DE10350363A1 - Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung - Google Patents

Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung Download PDF

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Yoshitomo Tokumoto
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Abstract

Die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung umfasst ein Zielzahnrad in einer Stirnradform, die drehbar zusammen mit einem Drehelement ausgebildet ist und eine Vielzahl von Zähnen aus magnetischen Elementen aufweist, die mit einer im Wesentlichen gleichen Teilung in der Umfangsrichtung der Achse des Drehelements hervorstehen, und umfasst Magnetsensoren, die an solchen Positionen angeordnet sind, dass sie den Zähnen gegenüberstehen, um Ausgangssignale entsprechend der Drehung des Drehelements abzugeben. Diese Vorrichtung ermittelt den Winkel der Drehung eines Drehelements mit den Ausgangssignalen von den Magnetsensoren. In dem Zielzahnrad der Stirnradform sind die beiden Umfangsendbereiche der Köpfe aller Zähne als Winkelbereiche ausgebildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung, die bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug zum Ermitteln des Drehwinkels eines Drehelements verwendet wird und bezieht sich auf eine Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines Drehmoments, das auf ein Drehelement aufgebracht wird.
  • Als eine Lenkhilfsvorrichtung, die an einem Fahrzeug, wie z.B. einem Kraftfahrzeug, zum Unterstützen der Lenkbetätigung eines Fahrers montiert ist, ist eine elektrische Servolenkvorrichtung zum Aufbringen einer Lenkunterstützungskraft, wie z.B. einer Drehkraft eines Elektromotors, vorhanden. Diese elektrische Servolenkvorrichtung ist mit einer Eingangswelle und mit einer Ausgangswelle versehen, welche so mit einem Lenkelement und einer Seite der gelenkten Räder verbunden sind, dass sie sich entsprechend der Lenkbetätigung des Fahrers drehen. Die Lenkvorrichtung ist mit einer Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Drehwinkel der Eingangs- und Ausgangswelle versehen, und mit einer Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln des Drehmoments, das auf das Lenkelement aufgebracht wird, unter Verwendung der Ermittlungsergebnisse der Ermittlungsvorrichtung versehen. Die Lenkvorrichtung unterstützt die Lenkbetätigung durch Festsetzen eines Befehlswerts für den Elektromotor auf der Basis des ermittelten Lenkmoments und durch Übertragen der Motordrehkraft auf einem Lenksystem über einen Reduziergetriebemechanismus, um dadurch die Lenkunterstützungskraft auf das Lenksystem aufzubringen (unter Bezugnahme auf z.B. JP-A-2002-107112 ).
  • Hierbei sind die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und die Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung versehen mit: einem Zielzahnrad (target), das jeweils fest auf der Eingangswelle und Ausgangswelle montiert ist, um sich zusammen mit diesen zu drehen und die eine Vielzahl von Zähnen aufweisen, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind; und einem Magnetsensor, der magneto-resistive Elemente einschließt zum Abgeben von Ausgangssignalen, die sich periodisch entsprechend der Drehungen der entsprechenden Eingangs- und Ausgangswellen ändern. Bei den Vorrichtungen kann der Drehwinkel basierend auf den Ausgangssignalen (oder dessen digitalisierte Signale, falls erforderlich) von dem Magnetsensor und unter Bezugnahme auf eine Tabelle, welche im Voraus zu dem Drehwinkel von den Ausgangssignalen des Magnetsensors in einer entsprechenden Weise gespeichert wurde, ermittelt werden. Andererseits kann das Drehmoment durch Ermitteln der Drehwinkeldifferenz (oder der relativen Winkelversetzung) zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle unter Verwendung des Ausgangssignals (oder dessen digitalisierte Signale, falls erforderlich) von dem Magnetsensor auf der Ausgangswellenseite und durch Berechnen der relativen Winkelversetzung ermittelt werden. Bei diesen Vorrichtungen verwendet das Zielzahnrad oder die Zielsetzung, die durch den Magnetsensor zu ermitteln ist, ein Stirnrad 54, bei welchem die Seitenflächen 51 eines Zahns in eine Evolventenkurve (in einer Draufsicht zu sehen, wie im Folgenden) geformt ist und bei welchem die beiden Endbereiche 53 eines Zahnkopfs 52 in eine gleichförmige Krümmung geformt sind.
