DE19838731A1

DE19838731A1 - Lenkwinkelsensor

Info

Publication number: DE19838731A1
Application number: DE1998138731
Authority: DE
Inventors: Kersten Rimke; Geb Flesch Markus
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: DE19838731C2

Abstract

Ein Lenkwinkelsensor 1 zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Sensoreinheit S¶1¶ zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegments aus dem gesamten Lenkraddrehbereich, wobei der Rotor 3 dieser Sensoreinheit S¶1¶ an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt ist, ist dadurch bestimmt, daß der Lenkwinkelsensor 1 über zwei Sensoreinheiten S¶1¶, S¶2¶ verfügt, deren erste zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegments aus dem gesamten Lenkraddrehbereich vorgesehene Sensoreinheit S¶1¶ in einer getrieblichen Untersetzung über ein Schrittschaltwerk den Rotor 19 der zweiten zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades über seinen gesamten Drehwinkelbereich hinweg vorgesehenen Sensoreinheit S¶2¶ antreibt, welches Schrittschaltwerk entlang des Umfanges des antreibenden Rotors 3 zumindest eine radial nach außen wirkende Schaltnocke 17 und entlang des Umfanges des angetriebenen Rotors 19 mehrere, durch jeweils zwei in einer Ebene befindliche Begrenzungsstege BS gebildete Schaltnockenaufnahmen N umfaßt, in welche Schaltnockenaufnahmen N beim Weiterschalten des angetriebenen Rotors 19 um einen Schritt eine Schaltnocke 17 des antreibenden Rotors 3 eingreift, welche Begrenzungsstege BS nach einem Weiterschalten des angetriebenen Rotors 19 bis zu einem nächsten, durch eine Schaltnocke 17 des antreibenden Rotors 3 herbeigeführten Schaltschritt zur Drehsicherung des angetriebenen ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Erfassens von Lenkwinkeln bei Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Lenkwin kelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Sensoreinheit zum Erfassen der Lenkwin kelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegments aus dem ge samten Lenkraddrehbereich, wobei der Rotor dieser Sensoreinheit an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt ist.

Der Lenkwinkel bzw. der Lenkwinkeleinschlag bei Kraftfahrzeugen wird benötigt, um mit diesem Wert etwa ein Fahrdynamikregelsystem beauf schlagen zu können. Ein solches Fahrdynamikregelsystem erhält neben dem genannten Lenkwinkelwerten weitere Meßdaten, etwa die Raddreh zahl oder die Drehung des Kraftfahrzeuges um seine Hochachse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkgeschwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausgewertet und zum Steuern von Aktoren, beispielsweise der Bremsen und/oder des Motor managements umgesetzt werden können.

Ein optoelektronischer Lenkwinkelsensor ist beispielsweise aus der DE 40 22 837 A1 bekannt. Der in diesem Dokument offenbarte Lenkwinkelsen sor besteht aus zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordneten Elementen - einer Lichtquelle und einem Zeilensensor - sowie einer zwi schen der Lichtquelle und dem Zeilensensor angeordneten Codescheibe, die drehfest mit der Lenkspindel verbunden ist. Als Zeilensensor ist eine CCD-Sensorzeile vorgesehen. Der Codegeber ist als Lichtschlitzscheibe ausgebildet und umfaßt als Codespur eine sich von innen nach außen vergrößernde Spirale. Über die Belichtung der Bildpunkte des Zeilensen sors bei einem bestimmten Lenkeinschlag kann ein Aufschluß über den tatsächlichen Lenkwinkeleinschlag gewonnen werden.

Als Codierung ist bei dieser Codescheibe eine sich über 360° erstrecken de archimedische Spirale vorgesehen. Mit diesem Lenkwinkelsensor sind absolute Lenkradwinkelstellungen nur im Bereich der Codierung und somit nur im Bereich von 360° bestimmbar. Lenkräder von Kraftfahrzeugen las sen sich jedoch um weitaus mehr als 360° drehen. Ausgehend von einer Geradeausstellung der Räder und somit einer Nullstellung des Lenkwin kelsensors ist es erwünscht, den Lenkwinkel absolut in einem Winkelbe reich zu erfassen, der dem gesamten Drehbereich des Lenkrades ab deckt. Bei dem vorbekannten Lenkwinkelsensor ist in diesem Zusammen hang lediglich eine Winkelsegmenterfassung möglich, nämlich im Bereich eines vollen Lenkradeinschlages von 180° nach rechts und entsprechend von 180° nach links ausgehend von der Nullstellung des Lenkwinkelsen sors. Lenkräder von Kraftfahrzeugen können sich beispielsweise drei Lenkradumdrehungen nach rechts und entsprechend drei Lenkradumdre hungen nach links ausgehend von der Nullstellung bewegen, so daß mit einem absolut messenden Lenkwinkelsensor 2160° erfaßbar sein müßten.

