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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Bei einem bekannten Lenkwinkelsensor wird ein Zählrad zur Bestimmung der Anzahl der Umdrehungen des Lenkrades berührungslos mittels Magnetfeldsensoren abgetastet. Ein derartiges System hat den Nachteil, dass bei ausgeschalteter Zündung ein Ruhestrom bereitgestellt werden muss, um ein Verdrehen des Lenkrades bei ausgeschalteter Zündung erkennen zu können. Bei dauerhafter Nichtbenutzung des Fahrzeuges führt dies zu einer unerwünschten Entleerung der Fahrzeugbatterie. Wird ein solcher Ruhestrom nicht bereitgestellt, kann der Lenkwinkel nicht mehr eindeutig bestimmt werden, wenn ein Verdrehen des Lenkrades bei ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie erfolgt.
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In der Offenlegungsschrift
DE 44 09 892 A1 wird beispielsweise ein Sensor zur Erfassung des Lenkwinkels beschrieben. Der beschriebene Sensor umfasst eine erste Codescheibe, welche von einer Anzahl von Aufnehmern abgetastet wird und sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Lenkrad dreht. Eine zweite Codescheibe dreht sich mit einem Viertel der Geschwindigkeit der ersten Scheibe und weist drei Codespuren auf, welche von entsprechenden Aufnehmern abgetastet werden. Durch geeignete Verknüpfung der somit erzeugten Fein- und Grobsignale kann eine eindeutige Winkelbestimmung durchgeführt werden. Als Aufnehmer werden beispielsweise Hallmagnetsensoren eingesetzt.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 011 448 A1 wird beispielsweise eine Anordnung zur Erfassung eines Drehwinkels beschrieben. Die beschriebene Anordnung umfasst Geber und Sensoren, welche in Abhängigkeit von einer Drehwinkeländerung eines rotierenden Bauteils von den Gebern erzeugte Änderungen einer physikalischen Größe als digital auswertbare Signale detektieren. Das rotierende Bauteil weist mindestens einen an seinem Umfang gekoppelten, durch seine Rotation sich drehenden Satelliten kleineren Umfangs, vorzugsweise mit einem Winkelsensor auf, welcher über ein axial gekoppeltes Hypozykloidgetriebe eine ebenfalls rotierende Hyperzykloidscheibe oder Hypozykloidzahnrad antreibt, deren Umdrehungsgeschwindigkeit durch das Hypozykloidgetriebe derart untersetzt ist, dass hieraus eine Umdrehungszahl des rotierenden Bauteils und der absolute Lenkwinkel über mehrere Umdrehungen der Lenkwelle mit einem Umdrehungssensorsystem ermittelbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil, insbesondere in einem Fahrzeug, mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass immer eine eindeutige Bestimmung der Drehposition bzw. des Drehwinkels eines rotierenden Bauteils auch bei mehrfachen Umdrehungen des rotierenden Bauteils möglich ist. Des Weiteren steht die eindeutige Drehpositionsbestimmung des rotierenden Bauteils direkt nach der ersten Winkelmessung fest, wodurch in vorteilhafter Weise eine „true power on"-Fähigkeit implementiert werden kann. In vorteilhafter Weise werden alle Größen mit demselben Messprinzip ermittelt, daher sind weniger Komponenten erforderlich, um den aktuellen Drehwinkel des rotierenden Bauteils zu ermitteln. Zudem weisen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug weniger mechanische Komponenten auf, so dass ein kostengünstiger Aufbau möglich ist. So kann beispielsweise bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Zahnräder zur Übersetzung der Lenkbewegung verzichtet werden. Durch die mechanische Vereinfachung kann eine nahezu verschleißfreie Erfassung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils bei geringer Schwingungsempfindlichkeit und niedrigeren Kosten umgesetzt werden. Da weniger mechanische Toleranzen berücksichtigt werden müssen und kein mechanisches Spiel vorhanden ist, ist zudem in vorteilhafter Weise eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils möglich. Zudem nehmen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug nur eine geringe elektrische Leistung auf.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Bestimmung des Lenkwinkels oder zur Ermittlung einer Pedalstellung in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Bei der Bestimmung des Lenkwinkels ist das rotierende Bauteil vorzugsweise als Lenksäule des Fahrzeugs oder als mit der Lenksäule drehbeweglich gekoppeltes Bauteil ausgeführt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil zur Verfügung, welches mit einem Messwertgeber gekoppelt ist, welcher in Verbindung mit einem Messwertaufnehmer mindestens ein den Drehwinkel des rotierenden Bauteils repräsentierendes Signal erzeugt. Erfindungsgemäß sind der Messwertgeber und der Messwertaufnehmer als optisches Messsystem ausgeführt, wobei der Messwertgeber mindestens eine Lichtquelle