  • Das mit einer Evolventenform ausgebildete Zahnrad 54 hat im Allgemeinen eine Hauptaufgabe, die Kraftübertragung durch einen kämmenden Eingriff zu bewirken und ist so gearbeitet, dass die beiden Endbereiche 53 des Zahnkopfs 52 in eine sanfte Krümmung ausgebildet sind, die keinen Winkelbereich aufweisen, da es beabsichtigt ist, einen Defekt, wie z.B. einen Span, zu vermeiden. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, die Formen aller Zähne identisch in einer ausgezeichneten Maßpräzision herzustellen. Andererseits werden die Ausgangssignale von den Magnetsensoren hauptsächlich durch den Abstand von dem Zahnkopf festgelegt, so dass das Zielzahnrad im Allgemeinen mit der Zahnteilung geprüft wird. Im Falle des Evolventenzahnrads 54 ist es jedoch notwendig, die Zahnteilung 11, wie in 7 gezeigt ist, durch Unterstützung von virtuellen Eckbereichen 61 zu messen. Diese Notwendigkeit wirft ein Problem dahingehend auf, dass es schwierig ist, das Zielzahnrad oder die Zielsetzung der Sensorermittlung zu prüfen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des beschriebenen Hintergrunds des Standes der Technik konzipiert und hat eine Aufgabe, eine Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein einfaches Prüfen vor nehmen zu können und eine Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung zu schaffen unter Verwendung jener Vorrichtung. Ein anderes Ziel besteht darin, eine Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung zu schaffen, welche nicht nur einfach das Prüfen vornehmen kann, sondern auch preiswert ist und eine Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung unter Verwendung jener Vorrichtung zu schaffen.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, ist die Erfindung durch die folgende Anordnung gekennzeichnet.
    • (1) Eine Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung, umfassend: ein Zielzahnrad, das eine Stirnradform aufweist und zusammen mit einem Drehelement drehbar ist, wobei das Zielzahnrad einschließt eine Vielzahl von magnetischen Zähnen, die mit einer im Wesentlichen gleichen Teilung in einer Umfangsrichtung einer Achse des Drehelements hervorstehen, wobei jeder der magnetischen Zähne durch ein paar Seitenflächen in der Umfangsrichtung begrenzt ist, und Winkelbereiche, die an Grenzlinien zwischen den Seitenflächen und den Kopfflächen aller Zähne ausgebildet sind, und Magnetsensoren, die so angeordnet sind, dass sie der Vielzahl von Zähnen gegenüberstehen, um Ausgangssignale entsprechend einer Drehung des Drehelements abzugeben und um dadurch einen Drehwinkel des Drehelements basierend auf den Ausgangssignalen zu ermitteln.
    • (2) Die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung entsprechend (1), wobei die Seitenflächen eben sind.
    • (3) Die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung entsprechend (1), wobei ein Lückengrund und die entsprechenden Seitenflächen, welche zwischen den benachbarten beiden Zähnen angeordnet sind, eine bogenförmige Fläche bilden, die radial ausgespart ist.
