DE10018496A1 - Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen Drehmomenterfassungseinrichtung - Google Patents
Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen DrehmomenterfassungseinrichtungInfo
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Abstract
Eine optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, bestehend aus einer an einem beweglichen Element 3 angeordneten Codescheibe 8 und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosensitiven Sensoreinrichtung 11, bestehend aus einem Sensorarray 13 mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der Codescheibe 8 und einer Beleuchtungseinrichtung 12 zum optischen Abbilden der Codierung der Codescheibe 8 auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays 13, ist dadurch bestimmt, daß die Sensoreinrichtung 11 eine weitere, in einer zur Ebene der ersten Codescheibe 8 parallelen Ebene angeordnete Codescheibe 9 umfaßt, deren Codierung ebenfalls durch die Beleuchtungseinrichtung 12 auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays 13 abgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element zugeordnete Codescheibe 8 relativ zu der zweiten Codescheibe 9 bewegbar ist, und daß beide Codescheiben 8, 9 jeweils eine in Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 8 hochfrequente Struktur S¶1¶, S¶2¶ als Codierung aufweisen und die Strukturen S¶1¶, S¶2¶ bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen S¶1¶, S¶2¶ auf dem Sensorarray 13 eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbildung eines Interferenzmusters zur Folge hat.
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Weg- oder Winkelmeßein
richtung bestehend aus einer an einem beweglichen Element angeord
neten Codescheibe und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosen
sitiven Sensoreinrichtung bestehend aus einem Sensorarray mit einer Er
streckung quer zur Bewegungsrichtung der Codescheibe und einer Be
leuchtungseinrichtung zum optischen Abbilden der Codierung der Code
scheibe auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays. Ferner be
trifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als
Drehmomenterfassungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft auch ein Lenkkraftunterstützungssystem für Kraft
fahrzeuge mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung zum Erfassen des
von einem Fahrer bei einer Lenkbewegung des Lenkrades ausgeübten
Drehmomentes, umfassend ein in einer Schnittstelle der Lenkspindel an
geordnetes Torsionsmodul sowie Aufnahmemittel zum Aufnehmen der
Relativbewegung der beiden durch das Torsionsmodul voneinander ge
trennten Lenkspindelabschnitte zueinander bei einer Lenkbewegung.
Weg- und Winkelmeßeinrichtungen werden vielfach zur automatischen
Positionierung und Messung in Werkzeugmaschinen und Koordinatenmeßgeräten
eingesetzt. Bei solchen optoelektronisch ausgebildeten
Meßeinrichtungen ist eine eine Codierung tragende Codescheibe an die
Bewegung eines beweglichen Elementes gekoppelt. Ortsfest zu der
Codescheibe ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die aus einem Sen
sorarray, beispielsweise einem Zeilensensor und einer Beleuchtungsein
richtung zum Beleuchten der Codierung im Bereich der der photosensiti
ven Oberfläche des Sensorarrays gegenüberliegenden Seite der Code
scheibe besteht. Die Codierung ist dergestalt konzipiert, daß über den
Bewegungsbetrag der Codescheibe hinweg eine Ortserfassung bezüglich
der Stellung der Codescheibe zur Sensoreinrichtung möglich ist. Als Co
dierungen können analoge Codierungen, beispielsweise eine archimedi
sche Spirale bei einer kreisrunden Codescheibe oder eine Digitalcodie
rung, etwa aufgebaut nach Art eines Gray-Codes dienen. Das Auflö
sungsvermögen einer solchen Meßeinrichtung ist unter anderem abhän
gig von der Feinheit der die Codierung bildenden optischen Strukturen.
Eine Abbildung der optischen Strukturen auf der photosensitiven Oberflä
che des Sensorarrays erfolgt entsprechend der aktuellen Position der
Codescheibe zum Sensorarray. Nachteilig ist bei diesen Einrichtungen,
daß nur sehr kleine Bewegungsbeträge mit einer solchen Einrichtung
nicht oder nur unzureichend aufgelöst werden können.
