DE4115244C2 - Angle sensor for determining the rotational position of a steering shaft of a motor vehicle - Google Patents
Angle sensor for determining the rotational position of a steering shaft of a motor vehicleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an angle sensor according to the preamble of Claim 1.
Bei einem derartigen, aus der EP-386439-A2 bekannten Winkelsensor besitzt der Grobsensor ein Geberelement, das auf einer spiralförmig verlaufenden Bahn gleitet. Die Spiralbahn ist dabei entweder in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle oder längs dieser Achse ausgebildet. In beiden Fällen legt das Geberelement bei einem Durchlauf der Welle von einem zum anderen Endanschlag, bei dem mehrere Umdrehungen durchgeführt werden, einen Weg zurück, der von einem Anfangs- zu einem Endpunkt verläuft. Die Mittellage ist durch eine Position des Geberelements gekennzeichnet, die etwa in der Mitte zwischen den beiden Endpunkten der Bewegungsbahn liegt. Der Grobsensor liefert wie der Feinsensor eine absolute Winkelinformation.In such an angle sensor known from EP-386439-A2, the Coarse sensor is a sensor element that slides on a spiral path. The spiral path is either in a plane perpendicular to the axis of rotation of the Shaft or along this axis. In both cases, the encoder element when the shaft passes through from one end stop to the other several turns are made, one way back by one Starting point to end point. The middle layer is through a position of the Labeled element, which is approximately in the middle between the two End points of the trajectory is. The coarse sensor delivers like the fine sensor an absolute angle information.
Ein derartiger Winkelsensor erfordert bei seinem Einbau einen erheblichen Aufwand, da die Mittellage der Welle mit der entsprechende Lage des Geberelements korreliert werden muß. Nur dann ist sichergestellt, daß der Grobsensor eine exakte Aussage über die jeweils vorliegende Umdrehungszahl der Welle liefert. Da das Geberelement beispielsweise im Gehäuse der Welle gelagert und somit frei gegenüber der Spiralbahn beweglich ist, ergeben sich insbesondere in der Serienfertigung, insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen, erhebliche Einbauprobleme. Ferner kann es bei einem fehlerhaften Einbau zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Grobsensors kommen, wenn das Geberelement bei den Drehbewegungen der Welle über seine Endposition hinausläuft.Such an angle sensor requires considerable installation Effort, because the middle position of the shaft with the corresponding position of the Encoder element must be correlated. Only then is it ensured that the Coarse sensor an exact statement about the respective number of revolutions of the Wave supplies. Because the encoder element is mounted, for example, in the housing of the shaft and thus freely movable with respect to the spiral path, in particular result in series production, especially in poor visibility Installation problems. Furthermore, it can lead to a faulty installation Damage or even destruction of the coarse sensor will occur if that Encoder element when the shaft rotates beyond its end position runs out.
Dasselbe gilt für einen ähnlich gebauten und aus der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 40 18 187 A1 bekannten induktiven Drehlagengeber für eine Lenkwelle, der ebenfalls aus einem Grob- und einem Feinsensor besteht. Der Grobsensor ist ebenfalls zwischen zwei Anschlägen verfahrbar. Die Anschläge markieren die Endlagen für die Drehbewegung der Lenkwelle.The same applies to a similarly built and from the older one, not Pre-published DE 40 18 187 A1 known inductive rotary encoder for a Steering shaft, which also consists of a coarse and a fine sensor. Of the Coarse sensor can also be moved between two stops. The attacks mark the end positions for the rotary movement of the steering shaft.
In diesem Zusammenhang ist ferner aus der DE 32 43 956 A1 ein Positionsgeber zur Lagebestimmung linear verfahrbarer Maschinenteile bekannt, dem ein aus zwei Codierscheiben bestehender Drehgeber zugeordnet ist. Die zweite Codierscheibe ist gegenüber der ersten so untersetzt, daß sie beim Verfahren des Maschinenteils über den gesamten Verstellweg gerade eine Umdrehung macht. Dabei muß dort ein Festpunkt ermittelt werden, der zusätzlich in die Mitte oder an das Ende des zu bestimmenden Verfahrweges gelegt wird.In this context, a position transmitter is also from DE 32 43 956 A1 Position determination of linearly movable machine parts known, one out of two Encoders is assigned to existing encoders. The second encoder disk is so geared towards the first that it moves the machine part makes just one revolution over the entire adjustment range. There must be a Fixed point can be determined, which is also in the middle or at the end of the determining travel path.