    • (4) Eine Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung, umfassend: ein Rotationselement, das eine erste Drehwelle und eine zweite Drehwelle einschließt, die koaxial mit der ersten Drehwelle verbunden ist, Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtungen, die jeweils auf der ersten und zweiten Drehwelle vorgesehen sind, wobei jede der Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtungen einschließt, ein Zielzahnrad, das eine Stirnradform aufweist und zusammen mit einem Drehelement drehbar ist, wobei das Zielzahnrad einschließt eine Vielzahl von magnetischen Zähnen, die mit einer im Wesentlichen gleichen Teilung in einer Umfangsrichtung einer Achse des Drehelements hervorstehen, wobei jeder der magnetischen Zähne durch ein paar Seitenflächen in der Umfangsrichtung begrenzt ist, und Winkelbereiche, die an Grenzlinien zwischen den Seitenflächen und den Kopfflächen aller Zähne ausgebildet sind, Magnetsensoren, die so angeordnet sind, dass sie der Vielzahl der Zähne zum Ausgeben von Ausgabesignalen entsprechend einer Drehung des Drehelements gegenüberstehen, um dadurch einen Drehwinkel des Drehelements basierend auf den Ausgangssignalen zu ermitteln, und eine Drehmoment-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Drehmoments, das auf das Drehelement aufgebracht wird, basierend auf Signalen, die von den entsprechenden Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtungen abgegeben werden.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 eine Darstellung, die schematisch an den Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 eine Darstellung, die schematisch einen Drehstab, eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, jeweilige Zielzahnräder und Magnetsensoren bei der elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt;
  • 3 eine obere Draufsicht, die einen Bereich eines Beispiels des Zielzahnrads schematisch zeigt;
  • 4 einen Graph, der ein Ausgangssignal (oder eine Spannung) von den Magnetsensoren darstellt;
  • 5 eine obere Draufsicht, die einen Bereich eines anderen Beispiels des Zielzahnrades schematisch zeigt;
  • 6 eine obere Draufsicht, die einen Bereich eines noch weiteren Beispiels des Zielzahnrades schematisch zeigt; und
  • 7 eine obere Draufsicht, die einen Bereich eines Zielzahnrades einer Evolventenzahnform nach dem Stand der Technik schematisch zeigt.
  • Eine Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und eine Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei wird bei der folgenden Beschreibung die Erfindung für eine elektrische Servolenkung angewendet.
  • 1 ist eine Darstellung, die schematisch einen Aufbau eines wesentlichen Bereichs der elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt, die die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und die Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die elektrische Servolenkvorrichtung ist so an einem Kraftfahrzeug montiert, dass z.B. eine Lenkwelle 3 zwischen ein Lenkelement (oder Lenkrad 1) und ein Ritzel 2 zwischengesetzt ist. Die Lenkwelle 3 ist mit einem Drehstab 31 versehen, der in der Mitte der Lenkwelle 3 angeordnet ist, ist mit einer Eingangswelle 32 versehen, die als die erste Drehwelle wirkt und mit der Eingangsseite (oberen Seite) des Drehstabs 31 befestigt ist, und mit einer Ausgangswelle 33 versehen, die als eine zweite Drehwelle wirkt und mit der Ausgangsseite (unteren Seite) des Drehstabs 31 befestigt ist. Die Eingangswelle 32 und die Ausgangswelle 33 sind koaxial zueinander angeordnet und sind nicht direkt miteinander sondern über den Drehstab 31 verbunden.
  • Das Lenkelement 1 ist mit der Eingangswelle 32 so verbunden, dass die Drehung des Lenkelements 1 durch die Lenkbetätigung des Fahrers direkt auf die Eingangswelle 32 übertragen wird.
  • Ein Reduziergetriebemechanismus, der eine Schnecke 5 und ein Schneckenrad 4, das mit der Schnecke 5 in Eingriff ist, aufweist und ein Lenkunterstützungs-Elektromotor 6, der eine Ausgangswelle aufweist, auf welcher die Schnecke 5 integral damit drehbar montiert ist und durch eine Steuereinheit 21 gesteuert wird, sind mit der Ausgangswelle 33 verbunden. Die Drehung des Elektromotors 6 wird reduziert und als eine Lenkunterstützungskraft auf das Ritzel 2 übertragen. Die Drehung des Ritzels wird in Linearbewegungen einer Zahnstange 7 umgewandelt, um dadurch die gelenkten Räder 9 über linke und rechte Spurstangen 8 zu steuern. Der Reduziergetriebemechanismus und der Elektromotor 6 bilden eine Hilfslenkungseinheit zum Aufbringen der Lenkunterstützungskraft auf ein Lenksystem, der von dem Lenkelement zu den gelenkten Rädern 9 führt.
