具有无间隙的驱动装置的SAS的制作方法

本发明涉及一种用于检测车辆中的轴的转向角的传感器。

背景技术：

由de19834322a1已知一种用于检测车辆中的轴的转向角的传感器、所谓的转向角传感器。转向角传感器也称为sas（stearinganglesensor的简称），并且包括传动装置、由轴驱动的传动装置。传动装置又包含：与轴固定连接的、形式为齿轮的驱动元件；和通过驱动元件来驱动的、同样形式为齿轮的输出元件。输出元件用作在检测转向角时的发射器元件（geberelement）。

技术实现要素：

本发明的目的在于，改进已知的转向角传感器。

所述目的通过独立权利要求的特征来实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，用于检测车辆中的轴的转向角的传感器包括传动装置，所述传动装置具有能位置固定地定位在所述轴上的驱动元件和输出元件，在所述输出元件上位置固定地布置有用于发出与所述转向角相关的发射器场（geberfeld）的发射器元件，其中所述驱动元件和所述输出元件相互弹性地压紧。

所提出的传感器的构思在于，所述传动装置在开篇所提到的转向角传感器中具有间隙，所述间隙单是由于驱动元件和输出元件的热运动就会出现。由于这种间隙，对转向角的检测可能带有公差，所述公差尤其在方向改变的情况下在转向时出现，因为所述传动装置的驱动元件和输出元件在这种方向改变时首先必须克服这种间隙。所述间隙将迟滞效应引入到转向角的测量中，所述迟滞效应对于例如在行驶动力调节的范围内处理转向角而言是不可容忍的。

在此，所提出的传感器采用了下述建议，所述驱动元件和所述输出元件相互弹性地压紧。以这种方式一方面能补偿前面所提到的热运动，然而另一方面确保了，所述驱动元件和所述输出元件总是彼此紧贴，从而克服了前面所提到的间隙。

所述原理不仅能应用在转向角传感器上，而且还能应用在每种任意的传感器上，所述每种任意的传感器应测量轴的转向角。

原则上，传动装置的两个部件能够纯由其位置和其材料选择决定地相互弹性地压紧。然而，在所提出的传感器的一种改进方案中，所述驱动元件和输出元件通过夹持元件相互弹性地压紧。

在所提出的传感器的一种优选的改进方案中，所述输出元件可以支承在夹持元件上，其中所述夹持元件可以包围所述驱动元件。因为所述输出元件支承在夹持元件上，所以所述输出元件通过由夹持元件包围驱动元件而压靠到驱动元件上。以这种方式避免了上面所提到的间隙，然而尽管如此由于弹性允许了在传动装置的两个部件之间的运动。

在所提出的传感器的一种特别的改进方案中，所述夹持元件具有两个包围所述驱动元件的边腿，所述两个边腿在其端部处至少朝向驱动元件加厚地构成。以这种方式，所述输出元件通过稳定的三点支承结构放置在驱动元件上，其中所述夹持元件的两个边腿形成了所述点中的两个点，并且支承在夹持元件上的输出元件形成了三点支承结构的第三点。

在所提出的传感器的另一种改进方案中，所述夹持元件包括壳体，在所述壳体中容置了输出元件。以这种方式，所述输出元件受到保护并且例如可以配备有灵敏的构件、如发射器磁体。

为了以上述方式将输出元件支承在夹持元件上，所述输出元件能与所述壳体通过夹紧元件连接。替选地，所述输出元件还能直接支承在壳体中。

在所提出的传感器的一种附加的改进方案中，所述夹紧元件具有一个支承输出元件的支承区段和两个从支承区段突出的固定区段，所述支承区段通过所述固定区段固定在所述壳体上。在此，所述固定区段能相对于延伸过支承区段的轴线轴线对称地来布置。

在所提出的传感器的另一种改进方案中，所述支承区段能形状锁合地与所述壳体连接。

在所提出的传感器的一种特别的改进方案中，所述输出元件除了支承区段之外还可以支承在壳体上。

根据本发明的另一个方面，车辆包括：底盘；至少一个承载底盘的车轮，所述车轮相对于底盘能借助转向轴来偏转；以及所提出的传感器之一，该传感器用于检测转向轴的、与车轮的偏转角相关的转向角。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点以及怎样实现上述特性、特征和优点的方式和方法结合对实施例的下述说明变得更为清晰易懂，结合附图来对所述实施例进行详细阐述，其中：

