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CN103256885B - 检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件 - Google Patents

检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测在车辆中的旋转构件(10)处的旋转角度的传感器组件(1)，所述旋转构件在其周缘处与测量值指示器(20)相联接，所述测量值指示器与至少一个传感器(26)相结合产生表示所述旋转构件(10)的旋转角度的信号。根据本发明，所述测量值指示器(20)实施成运动转换器，其将所述旋转构件(10)的旋转(12)转换成所述测量值指示器(20)的平动(24)，其中，所述至少一个传感器(26)布置在所述测量值指示器(20)的旁边并且监控所述测量值指示器(20)的整个平动区域，其中，所述至少一个传感器(26)确定所述测量值指示器(20)在所述平动区域中的当前位置，所述位置表示所述旋转构件(10)的旋转角度。

Description

检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件
技术领域
本发明涉及一种用于检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件，所述旋转构件在其周缘处与测量值指示器相联接，测量值指示器与至少一个传感器相结合产生表示旋转构件的旋转角度的信号。
背景技术
在已知的转向角度传感器中，借助于磁场传感器无接触地扫描用于确定方向盘的回转的圈数的计数轮。这种类型的系统具有的缺点为，在点火系统关闭时必须提供稳流以在点火系统关闭时能够识别方向盘的旋转。在车辆长时间未使用时，这导致车辆蓄电池的不期望的电量耗尽。如果不提供这种稳流，当在关闭点火系统或切断蓄电池的情况下进行方向盘的转动时不再能够明确地确定转向角度。
在公开文件DE 10 2007 052 162 A1中例如描述了一种用于无接触地检测旋转角度或线性位移的测量装置以及带有这种测量装置的踏板模块。所检测的旋转角度或所检测的线性位移基于在至少两个通过弹簧器件相互抵靠地被预紧在其初始位置中的物体之间的相对运动而得到。弹簧器件具有由导电材料制成的线圈，并且两个物体的相对运动引起弹簧器件的长度变化。规定，弹簧器件的线匝的至少一部分包括在磁性线圈中，该磁性线圈与至少一个电容器一起包括在振荡电路中。此外，设有评估装置，其根据基于通过两个物体的相对运动引起的弹簧器件的长度变化的振荡电路的谐振频率的变化发出可被评估以识别和计算相对运动的信号。为了使加速踏板杠杆相对于支座的旋转运动转换成在测量原理方面更简单的线性运动，弹簧元件可利用其一个端部支撑在构造在支座处的支撑面上并且利用另一端部支撑在加速踏板杠杆的相对于摆动轴线在加速踏板杠杆和支座之间的形成杠杆臂的支撑臂上。
例如，在公开文献DE 10 2008 011 448 A1中描述了一种用于检测旋转角度的组件。该所描述的组件包括指示器和传感器，该传感器根据旋转构件的旋转角度变化来检测由指示器产生的物理参数的变化作为可数字化评估的信号。该旋转构件具有至少一个联接在其周缘处的、通过该构件的旋转而自身旋转的、周缘更小的、优选地带有角度传感器的行星齿轮，该行星齿轮通过轴向地联接的内摆线传动机构驱动同样旋转的内摆线盘或内摆线齿轮，其旋转速度由内摆线传动机构减小，使得由此可利用转动传感器系统确定旋转构件的旋转圈数和在转向轴经过多圈旋转之后的绝对转向角度。
发明内容
相对地，根据本发明的用于车辆的传感器单元具有的优点为，通过将旋转运动转换成机械位移变化或者说平动，在旋转构件进行多圈回转时也总是可得到明确的旋转位置。以有利的方式，在电子设备失效时，仍然能够在改变的机械位移位置中获得旋转运动。由于机械的位移变化或者说平动，在关闭点火系统或断开电池之后也提供正确的绝对旋转角度，其中，借助于在平动区域之内的位置检测可同时实现对旋转角度的特别可靠的操作或者更确切地说特别可靠的识别。另一优点可为机械的简化，这可使得节省成本。优选地，根据本发明的传感器组件可用于确定车辆的转向角度。在此，旋转构件或更确切地说齿轮优选地与车辆的方向盘或更确切地说转向柱防止相对旋转地相联接。本发明的实施方式将转向运动转化成位移变化或者说平动，其可通过位置确定无接触地被检测并且被换算成转向角度。
