CN103256912A - 用于获取车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于获取在车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件，转动部件与测量值传送器(26)联接，该测量值传送器与至少一个传感器(28、28a、28b)相结合产生一个代表转动部件(10)的旋转角的信号。根据本发明，测量值传送器(26)与转动部件(10)一起被实施为运动转换器(20)，其将转动部件(10)的转动(12)转换为测量值传送器(26)相对于转动部件(10)的轴向平动(22)，其中，测量值传送器(26)具有弹性基体(26.1)，该弹性基体具有固定端(26.2)和测量端(26.3)，测量端(26.3)在转动部件(10)上被引导，并且所述至少一个传感器(28、28a、28b)获取测量值传送器(26)的测量端(26.3)经过的行程，该行程代表转动部件(10)的旋转角。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序部分所述的用于获取车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件。
背景技术
在一种已知的转向角传感器中，借助于磁场传感器对用于确定方向盘旋转圈数的计数轮无接触地进行探测。这类系统具有下列缺点，即，在切断点火装置时必须提供静态电流，以便在切断点火装置时能够识别方向盘的转动。在长时间不使用车辆的情况下，这导致不希望的车辆电池耗尽。如果不提供这种静态电流，则可能当在切断点火装置或者断开电池的情况下发生旋转时，无法准确地确定转向角。
在公开文献DE102007052162A1中，例如描述了一种例如用于无接触地获取旋转角或线性位移的测量装置以及具有这种测量装置的踏板模块。所获取的旋转角或所获取的线性位移由于在至少两个通过弹簧件相对彼此被预紧在其初始位置上的物体之间的相对运动而得出。弹簧件具有由导电材料制成的多个圈，并且物体的相对运动造成弹簧件的长度改变。规定，弹簧件的多个圈的至少一部分被一个磁性绕组所包括，该磁性绕组与至少一个电容器一起被一个振荡电路所包括。此外，设有评价装置，该评价装置根据振荡电路谐振频率的变化(振荡电路谐振频率的变化基于由物体的相对运动引起的弹簧件的长度变化)提供一个信号，可以对该信号进行评价以识别和计算所述相对运动。为了将驾驶踏板杠杆相对于支承架的旋转运动转换为在测量原理上更为简单的线性运动，可以使弹簧元件的一个端部支撑在构造于支承架上的支撑面上，并且另一端部支撑在驾驶踏板杠杆的相对于摆动轴线在驾驶踏板杠杆和支承架之间构成杠杆臂的支撑臂上。
在公开文献DE102008011448A1中例如描述了一种用于获取旋转角的组件。所描述的组件包括传送器和传感器，所述传感器根据转动部件的旋转角的变化对作为可数字化评价信号的、由发送器产生的物理量改变进行检测。转动部件具有至少一个联接在其圆周上的通过其转动而旋转的周长较小的卫星件，该卫星件优选地具有角度传感器，该卫星件通过轴向联接的内摆线传动机构驱动同样转动的摆线盘或内摆线齿轮，其旋转速度通过内摆线传动机构被降低，使得由此可利用旋转传感器系统获得转动部件的旋转圈数和转向轴旋转多圈的绝对转向角。
发明内容
与此相对，具有独立权利要求1的特征的用于车辆的依据本发明的传感器组件具有如下优点：通过将旋转运动转化为机械的行程变化，即使在转动部件旋转多圈时，也总是能够得到一个明确的旋转位置。有利地，在电子设备失效时，旋转运动仍保留在机械的改变了的行程位置上。由于机械的行程变化，在切断点火装置或中断电池后依然可提供正确的绝对旋转角，其中同时能够借助于距离检测实现特别可靠的操作或实现对旋转角的特别可靠的识别。另一优点在于机械的简化，这使得成本得以节约。优选地，可以使用依据本发明的传感器组件来用于确定车辆转向角。在此，所述转动部件优选地被实施为车辆的转向柱或与转向柱不可相对转动地连接的套筒。本发明的实施方式将转向运动转化为行程变化，可以通过距离测量装置无接触地检测该行程变化，并且可以将其换算成转向角。
