DE19855064B4

DE19855064B4 - Lenkwinkelsensor

Info

Publication number: DE19855064B4
Application number: DE19855064A
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks; Frank BLÄSING; Ralf Böbel; Edward Ziebko
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-11-29
Also published as: DE19855064A1

Abstract

Optoelektronischer Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges umfassend eine Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codegeber (2, 11, 24) aufweisend eine beleuchtete Codespur (4, 12, 25) und mit einem aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sensorarray (7, 15, 23), wobei die Codespur (4, 12, 25) entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkelsegment an unterschiedlichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (7, 15, 23) abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsensor (1, 8, 22) über eine weitere optoelektronisch arbeitende Funktionseinheit vertilgt, die zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber (2, 20, 26) und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebautes Sensorarray (7, 15, 23) verfügt, wobei zum Erfassen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Erfassens von Lenkwinkeln bei Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen optoelektronischen Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges umfassend eine Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codegeber aufweisend eine beleuchtete Codespur und mit einem aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sensorarray, wobei die Codespur entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkelsegment an unterschiedlichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet ist.
Der Lenkwinkel bzw. der Lenkwinkeleinschlag bei Kraftfahrzeugen wird benötigt, um mit diesem Wert beispielsweise ein Fahrdynamikregelsystem beaufschlagen zu können. Ein solches Fahrdynamikregelsystem erhält neben den genannten Lenkwinkelwerten 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, beispielsweise der Bremsen und/oder des Motormanagements umgesetzt werden können.

Ein optoelektronischer Lenkwinkelsensor ist beispielsweise aus der DE 40 22 837 A1 bekannt. Der in diesem Dokument offenbarte Lenkwinkelsensor besteht aus zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordneten Elementen – einer Lichtquelle und einem Zeilensensor – sowie einer zwischen der Lichtquelle und dem Zeilensensor angeordneten Codescheibe, die drehfest mit der Lenkspindel verbunden ist. Als Zeilensensor ist eine CCD-Sensorzeile vorgesehen. Als Codierung ist bei dieser Codescheibe eine sich über 360° erstreckende archimedische Spirale vorgesehen. Über die Belichtung entsprechender Bildpunkte des Zeilensensors bei einem bestimmten Lenkeinschlag kann ein Aufschluß über den tatsächlichen Lenkwinkeleinschlag gewonnen werden.

Mit diesem Lenkwinkelsensor sind absolute Lenkwinkelstellungen im Bereich der Codierung und daher lediglich im Bereich von 360° bestimmbar. Lenkräder von Kraftfahrzeugen sind jedoch mehrfach um 360° drehbar, so daß es erwünscht ist, den Lenkwinkel absolut in einem Winkelbereich zu erfassen, der dem gesamten Drehbereich des Lenkrades entspricht. Mit dem vorbekannten Lenkwinkelsensor ist eine Winkelsegmenterfassung ausgehend von einer Geradeausstellung der Räder (= Nullstellung) in einem Bereich von 180° nach rechts und entsprechend in einem Bereich von 180° nach links möglich. Lenkräder von Kraftfahrzeugen sind beispielsweise drei Lenkradumdrehungen nach rechts und entsprechend drei Lenkradumdrehungen nach links ausgehend von der Nullstellung drehbar, so daß mit einem absolut messenden Lenkwinkelsensor 2160° zu erfassen sind.

Aus der DE 197 16 321 C1 ist ein Lenkwinkelsensor bekannt, mit dem eine Winkelerfassung über den gesamten Lenkraddrehbereich möglich ist. Bei diesem Lenkwinkelsensor erfaßt eine erste Funktionseinheit die Lenkradstellung in einem Winkelsegment von 360°. Die Winkelstellung des Lenkrades wird durch eine Erfassung der Position von einer als Rotor ausgebildeten Geberscheibe zugeordneten Schleifkontakten auf einer dieser zugeordneten Statorplatte mit entsprechend angeordneten Kontaktbahnen ermittelt. Über ein Schrittschaltwerk ist an die Drehbewegung dieser Codescheibe die Codescheibe einer weiteren Funktionseinheit ebenfalls mit Schleifkontakten arbeitend gekoppelt. Die Untersetzung des Schrittschaltwerkes ist dabei so gewählt, daß die untersetzte Codescheibe innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches maximal um 360° bewegt wird. Mit diesem Lenkwinkelsensor ist eine hochaufgelöste Erfassung des Lenkwinkels innerhalb eines Winkelsegmentes von 360° und mit der untersetzten Funktionseinheit eine Lokalisierung des 360°-Segmentes innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches möglich. Die Aussage, in welchem 360°-Segment sich die aktuelle Winkelstellung des Lenkrades befindet, wird durch die zweite Funktionseinheit bzw. durch die Positionierung der Codescheibe zu den Kontaktbahnen des Stators gespeichert, so daß der erfaßte Wert zur Initialisierung eines solchen Lenkwinkelsensorsystems verwendet werden kann.

