DE19726914A1

DE19726914A1 - Sensor component in hydraulic actuator for power steering in vehicle

Info

Publication number: DE19726914A1
Application number: DE1997126914
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Phys Dr Fischer; Carl-Volker Dipl Phys D Windte
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-02-04

Abstract

The component has a coded magnet generator (10) and an associated sensor device (11). The magnet generator and the sensor device are arranged to be movable relative to each other. The magnet generator is arranged inside a diamagnetic or paramagnetic rigid sleeve (6) which is closed from the sensor device. Preferably the magnet generator is formed as a rod or tube with magnetic coding in the longitudinal direction. Alternatively the generator may be a circular disk or ring with circumferential coding. The magnet generator is preferably fixed inside the sleeve. Preferably the generator and sleeve are movable and the sensor device is fixed in relation to them.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorbauelement gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a sensor component according to the preamble of the first claim.

Ein bekanntes Sensorbauelement dieser Art (DE 38 44 578 C2) weist zwei über eine Torsi onswelle axial gekuppelte Magnetgeber auf, welche als Kreisringe mit in Umfangsrichtung verlaufender magnetischer Codierung als Maßstab für den Verdrehwinkel ausgestattet sind. Die Torsionswelle ist Teil eines Lenkgetriebes für Kraftfahrzeuge und zusammen mit ande ren Getriebe- und Antriebsteilen innerhalb eines Lagergehäuses drehbar gelagert. Im radialen Bereich der Magnetgeber ist das Getriebegehäuse mit einem Durchbruch versehen, durch den hindurch ein magnetfeldsensitiver Sensor einer außen an das Getriebegehäuse an geflanschten Sensoreinrichtung bis nahe an die zylindrischen Mantelflächen der Magnetge ber herangeführt ist. Bei diesem Aufbau sind zwar die Magnetgeber gegen äußere mechani sche Beeinflussungen geschützt, jedoch ist zumindest ein an vorbestimmter Stelle vorzuse hender Durchbruch sowie eine Abdichtung zwischen der Sensoreinrichtung und dem Getrie begehäuse erforderlich.A known sensor component of this type (DE 38 44 578 C2) has two over a torso onswelle axially coupled magnetic encoder, which as circular rings with in the circumferential direction running magnetic coding are equipped as a measure of the angle of rotation. The torsion shaft is part of a steering gear for motor vehicles and together with others Ren gear and drive parts rotatably mounted within a bearing housing. In the radial In the area of the magnetic encoder, the gear housing is provided with an opening through which a magnetic field sensitive sensor on the outside of the transmission housing flanged sensor device up to close to the cylindrical lateral surfaces of the Magnetge is introduced. With this construction, the magnetic encoders are against external mechani Protected influences, but at least one is to be preceded at a predetermined point breakthrough and a seal between the sensor device and the transmission housing required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorbauelement zu schaffen, das einen vereinfachten Aufbau im Bereich der Koppelstrecke zwischen Magnetgeber und Sensorein richtung ermöglicht.The invention has for its object to provide a sensor device that one simplified construction in the area of the coupling path between the magnetic encoder and the sensor direction enabled.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk male des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by the characterizing note male of the first claim. Advantageous embodiments are in the further claims specified.

Bei einem Aufbau eines Sensorbauelements gemäß der Erfindung sitzt der Magnetgeber in einer zumindest gegenüber der Sensoreinrichtung geschlossenen Umhüllung, die den Ma gnetgeber in Verstellrichtung eng umschließt und einen zuverlässigen Schutz gegen mecha nische Beeinflussungen des Magnetgebers gewährleistet. Die Umhüllung ist dabei für die vom Magnetgeber ausgehenden magnetischen Feldlinien zumindest weitgehend durchlässig, d. h. dia- oder paramagnetisch. When a sensor component is constructed in accordance with the invention, the magnetic encoder is located in an enclosure which is at least closed with respect to the sensor device and which covers the Ma tightly encloses the encoder in the direction of adjustment and provides reliable protection against mecha influences of the magnetic encoder are guaranteed. The wrapper is for the magnetic field lines emanating from the magnetic encoder are at least largely permeable, d. H. dia- or paramagnetic.

