DE102011075635A1

DE102011075635A1 - Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads und damit ausgestattetes Lenkstockmodul

Info

Publication number: DE102011075635A1
Application number: DE102011075635A
Authority: DE
Inventors: Sergio Codonesu; Oliver Nehls; Peter Zegelaar; Lodewijk Wijiffels
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: US20120286774A1; DE102011075635B4; CN102774421A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads mit einem Codeträger und wenigstens einer Abtasteinrichtung zur Abtastung eines auf dem Codeträger vorgesehenen Codes, wobei der Codeträger und die Abtasteinrichtung bei einer Änderung des Lenkwinkels relativ zueinander verdreht werden und die Abtasteinrichtung ein Ausgangssignal erzeugt, aus dem der Lenkwinkel ermittelbar ist. Die Abtasteinrichtung ist gegenüber dem ortsfesten Codeträger drehbar und drehfest mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule koppelbar. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads ausgestattetes Lenkstockmodul für Kraftfahrzeuge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads, insbesondere in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Lenkstockmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Vorrichtungen zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind allgemein bekannt. Bei diesen Vorrichtungen, die auch als Lenkwinkelsensoreinrichtungen oder einfach als Lenkwinkelsensoren bezeichnet werden, bildet ein Teil zumeist einen feststehenden Stator, der beispielsweise durch ein Gehäuse oder eine Halterung ausgebildet ist, in dem ein zweites Teil, das an dem Lenkrad bzw. einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs befestigt ist, als Rotor drehbar gelagert ist.
Zur genauen Bestimmung des Dreh- bzw. Lenkwinkels werden gewöhnlich Drehgeber mit analogen oder digitalen Winkelsensoren verwendet. Digitale Winkelsensoren bestehen im Prinzip aus einer kodierten Einrichtung und einem die Kodierung abtastenden Sensor, die sich relativ zueinander drehen. Bei digitalen, inkrementellen Drehgebern ist die kodierte Einrichtung gewöhnlich eine Codescheibe oder ein Coderad mit gleichmäßig über den Umfang verteilten, gleichartigen Markierungen, die von dem Sensor detektiert und durch Abgabe entsprechender Impulse signalisiert werden. Aufeinanderfolgende Impulse werden drehrichtungsabhängig mitgezählt, um aus der akkumulierten Summe den resultierenden Drehwinkel zu ermitteln. Um hieraus die Ist-Position zu bestimmen, bedarf es der Vorgabe einer Referenzposition, auf die der Zählwert bezogen werden kann. Diese Referenzposition wird üblicherweise durch eine gesonderte, von dem Sensor erfaßbare Referenz- oder Nullmarke kenntlich gemacht. Bei digitalen, absoluten Drehgebern hingegen ist die Kodierung ortsabhängig, so dass für jede Winkelposition ein individuelles Signal erzeugt werden kann, das die betreffende Position direkt eindeutig anzeigt. Gleiche Winkelpositionen innerhalb aufeinander folgender Vollumdrehungen sind geometrisch nicht voneinander unterscheidbar, weshalb gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen.
Die Vorrichtungen zur Bestimmung des Lenkwinkels der eingangs genannten Art weisen gewöhnlich eine als Rotor ausgebildete Codescheibe bzw. ein Coderad auf, wobei der Sensor bzw. die Abtasteinrichtung mit dem Stator verbunden ist. Eine Drehung des Lenkrads bewirkt somit eine entsprechende Drehung der Codescheibe, die von dem feststehenden Sensor in der vorbeschriebenen Weise detektiert und in Form eines entsprechenden elektrischen Signals bereitgestellt wird, aus dem der Lenkwinkel ermittelbar ist.
So ist beispielsweise aus der DE 101 10 785 A1 ein Lenkwinkelsensor bekannt, der eine drehbar gelagerte, den Drehwinkel des Lenkrads wiedergebende Codescheibe umfaßt und ferner eine den Code der Codescheiben abtastende, feststehende Abtasteinheit zur Bestimmung der Winkelstellung des Lenkrads bzw. der Lenksäule innerhalb einer Umdrehung. Der beschriebene Lenkwinkelsensor weist zusätzlich eine mit der Lenksäule oder der Codescheibe mechanisch gekoppelte Zähleinheit zur Zählung der vollen Umdrehungen des Lenkrades bzw. der Lenksäule gegenüber einer Null-Lage auf.
