WO2004005857A1 - Device for measuring the steering rack path of a motor vehicle steering system - Google Patents

Device for measuring the steering rack path of a motor vehicle steering system Download PDF

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WO2004005857A1
WO2004005857A1 PCT/EP2003/007172 EP0307172W WO2004005857A1 WO 2004005857 A1 WO2004005857 A1 WO 2004005857A1 EP 0307172 W EP0307172 W EP 0307172W WO 2004005857 A1 WO2004005857 A1 WO 2004005857A1
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WO
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handlebar
magnetic field
steering
sensor
generating means
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PCT/EP2003/007172
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Andreas Schirling
Achim Netz
Sighard SCHRÄBLER
Norman Muth
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co.Ohg
Jungbecker, Johann
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Publication date
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    • G01D2205/80—Manufacturing details of magnetic targets for magnetic encoders

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system, which has a steering actuation device and a handlebar operatively connected to it, which is essentially linearly movable and pivots the wheels into a desired position via further elements, such as tie rod and tie rod lever.
  • the handlebar is usually designed as a rack (rack and pinion power steering).
  • vehicle steering systems are known in which the steering actuation device and the steered vehicle wheels are only coupled via a controlled system and wherein there is no longer a mechanical connection between the steering handwheel and the vehicle wheels.
  • the steerable vehicle wheels are then adjusted by an electromechanical actuator that moves the handlebar linearly and swivels the wheels into the desired position via additional elements such as tie rod and tie rod lever (electro-mechanical steering).
  • the object of the invention is to provide a device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system that works safely and reliably.
  • handlebar is to be interpreted very broadly and includes, for example, one-piece handlebars and the parts of multi-part, in particular two-part, handlebars.
  • one or more field generating means are provided in the area of the handlebar, which have a plastic-bound permanent magnetic material as material and a magnetic field line course and / or magnetic field strength course according to the vernier principle.
  • At least one sensor module which has at least one magnetic field sensor and at least one sensor circuit, and which converts the magnetic field line course or magnetic field strength course into further processable output signals, which indicate a linear path change or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis, is arranged in a stationary manner adjacent to the handlebar.
  • the sensor module is preferably arranged in a stationary manner at a distance of 0 to approximately 2 mm. This ensures a safe but non-contact sensing.
  • the term "stationary" here means that the sensor module always remains in the same place - even during a steering movement - while the handlebar performs a linear movement when the steering is operated.
  • the vernier is applied to the absolute measurement of the path on the plastic-bonded permanent magnetic material, i.e. magnetized.
  • the field generation means extend along the longitudinal axis of the handlebar and are positively connected to the handlebar.
  • the positive connection is established by adapting an elongated field generating means to an at least approximately circular cross section of the handlebar.
  • the field generating means preferably with an at least approximately hollow cylindrical cross section, is fitted into an axial recess in the handlebar.
  • the handlebar is a substantially cylindrical rod and the field generating means is a substantially hollow cylindrical tube, which is arranged outside the handlebar and which preferably overlaps at least the length that the handlebar is moved in both directions at full deflection.
  • the positive connection with the field generating means is then preferably produced by surrounding, in particular overmolding or spraying on a layer or wrapping, the handlebar with the field generating means in the form of a powdery, plastic-bonded permanent magnetic material.
  • the “overmolding” or “spraying” here means a process in which the powdery, plastic-bonded permanent magnetic material is applied to the surface of the handlebar by means of an anisotropic spraying process and either simultaneous or subsequent magnetization. This measure allows the permanent magnetic material to be applied and magnetized onto the handlebar in a relatively simple technical manner, a secure connection between the material and handlebar being possible.
  • At least one magnetoresistive magnetic field sensor is used. Accordingly, sensors are used that work according to the AMR principle and use the anisotropic magnetoresistive effect.
  • the sensor module is arranged in a stationary manner on an axle steering module or on a carrier arranged on an axle steering module, the sensor module preferably being mechanically detachably connected to the axle steering module or the carrier.
  • At least two magnetic field sensors are provided, whereby a redundant function is ensured and the at least two Magnetic field sensors either tap the magnetic field of a common field generating means or some or all sensors tap the magnetic field of a field generating means specifically assigned to a magnetic field sensor.
  • the redundant function can either be fully redundant, partially redundant or also two or more redundant, so that in the event of a failure or a malfunction of a sensor or a sensor circuit, a duplicate element takes over the function of the failed or faulty element or detects its malfunction and possibly detects it. reports to a monitoring device.
  • the sensor module is arranged in a ring around the handlebar.
  • an independent device according to the invention is provided for each steerable wheel, which is preferably itself redundant.
  • the invention is preferably used for electromechanical steering.
  • the device according to the invention for measuring the handlebar travel is shown in more detail by way of example with reference to FIGS. 1 to 4.
  • Show it: 1 shows the device according to the invention for measuring the handlebar travel of an electromechanical vehicle steering in a schematic illustration
  • FIG. 2 shows a schematic, perspective illustration of a longitudinal section through the handlebar in the region of the sensor module
  • FIG. 3 shows the sensor module shown in FIG. 2 in an enlarged view
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a longitudinal section through the handlebar in the area of the sensor module in an enlarged view.
  • Fig. 1 shows an electromechanical vehicle steering with the inventive device for measuring the handlebar travel in a schematic representation.