Kraftfahrzeuge werden mitunter mit einem elektronischen Stabilitätspro
gramm (ESP-System) und einer elektrischen Lenkunterstützung (EPS-
System) ausgerüstet. Zur Bereitstellung der für eine elektrische Lenkraft
kunterstützung benötigten Kenndaten ist die Lenkspindel zweigeteilt auf
gebaut, wobei beide Lenkspindelteile durch ein Torsionsmodul miteinan
der verbunden sind. Dem einen Lenkspindelabschnitt ist eine absolut
messende Winkeldetektionseinheit und dem anderen Lenkspindelab
schnitt ist eine den durch das Torsionsmodul bedingten Winkelversatz
aufnehmende relativ messende Winkeldetektionseinheit zugeordnet. Bei
de Winkeldetektionseinheiten sind zur Auswertung der erfaßten Daten an
eine Prozessoreinheit angeschlossen. Das von einem Fahrzeuglenker
über das Lenkrad auf den oberen Lenkspindelabschnitt ausgeübte
Drehmoment ist direkt durch die relativ messende Winkeldetektionseinheit
gegeben. In Abhängigkeit von dem ausgeübten Drehmoment und der
Winkelstellung erfolgt dann eine Ansteuerung der elektrischen Lenkkraft
unterstützungseinrichtung.
Diese vorbekannte Lenkkraftunterstützungseinrichtung vermag zwar die
gewünschten und benötigten Kenndaten zu liefern, jedoch muß das ein
gesetzte Torsionsmodul dergestalt ausgebildet sein, daß auch bei einem
kleinen anliegenden Drehmoment eine Relativbewegung zwischen dem
lenkradseitigen Lenkspindelabschnitt und dem lenkungsseitigen Spin
delabschnitt stattgefunden hat, wobei der Bewegungsbetrag der Relativ
bewegung groß genug sein muß, damit dieser von den Aufnahmemitteln,
die zuvor als Winkeldetektionseinheiten angesprochen worden sind, er
faßt werden kann. Das Torsionsmodul muß daher relativ weich ausgebil
det sein, so daß sich beim Fahrer mitunter ein schwammiger Lenkein
druck einstellt. Anstelle des Einsatzes eines relativ weich eingestellten
Torsionsmoduls wäre es wünschenswert, ein entsprechend härter ausge
bildetes einsetzen zu können.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung
daher zum einen die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte gat
tungsgemäße optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung derge
stalt weiterzubilden, daß mit dieser auch bei sehr kleinen Bewegungen
eine ausreichend hohe Auflösung erzielbar ist, so daß eine solche
Meßeinrichtung auch im Rahmen einer Drehmomenterfassung einsetzbar
ist.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lenkkraftunterstüt
zungssystem für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dergestalt
weiterzubilden, daß das eingesetzte Torsionsmodul zur Vermeidung eines
schwammigen Lenkeindruckes relativ hart ausgebildet sein kann.
Die erst genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Sensoreinrichtung eine weitere, in einer zur Ebene der ersten Codeschei
be parallelen Ebene angeordnete Codescheibe umfaßt, deren Codierung
ebenfalls durch die Beleuchtungseinrichtung auf der photosensitiven
Oberfläche des Sensorarrays abgebildet ist, wobei die dem beweglichen
Element zugeordnete Codescheibe relativ zu der zweiten Codescheibe
bewegbar ist, und daß beide Codescheiben jeweils eine in Bewegungs
richtung des beweglichen Elements hochfrequente Struktur als Codierung
aufweisen und die Strukturen bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel
zueinander angeordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen
auf dem Sensorarray eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbildung
eines Interferenzmusters zur Folge hat.
Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Weg- oder Winkelmeßein
richtung ist eine zweite Codescheibe vorgesehen, die bezüglich ihrer
Ebene parallel zur ersten Codescheibe angeordnet ist. Daher erfolgt eine
Abbildung der Codierung einer zweiten Codescheibe ebenfalls auf der
photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays. Abgebildet werden daher
auf dem Sensorarray gleichseitig die Codierungen beider Codescheiben.