und eine Schattenmaske mit mindestens einer transparenten Öffnung umfasst, durch welche ein von der mindestens einen Lichtquelle erzeugter Messstrahl auf einen lichtempfindlichen Messsensor des Messwertaufnehmers leitbar ist, wobei ein beleuchteter Bereich des lichtempfindlichen Messsensors vom aktuellen Drehwinkel des rotierenden Bauteils abhängig ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der lichtempfindliche Messsensor eine vorgegebene Anzahl von Fotodioden in einer bevorzugt linearen Anordnung umfasst, welche jeweils eine Lichtintensität des Messstrahls erfassen. Somit bildet das optische Messsystem im Wesentlichen einen optischen Scanner aus, welcher bei Bedarf mit einer Blende oder einer beweglichen Lichtquelle kombiniert werden kann. Moderne Scanner erreichen typischerweise eine Auflösung in der Größenordnung von 1200 dpi, das entspricht 21,2µm. Die Schattenmaske wird vom Messstrahl durchstrahlt, welcher von mindestens einer punkt- oder linienförmigen Lichtquelle erzeugt wird und auf der Seite des Messwertaufnehmers auf den als Fotodiodenzeile ausgeführten lichtempfindlichen Messsensor fällt. Über die Fotodiodenzeile kann die genaue Lage der mindestens einen transparenten Öffnung detektiert werden. Die Genauigkeit kann durch Interpolation der detektierten Lichtintensitäten benachbarter Fotodioden erhöht werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann ein lichtempfindlicher Referenzsensor vorgesehen werden, welcher eine vorgegebene Anzahl von Fotodioden umfasst, welche jeweils eine Lichtintensität eines Referenzstrahls erfassen. Um unabhängig von Alterungseffekten der mindestens einen Lichtquelle zu werden, kann die Auswerte- und Steuereinheit die erfasste Lichtintensität eines Referenzstrahls oder alternativ eine integrale Gesamtintensität zur Ermittlung einer Referenzintensität auswerten, welche dann bei der Bestimmung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils berücksichtigt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann die Auswerte- und Steuereinheit die erfassten Lichtintensitäten der einzelnen Fotodioden des lichtempfindlichen Messsensors und/oder eine ermittelte Gesamtintensität des lichtempfindlicher Messsensors und/oder die ermittelte Referenzintensität zur Ermittlung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils auswerten.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können der lichtempfindliche Messsensor und die mindestens eine Lichtquelle auf einem gemeinsamen Schaltungsträger angeordnet werden, wobei der Messstrahl der mindestens eine Lichtquelle über mindestens einen Lichtleiter hinter die Schattenmaske geführt werden kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Ausführung der Steuer- und Auswerteelektronikschaltung erzielt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann ein Bewegungswandler die Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils in eine Translation umwandeln, welche den beleuchteten Bereich über den lichtempfindlichen Messsensor bewegt. Durch die Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Drehstellung des rotierenden Bauteils über einen Winkelbereich von ca. 1500° auf ca. ±0,5° genau zu erfassen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann die Schattenmaske als Scheibe ausgeführt werden, welche drehbeweglich mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt ist. Die mindestens eine transparente Öffnung kann spiralförmig in die Scheibe eingebracht werden, wobei die Arme der transparenten spiralförmigen Öffnung in der Scheibe einen gleichbleibenden Abstand oder einen zunehmenden Abstand zueinander aufweisen können. Zudem umfasst die transparente spiralförmige Öffnung in der Scheibe mindestens eine Windung, wobei eine maximale Windungsanzahl der transparenten spiralförmigen Öffnung in der Scheibe zumindest einer maximalen Anzahl von zu erkennenden Umdrehungen des rotierenden Bauteils entspricht. Die als Scheibe ausgeführte Schattenmaske kann fest mit dem rotierenden Bauteil verbunden werden und sich mit dem rotierenden Bauteil drehen. Über den lichtempfindlichen Messsensor kann die genaue Lage der spiralförmigen Öffnung detektiert werden. Die Genauigkeit kann durch Interpolation der detektierten Lichtintensitäten benachbarter Fotodioden und des Abstandes der Lichtöffnungen zwischen den Spiralwindungen erhöht werden. Die als Scheibe ausgeführte Schattenmaske mit der spiralförmigen Öffnung kann verwendet werden, um den Lenkwinkelfeineinschlag im Bereich von 0° bis 360° genau zu ermitteln. Die Bestimmung des Lenkwinkelgrobeinschlags, d.h. die Umdrehungsanzahl kann entweder durch eine Getriebeübersetzung der maximal zu messenden Umdrehungen des rotierenden Bauteils im entsprechenden Verhältnis auf eine knappe Umdrehung der Schattenmaske erfolgen.