  • the driver operates the steering handwheel 23 or a similar control, e.g. a sidestick with which he can specify his direction of travel.
  • the steering handwheel 23 or a similar control, e.g. a sidestick with which he can specify his direction of travel.
  • Desired direction of travel is recorded redundantly by sensors and communicated to a central control unit 14.
  • actuation force simulator 18 the driver receives haptic feedback when the steering is actuated.
  • This preferably electromechanical actuation force simulator 18 is controlled by the central control unit 14.
  • the driver's request is evaluated in the central control unit 14, converted into a steering angle (setpoint) for an actuating unit 13 and supplied to the actuating unit via data transmission lines 16, 17.
  • the actuator 13 then pivots by moving the Handlebar 15, the wheels 19a, 19b in accordance with the driver's request.
  • the current actual value of the wheel position of the steerable wheels is determined by a device according to the invention for measuring the handlebar travel with a sensor module 22, which scans magnetically active areas in a plastic-bonded magnetic powder assigned to the device according to the invention, arranged on or in the handlebar 15, and converted into further processable output signals ,
  • the output signals which indicate a linear path change dx 20 or the position of the steering rod 15 within the electromechanical axle steering module 13 in the direction of its longitudinal axis, are via the
  • axle steering module 13 also has two independent motor modules for longitudinal adjustment of the handlebar 15.
  • the electronic units of the motor modules are also redundant. If an actuator and / or electronics unit fails, the motor module / electronics unit, which is still intact, takes over the steering function.
  • the handlebar travel is recorded redundantly by the sensor module • 22.
  • FIGS. 2 shows the handlebar in the area of the sensor module in a perspective view
  • FIG. 3 shows the sensor module
  • FIG. 4 shows the handlebar in the area of the sensor module in a longitudinal section.
  • the device for measuring the handlebar travel has a sensor module 2, an electronics unit 6, and a plastic-bonded magnetic powder 4 surrounding the handlebar 3, which is arranged within a protective tube 5.
  • the electronics unit 6 is directly integrated in the sensor module 2.
  • the plastic-bonded magnetic powder 4 is advantageously incorporated into the handlebar 3.
  • the path measurement takes place via a relative movement between sensors, preferably MR sensors 7, and magnetic strips 8, which are applied to the plastic-bonded magnetic powder 4.
  • the handlebar 3 is designed so that the plastic-bonded magnetic powder 4 can be integrated into it.
  • the plastic-bonded magnetic powder 4 is preferably placed in the form of a mat around the handlebar 3 and glued to it.
  • the handlebar is surrounded by a cage, which is sprayed with the plastic-bonded magnetic powder 4.
  • the cross section of the handlebar 3 is changed only slightly. As a result, the handlebar 3 can be made smaller or it offers more security.
  • the sensor module 2 consists of an annular plate 9, which is positioned radially to the handlebar 3.
  • the MR sensors 7 are preferably applied directly (vertically) to the circuit board 9. To clearly identify an error that occurs detect and keep the measuring system functional, two MR sensors are required for each magnetic strip vernier 10. The two sensors are preferably combined into one. This results in advantages in terms of installation space.
  • the electronics 6 required for the MR sensors 7 are preferably applied to the same circuit board 9. This can be done between the sensors 7 and / or on the back of the board 9.
  • the circuit board 9 with the MR sensors 7 and the electronics 6 mounted thereon is preferably surrounded by a plastic housing 11.
  • Two interfaces are to be provided in the plastic housing 11 in order to enable redundant contacting of the MR sensors 7 or their electronics 6. This is preferably done via two connector strips 12, which are arranged radially offset by 180 °.
  • the sensor module is preferably provided with a clamping mechanism. This enables the sensor module 2 to be axially locked in the EML.
  • Magnetic strips 8 in the form of nonies with different magnetic polarization distances are applied to the plastic-bonded magnetic powder 4. This is preferably achieved with a magnetizing head that moves once over the complete handlebar 3.
  • 3 nonies are advantageously applied. This enables the position to be clearly determined at every point.
  • the measuring system is designed redundantly. That means that at in the event of a malfunction, the position measuring system remains operational.
  • the handlebar is preferably after the magnetization
  • the invention advantageously allows a higher level of safety to be achieved with a comparatively low weight of the device.
  • the system can also be manufactured with relatively large manufacturing tolerances and without setting options.
  • the electromechanical steering can be assembled and installed first. Because the zero position can be calibrated at any time without great effort.
  • Use steering actuation device in particular the steering wheel, input signal for a vehicle control system, in particular a vehicle dynamics control ESP.

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Abstract

The invention relates to a device for measuring the steering rack path of a motor vehicle steering system, which has a steering actuation device and a steering rack actively connected thereto. Said steering rack can be displaced in an essentially linear manner and pivots the wheels into a desired position via additional elements such as a steering tie rod and a steering knuckle arm. One or more field-producing means are provided in the vicinity of the steering rack, the material thereof consists of a plastic-bonded permanent-magnetic material, and has/have a course of the magnetic field line and/or course of the magnetic field intensity according to the Nonius principle. In addition, at least one sensor module is mounted in a fixed manner next to the steering rack, has at least one magnetic field sensor and at least one sensor switching circuit, and transforms the course of the magnetic field line or course of the magnetic field intensity into output signals, which can be processed further and which indicate a linear path change or the position of the steering rack in the direction of its longitudinal axis.

