用于获取车辆中的旋转构件的旋转角度的传感器组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于获取车辆中的旋转构件的旋转角度的传感器组件(1)，其中，旋转构件(3)与至少一个测量值发送器(20、30)联接，该测量值发送器与至少一个测量值接收器(15、17)结合产生至少一个角度信息以确定旋转构件(3)的旋转角度，其中，第一测量值发送器(20)和第一测量值接收器(15)形成第一角度传感器(5)，该第一角度传感器产生与所述旋转构件(3)的旋转运动有关的第一角度信息，其中，第二测量值发送器(30)和第二测量值接收器(17)形成第二角度传感器(7)，该第二角度传感器产生与旋转构件(3)的旋转运动有关的第二角度信息，并且由第一角度信息和第二角度信息可获得旋转构件(3)的实际旋转角度。根据本发明，第一角度传感器(5)和第二角度传感器(7)实施成电感式传感器，其中，测量值发送器(20、30)分别具有至少一个探测区域(22、24、26、28、32、34)并且测量值接收器(15、17)分别具有至少一个探测线圈(L1、L2、L3、L4、L5、L6)，其中，相应的测量值发送器(20、30)的至少一个探测区域(22、24、26、28、32、34)影响测量值接收器(15、17)的至少一个对应的探测线圈(L1、L2、L3、L4、L5、L6)的电感，从而至少一个探测线圈(L1、L2、L3、L4、L5、L6)的电感由于旋转构件(3)的旋转运动周期性地改变并且可作为旋转构件(3)的旋转角度的度量进行评估。
【专利说明】
用于获取车辆中的旋转构件的旋转角度的传感器组件
技术领域
[0001] 本发明设及一种根据独立权利要求1的类型的用于获取车辆中的旋转构件的旋转 角度的传感器组件。
【背景技术】
[0002] 转向角传感器应测量方向盘多达六圈的回转，运相应于约2000°的角度范围。因 此，除了角度测量之外，必须确保旋转周期节段的计数。从现有技术中已知如下的转向角传 感器，其借助于两个齿轮来测量方向盘的多次回转的转向角度，所述齿轮经由较大的齿轮 联接在转向拉杆处。在齿轮的中屯、布置有永磁体，并且借助于磁场传感器可确定齿轮的角 度。两个齿轮具有略微不同的齿数，从而根据角度相对彼此的比也可确定齿轮的相应的回 转。因此，可确定方向盘在多圈回转中的角度。对于该已知的实施方式来说需要两个齿轮， 并且因此还需要两个磁场传感器用于确定实际的旋转角度。
[0003] 例如在公开文献DE 10 2008 011 448 A 1中说明了一种用于获取旋转角度的组 件。所说明的组件包括发送器和传感器，传感器根据旋转构件的旋转角度的改变探测由发 送器产生的物理参数的改变，其作为可进行数字评估的信号。旋转构件具有至少一个联接 在其周缘上、因为该旋转构件的旋转而转动的周长较小的行星齿轮，优选地，行星齿轮具有 角度传感器，该角度传感器经由轴向联接的内摆线传动器驱动同样旋转的内摆线盘或内摆 线齿轮，内摆线盘或内摆线齿轮的回转速度通过内摆线传动器进行减速，从而在转向轴的 多次回转中利用回转传感器系统可由此测定旋转构件的回转圈数和绝对转向角度。
【发明内容】
[0004] 相对于此，具有独立权利要求1所述特征的根据本发明的用于获取车辆中的旋转 构件的旋转角度的传感器组件具有如下优点，即能够W高准确性简单又可靠地确定在多圈 回转中的旋转构件的旋转角度。因此，本发明的实施方式优选地可用于测定车辆中的方向 盘的转向角度。
[0005] 本发明的实施方式提供了一种用于获取车辆中的旋转构件的旋转角度的传感器 组件。在此，旋转构件与至少一个测量值发送器联接，该测量值发送器与至少一个测量值接 收器结合产生至少一个角度信息W确定旋转构件的旋转角度。第一测量值发送器和第一测 量值接收器形成第一角度传感器，该第一角度传感器产生与旋转构件的旋转运动有关的第 一角度信息。第二测量值发送器和第二测量值接收器形成第二角度传感器，该第二角度传 感器产生与旋转构件的旋转运动有关的第二角度信息。由第一角度信息和第二角度信息可 获得旋转构件的实际旋转角度。根据本发明，第一角度传感器和第二角度传感器实施成电 感式传感器，其中，测量值发送器分别具有至少一个探测区域，并且测量值接收器分别具有 至少一个探测线圈。相应的测量值发送器的至少一个探测区域影响测量值接收器的至少一 个对应的探测线圈的电感，从而至少一个探测线圈的电感由于旋转构件的旋转运动周期性 地改变并且可作为旋转构件的旋转角度的度量进行评估。
