DE10060287A1 - Determination of the angle, angular velocity, and or torque of a rotating body, especially a motor vehicle steering wheel shaft by use of optical code traces on the rotating body and optical sensors for reading a code offset - Google Patents

Determination of the angle, angular velocity, and or torque of a rotating body, especially a motor vehicle steering wheel shaft by use of optical code traces on the rotating body and optical sensors for reading a code offset

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Abstract

Device comprises two bodies (7, 8) marked with optically readable traces. The code traces (1a, 1b, 2a, 2b) are embodied in the same wave on each body, but are arranged so that signals detected by sensors (4) are offset relative to each other. The angle of rotation is determined from the offset of the sensor digital signals. In an alternative a torsion element (5), of known stiffness, is arranged between the two bodies. A torque transmitted by a rotating body (3) is then calculated from the difference angle of the two devices. As an alternative to optical sensors magnetic sensors can be used.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers, und insbesondere eine Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers und/oder des auf ihn wirkenden Drehmoments.The invention relates generally to a device for Measuring the angle and / or the angular velocity of a rotatable body, and in particular a device for Measuring the angle and / or the angular velocity of a rotatable body and / or the acting on it Torque.

Für viele Systeme, z. B. im Kfz-Bereich, ist eine sehr exakte Bestimmung eines Drehwinkels nötig. Eine spezifische Anwendung für solch eine Vorrichtung ist ein Lenkradwinkelgeber, wobei enorme Sicherheitsanforderungen bestehen.For many systems, e.g. B. in the automotive field, is a very exact Determination of an angle of rotation necessary. A specific one Application for such a device is one Steering wheel angle encoder, with enormous safety requirements consist.

Aus der DE-A-195 06 938 der Anmelderin ist eine Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Körpers, insbesondere eines um mehr als 360° drehbaren Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind die ersten und zweiten Einrichtungen jeweils durch ein Zahnrad mit zugeordnetem Winkelsensor gebildet, wobei die beiden Zahnräder bei unterschiedlicher Zähnezahl mit einem Zahnrad in Eingriff stehen, welches an der Lenkradwelle montiert ist. Anhand eines modifizierten Noniusverfahrens kann somit der Winkel der Lenkachse aus der vorliegenden bestehenden Winkel- und/oder Phasendifferenz der zwei Zahnräder ermittelt werden. Diese Vorrichtung bietet somit den Vorteil, daß Mehrfachumdrehungen erfasst werden können, ist jedoch dahingehend nachteilig, dass die Erfassung unter Zwischenschaltung von Zahnrädern und somit nicht berührungslos erfolgt. Ferner ist der erforderliche Bauraum für solch eine Vorrichtung relativ hoch, so dass eine Integration, insbesondere an der Lenkachse, an der auch die Multi-Funktionsschalter untergebracht sind, nur schwer möglich ist. Schließlich ist zur Erfassung der einzelnen Drehwinkel eine aufwendige Auswertung unter Verwendung eines Arkus-Tangensverfahrens erforderlich.DE-A-195 06 938 from the applicant is a device for measuring the angle and / or the angular velocity of the rotatable body, in particular one by more than 360 ° rotatable body according to the preamble of claim 1, known. In the known device, the first and second devices each with a gear  assigned angle sensor formed, the two Gears with different numbers of teeth with one gear are engaged, which is mounted on the steering wheel shaft is. Using a modified vernier method, you can the angle of the steering axis from the existing existing Angle and / or phase difference of the two gears be determined. This device thus offers the The advantage that multiple revolutions can be detected is however, disadvantageous in that the coverage under Interposition of gears and therefore not done without contact. Furthermore, the space required for such a device relatively high, so a Integration, especially on the steering axis, on which also the Multi-function switches are housed only with difficulty is possible. Finally, to capture the individual Angle of rotation a complex evaluation using a Arc tangent method required.

Es sind ferner diverse Winkelsensoren bekannt, die auf einer berührungslosen Erfassung basieren. Diese sind jedoch generell nicht dazu geeignet, Winkel sehr genau zu erfassen. Auch diese Vorrichtungen und Verfahren erfordern aufwendige Auswerteschaltungen und Algorithmen oder verfügen alternativ über eine unzureichende Genauigkeit bzw. einen unzureichenden Meßbereich, wenn z. B. die Vorrichtung lediglich für kleine Winkel geeignet ist.Various angle sensors are also known which are based on a non-contact detection based. However, these are generally not suitable for capturing angles very precisely. These devices and methods also require complex ones Evaluation circuits and algorithms or alternatively insufficient accuracy or insufficient measuring range, if z. B. the device is only suitable for small angles.

Es besteht daher Bedarf für eine verbesserte Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers und des auf ihn wirkenden Drehmoments. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung, wie aus der DE-A-195 06 938 bekannt, mit zumindest ersten und zweiten Einrichtungen, die ansprechend auf eine Drehung des Körpers unterschiedliche Signale an eine Auswerteschaltung ausgeben, in solch einer Weise weiterzubilden, dass sie nur einen geringen Bauraum einnimmt, eine einfache Auswertung und Bestimmung des Winkels ermöglicht, wobei die Erfassung insgesamt berührungslos erfolgen sollte.There is therefore a need for an improved device for Measuring the angle and / or the angular velocity of a rotatable body and the torque acting on it. It is an object of the present invention Generic device, such as from DE-A-195 06 938 known with at least first and second facilities that different in response to a rotation of the body Output signals to an evaluation circuit, in such a  Way to train that they only have a small space takes a simple evaluation and determination of the Angle allows, the total capture should be done without contact.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.According to the invention, this object is achieved by a device solved with the features of claim 1. Preferred Embodiments are in the dependent claims Are defined.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass bei der gattungsgemäßen Vorrichtung jeweils dem drehbaren Körper und einem ortsfesten Teil der Vorrichtung als Bestandteil jeder Einrichtung eine felderzeugende und/oder -verändernde bzw. eine auf das Feld ansprechende Anordnung zugeordnet ist. In dieser Weise stellt jede der Einrichtungen, die in unterschiedlicher Weise auf eine Drehung des Körpers ansprechen, ein Ausgangssignal bereit, welches berührungslos erfaßt werden kann. Nachdem die Winkelmessung direkt an dem drehbaren Körper erfolgt, kann der Fehlereinfluß, bedingt durch die Toleranzen von bisher verwendeten Zahnrädern, vermieden werden. Verschleißfreier und geräuscharmer Betrieb ist vorteilhaft.In particular, the invention proposes that the Generic device each the rotatable body and a fixed part of the device as part of each Establishment of a field generating and / or changing or an arrangement responsive to the field is assigned. In In this way, each of the facilities in different ways on a rotation of the body respond, an output signal ready, which is contactless can be detected. After the angle measurement directly on the rotatable body takes place, the error influence, conditionally through the tolerances of previously used gears, be avoided. Wear-free and quiet operation is beneficial.

Vorteilhafterweise kann die auf das Feld ansprechende Anordnung eine felderzeugende und/oder -verändernde Anordnung enthalten, wodurch es möglich ist, die sich wechselseitig beeinflussenden oder beeinflußten Felder auszuwerten, um zu dem zu erfassenden Drehwinkel zu gelangen.Advantageously, the responsive to the field Arrangement a field generating and / or changing Arrangement included, which makes it possible for the mutually influencing or influenced fields evaluate to the angle of rotation to be recorded reach.

Um eine Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen des Abstandes zwischen den Bestandteilen der Vorrichtungen zu erzielen, ist es bevorzugt, dass zumindest ein Feldflußleitelement vorgesehen ist, insbesondere zur Bildung geschlossener Feldlinien. Auf diese Weise lassen sich außerdem Toleranzen und zeitlich bedingte Veränderungen der Felder einfacher handhaben, so ist z. B. die Polbreite bei der Verwendung von Magneten unkritischer.To be insensitive to fluctuations in the Distance between the components of the devices achieve, it is preferred that at least one Field flow guide element is provided, in particular for education  closed field lines. This way also tolerances and temporal changes in the Manage fields easier, so z. B. the pole width the use of magnets less critical.

Vorteilhafterweise stellt zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen ein sich periodisch veränderndes Feld, insbesondere ein elektrisches und/oder Magnetfeld bereit. Durch ein sich periodisch veränderndes Feld kann die Erfassungsgenauigkeit bei entsprechender Ausbildung der Sensoren erhöht werden, wobei insbesondere auch minimale Winkelschritte durch ein sich periodisch veränderndes Magnetfeld genauer bestimmt werden können. Generell wächst die Genauigkeit mit der Polpaarzahl.Advantageously, at least one of the field-generating ones and / or changing arrangements periodically changing field, especially an electrical and / or Magnetic field ready. Through a periodically changing With appropriate field, the detection accuracy can Training of the sensors are increased, in particular even minimal angular steps through a periodic changing magnetic field can be determined more precisely. In general, the accuracy increases with the number of pole pairs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen peripher umlaufend bezüglich dem drehbaren Körper ausgebildet, insbesondere an diesem festgelegt oder in diesem integriert. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht eine Vorrichtung, die lediglich minimale Raumanforderungen stellt, so dass sie einfach als Lenkwinkelgeber eingesetzt werden kann.In a preferred embodiment, at least one of the field-generating and / or changing arrangements peripheral formed circumferentially with respect to the rotatable body, in particular fixed to this or integrated in it. This preferred embodiment enables one Device that has minimal space requirements poses so that they are simply used as steering angle sensors can be.

Zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen kann ein radiales Feld, z. B. Magnetfeld, elektrisches Feld oder auch ein Elektromagnetfeld bilden. In diesem Fall könnten die Sensoren radial bezüglich des sich drehenden Körpers vorgesehen sein.At least one of the field generating and / or changing Arrangements can be a radial field, e.g. B. magnetic field, form an electric field or an electromagnetic field. In this case, the sensors could be radial with respect to the rotating body may be provided.