Description

Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung Device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung, die eine Lenkbetätigungseinrichtung und eine damit wirkverbundene Lenkstange aufweist, die im wesentlichen linear bewegbar ist und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in eine gewünschte Stellung verschwenkt.The invention relates to a device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system, which has a steering actuation device and a handlebar operatively connected to it, which is essentially linearly movable and pivots the wheels into a desired position via further elements, such as tie rod and tie rod lever.
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkhandrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Lenkstange ist hier meist als eine Zahnstange ausgebildet (Zahnstangen-Servolenkung) .Today's motor vehicles, in particular passenger cars, are generally equipped with hydraulic power steering systems, in which a steering handwheel is mechanically coupled to the steerable vehicle wheels. The handlebar is usually designed as a rack (rack and pinion power steering).
Ferner sind Fahrzeuglenkungen bekannt, bei denen die Lenkbetätigungseinrichtung und die gelenkten Fahrzeugräder nur über eine Regelstrecke gekoppelt sind und wobei eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und den Fahrzeugrädern nicht mehr vorliegt. Die lenkbaren Fahrzeugräder werden dann durch ein elektromechanisches Stellaggregat verstellt, welches die Lenkstange linear bewegt und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in die gewünschte Stellung verschwenkt (elektro echanische Lenkung) .Furthermore, vehicle steering systems are known in which the steering actuation device and the steered vehicle wheels are only coupled via a controlled system and wherein there is no longer a mechanical connection between the steering handwheel and the vehicle wheels. The steerable vehicle wheels are then adjusted by an electromechanical actuator that moves the handlebar linearly and swivels the wheels into the desired position via additional elements such as tie rod and tie rod lever (electro-mechanical steering).
Zur Messung der Stellung der Fahrzeugräder kann die Lage der Lenkstange bzw. der Lenkstangenteile -bei einer geteilten Lenkstange- im Stellaggregat oder Achslenkmodul ermittelt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung bereitzustellen, der sicher und zuverlässig arbeitet.To measure the position of the vehicle wheels, the position of the handlebar or handlebar parts - with a divided handlebar - can be determined in the actuator or axle steering module. The object of the invention is to provide a device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system that works safely and reliably.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den ünteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features of the independent claims. Particularly advantageous refinements are specified in the subordinate claims.
Der Begriff „Lenkstange" ist erfindungsgemäß sehr weit aufzufassen und umfasst z.B. einteilige Lenkstangen sowie die Teile von mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Lenkstangen.According to the invention, the term “handlebar” is to be interpreted very broadly and includes, for example, one-piece handlebars and the parts of multi-part, in particular two-part, handlebars.
Nach der Erfindung ist es demnach wesentlich, dass im Bereich der Lenkstange ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die ein kunststoffgebundenes permanentmagnetisches Material als Werkstoff und einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf nach dem Nonius-Prinzip aufweisen. Benachbart zu der Lenkstange ist mindestens ein Sensormodul ortsfest angeordnet, das mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen Sensorschaltkreis aufweist und das den Magnetfeldlinienverlauf bzw. Magnetfeldstärkeverlauf in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformt, die eine lineare Wegänderung bzw. die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen.According to the invention, it is therefore essential that one or more field generating means are provided in the area of the handlebar, which have a plastic-bound permanent magnetic material as material and a magnetic field line course and / or magnetic field strength course according to the vernier principle. At least one sensor module, which has at least one magnetic field sensor and at least one sensor circuit, and which converts the magnetic field line course or magnetic field strength course into further processable output signals, which indicate a linear path change or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis, is arranged in a stationary manner adjacent to the handlebar.
In Nachbarschaft zu der Lenkstange bedeutet hier direkt neben oder um die Lenkstange herum mit einem bestimmten Abstand. Vorzugsweise ist das Sensormodul in einem Abstand von 0 bis ca. 2 mm ortsfest angeordnet. Damit ist eine sichere, aber berührungslose Sensierung gewährleistet. Der Begriff „ortsfest" bedeutet hier, dass das Sensormodul - auch bei einer Lenkbewegung- immer am selben Ort bleibt, während die Lenkstange eine Linearbewegung bei einer Lenkungsbetätigung durchführt.In the vicinity of the handlebar means here directly next to or around the handlebar with a certain distance. The sensor module is preferably arranged in a stationary manner at a distance of 0 to approximately 2 mm. This ensures a safe but non-contact sensing. The term "stationary" here means that the sensor module always remains in the same place - even during a steering movement - while the handlebar performs a linear movement when the steering is operated.
Der Nonius wird zur Absolutmessung des Wegs auf dem kunststoffgebundenen permanentmagnetischen Material aufgebracht, d.h. aufmagnetisiert . Hiermit ist gemeint, dass das Felderzeugungsmittel mit zwei oder mehr Spuren magnetisiert wird, die aus magnetischen Polen in einem festen Abstand zueinander bestehen. Durch die Wahl unterschiedlicher Polabstände der mehreren Spuren, kann das Produkt der Polabstände als messbare Länge ermittelt werden.The vernier is applied to the absolute measurement of the path on the plastic-bonded permanent magnetic material, i.e. magnetized. This means that the field generating means is magnetized with two or more tracks that consist of magnetic poles at a fixed distance from one another. By choosing different pole distances of the several tracks, the product of the pole distances can be determined as a measurable length.
