WO2020228887A1 - Lenkmomentensensoranordnung - Google Patents

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WO2020228887A1
WO2020228887A1 PCT/DE2020/100319 DE2020100319W WO2020228887A1 WO 2020228887 A1 WO2020228887 A1 WO 2020228887A1 DE 2020100319 W DE2020100319 W DE 2020100319W WO 2020228887 A1 WO2020228887 A1 WO 2020228887A1
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WO
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sensor
board
steering
steering shaft
steering torque
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PCT/DE2020/100319
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French (fr)
Inventor
Thomas Lindenmayr
Bernd Wittmann
Stephan Neuschaefer-Rube
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Priority to CN202080020809.4A priority patent/CN113574355B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the invention relates to a steering torque sensor arrangement for a vehicle.
  • DE 10 2008 035 989 A1 describes a steering device with a rotatable steering shaft which has a housing, a drive end for connection to a steering element and an output end for connection to at least one steerable vehicle wheel.
  • An electric motor is in operative connection with the steering shaft in order to rotate it about its longitudinal axis.
  • the steering shaft is magnetized and serves as a torque transducer.
  • At least one magnetic field sensor is attached near the outside of the steering shaft.
  • the steering shaft and the magnetic field sensor form a torque sensor unit which is used to detect the torque that acts on the steering shaft through the steering element and to provide a signal to operate an electric motor that assists the steering with the steering element via the steering shaft.
  • a magnetoelastic torque sensor unit is known from US Pat. No. 6,758,105, which is used to detect a torque on a shaft, in particular on a steering shaft of a vehicle.
  • the sensor unit includes a
  • Plastic injection molded body that defines an axial channel and has an axial opening. Furthermore, a U-shaped guide frame is in the
  • Plastic injection molded body arranged, with lateral sections of the
  • Magnetic flow sensors are arranged in the side parts of the plastic injection-molded body and connected to the guide frame.
  • the shaft is guided through the axial opening of the plastic injection-molded body and extends in the axial channel.
  • the magnetic flux sensors are positioned in a predetermined arrangement over the shaft.
  • the sensor array formed comprises sensors which are arranged in a plane running through the axis, either opposite one another or axially spaced apart.
  • the torque sensor arrangement has at least one primary sensor, which is designed as a magnetically encoded section of the machine element, and at least one arranged opposite the primary sensor
  • Secondary sensor for converting the changes in a magnetic field generated by the primary sensor into an electrical signal.
  • the secondary sensor is arranged on a circuit board which has a base area and at least one area that runs at an angle to this base area.
  • the angled surface is arranged opposite the primary sensor.
  • the secondary sensor is arranged on this angled surface.
  • a sleeve-shaped carrier is provided to which the circuit board is attached.
  • Patent application describes an electromechanical roll stabilizer for a vehicle as a preferred application of the torque sensor.
  • the roll stabilizer has said torque sensor arrangement, two
  • Stabilizer parts which can each be coupled to a wheel suspension of the vehicle, and an actuator arranged between the stabilizer parts for applying torque to the stabilizer parts.
  • the torque sensor arrangement detects the torques impressed on the stabilizer parts, the primary sensor being designed as a magnetically encoded section of a flange serving to connect the stabilizer part to the actuator.
  • the object of the present invention is to provide an improved steering torque sensor arrangement which delivers a stronger torque-dependent measurement signal without the need for the
  • the aim is to indirectly improve the signal-to-noise ratio of the measurement signal.
  • a space-optimized design of the measurement signal is to indirectly improve the signal-to-noise ratio of the measurement signal.
  • the steering torque sensor arrangement according to the invention is suitable for a vehicle, in particular a motor vehicle, which, for example, by a
  • Such a steering system comprises a steering wheel, a mostly multi-link steering shaft and a steering gear which transfers the steering movement initiated via the steering wheel to the steered one
  • the present steering torque sensor arrangement should in all cases detect the torque acting on the steering shaft and make it available for further processing in the form of a measurement signal.