Alternativ ist es auch möglich, dass zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen ein axiales Feld bildet, wobei eine entsprechende Positionierung der Erfassungssensoren vorzunehmen ist. Alternatively, it is also possible for at least one of the field-generating and / or changing arrangements axial field forms, with a corresponding positioning of the detection sensors.  

Vorteilhafterweise sind zumindest zwei felderzeugende und/oder -verändernde Anordnungen vorgesehen, die unterschiedliche Felder bilden, insbesondere eine unterschiedliche Feldpolzahl definierend, wobei diese insbesondere um eins unterschiedlich sein kann. Durch das Bereitstellen von zwei felderzeugenden und/oder - verändernden Anordnungen kann eine vollständige Entkopplung erfolgen, insbesondere wenn zwei separate Erfassungsanordnungen an entsprechenden Orten ausgebildet sind.At least two field generators are advantageous and / or changing arrangements provided form different fields, especially one defining different field pole numbers, these in particular can be different by one. By the Providing two field-generating and / or - changing arrangements can be a complete decoupling take place, especially if two separate Detection arrangements are formed at appropriate locations are.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der felderzeugenden und/oder -verändernden Anordnungen als Multi-Polrad bzw. Multi-Polring ausgebildet. Ein Multi- Polrad oder -Ring ist eine Anordnung aus Polen, die inverse Pole alternierend aufweisen oder auch felderzeugende und nichtfelderzeugende bzw. feldbeeinflussende und nichtfeldbeeinflussende Abschnitte abwechselnd enthalten.In a preferred embodiment, at least one of the field-generating and / or changing arrangements as Multi-pole wheel or multi-pole ring formed. A multi Magnet wheel or ring is an arrangement from Poland, the inverse Have alternating poles or also field-generating and non - field producing or field influencing and sections not affecting the field are alternately included.

Die feldverändernde Anordnung kann vorteilhafterweise die Form einer Stanz-, Schlitz- oder Lochscheibe bzw. eines Stanz-, Schlitz- oder Lochringes annehmen, abhängig davon, ob radiale oder axiale Felder verwendet werden.The field changing arrangement can advantageously the Shape of a punched, slotted or perforated disc or one Accept punched, slotted or perforated ring, depending on whether radial or axial fields are used.

Damit jede der Einrichtungen ein möglichst einfach auszuwertendes, möglichst lineares Ausgangssignal bereitstellt, kann zumindest eine der auf das Feld ansprechenden Anordnungen zumindest zwei Feldsensoren, die Sinus- oder asinusförmige Ausgangssignale liefern enthalten, insbesondere um eine Viertelperiode des durch die entsprechende felderzeugende und/oder -verändernde Anordnung gebildeten periodischen Feldes beabstandet. Wie vorangehend kann es sich bei dem Feld um ein elektrisches Feld, ein Magnetfeld oder auch ein beliebiges elektromagnetisches Feld handeln. So that each of the facilities is as simple as possible Output signal to be evaluated, as linear as possible Provides at least one of the field appealing arrangements at least two field sensors that Provide sine or asinus output signals, in particular by a quarter of the by corresponding field-generating and / or changing arrangement formed periodic field spaced. As before can the field be an electric field, a Magnetic field or any electromagnetic field act.  

Vorteilhafterweise sind die Sensoren in diesem Fall in einer Brückenschaltung, insbesondere einer Wheatstoneschen- Brückenschaltung verschaltet und geben ihre Signale an diese ab. Durch die Brückenschaltung kann eine Differenzbildung erzielt werden, wobei die Verwendung von Elementen mit linearer Kennlinie zusätzlich dazu führt, dass der ausgegebene jeweilige Winkelwert direkt ahne Verwendung eines komplexen Arkus-Tangensverfahrens ermittelt werden kann.In this case, the sensors are advantageously in one Bridge circuit, especially a Wheatstone Bridge circuit interconnected and give their signals to this from. A difference can be formed by the bridge circuit be achieved using elements with linear characteristic also leads to the fact that the the respective angle value output directly without use a complex arc tangent method can be determined can.

Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform ist jeder Sensor einer Einrichtung in einer Teilbrückenschaltung, insbesondere einer Halbbrücke der Brückenschaltung, verschaltet.In a particularly preferred embodiment, everyone is Sensor of a device in a partial bridge circuit, in particular a half bridge of the bridge circuit, interconnected.

Schließlich ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als Lenkradwinkelgeber verwendet wird, wobei zumindest zwei felderzeugende und/oder -verändernde Anordnungen als Feldpolcodespuren, insbesondere magnetische Codespuren, der Lenkwelle zugeordnet sind.Finally, it is preferred that the invention Device is used as a steering wheel angle sensor, wherein at least two field generating and / or changing Arrangements as field pole code tracks, especially magnetic ones Code tracks associated with the steering shaft.

Als erfindungswesentlich für die Messung eines Winkels und/oder eines Drehmomentes wird eine alternative Ausführungsform vorgesehen, die mit Hilfe von ersten und zweiten optischen Einrichtungen einen Drehwinkel gegenüber den feststehenden Sensoren erfasst. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass die optischen Einrichtungen an dem drehbaren Körper, in diesem Fall der Lenkachse eines Kraftfahrzeugs, angebracht sind. Die beiden Einrichtungen weisen im Wesentlichen zwei optisch abtastbare Codespuren auf, wobei jeder Codespur ein optischer Sensor zugeordnet ist. Die optische Abtastung hat den Vorteil, dass die Lichtstrahlen einfacher erfassbar sind und von elektromagnetischen Störfeldern nicht beeinflusst werden können. Zudem lässt sich das optisch abgetastete Signal mittels eines Fotosensors sehr einfach in ein elektrisches Signal umwandeln. Auch ist vorteilhaft, dass durch die optische Abtastung ein digitales Ausgangssignal erreicht wird, aus dem sich Winkel oder Winkeländerungen mit hoher Genauigkeit und großer Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen bestimmen lassen.As essential to the invention for the measurement of an angle and / or torque becomes an alternative Embodiment provided that with the help of first and second optical devices with an angle of rotation the fixed sensors. As special it is considered advantageous that the optical devices on the rotatable body, in this case the steering axle Motor vehicle are attached. The two institutions essentially have two optically scannable code tracks on, with each code track being assigned an optical sensor is. The advantage of optical scanning is that Rays of light are easier to detect and from electromagnetic interference fields are not affected  can. In addition, the optically scanned signal very easily into an electrical one using a photo sensor Convert signal. It is also advantageous that through the optical scanning reaches a digital output signal is from which there are angles or changes in angle with high Accuracy and great insensitivity to Have contamination determined.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Insbesondere wird durch eine Vielzahl von optisch erkennbaren Markierungen das Codesignal in digitaler und gleichförmiger Form erfasst, so dass durch einfachen Phasenvergleich zwischen zugeordneten Codespuren der Drehwinkel bestimmbar ist.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous training and Improvements to the device specified in the main claim possible. In particular, by a variety of optical recognizable marks the code signal in digital and uniform shape so that by simple Phase comparison between assigned code tracks Angle of rotation can be determined.

Günstig ist auch, dass die Felder der Markierungen bezüglich ihrer Lichtintensität, Farbe und/oder Größe unterscheidbar sind. Insbesondere bei angrenzenden Hell-Dunkelfeldern ergeben sich eindeutige Hell-Dunkel-Übergänge, die aufgrund des steilen Spannungssprunges des elektrischen Signales erkennbar sind. Dadurch ergibt sich eine eindeutige Abgrenzung, die weitgehend störsicher ist.It is also favorable that the fields of the markings with respect their light intensity, color and / or size distinguishable are. Especially with adjacent light-dark fields there are clear light-dark transitions that are due to the steep voltage jump of the electrical signal are recognizable. This results in a clear one Delimitation that is largely immune to interference.

Der Kontrast zwischen den Hell-Dunkelfeldern bzw. an den Hell-Dunkel-Übergängen lässt sich noch dadurch verbessern, dass die Markierungen mittels eines Leuchtkörpers angestrahlt werden. Dies ergibt insbesondere bei gleichartig ausgebildeten Spuren einer Einrichtung zwei unterschiedliche Signalfolgen, die eine besonders einfache Winkelbestimmung, beispielsweise mit Hilfe eines klassischen oder modifizierten Nonius-Verfahrens ermöglicht. Dazu wird vorteilhaft die Anzahl der Markierungen von benachbarten Spuren einer Einrichtung unterschiedlich gewählt, um eine über den Umfang der Drehachse veränderbare Phasenverschiebung zu erreichen.The contrast between the light-dark fields or at the Light-dark transitions can still be improved by that the markings by means of a filament be illuminated. This is particularly the case with similar trained traces of a facility two different Signal sequences that allow a particularly simple angle determination, for example with the help of a classic or modified vernier method enables. This will advantageous the number of marks from neighboring Traces of a facility chosen differently to one  changeable over the circumference of the axis of rotation To achieve phase shift.

Bei geeigneter Wahl der Anzahl der Markierungen einer Spur als auch durch eine entsprechende Ausbildung der Markierungen lässt sich das Nonius-, insbesondere das modifizierte Nonius-Verfahren zur Winkelbestimmung anwenden. Die Messgenauigkeit wird vorteilhaft dadurch erhöht, dass die Ergebnisse der Messungen aus den Codespuren erneut mit dem modifizierten Nonius-Verfahren korrigiert werden.With a suitable choice of the number of markings on a track as well as an appropriate training of The vernier, especially that, can be marked use a modified vernier method to determine the angle. The measuring accuracy is advantageously increased in that the results of the measurements from the code tracks again corrected using the modified vernier method.