Lenkwinkelsensorsysteme werden im Bereich der Lenkspindel des Kraftfahrzeuges angeordnet. Der in diesem Bereich zum Einbau eines solchen Lenkwinkelsensorsystems vorhandene Einbauraum ist sowohl in Achsrichtung und insbesondere auch in radialer Richtung beschränkt. Aus diesem Grunde ist man bemüht, Lenkwinkelsensorsysteme so auszugestalten, daß diese nur einen möglichst geringen Einbauraum benötigen.

Zur Verwirklichung der Rundenzählung benötigt der aus der DE 197 16 321 C1 bekannte Lenkwinkelsensor durch die Anordnung der Geberscheiben der beiden Funktionseinheiten in einer Ebene einen entsprechend großen Einbauraum, insbesondere in radialer Richtung zur Lenkachse.

Aus DE 196 38 911 A1 ist ein optoelektronischer Lenkwinkelsensor bekannt, der eine Absolutwertbestimmung des Lenkraddrehwinkels im gesamten Verdrehbereich des Lenkrades ermöglicht. Hierbei werden mehrere, auf einer Codescheibe spiralförmig zueinander angeordnete Codespuren verwendet, wobei über die gesamten Codespuren ein Maximalcode gelegt ist. Die Abtastung sämtlicher Codespuren erfolgt über ein Sensorelement. Aufgrund der Abtastung der Codescheibe mit einem einzigen Sensorelement kann dieser aus DE 196 38 911 A1 bekannte Lenkwinkelsensor auch an solchen Positionen im Kraftfahrzeug eingesetzt werden, in denen nur ein geringer Einbauraum zur Verfügung steht. Der Maximalcode zeichnet sich dadurch aus, dass er eine fortlaufende Codierung erhält, wobei schrittweise die Codeworte ausgelesen werden. Dies bedingt jedoch ein geringeres Auflösungsvermögen.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lenkwinkelsensor weiter zu bilden, mit dem nicht nur eine Bestimmung der absoluten Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches mit möglichst hoher Auflösung möglich ist, sondern der ebenfalls nur einen möglichst geringen Einbauraum benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lenkwinkelsensor über eine weitere optoelektronisch arbeitende Funktionseinheit verfügt, die zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebautes Sensorarray verfügt, wobei zum Erfassen der Codespuren der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber ein gemeinsames Sensorarray vorgesehen ist.

Der erfindungsgemäße Lenkwinkelsensor umfaßt zwei optoelektronisch arbeitende Funktionseinheiten, wobei eine Funktionseinheit zum Erfassen der Lenkwinkelstellung innerhalb eines Winkelsegmentes, beispielsweise 360° aus dem gesamten Lenkraddrehbereich und weitere Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches bzw. zum Erfassen desjenigen Winkelsegmentes bezogen auf den gesamten Lenkraddrehbereich, in dem sich die Winkelsegment-bezogene Codespur befindet, ausgelegt ist.