Lenkwinkelsensorsysteme werden im Bereich der Lenkspindel des Kraft fahrzeuges angeordnet. Der in diesem Bereich zum Einbau eines solchen Lenkwinkelsensorsystems vorhandene Einbauraum ist insbesondere in Achsrichtung der Lenkspindel beschränkt. Aus diesem Grunde ist man bemüht, derartige Lenkwinkelsensorsysteme an vorhandene Module, et wa die Wickelfederkassette anzubinden oder darin zu integrieren. Dies ist in vielen Fällen nur dann möglich, wenn der Lenkwinkelsensor eine nur geringe Bauhöhe aufweist.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lenkwinkelsensor weiter zu bilden, mit dem nicht nur eine Bestimmung der absoluten Win kelstellung des Lenkrades innerhalb des gesamten Lenkraddrehbereiches möglich ist, sondern der ebenfalls nur eine möglichst geringe Einbauhöhe benötigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lenkwinkel sensor über zwei Sensoreinheiten verfügt, deren erste zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegments aus dem gesamten Lenkraddrehbereich vorgesehene Sensoreinheit in einer ge trieblichen Untersetzung über ein Schrittschaltwerk den Rotor der zweiten zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades über seinen gesamten Drehwinkelbereich hinweg vorgesehenen Sensoreinheit antreibt, welches Schrittschaltwerk entlang des Umfanges des antreibenden Rotors zumin dest eine radial nach außen wirkende Schaltnocke und entlang des Um fanges des angetriebenen Rotors mehrere, durch jeweils zwei in einer Ebene befindliche Begrenzungsstege gebildete Schaltnockenaufnahmen umfaßt, in welche Schaltnockenaufnahmen beim Weiterschalten des an getriebenen Rotors um einen Schritt eine Schaltnocke des antreibenden Rotors eingreift, welche Begrenzungsstege nach einem Weiterschalten des angetriebenen Rotors bis zu einem nächsten, durch eine Schaltnocke des antreibenden Rotors herbeigeführten Schaltschritt zur Drehsicherung des angetriebenen Rotors dienen, indem eine Drehbewegung dieses Rotors durch die zwischen aufeinanderfolgenden Schaltnocken befindliche Man telfläche des antreibenden Rotors verhindert ist.

Der erfindungsgemäße Lenkwinkelsensor besteht aus zwei Sensorein heiten, wobei eine erste Sensoreinheit mit ihrem Rotor an die Drehbewe gung der Lenkspindel unmittelbar gekoppelt ist. Mit dieser Sensoreinheit ist die Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines (Teil-)Winkel segmentes des gesamten Lenkraddrehbereiches bestimmbar. Dabei kann vorgesehen sein, daß das mit dieser Sensoreinheit abgetastete Winkel segment einer vollen Lenkradumdrehung (360°) entspricht. Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß mit dieser Sensoreinheit lediglich Winkelsegmente erfaßt werden, die kleiner als 360° sind und deren Winkelgröße so be stimmt ist, daß ein ganzzahliges Vielfaches eines solchen Winkelseg mentes 360° ergibt. Das Auflösungsvermögen des Lenkwinkelsensors wird durch die Meßgenauigkeit dieser Sensoreinheit bestimmt. Dem Lenkwinkelsensor ist ferner eine zweite Sensoreinheit zugeordnet, wobei der Rotor der ersten Sensoreinheit den Rotor der zweiten Sensoreinheit in einer getrieblichen Untersetzung mittels eines Schrittschaltwerkes an treibt. Infolge des schrittweisen Antriebes des Rotors der zweiten Sen soreinheit bewegt sich dieser entsprechend der gewählten Untersetzung langsamer als der Rotor der ersten Sensoreinheit. Die Untersetzung des Rotors der zweiten Sensoreinheit ist so gewählt, daß mit dieser Sen soreinheit innerhalb einer Drehbewegung seines Rotors um 360° der ge samte Lenkraddrehbereich, etwa 2160° erfaßbar ist. Die Bestimmung der absoluten Winkelstellung des Lenkrades innerhalb seines gesamten Drehbereiches erfolgt durch eine Bestimmung des Winkelsegmentes, in dem sich die Stellung des Lenkrades aktuell befindet, innerhalb seines gesamten Drehbereiches mit der zweiten Sensoreinheit sowie einer Be stimmung der absoluten Winkelstellung innerhalb dieses (bestimmten) Winkelsegmentes mit der ersten Sensoreinheit.