Die Auswertung dieser Spuren erfolgt vorteilhaft durch mindestens einen Sensor pro Spur. Durch geeignete Polabstände und Spurenanzahl wird der gesamte Spurstangenweg analog erfasst.These tracks are advantageously evaluated by at least one sensor per track. The entire tie rod travel is recorded analogously by suitable pole spacings and number of tracks.
Erfindungsgemäß erstrecken sich das oder die Felderzeugungsmittel entlang der Längsachse der Lenkstange und sind formschlüssig mit der Lenkstange verbunden.According to the invention, the field generation means extend along the longitudinal axis of the handlebar and are positively connected to the handlebar.
Es ist vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Anpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels an einem zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt der Lenkstange. Dazu wird das Felderzeugungsmittel mit vorzugsweise einem zumindest annähernd hohlzylinderförmigen Querschnitt in eine axiale Ausnehmung der Lenkstange eingepasst. Mit anderen Worten ist die Lenkstange eine im wesentlichen zylinderförmige Stange und das Felderzeugungsmittel ein im wesentlichen hohlzylinderförmiges Rohr, das außerhalb der Lenkstange angeordnet ist und die sich vorzugsweise mindestens über die Länge erstreckt, die die Lenkstange bei Vollausschlag in beide Richtungen bewegt wird.It is provided that the positive connection is established by adapting an elongated field generating means to an at least approximately circular cross section of the handlebar. For this purpose, the field generating means, preferably with an at least approximately hollow cylindrical cross section, is fitted into an axial recess in the handlebar. In other words, the handlebar is a substantially cylindrical rod and the field generating means is a substantially hollow cylindrical tube, which is arranged outside the handlebar and which preferably overlaps at least the length that the handlebar is moved in both directions at full deflection.
Nach der Erfindung wird die formschlüssige Verbindung mit dem Felderzeugungsmittel dann vorzugsweise hergestellt durch Umgeben, insbesondere Umspritzen bzw. Aufspritzen einer Schicht oder Umwickeln, der Lenkstange mit dem Felderzeugungsmittel in Form eines pulverförmigen, kunststoffgebundenen permanentmagnetischen Werkstoffs. Das „Umspritzen" oder „Aufspritzen" bedeutet hier einen Vorgang, bei dem der pulverförmige, kunststoffgebundene permanentmagnetische Werkstoff auf die Oberfläche der Lenkstange aufgebracht wird mittels eines anisotropen Spritzprozesses und einer entweder gleichzeitigen oder anschließenden Magnetisierung. Durch diese Maßnahme kann der permanentmagnetische Werkstoff technisch relativ einfach auf die Lenkstange aufgebracht und aufmagnetisiert werden, wobei eine sichere Verbindung zwischen Werkstoff und Lenkstange möglich ist.According to the invention, the positive connection with the field generating means is then preferably produced by surrounding, in particular overmolding or spraying on a layer or wrapping, the handlebar with the field generating means in the form of a powdery, plastic-bonded permanent magnetic material. The “overmolding” or “spraying” here means a process in which the powdery, plastic-bonded permanent magnetic material is applied to the surface of the handlebar by means of an anisotropic spraying process and either simultaneous or subsequent magnetization. This measure allows the permanent magnetic material to be applied and magnetized onto the handlebar in a relatively simple technical manner, a secure connection between the material and handlebar being possible.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein magnetoresistiver Magnetfeldsensor eingesetzt. Es werden demnach Sensoren verwendet, die nach dem AMR-Prinzip arbeiten und den anisotropen magnetoresistiven Effekt nutzen.According to the invention, at least one magnetoresistive magnetic field sensor is used. Accordingly, sensors are used that work according to the AMR principle and use the anisotropic magnetoresistive effect.
Nach der Erfindung ist das Sensormodul ortsfest an einem Achslenkmodul oder einem an ein Achslenkmodul angeordneten Träger angeordnet, wobei das Sensormodul vorzugsweise mechanisch lösbar mit dem Achslenkmodul bzw. dem Träger verbunden ist.According to the invention, the sensor module is arranged in a stationary manner on an axle steering module or on a carrier arranged on an axle steering module, the sensor module preferably being mechanically detachably connected to the axle steering module or the carrier.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, wodurch eine redundante Funktion gewährleistet wird und wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren entweder das Magnetfeld eines gemeinsamen Felderzeugungsmittel abgreifen oder einige bzw. alle Sensoren das Magnetfeld eines jeweils einem Magnetfeldsensor eigens zugeordneten Felderzeugungsmittel abgreifen. Die redundante Funktion kann entweder vollredundant, teilredundant oder auch zwei- bzw. mehrfach redundant sein, so dass bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Sensorschaltkreises ein doppelt vorhandenes Element die Funktion des ausgefallenen oder fehlerhaften Elementes übernimmt oder dessen Fehlfunktion erkennt und ggf. an eine Überwachungseinrichtung weitermeldet .According to the invention it is provided that at least two magnetic field sensors are provided, whereby a redundant function is ensured and the at least two Magnetic field sensors either tap the magnetic field of a common field generating means or some or all sensors tap the magnetic field of a field generating means specifically assigned to a magnetic field sensor. The redundant function can either be fully redundant, partially redundant or also two or more redundant, so that in the event of a failure or a malfunction of a sensor or a sensor circuit, a duplicate element takes over the function of the failed or faulty element or detects its malfunction and possibly detects it. reports to a monitoring device.