Bei Einsatz in einem Kraftfahrzeug und dort insbesondere zur Lagebestimmung der Lenkwelle ergäben sich daraus eine Reihe von Problemen. Die beiden Sensoren werden in aller Regel vor dem Einbau bewegt und verändern damit ihre relative Lage zueinander. Zusätzlich erfordert die Ermittlung des Festpunkts einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Auch ist es erforderlich, den Einbau so zu wählen, daß die Mittellage der Lenkwelle tatsächlich mit dem Festpunkt des Grobsensors übereinstimmt. Diese Übereinstimmung kann aber nicht gewährleistet werden. Zudem ergibt sich dann, wenn beim Einbau die Mittellage nicht mit dem Festpunkt des Grobsensors übereinstimmt, eine Ungenauigkeit der gesamten Sensorik, da diese auf den Festpunkt abgestimmt ist und bei fehlender Übereinstimmung von Festpunkt und Mittellage ein systematischer Fehler besteht. Diese bekannte Vorrichtung ist daher nicht für Kraftfahrzeuge geeignet.When used in a motor vehicle and there in particular for determining the position of the Steering shaft would result in a number of problems. The two sensors are usually moved before installation and thus change their relative Location to each other. In addition, the determination of the fixed point requires one additional work step. It is also necessary to choose the installation so that the center position of the steering shaft actually with the fixed point of the coarse sensor matches. However, this agreement cannot be guaranteed. In addition, this results if the middle position is not at the fixed point during installation of the coarse sensor matches, an inaccuracy of the entire sensor system, because this is coordinated with the fixed point and if there is no agreement between Fixed point and middle position there is a systematic error. This well-known The device is therefore not suitable for motor vehicles.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der fertigungstechnisch vereinfacht und auch bei einem fehlerhaften Einbau vor einer Beschädigung geschützt ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention has for its object an angle sensor of the beginning to create the type mentioned, which simplifies production technology and also with one incorrect installation is protected from damage. The invention solves this Object by the characterizing features of claim 1.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Ausgangssignal des Grobsensors nicht durch die Vorgabe einer Einbaulage vorzubestimmen, sondern für die jeweilige Einbaulage des Grobsensors, die in der Regel in einem weiten Bereich variierbar ist, die Mittellage der Weile durch die numerische Auswertung zumindest eines der von den beiden Sensoren gelieferten Meßsignale zu bestimmen. Unter Einbaulage des Grobsensors ist dabei die Zuordnung zwischen dem Geberelement des Sensors und dem zugehörigen Aufnehmer zu bestimmen.The basic idea of the invention is the output signal of the Coarse sensor not to be predetermined by specifying an installation position, but for the respective installation position of the coarse sensor, which is usually in a wide range The range is variable, the middle position of the while through the numerical evaluation at least one of the measurement signals supplied by the two sensors determine. With the coarse sensor installed, the assignment is between to determine the sensor sensor element and the associated transducer.
Die Erfindung bedingt einen Aufbau des Grobsensors, der sich von dem bei dem eingangs genannten Winkelsensor unterscheidet. Der Grobsensor soll nun gerade keinerlei Anschläge für die Bewegung des Geberelements besitzen, Vielmehr muß sichergestellt sein, daß er bei einer beliebigen Einbaulage der Drehbewegung der Lenkwelle ungehindert folgen kann.The invention requires a structure of the coarse sensor, which differs from that in the differs initially mentioned angle sensor. The coarse sensor should now be straight have no stops for the movement of the encoder element, rather must be sure that he is in any installation position of the rotary movement of the Steering shaft can follow unhindered.
Die Auswertung zumindest eines der beiden von den Sensoren gelieferten Meßsignale wird einmalig bei Inbetriebnahme des Winkelsensors vorgenommen. Dies kann beispielsweise "am Band" erfolgen. Dort ist sichergestellt, daß sich die Räder des Kraftfahrzeugs in der Geradeaus-Stellung befinden. In dieser Stellung erfolgt in der Regel auch die Montage des Lenkrads. Es ist damit möglich, bei dieser Montage gleichzeitig die Ausgangssignale der beiden Sensoren und insbesondere des Grobsensors festzuhalten und damit die Mittellage der Welle zu definieren.The evaluation of at least one of the two provided by the sensors Measurement signals are made once when the angle sensor is started up. This can be done "on the line", for example. There it is ensured that the Wheels of the motor vehicle are in the straight-ahead position. In this position The steering wheel is usually also installed. It is possible with this Montage simultaneously the output signals of the two sensors and in particular of the coarse sensor and thus define the center position of the shaft.