Damit der erfindungsgemäße Lenkwinkelsensor den Anforderungen hin sichtlich der von dem Lenkwinkelsensor benötigten Einbauhöhe genügt, ist vorgesehen, daß der Rotor der zweiten Sensoreinheit in der Ebene des Rotors der ersten Sensoreinheit angeordnet ist, und daß als Schritt schaltwerk dem antreibenden Rotor zumindest eine radial nach außen wirkende Schaltnocke und dem angetriebenen Rotor entlang seines Um fanges mehrere, durch jeweils zwei in einer Ebene befindliche Begren zungsstege bildende Schaltnockenaufnahmen zugeordnet sind. In diese Schaltnockenaufnahmen greift beim Weiterschalten des angetriebenen Rotors um einen Schritt eine Schaltnocke des antreibenden Rotors ein. Der angetriebene Rotor befindet sich nach einem Weiterschalten in einer definierten, über eine Erfassungseinrichtung bestimmbaren Position. Da mit diese Stellung des Rotors zwischen zwei Schaltschritten beibehalten bleibt, sind die jeweils eine Schaltnockenaufnahme bildenden Begren zungsstege zur Mantelfläche des antreibenden Rotors dergestalt ange ordnet, daß eine ungewollte Drehbewegung des angetriebenen Rotors verhindert ist. Erst das Eingreifen einer nachfolgenden Schaltnocke in ei ne Schaltnockenaufnahme vermag den angetriebenen Rotor um einen Schritt in eine neue Stellung zu drehen.

Die Anordnung der Rotoren der beiden Sensoreinheiten in einer gemein samen Ebene, wobei eine Verdrehsicherung des angetriebenen Rotors ebenfalls in dieser Ebene erfolgt, führt zu einer nicht unerheblichen Redu zierung der für einen solchen Lenkwinkelsensor benötigten Einbauhöhe.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der antreiben de Rotor eine einzige Schaltnocke trägt, und daß der angetriebene Rotor eine der zu erfassenden Gesamtumdrehungen des Lenkrades entspre chende Anzahl an Schaltnockenaufnahmen in jeweils gleichen Winkelab schnitten zueinander aufweist. Bei einem angenommenen gesamten Lenkraddrehbereich von sechs vollen Umdrehungen trägt der angetriebe ne Rotor in einer solchen Ausgestaltung sechs durch Begrenzungsstege gebildete Schaltnockenaufnahmen. Diese mit einen Winkelabstand von jeweils 60° zueinander angeordneten Schaltnockenaufnahmen definieren sechs Stellungen des angetriebenen Rotors, wobei jede dieser sechs Stellungen des angetriebenen Rotors einem 360°-Segment des 2160° umfassenden gesamten Lenkraddrehbereiches zugeordnet ist. In Abhän gigkeit von der Winkelstellung des angetriebenen Rotors erfolgt eine Zu ordnung des mit dem antreibenden Rotor erfaßten Winkelsegmentes be züglich des gesamten Lenkraddrehbereichs.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung zur weiteren Reduzierung der benötigten Einbauhöhe des erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensors ist dadurch verwirklicht, daß die erste Sensoreinheit eine optoelektroni sche Sensoreinheit mit einer Lichtquelle, mit einer an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelten Codescheibe aufweisend zumindest eine als Codierung vorgesehene Codespur und mit einem photosensitiven Emp fänger ist, wobei die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen die eine Seite der Codescheibe bestrahlen und die photosensitive Oberfläche des Empfängers zur unbestrahlten Oberfläche der Codescheibe hin gewandt ist, so daß beim Drehen der Codescheibe die durch die Lichtbestrahlung der Codescheibe durch die zumindest eine Durchbrechung gebildete Lichtstruktur auf der photosensitiven Oberfläche des Empfängers abgebil det ist, wobei die Lichtquelle und der Empfänger auf derselben Seite be züglich ihrer Anordnung zur Codescheibe angeordnet sind und die Licht quelle zum Einkoppeln der emittierten Lichtstrahlen in einen Lichtleiter im Bereich seines einkoppelseitigen Endes angeordnet ist, während das auskoppelseitige Ende des Lichtleiters zum Bestrahlen der von dem Empfänger abgewandten Seite der Codescheibe angeordnet ist, so daß die Codescheibe mit ihrer zumindest einen den abzutastenden Code wie dergebenden Durchbrechung in einen durch das auskoppelseitige Ende des Lichtleiters und im wesentlichen durch die photosensitive Oberfläche des Empfängers gebildeten Spalt hineinreicht.