本发明的实施方式提供了一种用于检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件。该旋转构件在其周缘处与测量值指示器相联接，该测量值指示器与至少一个传感器相结合产生表示旋转构件的旋转角度的信号。根据本发明，测量值指示器实施成运动转换器，该运动转换器将旋转构件的旋转转换成测量值指示器的平动。该至少一个传感器布置在测量值指示器的旁边并且监控测量值指示器的整个平动区域，其中，该至少一个传感器确定测量值指示器在平动区域中的当前位置，该位置表示旋转构件的旋转角度。
尤其有利的是，测量值指示器可将旋转构件的旋转转换成测量值指示器相对于该旋转构件的轴向平动。该测量值指示器例如可包括小齿轮，该小齿轮通过内螺纹在带有相应的外螺纹的螺栓上可纵向运动地被引导并且被定位成，旋转构件的第一齿圈与小齿轮的第二齿圈啮合，从而小齿轮接受表示旋转构件的旋转的旋转运动并且在螺栓上执行沿着平动区域的螺旋运动。由此，由旋转构件传递到小齿轮上的旋转运动可被转换成测量值指示器的小齿轮的高度变化，其中，测量值指示器的高度变化可通过所述至少一个传感器作为测量值指示器在平动区域之内的位置测得。以有利的方式，所确定的旋转构件的旋转角度的分辨率可通过优选地实施成齿轮的旋转构件与测量值指示器的传动比和/或通过内螺纹和/或螺栓的外螺纹的螺距预定。通过螺纹，可附加地使高度变化与传动比无关地与用于确定位置的该至少一个传感器的特性相匹配。此外，为了减小轴向的间隙，测量值指示器可被例如由至少一个弹簧销产生的弹簧力加载。
在根据本发明的传感器组件的有利的设计方案中，该至少一个传感器可包括多个涡流传感器，该涡流传感器分别具有至少一个用于产生磁场的线圈，其中，评估和控制单元通过评估所产生的磁场确定测量值指示器在平动区域之内的当前位置。例如，每个涡流传感器可具有两个用于产生相应的磁场的线圈，其中，评估和控制单元可对由两个线圈产生的磁场进行差异评估(differenzielleAuswertung)，以确定测量值指示器在平动区域之内的当前位置。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，该至少一个传感器可附加地检测测量值指示器的小齿轮的第二齿圈的齿位置，评估和控制单元评估该齿位置以确定旋转角度。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，在相应的涡流传感器之内的两个线圈例如可重叠地且具有共同竖轴地布置在不同的高度位置上，所述竖轴平行于测量值指示器的旋转轴线延伸。由于测量值指示器的小齿轮的齿结构和通过涡流传感器的检测，旋转角度检测可能是多值的。为了消除该多值性，代替重叠地布置，备选地，线圈可彼此错位地布置在不同的高度位置中且具有分别平行于测量值指示器的旋转轴线延伸的不同的竖轴。由此，得到相对于小齿轮位置相位不同的两个信号，并且小齿轮的齿位置可通过评估和控制单元计算出来。一种用于避免多值性的备选的可能方案可为，差动线圈在时间上交替地工作。该评估和控制单元可首先在时间上彼此错开地给在相应的涡流传感器之内的两个线圈通电并且之后同时地给这两个线圈通电，并且检测和评估形式不同的磁场。由此，评估和控制单元分别利用形式不同的磁场总共进行三次测量，这可消除多值性。线圈的通电例如可通过相应的切换或通过在线圈之间具有相应的相位偏移的条件下线圈电流的正弦形变化实现。
以有利的方式，差异评估使对干扰影响因素、例如温度变化等的补偿成为可能。此外，使用多个传感器或者更确切地说线圈以有利的方式实现冗余地检测在旋转构件处的旋转角度。
附图说明
本发明的实施例在附图中被示出并且在以下描述中详细进行解释。在附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的组件或元件。
图1示出了根据本发明的传感器组件的实施例在第一位置中的示意性立体图，
图2示出了根据本发明的传感器组件的实施例在第二位置中的示意性立体图，
图3示出了图1或2中的根据本发明的传感器组件的示意性细节图，
图4示出了用于图1和2中的根据本发明的传感器组件的测量值指示器的示意性俯视图，
图5示出了用于图1和2的根据本发明的传感器组件的带有两个线圈的涡流传感器的第一实施例的示意图，
图6示出了用于图1和2的根据本发明的传感器组件的带有两个线圈的涡流传感器的第二实施例的示意图。
具体实施方式
如可从图1至6中看出的那样，根据本发明的用于检测在车辆中的旋转构件10处的旋转角度的传感器组件1的实施方式包括测量值指示器20和至少一个传感器26，该至少一个传感器的输出信号由评估和控制单元30评估。旋转构件10在其周缘处与测量值指示器20相联接，该测量值指示器20与至少一个传感器26相结合产生表示旋转构件10的旋转角度的信号并将该信号输出到评估和控制单元30。根据本发明，测量值指示器20被实施成运动转换器，该运动转换器将旋转构件10的旋转12转换成测量值指示器20的平动24，其中，该至少一个传感器26布置在测量值指示器20的旁边并且监控测量值指示器20的整个平动区域。该至少一个传感器26确定测量值指示器20在平动区域中的当前位置，该位置表示旋转构件10的旋转角度。