Alternativ dazu kann die Auswertung zur Bestimmung der Mittellage der Welle auch in einer numerischen Mittelung der vom Fein- und Grobsensor gelieferten Meßsignale bestehen. Dabei ist angenommen, daß die Mittellage von allen Lagen der Welle die größte Häufigkeit besitzt. Für den Anwendungsfall bei einem Kraftfahrzeug kann diese Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Information über die Mittellage der Welle, beispielsweise infolge einer Abkopplung der Sensoren vom Bordnetz verlorengegangen ist.Alternatively, the evaluation can also be used to determine the central position of the shaft in a numerical averaging of those supplied by the fine and coarse sensors Measurement signals exist. It is assumed that the middle layer of all layers the wave has the highest frequency. For use in one This embodiment of the invention can then be motor vehicle, for example be advantageous if the information about the central position of the shaft, for example has been lost due to a decoupling of the sensors from the vehicle electrical system.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschäftigen sich mit der konstruktiven Seite des Winkelsensors. So kann das Geberelement des Grobsensors ein mit der Welle synchronisiert bewegtes Endlosband sein, das bei der Umdrehung der Welle über ihren gesamten Drehbereich einen Weg zurücklegt, der der Länge des Endlosbandes gleich ist. Diese Lösung zeichnet sich durch einen geringen Herstellungs- und Wartungsaufwand auf.Further refinements of the invention deal with the constructive Side of the angle sensor. So the encoder element of the coarse sensor with Shaft synchronized be moving endless belt that when the shaft rotates covers a path over its entire range of rotation which corresponds to the length of the Endless belt is the same. This solution is characterized by a low one Manufacturing and maintenance expenses.
Die Bandlänge kann beispielsweise gleich der Länge sein, die sich durch Abwicklung der Welle über ihre gesamten Umdrehungen ergibt. Demgegenüber ergibt sich eine Verkürzung der erforderlichen Bandlänge bei Verwendung eines Untersetzungsgetriebes zwischen der Welle und dem Endlosband. Ein derartiges Untersetzungsgetriebe ist im Prinzip aus der eingangs genannten EP- 386439-A2 bereits bekannt. Im Zusammenhang mit der Aus führungsform des Geberelements in Form eines Endlosbandes er gibt sich dadurch eine Verkleinerung des Bauraums für den Grob sensor.The length of the tape can be, for example, equal to the length of the tape Development of the shaft over its entire revolutions results. In contrast there is a shortening of the required tape length when using a Reduction gear between the shaft and the endless belt. Such a thing Reduction gear is in principle from the above EP-386439-A2 already known. In connection with the Aus leadership form of the encoder element in the form of an endless belt this results in a reduction in the installation space for the rough sensor.
Die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes hat im Hinblick auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung besondere Bedeu tung. Ist das Untersetzungverhältnis mindestens gleich der Gesamtzahl der Umdrehungen der Welle, so läßt sich der Grobsensor als Absolut-Winkelsensor mit einem Winkelbereich von 360° ausgestalten. Da der Feinsensor in der Regel ebenfalls als Winkelgeber ausgebildet ist, kann der Grobsensor nach demselben Funktionsprinzip wie der Feinsensor arbeiten und mit diesem im wesentlichen baugleich sein. Dadurch ergeben sich beispielsweise bei der Auswertung der von den beiden Sensoren gelieferten Signale Ähnlichkeiten, die zu einer Vereinfachung der Signalauswertung führen.The use of a reduction gear has a bearing on another embodiment of the invention is of particular importance tung. Is the reduction ratio at least equal to that Total number of revolutions of the shaft, so the Coarse sensor as an absolute angle sensor with an angular range of 360 °. Since the fine sensor usually also is designed as an angle encoder, the coarse sensor can the same working principle as the fine sensor and work with this be essentially identical. This results in for example when evaluating the two sensors provided signals similarities that simplify the Perform signal evaluation.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung eines Planetengetriebes, über das Fein- und Grobsensor miteinanderver bunden sind. Das Innenrad sitzt dabei auf der Welle. Das Außen rad dient als Geberelement für den Grobsensor. Diese Ausfüh rungsform zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus.A particularly advantageous embodiment of the latter Embodiment of the invention consists in the use of a Planetary gear, via the fine and coarse sensors are bound. The inner wheel sits on the shaft. The outside wheel serves as an encoder element for the coarse sensor. This execution form is characterized by a particularly simple structure out.