Der Magnetgeber kann nach Art eines Rohres oder Stabes aus einem dauermagnetischen Werkstoff hergestellt und mit in Längsrichtung verlaufender magnetischer Codierung aus gebildet sein. In dieser Ausführungsform kann er beispielsweise in einer hohlen Kolben stange eines hydraulischen Servolenkungsaktuators angeordnet sein, bei dem die über ihre gesamte Mantelfläche geschlossene rohrförmige Kolbenstange mit dem darin angeordneten Magnetgeber in einem Aktuatorgehäuse längsverschiebbar gelagert ist. An der Austrittsstelle der Kolbenstange aus dem Aktuatorgehäuse oder auch an einem benachbarten ortsfesten Träger kann die Sensoreinrichtung radial zur Kolbenstange festgesetzt werden. Die Sen soreinrichtung erfaßt dann bei der Längsverschiebung der Kolbenstange die aus der Codie rung des Magnetgebers auszulesenden Informationen.The magnetic encoder can be made of a permanent magnet in the manner of a tube or rod Made of material and made with longitudinal magnetic coding be educated. In this embodiment, for example, it can be in a hollow piston rod of a hydraulic power steering actuator can be arranged, in which the over their Entire lateral surface of a closed tubular piston rod with the one arranged therein Magnetic encoder is mounted in a longitudinally displaceable manner in an actuator housing. At the exit point the piston rod from the actuator housing or at an adjacent stationary Carrier, the sensor device can be fixed radially to the piston rod. The sen sensor device then detects the longitudinal displacement of the piston rod from the Codie information from the magnetic encoder.

Wird der Magnetgeber nach Art einer Kreisscheibe oder eines Kreisringes mit in Umfangs richtung verlaufender magnetischer Codierung ausgebildet, dann kann er auch innerhalb einer hohlen Lenkspindel angeordnet werden, wobei die Sensoreinrichtung an einem die Lenkspindel lagernden oder einem anderen benachbarten Träger ortsfest festgesetzt sein kann. Der Magnetgeber kann jedoch auch konzentrisch auf der Außenmantelfläche der Lenkspindel festgesetzt und mit einer eigenen, an der Lenkspindel befestigten Umhüllung geschützt werden.If the magnetic encoder is in the manner of a circular disc or a circular ring with a circumference directional magnetic coding, then it can also within a hollow steering spindle can be arranged, the sensor device on the Steering spindle bearing or another neighboring carrier fixed can. However, the magnetic encoder can also be concentric on the outer surface of the Steering spindle fixed and with its own cover attached to the steering spindle to be protected.

Der innerhalb der Umhüllung festgesetzte Magnetgeber ist zusammen mit der Umhüllung oder einem den Magnetgeber und die Umhüllung tragenden Bauteil beweglich gelagert und die Sensoreinrichtung demgegenüber ortsfest angeordnet. Dabei zeigt es sich, daß der radiale Abstand zwischen dem als Maßstab ausgebildeten Magnetgeber und der zugehörigen Sen soreinrichtung in weiten Grenzen, die von der Polteilung abhängig sind, variieren kann, bei spielsweise zwischen 0 und 15 mm, ohne die an der Sensoreinrichtung auftretenden Signale wesentlich zu schwächen. Es ist somit eine Montage der Sensoreinrichtung mit geringem Justieraufwand erreicht und bei geringem Zusatzvolumen eine freizügige Integrierbarkeit in die betreffende mechanische Komponente möglich.The magnetic encoder fixed inside the casing is together with the casing or a component that carries the magnetic transmitter and the casing and is movably supported in contrast, the sensor device is arranged in a stationary manner. It shows that the radial Distance between the magnetic encoder designed as a scale and the associated Sen sensor device can vary within wide limits, which depend on the pole pitch for example between 0 and 15 mm, without the signals appearing on the sensor device to weaken significantly. It is thus an assembly of the sensor device with little Adjustment effort achieved and with a small additional volume a freely integrable in the mechanical component in question is possible.