In solchen Fällen, in denen auch ein Drehmoment bestimmt werden soll, wird zwischen den beiden Einrichtungen ein Torsionselement mit bekannter Torsionssteifigkeit verwendet. Werden dann sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Einrichtung die Drehwinkel gemessen, dann kann aus der Differenz der beiden Winkel und der bekannten Torsionssteifigkeit das Drehmoment vorteilhaft bestimmt werden. Auf diese Weise sind mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zwei Parameter gleichzeitig messbar.In those cases where a torque is also determined between the two institutions Torsion element with known torsional rigidity is used. Then become both the first and the second Device measured the angle of rotation, then from the Difference between the two angles and the known one Torsional rigidity advantageously determines the torque become. In this way, with the invention Setup two parameters measurable at the same time.

Vorzugsweise werden die Markierungen der beiden Einrichtungen so gewählt, dass auf die jeweiligen Messergebnisse das klassische oder modifizierte Noniusverfahren erneut angewendet weden kann. Damit erhöht sich die Meßgenauigkeit und/oder der Meßbereich der Einrichtung, ohne dass weitere Einrichtungen erforderlich sind.Preferably the markings of the two Facilities chosen so that to the respective Measurement results the classic or modified Nonius procedure can be applied again. So that increases the measuring accuracy and / or the measuring range of the Setup without the need for additional facilities are.

Um die optischen Einrichtungen gegen mögliche Verschmutzungsgefahren im Kraftfahrzeug zu sichern, erscheint eine umschließende Kapselung für die Vorrichtung als besonders vorteilhaft. To the optical devices against possible To protect against pollution in the motor vehicle, an encapsulation appears for the device as particularly advantageous.  

Eine vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung wird bei einer Lenkachse eines Kraftfahrzeugs gesehen, um den Drehwinkel und/oder das Drehmoment zu messen. Diese Größen können für weitere Fahrzeugfunktionen genutzt werden, die beispielsweise für die Bestimmung der dynamischen Fahrzeugstabilität, zur Unterstützung der Lenkkraft und/oder der Navigation benötigt werden.An advantageous use of the device is in a Steering axis of a motor vehicle seen to the angle of rotation and / or measure the torque. These sizes can be used for other vehicle functions are used that for example for the determination of dynamic Vehicle stability, to support the steering force and / or navigation are required.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung eine einfache Erfassung von Winkeln und/oder Winkelgeschwindigkeiten eines drehbaren Körpers gegeben ist, welche auch eine Drehmomentmessung umfasst, wobei die Auswerteschaltung einfach konzipiert sein kann und der erforderliche Bauraum zur Implementierung der Vorrichtung sehr gering ist.In summary, it can be said that with the solution according to the invention a simple detection of angles and / or angular velocities of a rotatable body is given, which also includes a torque measurement, the evaluation circuit can be designed simply and the space required to implement the Device is very low.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden rein beispielhaften Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.Further advantages and features of the present invention result from the following purely exemplary Description of some preferred embodiments, wherein the description with reference to the accompanying Drawings are made.

Fig. 1 zeigt einen Lenkradwinkelgeber gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in systematischer Aufsicht (Fig. 1A), in einer tangentialen Schnittansicht (Fig. 1B) und in radialen Schnittansichten bei unterschiedlichen winkelmäßigen Positionen (Fig. 1C und 1D) Fig. 1 shows a steering wheel angle sensor according to a first preferred embodiment of the invention in a systematic supervision (Fig. 1A), in a tangential sectional view (Fig. 1B) and in radial section views at different angular positions (Fig. 1C and 1D)

Fig. 2 zeigt eine Variante zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in entsprechender Darstellung, wobei anstelle der in Fig. 1 verwendeten felderzeugenden Einrichtungen feldverändernde Einrichtungen implementiert sind. FIG. 2 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 1 in a corresponding representation, with field-changing devices being implemented instead of the field-generating devices used in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt noch eine weitere Lenkradwinkelgebervorrichtung als dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein radiales Feld statt dem in den Fig. 1 und 2 verwendeten axialen Feld zum Einsatz kommt. FIG. 3 shows yet another steering wheel angle sensor device as a third preferred embodiment of the device according to the invention, in which a radial field is used instead of the axial field used in FIGS. 1 and 2.

Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante zu Fig. 3, wobei wie bei Fig. 2, feldverändernde Einrichtungen statt felderzeugende Einrichtungen zum Einsatz kommen. FIG. 4 is an embodiment variant of FIG. 3, wherein, as in FIG. 2, field-changing devices are used instead of field-generating devices.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante zur Fig. 3, in unterschiedlichen Winkelpositionen (Fig. 5A, Fig. 5B), wobei eine felderzeugende Anordnung als feldverändernde Anordnung dient. Fig. 5 shows a further embodiment for Fig. 3, in different angular positions (Fig. 5A, Fig. 5B), a field-producing arrangement serves as a field-changing arrangement.

Fig. 6 stellt schematisch die Positionserfassung bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform unter Verwendung von Feldflußleitelementen dar. FIG. 6 schematically shows the position detection in the embodiment shown in FIG. 5 using field flow guiding elements.

Fig. 7 stellt eine Ausführungsform eines kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors (schematisch) dar. Fig. 7 illustrates an embodiment of a combined steering angle / steering torque sensor is (schematically).

Fig. 8 stellt eine weitere Ausführungsform eines kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors (schematisch) dar. Fig. 8 illustrates another embodiment of a combined steering angle / steering torque sensor is (schematically).

Fig. 9 zeigt verschiedene Bauformen der Sensoren nach Fig. 7 oder 8, wobei auch mehrere Sensoren pro Magnetspur zwecks Mittelung vorhanden sein können. FIG. 9 shows different designs of the sensors according to FIG. 7 or 8, it also being possible to have several sensors per magnetic track for the purpose of averaging.

Fig. 10 zeigt die Auswertung der Signale eines kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensors. Fig. 10 shows the analysis of the signals shows a combined steering angle / steering torque sensor.

Fig. 11 zeigt eine optische Vorrichtung mit zwei übereinander angeordneten optischen Einrichtungen mit jeweils zwei Codespuren und vier Sensoren. Fig. 11 shows an optical device with two superimposed optical devices, each with two code tracks and four sensors.

Beschreibungdescription

In der folgenden Beschreibung wird maßgeblich auf ausschließlich Magnetfelder und bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform auf ein elektrisches Feld Bezug genommen; der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass auch beliebige Kombinationen, d. h. beliebige elektromagnetische Felder zum Einsatz kommen können. Beispielhaft könnten als Feldpole statt Magneten Leuchtdioden verwendet werden, deren emittiertes Feld mittels entsprechender optoelektronischer Sensoren erfasst werden kann.In the following description, reference is made to magnetic fields only and, in the embodiment shown in FIG. 4, to an electric field; however, the person skilled in the art should recognize that any combinations, ie any electromagnetic fields, can also be used. For example, light-emitting diodes could be used as field poles instead of magnets, the emitted field of which can be detected by means of appropriate optoelectronic sensors.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform umfasst eine an der Lenkachse 10 montierte Scheibe, an der Codespuren 20, 22 vorgesehen sind. Jede der Codespuren 20, 22 umfasst eine Vielzahl von alternierend angeordneten Permanentmagneten, wie es durch die Pfeile mit unterschiedlicher Ausrichtung angedeutet ist. Die beiden Codespuren 20, 22 verfügen über eine unterschiedliche Aufteilung, wobei besonders vorteilhaft eine möglichst geringe Differenz vorliegen sollte, wie z. B. ein Unterschied von lediglich einem Polpaar. In der gezeigten Ausführungsform enthält eine der Spuren 20, 22 eine Teilung von n-Polpaaren, während die andere Teilung von n + 1-Polpaaren umfasst. Bei einer Drehung des drehbaren Körpers 10, hier der Lenkachse, werden bei der gezeigten Ausführungsform somit die Codespuren 20, 22 um einen entsprechenden Winkel verdreht. An einem ortsfesten Teil der Vorrichtung sind über jeder der Codespuren 20, 22 Sensoranordnungen 12 und 14 bereitgestellt. Durch die Sensoranordnung 12, 14 kann somit die relative Position der darunterliegenden Magnetcodespur 20 bzw. 22 erfasst werden.The embodiment shown in FIG. 1 comprises a disc mounted on the steering axle 10 , on which code tracks 20 , 22 are provided. Each of the code tracks 20 , 22 comprises a plurality of alternately arranged permanent magnets, as indicated by the arrows with different orientations. The two code tracks 20 , 22 have a different division, with the smallest possible difference being particularly advantageous, such as. B. a difference of only one pole pair. In the embodiment shown, one of the tracks 20 , 22 contains a division of n-pole pairs, while the other comprises division of n + 1-pole pairs. When the rotatable body 10 , here the steering axis, rotates, the code tracks 20 , 22 are thus rotated by a corresponding angle in the embodiment shown. On a stationary part of the device, sensor arrangements 12 and 14 are provided above each of the code tracks 20 , 22 . The relative position of the underlying magnetic code track 20 or 22 can thus be detected by the sensor arrangement 12 , 14 .

Die abtastenden Sensorelemente können übliche Sinus- /Cosinus-Signale erzeugende Messelemente, z. B. AMR-, GMR- Hallsensoren sein. Der Auswertealgorithmus kann nach dem Arcus-Tangens-Verfahren erfolgen.The sensing sensor elements can be conventional sine / Measuring elements generating cosine signals, e.g. B. AMR-, GMR- Hall sensors. The evaluation algorithm can be based on the Arc tangent method.

Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst jede der Sensoranordnungen 12, 14 zwei Sensoren 12a, 12b bzw. 14a, 14b. Die jeweilig paarweise vorgesehenen Sensoren 12a und 12b bzw. 14a und 14b sind vorteilhafterweise um eine Viertel- oder Achtel-Periode des durch die Codespuren 20, 22 gebildeten sich periodisch verändernden Magnetfeldes beabstandet. Ein solcher Abstand ermöglicht es, die Sensoren jeweils als Halbbrücke einer Wheatstoneschen- Brückenschaltung zu schalten, so dass eine einfache Auswerteschaltung realisiert werden kann, da einerseits eine Differentsbildung erfolgt, und andererseits bei Verwendung von Elementen mit im wesentlichen linearer Kennlinie ein unmittelbar auswertbares annähernd lineares Winkelsignal bereitgestellt wird.In the embodiment shown, each of the sensor arrangements 12, 14 comprises two sensors 12 a, 12 b and 14 a, 14 b, respectively. The sensors 12 a and 12 b or 14 a and 14 b provided in pairs are advantageously spaced apart by a quarter or eighth period of the periodically changing magnetic field formed by the code tracks 20 , 22 . Such a distance enables the sensors to be connected in each case as a half-bridge of a Wheatstone bridge circuit, so that a simple evaluation circuit can be implemented since, on the one hand, a difference is formed and, on the other hand, when using elements with an essentially linear characteristic curve, an approximately linear, almost linear angle signal can be evaluated provided.

Die somit erfassten winkelmäßigen Positionen können miteinander in Bezug gesetzt werden, so dass sich unter Verwendung des allgemein bekannten Noniusverfahrens oder besser unter Verwendung eines modifizierten Nonius- Verfahrens oder einer Kombination beider Verfahren der reale Winkel des drehbaren Körpers 10 bestimmt werden kann. In der Druckschrift DE-A-195 06 938 ist das erweiterte Noniusverfahren beschrieben, so dass dieses Verfahren nicht näher erläutert werden muß. The angular positions thus detected can be related to one another, so that the real angle of the rotatable body 10 can be determined using the generally known vernier method or better using a modified vernier method or a combination of both methods. The extended vernier process is described in the document DE-A-195 06 938, so that this process need not be explained in more detail.

Obwohl an der gezeigten Ausführungsform sich die felderzeugenden Teile einer jeweiligen Einrichtung bewegen, wird der Fachmann erkennen, dass eine entsprechende Umkehr ebenfalls denkbar ist, bei welcher die Sensoranordnungen sich mit dem drehbaren Körper bewegen, während die Codespuren ortsfest umlaufend bezüglich des drehbaren Körpers vorgesehen sind.Although in the embodiment shown move field-generating parts of a respective facility, the skilled person will recognize that a corresponding reversal is also conceivable in which the sensor arrangements move with the rotating body while the Code traces stationary around the rotatable Body are provided.

Die insbesondere vorteilhafte Beabstandung zwischen zwei Sensoren 12a, 12b bzw. 14a, 14b lässt sich im Detail aus der Tangential-Schnittansicht von Fig. 1B erkennen.The particularly advantageous spacing between two sensors 12 a, 12 b and 14 a, 14 b can be seen in detail from the tangential sectional view of FIG. 1B.

Schließlich ist es aus den Schnittansichten der Fig. 1C und D zu erkennen, wie die jeweiligen Codespuren bei unterschiedlichen Positionen bezüglich der Sensoranordnungen bei unterschiedlichen Winkeln des sich drehenden Körpers vorliegen.Finally, it can be seen from the sectional views of FIGS . 1C and D how the respective code tracks are present at different positions with respect to the sensor arrangements at different angles of the rotating body.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird anstelle der Magnetspuren eine feldverändernde Einrichtung verwendet, die ebenfalls Codespuren 24, 26 definiert. Die Wirkungsweise und der generelle Aufbau ist ähnlich zu Fig. 1, so dass eine wiederholte Beschreibung hier nicht erfolgen soll. Es ist jedoch zu erwähnen, dass in der gezeigten Ausführungsform ein ortsfester Permanentmagnet 28 unterhalb der Scheibe positioniert ist, die sich mit dem drehbaren Körper 10 bewegt und Codespuren 24, 26 enthält. In der gezeigten Ausführungsform sind die Codespuren durch einfache Aussparungen ausgebildet, der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass hier verschiedenste Möglichkeiten zum Einsatz kommen können. So wäre es z. B. denkbar, statt der einfachen Aussparungen Bereiche mit einer unterschiedlichen magnetischen Permeabilität vorzusehen. Bei Verwendung anderer als magnetischer Felder wäre eine entsprechende Ausgestaltung unter Berücksichtigung unterschiedlicher dielektrischer Eigenschaften, optischer Eigenschaften oder kombinierter dielektrischer und magnetischer Permeabilitätseigenschaften denkbar.In the embodiment shown in FIG. 2, a field-changing device is used instead of the magnetic tracks, which also defines code tracks 24 , 26 . The mode of operation and the general structure is similar to FIG. 1, so that a repeated description is not intended here. However, it should be mentioned that, in the embodiment shown, a fixed permanent magnet 28 is positioned below the disk, which moves with the rotatable body 10 and contains code tracks 24 , 26 . In the embodiment shown, the code tracks are formed by simple cutouts, but the person skilled in the art should recognize that a wide variety of options can be used here. So it would be z. B. conceivable to provide regions with a different magnetic permeability instead of the simple cutouts. If other than magnetic fields are used, a corresponding configuration would be conceivable, taking into account different dielectric properties, optical properties or combined dielectric and magnetic permeability properties.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Codespuren 20, 22 nicht an einer Scheibe angeordnet, sondern vielmehr unmittelbar in die Lenkachse 10 eingelassen sind. Somit stellen die Codespuren ein sich radial periodisch veränderndes Feld, z. B. Magnetfeld, bereit, welches durch entsprechend angeordnete Sensoranordnungen 12, 14 erfasst werden kann. Die Auswertung erfolgt wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen unter Verwendung des Nonius-Verfahrens, so dass die vorliegende Phasendifferenz zwischen den Erfassungssignalen zur Bestimmung des Gesamtdrehwinkels der Lenkachse verwendet werden kann. Auch bei derer Ausgestaltung umfasst jede Sensoranordnung 12, 14 zwei Sensoren, die um eine Viertelperiode λ/4 des sich verändernden Feldes beabstandet sind, um eine einfache Auswertung zu ermöglichen. FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which the code tracks 20 , 22 are not arranged on a disk, but rather are embedded directly in the steering axis 10 . Thus, the code tracks represent a radially periodically changing field, e.g. B. magnetic field, ready, which can be detected by appropriately arranged sensor arrangements 12 , 14 . As in the previous embodiments, the evaluation is carried out using the vernier method, so that the present phase difference between the detection signals can be used to determine the total angle of rotation of the steering axis. In this embodiment too, each sensor arrangement 12 , 14 comprises two sensors which are spaced apart by a quarter period λ / 4 of the changing field in order to enable simple evaluation.

In Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche im wesentlichen die Prinzipien der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen kombiniert. Bei dieser Ausführungsform ist der sich drehende Körper 10 als hohler Tubus ausgebildet, in dessen Mitte als felderzeugende Einrichtung ein einfacher stromführender Draht oder auch ein Lichtwellenleiter angeordnet sein kann. Der sich drehende Körper 10 enthält zwei mit Aussparungen versehene Ringe, die wie vorangehend Codespuren 24, 26, bilden. Wie bei den anderen bisher beschriebenen Ausführungsformen sollte jeder der Codespuren eine unterschiedliche Aufteilung aufweisen, insbesondere eine Aufteilung, die um eins differiert, d. h. eine der Codespuren sollte eine Anzahl von n-Öffnungen aufweisen, während die andere eine Anzahl von n + 1- Aussparungen aufweist. Die Sensoren sind entsprechend der Ausführungsform von Fig. 3 angeordnet, um bei einer Drehung des sich drehenden Körpers 10 das sich jeweils verändernde Feld oberhalb einer jeweiligen Spur 24, 26 zu erfassen. Wie üblich wird mittels einer Auswerteschaltung und unter Anwendung des Nonius-Verfahrens aus der Differenz, insbesondere Phasendifferenz der zwei Signale, der gesamte Drehwinkel erfasst. FIG. 4 shows a further preferred embodiment of the device according to the invention, which essentially combines the principles of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3. In this embodiment, the rotating body 10 is designed as a hollow tube, in the center of which a simple current-carrying wire or an optical waveguide can be arranged as a field-generating device. The rotating body 10 contains two recessed rings which, as before, form code tracks 24 , 26 . As with the other embodiments described so far, each of the code tracks should have a different division, in particular a division that differs by one, ie one of the code tracks should have a number of n openings, while the other has a number of n + 1 recesses . The sensors are arranged in accordance with the embodiment of FIG. 3 in order to detect the respectively changing field above a respective track 24 , 26 when the rotating body 10 rotates. As usual, the entire angle of rotation is determined by means of an evaluation circuit and using the vernier method from the difference, in particular phase difference, of the two signals.