根据本发明的传感器组件1的实施方式例如可用作用于确定车辆的转向角度的转向角传感器。在此，旋转构件10例如实施成齿轮并且优选地与车辆的方向盘和/或转向柱防止相对旋转地相联接。
如还可从图1至4中看出的那样，在根据本发明的传感器组件1的所示出的实施例中，测量值指示器20包括小齿轮20a，该小齿轮通过内螺纹20.3可纵向运动地在带有相应的外螺纹22.1的螺栓22上被引导。实施成小齿轮20a的测量值指示器20如此定位，即，实施成齿轮的旋转构件10的第一齿圈14与小齿轮20a的第二齿圈20.1啮合。由此，旋转构件10的旋转12被传递到测量值指示器20的小齿轮20a上，测量值指示器20通过传递的旋转运动12'改变其在轴向的方向24上的位置。这意味着，小齿轮20a接受表示旋转构件10的旋转12的旋转运动12'并且在螺栓22上执行沿着平动区域的螺旋运动24并且将旋转12、12'或者说旋转运动转换成测量值指示器20的高度变化形式的轴向平动24。如可从在图1和2之间的比较中看出的那样，通过旋转构件10的旋转12的被示出的旋转方向，测量值指示器20的小齿轮20a在平动区域之内的位置向上发生变化。所确定的旋转构件10的旋转角度的分辨率可例如通过旋转构件10与测量值指示器20的小齿轮20a的传动比和/或通过内螺纹20.3和/或螺栓22的外螺纹22.1的螺距预定。此外，测量值指示器20或更确切的说小齿轮20a可被例如由至少一个弹簧销产生的弹簧力加载以减小轴向的间隙。
通过将旋转12或者说转向运动转换成测量值指示器20的机械平动24(测量值指示器20在平动区域之内的位置被确定)，在方向盘旋转多圈时也始终可得到明确的旋转位置或者说明确的转向角度。同样，在电气设备失效时，仍然能够在改变的机械高度位置中获得旋转运动。基于机械的平动24，在关闭点火系统或断开电池之后也可提供正确的绝对旋转角度或绝对转向角度，其中，借助于位置检测同时实现对旋转角度或者更确切地说转向角度的特别可靠的操作或更确切地说特别可靠的识别。
如还可从图1至4中看出的那样，该至少一个传感器26包括多个涡流传感器26.1至26.5，其分别具有至少一个用于产生磁场28的线圈27.1、27.2。评估和控制单元30通过评估产生的磁场28确定测量值指示器20在平动区域之内的当前位置。为了提高分辨率，该至少一个传感器26附加地检测测量值指示器20的小齿轮20a的第二齿圈20.1的齿20.2的位置，评估和控制单元30评估该位置以更准确地确定旋转角度。使用涡流传感器26.1至26.5使成本适宜地实施位置测量成为可能。显然，也可实施其它对于本领域技术人员已知的测量方法以确定测量值指示器20的位置。
对于所有的涡流传感器26.1至26.5，如图3和5中那样，代表性地示出中间的涡流传感器26.3，测量值指示器20的小齿轮20a布置在该涡流传感器26.3的高度中。如还可从图3和5中看出的那样，涡流传感器26.3具有两个用于产生相应的磁场28的线圈27.1、27.2，其中，评估和控制单元30对由两个线圈27.1、27.2产生的磁场28进行差异评估，以确定测量值指示器20在平动区域之内的当前位置。在所示出的第一实施例中，两个线圈27.1、27.2在相应的涡流传感器26.3之内重叠地布置在不同的高度位置上且具有共同的竖轴，所述竖轴平行于测量值指示器20的旋转轴线延伸。通过带有两个线圈27.1、27.2的实施方案，评估和控制单元30能够进行差异评估，以克服寄生的影响因素、例如温度等。在此，这两个线圈27.1、27.2可交替地被接通和断开，以由此可进行分别不被另一线圈影响的测量。涡流传感器26.1至26.5例如可采用微机械的方法在硅中实现或直接在电路板上实现。因此，电路板方案还可具有另一成本优点。在此，可实现不同的线圈形状，例如圆形的或矩形的线圈，但是也可实现较复杂的线圈形状。由于小齿轮20a的齿结构和通过涡流传感器26.1至26.5的检测，旋转角度检测可能是多值的。
如还可从图6中看出的那样，代替如在图5中所示的重叠地布置，在所示出的第二实施例中，代表性的涡流传感器26'的两个线圈27.1'、27.2'彼此错位地布置在不同的高度位置中并且带有分别平行于测量值指示器20的旋转轴线延伸的不同的竖轴。该布置方案使得评估和控制单元30可以克服出现的多值性。通过该布置方案，评估和控制单元30得到相对于小齿轮20a的位置相位不同的两个信号，并且可算出第二齿圈20.1的齿轮20.2的位置。