Die Sensoreinrichtung kann mehrere magnetfeldsensitive Einzelsensoren aufweisen, die jeweils einem Magnetgeber zugeordnet sind. Auch können mehrere Magnetgeber aus Si cherheitsgründen parallel betrieben werden. Zudem ist es zweckmäßig, den einzelnen Ma gnetgeber aus mehreren parallel zueinander angeordneten Teilmagnetgebern zu bilden, wel chen jeweils zumindest ein Einzelsensor zugeordnet ist und die unterschiedliche magne tische Codierungen tragen, so daß aus den von jedem Teilmagnetgeber aus der mechani schen Verstellbewegung ausgelesenen Impulssignalen nicht nur der relative, sondern auch der absolute Verdrehwinkel oder Längsverschiebungsweg abgeleitet werden kann. Im übri gen kann die Sensoreinrichtung magnetoresistive Sensoren, Hallsensoren und induktive Sen soren für die Erfassung der in der magnetischen Polung über den Verstellweg des Magnet gebers wechselnden Magnetfelder aufweisen.The sensor device can have a plurality of magnetic field-sensitive individual sensors which are each assigned to a magnetic encoder. Several magnetic sensors made of Si be operated in parallel for safety reasons. It is also advisable to measure the individual to form a magnetic encoder from a plurality of partial magnetic encoders arranged parallel to one another, wel Chen at least one individual sensor is assigned and the different magne wear table codings, so that from the part of each magnetic encoder from the mechani read adjustment signals not only the relative, but also the absolute angle of rotation or longitudinal displacement can be derived. Otherwise the sensor device can be magnetoresistive sensors, Hall sensors and inductive sensors sensors for the detection of the magnetic polarity via the adjustment path of the magnet have changing magnetic fields.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Prinzipskizzen eines Aufführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described in more detail below on the basis of schematic diagrams of a performance example explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Linearweg-Sensorbauelement an einem Hydraulikaktuator und Fig. 1 shows a linear path sensor component on a hydraulic actuator and

Fig. 2 ein Drehwinkel-Sensorbauelement in Zuordnung zu einer drehbaren Welle. Fig. 2 shows a rotation angle sensor component in association with a rotatable shaft.

Ein geradlinig verstellbarer Hydraulikaktuator 1, wie er für Lenkhilfen in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, ist mit einem Kolben 2 ausgestattet, der linear verstellbar in einem Zylin derraum 3 axial verstellbar gelagert ist. Der Zylinderraum 3 ist beidendig axial geschlossen und mit Durchbrüchen in den Stirnwänden 4 versehen, durch welche unter Zwischenfügen einer Gleitdichtung 5 jeweils eine starr mit dem Kolben 2 verbundene, in dessen Verstell richtung weisende Kolbenstange 6 hindurchgeführt ist. An den beiden Enden der Kolben stange 6 sitzen Gelenke 7, über die jeweils eine Lenkerstange 8 zur Beeinflussung des Steu erwinkels nicht dargestellter Fahrzeugräder schwenkbeweglich angelenkt sind. In Achsrich tung vor und hinter dem Kolben 2 münden in den Zylinderraum 3 Steuerdruckleitungen 9, über welche die Längsverstellung des Kolbens 2 und damit der Kolbenstange 6 hydraulisch gesteuert wird.A rectilinearly adjustable hydraulic actuator 1 , such as is used for steering aids in motor vehicles, is equipped with a piston 2 , which is linearly adjustable in a cylinder 3 derraum 3 axially adjustable. The cylinder chamber 3 is axially closed at both ends and provided with openings in the end walls 4 , through which, with the interposition of a sliding seal 5 , a rigidly connected to the piston 2 , in the adjustment direction pointing piston rod 6 is passed. At the two ends of the piston rod 6 there are joints 7 , via which a handlebar 8 for influencing the control angle, not shown, vehicle wheels are pivotally articulated. In the axial direction in front of and behind the piston 2 open into the cylinder chamber 3 control pressure lines 9 , via which the longitudinal adjustment of the piston 2 and thus the piston rod 6 is hydraulically controlled.