Der Lenkwinkelsensor umfaßt ein von beiden Funktionseinheiten gemeinsam genutztes Sensorarray, auf das die Codespuren der beiden Codegeber abgebildet werden. Das zumindest teilweise Verwenden gleicher Bauelemente für beide Funktionseinheiten hat eine entsprechende Reduzierung des benötigten Einbauraumes zur Folge. Entsprechendes gilt für eine verbesserte Nutzung der eingesetzten elektronischen Komponenten.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zusätzlich für beide Funktionseinheiten ein gemeinsames Geberelement mit unterschiedlichen Codespuren für die beiden Funktionseinheiten vorgesehen ist. Das Geberelement kann beispielsweise eine Codescheibe sein, bei der als Codespuren von innen nach außen größer werdende Spiralen vorgesehen sind, wobei die Spirale zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades in dem Winkelsegment sich beispielsweise über 360° erstrecken kann. Die Codespur für die weitere Funktionseinheit kann eine mehrgängige Spirale sein, wobei die Gangzahl dieser Codespur der Anzahl der möglichen vollen Lenkradumdrehungen entspricht. Die beiden Codespuren können nebeneinander angeordnet sein, so daß auf dem für beide Funktionseinheiten vorgesehenen gemeinsamen Sensorarray ein Sektor vorgesehen ist, auf dem die Codespur der einen Funktionseinheit abgebildet wird, und ein weiterer Sektor vorgesehen ist, auf dem die Codespur der anderen Funktionseinheit abgebildet wird. Die auf dem Codegeber angeordneten beiden Codespuren können jedoch auch so angeordnet sein, daß diese auf dem gleichen Bereich des Sensorarrays abgebildet werden und somit jeweils die gesamte Sensorarraybreite ausnutzen.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß als Codegeber für die Erfassung der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches ein eigenständiger Codegeber mit getrenntem Lichtpfad vorgesehen ist. Ein solcher, von dem Codegeber der anderen Funktionseinheit unabhängiger Codegeber kann beispielsweise dadurch realisiert sein, daß aus einem Lichtleitkörper seitlich Licht auf die photosensitive Oberfläche des Zeilensensors ausgekoppelt wird. Dabei ist vorgesehen, daß in den Lichtleiter durch eine entsprechende Blendenanordnung an Stellen Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, die von der jeweiligen Stellung des Lenkrades innerhalb seines Lenkraddrehbereiches abhängig sind. Als Codegeber der anderen Funktionseinheit kann eine Codescheibe mit einer eingängigen Schneckenspur vorgesehen sein. In einer solchen Anordnung belichten die Codespuren der beiden Funktionseinheiten denselben Bereich des Sensorarrays. Ferner kann vorgesehen sein, einen Lichtleitkörper, beispielsweise eine Lichtleitfaser an die Bewegung der Lenkachse zu koppeln, so daß in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Lenkachse der Lichtleitkörper dergestalt bewegt wird, daß sukzsessiv unterschiedliche Bereiche des Sensorarrays belichtet werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist ein Spiegel an die Drehbewegung der Lenkachse gekoppelt, so daß ein auf den Spiegel gerichteter Lichtstrahl entsprechend der Stellung der Lenkachse unterschiedliche Bereiche des Sensorarrays belichtet.

Eine Ausgestaltung des Lenkwinkelsensors, bei dem die beiden Codespuren auf demselben Sensorarraybereich abgebildet werden, ist insbesondere im Hinblick auf die benötigte Größe des Sensorarrays und seiner Nutzung zweckmäßig. Entsprechend geringer dimensioniert ist dementsprechend der Lenkwinkelsensor.

Insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei der die beiden unterschiedlichen Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demselben Sensorarraybereich, wobei bevorzugt der gesamte photosensitive Bereich des Sensorarray verwendet wird, abgebildet werden, kann bei Verwendung einer Anordnung mit gleichen Lichtpfaden für beide Funktionseinheiten eine codespurselektive Erfassung entweder im Wege einer unterschiedlichen Codierung der Beleuchtung der beiden Codespuren, beispielsweise Wellenlängen-abhängig, Helligkeits-abhängig oder auch Polarisationsabhängig oder bei Vennrendung getrennter Lichtpfade im Sinne einer alternierenden Erfassung der einen oder der anderen Codespur durchge führt werden. Bei einem Lenkwinkelsensor verwendend denselben Lichtpfad zum Abbilden der Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demselben Sensorarraybereich ist eine codespurselektive Erfassung neben der genannten physikalischen Trennung der Codespuren auch durch eine algorithmische Trennung der beiden Codespuren möglich. Eine solche Trennung läßt sich beispielsweise durch einen redundanten Informationscode erzielen, so daß auch bei einer gleichzeitigen Belichtung des Sensorarrays mit beiden Codespuren eine eindeutige Aussage zur Position der jeweiligen Codespur und somit zur Winkelstellung des Lenkrades möglich ist.

Bei Einsatz einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle für die Codegeber der beiden Funktionseinheiten zum Erzeugen der Codespuren kann bei Einsatz einer mehrgängigen Codespur zum Erfassen der Rundenzählung bzw. der Position des Winkelsegments innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs ein mechanisch auf einer als Führungsspiralspur ausgebildeten Codespur angeordneter Reiter vorgesehen sein, der bezüglich der Drehbewegung der Längsachse ortsfest ist und somit bei einer Drehbewegung der Längsachse in radialer Richtung zu dieser bewegt wird.