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Alternativ kann oberhalb der Schattenmaske die mindestens eine Lichtquelle und/oder eine Umlenkvorrichtung und/oder eine Blende auf einem parallel zum lichtempfindlicher Messsensors bewegbar gelagerten Schlitten angeordnet werden. Der bewegbar gelagerte Schlitten kann über eine Gewindeschnecke und/oder ein Ritzel vom rotierenden Bauteil angetrieben werden. Dadurch wird der Leuchtbereich in radialer Richtung verschoben, so dass die Umdrehungszahl über die laterale Position der mindestens einen Lichtquelle und/oder der Umlenkvorrichtung und/oder der Blende und/oder die Blendenbreite codiert werden kann.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine auf der Linie des lichtempfindlichen Messsensors sitzende Umlenkvorrichtung vorgesehen werden, welche parallel zur Drehachse geführt ist und gegen eine Azimutaldrehung fixiert ist, wobei die Umlenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils in Richtung der Drehachse bewegbar ist. Dadurch kann ein Reflexionsfenster der Umlenkvorrichtung radial verschoben und ein anderer Bereich der Schattenmaske ausgeleuchtet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann die Schattenmaske direkt oder über einen Getriebemechanismus mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt werden. Die Umlenkvorrichtung kann den von der mindestens einen Lichtquelle erzeugten Messstrahl in Richtung des lichtempfindlichen Messsensors umlenken. Die Umlenkvorrichtung kann komplanar zum lichtempfindlichen Messsensor und zum rotierenden Bauteil angeordnet und über einen Gewindemechanismus durch die Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils parallel zur Drehachse des rotierenden Bauteils oder parallel zum lichtempfindlicher Messsensors bewegt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann die Schattenmaske als parallel zum lichtempfindlicher Messsensors bewegbar gelagerter Schlitten ausgeführt werden. Der bewegbar gelagerte Schlitten kann über eine Gewindeschnecke und/oder ein Ritzel vom rotierenden Bauteil angetrieben werden. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil wird die Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils in eine Translationsbewegung überführt. Auf dem Schlitten befindet sich eine transparente Öffnung, welches über die mindestens eine Lichtquelle ausgeleuchtet werden kann. Die Bewegung des resultierenden Lichtpunktes kann über den lichtempfindlichen Messsensor erfasst werden. Die Gewindeschnecke und/oder das Ritzel können zur Erhöhung der Genauigkeit noch durch ein weiteres Zahnrad übersetzt werden. Die mindestens eine Lichtquelle kann direkt in die transparente Öffnung des Schlittens eingesetzt werden oder der erzeugte Messstrahl kann über einen Lichtwellenleiter zur transparenten Öffnung geführt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer als Scheibe ausgeführten Schattenmaske für die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil aus 1.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, umfassen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1‘ zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil 10, 10‘, insbesondere in einem Fahrzeug, einen mit dem rotierenden Bauteil 10, 10‘ gekoppelten Messwertgeber 30, 30‘, welcher in Verbindung mit einem Messwertaufnehmer 50, 50‘ mindestens ein den Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10, 10‘ repräsentierendes Signal I1, I2, I3 erzeugt.