  • the steering torque sensor arrangement comprises a magnetically encoded one
  • the steering torque sensor arrangement furthermore comprises at least one secondary sensor for converting the changes in the magnetic field generated by the primary sensor into an electrical signal.
  • the secondary sensor is arranged on at least one sensor board that runs parallel to the steering shaft and is positioned opposite the primary sensor.
  • the arrangement of the sensor board parallel to the steering shaft, namely opposite to the magnetically encoded steering shaft section, which forms the primary sensor, enables a minimization between the sensor elements, from which at
  • Secondary sensor arranged opposite the primary sensor.
  • Secondary sensor is used to convert the changes in the magnetic field of the primary sensor into an electrical signal.
  • the secondary sensor is located on a circuit board and is preferably designed as an integrated circuit structure.
  • a preferred embodiment is characterized in that the sensor board is subdivided into two sensor board wings, which are each arranged parallel to the steering shaft opposite the primary sensor and are preferably connected to one another via a flexible ribbon cable extending circumferentially to the steering shaft in sections. This multi-wing design of the
  • the secondary sensor comprises the
  • Steering torque sensor arrangement also includes a controller board which is mechanically separate from the sensor board and is electrically connected to the sensor board. This allows the appropriate distribution of the required
  • the controller board can be positioned further away from the steering shaft than the sensor board.
  • Primary sensor is enabled.
  • the solution according to the invention is also characterized by a very high level of robustness against external interference fields. It is also advantageous that both axial and radial magnetic fields can be measured with the steering torque sensor arrangement, since the secondary sensors can be arranged in three dimensions. The solution can be implemented cost-effectively and with little effort.
  • the sensor board and the controller board are preferably made of plastic.
  • an evaluation unit for evaluating the signals from the secondary sensor which is preferably designed as an integrated circuit structure.
  • the evaluation unit is preferably in data exchange with an external one
  • the sensor board comprises two sensor board wings angled relative to one another, on each of which at least one secondary sensor is arranged.
  • the sensor board comprises two sensor board wings angled relative to one another, on each of which at least one secondary sensor is arranged.
  • Sensor board wings connected to the controller board via a flexible area each.
  • the at least one secondary sensor is preferably formed by a Förster probe, a fluxgate magnetometer, a fall sensor, a coil, a fall conductor sensor or an XMR sensor.
  • a Förster probe a fluxgate magnetometer
  • a fall sensor a coil
  • a fall conductor sensor or an XMR sensor.
  • another type of sensor can also be used, provided it is suitable for measuring the magnetic field caused by the inverse magnetostrictive effect.
  • the magnetically coded steering shaft section which forms the primary sensor, preferably extends completely circumferentially around the steering shaft.
  • the magnetically coded steering shaft section is preferably permanently magnetized, so that the magnetization is formed by permanent magnetization.
  • the steering torque sensor arrangement also has at least one magnet for magnetizing the magnetically encoded steering shaft section, so that the magnetization of the magnetically encoded steering shaft section is basically temporary.
  • the at least one magnet can by at least one
  • Permanent magnets or alternatively be formed by an electromagnet.
  • the steering shaft is preferably equipped with two magnetic tracks that form the primary sensor.
  • the magnetic tracks are preferably each one
  • Fig. 2 is a partially sectioned side view of a magnetically encoded
  • Fig. 3 is a perspective view of an embodiment of a
  • FIG. 4 shows a plan view of a modified embodiment of the sensor board with a controller board.
  • FIG. 1 shows, in a greatly simplified perspective view, a steering torque sensor arrangement 01 according to the invention, which comprises magnetically encoded steering shaft section 02 as a primary sensor and a secondary sensor 03.
  • the secondary sensor has a sensor board 04, which is divided into two sensor board wings 04a, 04b, which both extend parallel to the magnetically encoded steering shaft section 02 and are arranged with only a small radial distance from it.
  • the radial distance between the sensor board 04 and the magnetically coded steering shaft section 02 is, for example, 0.5 to 2 mm.