本发明的实施方式提供了一种用于获取在车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件。所述转动部件与测量值传送器联接，该测量值传送器与至少一个传感器相结合产生一个代表转动部件旋转角的信号。依据本发明，所述测量值传送器与转动部件一起被实施为运动转换器，该运动转换器将转动部件的转动转换为测量值传送器相对于转动部件的轴向平动，其中所述测量值传送器具有弹性基体，该弹性基体具有固定端和测量端，其中所述测量端在所述转动部件上被引导，并且其中所述至少一个传感器获取所述测量值传送器的测量端所经过的行程，该行程代表所述转动部件的旋转角。
通过在从属权利要求中提出的措施和改进方案，实现了对在独立权利要求1中给出的用于获取在车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件的有利改进。
特别有利的是，所述转动部件具有导向螺纹，在该导向螺纹中对测量值传送器的测量端进行引导。通过在所述转动部件中直接切削出外螺纹，可以以有利的方式减少所需的用于将旋转运动转换为直线运动的部件的数量，这可以使得成本得以节约。替代地，具有导向螺纹的套筒可以与所述转动部件联接，其中在套筒的导向螺纹中对测量端进行引导。通过所述套筒，可以以有利的方式使测量值传送器的尺寸与所述转动部件或与转向柱相匹配。具有导向螺纹的套筒例如可以沿轴向被套到所述转动部件上并且与该转动部件以不可相对转动的方式相连接。替代地，具有导向螺纹的套筒可以通过传动机构与所述转动部件相联接。
在根据本发明的传感器组件的有利的设计方案中，获取的转动部件的旋转角的分辨率可以通过在转动部件上或在套筒上的导向螺纹的螺距和/或通过传动比预先规定。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，弹性基体具有S形状，其中所述弹性基体的刚度被预先规定为，使得所述测量端的水平运动锁止。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，所述弹性基体的固定端通过固定件固定在支撑板上。所述固定端例如可以通过螺纹连接、铆接等固定在支撑板上。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，所述至少一个传感器可以被实施为距离传感器，该距离传感器获取测量值传送器相对于参考点的距离，其中，至少一个传感器设置在测量值传送器上和/或参考点上。优选地，测量测量值传送器的第一端面和/或第二端面相对于参考点的距离。所述至少一个传感器例如可以被实施为通过相应磁场的变化获取距离的涡流传感器和/或通过电场的变化获取距离的电容传感器。这些实施方式实现了距离测量的低成本的实施。当然，也可以采用本领域技术人员已知的其他的距离测量技术。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，设有两个传感器，这两个传感器构成一个差动距离传感装置。在此，第一传感器获取测量值传送器相对于第一参考点的距离，第二传感器获取测量值传送器相对于第二参考点的距离。因此，例如第一距离传感器可以测量所述测量值传送器的第一端面相对于第一参考点的距离，第二距离传感器可以测量所述测量值传送器的第二端面相对于第二参考点的距离。这以有利的方式实现了对干扰影响、例如温度变化等的补偿。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且在下面进行详细阐述。在附图中相同的附图标记表示实施相同功能或类似功能的部件或元件。
唯一的附图示出了依据本发明的传感器组件的实施例的示意性立体图。
具体实施方式
如由附图可见，依据本发明的用于获取在车辆中的转动部件10上的旋转角的传感器组件1的实施方式包括测量值传送器26和至少一个传感器28、28a、28b，其输出信号由评价和控制单元30进行评价。该转动部件10与测量值传送器26联接，该测量值传送器与所述至少一个传感器28、28a、28b相结合产生一个代表转动部件10的旋转角的信号并将该信号输出到评价和控制单元30。
依据本发明，测量值传送器26与转动部件10一起被实施为运动转换器20，其将转动部件10的转动12转换为测量值传送器26相对于转动部件10的轴向平动22。在此，测量值传送器26具有弹性基体26.1，该基体具有一个固定端26.2和一个测量端26.3，其中所述测量端26.3在转动部件10上被引导，并且其中所述至少一个传感器28、28a、28b获取测量值传送器26的测量端26.3所经过的行程，该行程代表转动部件10的旋转角。