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Erfindungsgemäß sind der Messwertgeber 30, 30‘ und der Messwertaufnehmer 50, 50‘ als optisches Messsystem ausgeführt, wobei der Messwertgeber 30, 30‘ mindestens eine Lichtquelle 32, 32‘ und eine Schattenmaske 40, 40‘ mit mindestens einer transparenten Öffnung 44, 44‘ umfasst, durch welche ein von der mindestens einen Lichtquelle 32, 32‘ erzeugter Messstrahl MS auf einen lichtempfindlichen Messsensor 54, 54‘ des Messwertaufnehmers 50, 50‘ leitbar ist. Hierbei ist ein durch den Messstrahl MS beleuchteter Bereich 51, 51‘ des lichtempfindlichen Messsensors 54, 54‘ vom aktuellen Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10, 10‘ abhängig.
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Wie aus 1 und 3 weiter ersichtlich ist, umfasst der lichtempfindliche Messsensor 54, 54‘ eine vorgegebene Anzahl von Fotodioden 54.1, 54.1‘, welche jeweils eine Lichtintensität l1, l2, l3 des Messstrahls MS erfassen. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 ein lichtempfindlicher Referenzsensor 52 vorgesehen, welcher eine vorgegebene Anzahl von Fotodioden 52.1 umfasst, welche jeweils eine Lichtintensität eines Referenzstrahls RS erfassen. Der Referenzstrahl RS, wird durch einen Strahlteiler 36 aus dem von der mindestens einen Lichtquelle 32 in Verbindung mit einer Blende 34 erzeugten Lichtstrahl abgezweigt und auf den lichtempfindlichen Referenzsensor 52 geleitet. Die Auswerteund Steuereinheit 22 wertet die erfasste Lichtintensität des Referenzstrahls RS zur Ermittlung einer Referenzintensität aus, um eine durch Alterungseffekte der mindestens einen Lichtquelle 32 verursachte Reduzierung der abgestrahlten Lichtintensität zu kompensieren. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, sind bei dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1‘ der lichtempfindliche Messsensor 54‘ und die mindestens eine Lichtquelle 32‘ auf einem gemeinsamen Schaltungsträger 56‘ angeordnet, wobei der Messstrahl MS der mindestens einen Lichtquelle 32‘ über mindestens einen Lichtleiter 33‘ hinter die Schattenmaske 40‘ und zur mindestens einen transparenten Öffnung 44‘ geführt ist.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist die Schattenmaske 40 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel als Scheibe 42 ausgeführt, welche fest mit dem rotierenden Bauteil 10 verbunden ist. Die Schattenmaske 40 ist in vorteilhafter Weise auf einer transparenten Scheibe 42 realisiert, welche beispielsweise aus einem Glas- oder Plastiksubstrat hergestellt ist, auf welche eine undurchsichtige Schicht, beispielsweise aus Metall, strukturiert wird. In die Schicht wird dann eine gleichförmig spiralförmige transparente Öffnung 44 mit identischen Abständen zwischen den einzelnen Spiralarmen eingebracht oder alternativ stehen gelassen. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, können die einzelnen Spiralarme der spiralförmigen transparenten Öffnung 44 alternativ einen zunehmenden Abstand zueinander aufweisen. Die spiralförmige transparente Öffnung 44 in der Scheibe 42 weist mindestens eine Windung auf, wobei eine maximale Windungsanzahl zumindest einer maximalen Anal von zu erkennenden Umdrehungen des rotierenden Bauteils 10 entspricht. Über den als Fotodiodenzeile ausgeführten lichtempfindlichen Messsensor 54 kann die genaue Lage der spiralförmigen transparenten Öffnung 44 detektiert werden. Die Genauigkeit kann durch Interpolation der detektierten Lichtintensitäten l1, l2, l3 benachbarter Fotodioden 54.1 und des Abstandes zwischen den Spiralwindungen erhöht werden.