  • Sensor circuit board wings 04a, 04b are electrically connected to one another via a cable 05.
  • FIG. 2 shows a side view of the magnetically encoded steering shaft section 02, which is a section of the steering shaft of a vehicle and can rotate about its axis of rotation.
  • the steering shaft section comprises two magnetic tracks 06a, 06b as primary sensors. These are magnetically coded sections of the steering shaft, which are arranged on the outer surface of the steering shaft or can be integrated into the material.
  • the magnetically coded tracks 06 extend completely circumferentially around the axis of rotation and are preferably designed in opposite directions. The tracks can be formed axially spaced from one another.
  • the magnetically coded steering shaft section 02 is preferably made of a ferromagnetic material, which is simple and Way can be magnetically coded in sections.
  • the primary sensors 06 convert the forces applied to the magnetically coded steering shaft section 02 into a magnetic signal which can be detected on the outer surface of the steering shaft.
  • Fig. 3 shows in a perspective view a first embodiment of the
  • Steering torque sensor arrangement 01 comprises a plurality of sensor elements 07, which are arranged in the immediate vicinity of primary sensors 06 after installation.
  • the sensor elements 07 convert changes in the magnetic field, which are caused by forces or mechanical stresses acting on the primary sensors, into an electrical signal.
  • the sensor elements 07 are designed as integrated circuit structures which are arranged on the sensor board 04.
  • the two angularly offset sensor board wings 04a, 04b are arranged opposite one another.
  • FIG. 4 shows a modified embodiment of the secondary sensor 03, which here also includes a controller board 08 in addition to the two sensor board wings 04a, 04b.
  • the secondary sensor 03 is shown in its non-angled or non-kinked state in FIG. H. the two sensor board wings 04a,
  • the sensor board wings 04a, 04b are still in one plane with the controller board 08. During installation, the sensor board wings are bent relative to the controller board so that they extend essentially perpendicular to the latter. An evaluation unit 09 is arranged on the controller board 08. The sensor board wings 04a, 04b are dimensioned with a smaller width than the controller board 08. The sensor board wings are each connected to the controller board 08 via a flexible area 11. The flexible areas 11 enable an angular alignment of the sensor board wings 04a, 04b to the controller board 08, so that the sensor board wings 04a, 04b then lie parallel to the steering shaft section 02. Reference list

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkmomentensensoranordnung (01) für ein Fahrzeug. Die Lenkmomentensensoranordnung umfasst einen magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt (02), der einen Primärsensor (06) bildet, und einen Sekundärsensor (03) zum Umwandeln der Änderungen eines von dem Primärsensor (06) generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor (03) ist auf einer parallel zum Lenkwellenabschnitt (02) verlaufenden Sensorplatine (04) angeordnet, die dem Primärsensor (06) gegenüberliegend positioniert ist.

Description

Lenkmomentensensoranordnung
Die Erfindung betrifft eine Lenkmomentensensoranordnung für ein Fahrzeug.
In der DE 10 2008 035 989 A1 ist eine Lenkvorrichtung beschrieben, mit einer drehbaren Lenkwelle, die ein Gehäuse, ein Antriebsende zum Verbinden mit einem Lenkelement sowie ein Abtriebsende zum Verbinden mit wenigstens einem lenkbaren Fahrzeugrad aufweist. Ein Elektromotor steht in Wirkverbindung mit der Lenkwelle, um diese um ihre Längsachse zu drehen. Die Lenkwelle ist magnetisiert und dient als Drehmomentmesswertaufnehmer. Mindestens ein Magnetfeldsensor ist nahe der Außenseite der Lenkwelle angebracht. Die Lenkwelle und der Magnetfeldsensor bilden eine Drehmomentsensoreinheit, die zur Erfassung des Drehmoments, das auf die Lenkwelle durch das Lenkelement wirkt, und zur Bereitstellung eines Signals dient, um einen Elektromotor zu betreiben, welcher das Lenken mit dem Lenkelement über die Lenkwelle unterstützt.