In den Fig. 5a und 5b ist schematisch eine der ersten und zweiten Einrichtungen dargestellt, die ansprechend auf die Drehung des Körpers 10 unterschiedliche Signale an eine nicht dargestellte Auswerteschaltung ausgeben. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden ähnlich wie bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ringartige Magnetmultipolräder 20, 22 und 24, 26 verwendet, wobei der innere Multipolring, wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen mit dem sich drehenden Körper 10 verbunden ist. Der äußere Magnetpolring 24, 26 ist drehbar bezüglich dem drehbaren Körper 10 und dem inneren Magnetpolring 20, 22 ausgebildet, so dass eine sich periodisch verändernde wechselseitige Beeinflussung der jeweiligen gebildeten Felder resultiert. Bei der in Fig. 5a dargestellten Position stehen sich jeweilige Magnetpole in solch einer Weise entgegen, dass sich die Felder im Wesentlichen aufheben. In der in Fig. 5b dargestellten winkelmäßigen Position sind die Pole in solch einer Weise angeordnet, dass sich die jeweiligen Feldstärken addieren.In FIGS. 5a and 5b is shown schematically one of the first and second means, the output in response to rotation of the body 10 different signals to an evaluation circuit, not shown. In the embodiment shown here, ring-like magnetic multipole wheels 20 , 22 and 24 , 26 are used similarly to the embodiment shown in FIG. 3, the inner multipole ring being connected to the rotating body 10 , as in the previous embodiments. The outer magnetic pole ring 24 , 26 is designed to be rotatable with respect to the rotatable body 10 and the inner magnetic pole ring 20 , 22 , so that a periodically changing mutual influence of the respective fields formed results. In the position shown in FIG. 5a, respective magnetic poles oppose each other in such a way that the fields essentially cancel each other out. In the angular position shown in FIG. 5b, the poles are arranged in such a way that the respective field strengths add up.

In den Fig. 6a und 6b ist als weiterer Bestandteil der auf das Feld ansprechenden Anordnung eine Feldauswerteeinrichtung dargestellt, die vorliegend zwei Hall-Sensoren 12, 14 umfasst. Die durch die in Fig. 5 dargestellten Multipolringe erzeugten Felder werden durch Feldleitelementen 32, 34, 36 zu den Hall-Sensoren 12, 14 geleitet. Wie der Fachmann aus den Darstellungen der Fig. 6a, 6b erkennen wird, ist ein oberes Flussleitstück 32 vorgesehen, welches Feldlinien im Übergangsbereich zwischen den zwei Multipolringen 20, 22 und 24, 26 hin zu einem der Hall-Sensoren führt. Wie dargestellt, wird somit bei antiparalleler Polstellung, entsprechend der Darstellung von Fig. 5a im oberen Abschnitt geschlossene Feldlinien­ gebildet, wobei ein T-Stück 36 als weiteres Feldflußleitelement hinter dem oberen Hall-Sensor 12, 14 vorgesehen ist. Nach einer Drehung des drehbaren Körpers hin zu einer Position, bei welcher die Pole der Multipolringe parallel vorliegen, wie es in Fig. 5b dargestellt ist, werden die Feldlinien durch das untere Feldflußleitelement 34 und das T-Stück 36 geschlossen, wobei zwischen dem T- Stück 36 und dem unteren Feldleitelement 34 ein weiterer Hall-Sensor angeordnet ist. Durch das Bereitstellen von zwei Hall-Sensoren in der dargestellten Weise kann unter Verwendung eines Differenzenprinzips eine Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und Alterungen bereitgestellt werden, da das Ausgangssignal auf den Gesamtfluss normierbar ist. Der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass diese Differenzenbildung rein optional ist. Wie auch bei den vorangegangenen Ausführungsformen kann eine Portierung auf beliebige andere Felder als Magnetfelder vorgesehen werden.In Figs. 6a and 6b is shown as a further component of the responsive array a field evaluation means, which in the present case two Hall sensors 12, 14 comprises. The fields generated by the multipole rings shown in FIG. 5 are conducted to the Hall sensors 12 , 14 by field guiding elements 32 , 34 , 36 . As one skilled in the art from the illustrations of FIGS. 6a, will recognize 6b, an upper flux guide piece 32 is provided, which leads the field lines in the transition region between the two Multipolringen 20, 22 and 24, 26 towards one of the Hall sensors. As shown, closed field lines are thus formed in the upper section in the case of an anti-parallel pole position, as shown in FIG. 5a, a T-piece 36 being provided as a further field flow guiding element behind the upper Hall sensor 12 , 14 . After rotation of the rotatable body to a position in which the poles of the multipole rings are parallel, as shown in FIG. 5b, the field lines are closed by the lower field flow guide element 34 and the T-piece 36 , with the T-piece being Piece 36 and the lower field guide element 34 , another Hall sensor is arranged. By providing two Hall sensors in the manner shown, insensitivity to temperature fluctuations and aging can be provided using a difference principle, since the output signal can be normalized to the total flow. However, those skilled in the art should recognize that this difference formation is purely optional. As in the previous embodiments, porting to any other fields than magnetic fields can be provided.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine exakte und einfache Bestimmung des Winkels des drehbaren Körpers ermöglicht, wobei keinerlei Eingriff von z. B. Zahnrädern oder dergleichen nötig ist. Anders ausgedrückt, erfolgt eine einfache und exakte Winkelmessung oder auch Winkelgeschwindigkeitsmessung auf einer berührungslosen Basis unter Verwendung einfacher bekannter Bauteile, die wie erwähnt, vorteilhafterweise Elemente mit linearer Kennlinie enthalten sollten. Die unterschiedlichen Anpassungen auf unterschiedliche felderzeugende und/oder feldbeeinflussende Einrichtungen sollten dem Fachmann geläufig sein und bedürfen daher hierin keiner weiteren detaillierten Beschreibung. Nachdem auf bewegliche Teile vollständig verzichtet werden kann, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur Verwendung als Lenkradwinkelgeber geeignet, insbesondere da eine hohe Meßgenauigkeit bei minimalem erforderlichen Bauraum gegeben ist.In summary, it can be said that the Device according to the invention an exact and simple Determination of the angle of the rotatable body enables with no intervention from z. B. gears or the like is necessary. In other words, there is one simple and exact angle measurement or also Angular velocity measurement on a non-contact Base using simple known components that like  mentioned, advantageously elements with a linear characteristic should contain. The different adjustments different field generating and / or field influencing Facilities should be familiar to the specialist and Therefore, no further detailed information is required here Description. Having on moving parts completely The device according to the invention can be dispensed with particularly suitable for use as a steering wheel angle sensor, especially since a high measuring accuracy with minimal necessary space is given.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig und im Detail unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte rein illustrative Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, dass verschiedenste Modifikationen im Rahmen der durch die Ansprüche definierten Schutzumfang möglich sind. Insbesondere sollte der Fachmann erkennen, dass einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar sind. In diesem Zusammenhang wäre es z. B. auch denkbar, eine der Codespuren entsprechend einer Anordnung von Fig. 4 oder 5 vorzusehen, während die andere Codespur entsprechend einer Ausbildung nach den Fig. 1 oder 2 vorgesehen ist.Although the present invention has been described completely and in detail above with reference to currently preferred purely illustrative embodiments, those skilled in the art should recognize that various modifications are possible within the scope of the protection defined by the claims. In particular, the person skilled in the art should recognize that individual features of one embodiment can be combined as desired with other features of other embodiments. In this context it would be e.g. B. also conceivable to provide one of the code tracks corresponding to an arrangement of FIG. 4 or 5, while the other code track is provided in accordance with an embodiment according to FIGS . 1 or 2.

In den Fig. 7 bis 11 sind verschiedene Ausführungsformen von kombinierten Lenkwinkel-/Lenkmomentsensoren einschließlich der zugehörigen Auswerteverfahren dargestellt. Die Multipolräder werden jeweils von Sinus- /Cosinussignale liefernden Sensorelementen abgetastet. Die Auswertung der Ausgangssignale der Sensorelemente erfolgt nach dem modifizierten Noniusverfahren bei dem folgendes zu beachten ist:In Figs. 7 to 11 show various embodiments of the combined steering angle / steering torque sensor including the associated evaluation methods are shown. The multipole wheels are each scanned by sensor elements delivering sine / cosine signals. The output signals from the sensor elements are evaluated using the modified vernier method, whereby the following must be observed:

Übertragung des modifizierten Nonius-Prinzips auf die beschriebene Problematik (Fig. 1e): Transfer of the modified vernier principle to the problem described ( Fig. 1e):

Bestimmung von ϕ
Determination of ϕ

n: Anzahl Polpaare
α, β: Messwerte der Sensoren
i, j: unbekannt
n: number of pole pairs
α, β: Measured values from the sensors
i, j: unknown

Gleichsetzen und Umformen:
Identifying and reshaping:

mit i = j = kwith i = j = k

Daraus folgt:
It follows:

wobei k ganzzahlig ist
where k is an integer

In die Auswertung eingehende Fehler lassen sich durch spezielle Korrekturverfahren reduzieren, bei denen Prinzipien des klassischen und/oder des modifizierten Noniusprinzips berücksichtigt werden.Errors in the evaluation can be identified reduce special correction procedures where Principles of the classic and / or the modified Nonius principle are taken into account.

Mit den Sensoren nach Fig. 7 bzw. 8 kann zusätzlich zum Winkel auch noch das angreifende Moment, beispielsweise das Lenkmoment ermittelt werden.With the sensors according to FIGS. 7 and 8, in addition to the angle, the acting torque, for example the steering torque, can also be determined.

Das angreifende Drehmoment beim Lenkvorgang bewirkt eine Verdrehung des in der Lenksäule integrierten Torsionsstabes. The attacking torque during the steering process causes one Twisting of the torsion bar integrated in the steering column.  

Das obere Ende verdreht sich gegenüber dem unteren Ende um beispielsweise maximal +/-5°. Um das Lenkmoment zu erfassen, muss dieser relative Drehwinkel, der sog. Torsionswinkel, gemessen werden. Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder man bestimmt mit den unter 1) beschriebenen Verfahren jeweils den absoluten Lenkwinkel des oberen und des unteren Endes vom Torsionsstab. Die Differenz der beiden Winkel entspricht dann dem Torsionswinkel. Oder man misst ihn direkt über die relative Verschiebung zweier gleichcodierter Polräder, wovon eines am oberen, das andere am unteren Ende des Torsionsstabes angebracht ist. Hierzu sind wenigstens drei Polräder notwendig. In Abb. 9 sind diese Möglichkeiten zusammenfassend dargestellt.The upper end rotates relative to the lower end, for example, by a maximum of +/- 5 °. In order to record the steering torque, this relative angle of rotation, the so-called torsion angle, must be measured. There are two options for this: Either the absolute steering angle of the upper and lower ends of the torsion bar is determined using the methods described under 1). The difference between the two angles then corresponds to the torsion angle. Or you can measure it directly via the relative displacement of two identically coded pole wheels, one of which is attached to the upper and the other to the lower end of the torsion bar. At least three pole wheels are necessary for this. These options are summarized in Fig. 9.