Abgebildet wird daher auf dem Sensorarray die Überlagerung der Codie
rung beider Codescheiben. Bei dieser Winkelmeßeinrichtung ist vorgese
hen, daß eine Codescheibe relativ zur anderen Codescheibe beweglich
ist. Dies kann dadurch realisiert sein, daß eine Codescheibe einem be
weglichen Element zugeordnet und die andere Codescheibe ortsfest be
züglich dieser angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß
die beiden Codescheiben im Rahmen einer Drehmomenterfassungsein
richtung durch ein Torsionsmodul voneinander getrennt sind, so daß eine
Relativbewegung zwischen der einen und der anderen Codescheibe mög
lich ist. Beide Codescheiben tragen eine jeweils in Bewegungsrichtung
des beweglichen Elementes hochfrequente Struktur als Codierung. Als
hochfrequente Codierungen können beispielsweise Strichcodes mit äqui
distant zueinander angeordneten einzelnen Strichen vorgesehen sein. Die
Ausrichtung der hochfrequenten Strukturen der beiden Codescheiben sind
winklig zueinander angeordnet. Diese winklige Überlagerung der Codie
rung der einen Codescheibe durch die Codierung der anderen Code
scheibe auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays hat eine
Ortsfrequenzüberlagerung zur Folge, die sich durch ein Hell-Dunkel-
Muster ausdrückt. Derartige Muster werden beispielsweise als Moire-
Muster bezeichnet. Diese Strukturen bilden sich in Querrichtung zur Be
wegungsrichtung einer Codescheibe aus und wandern in Querrichtung zur
Bewegungsrichtung der relativ zueinander bewegten Codescheiben. Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Wanderungsbetrag einer solchen
Hell-Dunkel-Struktur in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der Relativ
bewegung der beiden Codescheiben zueinander in Abhängigkeit von der
Ausbildung der hochfrequenten Strukturen und ihrer Winkelstellung zu
einander ein Vielfaches des tatsächlichen Bewegungsbetrages betragen
kann, den die beiden Codescheiben relativ zueinander bewegt worden
sind. Es erfolgt quasi eine Übersetzung oder Transformation, so daß
selbst kleinste relative Bewegungsbeträge zwischen den beiden Codescheiben
zu einer mit herkömmlichen Mitteln erfaßbaren Bewegung einer
solchen Hell-Dunkel-Struktur führt. Daher eignet sich eine solche Meßein
richtung insbesondere auch zur Verwendung als Drehmomenterfassungs
einrichtung, wobei eine Codescheibe einem Stellwellenabschnitt und die
andere Codescheibe einem anderen Stellwellenabschnitt zugeordnet ist
und die beiden Stellwellenabschnitte zueinander tordiert werden.
Eine solche als Drehmomenterfassungseinrichtung konzipierte Meßein
richtung ist Teil eines erfindungsgemäßen Lenkkraftunterstützungssy
stems für Kraftfahrzeuge, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Auf
nahmemittel optoelektronisch arbeitend ausgelegt sind und eine Weg
meßeinrichtung mit einer der Lenkradseite der Schnittstelle zugeordneten
und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt verbundenen ersten Code
scheibe und mit einer weiteren, in einer zur Ebene der ersten Codeschei
be parallelen Ebene angeordneten und der Lenkungsseite der Schnitt
stelle zugeordneten und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt ver
bundenen zweiten Codescheibe, wobei beide Codescheiben jeweils eine
in Drehrichtung der Lenkspindel hochfrequente Struktur als Codierung
aufweisen und diese Strukturen bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Win
kel zueinander angeordnet sind, sowie mit einer zu den Codescheiben
ortsfest angeordneten photosensitiven Sensoreinrichtung bestehend aus
einem Sensorarray mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der
Codescheiben und einer Beleuchtungseinrichtung zum optischen Abbil
den der durch die hochfrequenten Strukturen gebildeten Codierungen der
Codescheiben auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays.
Auch bei diesem Lenkkraftunterstützungssystem wird der zuvor bei der
Meßeinrichtung beschriebene Effekt ausgenutzt, so daß durch die Mög
lichkeit des Erfassens selbst kleinster Relativbewegungen der beiden
Codescheiben zueinander in Folge der optischen Übersetzung des Bewe
gungsbetrages ein sehr viel härter bzw. steifer ausgebildetes Torsionsmo
dul eingesetzt werden kann. Die Steifigkeit des Torsionsmoduls kann so
vorgesehen sein, daß der sich einstellende Lenkeindruck ein solcher ist,
der auch bei einer direkten Lenkung ohne Einsatz eines Torsionsmodules
feststellbar ist.