ES ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Sensormodul ringförmig um die Lenkstange angeordnet ist.It is provided according to the invention that the sensor module is arranged in a ring around the handlebar.
Nach der Erfindung ist die Lenkstange -bzw. das Antriebsmodul der Lenkstange zum Verschwenken der Räder- mit dem Lenkhandrad nicht hydraulisch und/oder mechanisch verbunden, sondern nur durch eine elektrische Verbindungsleitung (Steer-by-wire-Lenkung) . Vorzugsweise ist insbesondere im Fall einer Steer-by-wire-Lenkung für jedes lenkbare Rad jeweils eine unabhängige erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist, die vorzugsweise selbst redundant ausgeführt ist.According to the invention, the handlebar-or. the drive module of the handlebar for swiveling the wheels - not hydraulically and / or mechanically connected to the steering handwheel, but only by an electrical connection line (steer-by-wire steering). Preferably, in particular in the case of steer-by-wire steering, an independent device according to the invention is provided for each steerable wheel, which is preferably itself redundant.
Die Erfindung wird vorzugsweise für eine elektromechanische Lenkung verwendet .The invention is preferably used for electromechanical steering.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges ist anhand von Abbildungen Fig.l bis Fig.4 beispielhaft näher dargestellt.The device according to the invention for measuring the handlebar travel is shown in more detail by way of example with reference to FIGS. 1 to 4.
Es zeigen: Fig.l die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung in einer schematischen Darstellung,Show it: 1 shows the device according to the invention for measuring the handlebar travel of an electromechanical vehicle steering in a schematic illustration,
Fig.2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Längsschnitts durch die Lenkstange im Bereich des Sensormoduls,2 shows a schematic, perspective illustration of a longitudinal section through the handlebar in the region of the sensor module,
Fig.3 das in Fig. 2 gezeigte Sensormodul in einer vergrößerten Darstellung, und3 shows the sensor module shown in FIG. 2 in an enlarged view, and
Fig.4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch die Lenkstange im Bereich des Sensormoduls in einer vergrößerten Darstellung.4 shows a schematic representation of a longitudinal section through the handlebar in the area of the sensor module in an enlarged view.
Fig. 1 zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges in schematischer Darstellung. Der Fahrer betätigt das Lenkhandrad 23 oder ein ähnliches Bedienelement, z.B. einen Sidestick, mit dem er seinen Fahrtrichtungswunsch vorgeben kann. DerFig. 1 shows an electromechanical vehicle steering with the inventive device for measuring the handlebar travel in a schematic representation. The driver operates the steering handwheel 23 or a similar control, e.g. a sidestick with which he can specify his direction of travel. The
Fahrtrichtungswunsch wird durch Sensoren redundant erfasst und einer Zentralsteuereinheit 14 mitgeteilt. Über einen Betätigungskraftsimulator 18 erhält der Fahrer eine haptische Rückwirkung bei der Lenkbetätigung. Dieser vorzugsweise elektromechanische Betätigungskraftsimulator 18 wird von der Zentralsteuereinheit 14 gesteuert. Der Fahrerwunsch wird in der Zentralsteuereinheit 14 ausgewertet, in einen Lenkwinkel (Sollwert) für ein Stellaggregat 13 umgerechnet und dem Stellaggregat über Datenübertragungsleitungen 16,17 zugeführt. Das Stellaggregat 13 verschwenkt dann durch eine Bewegung der Lenkstange 15 die Räder 19a, 19b nach Maßgabe des Fahrerwunsches .Desired direction of travel is recorded redundantly by sensors and communicated to a central control unit 14. Via an actuation force simulator 18, the driver receives haptic feedback when the steering is actuated. This preferably electromechanical actuation force simulator 18 is controlled by the central control unit 14. The driver's request is evaluated in the central control unit 14, converted into a steering angle (setpoint) for an actuating unit 13 and supplied to the actuating unit via data transmission lines 16, 17. The actuator 13 then pivots by moving the Handlebar 15, the wheels 19a, 19b in accordance with the driver's request.