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Die als Scheibe 42 ausgeführte Schattenmaske 40 kann verwendet werden, um einen Lenkwinkelfeineinschlag bzw. einen Drehwinkel des rotierenden Bauteils 10 unabhängig von Alterungseffekten der Lichtquelle 32 im Bereich von 0° bis 360° genau zu ermitteln. Die Bestimmung des Lenkwinkelgrobeinschlags bzw. der Anzahl von Umdrehungen des rotierenden Bauteils 10 kann durch eine Getriebeübersetzung der maximal zu messenden Umdrehungen im entsprechenden Verhältnis auf eine knappe Umdrehung der als Scheibe 42 ausgeführten Schattenmaske 40 erfolgen.
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Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Bewegungswandler 20 vorgesehen, welcher die Rotationsbewegung 3 des rotierenden Bauteils 10 in eine Translationsbewegung 5 umwandelt. Der Bewegungswandler 20 umfasst eine Umlenkvorrichtung 38, welche komplanar zum lichtempfindlichen Messsensor 54 und zum rotierenden Bauteil 10 angeordnet ist. Die Umlenkvorrichtung 38 ist über einen Gewindemechanismus 12 durch die Rotationsbewegung 3 des rotierenden Bauteils 10 parallel zur Drehachse des rotierenden Bauteils 10 bewegbar. Die Umlenkvorrichtung 38 wird in einem in das rotierende Bauteil 10 eingebrachten Führungsgewinde 12 längsbeweglich geführt und gegen eine Azimutaldrehung fixiert. Durch die axiale Translationsbewegung 5 der Umlenkvorrichtung 38 in Richtung der Drehachse des rotierenden Bauteils 10 verschiebt sich das Reflexionsfenster durch eine korrespondierende Translationsbewegung 7 radial und ein anderer Bereich der als Scheibe 42 ausgeführten Schattenmaske 40 bzw. ein anderer Leuchtbereich 51 des lichtempfindlichen Messsensors 54 wird ausgeleuchtet. Dadurch kann die Umdrehungsanzahl des rotierenden Bauteils 10 über die aktuelle Position des Leuchtbereichs 51 und die korrespondierenden Fotodioden 54.1 des lichtempfindlichen Messsensors 54 erkannt werden, welche den Messstrahl MS empfangen. Alternativ können die mindestens eine Lichtquelle 32 und/oder die Umlenkvorrichtung 38 und/oder die Blende 34 oberhalb der Schattenmaske 40 auf einem parallel zum lichtempfindlicher Messsensors 54 bewegbar gelagerten Schlitten, welcher beispielsweise über eine Getriebeschnecke oder ein Ritzel vom rotierenden Bauteils 10 angetrieben wird, angeordnet und in radialer Richtung verschoben werden, so dass die Umdrehungszahl über die laterale Position der mindestens einen Lichtquelle 32 und/oder der Umlenkvorrichtung 38 oder der Blende 34 und/oder einer Blendenbreite codiert werden kann.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, wertet die Auswerte- und Steuereinheit 22 die erfassten Lichtintensitäten l1, l2, l3 von einzelnen Fotodioden 54.1 des lichtempfindlichen Messsensors 54, welche im Leuchtbereich 51 des Messstrahls MS angeordnet sind, und/oder eine ermittelte Gesamtintensität des lichtempfindlichen Messsensors 54 und/oder die ermittelte Referenzintensität des Referenzstrahls RS zur Ermittlung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils 10 aus. Durch die Überführung der Rotationsbewegung 3 des rotierenden Bauteils 10 bzw. der Lenkbewegung in eine axiale bzw. radiale Translation 5, 7, welche die Position des Leuchtbereichs 51 des Messstrahls MS verschieben, ist immer eine eindeutige Drehstellung bzw. ein eindeutiger Lenkwinkel auch bei mehrfachen Umdrehungen des rotierenden Bauteils 10 bzw. des Lenkrades möglich. Ebenfalls bleibt nach dem Abschalten bzw. beim Ausfall der Elektronik, die Drehbewegung in der mechanischen veränderten Höhenposition erhalten. Aufgrund der axialen bzw. radialen Translation 5, 7 steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel bzw. Lenkwinkel zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels bzw. Lenkwinkels mittels des optischen Messsystems möglich ist.