere bei einer auf Lagerspiel beruhenden radialen Ausschlagbewegung des Lenkwellenabschnittes in eine Radialrichtung, die orthogonal zu einer Verbindungslinie zwischen den Magneten gerichtet ist, kann bei der erfindungsgemäßen
Sensoreinrichtung eine Unterscheidung zur Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes getroffen werden, insbesondere über eine Vorzeichenauswertung der Sensorsignale. Es ist somit möglich, das Lenkwellenspiel von einer Lenkwellen-Rotationsbewegung zu unterscheiden, so dass das Lenkwellenspiel keinen Einfluss auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Drehbewegung des Lenkwellenabschnittes hat.
Die Sensoreinrichtung umfasst mindestens zwei Magnete, wobei die Anzahl der
Magnetfeldsensoren der Anzahl der Magnete entspricht. Vorteilhafterweise umfasst die Sensoreinrichtung genau zwei winkelversetzt zueinander angeordnete Magnete auf dem Lenkwellenabschnitt und genau zwei Magnetfeldsensoren. Es sind aber auch Ausführungen mit einer größeren Anzahl an Magneten und Magnetfeldsensoren möglich, beispielsweise drei oder vier Magnete und eine entsprechende Anzahl zugeordneter Magnetfeldsensoren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit zwei Magneten sind diese um 180° zueinander winkelversetzt positioniert. Es ist insbesondere zweckmäßig, eine spiegelsymmetrische Anordnung der Magnete und der zugeordneten
Magnetfeldsensoren vorzusehen. In dieser Ausführung weisen die Magnete den maximalen Abstand zueinander auf, so dass eine gegenseitige Beeinflussung der ausgesandten Magnetfelder vermieden oder zumindest minimiert wird.
In einer alternativen Ausführung sind zwei Magnete winkelversetzt angeordnet, wobei der Winkelversatz beispielsweise mindestens 120° oder mindestens 150° und maximal 180° oder kleiner als 180° beträgt.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Magnetfeldsensoren auf einem weiteren Lenkwellenabschnitt angeordnet, der sich von dem ersten
Lenkwellenabschnitt, welcher Träger der Magnete ist, unterscheidet, wobei der erste und der zweite Lenkwellenabschnitt koaxial angeordnet sind und zusammenhängen und bei einem aufgebrachten Lenkmoment eine Relativdrehbewegung zueinander ausführen. Dementsprechend ist es möglich, über die Magnetfeldsensoren das
Lenkmoment zu ermitteln.
Die Magnetfeldsensoren sind, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, radial beabstandet zu den Magneten angeordnet. Vorzugsweise befinden sich die
Magnetfeldsensoren radial innen liegend zwischen der Mantelfläche des
Lenkwellenabschnitts, der Träger der Magnete ist, und den Magneten. Es ist jedoch auch eine Ausführung möglich, bei der die Magnetfeldsensoren radial außen liegend an den Magneten positioniert sind.