Das Lenkwinkelsensorsystem kann dergestalt betrieben werden, daß lediglich für die Initialisierung des Systems die Position des Winkelsegmentes, beispielsweise 360° innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches ertaßt wird. Die weitere Rundenzählung ausgehend von diesem erfaßten Initialwert läßt sich auch mit einer das 360°-Winkelsegment darstellenden Codespur durch Erfassen des Nulldurchganges (= Schneckenspursprung) verwirklichen.

Anstelle des vorstehend beschriebenen 360°-Winkelsegmentes für eine hoch auflösende Winkelsegmenterfassung können auch andere Winkelsegmente, etwa Codespuren, die sich beispielsweise über 180° oder über 90° erstrecken vorgesehen sein.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der Unteransprüche bzw. der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1a: einen schematisierten Querschnitt durch einen Lenkwinkel sensor,
1b: eine Draufsicht auf den Lenkwinkelsensor der 1,
2a: eine schematische, zum Teil geschnittene Ansicht eines weiteren Lenkwinkelsensors,
2b: der Lenkwinkelsensor der 2a in einer Ansicht gemäß der Schnitt- bzw. Ansichtslinie A-B und
3: eine schematische, zum Teil geschnittene Ansicht eines weiteren Lenkwinkelsensors.
Ein Lenkwinkelsensor 1 umfaßt eine Codescheibe 2, die drehfest an der Lenkachse 3 eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Die Codescheibe 2 ist transparent ausgebildet und weist als Codespuren von der Ebene der Codescheibe 2 abnagende Stege 4, 5 auf. Die Oberseite der Stege 4, 5 ist geschwärzt, so daß die Stege 4, 5 in der in 1 b gezeigten Draufsicht als Strichspuren erkennbar sind. Die Codespur 4 ist eine eingängige Spirale die sich über 360° erstreckt. Die Codespur 5 ist eine dreigängige Spirale 5. Beide Spiralen 4, 5 sind nebeneinander angeordnet.
Auf der von den Codespuren 4, 5 abgewandten Seite der Codescheibe 2 ist eine zeilenförmige Lichtquelle 6 zum Bestrahlen der in 1a gezeigten Unterseite der Codescheibe 2 angeordnet. Der Lichtquelle 6 auf der anderen Seite der Codescheibe 2 gegenüberliegend ist ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauter Zeilensensor 7, etwa eine CCD-Zeile angeordnet. Bei einer Beleuchtung der Codescheibe 2 durch die Lichtquelle 6 werden somit sämtliche Bildpunkte des Zeilensensors 7 belichtet, die nicht durch die den Zeilensensor 7 querenden Codespuren 4, 5 abgeschattet sind.
Der mehrgängigen Codespur 5 ist ein Reiter 8 zugeordnet, der einerseits an dem Steg 5 dieser Codespur geführt ist, so daß der Steg 5 gleichzeitig ein Führungssteg ist, und andererseits ortsfest bezüglich der Drehbewegung der Lenkachse 3 gehalten ist. Diese ortsfeste Anordnung läßt sich beispielsweise durch eine Führung des Reiters 8 an dem Zeilensensor 7 bzw. an der den Zeilensensor 7 tragende Platine (nicht dargestellt) reali sieren. Bei einer Drehbewegung der Lenkachse 3 bewegt sich dann der Reiter 8 in radialer Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Lenkachse 3 zu dieser hin oder von dieser weg.
Die Anzahl der Gänge der Codespur 5 ist so vorgesehen, daß damit der gesamte Lenkraddrehbereich, nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel drei volle Lenkradumdrehungen erfaßbar ist. Über die Stellung des Reiters 8, dessen zum Zeilensensor 7 gewandte Oberseite ebenfalls geschwärzt ist, ist eindeutig diejenige Runde erfaßbar, in der sich das 360°-Segment – die Codespur 4 – befindet.