Aus der US 6 758 105 B2 ist eine magnetoelastische Drehmomentensensoreinheit bekannt, die der Erfassung eines Drehmoments an einer Welle, insbesondere an einer Lenkwelle eines Fahrzeugs dient. Die Sensoreinheit umfasst einen
Kunststoffspritzgusskörper, der einen axialen Kanal definiert und eine axiale Öffnung besitzt. Weiterhin ist ein U-förmiger Führungsrahmen in dem
Kunststoffspritzgusskörper angeordnet, wobei seitliche Abschnitte des
Führungsrahmens in Seitenteile des Kunststoffspritzgusskörper eingreifen.
Magnetflusssensoren sind in den Seitenteilen des Kunststoffspritzgusskörpers angeordnet und mit dem Führungsrahmen verbunden. Die Welle ist durch die axiale Öffnung des Kunststoffspritzgusskörpers geführt und erstreckt sich in dem axialen Kanal. Die Magnetflusssensoren sind in einer vorbestimmten Anordnung über der Welle positioniert. Das gebildete Sensor-Array umfasst Sensoren, die in einer durch die Achse verlaufenden Ebene angeordnet sind, entweder gegenüberliegend oder axial beabstandet.
Die zum Anmeldezeitpunkt noch unveröffentlichte DE 10 2018 110 553 beschreibt eine Drehmomentsensoranordnung zur Ermittlung eines Drehmomentes an einem sich entlang einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Diese
Drehmomentensensoranordnung besitzt mindestens einen Primärsensor, welcher als ein magnetisch codierter Abschnitt des Maschinenelementes ausgebildet ist, und mindestens einen dem Primärsensor gegenüberliegend angeordneten
Sekundärsensor zum Umwandeln der Änderungen eines von dem Primärsensor generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor ist auf einer Platine angeordnet, die eine Grundfläche sowie mindestens eine zu dieser Grundfläche winklig verlaufende Fläche aufweist. Die winklig verlaufende Fläche ist dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Der Sekundärsensor ist auf dieser winklig verlaufenden Fläche angeordnet. Weiterhin ist ein hülsenförmiger Träger vorgesehen, an welchem die Platine befestigt ist. Ebenso ist in dieser früheren
Patentanmeldung als bevorzugter Anwendungsfall des Drehmomentensensors ein elektromechanischer Wankstabilisator für ein Fahrzeug beschrieben. Der
Wankstabilisator besitzt die genannte Drehmomentsensoranordnung, zwei
Stabilisatorteile, die jeweils an eine Radaufhängung des Fahrzeuges koppelbar sind, und einen zwischen den Stabilisatorteilen angeordneten Aktuator zur Beaufschlagung der Stabilisatorteile mit Drehmomenten. Die Drehmomentsensoranordnung erfasst die den Stabilisatorteilen eingeprägten Drehmomente, wobei der Primärsensor als ein magnetisch codierter Abschnitt eines zum Verbinden des Stabilisatorteils mit dem Aktuator dienenden Flansches ausgebildet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Lenkmomentensensoranordnung bereit zu stellen, die ein stärkeres drehmomentabhängiges Messsignal liefert, ohne dass dafür die
mechanischen Spannungen in der Lenkungsanordnung erhöht werden müssen.
Mittelbar soll damit das Signal-Rausch-Verhältnis des Messsignals verbesser werden. Außerdem wird eine Bauraum optimierte Gestaltung der
Lenkmomentensensoranordnung angestrebt.