  • Die Eingangswelle 32 und die Ausgangswelle 33 sind mit Zielzahnrädern und magnetischen Sensoren versehen, welche in der Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und der Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung der Erfindung eingeschlossen sind, um Ausgangssignale entsprechend den Eingangs- und Ausgangswellen 32 und 33 abzugeben, welche sich entsprechend der Lenkbetätigung auf dem Lenkelement 1 drehen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist ein erstes Zielzahnrad 34 in einer Stirnradform so fest auf der Eingangswelle 32 montiert, dass sie sich zusammen drehen. Ein erstes Paar von Magnetsensoren A1 und B1 sind an solchen Positionen angeordnet, dass sie den Zähnen des Zielzahnrads 34 gegenüberstehen und in Umfangsrichtung beabstandet sind. In gleicher Weise sind das zweite und dritte Zielzahn rad 35 und 36 so fest an der Ausgangswelle 33 montiert, dass sie sich zusammen drehen. Ein Paar zweiter Magnetsensoren A2 und B2 sind an solchen Positionen angeordnet, dass sie den Zähnen des Zielzahnrads 35 gegenüberstehen und in der Umfangsrichtung beabstandet sind, und ein Paar von dritten Magnetsensoren A3 und B3 sind an solchen Positionen angeordnet, dass sie den Zähnen des Zielzahnrads 36 gegenüberstehen und in der Umfangsrichtung beabstandet sind.
  • Die ersten bis dritten Zielzahnräder 34 bis 36 sind in der Form eines Stirnrads ausgebildet, bei welchem eine Vielzahl von Zähnen aus einem magnetischen Material mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand in Umfangsrichtung hervorstehen. Die Zähnezahl des ersten Zielzahnrads 34 und des zweiten Zielzahnrads 35 sind mit N gleich (z. B. 36), und die Zähnezahl des dritten Zielzahnrads ist eine Primzahl (z. B. 35) (die keinen gemeinsamen Teiler außer 1 haben), für N.
  • Die Zähne der Zielzahnräder 34 bis 36 weisen Winkelbereiche an den beiden Endbereichen in Umfangsrichtung auf ihren Köpfen auf. Bei dem Stand der Technik sind die Zahnseitenflächen der Zielzahnräder 34 bis 36 in einer Evolventenkurve ausgebildet, so dass die beiden Endbereiche der Zahnköpfe nicht als Winkelbereiche ausgebildet sind, sondern mit einer sanften Krümmung ausgebildet sind, wobei aber diese Winkelbereiche bei der Erfindung ausgebildet sind. Als ein Ergebnis dessen kann die Zahnteilung direkt unter Bezugnahme auf jene Winkelbereiche gemessen werden, so dass die Zielzahnräder einfach kontrolliert werden können.
  • Mehr im Einzelnen, das Zielzahnrad 34 ist bogenförmig nicht nur an seinem Zahnkopf 71 sondern auch an seinem Lückengrund 72 ausgebildet, wie in 3 gezeigt ist. Die Zahnseitenflächen 73 sind eben ausgebildet. Die beiden Umfangsendbereiche 74 des Zahnkopfes 71, d.h., die Grenzlinien (oder Firstlinien) zwischen dem Zahnkopf 71 und den Zahnseitenflächen 73 sind als Winkelbereiche ausgebildet. Als ein Ergebnis dessen kann eine Zahnteilung L direkt unter Bezugnahme auf die beiden Winkelendbereiche 74 gemessen werden, wie in 3 gezeigt ist.
  • Dieses Zielzahnrad 34 kann einfach hergestellt werden, z.B. durch Unterwerfen einer Scheibe aus einem magnetischen Material einem Zahnradschneiden, einem Pressformen oder einer Sinterbehandlung unter Verwendung einer Fräsmaschine. Hierbei können die Zielzahnräder 35 und 36 in gleicher Weise hergestellt werden, so dass deren Beschreibung weggelassen wird.