[0006] 电感式传感器优选地实施成满流传感器。通常来说，利用满流传感器可测量导体 电路几何结构的电感。通常，金属导体在导体电路几何结构附近运动，该金属导体阻止电场 的穿过，因此导体电路几何结构的电感改变。运时，利用导体电路几何结构构建振荡电路， 因此其谐振频率与导体电路几何结构的电感有关、进而与金属导体在导体电路几何结构附 近的位置有关。所W，通过评估导体电路几何结构的电感可确定金属导体的位置。
[0007] 在本发明的实施方式中，在测量值接收器中的探测线圈的电感与被测量值发送器 的相应探测区域的掩盖或者说覆盖的程度有关。可经由对具有探测线圈的振荡电路进行频 率测量，或者通过在固定频率的情况下在振荡电路的阻抗的虚拟份额上直接的电感测量或 通过与参考频率的混合来确定相应的探测线圈的电感。然后，该信号可根据探测线圈被探 测区域覆盖的覆盖角度倒推计算出来。
[0008] 通过在从属权利要求中阐述的措施和改进方案能够得到在独立权利要求1中给出 的用于获取车辆中旋转构件的旋转角度的传感器组件的有利的改善方案。
[0009] 特别有利的是，测量值发送器可分别实施成由旋转构件驱动的环形盘。至少一个 探测区域可呈圆环区段的形式布置在环形盘的外边缘区域处并且基本上由导电材料或基 本上由铁磁材料组成。不仅主要是导电的材料而且主要是铁磁的材料都影响探测线圈的电 感并且实现测定期望的角度信息。在此，主要是导电的材料会通过满流效应减少探测线圈 的电感。主要是铁磁的材料则会提高探测线圈的电感。
[0010] 在根据本发明的传感器组件的一个有利的设计方案中，第一测量值发送器可具有 四个探测区域并且在外周缘处包括具有第一齿数的第一齿圈，该第一测量值发送器被推到 旋转构件上并且与该旋转构件不可相对旋转地连接。此外，第二测量值发送器可具有两个 探测区域并且在外周缘处包括具有第二齿数的第二齿圈，该第二齿圈与第一测量值发送器 的第一齿圈晒合，其中，第一齿数和第二齿数具有预定的齿数比。运也具有如下优点，围绕 旋转构件的环形盘也可用作测量值发送器。因此，在实行已知的游标测量原理 (Noniusprinzip)的情况下可节约一个齿轮。与具有Ξ个齿轮的实施方式相比，运种几何结 构的实施方式还具有如下优点，可明显减少测量的滞后。在使用Ξ个齿轮的情况下，运时产 生的平均滞后为1°至2°。因此，由于溫度效应和尺寸公差出现齿轮间隙。于是，运在方向变 化的情况下导致滞后，该滞后又在溫度和公差方面不利的条件下可高达3°。如果较大的齿 轮与旋转构件固定连接，则可总是按照测量原理计算旋转构件的回转或旋转角度。在获知 回转圈数时，此时可经由与旋转构件固定连接的第一测量值发送器计算旋转角度。因为不 再出现齿轮间隙，所W可由此实现小得多的滞后。由此，也可获取驾驶员的最小的转向运 动。运可有利地用于识别疲劳的驾驶员的某种"死区"、即不足的转向运动。在高速公路上， 实际转向角度很小，并且在最不利的情况下转向角度的较大的滞后可导致错误识别到不足 的转向运动，尽管实际上已进行了转向。长期下去，驾驶员则会不再认真对待发出的警报。
[0011] 在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，第一测量值接收器的至少 一个探测线圈和第二测量值接收器的至少一个探测线圈可呈圆环区段的形式布置在共同 的电路基板上。由此可有利地节约布局面积，进而节约结构空间。