Verschiedene AusführungsformenDifferent embodiments

Polradkombinationen: Jedes Polrad kann dabei auch als magnetische Codespur betrachtet werden.Magnet wheel combinations: Each magnet wheel can also be used as a considered magnetic code track become.

Lenkwinkelerfassung mit
Steering angle detection with

  • - zwei Polrädern deren Polpaarzahl teilerfremd ist, z. B. mit n und n + 1 Polpaaren; diese können auch als zwei Codespuren auf einem Polrad angebracht sein;- two pole wheels whose number of pole pairs is not prime e.g. B. with n and n + 1 pole pairs; these can also be used as two code tracks on a magnet wheel;
  • - drei Polrädern mit n - 1, n und n + 1 Polpaaren. Diese Kombination erhöht die Genauigkeit und schafft gleichzeitig Redundanz. Erweiterbar auf mehr Polräder mit entsprechenden Polpaarzahlen;- three pole wheels with n - 1, n and n + 1 pole pairs. This Combination increases accuracy and creates redundancy at the same time. Expandable to more Magnet wheels with corresponding number of pole pairs;
  • - Ergänzung um ein "dreipoliges" Polrad zur Bereichsunterscheidung bei Verwendung von Sensorelementen mit Eindeutigkeitsbereichen unter 360°;- Addition of a "three-pole" pole wheel for Area differentiation when using  Sensor elements with uniqueness areas below 360 °;
  • - Erweiterung des Messbereichs durch Polradanzahl < 2.- Extension of the measuring range by number of pole wheels <2.

Lenkmomenterfassung
Steering torque detection

  • - aus Absolutdifferenzbildung- from absolute difference formation
  • - durch Relativwinkelmessung gleichcodierter Polräder- by measuring the relative angle of identically coded magnet wheels

Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird nun detailliert beschrieben, wie die gleichzeitige Messung des Absolutwinkels und des Drehmomentes mit dem selben Messprinzip sowie einer minimalen Anzahl von Sensoren und Baugruppen erfolgen kann. Die beiden Größen werden berührungslos erfasst und eine Selbstdiagnose ist möglich. Ein Zugriff unterschiedlicher Systeme, beispielsweise über einen CAN-Bus (Controler Area Network) ist möglich.For the exemplary embodiment according to FIG. 8, it is now described in detail how the simultaneous measurement of the absolute angle and the torque can be carried out using the same measuring principle and a minimal number of sensors and assemblies. The two sizes are recorded without contact and self-diagnosis is possible. Different systems can be accessed, for example via a CAN bus (Controler Area Network).

Der Vorschlag bezieht sich z. B. zur gleichzeitigen Messung des Lenkwinkels und des Lenkdrehmomentes. Eine magnetische Messmethode wird als Messprinzip dargestellt. Der Vorschlag beschränkt sich jedoch nicht nur auf diese magnetische Methode. Jedes Prinzip-optisch, wirbelstrom, induktiv . . ., dass auf analogen Sinus-Cosinussignalen beruht, kann eingesetzt werden.The proposal relates e.g. B. for simultaneous measurement the steering angle and the steering torque. A magnetic one The measuring method is shown as a measuring principle. The suggestion however, it is not limited to this magnetic one Method. Each principle-optical, eddy current, inductive. . ., that is based on analog sine-cosine signals be used.

Wie der Fig. 7 entnehmbar ist, ist in der Lenkung ein Torsionsstab eingebaut, um der Drehwinkel und das Drehmoment zu messen. An dem einen Ende des Torsionsstabes T befinden sich zwei Multipolringe mit M und M + X magnetischen Polen. An dem anderen Ende befindet sich ein dritter Multipolring mit M magnetischen Polen. Über jedem Ring befindet sich ein Sensor (AMR, Hall, GMR, Feldplatte). Jeder Sensor liefert ein Sinus- und ein Cosinussignal, das vom mechanischen Winkel abhängt. As can be seen from FIG. 7, a torsion bar is installed in the steering in order to measure the angle of rotation and the torque. At one end of the torsion bar T there are two multipole rings with M and M + X magnetic poles. At the other end there is a third multipole ring with M magnetic poles. There is a sensor above each ring (AMR, Hall, GMR, field plate). Each sensor supplies a sine and a cosine signal, which depends on the mechanical angle.

Messung des LenkwinkelsMeasuring the steering angle

Zur Messung des Lenkwinkels werden die an einem Ende liegenden Multipolringe und Sensoren herangezogen. Wenn X = 2 ist, kann man über das modifizierte Noniusverfahren den Absolutwinkel bestimmen. Dieses Verfahren ist hier einzusetzen und mit den Signalen S1 (Usin(1), Ucos(1)) und S2 (Usin(2), Ucos(2)) wird der Absolutwinkel berechnet.The multipole rings and sensors at one end are used to measure the steering angle. If X = 2, you can use the modified vernier method to determine the absolute angle. This method is to be used here and the absolute angle is calculated with the signals S1 (Usin ( 1 ), Ucos ( 1 )) and S2 (Usin ( 2 ), Ucos ( 2 )).

Messung des DrehmomentesTorque measurement

Das Drehmoment wird über die Winkeldifferenz gemessen. Das Drehmoment ist proportional zur Winkeldifferenz im elastischen Messbereich des Torsionselementes. Die Winkeldifferenz wird über die zwei Signale S1 (Usin(1), Ucos(1)) und S3 (Usin G), Ucos(3)) an den Torsionsenden erfasst.The torque is measured via the angle difference. The torque is proportional to the angle difference in the elastic measuring range of the torsion element. The angular difference is recorded at the torsion ends via the two signals S1 (Usin ( 1 ), Ucos ( 1 )) and S3 (Usin G), Ucos ( 3 )).

Der Sensor liefert zwei Signale:
The sensor delivers two signals:

Usin(1) = A1 . sin(w1) + Osin(1)
Usin ( 1 ) = A1. sin (w1) + Osin ( 1 )

Ucos(1) = A1 . cos(w1) + Ocos(1)Ucos ( 1 ) = A1. cos (w1) + ocos ( 1 )

Der Sensor 3 liefert ebenfalls zwei Signale:
Sensor 3 also supplies two signals:

Usin(3) = A3 . sin(w3) + Osin(3)
Usin ( 3 ) = A3. sin (w3) + Osin ( 3 )

Ucos(3) = A3 . cos(w3) + Ocos(3)Ucos ( 3 ) = A3. cos (w3) + ocos ( 3 )

Wobei U die elektrischen Signale bei dem jeweiligen mechanischen Winkel w sind. A sind Amplituden und O die Offsetwerte der Sensoren. Durch die mechanische Drehung können die Amplituden und Offsets der vier Signale aus Maxima und Minima bestimmt werden. Eine alternative Methode zur Offsetbestimmung und Offsetabgleich wurde in der DE-P 199 28 482 gezeigt. Die korrigierten Signale U# sind offsetbereinigt.
Where U are the electrical signals at the respective mechanical angle w. A is the amplitudes and O the offset values of the sensors. The amplitudes and offsets of the four signals from maxima and minima can be determined by the mechanical rotation. An alternative method for offset determination and offset adjustment has been shown in DE-P 199 28 482. The corrected signals U # are offset-adjusted.

U#sin(1) = Usin(1) - Osin(1) = A1 . sin(w1)
U # sin (1) = Usin (1) - Osin (1) = A1. sin (w1)

U#cos(1) = Ucos(1) - Ocos(1) = A1 . cos(w1)
U # cos (1) = Ucos (1) - Ocos (1) = A1. cos (w1)

U#sin(3) = Usin(1) - Osin(3) = A3 . sin(w3)
U # sin (3) = Usin (1) - Osin (3) = A3. sin (w3)

U#cos(3) = Ucos(3) - Ocos(3) = A3 . cos(w3)U # cos (3) = Ucos (3) - Ocos (3) = A3. cos (w3)

Die Winkeldifferenz w1 - w3 ist gesucht. Durch analoge elektronische Operationen (Multiplikation, Subtraktion, Komparation), oder durch Verarbeitung auf digitaler Ebene kann die Differenz wie folgt bestimmt werden:
The angular difference w1 - w3 is sought. The difference can be determined by analog electronic operations (multiplication, subtraction, comparison) or by processing on a digital level as follows:

U#sin(1) . U#cos(3) - U#cos(1) . U#sin(3) = A1 . sin(w1) . A3 . cos(w3) - A1 . cos(w1) . A3 . sin(w3) = A1 . A3 . sin(w1 - w3)U # sin (1). U # cos (3) - U # cos (1). U # sin (3) = A1. sin (w1). A3. cos (w3) - A1. cos (w1). A3. sin (w3) = A1. A3. sin (w1 - w3)

Für kleine Winkel gilt: sin(w1 - w3) = w1 - w3 mit 0,1% relativem Fehler im Winkelintervall (-4,4° bis +4,4°) in Grad oder (-0,077 bis -0,077) in rad.For small angles: sin (w1 - w3) = w1 - w3 with 0.1% relative error in the angular interval (-4.4 ° to + 4.4 °) in degrees or (-0.077 to -0.077) in rad.