Der aktuelle Istwert der Radstellung der lenkbaren Räder wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges mit einem Sensormodul 22 ermittelt, das magnetisch wirksame Bereiche in einem der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeordneten, auf oder in der Lenkstange 15 angeordneten, kunststoffgebundenen Magnetpulver abtastet und in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformt. Die Ausgangssignale, die eine lineare Wegänderung dx 20 bzw. die Stellung der Lenkstange 15 innerhalb des elektromechanischen Achslenkmoduls 13 in Richtung ihrer Längsachse anzeigen, werden über dieThe current actual value of the wheel position of the steerable wheels is determined by a device according to the invention for measuring the handlebar travel with a sensor module 22, which scans magnetically active areas in a plastic-bonded magnetic powder assigned to the device according to the invention, arranged on or in the handlebar 15, and converted into further processable output signals , The output signals, which indicate a linear path change dx 20 or the position of the steering rod 15 within the electromechanical axle steering module 13 in the direction of its longitudinal axis, are via the
Datenübertragungsleitung 21 der Zentralsteuereinheit 4 zugeführt. Vorzugsweise wird bei dieser Art der Messung ein redundantes Systemkonzept realisiert. Daher weist auch das Achslenkmodul 13 zwei unabhängige Motormodule zur Längsverstellung der Lenkstange 15 auf. Auch die Elektronikeinheiten der Motormodule sind redundant ausgeführt. Fällt ein Stellaggregat und/oder Elektronikeinheit aus, so übernimmt das noch intakte Motormodul/Elektronikeinheit die Lenkfunktion. Der Lenkstangenweg wird dabei redundant durch das Sensormodul • 22 erfasst.Data transmission line 21 supplied to the central control unit 4. A redundant system concept is preferably implemented in this type of measurement. Therefore, the axle steering module 13 also has two independent motor modules for longitudinal adjustment of the handlebar 15. The electronic units of the motor modules are also redundant. If an actuator and / or electronics unit fails, the motor module / electronics unit, which is still intact, takes over the steering function. The handlebar travel is recorded redundantly by the sensor module • 22.
In den Fig.2 bis Fig.4 ist die Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges dargestellt. Fig.2 zeigt die Lenkstange im Bereich des Sensormoduls in einer perspektivischen Ansicht, Fig.3 das Sensormodul und Fig. 4 die Lenkstange im Bereich des Sensormoduls in einem Längsschnitt.The device for measuring the handlebar travel is shown in FIGS. 2 shows the handlebar in the area of the sensor module in a perspective view, FIG. 3 shows the sensor module and FIG. 4 shows the handlebar in the area of the sensor module in a longitudinal section.
Hier wie in den folgenden Abbildungen sind dieselben Bauteile auch mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges nach der Erfindung weist ein Sensormodul 2, eine Elektronikeinheit 6, und ein die Lenkstange 3 umgebendes kunststoffgebundenes Magnetpulver 4 auf, das innerhalb eines Schutzrohres 5 angeordnet ist. Dabei ist die Elektronikeinheit 6 in das Sensormodul 2 direkt integriert. Das kunststoffgebundene Magnetpulver 4 ist vorteilhaft in die Lenkstange 3 eingearbeitet .Here, as in the following figures, the same components are also provided with the same reference symbols. The device for measuring the handlebar travel according to the invention has a sensor module 2, an electronics unit 6, and a plastic-bonded magnetic powder 4 surrounding the handlebar 3, which is arranged within a protective tube 5. The electronics unit 6 is directly integrated in the sensor module 2. The plastic-bonded magnetic powder 4 is advantageously incorporated into the handlebar 3.
Die Wegmessung erfolgt über eine Relativbewegung zwischen Sensoren, vorzugsweise MR-Sensoren 7, und Magnetstreifen 8, die auf dem kunststoffgebundenen Magnetpulver 4 aufgebracht sind.The path measurement takes place via a relative movement between sensors, preferably MR sensors 7, and magnetic strips 8, which are applied to the plastic-bonded magnetic powder 4.
Die Lenkstange 3 ist so ausgeführt, dass das kunststoffgebundene Magnetpulver 4 in ihr integriert werden kann. Vorzugsweise wird das kunststoffgebundene Magnetpulver 4 in Form einer Matte um die Lenkstange 3 gelegt und mit ihr verklebt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Lenkstange von einem Käfig umgeben ist, der mit dem kunststoffgebundenen Magnetpulver 4 ausgespritzt wird.The handlebar 3 is designed so that the plastic-bonded magnetic powder 4 can be integrated into it. The plastic-bonded magnetic powder 4 is preferably placed in the form of a mat around the handlebar 3 and glued to it. In an alternative embodiment, the handlebar is surrounded by a cage, which is sprayed with the plastic-bonded magnetic powder 4.
Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Magneten, insbesondere MTS-Magneten, wird der Querschnitt der Lenkstange 3 nur geringfügig verändert. Dadurch kann die Lenkstange 3 in kleineren Dimensionen ausgeführt werden bzw. sie bietet mehr Sicherheit.In contrast to the magnets used to date, in particular MTS magnets, the cross section of the handlebar 3 is changed only slightly. As a result, the handlebar 3 can be made smaller or it offers more security.
Das Sensormodul 2 besteht aus einer ringförmigen Platine 9, die radial zur Lenkstange 3 positioniert wird. Vorzugsweise werden die MR-Sensoren 7 direkt (senkrecht) auf die Platine 9 aufgebracht. Um einen auftretenden Fehler eindeutig zu erkennen und dabei das Messsystem funktionsfähig zu erhalten, werden pro aufgebrachten Magnetstreifen-Nonius 10 zwei MR-Sensoren benötigt. Vorzugsweise sind die beiden Sensoren zu einem zusammengefasst . Dadurch ergeben sich Bauraumvorteile .The sensor module 2 consists of an annular plate 9, which is positioned radially to the handlebar 3. The MR sensors 7 are preferably applied directly (vertically) to the circuit board 9. To clearly identify an error that occurs detect and keep the measuring system functional, two MR sensors are required for each magnetic strip vernier 10. The two sensors are preferably combined into one. This results in advantages in terms of installation space.