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist auch im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ein Bewegungswandler 20‘ vorgesehen, welcher die Rotationsbewegung 3‘ des rotierenden Bauteils 10‘ in eine radiale Translationsbewegung 7‘ umwandelt, welche den beleuchteten Bereich 51‘ über den lichtempfindlichen Messsensor 54‘ bewegt. Der Bewegungswandler 20‘ umfasst im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eine als Schlitten 42‘ ausgeführte Schattenmaske 40‘ mit mindestens einer transparenten Öffnung 44‘, welche parallel zum lichtempfindlichen Messsensors 54‘ beweglich gelagert ist. Der beweglich gelagerte Schlitten 42‘ wird über ein Ritzel 14‘ vom rotierenden Bauteil 10‘ angetrieben. Zu diesem Zweck weist der Schlitten 42‘ mindestens eine als Zahnstange ausgeführte Verzahnung 46‘ auf, welche das Ritzel 14‘ kämmt. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, kann der beweglich gelagerte Schlitten 42‘ über eine nicht dargestellte Gewindeschnecke vom rotierenden Bauteil 10‘ angetrieben werden. Das Ritzel 14‘ kann zur Erhöhung der Genauigkeit noch durch ein weiteres Zahnrad übersetzt werden. Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist die als Schlitten 42‘ ausgeführte Schattenmaske 40‘ zwei transparente Öffnungen 44‘ und zwei lichtempfindliche Messsensoren 54 zur redundanten Ermittlung der Drehstellung bzw. des Drehwinkels des rotierenden Bauteils 10‘ auf. Die beiden transparenten Öffnungen 44‘ auf dem beweglichen Schlitten 42‘ können zur Erzeugung des Messstrahls MS über die mindestens eine Lichtquelle 32‘ ausgeleuchtet werden. Die Bewegung des resultierenden Leuchtbereichs 51‘ bzw. eines resultierenden Lichtpunktes LP kann über die als Fotodiodenzeilen ausgeführten lichtempfindlichen Messsensoren 54‘ erfasst werden. Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird die von der mindestens einen Lichtquelle 32‘ erzeugte Messstrahlung MS über korrespondierende Lichtwellenleiter 33‘ zu transparenten Öffnungen 44‘ im Schlitten 42‘ geführt. Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle 32‘ zur Abgabe der Messstrahlung MS direkt in die transparente Öffnung 44‘ des beweglichen Schlittens 42 eingesetzt werden.
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Durch die Überführung der Rotationsbewegung 3‘ des rotierenden Bauteils 10‘ bzw. der Lenkbewegung in eine mechanische Translationsbewegung 7‘, welche über die lichtempfindlichen Messsensoren 54‘ erfasst und ausgewertet wird, ist immer eine eindeutige Bestimmung der Drehstellung bzw. des Lenkwinkels auch bei mehrfachen Umdrehungen des rotierenden Bauteils 10‘ bzw. des Lenkrades möglich. Ebenfalls bleibt beim Versagen der Elektronik, die Drehstellung bzw. der Lenkwinkel in der mechanischen veränderten Position erhalten. Aufgrund der mechanischen Translationsbewegung 7‘ steht auch nach ausgeschalteter Zündung oder abgeklemmter Batterie der richtige absolute Drehwinkel bzw. Lenkwinkel zur Verfügung, wobei gleichzeitig ein besonders sicherer Betrieb bzw. eine besonders sichere Erkennung des Drehwinkels bzw. Lenkwinkels mittels des optischen Messsystems möglich ist.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können beispielsweise als Lenkwinkelsensor zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Dabei ist das rotierende Bauteil beispielsweise als Lenksäule des Fahrzeugs oder als ein mit der Lenksäule gekoppeltes rotierendes Bauteil ausgeführt. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Ermittlung eines Lenkwinkels wird die Stellung des Lenkrades bzw. des rotierenden Bauteils über einen Winkelbereich von ca. 1500° eindeutig auf ca. ±0,5° genau erfasst. Alternativ können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung bei der Ermittlung einer Gaspedalstellung eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4409892 A1 [0003]
- DE 102008011448 A1 [0004]