Zusätzlich zur Anordnung und Ausgestaltung der beiden Sensoreinheiten zueinander sind bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer optoelektronischen Sensoreinheit als erste Sensoreinheit die Lichtquelle und der Empfänger auf derselben Seite der Codescheibe angeordnet. Eine Übertragung der von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen auf die von dem Empfänger abgewandten Seite der Codescheibe erfolgt unter Zuhilfenahme eines Lichtleiters. Die für diese Lenkwinkelsensoranordnung benötigte Bauhöhe setzt sich daher aus einer zur Aufnahme der elektroni schen Bauelemente benötigten Platine, der Codescheibe samt Bewe gungsspalt sowie lediglich der für den Lichtleiter benötigten Höhe zum Transportieren des Lichtes auf die dem Empfänger gegenüberliegenden Seite zusammen. Die komplette Verdrahtung und Befestigung der Kom penenten des Lenkwinkelsensors befinden sich somit auf einer Seite der Codescheibe. Die Anordnung der verwendeten Komponenten des erfin dungsgemäßen Lenkwinkelsensors hat jedoch nicht nur eine weitere Re duzierung der Bauhöhe zum Vorteil, sondern es ergeben sich auch hin sichtlich einer Montage des Lenkwinkelsensors Vorteile. Durch die Mög lichkeit des Montierens der Lichtquelle sowie des Empfängers als auch des Lichtleiters auf einem gemeinsamen Halter, zweckmäßigerweise einer Platine, können diese Komponenten vor ihrem Einbau zueinander positio niert werden. Die bei der Herstellung eines solchen Lenkwinkelsensors auftretenden Toleranzen sind wesentlich geringer verglichen mit einem Lenkwinkelsensor, bei dem bei der Montage zwei Platinen zueinander ausgerichtet werden müssen. Zweckmäßigerweise ist als Lichtleiter ein starrer Lichtleiter mit zwei inneren Reflektionsflächen nach Art eines opti schen Prismas vorgesehen. Mit der ersten Reflektionsfläche werden die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen in eine oberhalb der Code scheibe angeordnete Ebene hineingelenkt und an der zweiten Reflekti onsfläche zur zu bestrahlenden Oberfläche der Codescheibe hin gebro chen. Ein solcher Lichtkörper läßt sich mit einfachen Mitteln an einer für die Lichtquelle und dem Empfänger vorgesehenen gemeinsamen Platine befestigen.

Zur weiteren Reduzierung der Bauhöhe ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, sowohl die Lichtquelle als auch den weiteren Empfänger in eine Platine eingesetzt zu montieren, wobei sich die Bauhöhe um die Hö he der Anschlußbeine der elektronischen Komponenten sowie im wesent lichen um die Materialstärke der Platine reduziert. Dabei kann es zweck mäßig sein, die zur Halterung des Empfängers vorgesehene Ausnehmung in der Platine als offenes Sackloch auszubilden, wobei der zur Lichtquelle weisende verbleibende Vorsprung der Platine als Blende der photosensi tiven Oberfläche des Empfängers dient.