Der durch die Codespur 4 auf dem Zeilensensor 7 abgeschattete Bereich wandert bei einer Drehung der Lenkachse 3 um 360° etwa über die halbe Längserstreckung des Zeilensensors 7. In diesem Sektor des Zeilensensors 7 ist eine hohe Auflösung hinsichtlich der Lage der Abschattung und somit eine hohe Genauigkeit hinsichtlich einer Winkelbestimmung der Lenkradstellung über 360° möglich. Der von der Codespur 4 nicht benutzte Sektor des Zeilensensors 7 dient zur Erfassung der Abschattung der Codespur 5 sowie derjenigen des Reiters 8. In diesem Zeilensensorsektor wird nunmehr der gesamte Lenkraddrehbereich (hier: 1.080°) erfaßt. Entsprechend geringer ist das Auflösungsvermögen dieser Winkelerfassung. Eine Winkelerfassung in diesem Bereich ist jedoch lediglich zur Bestimmung der Lage des 360°-Segmentes der Codespur 4 innerhalb der insgesamt möglichen Lenkradumdrehungen vorgesehen, so daß eine hohe Auflösung gar nicht benötigt wird.
Aus der Draufsicht der 1b wird deutlich, daß die Codespur 4 bzw. die Codespur 5 mit dem Reiter 8 bei einer Beleuchtung unterschiedliche, sich nicht überschneidende Sektoren des Zeilensensors 7 abschatten.
Ein weiterer Lenkwinkelsensor 9 ist in 2a dargestellt. Der Lenkwinkelsensor 9 umfaßt eine drehfest mit der Lenkachse 10 verbundene Codescheibe 11, die als Lichtschlitzscheibe ausgebildet ist und als Codierung eine sich über 360° erstreckende eingängige Spirale 12 aufweist. Auf der einen Seite der Codescheibe 11 ist ein Lichtleitkörper 13 angeordnet, dessen auskoppelseitiges Ende radial zur Lenkachse 10 als zeilenförmige Lichtquelle zum Bestrahlen der Oberseite der Codescheibe 11 angeordnet ist. Die Länge des auskoppelseitigen Endes des Lichtleitkörpers 13 ist so bemessen, daß dadurch die Codespur 12 in jeder ihrer Stellungen beleuchtet werden kann. Auf der dem Lichtleitkörper 13 gegenüberliegenden Seite der Codescheibe 11 ist auf einer Platine 14 ein Zeilensensor 15 angeordnet, dessen photosensitive Oberfläche radial zur Lenkachse 10 und mit dem auskoppelseitigen Ende des Lichtleitkörpers 13 fluchtend angeordnet ist. Die Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades in dem 360°-Segment der Codescheibe 11 umfaßt somit den Lichtleitkörper 13, die Codescheibe 11 und den Zeilensensor 15.
Die zweite, dem Lenkwinkelsensor 9 zugeordnete Funktionseinheit besteht aus einer auf der Platine 14 angeordneten Lichtquelle 16 (vgl. 2b), deren Licht in einen ersten Lichtleitkörper 17 eingekoppelt wird. Der erste Lichtleitkörper 17 ist von einem zweiten Lichtleitkörper 18 durch einen Spalt 19 getrennt. Die Lichtleitkörper 17, 18 weisen, wie aus 2a ersichtlich, eine rechtwinklige Form auf. Die Lichtleitkörper 17, 18 sind mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längserstreckung des Zeilensensors 15 angeordnet. Das auskoppelseitige Ende des Lichtleitkörpers 18 ist zum winkligen Auskoppeln der Lichtstrahlen zur photosensitven Oberfläche des Zeilensensors 15 hin ausgebildet. In dieser Ausgestaltung behindert der Lichtleitkörper 18 den Strahlengang der Codespur 12 nicht.
In dem Spalt 19 ist eine Blende 20 mit einer Blendenöffnung 21 in radialer Richtung bezüglich der Lenkachse 10 beweglich angeordnet. Die nicht näher dargestellte getriebliche Kopplung der Blende 20 an die Drehbewegung der Lenkachse 10 ist dergestalt ausgebildet, daß beim Drehen der Lenkachse 10 in die eine oder in die andere Richtung entsprechend die Blende 20 in die eine oder andere Richtung radial zur Lenkachse 10 bewegt wird. Mit der Bewegung der Blende 20 wird die Blendenöffnung 21 mitbewegt, so daß nur im Bereich der Blendenöffnung 21 Licht in den zweiten Lichtleitkörper 18 eingekoppelt wird. Da das auskoppelseitige Ende des zweiten Lichtleitkörpers 18 so ausgebildet ist, daß die daraus ausgekoppelten Lichtstrahlen die photosensitive Oberfläche des Zeilensensors 15 belichten, wandert dieser ausgekoppelte Lichtstrahl entsprechend der Bewegung der Lenkachse 10 auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 15.