  • Kehrt man zurück zu 1 und 2, sind die ersten bis dritten Magnetsensoren A1 und B1, A2 und B2 und A3 und B3, wie sie an solchen Positionen angeordnet sind, dass sie den ersten bis dritten Zielzahnrädern 34 bis 36 gegenüberstehen, in drei Stufen und zwei Reihen angeordnet und in einem Sensorgehäuse 10 aufgenommen. Dieses Sensorgehäuse 10 ist an einer vorbestimmen Position an der Fahrzeugkarosserie befestigt und kann einen Zwischenraum mit einem vorbestimmten Abstand zwischen den ersten bis dritten Zielzahnrädern 34 bis 36 und den ersten bis dritten Magnetsensoren A1 und B1, A2 und B2 und A3 und B3 einhalten. Hierbei sind das Paar von ersten Magnetsensoren A1 und B1 in dem Zustand angeordnet, dass sie voneinander beabstandet sind. In gleicher Weise ist das Paar zweiter Magnetsensoren A2 und B2 in einem solchen Zustand angeordnet, dass sie voneinander beabstandet sind, und das Paar dritter Magnetsensoren A3 und B3 sind in einem Zustand angeordnet, bei dem sie voneinander beabstandet sind.
  • Die jeweiligen Magnetsensoren A1 bis A3 und B1 bis B3 schließen Elemente ein, wie z.B. auf Basis eines magneto-resistiven Effekts arbeitenden Elemente (oder MR-Elemente), die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Widerstände aufweisen, die durch die Wirkung eines Magnetfelds verändert wird, so dass deren Ausgang periodisch sich ändernde Spannungssignale abgibt, deren Periode hauptsächlich durch den Abstand zwischen den benachbarten Zahnköpfen der gegenüberstehenden Zielzahnräder 34 bis 36 definiert wird. Wenn sich das erste Zielzahnrad 34 zusammen mit der Eingangswelle 32 in Übereinstimmung mit der Lenkbetätigung des Fahrers dreht, wird das Ausgangssignal in ein solches periodisches Signal überführt, wie es hauptsächlich dem Abstand zwischen den ersten Magnetsensoren A1 und B1 und den Zahnlücken entspricht, wenn es sich entsprechend der Änderung (oder Winkelversetzung) des Drehwinkels der Eingangswelle 32 und des Zielzahnrads 34 ändert. Wenn das zweite Zielzahnrad 35 sich zusammen mit der Ausgangswelle 33 dreht, wird das Ausgangssignal in ein solches periodisches Signal überführt, dass es hauptsächlich dem Abstand zwischen den zweiten Magnetsen soren 2 und B2 und den Zahnköpfen entspricht, der der Veränderung des Drehwinkels der Ausgangswelle 33 und dem Zielzahnrad 35 entspricht. Wenn das dritte Zielzahnrad 36 sich zusammen mit der Ausgangswelle 33 dreht, wird das Ausgangssignal in ein solches periodisches Signal überführt, dass es hauptsächlich dem Abstand zwischen den dritten Magnetsensoren A3 und B3 und den Zahnlücken entspricht, wenn es sich entsprechend der Änderung des Drehwinkels der Ausgangswelle 33 und des Zielzahnrads 36 ändert. Die Zahnräder, die die Form eines Stirnrads aufweisen (unter Bezugnahme auf 3), welche die zuvor erläuterte Zahnteilung L bewerkstelligen können, werden als die Zielzahnräder 34 bis 36 verwendet. Daher weist das periodische Signal keine Abweichung auf, so dass ein präziseres Ausgangssignal erzielt werden kann.