Somit ist die Winkeldifferenz
So the angle difference

w1 - w3 = (U#sin(1) . U#cos(3) - U#cos(1) . U#sin(3))/(A1 . A3)w1 - w3 = (U # sin ( 1 ). U # cos (3) - U # cos (1). U # sin (3)) / (A1. A3)

Diese Auswertungsmethode ist sehr empfindlich auf kleinste Winkeldifferenzen. Durch die oben beschriebene Prozedur kann direkt aus der Winkeldifferenz das Moment bestimmt werden. Ein anderer Ansatz wäre durch eine geschlossene Regelschleife die Differenz auf Null zu regeln. Die Regelgröße entspräche der Winkeldifferenz. This evaluation method is very sensitive to the smallest Angular differences. Through the procedure described above the moment can be determined directly from the angle difference. Another approach would be through a closed one Control loop to regulate the difference to zero. The The controlled variable would correspond to the angle difference.  

Bemerkungen:
Remarks:

  • 1. Auch eine andere Kombination der Signale ist möglich, die sollte auch zu einem Sinus der Winkeldifferenz führen.1. Another combination of the signals is possible, the should also lead to a sine of the angular difference.
  • 2. Die Winkeldifferenz könnte man auch durch Differenz von zwei Absolutwinkelgebern erreichen. Dazu bräuchte man 4 Sensoren und 4 Multipolringe und die Methode würde zu hohe Anforderungen an die absoluten Winkelmessungen stellen. In diesem Fall liegt die Differenz zweier großen Winkelwerte vor.2. The angle difference could also be determined by the difference of reach two absolute angle encoders. You would need 4 Sensors and 4 multipole rings and the method would be too high demands on the absolute angle measurements put. In this case the difference is two large angle values.
SelbstdiagnoseSelf-diagnosis AbsolutwinkelAbsolute angle

Für den Absolutwinkel wird die bekannte Methode des modifizierten Noniusprinzips angewandt. Die Verfolgung der ganzen Zahl k (erlaubte/nicht erlaubte) Sprünge ermöglicht eine Fehlererkennung und die Implementierung einer Rückzugsstrategie.The known one is used for the absolute angle Modified vernier principle applied. Tracking the integer k (Allowed / not allowed) jumps made possible error detection and implementation a withdrawal strategy.

DrehmomentTorque

  • - Übersteigt die Winkeldifferenz den maximal zulässigen Bereich, z. B. +/-4°, so wird eine Fehlermeldung abgegeben. Z. B. bei Überlast wird von der Systemseite nicht mehr eingegriffen.- If the angle difference exceeds the maximum permissible range, e.g. B. +/- 4 °, so a Error message issued. For example, in the event of an overload is no longer from the system side intervened.
  • - Die neu zu berechnende Differenz (U#cos(1) . U#cos(3) + U#sin(1) . U#sin(3))/(A1 . A3) darf nicht mehr als 0,5% von 1 abweichen (cos^2(4°) = 0,995).- The difference to be recalculated (U # cos (1). U # cos (3) + U # sin (1). U # sin (3)) / (A1. A3) must not exceed 0.5% of 1 deviate (cos ^ 2 (4 °) = 0.995).
  • - Eine andere Alternative wäre den Ausdruck (U#sin(3) . U#sin(3) + U#cos(3) . U#cos(3))/(A3 . A3) . auf eine Abweichung von 0,5% von 1 zu überprüfen. Gleichzeitig darf die ganze Zahl k keine unerlaubten Sprünge ausführen.- Another alternative would be expression (U # sin (3). U # sin (3) + U # cos (3). U # cos (3)) / (A3, A3). on a Check deviation of 0.5% from 1. At the same time, the integer k must not make illegal jumps.

Nachfolgend wird insbesondere die Vorrichtung zur berührungslosen und optischen Messung eines Winkels und/oder eines Drehmoments gemäß der Fig. 12 näher erläutert. Wie der Fig. 12 entnehmbar ist, sind an einem drehbaren Körper 3 die beiden Einrichtungen 7 und 8 angeordnet. Der drehbare Körper 3 ist vorzugsweise als Lenkachse in einem Kraftfahrzeug ausgebildet und weist ein Torsionselement 5 auf, mit dem ein auf der Lenkachse 3 wirkendes Drehmoment messbar ist. An den beiden Enden des Torsionselementes 5 sind die beiden Einrichtungen 7, 8 angeordnet, so dass bei Einwirkung eines Drehmomentes auf das Torsionselement 5 ein unterschiedlicher Drehwinkel als Winkeldifferenz Θ - Ψ messbar ist.The device for the contactless and optical measurement of an angle and / or a torque according to FIG. 12 is explained in more detail below. As can be seen from FIG. 12, the two devices 7 and 8 are arranged on a rotatable body 3 . The rotatable body 3 is preferably designed as a steering axle in a motor vehicle and has a torsion element 5 with which a torque acting on the steering axle 3 can be measured. At the two ends of the torsion element 5 , the two devices 7 , 8 are arranged, so that when a torque acts on the torsion element 5, a different angle of rotation can be measured as an angle difference Θ - Ψ.

Die beiden Einrichtungen 7, 8 weisen jeweils zwei Codespuren 1a, 1b bzw. 2a, 2b auf. Die Codespuren sind bezüglich der Breite ihrer benachbarten Felder gleichartig aufgebaut, haben jedoch über ihren Umfang gerechnet unterschiedliche Anzahlen von Markierungen 9. Beispielsweise hat die Codespur 1a 45 Markierungen 9, die Codespur 1b hat 50 Markierungen 9, die Codespur 2a hat 44 Markierungen 9 und die Codespur 2b hat 48 Markierungen 9 über ihren Umfang verteilt. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, auch ein Vielfaches dieser Markierungen 9 über den Umfang gerechnet vorzusehen. Jeweils zwei benachbarte Markierungen bzw. Felder 9 unterscheiden sich bezüglich ihrer Lichtintensität, ihrer Farbe und/oder ihrer Größe. Vorzugsweise sind sie als Hell-Dunkel-Felder ausgebildet, so dass sich scharfe und kontrastreiche Hell-Dunkel-Übergänge ergeben. Um den Kontrast zu vergrößern, sind Beleuchtungskörper 6 vorgesehen, die zu den Einrichtungen 7, 8 so angeordnet sind, dass sie das von den Markierungen 9 reflektierte Licht in zugeordnete Sensoren 4 werfen. Wie der Fig. 12 weiter entnehmbar ist, ist jeder Codespur 1a, 1b, 2a, 2b ein Sensor 4 zugeordnet, der im wesentlichen nur das reflektierte Licht der zugeordneten Codespur empfängt. Der Sensor 4 wandelt das empfangene Lichtsignal in gleichförmige elektrische Signale um, die als digitales Signal S1a, S1b, S2a und S2b am Ausgang der Sensoren 4 abgreifbar sind und einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt werden.The two devices 7 , 8 each have two code tracks 1 a, 1 b and 2a, 2b. The code tracks have the same structure with regard to the width of their neighboring fields, but have different numbers of markings 9 over their circumference. For example, the code track 1a has 45 marks 9, the code track 1 b has 50 marks 9, the code track 2 a has 44 marks 9 and the code track 2 b 48 has markings 9 distributed over its circumference. In an alternative embodiment of the invention, provision is also made to provide a multiple of these markings 9 calculated over the circumference. Two adjacent markings or fields 9 differ in terms of their light intensity, their color and / or their size. They are preferably designed as light-dark fields, so that there are sharp and high-contrast light-dark transitions. To increase the contrast, lighting fixtures 6 are provided, which are arranged in relation to the devices 7 , 8 in such a way that they throw the light reflected by the markings 9 into assigned sensors 4 . As can be seen from FIG. 12, each code track 1 a, 1 b, 2 a, 2 b is assigned a sensor 4 , which essentially receives only the reflected light of the assigned code track. The sensor 4 converts the received light signal into uniform electrical signals, which can be tapped as digital signals S1a, S1b, S2a and S2b at the output of the sensors 4 and are fed to an evaluation circuit (not shown).

Als erfindungswesentlich wird angesehen, dass die Markierungen 9 der Codespuren 1a, 1b bzw. 2a, 2b gleichförmig ausgebildet sind. Jeweils beide Codespuren 1a, 1b bzw. 2a, 2b der Einrichtungen 7, bzw. 8 sind exakt aufeinander abgestimmt und weisen einen relativen Phasenversatz auf. Dieser Phasenversatz wirkt sich auch im elektrischen Signal S1a, S1b, S2a, S2b aus, wie in Fig. 12 durch die gestrichelt dargestellten Linien erkennbar ist. So wird der Versatz von einem Impuls zum nächsten Impuls mit größer werdendem Drehwinkel immer größer, so dass diese Differenz mit einem standardgemäßen oder insbesondere mit dem bekannten modifizierten Noniusverfahren, das auch aus der DE 195 06 938 A1 bekannt ist, ausgewertet wird.It is regarded as essential to the invention that the markings 9 of the code tracks 1 a, 1 b or 2 a, 2 b are formed uniformly. Both code tracks 1 a, 1 b and 2 a, 2 b of the devices 7 and 8 are exactly matched to one another and have a relative phase offset. This phase shift also has an effect in the electrical signal S1a, S1b, S2a, S2b, as can be seen in FIG. 12 by the lines shown in broken lines. Thus, the offset from one pulse to the next pulse increases with increasing angle of rotation, so that this difference is evaluated with a standard or in particular with the known modified vernier method, which is also known from DE 195 06 938 A1.