Die hochfrequenten Strukturen der beiden Codescheiben können bei
spielsweise aus äquidistant zueinander angeordneten Strichen bestehen,
welche Anordnung zweckmäßig ist, da das sich einstellende Interferenz
muster je nach Ausgestaltung der Codescheibe eine Gerade oder einen
Kreis bildet. Dadurch ist es möglich, die Codescheiben bzw. ihre Struktu
rierung so zueinander anzuordnen, daß über den gesamten Bewegungs
betrag des beweglichen Elementes ein Hell-Dunkel-Element der Interfe
renzstruktur auf demselben photosensitiven Bereich des Sensorarrays
abgebildet ist. Insbesondere bei Einsatz einer solchen Meßeinrichtung als
Teil eines Lenkkraftunterstützungssystems ist dies zweckmäßig, damit
eine detektierte Wanderung einer solchen Hell-Dunkel-Struktur allein auf
eine Relativbewegung zwischen den beiden Codescheiben zurückführbar
ist. Grundsätzlich kann jedoch auch das Interferenzmuster andere Formen
annehmen; dies könnte bei der Auswertung anschließend berücksichtigt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: Eine schematisierte, zum Teil geschnittene Seitenansicht des
oberen Bereiches einer Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges
mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung für eine elektri
sche Lenkkraftunterstützung und
Fig. 2: Einen Ausschnitt der übereinanderliegenden Strukturierung
der beiden Codescheiben im abgewickelten Zustand aus
Blickrichtung der photosensitiven Oberfläche eines Zeilen
sensors.
Eine Lenkspindel 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges ist in
ihrem oberen Bereich zweiteilig ausgebildet und umfaßt einen lenkungs
seitigen Lenkspindelabschnitt 2 und einen lenkradseitigen Lenkspindelab
schnitt 3. An dem freien Ende des Lenkspindelabschnittes 3 ist ein Lenk
rad 4 montiert. Die Lenkspindelabschnitte 2 und 3 sind miteinander durch
ein Torsionsmodul 5 verbunden. Das Torsionsmodul 5 ist Teil einer
Drehmomenterfassungseinrichtung 6, die im Rahmen eines elektroni
schen Lenkkraftunterstützungssystems (EPS-System) eingesetzt ist. Über
das EPS-System, welches in Fig. 1 schematisiert und mit dem Bezugs
zeichen 7 wiedergegeben ist, erfolgt eine elektrische Unterstützung der
von einem Fahrer über das Lenkrad 4 auf die Lenkspindel 1 ausgeübten
Drehmomentes.
Die Drehmomenterfassungseinrichtung 6 umfaßt ferner zwei Codeschei
ben 8, 9, die transparent ausgebildet eine Codierung tragen. Die Code
scheibe 8 ist drehfest mit dem Lenkspindelabschnitt 3 und die Codeschei
be 9 wiederum mit dem Lenkspindelabschnitt 2 verbunden. Damit die
Codescheibe 9 möglichst nah an die Codescheibe 8 heranreicht, ist diese
über einen topfförmig ausgebildeten Halter 10 an dem Lenkspindelab
schnitt 2 befestigt. Durch den Halter 10 ist das Torsionsmodul 5 quasi ra
dial eingefaßt. Der Drehmomenterfassungseinrichtung 6 ist ferner eine
Sensoreinrichtung 11 zugehörig bestehend aus einer Beleuchtungsein
richtung 12 und einem Zeilensensor 13, dessen Längserstreckung radial
zur Lenkspindel 1 angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 12 be
leuchtet die Unterseiten der beiden Codescheiben 8, 9, damit deren Co
dierungen auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 13 ab
gebildet werden.
Die Codescheibe 8 umfaßt zwei radial nebeneinander angeordnete Code
bereiche 8a, 8b, wobei der innere Codebereich 8a zusammen mit der Co
dierung der Codescheibe 9 einer Drehmomenterfassung und der Codebe
reich 8b einer Lenkwinkelsensorik dient.
Durch das Torsionsmodul 5 getrennt ist zwischen den beiden Lenkspin
delabschnitten 2, 3 eine Relativbewegung möglich, wenn beispielsweise
von einem Fahrer über das Lenkrad 4 auf den Lenkspindelabschnitt 3 ein
Drehmoment ausgeübt wird.