Noch eine weitere Bauhöhenreduzierung kann bei Einsatz einer optoelek tronisch arbeitenden ersten Sensoreinheit dadurch herbeigeführt werden, daß die Codescheibe einen äußeren ringförmigen Kragen aufweist, in welchen Kragen die zur Codierung vorgesehene zumindest eine Durch brechung eingebracht ist. Die Dicke bzw. Materialstärke des Kragens ist gegenüber den angrenzenden Codescheibenbestandteilen reduziert. Die Codescheibe ragt lediglich mit dem Bereich ihres dickenreduzierten Kra gens in den durch das lichtabstrahlende Element und den Empfänger ge bildeten Spalt. Dieser kann aufgrund der reduzierten Dicke der Code scheibe erheblich geringer ausgebildet sein, als bei vorbekannten Lenk winkelsensorsystemen.

Eine besonders geringe Bauhöhe wird bei einem Lenkwinkelsensor ver wendend eine optoelektronisch arbeitende erste Sensoreinheit erzielt, wenn der erfindungsgemäße Lenkwinkelsensor sowohl die Merkmale des Unteranspruchs 3 sowie des Unteranspruchs 6 aufweist.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen sind Bestandteil der übrigen Un teransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematisierte Draufsicht auf einen Lenkwinkelsensor in einer ersten Lenkwinkelstellung,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Lenkwinkelsensor der Fig. 1 entlang der Linie A-B,

Fig. 3 den Lenkwinkelsensor der Fig. 1 bis 3 in einer weiteren Lenkwinkelstellung und

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Lenkwinkelsensor der Fig. 1 entlang der Linie C-D.

Der in Fig. 1 gezeigte Lenkwinkelsensor 1 umfaßt zwei Sensoreinheiten S₁ und S₂ und ist in einem Gehäuse 2 angeordnet. Die Sensoreinheit S₁ ist als optoelektronisch arbeitende Sensoreinrichtung ausgelegt und um faßt im wesentlichen eine an die Drehbewegung der Lenkspindel gekop pelte Codescheibe 3 und eine Lichtquellen-Empfänger-Einheit 4. Die Codescheibe 3 besteht aus einem inneren Führungsring 5 und einem äu ßeren ringförmigen Kragen 6. In den Kragen 6 sind Durchbrechungen zur Codierung der Codescheibe 3 eingebracht; der Übersicht halber sind die se Durchbrechungen in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Codierung ist in dem Kragen 6 in fünf Codespuren vorgesehen.

Die Lichtquellen-Empfänger-Einheit 4 setzt sich aus fünf einzelnen Licht quellen-Empfänger-Anordnungen 7a-7e zusammen, die benachbart zu einander angeordnet jeweils zum Abgreifen einer Codespur des Kragens 6 angeordnet sind. In dem in Fig. 2 gezeigten Schnitt entlang der Linie A-B der Fig. 1 wird der Aufbau einer Lichtquellen-Empfänger-Anordnung 7a deutlich und im Folgenden erläutert. Die Lichtquellen-Empfänger- Anordnung 7a umfaßt eine Platine 8, auf der eine Lichtquelle 9, ein als Empfänger ausgebildetes photosensitives Element 10 und ein Lichtleit körper 11 angeordnet und befestigt sind. Die Lichtquelle 9 und das photo sensitive Element 10 sind in die Platine 8 zur Bauhöhenreduzierung ein gesetzt. Die Verdrahtung der beiden elektronischen Bauelemente 9, 10 erfolgt auf der Unterseite der Platine 8.

Der Lichtleitkörper 11 ist oberseitig auf der Platine 8 angeordnet, wobei in dessen einkoppelseitiges Ende 12 die von der Lichtquelle 9 emittierten Lichtstrahlen in den Lichtleitkörper 11 eingekoppelt werden. An einer er sten, in einem Winkel von 45° zur Platine 8 angeordneten Reflektionsflä che 13 werden die Lichtstrahlen in eine oberhalb des Kragens 6 der Codescheibe 3 befindliche Ebene umgelenkt, aus welcher Ebene sie an einer zweiten Reflektionsfläche 14 zum Bestrahlen der Oberseite des Kragens 6 herausgebrochen werden. Die durch die in den Kragen 6 ein gebrachten Durchbrechungen hindurchtretenden Lichtstrahlen bzw. die dadurch erzeugten Lichtstrukturen treffen auf die photosensitive Oberflä che des photosensitiven Elements 10. In Abhängigkeit von der erfaßten Codierung läßt sich der jeweilige Lenkwinkel ableiten.