Die Kolbenstange 6 ist zumindest über eine Teillänge hohl ausgebildet und in einem Be reich, der jedenfalls über den Verstellweg des Kolbens 2 hinweg außerhalb einer Stirnwand 4 steht, mit einem Magnetgeber 10 ausgestattet. Der Magnetgeber 10 ist vorliegend inner halb der Kolbenstange 6 durch deren undurchbrochenen Mantel geschützt angeordnet. Der Magnetgeber 10 ist über seine aktive Länge hinweg magnetisch codiert, d. h. es reiht sich eine Mehrzahl von magnetisch gegensätzlich gepolten Magnetzonen aneinander. Im Ver stellbereich des Magnetgebers 10 ist an der benachbarten Stirnwand 4 eine Sensoreinrich tung 11 festgesetzt, die magnetisch mit dem Magnetgeber 10 gekoppelt ist und bei einer Längsverstellung der Kolbenstange die dabei in ihrem Erfassungsbereich auftretenden ma gnetischen Polwechsel nach Zahl und/oder Phase erfaßt und einer Auswerteeinheit eine ent sprechende Signalfolge zuleitet. Die Kolbenstange 6 besteht dabei aus nicht magnetischem Stahl, so daß die magnetische Kupplung zur Sensoreinrichtung 11 hin durch diese Umhül lung zumindest weitgehend unbeeinflußt übertragen wird. Für die geschützte Anordnung des Magnetgebers ist bei dieser Ausführungsform kein zusätzlicher Bauteil und keine zusätzli che Bearbeitung der äußeren Mantelfläche erforderlich. Der dichte Abschluß im Bereich der Gleitdichtung ist damit sichergestellt und die Sensoreinrichtung kann unmittelbar die Signal erfassung an der betreffenden Stirnseite 4 des Hydraulikaktuators 1 vornehmen. Der Magnetgeber 10 kann in diesem Falle als Stab oder Rohr aus zonenweise magnetisierbarem Material bestehen und innerhalb der hohlen Kolbenstange 6 unmittelbar festgelegt werden. Das Sensorelement aus Magnetgeber 10 und Sensoreinrichtung 11 ist damit in den Aufbau des Hydraulikaktuators integriert. Der Magnetgeber 10 kann hierbei aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Teilmagnetgebern bestehen. Jedem Teilmagnetgeber ist dabei zu mindest ein Einzelsensor zugeordnet, so daß aus Gründen der Sicherheit ein Ausfall eines Sensors ermittelt werden kann. Einem Magnetgeber bzw. einem Teilmagnetgeber können dabei mehrere Einzelsensoren zugeordnet sein, um die Sicherheit weiter zu erhöhen. Es kön nen auch an beiden Stirnseiten 4 des Hydraulikaktuators 1 entsprechende Sensorbauelemente vorgesehen werden.The piston rod 6 is hollow at least over a partial length and rich in a loading, which is in any case beyond the adjustment path of the piston 2 away from an end wall 4 , equipped with a magnetic encoder 10 . The magnetic encoder 10 is arranged inside half of the piston rod 6 protected by the unbroken jacket. The magnetic transmitter 10 is magnetically coded over its active length, ie a plurality of magnetically oppositely polarized magnetic zones are strung together. In the adjusting range of the magnetic encoder 10 , a sensor device 11 is fixed on the adjacent end wall 4 , which is magnetically coupled to the magnetic encoder 10 and, when the piston rod is adjusted longitudinally, detects the magnetic pole change occurring in its detection range by number and / or phase and one Evaluation unit supplies a corresponding signal sequence. The piston rod 6 consists of non-magnetic steel, so that the magnetic coupling to the sensor device 11 out through this envelope is at least largely unaffected. For the protected arrangement of the magnetic encoder, no additional component and no additional processing of the outer lateral surface is required in this embodiment. The tight seal in the area of the sliding seal is thus ensured and the sensor device can directly detect the signal on the relevant end face 4 of the hydraulic actuator 1 . The magnetic transmitter 10 can in this case consist of a rod or tube of zone-wise magnetizable material and can be fixed directly within the hollow piston rod 6 . The sensor element consisting of magnetic encoder 10 and sensor device 11 is thus integrated into the structure of the hydraulic actuator. The magnetic sensor 10 can consist of several partial magnetic sensors running parallel to each other. At least one individual sensor is assigned to each partial magnetic encoder, so that a sensor failure can be determined for reasons of safety. A single magnetic sensor or a partial magnetic sensor can be assigned several individual sensors in order to further increase security. Corresponding sensor components can also be provided on both end faces 4 of the hydraulic actuator 1 .

Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung von kreisringförmig ausgebildeten Magnetgebern 10 dar gestellt, die konzentrisch auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet sind, die insbe sondere als Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Magnetgeber 10 tragen dabei über ihre Mantelfläche in Umfangsrichtung verlaufend je eine magnetische Codierung, die mittels demgegenüber ortsfest angeordneten, radial zu den Magnetgebern 10 stehenden Sensoreinrichtungen 11 ausgelesen werden können. Bei Ausbildung der Welle 11 aus nicht magnetischem Stahl oder einem anderen geeigneten dia- oder paramagnetischem Material können die Magnetgeber 10 in einem entsprechend angepaßten Hohlraum innerhalb der Welle 11 geschützt angeordnet sein. Andernfalls ist es zweckmäßig, eine äußere, im Durch messer angepaßte unmagnetische Umhüllung einzeln für die Magnetgeber 10 oder gemein sam auf der Welle 11 festzusetzen, um den ausreichenden mechanischen Schutz zu gewähr leisten. Es ist jedoch auch möglich, bei ungeschützt auf der Welle 11 angeordneten Magnet gebern 10 ein äußeres unmagnetisches Rohr konzentrisch dazu ortsfest anzuordnen und dar auf die Sensoreinrichtung 11 unmittelbar festzusetzen. Auch hierbei ist es möglich, jeden Magnetgeber 10 aus mehreren parallel zueinander angeordneten Teilmagnetgebern aufzu bauen und jedem Teilmagnetgeber zumindest einen Einzelsensor zuzuordnen.Referring to FIG. 2, the arrangement of circular ring-shaped magnetic sensors 10 is is provided, which are concentrically arranged on a rotatably mounted shaft, which in particular sondere is designed as a steering shaft of a motor vehicle. The magnetic encoders 10 each carry a magnetic coding running over their circumferential surface, which can be read out by means of sensor devices 11 , which are arranged in a stationary manner and are located radially to the magnetic encoders 10 . When the shaft 11 is made of non-magnetic steel or another suitable diamagnetic or paramagnetic material, the magnet transmitters 10 can be arranged in a protected manner in a correspondingly adapted cavity within the shaft 11 . Otherwise, it is expedient to fix an outer, in the diameter adapted non-magnetic envelope individually for the magnetic encoder 10 or together on the shaft 11 in order to ensure adequate mechanical protection. However, it is also possible to arrange an external non-magnetic tube concentrically with it in the case of magnet sensors 10 arranged unprotected on the shaft 11 and to fix it directly onto the sensor device 11 . Here, too, it is possible to build up each magnetic sensor 10 from a plurality of partial magnetic sensors arranged parallel to one another and to assign at least one individual sensor to each partial magnetic sensor.

Claims

1. Sensor component with a coded magnetic sensor and an associated sensor device that are movably mounted relative to each other, characterized in that the magnetic sensor ( 10 ) within a di- or paramagnetic rigid envelope ( 6 , 12 ) is arranged, which is opposite the sensor device ( 11 ) is closed.

2. Sensor component according to claim 1, characterized in that the magnetic encoder ( 10 ) is designed in the manner of a rod or tube with magnetic coding running in the longitudinal direction.

3. Sensor component according to claim 1, characterized in that the magnetic encoder ( 10 ) is designed in the manner of a circular disc or an annular ring with a magnetic coding extending in the circumferential direction.

4. Sensor component according to claim 1 or one of the following, characterized in that the magnetic transmitter ( 10 ) within the casing ( 6 , 12 ) is fixed.

5. Sensor component according to claim 1 or one of the following, characterized in that the sheath ( 6 , 12 ) with the magnetic encoder ( 10 ) is movably mounted and that the sensor device ( 11 ) is arranged fixedly opposite.

6. Sensor component according to claim 1 or one of the following, characterized in that the sensor device ( 11 ) has a plurality of magnetic field-sensitive individual sensors, each of which is assigned to a magnetic encoder ( 10 ).

7. Sensor component according to claim 1 or one of the following, characterized in that the magnetic sensor ( 10 ) has a plurality of partial magnetic sensors arranged parallel to one another and that each individual magnetic sensor is assigned a plurality of individual sensors.

8. Sensor component according to at least one of claims 1, 2 or 4 to 7, characterized in that the magnetic encoder ( 10 ) in a hollow, longitudinally displaceable in a housing of a hydraulic power steering actuator ( 1 ) mounted piston rod ( 6 ) and that the sensor device ( 11 ) is fixed radially to the piston rod ( 6 ) on the actuator housing.

9. Sensor component according to at least one of claims 1 or 3 to 7, characterized in that the magnetic encoder ( 10 ) is annular and is fixed in or on a rotatably mounted steering shaft ( 12 ).

10. Sensor component according to claim 9, characterized in that the steering spindle ( 12 ) with the magnetic sensor ( 10 ) is arranged within an axially closed fixed tube and that the sensor device ( 11 ) is held stationary GE.