Die Kosten für den Winkelsensor können noch weiter verringert werden, wenn das Planetengetriebe mit dem Feinsensor lösbar verbunden ist. Damit besteht die Möglichkeit, die Anwendungs fälle, bei denen bereits der Feinsensor ausreicht, gerätetechnisch von den Anwendungsfällen zu unterscheiden, bei denen zusätzlich ein Grobsensor erforderlich ist. Wiederum auf das Kraftfahrzeug bezogen ist der erste Anwendungsfall beispielsweise für ein Navi gations- bzw. Zielführungssystem des Kraftfahrzeugs gegeben, bei dem eine Information über die Änderungen des Lenkwinkels aus reicht. Durch Hinzunahme des Grobsensors unter Hinzufügen des Planetengetriebes kann das Kraftfahrzeug dann mit einer Einrich tung zur Fahr- bzw. Wankstabilisierung versehen werden, bei der eine Information über den tatsächlichen Lenkwinkel des Kraftfahr zeugs erforderlich ist.The cost of the angle sensor can be reduced even further become detachable when the planetary gear with the fine sensor connected is. So there is the possibility of the application cases where the fine sensor is already sufficient, in terms of device technology to be distinguished from the use cases where additional a coarse sensor is required. Again on the motor vehicle The first application is related to a navigation system, for example gations- or route guidance system of the motor vehicle given which provides information about the changes in the steering angle enough. By adding the coarse sensor and adding the Planetary gear can then the motor vehicle with a Einrich be provided for driving or roll stabilization at which information about the actual steering angle of the motor vehicle stuff is required.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigtThe invention is further illustrated by the drawing. It shows
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Winkelsensors gemäß der Erfindung Fig. 1 shows a first embodiment of an angle sensor according to the invention
Fig. 2 eine Abwandlung dieses Sensors hinsichtlich der kon struktiven Ausgestaltung Fig. 2 shows a modification of this sensor with regard to the structural design
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Sensors Fig. 3 shows another embodiment of the sensor
Fig. 4 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung der Erfindung und Fig. 4 is a diagram for further explanation of the invention and
Fig. 5 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung. Fig. 5 shows another diagram for explanation.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 handelt es sich um einen Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug. Eine Lenkwelle 1 ist strichliert dargestellt. Sie trägt auf ihrem Umfang einen Feinsensor 2, bei dem es sich beispielsweise um einen Absolut-Winkelgeber handelt. Dieser enthält neun parallele Scheiben 2 1 bis 2 9 deren Winkellage durch optische Geber 3 1-3 9 abgetastet werden. Die Scheiben 2 1-2 9 tragen hierzu an ihrem Rand eine digital absolute Information z. B. in Form eines Gray-Codes. Damit ergibt sich eine Winkelauflösung von 360°/29, d. h. ungefähr 0,7°. The embodiment of FIG. 1 is a steering angle sensor for a motor vehicle. A steering shaft 1 is shown in dashed lines. It carries a fine sensor 2 on its circumference, which is, for example, an absolute angle encoder. This contains nine parallel disks 2 1 to 2 9 whose angular position are scanned by optical sensors 3 1 - 3 9 . For this purpose, the disks 2 1 - 2 9 carry digital absolute information at their edge, for B. in the form of a Gray code. This results in an angular resolution of 360 ° / 29 , ie approximately 0.7 °.
Das Ausgangssignal des Feinsensors 2 ist für jede Umdrehung der Lenkwelle 1 periodisch, d. h. es wiederholt sich nach einer vollständigen Umdrehung.The output signal of the fine sensor 2 is periodic for each revolution of the steering shaft 1 , ie it repeats itself after a complete revolution.
Um die jeweils vorliegende Umdrehung erkennen zu können, ist zusätzlich ein Grobsensor 4 vorgesehen, der für den Ge samtbereich der Lenkwellen-Umdrehungen ein eindeutiges Signal liefert. Der Grobsensor 4 besteht hierzu aus einem Planetengetriebe 5, das ein Außenrad 6, ein Innenrad 7 und ein Planetenrad 8 enthält. Das Innenrad 7 ist mit der Lenkwelle 1 gekoppelt, während das Außenrad 6 in einem Gehäuse 9 sitzt, das fahrzeugfest angeordnet ist.In order to be able to recognize the rotation in each case, a coarse sensor 4 is additionally provided, which delivers a clear signal for the entire area of the steering shaft revolutions. For this purpose, the coarse sensor 4 consists of a planetary gear 5 which contains an outer wheel 6 , an inner wheel 7 and a planet wheel 8 . The inner wheel 7 is coupled to the steering shaft 1 , while the outer wheel 6 is seated in a housing 9 which is arranged fixed to the vehicle.
Das Untersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 5 ist mindestens gleich der Anzahl der Gesamtzahl der Umdrehungen der Lenkwelle 1.The reduction ratio of the planetary gear 5 is at least equal to the number of the total number of revolutions of the steering shaft 1 .
Die Drehlage des Außenrads 6 wird mit Hilfe zweier Aufnehmer 10 und 11 bestimmt, die mit den Aufnehmern 3 1 bis 3 9 baugleich sind. Hierzu besitzt das Außenrad 6 Außenringe 12 und 13, die analog zu den Rändern der Scheiben 2 1-2 9 abgetastet werden. Die Information der Außenringe 12 und 13 stellt einen absoluten Digitalcode, z. B. ebenfalls einen Gray-Code mit einer Auflösung von 360°/22 = 90° dar.The rotational position of the outer wheel 6 is determined with the aid of two transducers 10 and 11 , which are identical to the transducers 3 1 to 3 9 . For this purpose, the outer wheel has 6 outer rings 12 and 13 , which are scanned analogously to the edges of the disks 2 1 - 2 9 . The information of the outer rings 12 and 13 represents an absolute digital code, e.g. B. also represents a Gray code with a resolution of 360 ° / 2 2 = 90 °.