Die für die MR-Sensoren 7 benötigte Elektronik 6 ist vorzugsweise auf derselben Platine 9 aufgebracht. Dies kann zwischen den Sensoren 7 und/oder auf der Rückseite der Platine 9 geschehen.The electronics 6 required for the MR sensors 7 are preferably applied to the same circuit board 9. This can be done between the sensors 7 and / or on the back of the board 9.
Vorzugsweise wird die Platine 9 mit den darauf aufgebrachten MR-Sensoren 7 und der Elektronik 6 von einem Kunststoffgehäuse 11 umgeben. In dem Kunststoffgehäuse 11 sind zwei Schnittstellen vorzusehen, um eine redundante Kontaktierung der MR-Sensoren 7 bzw. deren Elektronik 6 zu ermöglichen. Dies geschieht vorzugsweise über zwei Steckerleisten 12 , die radial um 180° versetzt angeordnet sind. Das Sensormodul wird vorzugsweise mit einem Klemmmechanismus zu versehen. Dadurch wird eine axiale Arretierung des Sensormoduls 2 in der EML ermöglicht.The circuit board 9 with the MR sensors 7 and the electronics 6 mounted thereon is preferably surrounded by a plastic housing 11. Two interfaces are to be provided in the plastic housing 11 in order to enable redundant contacting of the MR sensors 7 or their electronics 6. This is preferably done via two connector strips 12, which are arranged radially offset by 180 °. The sensor module is preferably provided with a clamping mechanism. This enables the sensor module 2 to be axially locked in the EML.
Auf das Kunststoffgebundene Magnetpulver 4 werden Magnetstreifen 8 in Form von Nonien mit unterschiedlichem Magnetpolarisierungsabstand aufgebracht. Vorzugsweise wird dies mit einem Aufmagnetisierungskopf erreicht, der einmal über die komplette Lenkstange 3 hinwegfährt.Magnetic strips 8 in the form of nonies with different magnetic polarization distances are applied to the plastic-bonded magnetic powder 4. This is preferably achieved with a magnetizing head that moves once over the complete handlebar 3.
Für ein absolutes Wegmesssystem und einen Hub von 160 mm werden vorteilhaft 3 Nonien aufgebracht. Dadurch kann an jeder Stelle die Position eindeutig festgestellt werden. Durch Aufbringung von insgesamt vorzugsweise 6 Nonien wird das Messsystem redundant ausgeführt. Das bedeutet, das bei einer eventuell auftretenden Störung das Wegmesssystem funktionsbereit bleibt.For an absolute position measuring system and a stroke of 160 mm, 3 nonies are advantageously applied. This enables the position to be clearly determined at every point. By applying a total of preferably 6 nonies, the measuring system is designed redundantly. That means that at in the event of a malfunction, the position measuring system remains operational.
Vorzugsweise ist nach der Aufmagnetisierung die LenkstangeThe handlebar is preferably after the magnetization
3 und das kunststoffgebundene Magnetpulver 4 mit einem Schutz zu versehen. Dies kann in Form eines Schutzrohres 5 geschehen, das über die Lenkstange 3 geschoben und mir ihr verklebt wird.3 and to provide the plastic-bonded magnetic powder 4 with protection. This can be done in the form of a protective tube 5 which is pushed over the handlebar 3 and glued to it.
Durch die Verwendung von kunststoffgebundenem MagnetpulverThrough the use of plastic-bonded magnetic powder
4 gegenüber bisher verwendeten vier MTS-Magneten, wird der Querschnitt der Lenkstange 3 nur geringfügig verändert.4 compared to four MTS magnets used so far, the cross section of the handlebar 3 is changed only slightly.
Durch die Erfindung kann vorteilhaft eine höhere Sicherheit erlangt werden bei gleichzeitig einem vergleichsweise geringem Gewicht der Vorrichtung.The invention advantageously allows a higher level of safety to be achieved with a comparatively low weight of the device.
Durch die Kalibrierung der Nulllage des WegmessSystems über eine Software kann das System ferner mit relativ großen Fertigungstoleranzen und ohne Einstellmöglichkeiten gefertigt werden. Zudem kann die elektromechanische Lenkung zuerst gefügt und verbaut werden. Denn eine Kalibrierung der Nulllage ist zu jeder Zeit ohne großen Aufwand möglich.By calibrating the zero position of the position measuring system via software, the system can also be manufactured with relatively large manufacturing tolerances and without setting options. In addition, the electromechanical steering can be assembled and installed first. Because the zero position can be calibrated at any time without great effort.
Durch Integration der Elektronik 6 in das Sensormodul 2 entfallen externe Elektronikeinheiten. Hierdurch ergeben sich Bauraumvorteile.The integration of electronics 6 in sensor module 2 eliminates the need for external electronics units. This results in advantages in terms of installation space.
Durch die kompakte Bauform des Sensormoduls mit radial zur Lenkstange angeordneten Sensoren sind keine Überstände am Sensorgehäuse nötig, die z.B. durch eine Verwendung von axial eingebauten MTS-Sensoren entstehen. Hierdurch ergeben sich weitere Bauraumvorteile. Bei einer radialen Anordnung der MR-Sensoren 7 sind deren Sensorköpfe vorzugsweiseauf die Rotationsachse der Lenkstange ausgerichtet. Dadurch ist das Wegmesssystem gegen äußere Störeinflüsse unempfindlich.Due to the compact design of the sensor module with sensors arranged radially to the handlebar, no protrusions on the sensor housing are necessary, which are caused, for example, by using axially installed MTS sensors. This results in further advantages in terms of installation space. With a radial arrangement of the MR sensors 7, their sensor heads are preferably aligned with the axis of rotation of the handlebar. This means that the position measuring system is insensitive to external interference.