3 zeigt einen weiteren Lenkwinkelsensor 22, bei dem die Codespuren der beiden Funktionseinheiten über denselben Lichtpfad auf der pho tosensitiven Oberfläche eines Zeilensensors 23 abgebildet werden. Der Lenkwinkelsensor 22 ist ähnlich aufgebaut wie der zu den 2a und 2b beschriebene Lenkwinkelsensor 9. Im Unterschied zu der Codescheibe 11 des Lenkwinkelsensors 9 ist die Codescheibe 24 transparent ausgebildet. Die darauf als eingängige Spirale angeordnete Codespur 25 ist als roter Farbfilter ausgebildet. Zwischen der Codescheibe 24 und dem Zeilensensor 23 ist in den Strahlengang ein Grünfilter 26 eingeschaltet, der entsprechend der Pfeilrichtungen der 3 an die Drehbewegung der Lenkachse entsprechend der Blende 20 des Lenkwinkelsensors 9 gekoppelt ist. Auf der dem Zeilensensor 23 gegenüberliegenden Seite der Codescheibe 24 ist ein Lichtleitkörper 28 angeordnet, der entsprechend dem Lichtleitkörper 13 des Lenkwinkelsensors 9 zum Zeilensensor 23 ausgerichtet ist.
Zum Betrieb des Lenkwinkelsensors 22 wird das Licht eines Rot-Grün-LEDs in nicht näher dargestellter Art und Weise in den Lichtleitkörper 28 alternierend eingekoppelt. Je nach dem, ob rotes oder grünes Licht in den Lichtleitkörper 28 eingekoppelt wird, ist entweder die als Rotfilter ausgebildete Codespur 25 oder die durch den Grünfilter 26 gebildete Codespur als Abschattung auf der photosensitiven Oberfläche des Zeilensensors 23 detektierbar. In 3 ist die Beleuchtungssituation bei einer rot-Beleuchtung des Lichtleitkörpers 28 dargestellt. In dieser Situation ist die Position der Codescheibe 24 im gesamten Lenkraddrehbereich bestimmbar. Bei dem Lenkwinkelsensor 22 werden unter Benutzung desselben Lichtpfades die Codespuren der beiden Funktionseinheiten auf demselben Bereich des Sensorarrays 23 abgebildet. Dabei wird die gesamte Zeilenlänge ausgenutzt.
Anstelle der in 3 dargestellten physikalischen Trennung der beiden Codespuren durch Einsatz unterschiedlicher Wellenlängen und entsprechender Farbfilter, kann ebenfalls vorgesehen sein, die beiden Farbfilter durch in unterschiedlichen Ebenen wirkende Polarisationsfilter zu ersetzen, wobei bei einer solchen Ausgestaltung entsprechend polarisiertes Licht in den Lichtleitkörper eingekoppelt wird. Ferner kann eine solche physikalische Trennung der beiden Codespuren bei Einsatz einer alternierenden Beleuchtung durch eine unterschiedliche Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der abzubildenden Codespur erzielt werden, wobei entsprechende Graufilter zum Darstellen der Codespuren eingesetzt sind.
Bei den Lenkwinkelsensoren 9, 22 wird von den jeweils beiden Funktionseinheiten die gesamte Länge des Zeilensensors 15, 23 benutzt. Zum Zuordnen der mit dem Zeilensensor 15, 23 erfaßten Codespuren der einen oder der anderen Funktionseinheit kann vorgesehen sein, durch alternierende Beleuchtung die beiden Lichtpfade abwechselnd zu aktivieren. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich zur Initialisierung des Lenkwinkelsensors 9 eine alternierende Beleuchtung einzusetzen.
Bei den in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen sind als Geberelemente Codescheiben beschrieben worden. Anstelle von Codescheiben können jedoch auch andere Geberelemente eingesetzt sein, wie beispielsweise Walzen, die konzentrisch die Lenksäule umgebend angeordnet sind, und beispielsweise schraubenlinienförmige Codespuren aufweisen. Anstelle der beschriebenen analogen Codespuren sind ebenfalls digital codierte einsetzbar.