Zu beachten ist, dass die kleinste Einheit einer Markierung 9 insbesondere durch den Hell-Dunkel-Übergang bestimmt wird. Je besser der Kontrast dieser Übergänge ist, um so geringer ist die Störempfindlichkeit und die Wahrscheinlichkeit von auftretenden Messfehlern. Um die Störanfälligkeit zu verringern, wird vorzugsweise eine umschließende Verkapselung 10 vorgesehen, die möglichst dicht abschließend den drehbaren Körper 3 umgibt.It should be noted that the smallest unit of a marking 9 is determined in particular by the light-dark transition. The better the contrast of these transitions, the lower the sensitivity to interference and the likelihood of measurement errors occurring. In order to reduce the susceptibility to faults, an encapsulating encapsulation 10 is preferably provided which surrounds the rotatable body 3 as tightly as possible.

Wie zuvor dargelegt wurde, wurden für die vier Codespuren 1a, 1b, 2a und 2b jeweils 44 bis 50 Markierungen 9 gewählt, um möglichst mit dem modifizierten Noniusverfahren eine hohe Messgenauigkeit und Winkelauflösung für den Drehwinkel zu erreichen. Bei dieser Wahl der Markierungen 9 wiederholen sich die Messwerte aus den Spuren 1a, 1b fünf Mal pro Umfang und bei der Spuren 2a, 2b vier Mal pro Umfang. Werden diese Messwerte erneut dem modifizierten Noniusverfahren unterworfen, ergibt sich ein Messwert, der über den gesamten Umfang (2π) eindeutig ist. Somit wird eine hohe Auflösung für den Winkel erreicht, die sich aus der großen Teilungszahl ergibt. Gleichzeitig wird ein Eindeutigkeitsbereich von einer vollen Umdrehung erreicht. Das modifizierte Noniusverfahren erlaubt, ohne die Genauigkeit zu verringern, dass zwischen den ersten Codespuren 1a, 1b und den zweiten Codespuren 2a, 2b ein Differenzwinkel vorhanden sein kann. Dieser Differenzwinkel kann beispielsweise auch aus dem Verdrehen des Torsionsstabes 5 resultieren. Wird der Differenzwinkel Θ - Ψ entsprechend der beiden Einrichtungen 7, 8 gemessen, dann kann bei bekannter Torsionssteifigkeit des Torsionselementes 5 zusätzlich zum Drehwinkel auch das durch die Lenkachse 3 übertragene Drehmoment ermittelt werden.As previously explained, 44 to 50 markings 9 were chosen for each of the four code tracks 1 a, 1b, 2a and 2b in order to achieve high measurement accuracy and angular resolution for the angle of rotation as far as possible with the modified vernier method. With this choice of markings 9 , the measured values from tracks 1 a, 1 b are repeated five times per circumference and for tracks 2 a, 2 b four times per circumference. If these measured values are subjected to the modified vernier procedure again, a measured value is obtained which is unique over the entire circumference (2π). This achieves a high resolution for the angle, which results from the large number of divisions. At the same time, a range of uniqueness of one full revolution is achieved. The modified vernier method allows, without reducing the accuracy, that a difference angle can be present between the first code tracks 1 a, 1 b and the second code tracks 2 a, 2 b. This difference angle can also result, for example, from the twisting of the torsion bar 5 . If the difference angle Θ - Ψ is measured in accordance with the two devices 7 , 8 , then with known torsional rigidity of the torsion element 5 , the torque transmitted by the steering axis 3 can also be determined in addition to the angle of rotation.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder mehrere weitere optische Codespuren einer dritten Einrichtung vorsehbar, wie sie zuvor im Zusammenhang mit den magnetischen Einrichtungen beschrieben wurden.In an alternative embodiment of the invention, one or several more optical code tracks from a third Establishable as previously related to the magnetic devices have been described.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Körpers (10), mit zumindest ersten (12, 20; 12, 24) und zweiten (14, 22; 14, 26) Einrichtungen, die ansprechend auf eine Drehung des Körpers (10) unterschiedliche Signale an eine Auswerteschaltung ausgeben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils dem drehbaren Körper (10) und einem ortsfesten Teil der Vorrichtung als ein Bestandteil jeder Einrichtung (12, 20; 12, 24; 14, 22; 14, 26) eine felderzeugende (20, 22) und/oder veränderte (24, 26) bzw. eine auf das erzeugte und/oder veränderte Feld ansprechende (12, 14) Anordnung zugeordnet ist und zusätzlich noch eine Messung des auf den drehbaren Körper wirkenden Drehmomentes erfolgt.1. A device for measuring the angle and / or the angular velocity of a rotatable body ( 10 ), with at least first (12, 20; 12, 24) and second ( 14 , 22 ; 14 , 26 ) devices in response to a rotation of the Output body ( 10 ) different signals to an evaluation circuit, characterized in that in each case the rotatable body ( 10 ) and a fixed part of the device as part of each device ( 12 , 20 ; 12 , 24 ; 14 , 22 ; 14 , 26 ) a field-generating ( 20 , 22 ) and / or modified ( 24 , 26 ) or an ( 12 , 14 ) arrangement responsive to the generated and / or changed field is assigned and in addition a measurement of the torque acting on the rotatable body is carried out. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Feld ansprechende Anordnung eine felderzeugende und/oder -verändernde Anordnung (29, 22, 24, 26) enthält.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the arrangement responsive to the field contains a field-generating and / or changing arrangement ( 29 , 22 , 24 , 26 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Feldflußleitelement (32, 34, 36) vorgesehen ist, insbesondere zur Bildung geschlossener Feldlinien. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one field flow guide element ( 32 , 34 , 36 ) is provided, in particular to form closed field lines. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der felderzeugende (20, 22) und/oder verändernden (24, 26) Anordnungen ein sich periodisch veränderndes Feld, insbesondere elektrisches und/oder Magnetfeld bereitstellt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the field-generating ( 20 , 22 ) and / or changing ( 24 , 26 ) arrangements provides a periodically changing field, in particular electrical and / or magnetic field. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der felderzeugenden (20, 22) und/oder verändernden (24, 26) Anordnungen peripher umlaufend bezüglich dem drehbaren Körper (10) ausgebildet ist, insbesondere an diesem festgelegt oder diesem integriert ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the field-generating ( 20 , 22 ) and / or changing ( 24 , 26 ) arrangements is formed peripherally circumferentially with respect to the rotatable body ( 10 ), in particular fixed to this or is integrated into this. 6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der felderzeugenden (20, 22) und/oder -verändernden (24, 26) Anordnungen ein sich in radialer Richtung veränderbares Feld, insbesondere Magnetfeld und/oder elektrisches Feld bildet.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the field-generating ( 20 , 22 ) and / or changing ( 24 , 26 ) arrangements forms a field which can be changed in the radial direction, in particular a magnetic field and / or an electrical field. 7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der felderzeugenden (20, 22) und/oder -verändernden (24, 26) Anordnungen ein sich in axialer Richtung veränderbares Feld, insbesondere Magnetfeld und/oder elektrisches Feld bildet.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the field-generating ( 20 , 22 ) and / or -modifying ( 24 , 26 ) arrangements forms a field which can be changed in the axial direction, in particular a magnetic field and / or an electrical field. 8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei felderzeugende (20, 22) und/oder -verändernde (24, 26) Anordnungen vorgesehen sind, die unterschiedliche Felder bilden, insbesondere eine unterschiedliche Feldpolzahl definieren, die insbesondere um eins unterschiedlich ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two field-generating ( 20 , 22 ) and / or -modifying ( 24 , 26 ) arrangements are provided which form different fields, in particular define a different field pole number, in particular by one is different. 9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der felderzeugenden (20, 22) und/oder -verändernden (24, 26) Anordnungen als Multipolrad bzw. -ring ausgebildet ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the field-generating ( 20 , 22 ) and / or -modifying ( 24 , 26 ) arrangements is designed as a multipole wheel or ring. 10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feldverändernde(n) Anordnung(en) (24, 26) in der Form einer Stanz-, Schlitz- oder Lochscheibe bzw. eines Stanz-, Schlitz- oder Lochringes ausgebildet ist/sind.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the field-changing Arrangement (s) (24, 26) in the form of a punched, slotted or perforated disc or a punched, slotted or perforated ring is / are trained. 11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der auf das Feld ansprechenden Anordnungen (12, 14) zumindest zwei Feldsensoren enthält, insbesondere um eine Viertelperiode des durch die entsprechende felderzeugende (20, 22) und/oder -verändernde (24, 26) Anordnung gebildeten periodischen Feldes, insbesondere elektrischen Feldes und/oder Magnetfeldes beabstandet.11. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the arrangements responsive to the field ( 12 , 14 ) contains at least two field sensors, in particular by a quarter period of by the corresponding field-generating ( 20 , 22 ) and / or changing ( 24 , 26 ) arrangement formed periodic field, in particular electrical field and / or magnetic field spaced. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (12a, 12b, 14a, 14b) Signale über eine Brückenschaltung, insbesondere eine Wheatstone'sche Brückenschaltung ausgeben.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the sensors ( 12 a, 12 b, 14 a, 14 b) output signals via a bridge circuit, in particular a Wheatstone bridge circuit. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor /12a, 12b, 14a, 14b) mit einer Teilbrückenschaltung, insbesondere einer Halbbrücke der Brückenschaltung verbunden ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that each sensor / 12 a, 12 b, 14 a, 14 b) is connected to a partial bridge circuit, in particular a half bridge of the bridge circuit. 14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Lenkradwinkelgeber, wobei zumindest zwei felderzeugende (20, 22) und/oder -verändernde (24, 26) Anordnungen als Codespuren, insbesondere magnetische Codespuren der Lenkwelle (10) zugeordnet sind.14. Use of a device according to one of the preceding claims as a steering wheel angle sensor, wherein at least two field-generating ( 20 , 22 ) and / or changing ( 24 , 26 ) arrangements are assigned as code tracks, in particular magnetic code tracks of the steering shaft ( 10 ).
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