Durch das auskoppelseitige Ende 15 des Lichtleitkörpers 11 und die Oberseite der Platine 8 ist ein Spalt 16 gebildet, in den der die Codierung tragende Kragen 6 eingreift. Der Kragen 6 ist materialunterschiedlich zu dem Führungsring 5 der Codescheibe 3 ausgebildet und weist eine ge genüber dem Führungsring 5 erheblich reduzierte Materialstärke auf. Ent sprechend gering dimensioniert ist auch der Spalt 16, in dem der Kragen 6 entsprechend der Drehbewegung des Lenkrades bewegt wird. Der Kra gen 6 kann beispielsweise aus Metall gebildet sein, während die übrigen Bestandteile der Codescheibe 3 Kunststoffteile sind. Aus Toleranz- und Stabilitätsgründen ist es nicht möglich, die gesamte Codescheibe in der Stärke des Kragens 6 auszubilden.

In den in den Figuren dargestellten Lichtleitkörper 11 ist dieser mit jeweils einer planaren einkoppelseitigen Fläche 12 und einer planaren auskop pelseitigen Seite 15 abgebildet. Anstelle einer planaren Ausbildung dieser Flächen kann ebenfalls vorgesehen sein, die ein- bzw. auskoppelseitige Fläche des Lichtleitkörpers nach Art einer Linse sphärisch gekrümmt aus zubilden. Es besteht somit die Möglichkeit, den Lichtstrahlenverlauf in dem Lichtleitkörper zu parallelisieren und/oder die ausgekoppelten Licht strahlen zum Empfänger hin zu bündeln.

Dem Kragen 6 der Codescheibe 3 ist eine radial nach außen wirkende Schaltnocke 17 zugeordnet. Die Schaltnocke 17 ist zu ihren beiden Seiten durch jeweils eine Stegaufnahme 18, 18' begrenzt, welche Aufnahmen 18, 18' Vertiefungen in die zylindrische Mantelfläche des Kragens 6 sind. Die radiale Erstreckung der Schaltnocke 17 ist bei dem in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel größer als der Radius der äußeren Mantelfläche des Kragens 6.

Die Sensoreinheit S₂ umfaßt eine drehbar gelagerte Geberscheibe 19. Die Geberscheibe 19 weist umfänglich sechs Geberscheibenstellungen GS₁- GS₆ auf, die jeweils durch Begrenzungsstege BS begrenzt sind. Jeweils zwei Begrenzungsstege BS, die benachbarte Geberscheibenstellungen begrenzen, bilden mit ihrer jeweils anderen Seite eine Schaltnockenauf nahme N. Die Breite der Begrenzungsstege BS und die Weite der Schalt nockenaufnahmen N sind so ausgebildet, daß die Begrenzungsstege BS in die Stegaufnahmen 18, 18' des Kragens 6 und die Schaltnocke 17 in die Schaltnockenaufnahme N der Geberscheibe 19 eingreifen. Diese Stellung des Lenkwinkelsensors 1 bzw. der beiden Sensoreinheiten S₁ und S₂ zueinander ist in Fig. 1 dargestellt.

An die Geberscheibe 19 ist eine nicht näher dargestellte Erfassungsein richtung angeschlossen, mit der die jeweilige Geberscheibenstellung GS₁- GS₆ erfaßbar ist. Dies kann beispielsweise durch entsprechende elektri sche Schleifkontakte oder auch durch ein optoelektronisch oder auch ma gnetisch arbeitendes System realisiert sein. Der Lenkwinkelsensor 1 ist zum Erfassen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades innerhalb von sechs vollen Umdrehungen ausgelegt, wobei jede Lenkradumdrehung durch eine Geberscheibenstellung GS₁-GS₆ definiert ist. Beim Drehen des Lenkrades und somit der Codescheibe 3 beispielsweise im Uhrzeigersinn wird durch die Schaltnocke 17 die Geberscheibe 19 entge gen dem Uhrzeigersinn soweit gedreht, daß die Schaltnocke 17 aus der Schaltnockenaufnahme N herausgeführt ist. In dieser Geberscheiben stellung GS₆ ist ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Geberscheibe 19 da durch verhindert, daß die die Geberscheibenstellung GS₆ begrenzenden Begrenzungsstege BS in einem nur sehr geringen Abstand zur äußeren Mantelfläche des Kragens 6 der Codescheibe 3 angeordnet sind, so daß eine Drehbewegung der Geberscheibe 19 durch die Mantelfläche des Kragens 6 behindert ist. Diese Stellung des Lenkwinkelsensors 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Erst nach einer erfolgten vollständigen Drehung des Lenkrades bzw. des Kragens 6 wird die Schaltnocke 17 in die nachfol gende Schaltnockenaufnahme N eingeführt, wodurch die Geberscheibe 19 in ihre nächste Geberscheibenstellung GS₅ geführt wird. Auf diese Weise ist bei entsprechendem Drehen des Lenkrades feststellbar, in wel chem 360°-Segment des vollständigen Erfassungsbereiches (= 2160°) sich die Winkelstellung des Lenkrades befindet. Eine absolute Winkelauf lösung innerhalb dieses 360°-Segmentes - GS₁-GS₆ - erfolgt mit der Sensoreinheit S₁.