避免多值性的一个代替的可能方案在于，评估和控制单元30在时间上交替地且同时接通相应的涡流传感器26.1至26.5的差动线圈27.1、27.2(A、B、AB、A、B、AB、...)。由此，分别利用形式不同的磁场28总共进行三次测量，这消除了多值性。线圈27.1、27.2的通电例如可通过相应的切换或通过在线圈之间具有相应的相移的条件下线圈电流的正弦形变化实现。
本发明的实施方式提供了用于检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件，其通过将旋转运动转换成机械的位移变化，即使在旋转构件旋转多圈时也能始终提供明确的旋转位置。以有利的方式，在电子设备失效时，仍然能够在改变的机械高度位置中获得旋转运动。基于机械的位移变化，在关闭点火系统或断开电池之后，也可提供正确的绝对旋转角度，其中，借助于位置检测可同时实现对旋转角度的特别可靠的操作或者更确切地说特别可靠的识别。

Claims (9)

1.一种用于检测在车辆中的旋转构件处的旋转角度的传感器组件，所述旋转构件在其周缘处与测量值指示器(20)相联接，所述测量值指示器(20)与至少一个传感器(26)相结合产生表示所述旋转构件(10)的旋转角度的信号，其特征在于，所述测量值指示器(20)实施成运动转换器，该运动转换器将所述旋转构件(10)的旋转(12)转换成所述测量值指示器(20)的平动(24)，其中，所述至少一个传感器(26)布置在所述测量值指示器(20)的旁边并且监控所述测量值指示器(20)的整个平动区域，其中，所述至少一个传感器(26)确定所述测量值指示器(20)在所述平动区域中的当前位置，所述位置表示所述旋转构件(10)的旋转角度，所述测量值指示器(20)包括小齿轮(20a)，该小齿轮通过内螺纹(20.3)在带有相应的外螺纹(22.1)的螺栓(22)上能纵向运动地被引导并且被定位，所述旋转构件(10)的第一齿圈(14)与所述小齿轮(20a)的第二齿圈(20.1)啮合，从而所述小齿轮(20a)接受表示所述旋转构件(10)的旋转(12)的旋转运动(12')并且在所述螺栓(22)上执行沿着所述平动区域的螺旋运动。
2.按照权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值指示器(20)将所述旋转构件(10)的旋转(12)转换成所述测量值指示器(20)相对于所述旋转构件(10)的轴向平动(24)。
3.按照权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所确定的旋转构件(10)的旋转角度的分辨率通过所述旋转构件(10)与所述测量值指示器(20)的传动比和/或通过所述内螺纹(20.3)和/或所述螺栓(22)的外螺纹(22.1)的螺距预定。
4.按照权利要求1或2所述的传感器组件，其特征在于，所述至少一个传感器(26)包括多个涡流传感器(26.1至26.5)，该涡流传感器分别具有至少一个用于产生磁场(28)的线圈(27.1、27.2)，其中，评估和控制单元(30)通过评估所述产生的磁场(28)确定 所述测量值指示器(20)在平动区域之内的当前位置。
5.按照权利要求4所述的传感器组件，其特征在于，所述至少一个传感器(26)附加地检测所述测量值指示器(20)的小齿轮(20a)的第二齿圈(20.1)的齿位置，所述评估和控制单元(30)评估所述齿位置以确定所述旋转角度。
6.按照权利要求4所述的传感器组件，其特征在于，每个涡流传感器(26.1至26.5)具有两个用于产生相应的磁场(28)的线圈(27.1、27.2)，其中，所述评估和控制单元(30)对由所述两个线圈(27.1、27.2)产生的磁场(28)进行差异评估，以确定所述测量值指示器(20)在所述平动区域之内的当前位置。
7.按照权利要求6所述的传感器组件，其特征在于，在所述相应的涡流传感器(26.3)之内的两个线圈(27.1、27.2)重叠地布置在不同的高度位置中且具有共同的竖轴，所述竖轴平行于所述测量值指示器(20)的旋转轴线延伸。
8.按照权利要求6所述的传感器组件，其特征在于，在所述相应的涡流传感器之内的两个线圈彼此错位地布置在不同的高度位置中且具有分别平行于所述测量值指示器(20)的旋转轴线延伸的不同的竖轴。
9.按照权利要求8所述的传感器组件，其特征在于，所述评估和控制单元(30)首先在时间上彼此错开地给在所述相应的涡流传感器之内的两个线圈通电并且之后同时地给在所述相应的涡流传感器之内的所述两个线圈通电，并且检测和评估形式不同的磁场。
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