Die Aufgabe wird durch eine Lenkmomentensensoranordnung gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkmomentensensoranordnung eignet sich für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise durch einen
Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor angetrieben wird und eine von einem Fahrer zu bedienenden Lenkung umfasst. In bekannter Weise umfasst eine solche Lenkung ein Lenkrad, ein zumeist mehrgliedrige Lenkwelle und ein Lenkgetriebe, welches die über das Lenkrad initiierte Lenkbewegung an die gelenkten
Fahrzeugräder weiterleitet. In abgewandelten Ausführungsformen kann das
Lenkgetriebe durch Lenkungsantriebe ersetzt sein, sodass die initiierte
Lenkbewegung mittelbar durch hydraulische oder elektrische Antriebe an die
Fahrzeugräder übertragen wird. Die vorliegende Lenkmomentensensoranordnung soll in allen Fällen das an der Lenkwelle angreifende Drehmoment erfassen und für eine weitere Verarbeitung in Form eines Messsignals bereitstellen. Die
Lenkmomentensensoranordnung umfasst dazu einen magnetisch codierten
Lenkwellenabschnitt, der einen Primärsensor bildet. Eine mechanische Spannung am Primärsensor führt zu einer Änderung des Magnetfeldes. Weiterhin umfasst die Lenkmomentensensoranordnung mindestens einen Sekundärsensor zum Umwandeln der Änderungen des von dem Primärsensor generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal. Erfindungsgemäß ist der Sekundärsensor auf mindestens einer parallel zur Lenkwelle verlaufenden Sensorplatine angeordnet, die dem Primärsensor gegenüberliegend positioniert ist.
Die Anordnung der Sensorplatine parallel zur Lenkwelle, nämlich gegenüberliegend zum magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt, der den Primärsensor bildet, ermöglicht eine Minimierung zwischen den Sensorelementen, woraus bei
gleichbleibenden Wert der mechanischen Spannung in der Lenkwelle ein deutlich stärkeres Messsignal resultiert. Dies führt zu einer höheren Messgenauigkeit und zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands. Somit ist mindestens ein
Sekundärsensor dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Der
Sekundärsensor dient zum Umwandeln der Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor befindet sich auf einer Platine und ist vorzugsweise als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorplatine in zwei Sensorplatinenflügel unterteilt ist, welche jeweils parallel zur Lenkwelle dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet sind und vorzugsweise über ein flexibles, sich abschnittsweise umfangsseitig zur Lenkwelle erstreckendes Flachbandkabel miteinander verbunden sind. Durch dies mehrflügelige Gestaltung des
Sekundärsensors ist es möglich, mehrere Sensoren mit einem Winkelversatz bezogen auf den Primärsensor anzuordnen, wodurch sich das Messsignal weiter verbessern lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Sekundärsensor der
Lenkmomentensensoranordnung weiterhin eine Controllerplatine, welche mechanisch getrennt von der Sensorplatine ausgebildet und mit der Sensorplatine elektrisch verbunden ist. Dies gestattet die zweckmäßige Verteilung der erforderlichen
elektrischen/elektronischen Komponenten auf getrennten Platinen. Die
Controllerplatine kann weiter entfernt als die Sensorplatine von der Lenkwelle positioniert werden.
Ein Vorteil dieser Aufteilung besteht darin, dass durch Anordnung von Teilen des Sekundärsensors auf der Sensorplatine eine sehr nahe Positionierung am
Primärsensor ermöglicht ist. Aus dem erfindungsgemäß realisierten sehr kleinen Abstand zwischen dem Magnetfeld des Primärsensors und dem Sekundärsensor resultieren vergleichsweise starke homogene Magnetfelder im Bereich des
Sekundärsensors. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich außerdem durch eine sehr hohe Robustheit gegen externe Störfelder aus. Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der Lenkmomentensensoranordnung sowohl axiale als auch radiale Magnetfelder gemessen werden können, da die Sekundärsensoren in drei Dimensionen angeordnet werden können. Die Lösung ist kostengünstig und aufwandsarm zu realisieren.
Durch die Anordnung der Sensorbauelemente auf der Sensorplatine steht eine kompakte Baueinheit zur Verfügung, welche aufwandsarm an der Lenkwelle montiert werden kann. Die Sensorplatine und die Controllerplatine bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Auf der Sensorplatine und/oder auf der Controllerplatine befindet sich vorzugweise eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Sekundärsensors, welche bevorzugt als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet ist. Die Auswerteeinheit steht vorzugsweise im Datenaustausch mit einer externen
Datenverarbeitungseinheit.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sensorplatine zwei zueinander abgewinkelte Sensorplatinenflügel, auf denen jeweils mindestens ein Sekundärsensor angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die
Sensorplatinenflügel über jeweils einen flexiblen Bereich mit der Controllerplatine verbunden.