Wesentlich ist dabei, daß es auf die besondere Einbaulage des Außen- bzw. Innenrads 6 bzw. 7 nicht ankommt, da die Mittel stellung der Lenkwelle 1 mit Hilfe einer arithmetischen Operation gewonnen wird. Dies kann beispielsweise bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs am Band bei einer definierten Geradeaus-Stellung der Räder und damit der Mittellage der Lenkwelle 1 aus dem Ausgangssignal des Feinsensors 2 und des Grobsensors 4 er folgen. It is important that the special installation position of the outer or inner wheel 6 or 7 is not important, since the central position of the steering shaft 1 is obtained with the aid of an arithmetic operation. This can, for example, when starting the motor vehicle on the belt at a defined straight-ahead position of the wheels and thus the central position of the steering shaft 1 from the output signal of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4 he follow.
Ausgehend von dieser definierten Mittellage erfährt das Außenrad 6 bei einem Drehen der Lenkwelle 1 über ihren gesamten Drehbe reich, beispielsweise 3 1/2 Umdrehungen, eine Umdrehung von insgesamt 360°. Aus dem Ausgangssignal des Feinsensors 2 und des Grobsensors 4 kann dabei sowohl die Nummer der jeweils vorliegenden Umdrehung als auch der Drehwinkel innerhalb dieser Umdrehung bestimmt werden. Letzteres erfolgt mit Hilfe des Fein sensors 2, während ersteres mit Hilfe des Ausgangssignals des Grobsensors 4 gewonnen wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß für beide Informationen eine vorgegebene Justierung des Au ßen- bzw. Innenrades 6 bzw. 7 nicht erforderlich ist. Vielmehr ge nügt es, wie bereits ausgeführt, die Mittellage und damit von die ser ausgehend die Nummer der jeweils vorliegenden Umdrehung der Lenkwelle 1 aus der Situation bei Inbetriebnahme des Winkel sensors abzuleiten.Based on this defined central position, the outer wheel 6 experiences rich when rotating the steering shaft 1 over its entire range, for example 3 1/2 turns, a total of 360 °. From the output signal of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4 , both the number of the rotation in each case and the angle of rotation within this rotation can be determined. The latter is done with the help of the fine sensor 2 , while the former is obtained with the help of the output signal of the coarse sensor 4 . It is readily apparent that a predetermined adjustment of the outer or inner wheel 6 or 7 is not required for both information. Rather, as already stated, it is sufficient to derive the central position and thus the number of the present rotation of the steering shaft 1 from the situation when the angle sensor is started up.
Anstelle der Definition der Mittelstellung der durch die Lenkwelle 1 gelenkten Räder bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs kann diese Mittelstellung auch durch eine statistische Auswertung der Ausgangssignale des Grob- und Feinsensors 2 bzw. 4 gewonnen werden. Diese Mittelstellung zeichnet sich durch die größte Häufigkeit der beiden Ausgangssignale aus.Instead of defining the middle position of the wheels steered by the steering shaft 1 when the motor vehicle is started up, this middle position can also be obtained by statistical evaluation of the output signals of the coarse and fine sensors 2 and 4 . This middle position is characterized by the greatest frequency of the two output signals.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der elektronische Aufbau des Fein- und des Grobsensors identisch. Übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gezeichnet. Zum Unterschied von Fig. 1 ist der Grobsensor nunmehr als demon tierbares Teil 4' ausgebildet, das beispielsweise auch nachträglich auf die Lenkwelle 1 aufgebracht werden kann. Über eine Stift verbindung 14 bzw. 15 kann eine definierte Zuordnung zwischen dem Fein- und dem Grobsensor vorgenommen werden. Nicht im einzelnen dargestellt ist ferner die Möglichkeit, den Fein- und den Grobsensor miteinander mechanisch lösbar zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch eine Clipsverbindung erfolgen.In the embodiment of Fig. 2, the electronic structure of the fine and the coarse sensor is identical. Corresponding parts are drawn with the same reference numerals as in Fig. 1. In contrast to Fig. 1, the coarse sensor is now designed as a demonable part 4 ', which can also be applied to the steering shaft 1 , for example. Via a pin connection 14 or 15 , a defined assignment between the fine and the coarse sensor can be made. Also not shown in detail is the possibility of mechanically releasably connecting the fine and coarse sensors to one another. This can be done for example by a clip connection.