Die Magnete sind, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, an einem mit dem Lenkwellenabschnitt verbundenen Magnethalter angeordnet. Der Magnethalter weist beispielsweise eine Manschette oder Buchse auf, die auf den Lenkwellenabschnitt aufgesetzt und mit diesem drehfest verbunden ist. Der Magnethalter weist des Weiteren bevorzugt ein in einer Radialebene liegendes Schirmblech auf, das sich radial nach außen erstreckt, insbesondere von der
Manschette bzw. Buchse ausgehend, und an seinem radial außen liegenden Abschnitt die Magnete aufnimmt. Das aus einem Metall gefertigte Schirmblech besitzt eine abschirmende Wirkung gegenüber Magnetfeldlinien. Die Magnetfeldsensoren sind vorteilhafterweise so positioniert, dass sie axial von dem Schirmblech abgeschirmt sind. Störmagnetfelder haben somit keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Magnetfeldsensoren, wodurch die Messgenauigkeit verbessert ist.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnetfeldsensoren an einem Sensorträger angeordnet, welcher auch Leiterplatten aufnimmt, die den Magnetfeldsensoren zugeordnet sind. Bevorzugt ist jedem Magnetfeldsensor eine Leiterplatte zugeordnet. Des Weiteren sind in dem Sensorträger elektrische
Anschlusskontakte aufgenommen, über die die Sensordaten zu einem Steuergerät übertragen werden können.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnetfeldsensoren als magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren) ausgeführt, die in der Lage sind, eine Änderung eines Magnetfeldes zu sensieren.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Magnete teilringförmig ausgebildet. Die Magnete können sich in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten wechselnder Polarität zusammensetzen, beispielsweise aus drei Segmenten mit der Polarität N-S-N.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Sensoreinrichtung einen ortsfesten Indexsensor, der beim Umlaufen eines Magneten ein Indexsignal liefert. Über den Indexsensor, der beispielsweise als ein Hall-Sensor ausgebildet ist, wird bei jedem Umlauf des Lenkwellenabschnittes, der Träger der Magnete ist, ein Indexsignal geliefert, woraus auf die Gesamtanzahl der Umläufe und damit auf die aktuelle Lenkwinkelposition, bezogen auf die Mittellage, geschlossen werden kann. Ergänzend kann gegebenenfalls auf zusätzliche Informationen zurückgegriffen werden, beispielsweise auf Winkelgeschwindigkeitsdifferenzen der Räder links und rechts an einer Fahrzeugachse, um die absolute Lenkwinkelposition zu bestimmen.
Der Indexsensor registriert bei jedem Umlauf der Lenkwelle eine der Anzahl der Magnete entsprechende Anzahl an Indexsignalen. Auch hierdurch wird die Genauigkeit bei der Ermittlung der Umläufe der Lenkwelle verbessert.
Der Indexsensor ist ortsfest angeordnet. Vorteilhafterweise ist genau ein Indexsensor vorhanden. Der Indexsensor kann in einem Sensorgehäuse aufgenommen sein, das ortsfest gehalten ist, beispielsweise an einem Lenkgehäuse angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug, das mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet ist, die mindestens zwei winkelversetzte Magnete an einem Lenkwellenabschnitt und jedem Magneten zugeordnete
Magnetfeldsensoren aufweist. Das Lenksystem ist beispielsweise mit einem
elektrischen Servomotor ausgestattet, über das ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem eingespeist werden kann.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Lenkwelle mit zwei Lenkwellenabschnitten und einer Sensoreinrichtung, über die die Relativdrehlage zwischen den
Lenkwellenabschnitten und außerdem der Umlauf der Lenkwelle ermittelt werden kann,
Fig.3 in perspektivischer Ansicht ein Magnethalter, der auf einen Lenkwellenabschnitt aufsetzbar ist und Träger von zwei um 180° versetzten Magneten ist,
Fig. 4 in Draufsicht einen Sensorträger mit zwei Magnetfeldsensoren, die den
Magneten zugeordnet sind, Fig. 5 eine Draufsicht auf den Magnethalter mit einer schematischen Darstellung der Anordnung eines Magnetfeldsensors und zusätzlich eines Indexsensors.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in Fig. 1 dargestellte Lenksystem 1 für ein Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. -welle 3, ein Lenk- bzw. Getriebegehäuse 4 und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebegehäuse 4 nimmt ein Lenkgetriebe 8 mit einem Lenkritzel und der Lenkzahnstange 5 auf, wobei das Lenkritzel drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist und mit der Lenkzahnstange 5 kämmt.
Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkwelle 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel ÖL vor, der im Lenkgetriebe 8 im Getriebegehäuse 4 auf die
Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δν einstellt.
Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe 8
eingespeist werden kann. Anstelle eines elektrischen Servomotors kann auch eine hydraulische Unterstützungseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine
Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und ein hydraulisches Lenksystem speist.