依据本发明的传感器组件1的实施方式例如可以用作用于确定车辆转向角的转向角传感器。在此，转动部件10例如被实施为车辆的转向柱。
如由附图进一步可见，在所示的依据本发明的传感器组件1的实施例中，具有导向螺纹24.1的套筒24沿轴向被套到实施为转向柱的转动部件10上并且与该转动部件10以不可相对转动的方式连接。在一种替代的未示出的实施方式中，在转动部件10中可以直接切削出所述导向螺纹。获取的转动部件10的旋转角的分辨率可以通过在转动部件10上或在套筒24上的导向螺纹24.1的螺距预先规定。在另一替代的未示出的实施方式中，具有导向螺纹24.1的套筒24可以通过传动机构
与转动部件10相联接。该传动机构可以例如通过构造在套筒上的齿圈和与转动部件10联接的小齿轮实现。此时，获取的转动部件10的旋转角的分辨率可以通过在套筒24上的导向螺纹24.1的螺距和/或通过传动比预先规定。
如由附图进一步可见，弹性基体26.1具有S形状。弹性基体26.1的刚度被预先规定为，使得测量端26.3被压入到导向螺纹24.1的螺距中并且测量端26.3的水平运动被锁止。此外，弹性基体26.1的固定端26.2通过固定件26.7(其例如被实施为螺钉、铆钉等)被固定在支撑板26.6上。通过转动部件10的转动12或者说旋转运动，测量端26.3通过在导向螺纹24.1中的导向沿轴向22向上或向下运动。测量端26.3的水平运动由于弹性基体26.1的刚度而受到抑制。由此，可以将转动部件10的转动12转换成测量值传送器26的测量端26.3的高度变化。可以通过所述至少一个传感器28、28a、28b获取该测量值传送器26的测量端26.3的高度变化并且由评价和控制单元30对其进行评价。
通过将转动12或转向运动转化为机械的平动22(通过距离测量装置获取该平动)，即使在方向盘进旋转多圈时，也总是可得到一个明确的旋转位置或一个明确的转向角。同样在电子设备失效时，旋转运动仍保留在机械的改变了的高度位置上。由于机械的平动22，即使在切断点火装置或中断电池后依然可提供正确的绝对旋转角或绝对转向角，其中同时能够借助于距离检测实现特别可靠的操作或实现对旋转角或转向角的特别可靠的识别。
如由附图可见，所述至少一个传感器28、28a、28b被实施为距离传感器，所述距离传感器获取测量值传送器26的测量端26.3相对于参考点的距离29、29a、29b。在此，可以将所述至少一个传感器28、28a、28b设置在测量值传送器26的测量端26.3上和/或参考点上。在所示出的实施例中，所述至少一个传感器28、28a、28b位置固定地设置在参考点上。优选地，所述至少一个传感器28、28a、28b被实施为涡流传感器和/或电容传感器，因为这可以低成本地实现距离测量。当然，也可以采用本领域技术人员已知的其他距离测量方法来获取测量值传送器26的测量端26.3所经过的行程。
与测量值传送器26的测量端26.3的侧面26.4、26.5间隔布置的距离传感器28可以无接触地检测在距离传感器28与测量值传送器26的测量端26.3的相应侧面26.4、26.5之间的距离29并且将相应的输出信号输出到评价和控制单元30。评价和控制单元30对距离传感器28的输出信号进行评价并且可以推断出转动部件10的旋转角。
在所示的实施例中，每两个距离传感器28a、28b与评价和控制单元30构成一个差动距离传感装置。在此，第一距离传感器28a设置在测量值传送器26的测量端26.3的上方，并获取从测量值传送器26的测量端26.3的上侧面26.4至第一参考点的第一距离29a。第二距离传感器28b设置在测量值传送器26的测量端26.3的下方，并获取测量值传送器26的测量端26.3的下侧面26.5相对于第二参考点的第二距离29b。通过所示的转动部件10的转动12的旋转方向，在测量值传送器26的测量端26.3的上侧面26.4和设置在测量值传送器26的上方的第一距离传感器28a之间的第一距离29a缩小，而在测量值传送器26的测量端26.3的下侧面26.5和设置在测量值传送器26的下方的第二距离传感器28b之间的第二距离29b增大。该差动距离传感装置以有利的方式实现了对干扰影响、例如温度等的补偿。