Der Ausgang des Zeilensensors 13 beaufschlagt einen Microcontroller 14
zur Auswertung der Ausgangsdaten der einzelnen Wandlerelemente für
eine Drehmomenterfassung. In Abhängigkeit von dem erfaßten Drehmo
ment wird durch den Microcontroller 14 das EPS-System 7 zum Bereit
stellen der jeweiligen Lenkunterstützung angesteuert.
In einem abgewickelten Ausschnitt sind in Fig. 2 die Codescheibe 9 so
wie der Codebereich 8a der Codescheibe 8 aus Blickrichtung der photo
sensitiven Oberfläche des Zeilensensors 13 wiedergegeben. Sowohl die
Codescheibe 9 als auch der Codebereich 8b der Codescheibe 8 trägt als
Strukturierung eine hochfrequente Strichstruktur S1 bzw. S2, die durch jeweils
äquidistant zueinander angeordnete Striche gleicher Dicke gebildet
ist. Die beiden Strichstrukturen S1, S2 der Codescheibe 9 bzw. des Code
bereiches 8a sind in einem Ausschnitt oberhalb der tatsächlich überein
ander liegenden Strukturen S1., S2 wiedergegeben. Durch die Überlage
rung der hochfrequenten Strukturen stellt sich eine Frequenzüberlagerung
unter Ausbildung eines Interferenzmusters I ein. Das Interferenzmuster I
ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wechselfolge
von Hell-Dunkel-Bereichen, die sich parallel zur Drehrichtung der Lenk
spindel - durch den unteren Doppelpfeil angedeutet - erstreckt. Bei dem
Interferenzmuster I sind die hellen Bereiche mit IH und die dunklen Berei
che mit 10 gekennzeichnet.
Diese Anordnung der Hell-Dunkel-Bereiche wird bei einer Drehung der
Lenkspindel insgesamt jeweils auf gleichen Bereichen der photosensitiven
Oberfläche des Zeilensensors 3 abgebildet. Erfolgt jedoch eine Relativ
bewegung zwischen den beiden Codescheiben 8, 9, beispielsweise da
durch, daß ein Fahrer über das Lenkrad 4 auf den Lenkspindelabschnitt 3
ein Drehmoment ausübt und dieses infolge des Torsionsmodules 5 quasi
verzögert auf den Lenkspindelabschnitt 2 übertragen wird, wandern die
Dunkelbereiche 10 des Interferenzmusters I in Abhängigkeit von der Rich
tung des ausgeübten Drehmomentes nach innen bzw. nach außen und
somit in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der Codescheiben 8, 9. Die
Strichcodierung S1, S2 der beide Codescheiben 8, 9 bzw. des Codeberei
ches 8a ist dergestalt ausgebildet und in einem solchen Winkel zueinan
der angeordnet, daß der Bewegungsbetrag der Dunkelbereiche ID bei ei
ner Relativbewegung der beiden Codescheiben 8, 9 zueinander ein Viel
faches desjenigen Betrages beträgt, den die beiden Codescheiben 8, 9
tatsächlich gegeneinander bewegt worden sind. Auf diese Weise können
mit herkömmlichen Mitteln selbst kleinste Bewegungsbeträge erfaßt wer
den. Infolge dessen kann das Torsionsmodul 5 so steif ausgebildet sein,
daß der sich einstellende Lenkeindruck quasi dem einer direkten Lenkung
entspricht.
Der Codebereich 8b der Codescheibe 8 trägt die Codierung für eine
Lenkwinkelbestimmung, so daß die Sensoreinrichtung 11 nicht nur einer
Drehmomenterfassung dient, sondern auch zur Erfassung des aktuellen
Lenkwinkels bzw. Lenkradeinschlages.
Der Lenkwinkel wird bei Kraftfahrzeugen benötigt, um mit diesem Wert
etwa ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) beaufschlagen zu
können. Ein solches System erhält neben den genannten Lenkwinkel
werten weitere Meßdaten, etwa die Raddrehzahl oder die Drehung des
Kraftfahrzeuges um seine Hochachse. Benötigt werden zum einen der
absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkgeschwindigkeit,
damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das
Fahrdynamikregelsystem ausgewertet und zum Steuern von Aktoren, bei
spielsweise der Bremsen und/oder des Motormanagements umgesetzt
werden können.
Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß die beanspruchte
Meßeinrichtung, die zuvor im Zusammenhang mit einem Lenkkraftunter
stützungssystem beschrieben worden ist, sich für eine Vielzahl von An
wendungen eignet, insbesondere für solche, bei denen es um die Erfas
sung kleiner Bewegungsbeträge geht. Durch die optische Übersetzung
werden die kleinen Bewegungen in größere, mit herkömmlichen Mitteln in
ausreichend hoher Genauigkeit erfaßbare Bewegungsbeträge transpo
niert. Das Erfassen der Flanken der Hell-Dunkel-Bereiche kann durch ent
sprechende Algorythmen erfolgen, wobei auch solche Algorythmen einge
setzt werden können, die eine subpixelgenaue Erfassung erlauben.
1
Lenkspindel
2
Lenkspindelabschnitt
3
Lenkspindelabschnitt
4
Lenkrad
5
Torsionsmodul
6
Drehmomenterfassungseinrichtung
7
EPS-System
8
Codescheibe
8
a Codebereich
8
b Codebereich
9
Codescheibe
10
Halter
11
Sensoreinrichtung
12
Beleuchtungseinrichtung
13
Zeilensensor
14
Mikrocontroller
I Interferenzmuster
IH
I Interferenzmuster
IH
helle Bereiche des Interferenzmusters
ID
ID
dunkle Bereiche des Interferenzmusters
S1
S1
, S2
hochfrequente Struktur
Claims (10)
1. Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung bestehend
aus einer an einem beweglichen Element (3) angeordneten Code
scheibe (8) und einer zu dieser ortsfest angeordneten photosensiti
ven Sensoreinrichtung (11) bestehend aus einem Sensorarray (13)
mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrichtung der Codeschei
be (8) und einer Beleuchtungseinrichtung (12) zum optischen Ab
bilden der Codierung der Codescheibe (8) auf der photosensitiven
Oberfläche des Sensorarrays (13), dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensoreinrichtung (11) eine weitere, in einer zur Ebene der er
sten Codescheibe (8) parallelen Ebene angeordnete Codescheibe
(9) umfaßt, deren Codierung ebenfalls durch die Beleuchtungsein
richtung (12) auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays
(13) abgebildet ist, wobei die dem beweglichen Element zugeord
nete Codescheibe (8) relativ zu der zweiten Codescheibe (9) be
wegbar ist, und daß beide Codescheiben (8, 9) jeweils eine in Be
wegungsrichtung des beweglichen Elements (8) hochfrequente
Struktur (S1, S2) als Codierung aufweisen und die Strukturen (S1,
S2) bezüglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander ange
ordnet sind, damit die Abbildung der beiden Strukturen (S1, S2) auf
dem Sensorarray (13) eine Ortsfrequenzüberlagerung unter Ausbil
dung eines Interferenzmusters zur Folge hat.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Codierungen der beiden Codescheiben hochfrequente Strich
strukturen (S1, S2) aufgebaut aus äquidistant angeordneten Stri
chen sind, die dergestalt zur photosenitiven Oberfläche des Sen
sorarrays (13) ausgerichtet sind, daß das sich durch die Frequenz
überlagerung einstellende Interferenzmuster (I) bei nicht stattfin
dender Relativbewegung zwischen den beiden Codescheiben (8,
9) über den gesamten Bewegungsbetrag der dem beweglichen
Element (3) zugeordneten Codescheibe (8) auf den gleichen pho
tosensitiven Bereichen des Sensorarrays (13) abgebildet sind.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strukturen (S1, S2) der Codescheiben (8, 9) sich über 360° erstrecken.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die hochfrequenten Strukturen (S1, S2) der bei
den Codescheiben (8, 9) identische Strukturen (S1, S2) sind.
5. Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als
Drehmomenterfassungseinrichtung (6) zum Erfassen eines auf das
bewegliche Element (3) ausgeübten Drehmomentes ausgebildet
ist, wobei die dem beweglichen Element (3) zugeordnete Code
scheibe (8) drehfest mit einem als beweglichem Element dienen
den Stellwellenabschnitt verbunden ist, während die zweite Code
scheibe (9) drehfest mit einem weiteren Stellwellenabschnitt (2)
verbunden ist und die beiden Stellwellenabschnitte (2, 3) tordierbar
miteinander verbunden sind.
6. Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer
Drehmomenterfassungseinrichtung (6) zum Erfassen des von ei
nem Fahrer bei einer Lenkbewegung des Lenkrades (4) ausgeüb
ten Drehmomentes, umfassend ein in einer Schnittstelle der Lenk
spindel (1) angeordnetes Torsionsmodul (5) sowie Aufnahmemittel
zum Aufnehmen der Relativbewegung der beiden durch das Torsi
onsmodul (5) voneinander getrennten Lenkspindelabschnitte (2, 3)
zueinander bei einer Lenkbewegung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufnahmemittel optoelektronisch arbeitend ausgelegt sind
und eine Wegmeßeinrichtung mit einer der Lenkradseite der
Schnittstelle zugeordneten und drehfest mit diesem Lenkspin
delabschnitt (3) verbundenen ersten Codescheibe (8) und mit einer
weiteren, in einer zur Ebene der ersten Codescheibe (8) parallelen
Ebene angeordneten und der Lenkungsseite der Schnittstelle zu
geordneten und drehfest mit diesem Lenkspindelabschnitt (2) ver
bundenen zweiten Codescheibe (9), wobei beide Codescheiben (8,
9) jeweils eine in Drehrichtung der Lenkspindel (1) hochfrequente
Struktur (S1, S2) als Codierung aufweisen und diese Strukturen be
züglich ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet
sind, sowie mit einer zu den Codescheiben (8, 9) ortsfest angeord
neten photosensitiven Sensoreinrichtung bestehend aus einem
Sensorarray (13) mit einer Erstreckung quer zur Bewegungsrich
tung der Codescheiben (8, 9) und einer Beleuchtungseinrichtung
(12) zum optischen Abbilden der durch die hochfrequenten Struktu
ren (S1, S2) gebildeten Codierungen der Codescheiben (8, 9) auf
der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13).
7. Lenkkraftunterstützungssystem nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Codierungen der beiden Codescheiben
hochfrequente Strichstrukturen (S1, S2) aufgebaut aus äquidistant
angeordneten Strichen sind, die dergestalt zur photosenitiven
Oberfläche des Sensorarrays (13) ausgerichtet sind, daß das sich
durch die Frequenzüberlagerung einstellende Interferenzmuster (I)
bei nicht stattfindender Relativbewegung zwischen den beiden
Codescheiben (8, 9) über den gesamten Bewegungsbetrag der
Lenkspindel (1) auf den gleichen photosensitiven Bereichen des
Sensorarrays (13) abgebildet sind.
8. Lenkkraftunterstützungssystem nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die hochfrequenten Strukturen (S1, S2) der bei
den Codescheiben (8, 9) identische Strukturen sind.
9. Lenkkraftunterstützungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Codescheiben (9)
über einen topfartig ausgebildeten Halter (10), das Torsionsmodul
(5) radial einschließend mit dem dieser Codescheibe (9) zugeord
neten Lenkspindelabschnitt (2) verbunden ist.
10. Lenkkraftunterstützungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die der photosensitiven Oberfläche
des Sensorarrays (13) näher liegende Codescheibe (8) neben der
hochfrequenten Struktur (S. ) für die Drehmomenterfassung eine
Lenkwinkelcodierung trägt und das Sensorarray (13) sowie die Be
leuchtungeinrichtung (12) so ausgebildet und zueinander angeord
net sind, daß beide Codierungen dieser Codescheibe auf der pho
tosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (13) abbildbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000118496 DE10018496A1 (de) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen Drehmomenterfassungseinrichtung |
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DE2000118496 DE10018496A1 (de) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Optoelektronische Weg- oder Winkelmeßeinrichtung, Verwendung einer solchen Meßeinrichtung als Drehmomenterfassungseinrichtung sowie Lenkkraftunterstützungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer solchen Drehmomenterfassungseinrichtung |
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ID=7638724
Family Applications (1)
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