Der mindestens eine Sekundärsensor ist bevorzugt durch eine Förstersonde, durch ein Fluxgate-Magnetometer, durch einen Flall-Sensor, durch eine Spule, durch einen Flalbleitersensor oder durch einen XMR-Sensor gebildet. Grundsätzlich kann auch ein anderer Sensortyp verwendet werden, insofern er zur Messung des durch den invers magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet ist.
Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt, der den Primärsensor bildet, erstreckt sich vorzugsweise vollständig umlaufend um die Lenkwelle. Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt ist bevorzugt permanent magnetisiert, sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Lenkmomentensensoranordnung weiterhin mindestens einen Magneten zum Magnetisieren des magnetisch codierten Lenkwellenabschnitts auf, sodass die Magnetisierung des magnetisch codierten Lenkwellenabschnitts grundsätzlich temporär ist. Der mindestens eine Magnet kann durch mindestens einen
Permanentmagneten oder alternativ durch einen Elektromagneten gebildet sein.
Die Lenkwelle ist vorzugsweise mit zwei magnetischen Spuren ausgestattet, die den Primärsensor bilden. Den magnetischen Spuren ist vorzugsweise jeweils ein
Sekundärsensor gegenüberliegend angeordnet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die
beigefügten Figuren. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer bevorzugten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Lenkmomentensensoranordnung;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines magnetisch codierten
Lenkwellenabschnitts;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer
Sensorplatine mit zwei Sensorplatinenflügeln;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Sensorplatine mit einer Controllerplatine.
Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten Perspektivansicht eine erfindungsgemäße Lenkmomentensensoranordnung 01 , die magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 als Primärsensor und einen Sekundärsensor 03 umfasst. Der Sekundärsensor besitzt eine Sensorplatine 04, die in zwei Sensorplatinenflügel 04a, 04b aufgeteilt ist, welche sich beide parallel zum magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 erstrecken und mit nur geringem radialen Abstand zu diesem angeordnet sind. Der radiale Abstand zwischen der Sensorplatine 04 und dem magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 beträgt beispielsweise 0,5 bis 2 mm. Die beiden
Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind über ein Kabel 05 elektrisch miteinander verbunden.
Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht den magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02, der ein Abschnitt der Lenkwelle eines Fahrzeugs ist und um seine Rotationsachse rotieren kann. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Lenkwellenabschnitt zwei magnetische Spuren 06a, 06b als Primärsensor. Hierbei handelt es sich um magnetisch codierte Abschnitte der Lenkwelle, welche an der Außenfläche der Lenkwelle angeordnet sind oder in das Material integriert sein können. Die magnetisch codierten Spuren 06 erstrecken sich vollständig umlaufend um die Rotationsachse und sind bevorzugt gegensinnig ausgebildet. Die Spuren können axial beabstandet zueinander ausgebildet sein. Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt 02 besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, welches auf einfache Art und Weise magnetisch abschnittsweise codiert werden kann. Die Primärsensoren 06 wandeln die am magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 anliegenden Kräfte in ein magnetisches Signal, welches an der Außenfläche der Lenkwelle erfasst werden kann.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform des
Sekundärsensors 03 mit den zwei Sensorplatinenflügeln 04a, 04b. Die