[0012] 在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，第一测量值接收器例如可 具有Ξ个探测线圈并且可产生具有第一周期的第一角度信息。第二测量值接收器可具有Ξ 个探测线圈并且可产生具有第二周期的第二角度信息，其中，第一周期与第二周期的周期 比可和第一齿数与第二齿数的齿数比成反比。Ξ个探测线圈的信号分别在某种程度上冗 余，从而从每一个信号曲线中都可确定第一角度信息或者第二角度信息。仅仅附加地从其 他两个信号曲线评估信息，W确定上升或下降的曲线分支。因此，对于相应的测量值接收器 的探测线圈的每个信号曲线来说都可确定角度信息，然后由该角度信息计算平均值并且继 续使用平均值。由此，可有利地弥补测量值发送器的可能的倾斜并且进行计算。
[0013] 在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，测量值接收器的探测线圈 可分布地在电路基板中布置在多个位置中。由此可有利地提高探测线圈的有效的电感，进 而简化信号评估。
[0014] 在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，电路基板和测量值接收器 可相对于彼此如此布置，即，第一测量值发送器W其外边缘区域至少部分地覆盖第一测量 值接收器的至少一个探测线圈，并且第二测量值发送器W其外边缘区域至少部分地覆盖第 二测量值接收器的至少一个探测线圈。
[0015] 在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，评估和控制单元可同时或 者依预设的次序评估测量值接收器的探测线圈。此外，评估和控制单元可使用布置在电路 基板上的参考线圈，用W与测量值接收器的探测线圈一起进行差分测量。
【附图说明】
[0016] 在附图中示出了本发明的实施例，并且在接下来的说明中对其进行详细阐述。在 附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的部件或元件。其中：
[0017] 图1示出了根据本发明的传感器组件的实施例的示意图。
[0018] 图2示出了测量值接收器的Ξ个探测线圈的覆盖角度根据旋转构件的旋转角度的 示意性的特性曲线图。
[0019] 图3示出了图2中的测量值接收器的Ξ个探测线圈的覆盖角度根据旋转构件的旋 转角度的详细的特性曲线图W及由此产生的一个角度信息。
[0020] 图4示出了另一测量值接收器的Ξ个探测线圈的覆盖角度根据旋转构件的旋转角 度的详细的特性曲线图W及由此产生的另一角度信息。
[0021] 图5示出了图3和图4中的根据旋转构件的旋转角度的角度信息的示意性的特性曲 线图。
【具体实施方式】
[0022] 如从图1可见的那样，根据本发明的用于获取车辆中的旋转构件3的旋转角度的传 感器组件1的示出的实施例包括至少一个与旋转构件3相联接的测量值发送器20、30,测量 值发送器与至少一个测量值接收器15、17结合产生至少一个角度信息αι、α2^确定旋转构件 3的旋转角度α。在此，第一测量值发送器20和第一测量值接收器15形成第一角度传感器5， 该第一角度传感器产生与旋转构件3的旋转运动有关的第一角度信息αι。第二测量值发送 器30和第二测量值接收器17形成第二角度传感器7,该第二角度传感器产生与旋转构件3的 旋转运动有关的第二角度信息02。由第一角度信息αι和第二角度信息02可获得旋转构件3的 实际旋转角度α。根据本发明，第一角度传感器5和第二角度传感器7实施成电感式传感器， 其中，测量值发送器20、30分别具有至少一个探测区域22、24、26、28、32、34，并且测量值接 收器15、17分别具有至少一个探测线圈^、1^2^3^4、1^5、1^6。相应的测量值发送器20、30的至 少一个探测区域22、24、26、28、32、34影响测量值接收器15、17的至少一个对应的探测线圈 1^1、L2、L3、L4、L5、L6的电感，从而至少一个探测线圈1^1、12、13、14、15、16的电感由于旋转构件3 的旋转运动周期性地改变并且可作为旋转构件3的旋转角度α的度量进行评估。