Auch hier ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine definierte vorge gebene Lage des Außenrads 6 nicht eingestellt zu werden braucht. Vielmehr genügt es auch hier, die Mittellage bzw. selbstverständ lich auch die beiden Endlagen der Lenkwelle aus den Ausgangs signalen des Fein- und des Grobsensors durch eine arithmeti sche Operation zu bestimmen.Here, too, it is readily apparent that a predefined position of the outer wheel 6 does not need to be set. Rather, it is also sufficient here to determine the center position or, of course, the two end positions of the steering shaft from the output signals of the fine and coarse sensors by an arithmetic operation.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist das Geberelement für den Grobsensor 4'' als Endlosband 15 ausgebildet, das um mehrere Rollen 16 umlenkbar ist. Die Länge des Endlosbands 15 ist gleich der Länge, die sich bei Abwicklung von der Lenkwelle 1 über ihre gesamte Anzahl von Umdrehungen ergibt. Das Endlosband 15 ist als Zahnriemen ausgebildet, der in eine - nicht dargestellte - An triebsvorrichtung in Form eines Zahnrads greift. Das Zahnrad ist mit der Lenkwelle 1 drehstarr gekoppelt. Der Zahnriemen enthält eine digitale 0/1-Information mit einer Auflösung von z. B. 1°, die mit einem Aufnehmer 17 abgetastet und in einen nicht dargestellten Vorwärts-Rückwärtszähler eingegeben wird. Der Zählerstand ist eindeutig durch die jeweilige Umdrehungszahl der Lenkwelle 1 und die jeweilige Drehlage bestimmt. Ein derartiger Geber stellt einen Inkrementalgeber dar.In the exemplary embodiment in FIG. 3, the transmitter element for the coarse sensor 4 ″ is designed as an endless belt 15 , which can be deflected around several rollers 16 . The length of the endless belt 15 is equal to the length that results when the steering shaft 1 is unwound over its entire number of revolutions. The endless belt 15 is designed as a toothed belt which engages in a - not shown - drive device in the form of a gear. The gear wheel is coupled to the steering shaft 1 in a rotationally rigid manner. The toothed belt contains digital 0/1 information with a resolution of e.g. B. 1 °, which is scanned with a transducer 17 and entered into an up-down counter, not shown. The counter reading is clearly determined by the number of revolutions of the steering shaft 1 and the respective rotational position. Such an encoder represents an incremental encoder.
Auch hier ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Voreinstellung des Endlosbands 15 in eine definierte Lage nicht erforderlich ist, sondern die Mittellage der Lenkwelle ebenfalls softwaremäßig, d. h. durch eine arithmetische Operation gewonnen werden kann. Das selbe gilt für die beiden Endlagen sowie die Möglichkeit, die Mittellage aus den beiden Endlagen zu bestimmen. Here, too, it is readily apparent that a presetting of the endless belt 15 into a defined position is not necessary, but that the central position of the steering shaft can also be obtained by software, ie by an arithmetic operation. The same applies to the two end positions as well as the possibility to determine the middle position from the two end positions.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm ist auf der Abszisse die Anzahl der Umdrehungen n der Lenkwelle 1 und auf der Ordinate die Größe der Ausgangssignale des Feinsensors 2 und des Grob sensors 4 dargestellt. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Ausgangssignal des Feinsensors um eine digitale Absolut- Information. Diese Information ist repräsentativ für den Drehwinkel (zwischen 0° und 360°) und als analoger Wert wfein dargestellt. Dieser zeigt einen sägezahnartigen Verlauf.In the diagram shown in FIG. 4, the number of revolutions n of the steering shaft 1 is shown on the abscissa and the size of the output signals of the fine sensor 2 and the coarse sensor 4 is shown on the ordinate. As already stated, the output signal of the fine sensor is digital absolute information. This information is representative of the angle of rotation (between 0 ° and 360 °) and finely represented as an analog value w. This shows a sawtooth-like course.
Entsprechend zeigt das Ausgangssignal des Grobsensors 4 ebenfalls einen sägezahnartigen Verlauf und ist mit wgrob bezeichnet.Correspondingly, the output signal of the coarse sensor 4 also shows a sawtooth-like course and is roughly denoted by w.
Abhängig von der Einbaulage von Grob- und Feinsensor sind die beiden Signale wfein und wgrob hinsichtlich der Abszisse unter schiedlich gelegen und zeigen in der Regel beide ein Sprungver halten.Depending on the installation position of the coarse and fine sensors, the two signals w fine and w coarse are located differently with respect to the abscissa and usually both show a jump behavior.
Bei der Erfindung kommt es nun auf die jeweilige Einbaulage der Grob- bzw. Feinsensoren und damit die Lage der beiden Meßsi gnale in Bezug auf die Abszisse nicht an. Vielmehr wird die Mit tellage der Lenkwelle 1 bzw. bei anderen Anwendungsfällen die Meßsignale für die beiden Endlagen der Drehbewegung der Welle mit Hilfe einer arithmetischen Operation bestimmt. Dabei kann es sich, wie bereits ausgeführt, um die Montagebedingung des Kraftfahrzeugs am Band handeln. Wird dabei der Wert der beiden Meßsignale wfein und wgrob ermittelt und festgehalten, so kann aus dem Wert der beiden Meßsignale zu einem beliebigen Zeit punkt auf den Drehwinkel der Lenkwelle bzw. die jeweils aktuelle Umdrehungszahl geschlossen werden.In the invention it now depends on the respective installation position of the coarse or fine sensors and thus the position of the two Meßsi signals with respect to the abscissa. Rather, the tellage of the steering shaft 1 or in other applications, the measurement signals for the two end positions of the rotary movement of the shaft is determined with the aid of an arithmetic operation. As already stated, this can be the assembly condition of the motor vehicle on the assembly line. If the value of the two measurement signals w fine and w coarse is determined and recorded, the value of the two measurement signals can be used at any time to infer the angle of rotation of the steering shaft or the current number of revolutions.