Lenkmomentensensoranordnung 01 umfasst mehrere Sensorelemente 07, die nach dem Einbau in unmittelbarer Nähe der Primärsensoren 06 angeordnet sind. Die Sensorelemente 07 setzen Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch an den Primärsensoren angreifende Kräfte bzw. mechanische Spannungen verursacht werden, in ein elektrisches Signal um. Die Sensorelemente 07 sind als integrierte Schaltungsstrukturen ausgebildet, die auf der Sensorplatine 04 angeordnet sind. Die zwei winkelversetzten Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind einander gegenüberliegend angeordnet.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Sekundärsensors 03, der hier neben den beiden Sensorplatinenflügeln 04a, 04b zusätzlich eine Controllerplatine 08 umfasst. Der Sekundärsensor 03 ist in seinem nicht abgewinkelten bzw. nicht geknickten Zustand in Fig. 4 dargestellt, d. h. die beiden Sensorplatinenflügel 04a,
04b liegen noch in einer Ebene mit der Controllerplatine 08. Beim Einbau werden die Sensorplatinenflügel gegenüber der Controllerplatine abgeknickt, sodass sie sich im wesentlichen senkrecht zu dieser erstrecken. Auf der Controllerplatine 08 ist eine Auswerteeinheit 09 angeordnet. Die Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind mit geringerer Breite dimensioniert als die Controllerplatine 08. Die Sensorplatinenflügel sind über jeweils einen flexiblen Bereich 1 1 mit der Controllerplatine 08 verbunden. Die flexiblen Bereiche 11 ermöglichen ein winkliges Ausrichten der Sensorplatinenflügel 04a, 04b zu der Controllerplatine 08, sodass die Sensorplatinenflügel 04a, 04b dann parallel zum Lenkwellenabschnitt 02 liegen. Bezuqszeichenliste
01 Lenkmomentensensoranordnung
02 magnetisch codierter Lenkwellenabschnitt 03 Sekundärsensor
04 Sensorplatine
05 Kabel
06 Primärsensoren
07 Sensorelemente
08 Controllerplatine
09 Auswerteeinheit
10
11 flexibler Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) für ein Fahrzeug, umfassend:
- einen magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt (02), der einen
Primärsensor (06) bildet;
- einen Sekundärsensor (03) zum Umwandeln der Änderungen eines von dem Primärsensor (06) generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal, wobei der Sekundärsensor (03) auf einer parallel zum
Lenkwellenabschnitt verlaufenden Sensorplatine (04) angeordnet ist, die dem Primärsensor (06) gegenüberliegend angeordnet ist.
2. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensorplatine (04) in zwei Sensorplatinenflügel (04a, 04b) unterteilt ist, welche jeweils parallel zum Lenkwellenabschnitt (02) dem Primärsensor (06) gegenüberliegend angeordnet sind.
3. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sekundärsensor (03) weiterhin eine Controllerplatine (08) umfasst, welche mechanisch getrennt von der Sensorplatine (04) ausgebildet und mit dieser elektrisch verbunden ist.
4. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die Controllerplatine (08) winklig zum
Lenkwellenabschnitt (02) erstreckt und mit der Sensorplatine (04) über ein Flachbandkabel verbunden ist.
5. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der den Primärsensor (06) bildende magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt (02) ausgebildet ist an einer oder mehreren der folgenden Positionen:
- an einem dem Lenkrad nahen oberen Abschnitt der Lenkwelle, - an einem sich zwischen zwei Kardangelenken befindlichen mittleren
Abschnitt der Lenkwelle,
- an einem dem Lenkgetriebe nahen unteren Abschnitt der Lenkwelle.
6. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt
(02) an einer inneren Oberfläche der Lenkwelle erstreckt.
7. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sensorplatine (04) oder auf der
Controllerplatine (08) eine Auswerteeinheit (09) zur Auswertung der Signale des Sekundärsensors (03) angeordnet ist.
8. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass am magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt (02) mehrere Primärsensoren (06) ausgebildet sind, denen jeweils mindestens ein Sensorelement (07) des Sekundärsensors (03) gegenüberliegt.
9. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplatine (04) und/oder die
Controllerplatine (08) als flexible Platine oder starrflexible Platine ausgebildet sind.
10. Lenkmomentensensoranordnung (01 ) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Platine mindestens einen flexiblen Bereich (11 ) aufweist.
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