Die EP 1 069 026 B1 offenbart ein Lenkstockmodul für ein Kraftfahrzeug, das eine Signalübertragungskassette zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischen Strömen zwischen einem Lenkrad und dem Kraftfahrzeug mit einem als Wickelfeder ausgestalteten Breitbandkabel, einen Lenkwinkelsensor und mindestens einen Lenkstockschalter umfaßt. Der Lenkwinkelsensor weist eine drehbar gelagerte Codescheibe auf, die drehfest mit einem mit dem Lenkrad des Kraftfahrzeugs drehbaren Teil der Signalübertragungskassette verbunden ist. Eine ortsfeste Abtasteinrichtung, die im Wesentlichen aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger besteht, ist auf einer relativ zur Codescheibe in einem Gehäuse des Lenkstockmoduls ruhenden Leiterplatte angeordnet.
Wird die von der statorseitigen Abtasteinrichtung bzw. dem Sensor ausgegebene Lenkwinkelinformation nun in dem Lenkrad benötigt, muß das am Stator verfügbare Lenkwinkelsignal bei den Lenkwinkelsensoreinrichtungen nach dem Stand der Technik über einen das Lenkrad mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbindenden, gewöhnlich spiralförmig aufgewickelten, flexiblen elektrischen Leiter, auch als „Clockspring“ oder Wickelfeder bezeichnet, übertragen werden. Der Spiralleiter wirkt sich jedoch nachteilig auf die Signalübertragungsqualität aus, insbesondere bei hohen Aktualisierungs- bzw. Datenraten, hoher Genauigkeit und/oder hohen Lastströmen auf dem Spiralleiter, da der Spiralleiter für die zu übertragenden Signale in an sich bekannter Weise als elektrische Spule (Drossel) wirkt.
Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sowie ein Lenkstockmodul aufzuzeigen, die die Bereitstellung von Lenkwinkelinformationen im Lenkrad mit hoher Aktualisierungs- bzw. Datenrate, hoher Genauigkeit und/oder hohem Laststrom ermöglichen, ferner einen geringen Platzbedarf aufweisen und einfach zu montieren sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Lenkstockmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads, insbesondere in Kraftfahrzeugen, umfaßt einen Codeträger und wenigstens eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines auf dem Codeträger vorgesehenen Codes, wobei der Codeträger und die Abtasteinrichtung bei einer Änderung des Lenkwinkels relativ zueinander verdreht werden und die Abtasteinrichtung ein Ausgangssignal erzeugt, aus dem der Lenkwinkel ermittelbar ist. Die Abtasteinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegenüber dem ortsfesten Codeträger drehbar und drehfest mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule koppelbar.
Unter einem Code und einer zugeordneten Abtasteinrichtung zur Abtastung des Codes werden vorliegend beliebige, zueinander bewegliche Baugruppen verstanden, die aufgrund einer Relativbewegung ein Ausgangssignal erzeugen, anhand dessen das Ausmaß der Drehbewegung der Abtasteinrichtung gegenüber dem mit dem Code versehenen Codeträger, beispielsweise eine Codescheibe oder ein Coderad, erfaßbar ist. Zur Abtastung des Codes können insbesondere elektrische, magnetische oder optische Meßprinzipien zur Anwendung kommen. So kann zum Beispiel die bei einer Drehung der entsprechenden Abtasteinrichtung auftretende Änderung eines elektrischen Widerstandes bestimmt werden, nämlich durch Verwendung eines Potentiometers, das den Code in Form eines elektrischen Widerstandes sowie die zugeordnete Abtasteinrichtung in Form eines Abgriffs bildet. Neben dieser besonders einfach zu verwirklichenden Abtastanordnung können beispielsweise ebenso ein auf dem Halleffekt basierendes magnetisches Meßprinzip oder ein auf der Abtastung definierter, auf dem Codeträger verteilter Markierungen beruhendes optisches Meßprinzip eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass von der Abtasteinrichtung bereitgestellte Lenkwinkelinformationen unmittelbar am und/oder im Lenkrad bzw. der Lenksäule des Kraftfahrzeugs mit hoher Aktualisierungs- bzw. Datenrate, hoher Genauigkeit und/oder einem hohen Laststrom bereitgestellt werden können. Die Signalqualität wird somit nicht, wie bereits eingangs erläutert, durch die Übertragung mittels einer für die Signale im Wesentlichen als Drossel wirkenden Wickelfeder, das heißt einen das Lenkrad mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbindenden, spiralförmig aufgewickelten, flexiblen elektrischen Leiter, nachteilig beeinflußt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet ein sich nicht gemeinsam mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule bewegbarer, ortsfester Gehäuseteil (Stator) der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Codeträger. Der Code des Codeträgers kann beispielsweise an einer Innenwand des feststehenden Gehäuseteils angebracht oder auf dieser selbst aufgebracht sein. Eine im Stand der Technik üblicherweise verwendete Codescheibe kann somit entfallen, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung kompakter baut und einfacher zu montieren ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Auswerteelektronik zur Auswertung des Lenkwinkels aus dem von der Abtasteinrichtung bereitgestellten Ausgangssignal vor, wobei die Auswerteelektronik drehfest mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule koppelbar ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Verbindung der Auswerteelektronik mit der Abtasteinrichtung realisierbar. Die Auswerteelektronik und die Abtasteinrichtung können beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein, die mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule bewegbar bzw. drehbar ist. Der von der Auswerteelektronik ausgewertete Lenkwinkel kann anschließend einem Aktor als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt werden.