可以以微机械的方法用硅制造所述至少一个传感器28或直接在电路板上(在电路板上的绕组)实现所述至少一个传感器28，其中直接布置在电路板上的方案可以具有进一步的成本优势。在此，可以实施不同的绕组形式，例如圆形的或矩形的，但复杂的绕组形式也可被证实为有利的。
本发明的实施方式提供了一种用于获取车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件，该传感器组件通过将旋转运动转化为机械的行程变化，即使在转动部件旋转多圈时也总是能提供一个明确的旋转位置。有利地，在电子设备失效时，旋转运动仍保留在机械的改变了的位置上。由于机械的行程变化，在切断点火装置或中断电池后依然可提供正确的绝对旋转角，其中同时能够借助于距离检测实现特别可靠的操作或实现对旋转角的特别可靠的识别。
Claims (10)
1.一种用于获取在车辆中的转动部件上的旋转角的传感器组件，所述转动部件与测量值传送器(26)联接，该测量值传送器与至少一个传感器(28、28a、28b)相结合产生一个代表所述转动部件(10)的旋转角的信号，其特征在于，所述测量值传送器(26)与所述转动部件(10)一起被实施为运动转换器(20)，该运动转换器将所述转动部件(10)的转动(12)转换为所述测量值传送器(26)相对于所述转动部件(10)的轴向平动(22)，其中所述测量值传送器(26)具有弹性基体(26.1)，该弹性基体具有固定端(26.2)和测量端(26.3)，其中所述测量端(26.3)在所述转动部件(10)上被引导，并且其中所述至少一个传感器(28、28a、28b)获取所述测量值传送器(26)的测量端(26.3)所经过的行程，该行程代表所述转动部件(10)的旋转角。
2.按照权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述转动部件(10)具有导向螺纹(24.1)，在该导向螺纹中对所述测量值传送器(26)的测量端(26.3)进行引导。
3.按照权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，具有导向螺纹(24.1)的套筒(24)与所述转动部件(10)相联接，其中在所述套筒(24)的导向螺纹(24.1)中对所述测量端(26.3)进行引导。
4.按照权利要求3所述的传感器组件，其特征在于，所述具有导向螺纹(24.1)的套筒(24)沿轴向被套到所述转动部件(10)上并且与该转动部件(10)以不能相对转动的方式相连接。
5.按照权利要求3所述的传感器组件，其特征在于，所述具有导向螺纹(24.1)的套筒(24)通过传动机构与所述转动部件(10)相联接。
6.按照权利要求2至5中的任一项所述的传感器组件，其特征在于，获取的所述转动部件(10)的旋转角的分辨率通过在所述转动部件(10)上或在所述套筒(24)上的导向螺纹(24.1)的螺距和/或通过传动比预先规定。
7.按照权利要求1至6中的任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述弹性基体(26.1)具有S形状，其中，所述弹性基体(26.1)的刚度被预先规定为，使得所述测量端(26.3)的水平运动锁止。
8.按照权利要求1至7中的任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述弹性基体(26.1)的固定端(26.2)通过固定件(26.7)固定在支撑板(26.6)上。
9.按照权利要求1至8中的任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述至少一个传感器(28、28a、28b)为距离传感器，该距离传感器获取所述测量值传送器(26)相对于参考点的距离(29、29a、29b)，其中，至少一个传感器(28、28a、28b)设置在所述测量值传送器(26)上和/或参考点上。
10.按照权利要求9所述的传感器组件，其特征在于，两个传感器(28a、28b)构成一个差动距离传感装置，其中，第一传感器(28a)获取所述测量值传送器(26)相对于第一参考点的第一距离(29a)，第二传感器(28b)获取所述测量值传送器(26)相对于第二参考点的第二距离(29b)。
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