[0023] 例如可使用根据本发明的传感器组件1的实施方式作为用于确定车辆的转向角度 的转向角传感器或者作为用于确定车辆中的踏板位置的旋转角度传感器。
[0024] 如由图1进一步可见的那样，测量值发送器20、30分别实施成由旋转构件3驱动的 环形盘。至少一个探测区域22、24、26、28、32、34呈圆环区段的形式布置在环形盘的外边缘 区域处，并且在示出的实施例中基本上由导电材料构成。因此，探测区域22、24、26、28、32、 34例如可实施成金属镶件。替代地，探测区域22、24、26、28、32、34可基本上由铁磁材料构 成。
[0025] 为了简化实施成环形盘的测量值发送器20、30的确定和旋转构件3的旋转运动到 测量值发送器20、30上的传递，测量值发送器20、30在示出的实施例中实施成齿轮。所W，第 一测量值发送器20在示出的实施例中具有四个探测区域22、24、26、28并且在外周缘处具有 未详细示出的具有第一齿数的第一齿圈。第一测量值发送器20被推到旋转构件3上并且与 该旋转构件不可相对旋转地连接。在作为转向角传感器的实施方案中，旋转构件3表示车辆 的转向柱。第二测量值发送器30在示出的实施例中具有两个探测区域32、34,并且在外周缘 处包括具有第二齿数的第二齿圈，该第二齿圈与第一测量值发送器20的第一齿圈晒合。在 此，第一测量值发送器20具有比第二测量值发送器30更大的直径。因此，第一齿圈具有比第 二齿圈更多的齿，其中，第一齿数和第二齿数具有预设的齿数比。为了 W相近的周期产生两 个测量值发送器20、30测量信号，较大的第一测量值发送器20具有比较小的第二测量值发 送器30更多的探测区域。运使得较大的第一测量值发送器20的周期角度较小。
[0026] 在示出的实施例中，第一齿圈具有69个齿，并且第一测量值发送器20的实施成圆 环区段的四个探测区域22、24、26、28具有约45°的宽度并且均匀分布地布置在外边缘处。较 小的第二齿圈具有33个齿，并且第二测量值发送器30的实施成圆环区段的两个探测区域 32、34具有约90°的宽度并且彼此相对而置地布置在外边缘处。
[0027] 如从图1进一步可见的那样，第一测量值接收器15的至少一个探测线圈b、L2、L3和 第二测量值接收器17的至少一个探测线圈L4、Ls、L6呈圆环区段的形式布置在共同的电路基 板9上。评估和控制单元10可同时或者依预设的次序评估测量值接收器15、17的探测线圈 ^心心心心心。此外，评估和控制单元10使用布置在电路基板9上的参考线圈1^[?6：￡^，用^ 与测量值接收器15、17的探测线圈。心心心心心一起进行差分测量。现慢值接收器15、 17的探测线圈^^2^3^4^5^6^及参考线圈1^1^6:可分布地在电路基板9中布置在多个位 置，W提高电感和方便评估。出于可见性的原因，未不出在线圈1^1、1^2心心心、1^6、1[^:￡^与评 估和控制单元10之间的电气连接。在示出的实施例中，第一测量值接收器15具有Ξ个探测 线圈^、L2、L3并且产生具有第一周期的第一角度信息。第二测量值接收器17同样具有Ξ个 探测线圈L4、Ls、L6并且产生具有第二周期的第二角度信息。参考线圈LRef和探测线圈^心、 13、1^4^5、1^6都具有相似的大小。对于较大的第一测量值发送器20来说，第一测量值接收器 15的立个探测线圈b、L2、L3沿较大的第一测量值发送器20的半径分别具有45°的宽度和15° 的间距。对于较小的第二测量值发送器30来说，第二测量值接收器17的Ξ个探测线圈L4、Ls、 L6沿较小的第二测量值发送器30的半径具有90°的宽度和30°的间距。原则上，周期应几乎 与齿数比或者半径比成反比。此处，围绕旋转构件3的第一测量值发送器20具有约双倍的齿 数和一半的周期角度。