Durch doppelt redundant ausgeführte MR-Sensoren 7 ist eine Fehlererkennung möglich. Zudem bleibt das System bei einem auftretenden Fehler funktionsbereit.Fault detection is possible through double-redundant MR sensors 7. In addition, the system remains operational in the event of an error.
Es ist ebenso denkbar, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Bewegung der Lenkstange zu messen und dieses Signal als ein die Stellung derIt is also conceivable to use the device according to the invention to measure the movement of the handlebar and this signal as the position of the
Lenkbetätigungseinrichtung, insbesondere des Lenkrades, repräsentierendes Eingangssignal für eine Fahrzeugregelungsanlage, insbesondere eine Fahrdynamikregelung ESP , zu verwenden. Use steering actuation device, in particular the steering wheel, input signal for a vehicle control system, in particular a vehicle dynamics control ESP.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung, die eine Lenkbetätigungseinrichtung und eine damit wirkverbundene Lenkstange aufweist, die im wesentlichen linear bewegbar ist und über weitere Elemente, wie Spurstange und Spurstangenhebel, die Räder in eine gewünschte Stellung verschwenkt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lenkstange ein oder mehrere Felderzeugungsmittel vorgesehen sind, die ein kunststoffgebundenes permanentmagnetisches Material als Werkstoff und einen Magnetfeldlinienverlauf und/oder Magnetfeldstärkeverlauf nach dem Nonius-Prinzip aufweisen, und dass benachbart zu der Lenkstange mindestens ein Sensormodul ortsfest angeordnet ist, das mindestens einen Magnetfeldsensor und mindestens einen Sensorschaltkreis aufweist und das den1.Device for measuring the handlebar travel of a motor vehicle steering system, which has a steering actuation device and a steering rod operatively connected to it, which is essentially linearly movable and pivots the wheels into a desired position via further elements, such as tie rod and tie rod lever, characterized in that in the area one or more field generating means are provided for the handlebar, which have a plastic-bound permanent magnetic material as material and a magnetic field line course and / or magnetic field strength course according to the vernier principle, and that at least one sensor module is arranged fixedly adjacent to the handlebar, which has at least one magnetic field sensor and at least one Has sensor circuit and that
Magnetfeldlinienverlauf bzw. Magnetfeldstärkeverlauf in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformt, die eine lineare Wegänderung bzw. die Stellung der Lenkstange in Richtung ihrer Längsachse anzeigen.Magnetic field line course or magnetic field strength course converted into further processable output signals, which indicate a linear path change or the position of the handlebar in the direction of its longitudinal axis.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Felderzeugungsmittel sich entlang der Längsachse der Lenkstange erstrecken und formschlüssig mit der Lenkstange verbunden ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the or the field generating means extend along the longitudinal axis of the handlebar and is positively connected to the handlebar.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Einpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels mit vorzugsweise einem zumindest annähernd hohlzylinderförmigen Querschnitt in eine axiale Ausnehmung der Lenkstange.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the positive Connection is established by fitting an elongated field generating means with preferably an at least approximately hollow cylindrical cross section into an axial recess of the handlebar.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch Umgeben, vorzugsweise Umspritzen oder Umwickeln, der Lenkstange mit dem kunststoffgebundenen permanentmagnetischen Felderzeugungsmittel in Form eines pulverförmigen Werkstoffs .4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the positive connection is made by surrounding, preferably extrusion coating or wrapping, the handlebar with the plastic-bonded permanent magnetic field generating means in the form of a powdery material.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor magnetoresistiv ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetic field sensor is magnetoresistive.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormoduls ortsfest an einem Achslenkmodul oder einem an ein Achslenkmodul angeordneten Träger angeordnet ist, wobei das Sensormodul vorzugsweise mechanisch lösbar mit dem Achslenkmodul bzw. dem Träger verbunden ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor module is arranged in a stationary manner on an axle steering module or on a carrier arranged on an axle steering module, the sensor module preferably being mechanically detachably connected to the axle steering module or the carrier.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, wodurch eine redundante Funktion gewährleistet wird und wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren entweder das Magnetfeld eines gemeinsamen Felderzeugungsmittel abgreifen oder einige bzw. alle Sensoren das Magnetfeld eines jeweils einem Magnetfeldsensor eigens zugeordneten Felderzeugungsmittel abgreifen. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least two magnetic field sensors are provided, whereby a redundant function is ensured and wherein the at least two magnetic field sensors either tap the magnetic field of a common field generating means or some or all sensors the magnetic field of each tap a magnetic field sensor specially assigned field generating means.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul ringförmig um die Lenkstange angeordnet ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sensor module is arranged in a ring around the handlebar.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange mit dem Lenkhandrad nicht hydraulisch und/oder mechanisch verbunden ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the handlebar is not hydraulically and / or mechanically connected to the steering handwheel.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung eine elektromechanische Lenkung ist. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the steering is an electromechanical steering.
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