  • Darüber hinaus sind die ersten Magnetsensoren A1 und B1 in einem solchen beabstandeten Zustand angeordnet, dass ihre Ausgangssignale eine Phasendifferenz von π/2, z.B. im elektrischen Winkel, wie in 4 gezeigt ist, bilden können. In gleicher Weise sind die zweiten Magnetsensoren A2 und B2 in einem solchen beabstandeten Zustand angeordnet, dass ihre Ausgangssignale die Phasendifferenz von π/2 bilden können und dritten Magnetsensoren A3 und B3 sind in einem solchen beabstandeten Zustand angeordnet, dass ihre Ausgangssignale die Phasendifferenz von π/2 bilden. Durch eine solche Phasenverschiebung der Ausgangssignale kann, auch wenn nichtlineare Änderungen nachhaltig in Maximal- und in Minimalwerten der Ausgangswellenform erscheinen, die später beschriebene Steuereinheit 21, wenn das Signal einer der beiden Magnetsensoren A1 bis A3 und B1 bis B3 in dem nichtlinearen Bereich ist, das Signal der anderen Magnetsensoren in dem linearen Bereich verwenden, um dadurch zu verhindern, dass die jeweiligen Drehermittlungsgenauigkeiten der Eingangs- und Ausgangswellen 32 und 33 verschlechtert werden.
  • Die Steuereinheit 21 ist mit einer Operationseinheit 21a zum Ausführen einer vorbestimmten Rechenoperation mit den Ausgängen (welche verwendet werden, nachdem sie in digitale Signale durch die nicht gezeigten A/D-Wandler umgewandelt wurden, falls erforderlich, wie bei der nachfolgenden Beschreibung der Operationen) der ersten bis dritten Magnetsensoren A1 bis A3 und B1 bis B3 versehen, und ist mit einer Antriebssteuereinheit 21b zum Steuern des Antriebs des Elektro motors 6 auf der Basis der Operationsergebnisse der Operationseinheit 21a versehen. In diese Steuereinheit 21 wird das Signal einer Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 ermittelt wird, so dass die Steuereinheit 21 die Lenkkraft, die durch den Elektromotor 6 zu erzeugen ist, hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs festsetzt. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 21 mit einer (nicht gezeigten) Datenspeichereinheit versehen, die aus einem nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen aufgebaut ist, welcher in der Lage ist, nicht nur ein Programm oder tabellarisch angeordnete Informationen, die für die Antriebssteuerung des Elektromotors 6 erforderlich sind, im voraus zu speichern, sondern auch die Operationsergebnisse der jeweiligen Bereiche der Einheit 21 und die Informationen, die den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 angeben, zu speichern.
  • Die Operationseinheit 21a ist so gebildet, dass sie aufweist: Die Funktion einer Drehwinkel-Ermittlungseinheit zum Ermitteln der jeweiligen Drehwinkel der entsprechenden Eingangs- und Ausgangswelle 32 und 33 mit den Ausgangssignalen der Magnetsensoren A1 bis A3 und B1 bis B3, die Funktion einer Drehmoment-Ermittlungseinheit zum Ermitteln des Lenkmoments, das auf das Lenkelement 1 aufgebracht wird mit den jeweiligen Drehwinkeln, die durch den Drehwinkeldetektor ermittelt wurden, und die Funktion, das Lenkmoment und den Lenkwinkel, der auf das Lenkelement 1 aufgebracht wird, durch Berechnen mit den ermittelten jeweiligen Drehwinkeln zu ermitteln, um dadurch die Lenkunterstützungskraft, die von der Hilfslenkeinheit aufzubringen ist, auf der Basis des Lenkmoments und des ermittelten Lenkwinkels festzusetzen. Insbesondere ermittelt die Operationseinheit 21a die Ausgangssignale der Magnetsensoren A1 und B1 und A2 und B3 z.B. für eine vorbestimmte Abtastperiode, und erzielt die Drehwinkel der entsprechenden Eingangswelle 32 und Ausgangswelle 33, und ermittelt dann die Absolutwerte des relativen Drehwinkels der Eingangswelle 32 und Ausgangswelle 33, um dadurch das Lenkmoment und den Lenkwinkel, der auf das Lenkelement 1 aufgebracht wird, zu berechnen. Auf der Basis des Lenkmoments und berechneten Lenkwinkels setzt darüber hinaus die Operationseinheit 21a einen Befehlswert für den Elektromotor 6 fest und instruiert die Antriebssteuerungseinheit 21b. Hierbei wird die Operationseinheit 21a auch in die Lage versetzt, den Absolutwert des absoluten Drehwinkels der Ausgangswelle 33 zu ermitteln und das Lenkmoment und den Lenkwinkel unter Verwendung der Ausgangssignale der Magnetsensoren A3 und B3 zu berechnen.