Ein erfindungsgemäßes Lenkstockmodul für Kraftfahrzeuge umfaßt einen mit einem Lenkrad mechanisch koppelbaren, drehbaren ersten Teil (Rotor) und einen hinsichtlich des ersten Teils dreh- bzw. ortsfesten zweiten Teil (Stator), eine zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil angeordnete elektrische Verbindungseinrichtung, die einen spiralförmig aufgewickelten, flexiblen elektrischen Leiter zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischen Strömen zwischen dem Lenkrad und dem Kraftfahrzeug umfaßt. Ferner umfaßt das erfindungsgemäße Lenkstockmodul einen dem Lenkrad zugeordneten Aktor sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels des Lenkrads nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Abtasteinrichtung der Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels dem ersten Teil des Lenkstockmoduls und der Codeträger der Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels dem zweiten Teil des Lenkstockmoduls zugeordnet sind und die Lenkwinkelsignale dem Aktor unmittelbar zugeführt werden.
Das erfindungsgemäße Lenkstockmodul bietet den wesentlichen Vorteil, dass die von der Abtasteinrichtung bereitgestellten Lenkwinkelinformationen unmittelbar am und/oder im Lenkrad bzw. der Lenksäule des Kraftfahrzeugs mit hoher Aktualisierungs- bzw. Datenrate, hoher Genauigkeit und/oder einem hohen Laststrom bereitgestellt werden können. Eine Übertragung der Signale von dem ortsfesten zweiten Teil des Lenkstockmoduls zu dem mit dem Lenkrad mechanisch koppelbaren ersten Teil über die elektrische Verbindungseinrichtung ist nicht erforderlich, so dass die Lenkwinkelsignale dem Aktor in besonders einfacher Weise und im Wesentlichen ohne Übertragungsverluste zugeführt werden können.
Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads sowie das erfindungsgemäße Lenkstockmodul sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. So kann das Lenkstockmodul beispielsweise einen oder mehrere Lenkstockschalter, zum Beispiel zur Betätigung der Fahrtrichtungsanzeige, des Lichts und/oder der Wischeranlage des Kraftfahrzeugs, aufweisen. Ferner kann die Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels ebenso mehr als eine Abtasteinrichtung zur Abtastung des auf dem Codeträger vorgesehenen Codes umfassen.
In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads in einem Lenkstockmodul für Kraftfahrzeuge verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10110785 A1 [0005]
EP 1069026 B1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads mit einem Codeträger und wenigstens einer Abtasteinrichtung zur Abtastung eines auf dem Codeträger vorgesehenen Codes, wobei der Codeträger und die Abtasteinrichtung bei einer Änderung des Lenkwinkels relativ zueinander verdreht werden und die Abtasteinrichtung ein Ausgangssignal erzeugt, aus dem der Lenkwinkel ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung gegenüber dem ortsfesten Codeträger drehbar ist und drehfest mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule koppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen sich nicht gemeinsam mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule bewegbaren, ortsfesten Gehäuseteil, der gleichzeitig den Codeträger bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteelektronik zur Auswertung des Lenkwinkels aus dem von der Abtasteinrichtung bereitgestellten Ausgangssignal vorgesehen ist, wobei die Auswerteelektronik drehfest mit dem Lenkrad bzw. der Lenksäule koppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Code mittels der Abtasteinrichtung nach einem elektrischen, magnetischen oder optischen Prinzip abgetastet wird.
Lenkstockmodul für Kraftfahrzeuge mit einem mit einem Lenkrad mechanisch koppelbaren, drehbaren ersten Teil und einem hinsichtlich des ersten Teils dreh- bzw. ortsfesten zweiten Teil, einer zwischen dem drehbaren ersten Teil und dem drehfesten zweiten Teil angeordneten elektrischen Verbindungseinrichtung, die einen spiralförmig aufgewickelten, flexiblen elektrischen Leiter zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischen Strömen zwischen dem Lenkrad und dem Kraftfahrzeug umfaßt, gekennzeichnet durch einen dem drehbaren ersten Teil zugeordneten Aktor und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels des Lenkrads nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtasteinrichtung der Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels dem ersten Teil des Lenkstockmoduls und der Codeträger der Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels dem zweiten Teil des Lenkstockmoduls zugeordnet sind und die Lenkwinkelsignale dem Aktor unmittelbar zugeführt werden.