Bei vielen Anwendungen der Erfindung ist es erforderlich, das Ausgangssignal des Feinsensors zumindest in gewissem Umfang redundant zu gestalten. Dies kann beispielsweise dadurch ge schehen, daß bei den Ausführungsformen gem. den Fig. 1 und 2 zusätzlich zu dem Absolut-Winkelgeber ein inkrementaler Win kelgeber vorgesehen ist, dem als Eingangssignale die digitale 0/1- Information der Scheibe 2 9 d. h. der Scheibe für die höchster Auf lösung zugeführt ist. Ebenso ist es möglich, eine Scheibe, zweckmäßigerweise wiederum die Scheibe 2 9 mit höchster Auflö sung mit zwei Aufnehmer (3 9) abzutasten. Damit erhält man zwei phasenverschobene Rechtecksignale, mit denen ein separater In krementzähler versorgt wird. Für das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist ein derartiger zweiter Aufnehmer 17' dargestellt.In many applications of the invention, it is necessary to make the output signal of the fine sensor redundant, at least to a certain extent. This can happen, for example, that in the embodiments according to. an incremental Win is provided kelgeber Figs. 1 and 2 in addition to the absolute angle encoder, said digital 0 / 1- information of the slice is 2 9 ie the disc for the highest on solution supplied as input signals. It is also possible to scan a disk, expediently again the disk 2 9 with the highest resolution with two sensors ( 3 9 ). This gives you two phase-shifted square-wave signals, with which a separate increment counter is supplied. Such a second pickup 17 'is shown for the embodiment of FIG. 3.
Ebenso ist es möglich, eine Scheibe, im Idealfall wiederum die Scheibe 2 9 doppelt auszuführen und mit jeweils einem Aufnehmer abzutasten. Auch hier liefert ein parallel laufender Inkremental zähler das redundante Signal.It is also possible to duplicate a disk, ideally again disk 2 9 , and to scan it with one sensor each. Here too, an incremental counter running in parallel delivers the redundant signal.
Ohne zusätzliche Scheibe und zusätzlichen Aufnehmer arbeitet ein drittes Verfahren, das anhand von Fig. 5 erläutert ist. Dabei wird das mit Spur 1 bezeichnete Signal einer Scheibe, zweckmä ßigerweise wiederum der Scheibe 2 9 in einer Codewandlung mit Hilfe einer nicht dargestellten Flip-Flop-Schaltung auf die halbe Frequenz und die doppelte Pulslänge gebracht und damit in ein Signal umgewandelt, das Dieselbe Frequenz und Pulslänge der nächstgröberen Spur (der Scheibe 2 8 ) besitzt, gegenüber diesem jedoch phasenverschoben ist. Diese Rechtecksignale enthalten im Vergleich auch eine Information über die Drehrichtung, da sich der charakteristische Signalverlauf hinsichtlich Anstieg (0-1) bzw. Abfall (1-0) der beiden Signale für beide, mit Pfeilen nach rechts bzw. links gekennzeichneten Drehrichtungen gerade unterscheidet. Sie sind daher für eine Auswertung in einem Inkrementzahlzähler geeignet, sobald an einem bestimmten Positionswechsel des als Absolut-Winkelgeber arbeitenden Feinsensors 2 der Dreh- Richtungssinn der Welle 1 eindeutig definiert ist. Daraus läßt sich die Zählrichtung des redundanten Signals definieren und eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Zählerstand des Inkrementalzählers und dem jeweiligen Lenkwinkel erzielen.A third method, which is explained with reference to FIG. 5, works without an additional disk and additional sensor. The signal designated by track 1 of a disk, expediently again disk 2 9 in a code conversion with the help of a flip-flop circuit, not shown, brought to half the frequency and twice the pulse length and thus converted into a signal, the same frequency and pulse length of the next coarser track (the disc 2 8 ), but is out of phase with this. In comparison, these square-wave signals also contain information about the direction of rotation, since the characteristic signal curve with respect to the rise (0-1) and the fall (1-0) of the two signals differs for both directions of rotation, which are indicated by arrows to the right or left. They are therefore suitable for an evaluation in an incremental number counter as soon as the direction of rotation of the shaft 1 is clearly defined at a specific change in position of the fine sensor 2 operating as an absolute angle encoder. From this, the counting direction of the redundant signal can be defined and a clear assignment between the count of the incremental counter and the respective steering angle can be achieved.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011108107A1 (en) | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Device for measuring position angle of rotatable component e.g. steering shaft of motor vehicle, has sensor that is provided for detecting angular position of driving element |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4243778A1 (en) * | 1992-12-23 | 1994-06-30 | Bosch Gmbh Robert | Position detection method, e.g. for vehicle steering wheel angle |