  • Auf der Basis des Befehlswertes, der durch die Operationseinheit 21a angewiesen wird, speist die Antriebssteuereinheit 21b den Elektromotor 6 mit einem elektrischen Strom und treibt den Elektromotor 6 an. Als ein Ergebnis dessen kann die elektrische Servolenkvorrichtung dieser Ausführungsform die Lenkbetätigung des Fahrers ermitteln und die Lenkunterstützungskraft entsprechend der Betätigung aufbringen.
  • Die vorangegangene Beschreibung wurde für den Fall ausgeführt, bei dem Zahnräder einer Stirnradform, wie in 3 gezeigt ist, verwendet werden. Die Erfindung sollte jedoch nicht darauf beschränkt werden, sondern kann Zahnräder verwenden, wie sie z.B. in 5 gezeigt sind. Insbesondere die Zielzahnräder 34 bis 36 können solcher Art aufgebaut sein, dass ihre Zahnköpfe 81 bogenförmig sind, solcher Art, dass die Fläche, die zwischen den jeweiligen Zahnköpfen 81 vorhanden ist, eine bogenförmige Fläche 82 ist, welche radial ausgespart ist und keine Grenzlinie zwischen der Zahnseitenfläche und dem Lückengrund vorhanden ist und solcher Art aufgebaut sein, dass ihre beiden Umfangsendbereiche 83 des Zahnkopfes 81, nämlich die Grenzlinien (oder Firstlinien) zwischen dem Zahnkopf 81 und der bogenförmigen Fläche 82 als die Winkelbereiche ausgebildet sind. Hierbei können diese Zielzahnräder 34 bis 36 einfach durch Zahnradschneiden, Pressformen oder Sinterbehandlung unter Verwendung der Fräsmaschine hergestellt werden.
  • Darüber hinaus kann ein Zahnrad verwendet werden, wie in 6 gezeigt ist. Insbesondere können die Zielzahnräder 34 bis 36 solcher Art aufgebaut sein, dass nicht nur ihre Zahnköpfe 91 sondern auch ihr Lückengrund 92 bogenförmig ausgeführt sind, solcher Art, dass ihre Zahnseitenflächen 93 nach innen des Zahns in eine bogenförmige Form ausgespart sind, und solcher Art, dass deren beiden Umfangsendbereiche 94, nämlich die Grenzlinien (oder Firstlinien) zwischen dem Zahnkopf 91 und den Zahnseitenflächen 92 als Winkelbereiche ausgebildet sind. Hierbei können diese Zielzahnräder 34 bis 36 einfach durch Zahnradschneiden, Pressformen oder Sinterbehandlung unter Verwendung der Fräsmaschine hergestellt werden.
  • Bei der vorangegangenen Beschreibung wird die Erfindung für eine elektrische Servolenkvorrichtung verwendet, die die Hilfslenkeinheit zum Aufbringen der Lenkunterstützungskraft auf das Lenksystem mit dem Reduziergetriebemechanismus und dem Elektromotor 6 aufweist. Es sollten jedoch die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung und die Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung der Erfindung nicht darauf beschränkt werden, sondern diese können auch auf eine Vielzahl von Ermittlungsvorrichtungen zur Ermittlung des Drehwinkels eines Drehelementes oder des Drehmoments, das auf das Drehelement aufgebracht wird, verwendet werden. Die Erfindung kann außerdem z.B. für eine hydraulische Lenkunterstützungsvorrichtung zum Steuern von Hydraulikventilen auf der Basis des Lenkmoments verwendet werden.
  • Entsprechend der Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, sind die beiden Umfangsseitenendbereiche auf den Zahnköpfen als Winkelbereiche ausgebildet, so dass die vorgesehene Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung diese einfach überprüfen kann.