In einem Teilquerschnitt entlang der Linie C-D der Fig. 1 ist das Zusam menwirken des Kragens 6 mit seiner nach außen wirkenden Schaltnocke 17 und der Geberscheibe 19 erkennbar. In dieser Figur sind die in Fig. 1 gezeigten Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bezugszeichenliste

1

Lenkwinkelsensor

2

Gehäuse

3

Codescheibe

4

Lichtquellen-Empfänger-Einheit

5

Führungsring

6

Kragen

7

a-

7

eLichtquellen-Empfänger-Anordnung

8

Platine

9

Lichtquelle

10

Photosensitives Element

11

Lichtleitkörper

12

Einkoppelseitiges Ende

13

Erste Reflektionsfläche

14

Zweite Reflektionsfläche

15

Auskoppelseitiges Ende

16

Spalt

17

Schaltnocke

18

,

18

'Stegaufnahme

19

Geberscheibe
S₁

Sensoreinheit
S₂

Sensoreinheit
GS₁

-GS₆

Geberscheibenstellung
BSBegrenzungssteg
NSchaltnockenaufnahme

Claims

1. Lenkwinkelsensor zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Sensoreinheit (S₁) zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades innerhalb eines Winkelsegments aus dem gesamten Lenkraddrehbereich, wobei der Rotor (3) dieser Sensoreinheit (S₁) an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsensor (1) über zwei Sensoreinheiten (S₁, S₂) verfügt, deren erste zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades inner halb eines Winkelsegments aus dem gesamten Lenkraddrehbe reich vorgesehene Sensoreinheit (S₁) in einer getrieblichen Unter setzung über ein Schrittschaltwerk den Rotor (19) der zweiten zum Erfassen der Winkelstellung des Lenkrades über seinen gesamten Drehwinkelbereich hinweg vorgesehenen Sensoreinheit (S₂) an treibt, welches Schrittschaltwerk entlang des Umfanges des antrei benden Rotors (3) zumindest eine radial nach außen wirkende Schaltnocke (17) und entlang des Umfanges des angetriebenen Rotors (19) mehrere, durch jeweils zwei in einer Ebene befindliche Begrenzungsstege (BS) gebildete Schaltnockenaufnahmen (N) um faßt, in welche Schaltnockenaufnahmen (N) beim Weiterschalten des angetriebenen Rotors (19) um einen Schritt eine Schaltnocke (17) des antreibenden Rotors (3) eingreift, welche Begrenzungste ge (BS) nach einem Weiterschalten des angetriebenen Rotors (19) bis zu einem nächsten, durch eine Schaltnocke (17) des antreiben den Rotors (3) herbeigeführten Schaltschritt zur Drehsicherung des angetriebenen Rotors (19) dienen, indem eine Drehbewegung die ses Rotors (19) durch die zwischen aufeinanderfolgenden Schalt nocken (17) befindliche Mantelfläche des antreibenden Rotors (3) verhindert ist.

2. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der antreibende Rotor (3) eine einzige Schaltnocke (17) trägt und daß dem angetriebenen Rotor (19) eine der zu erfassenden Gesamtumdrehungen des Lenkrades entsprechende Anzahl an Schaltnockenaufnahmen (N) in jeweils gleichen Winkelabständen zueinander zugeordnet sind.

3. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Sensoreinheit (S₁) eine optoelektronische Sensoreinheit mit einer Lichtquelle (9), mit einer an die Drehbewe gung des Lenkrades gekoppelten Codescheibe (3) aufweisend zu mindest eine als Codierung vorgesehene Codespur und mit einem photosensitiven Empfänger (10) ist, wobei die von der Lichtquelle (9) emittierten Lichtstrahlen die eine Seite der Codescheibe (3) be strahlen und die photosensitive Oberfläche des Empfängers (10) zur unbestrahlten Oberfläche der Codescheibe (3) hin gewandt ist, so daß beim Drehen der Codescheibe (3) die durch die Lichtbe strahlung der Codescheibe (3) durch die zumindest eine Durchbre chung gebildete Lichtstruktur auf der photosensitiven Oberfläche des Empfängers (10) abgebildet ist, wobei die Lichtquelle (9) und der Empfänger (10) auf derselben Seite bezüglich ihrer Anordnung zur Codescheibe (3) angeordnet sind und die Lichtquelle (9) zum Einkoppeln der emittierten Lichtstrahlen in einen Lichtleiter (11) im Bereich seines einkoppelseitigen Endes (12) angeordnet ist, wäh rend das auskoppelseitige Ende (15) des Lichtleiters (11) zum Be strahlen der von dem Empfänger (10) abgewandten Seite der Codescheibe (3) angeordnet ist, so daß die Codescheibe (3) mit ih rer zumindest einen den abzutastenden Code wiedergebenden Durchbrechung in einen durch das auskoppelseitige Ende (15) des Lichtleiters (11) und im wesentlichen durch die photosensitive Oberfläche des Empfängers (10) gebildeten Spalt (16) hineinreicht.

4. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (9) eine oder mehrere LED's vorgesehen sind, die mit dem Empfänger (10) in einer gemeinsamen Schaltungsan ordnung (8) angeordnet sind.

5. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (8) eine Leiterplatte ist, in der die zumindest eine LED (9) sowie der zumindest eine Empfänger (10) eingelassen sind.

6. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Sensoreinheit (S₁) eine optoelektronische Sensoreinheit mit einer Lichtquelle (9), mit einer an die Drehbewe gung des Lenkrades gekoppelten Codescheibe (3) aufweisend zu mindest eine als Codierung vorgesehene Codespur und mit einem photosensitiven Empfänger (10) ist, wobei die von der Lichtquelle (9) emittierten Lichtstrahlen die eine Seite der Codescheibe (3) be strahlen und die photosensitive Oberfläche des Empfängers (10) zur unbestrahlten Oberfläche der Codescheibe (3) hin gewandt ist, so daß beim Drehen der Codescheibe (3) die durch die Lichtbe strahlung der Codescheibe (3) durch die zumindest eine Durchbre chung gebildete Lichtstruktur auf der photosensitiven Oberfläche des Empfängers (10) abgebildet ist, wobei der Codescheibe (3) ein äußerer ringförmiger Kragen (6) zugeordnet ist, in welchen Kragen (6) die zumindest eine zur Codierung vorgesehene Durchbrechung eingebracht ist und welcher Kragen (6) bezüglich seiner Stärke im Verhältnis zu den angrenzenden Codescheibenbestandteilen redu ziert ist.

7. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltnocke (17) Teil des ringförmigen Kragens (6) ist.

8. Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtquelle (9) und der Empfänger (10) auf der selben Seite bezüglich ihrer Anordnung zur Codescheibe (3) ange ordnet sind und die Lichtquelle (9) zum Einkoppeln der emittierten Lichtstrahlen in einen Lichtleiter (11) im Bereich seines einkoppel seitigen Endes (12) angeordnet ist, während das auskoppelseitige Ende (15) des Lichtleiters (11) zum Bestrahlen der von dem Emp fänger (10) abgewandten Seite der Codescheibe (3) angeordnet ist, so daß die Codescheibe (3) mit ihrer zumindest einen den ab zutastenden Code wiedergebenden Durchbrechung in einen durch das auskoppelseitige Ende (15) des Lichtleiters (11) und im we sentlichen durch die photosensitive Oberfläche des Empfängers (10) gebildeten Spalt (16) hineinreicht.