| DE19626654C2 (en) * | 1996-07-03 | 2001-05-23 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Multiturn encoder |
| DE19722016A1 (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-03 | Bosch Gmbh Robert | Arrangement for non-contact rotation angle detection |
| DE19807522A1 (en) * | 1998-02-21 | 1999-03-25 | Bosch Gmbh Robert | Rotation angle and rpm sensor, e.g. for steering column of motor vehicle |
| DE19902739C2 (en) * | 1999-01-25 | 2001-10-25 | Wolfgang Schleicher | Encoder |
| DE19918313A1 (en) * | 1999-04-22 | 2000-10-26 | Alcatel Sa | Angle sensing instrument for monitoring position of shaft with limited rotation has codes printed or inscribed on disc and read by optical detector |
| DE19936246A1 (en) * | 1999-07-31 | 2001-02-01 | Valeo Schalter & Sensoren Gmbh | Steering angle sensor for determining a vehicle's steering angle with a coding element having a code assembles a code from single code words and code words from single bits by scanning in code words. |
| DE29914310U1 (en) | 1999-08-14 | 1999-11-25 | Leopold Kostal GmbH & Co. KG, 58507 Lüdenscheid | Device for determining the angular position of a rotatable object, such as the steering wheel of a motor vehicle |
| DE10051058A1 (en) * | 2000-10-14 | 2002-08-08 | Peter Langbein | Rotational position and energy transfer arrangement for measuring transfer from an electric motor to a motor vehicle steering column combines potentiometers and a toothed belt drive in a single mechanism |
| DE10158287B4 (en) * | 2001-11-20 | 2006-03-23 | Takata-Petri Ag | Device for determining the steering angle of a steering wheel |
| DE102006001606A1 (en) | 2006-01-11 | 2007-07-12 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Angle measuring device for measuring an absolute angular position |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3243956A1 (en) * | 1982-11-27 | 1984-05-30 | Luma Elektronik - GmbH, 4904 Enger | Position sensor for determining the position of linearly displaceable machine parts |
| DE3445243A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-06-12 | Oelsch KG, 1000 Berlin | ANGLE ENCODER |
| DE3700876A1 (en) * | 1986-01-14 | 1987-07-16 | Koito Mfg Co Ltd | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A ROTATIONAL CENTER POSITION OF A ROTATIONAL BODY |
| DE3720828A1 (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-05 | Bosch Gmbh Robert | MEASURING DEVICE AND METHOD FOR DETECTING THE POSITION VALUE |
| EP0386439A2 (en) * | 1989-03-08 | 1990-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Angle sensor for determining the rotation of a shaft |
| DE4006683A1 (en) * | 1989-03-09 | 1990-09-20 | Fuji Heavy Ind Ltd | DEVICE AND METHOD FOR REDUCING THE ENERGY CONSUMPTION OF A STEERING ANGLE DETECTION SYSTEM FOR A VEHICLE |
| DE4018187A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Bosch Gmbh Robert | INDUCTIVE ANGLE SENSOR FOR DETECTING THE ROTATION OF A SHAFT |
-
1991
- 1991-05-10 DE DE19914115244 patent/DE4115244C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3243956A1 (en) * | 1982-11-27 | 1984-05-30 | Luma Elektronik - GmbH, 4904 Enger | Position sensor for determining the position of linearly displaceable machine parts |
| DE3445243A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-06-12 | Oelsch KG, 1000 Berlin | ANGLE ENCODER |
| DE3700876A1 (en) * | 1986-01-14 | 1987-07-16 | Koito Mfg Co Ltd | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A ROTATIONAL CENTER POSITION OF A ROTATIONAL BODY |
| DE3720828A1 (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-05 | Bosch Gmbh Robert | MEASURING DEVICE AND METHOD FOR DETECTING THE POSITION VALUE |
| EP0386439A2 (en) * | 1989-03-08 | 1990-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Angle sensor for determining the rotation of a shaft |
| DE4006683A1 (en) * | 1989-03-09 | 1990-09-20 | Fuji Heavy Ind Ltd | DEVICE AND METHOD FOR REDUCING THE ENERGY CONSUMPTION OF A STEERING ANGLE DETECTION SYSTEM FOR A VEHICLE |
| DE4018187A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Bosch Gmbh Robert | INDUCTIVE ANGLE SENSOR FOR DETECTING THE ROTATION OF A SHAFT |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 60-249011 A., P-453, May 6, 1986, Vol.10,No.119 * |
| JP Patents Abstracts of Japan: 61- 17012 A., P-466, June 10, 1986, Vol.10,No.162 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011108107A1 (en) | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Device for measuring position angle of rotatable component e.g. steering shaft of motor vehicle, has sensor that is provided for detecting angular position of driving element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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