In Fig. 2 ist die Lenkwelle mit zwei Lenkwellenabschnitten 3a und 3b dargestellt, von denen der erste Lenkwellenabschnitt 3a eingangsseitig - auf der dem Lenkrad zugewandten Seite - und der zweite Lenkwellenabschnitt 3b ausgangsseitig - auf der dem Lenkgetriebe zugewandten Seite - angeordnet sind. Bei einer Lenkbewegung verursacht das Lenkmoment eine Relativdrehbewegung zwischen den beiden
Lenkwellenabschnitten 3a und 3b, die mithilfe einer Sensoreinrichtung 9 erfasst werden kann, wobei aus der Relativdrehlage zwischen den beiden Lenkwellenabschnitten 3a, 3b auf das Lenkmoment geschlossen werden kann. Die Sensoreinrichtung 9 umfasst zwei Magnete 10 und 1 1 , die um 180° versetzt auf einem Magnethalter 12 angeordnet sind, welcher drehfest mit dem ersten
Lenkwellenabschnitt 3a verbunden ist. Die Sensoreinrichtung 9 umfasst des Weiteren zwei Magnetfeldsensoren 13 und 14, die beispielsweise jeweils als magnetoresistive Sensoren ausgebildet und in der Lage sind, das Magnetfeld der Magnete 10 und 1 1 zu registrieren, insbesondere eine Magnetfeldänderung zu erfassen.
Die Magnetfeldsensoren 13 und 14 (Fig. 4) sind auf einem Sensorträger 15 angeordnet, der drehfest mit dem zweiten Lenkwellenabschnitt 3b verbunden ist. Der Sensorträger 15 ist etwa halbkreisförmig ausgebildet und weist einen zentralen, radial verbreiterten Abschnitt auf, wobei die beiden Magnetfeldsensoren 13 und 14 analog zu den
Magneten 10 und 1 1 um 180° versetzt zueinander auf dem Sensorträger 15 angeordnet sind. Im montierten Zustand, der in Fig. 2 dargestellt ist, liegen die Magnetfeldsensoren 13 und 14 unmittelbar benachbart zu den Magneten 10 und 1 1 auf der radial innen liegenden Seite der Magnete. Da die Relativdrehbewegung zwischen den beiden Lenkwellenabschnitten 3a und 3b verhältnismäßig gering ist, behalten die
Magnetfeldsensoren 13 und 14 auch bei einem aufgebrachten Lenkmoment im
Wesentlichen ihre Relativposition zu den jeweils zugeordneten Magneten 10 und 1 1 bei.
Der Sensorträger 15 ist außerdem Träger von Leiterplatten bzw. ASICs 16, 17, die jeweils den Magnetfeldsensoren 13, 14 zugeordnet sind. Außerdem befinden sich auf dem Sensorträger 15 elektrische Anschlusskontakte 18 für den elektrischen Anschluss an ein Steuergerät zur Übertragung der Sensorsignale.
Wie Fig. 3 zu entnehmen, weist der Magnethalter 12 eine zentrale Manschette oder Buchse 19 auf, mit der der Magnethalter 12 auf den ersten Lenkwellenabschnitt 3a aufgesetzt und mit diesem verbunden wird. Außerdem umfasst der Magnethalter 12 ein Schirmblech 20, das insbesondere einteilig mit der Buchse 19 ausgebildet ist und in montierter Position gemäß Fig. 2 sich bezogen auf die Wellenlängsachse 21 in
Radialrichtung erstreckt. Das Schirmblech 20, das aus Metall gefertigt ist, weist zwei sich in entgegengesetzte radiale Richtungen erstreckende Arme auf, die in ihrem außen liegenden Randbereich die Magnete 10 und 1 1 tragen. Die zugeordneten
Magnetfeldsensoren 13 und 14 liegen benachbart zu dem Schirmblech 20 und werden axial von dem Schirmblech 20 abgeschirmt, insbesondere gegenüber
Störmagnetfeldern, so dass die Sensoren 13,14 ein verbessertes Messergebnis bei der Registrierung der Magnetfeldlinien der Magnete 10 und 1 1 ermöglichen.
Wie Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 5 zu entnehmen, umfasst die Sensoreinrichtung 9 außerdem einen Indexsensor 22, der an einem ortsfesten Sensorgehäuse 23 angeordnet ist. Der Indexsensor 22 ist beispielsweise als ein Hall-Sensor ausgeführt und hat die Funktion, einen Umlauf der Lenkwelle zu registrieren. Der Indexsensor 22 befindet sich auf der radial außen liegenden Seite der Magnete 10, 1 1 , so dass der Indexsensor 22 einerseits und die Magnetfeldsensoren 13,14 andererseits auf radial gegenüberliegenden Seiten der Magnete 10,1 l angeordnet sind. Bei einem
vollständigen Umlauf der Lenkwelle registrierter Indexsensor 22 jeweils ein Signal von jedem Magneten 10 und 1 1 .