1: Lenkwinkelsensor
2: Codescheibe
3: Lenkachse
4: Codespur, Steg
5: Codespur, Steg
6: Lichtquelle
7: Zeilensensor
8: Reiter
9: Lenkwinkelsensor
10: Lenkachse
11: Codescheibe
12: Schneckenspur
13: Lichtleitkörper
14: Platine
15: Zeilensensor
16: Lichtquelle
17: Lichtleitkörper, erster
18: Lichtleitkörper, zweiter
19: Spalt
20: Blende
21: Blendenöffnung
22: Lenkwinkelsensor
23: Zeilensensor
24: Codescheibe
25: Codespur, Rotfilter
26: Codespur, Grünfilter
27: Lenkachse
28: Lichtleitkörper

Claims

Optoelektronischer Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges umfassend eine Funktionseinheit zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegmentes aus dem gesamten Lenkraddrehbereich mit einem an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codegeber (2, 11, 24) aufweisend eine beleuchtete Codespur (4, 12, 25) und mit einem aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebauten Sensorarray (7, 15, 23), wobei die Codespur (4, 12, 25) entsprechend der Stellung des Lenkrades in dem Winkelsegment an unterschiedlichen Stellen auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (7, 15, 23) abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsensor (1, 8, 22) über eine weitere optoelektronisch arbeitende Funktionseinheit vertilgt, die zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehen ist und über einen an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten beleuchteten Codegeber (2, 20, 26) und über ein aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Wandlerelementen aufgebautes Sensorarray (7, 15, 23) verfügt, wobei zum Erfassen der Codespuren (4, 5; 12, 21; 25, 26) der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber (2; 12, 20; 24, 26) ein gemeinsames Sensorarray (7, 15, 23) vorgesehen ist.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (4, 5) der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber (2) auf unterschiedlichen Sektoren der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (7) abgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (12, 21; 25, 26) der jeweils einer Funktionseinheit zugeordneten Codegeber (11, 20; 24, 26) in demselben Sektor des Sensorarrays (15, 23) abgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (12, 21) der beiden Funktionseinheiten über getrennte Lichtpfade auf dem Sensorarray (15) abgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (25, 26) der beiden Funktionseinheiten über denselben Lichtpfad auf dem Sensorarray (23) abgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren (12, 21; 25, 26) der beiden Funktionseinheiten physikalisch getrennt auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespuren der beiden Funktionseinheiten gleichzeitig auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abgebildet und durch eine Codierung voneinander unterscheidbar sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Codegeber (25, 26) der beiden Funktionseinheiten zu ihrer Codierung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt sind und die Codegeber als Farbfilter ausgebildet sind.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Codegeber eine transparente Codescheibe (2) vorgesehen ist, auf der die Codespuren (4, 5) dunkle Strichstrukturen darstellen und die Codespuren (4, 5) der beiden Codegeber von innen nach außen hin größer werdende Spiralen sind, wobei sich die Schnekkenspur (4) des Codegebers der zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des Winkelsegmentes vorgesehenen Funktionseinheit über 360° erstreckt und die Codespur (5) des Codegebers der zum Erfassen der Winkelstellung der Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereichs vorgesehenen Funktionseinheit eine mehrgängige Schneckenspur mit einer vom aktuellen Winkelsegment abhängigen Codespurkennzeichnung (8) ist.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespurkennzeichnung durch ein bezüglich der Drehbewegung der Lenkachse (3) ortsfesten Reiter (8) dargestellt ist, der auf einer dem Codegeber (2) zugeordneten mehrwendeligen Führungsspirale (5) geführt ist, so daß der Reiter (8) bei einer Drehbewegung der Lenkachse (3) in radialen Richtungen zu dieser bewegt wird.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Codespur zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkwinkeldrehbereichs schrägwinklig auf die photosensitive Oberfläche des Sensorarrays (15) aus einem Lichtleiterkörper (18) ausgekoppelt ist.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtpfad des aus dem Lichtleitkörper (18) ausgekoppelten Lichtstrahls eine Blendenanordnung (20) eingeschaltet ist, die getrieblich an die Bewegung des Lenkrades gekoppelt ist, so daß in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkwinkeldrehbereiches der die Codespur darstellende Lichtstrahl an unterschiedlichen Stellen aus dem Lichtleitkörper (18) ausgekoppelt wird.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Codespur auskoppelnde Lichtleitkörper getrieblich an die Drehbewegung der Lenkachse gekoppelt ist.