[0028] 如从图1中还可见的那样，电路基板9和测量值接收器20相对于彼此如此布置，即， 第一测量值发送器20W其外边缘区域至少部分地覆盖第一测量值接收器15的探测线圈b、 L2、L3,并且第二测量值发送器30W其外边缘区域至少部分地覆盖第二测量值接收器17的探 测线圈14、1^5、1^6。在示出的实施例中，电路基板9未完全包围旋转构件3，而是具有一个缺口， 该缺口在约180°的角度上包围旋转构件3。因此，布置在缺口的边缘处的第一测量值接收器 15同样仅在约180°的角度上覆盖第一测量值发送器20。与此相反，第二测量值接收器17完 全地、即在360°的角度上覆盖第二测量值发送器30。
[0029] 各个探测线圈1^1心心心心心的电感取决于相应的探测线圈1^1心心心心心 由对应的测量值发送器20、30的探测区域22、24、26、28、32、34中的一个覆盖的覆盖角度 巧1、巧2、Ψ3、φ4、巧5、巧6。可由评估和控制单元10经由振荡电路巧包括相应的探测线 圈b、L2、L3、L4、Ls、L6)的频率测量，或者通过在固定频率的情况下在振荡电路的阻抗的虚拟 份额上直接的电感测量或通过与参考频率的混合来确定电感。然后评估和控制单元10根据 相应的探测线圈1^1、12、1^3、1^4、1^5、1^6的由探测区域22、24、26、28、32、34中的一个覆盖的覆盖 角度巧1、巧2、巧3、巧4、巧5、q>6側推计算出获取的电感信号。
[0030] 图2和图3分别示出了第二测量值接收器17的Ξ个探测线圈L4、Ls、L6的覆盖角度 巧4、巧5、巧6与旋转构件3的旋转角度α的相关性。从示出的；个覆盖角度(|)4、φ;5、巧6的 信号变化中，运时评估和控制单元10可确定较小的第二测量值发送器30直至180°的周期的 第二角度信息〇2。立个覆盖角度取4、巧5、聲6的信号变化在某种程度上冗余。从运些信号 变化的每一个中，评估和控制单元10可确定第二角度信息02,其中，评估和控制单元10仅附 加地由其他的两个信号变化评估信息，W确定是否存在信号变化的上升分支或下降分支。 因此，对于覆盖角度94、（(>5、巧6的每个信号变化来说，都可确定第二角度信息其中，评 估和控制单元10优选地计算出平均值并且使用计算得的平均值作为用于进一步的评估和 计算的第二角度信息02。由此，可弥补测量值发送器20、30的可能的倾斜并且进行计算。
[0031] 图4示出了第一测量值接收器15的Ξ个探测线圈Li、L2、L3的覆盖角度 巧1、巧2、聲3与旋转构件3的旋转角度α的相关性。类似于第二角度信息的计算，评估和 控制单元10可从Ξ个覆盖角度φ?、巧2、φ3的示出的信号变化中确定较大的第一测量值发 送器20直至90°的周期的第一角度信息口1。
[0032] 图5示出了图3和图4中的两个角度信息αι、α2与旋转构件的旋转角度α的相关性，从 其中可确定旋转构件3的回转。将较大的第一测量值发送器20的第一角度信息αι乘W2,则 可看出，两个角度信息ai、ct2在转过2000°、约6次回转之后才重合。因此，能够W高准确性确 定旋转构件3的实际旋转角度曰。
[0033] 根据本发明的用于获取车辆中的旋转构件3的旋转角度α的传感器组件1的实施方 式具有如下的优点，即电路基板9不完全包围旋转构件3,进而可节约布局面积。为了可使在 较小的第二测量值发送器30下方的面积保持得尽可能小，进而电路基板9也保持得尽可能 小，在较大的第一测量值发送器20与较小的第二测量值发送器30之间的分配比可从2提高 至。3。
【主权项】
1. 一种用于获取车辆中的旋转构件的旋转角度的传感器组件，其中，所述旋转构件(3) 与至少一个测量值发送器(20、30)联接，该测量值发送器与至少一个测量值接收器（15、17) 结合产生至少一个角度信息(αι、α2)以确定所述旋转构件(3)的旋转角度(α)，其中，第一测 量值发送器(20)和第一测量值接收器（15)形成第一角度传感器(5)，该第一角度传感器产 生与所述旋转构件(3)的旋转运动有关的第一角度信息( 〇1)，其中，第二测量值发送器(30) 和第二测量值接收器（17)形成第二角度传感器(7)，该第二角度传感器产生与所述旋转构 件(3)的旋转运动有关的第二角度信息(α 2)，并且由所述第一角度信息(Ql)和所述第二角度 信息(α2)能获得所述旋转构件(3)的实际旋转角度(α)，其特征在于，所述第一角度传感器 (5)和所述第二角度传感器(7)是电感式传感器，其中，所述测量值发送器(20、30)分别具有 至少一个探测区域(22、24、26、28、32、34)并且所述测量值接收器（15、17)分别具有至少一 个探测线圈〇^、1^山山上、1^)，其中，相应的测量值发送器(20、30)的至少一个探测区域 (22、24、26、28、32、34)影响所述测量值接收器(15、17)的至少一个对应的探测线圈〇^、1^、 L3、L4、L5、L6 )的电感，从而所述至少一个探测线圈(Ll、L2、L3、L4、L5、L6 )的电感由于所述旋转 构件(3)的旋转运动周期性地改变并且能作为所述旋转构件(3)的旋转角度(α)的度量进行 评估。2. 根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值发送器(20、30)分别是 由所述旋转构件（3)驱动的环形盘，其中，所述至少一个探测区域(22、24、26、28、32、34)呈 圆环区段的形式布置在所述环形盘的外边缘区域处并且基本上由导电材料或基本上由铁 磁材料组成。3. 根据权利要求2所述的传感器组件，其特征在于，所述第一测量值发送器(20)具有四 个探测区域(22、24、26、28)并且在外周缘处包括具有第一齿数的第一齿圈，该第一测量值 发送器被推到所述旋转构件(3)上并且与该旋转构件不能相对旋转地连接。4. 根据权利要求2或3所述的传感器组件，其特征在于，所述第二测量值发送器(30)具 有两个探测区域(32、34)并且在外周缘处包括具有第二齿数的第二齿圈，该第二齿圈与所 述第一测量值发送器(20)的第一齿圈啮合，其中，所述第一齿数和所述第二齿数具有预定 的齿数比。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述第一测量值接收 器（15)的至少一个探测线圈（1^丄2丄 3)和所述第二测量值接收器（17)的至少一个探测线圈 (L4、L5、L 6)呈圆环区段的形式布置在共同的电路基板(9)上。6. 根据权利要求5所述的传感器组件，其特征在于，所述第一测量值接收器（15)具有三 个探测线圈并且产生具有第一周期的第一角度信息，其中，所述第二测量值接收 器(17)具有三个探测线圈(L 4、L5、L6)并且产生具有第二周期的第二角度信息，其中，所述第 一周期与所述第二周期的周期比和所述第一齿数与所述第二齿数的齿数比成反比。7. 根据权利要求5或6所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值接收器（15、17)的探 测线圈0^、1^、1^、1^、1^丄 6)分布地在所述电路基板(9)中布置在多个位置中。8. 根据权利要求5至7中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述电路基板(9)和所 述测量值接收器相对于彼此布置成，所述第一测量值发送器(20)的外边缘区域至少部分地 覆盖所述第一测量值接收器（15)的至少一个探测线圈并且所述第二测量值发送 器（30)的外边缘区域至少部分地覆盖所述第二测量值接收器（17)的至少一个探测线圈 (L4、Ls、L6 ) 〇9. 根据权利要求1至8中任一项所述的传感器组件，其特征在于，评估和控制单元（10) 同时或者依预设的次序评估所述测量值接收器(15、17)的探测线圈（^、^山山上上）。10. 根据权利要求9所述的传感器组件，其特征在于，所述评估和控制单元（10)使用布 置在所述电路基板(9)上的参考线圈（L Ref)，用以与所述测量值接收器（15、17)的探测线圈 (Ll、L2、L3、L4、L5、L6 ) -起进行差分测量。
【文档编号】G01D5/20GK105992933SQ201480064230
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年9月22日
【发明人】V·弗雷泽
【申请人】罗伯特·博世有限公司