Wie Fig. 5 des Weiteren zu entnehmen, sind die Magnete 10, 1 1 teil kreisförmig aufgebaut und setzen sich aus jeweils drei Segmenten zusammen, die in
Umfangsrichtung eine wechselnde Polarität von beispielsweise Nord-Süd-Nord besitzen.
Bezugszeichenliste
1 Lenksystem
2 Lenkrad
3 Lenkwelle
3a Lenkwellenabschnitt
3b Lenkwellenabschnitt
4 Getriebegehäuse
5 Lenkzahnstange
6 Vorderrad
7 elektrischer Servomotor
8 Lenkgetriebe
9 Sensoreinrichtung
10 Magnet
1 1 Magnet
12 Magnethalter
13 Magnetfeldsensor
14 Magnetfeldsensor
15 Sensorträger
16 Leiterplatte
17 Leiterplatte
18 Anschlusskontakte
19 Buchse
20 Schirmblech
21 Wellenlängsachse
22 Indexsensor
23 Sensorgehäuse

Claims

Ansprüche
1 . Sensoreinrichtung in einem Lenksystem (1 ) zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkwellenabschnitts (3a, 3b), mit einem ersten auf dem Lenkwellenabschnitt (3a, 3b) angeordneten Magneten (10, 1 1 ) und mit einem dem Magneten (10, 1 1 ) zugeordneten Magnetfeldsensor (13, 14),
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein weiterer Magnet (10, 1 1 ) der winkelversetzt zum ersten Magneten (10, 1 1 ) positioniert ist, auf dem Lenkwellenabschnitt (3a, 3b) angeordnet ist, und dass jedem Magneten (10, 1 1 ) jeweils ein Magnetfeldsensor (13, 14) zugeordnet ist.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Magnete(10, 1 1 ) auf dem Lenkwellenabschnitt (3a, 3b)angeordnet sind, die um 180° zueinander versetzt positioniert sind.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeldsensoren (13, 14) auf einem weiteren Lenkwellenabschnitt (3b) angeordnet sind und die Relativdrehlage zu dem ersten Lenkwellenabschnitt (3a) messen.
4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeldsensoren (13, 14) radial beabstandet zu den Magneten (10, 1 1 ) angeordnet sind.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeldsensoren (13, 14) radial zwischen dem Lenkwellenabschnitt (3a, 3b) und den Magneten (10, 1 1 ) angeordnet sind.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (10, 1 1 ) an einem mit dem Lenkwellenabschnitt (3a, 3b) verbundenen Magnethalter (12) angeordnet sind.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnethalter (12) ein in einer Radialebene liegendes Schirmblech (20) aufweist, an dem die Magnete(10, 1 1 ) gehalten sind, wobei die Magnetfeldsensoren (13, 14) axial von dem Schirmblech (20) abgeschirmt sind.
8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoren an einem Sensorträger (15) angeordnet sind, der zusätzlich den Magnetfeldsensoren (13, 14) zugeordnete Leiterplatten (16, 17) und elektrische
Anschlusskontakte (18) aufnimmt.
9. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeldsensoren(13, 14) als magnetoresistive Sensoren ausgebildet sind.
10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnete (10, 1 1 ) teilringförmig ausgebildet sind.
1 1 . Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnete (10, 1 1 ) sich in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten wechselnder Polarität zusammensetzen.
12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein ortsfest angeordneter Indexsensor (22) vorhanden ist, der beim Umlauf eines Magneten(10, 1 1 ) ein Indexsignal liefert.
13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass der Indexsensor (22) und die Magnetfeldsensoren (13, 14) auf radial gegenüberliegenden Seiten der Magnete (10, 1 1 ) positioniert sind.
14. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Indexsensor (22) als Hall-Sensor ausgebildet ist.
15. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Indexsensor (22) in einem Sensorgehäuse (23) aufgenommen ist.
16. Lenksystem mit einer Sensoreinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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