  • Besonders bei der Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung können in dem Fall, in dem die Seitenflächen jedes Zahns eben sind, oder in dem Fall, wo der Bereich zwischen den Zahnköpfen radial in eine bogenförmige Fläche ausgespart ist, die Herstellungskosten gedrückt werden, um den Preis der Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung auf vorteilhafte Weise zu senken.
  • Entsprechend der Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung nach der Erfindung ist die Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung so eingebaut, dass die Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung die vorgesehen ist, einfach überbrückt werden kann. Besonders in dem Fall, wo die Seitenflächen jedes Zahns eben ist oder in dem Fall, wo der Bereich zwischen den Zahnköpfen radial als die Bogenfläche ausgespart ist, wird der Preis der Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung ebenfalls auf vorteilhafte Weise gesenkt.

Claims (4)

  1. Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Zielzahnrad (34; 35; 36), das eine Stirnradform aufweist und zusammen mit einem Drehelement (32; 33) drehbar ist, wobei das Zielzahnrad einschließt eine Vielzahl von magnetischen Zähnen, die mit einer im wesentlichen gleichen Teilung (L) in einer Umfangsrichtung einer Achse des Drehelementes (32, 33) hervorstehen, wobei jeder der magnetischen Zähne durch ein Paar Seitenflächen (73; 83; 93) und eine Kopffläche (71, 81; 91) zwischen den Seitenflächen (73; 83; 93) in der Umfangsrichtung begrenzt sind, und Winkelbereiche, die an Grenzlinien zwischen den Seitenflächen (73; 83; 93) und den Kopfflächen (71; 81; 91) aller Zähne ausgebildet sind; und Magnetsensoren (A1, B1; A2, B2; A3, B3), die so angeordnet sind, dass sie der Vielzahl von Zähnen zum Abgeben von Ausgangssignalen entsprechend einer Drehung des Drehelements (32, 33) gegenüberstehen, um dadurch einen Drehwinkel des Drehelements (32; 33) basierend auf den Ausgangssignalen zu ermitteln.
  2. Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (73) eben sind.
  3. Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lückengrund und die entsprechenden Seitenflächen, welche zwischen den benachbarten beiden Zähnen angeordnet sind, eine bogenförmige Fläche (82) bilden, die radial ausgespart ist.
  4. Drehmoment-Ermittlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Rotationselement (3), das eine erste Drehwelle (32) und eine zweite Drehwelle (33), die axial mit der ersten Drehwelle (32) verbunden ist, einschließt, Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtungen, die jeweils auf der ersten und zweiten Drehwelle (32, 33) vorgesehen sind, wobei jede Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtung einschließt, ein Zielzahnrad (34; 35; 36), das eine Stirnradform aufweist und drehbar mit einem Drehelement (32; 33) verbunden ist, wobei das Zielzahnrad (34; 35; 36) einschließt, eine Vielzahl von magnetischen Zähnen, die mit einer im Wesentlichen gleichen Teilung in einer Umfangsrichtung einer Achse des Drehelementes (32; 33) hervorsteht, wobei jeder der magnetischen Zähne durch ein Paar Seitenflächen (73; 83; 93) und eine Kopffläche (71; 81; 91) zwischen den Seitenflächen (73; 83; 93) in der Umfangsrichtung begrenzt ist, und Winkelbereiche, die an Grenzlinien zwischen den Seitenflächen (73, 83; 93) und den Kopfflächen (71; 81; 91) aller Zähne ausgebildet sind, Magnetsensoren (A1, B1; A2, B2; A3; B3), die so angeordnet sind, dass sie der Vielzahl von Zähnen zum Abgeben von Ausgangssignalen entsprechend einer Drehung des Drehelements (32, 33) gegenüberstehen, um dadurch einen Drehwinkel des Drehelements (32, 33) basierend auf den Ausgangssignalen zu ermitteln, und eine Drehmoment-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Drehmoments, das auf das Drehelement (32; 33) basierend auf Signalen aufgebracht wird, das von den entsprechenden Drehwinkel-Ermittlungsvorrichtungen abgegeben wird.
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