图1示出了车辆的原理示意图，

图2示出了用于图1的车辆的转向系统的原理示意图，

图3示出了用于在图2的转向系统中检测转向角的传感器系统的原理示意图，

图4a示出了用于在图3的传感器系统中的转向角传感器的开关电路的透视图，

图4b示出了用于转向角传感器的、用来与图4a的开关电路相接触的传感器元件的透视图，

图5a示出了具有夹持元件的、用于包含图4a的开关电路的壳体的透视图，

图5b示出了用于图4a的壳体的盖部的透视图，

图6a示出了夹紧元件的透视图，所述夹紧元件用于将转向角传感器的输出元件支承在图4a的壳体中，

图6b示出了能支承在夹紧元件中的输出元件的透视图，

图6c示出了夹紧元件以及支承在其中的输出元件的透视图，

图6d示出了用于容置在图4a的壳体处的通量引导元件（flussleitelement）的透视图，

图7示出了传感器系统的测量传感元件（messaufnehmer）的透视图，其用于检测图2的转向系统中的转矩和转向角，

图8a示出了用于图6b的输出元件的驱动元件的透视图，

图8b示出了用于图7的转矩传感器和转向角传感器的发射器元件的透视图，

图8c示出了图8a的驱动元件和图8b的发射器元件在组装状态下的透视图，

图9a示出了图7的、放置到图8a的驱动元件上的测量传感元件的透视图，并且

图9b示出了完整的传感器系统的透视图。

具体实施方式

在附图中，相同的技术元件设有相同的附图标记并且仅描述一次。

参考图1，图1示出了具有本身已知的行驶动力调节机构的车辆2的示意图。所述行驶动力调节机构的细节例如可以从de102011080789a1中获悉。

车辆2包括底盘4和四个车轮6。每个车轮6可以通过位置固定地固定在底盘4上的制动器8相对于底盘4减速，以便使得车辆2在未进一步示出的道路上的运动减慢。

在此，能以对于本领域技术人员来说已知的方式发生：车辆2的车轮6失去其路面附着并且车辆2甚至由于转向不足或过度转向而离开例如通过未进一步示出的方向盘预先给定的轨迹。上述情况通过本身已知的调节回路、如abs（防抱死系统）和esp（电子稳定程序）来避免。

在本实施方案中，车辆2为此在车轮6上具有转速传感器10，所述转速传感器检测车轮6的转速12。此外，车辆2具有惯性传感器14，所述惯性传感器检测车辆2的下面称为行驶动力数据16的惯性数据，所述惯性数据例如可以包括车辆2的俯仰率、侧倾率（wankrate）、横摆率（gierrate）、横向加速度、纵向加速度和/或垂直加速度。最后，车辆具有转向角传感器18，所述转向角传感器检测由驾驶员预先给定的转向角20。转向角传感器18还可以称为sas（steeringanglesensor的简称）。

基于所检测的转速12、行驶动力数据16和转向角20，调节器22能以对本领域技术人员已知的方式确定，车辆2是否在车道上打滑或者甚至偏离于上述预先给定的轨迹并且相应地利用本身已知的调节器输出信号24对此作出反应。所述调节器输出信号24然后可以由调整装置26来使用，以便借助调节信号28来操控调节元件、如制动器8，所述调节元件以本身已知的方式对打滑以及偏离于预先给定的轨迹作出反应。

调节器22例如能够集成到车辆2的本身已知的马达控制装置中。调节器22和调整装置26也可以设计成共同的调节装置并且可选地集成到前述马达控制装置中。

参考图2，图2示出了用于图1的车辆2的转向系统30。

转向系统30包括方向盘32，所述方向盘安放到轴34上，所述轴又以可围绕旋转轴线36旋转的方式来布置。因此，方向盘32被设置用于，基于围绕旋转轴线36的角度调整预先给定上述转向角20以用于调节车辆2的转向传动装置38。对此，方向盘32例如由车辆2的驾驶员转动。

转向角传感器18在本实施方案的范围内集成到传感器系统39中，所述传感器系统除了转向角传感器18之外还附加地包括转向力矩传感器40用于检测与力相关的转向力矩41，利用该力通过方向盘32使得转向轴34转动。转向力矩传感器40也可以称为tqs（torquesensor（扭矩传感器）的简称）。随后对所述转向力矩40的检测进行详细探讨。

可以通过电动马达42来辅助调节所述转向传动装置38，所述电动马达在本实施方案的范围内利用转向力矩41来操控。为了检测转向力矩41，可以沿轴线在方向盘32和电动马达42之间安装扭转元件43。从方向盘32来看，可以在扭转元件43之前安装另一个第一角度传感器46，并且在扭转元件43之后安装另一个第二角度传感器47。所述另一个第一和第二角度传感器46、47相应地检测转向轴34在扭转元件43之前的另一个第一转向角48以及转向轴34在扭转元件43之后的另一个第二转向角49并且将其发送给确定装置50。所述确定装置50然后基于在转向轴34的另一个第一和第二转向角48、49之间的差以及扭转元件43的弹性以本身已知的方式来确定上述转向力矩41。

传感器系统30应尽可能节省位置地安装在车辆2中。在对此进行详细讨论之前，下面应借助图3详细阐述转向角传感器18的原理。

转向角传感器18应检测转向轴34的五转以上的转向角20，从而待检测的转向角20基于转向轴34的初始位置——其中所述车辆2直行——涵盖±1000°之间的测量范围。

为了可以在大于360°的测量范围内检测转向角20，在本实施方案的转向角传感器18中存在第一传感器元件51和第二传感器元件52。在此利用两个传感器元件51、52之一可以检测转向轴34在360°之下的位置，而利用两个传感器元件51、52中的另一个可以确定，转向轴34处于第几转中。

第一传感器元件51可以用于对转向轴34的转数进行计数。为此，第一传感器元件51相对于转向轴34位置固定地布置在底盘4上。在转向轴34上固定具有第一齿轮的驱动元件53，所述具有第一齿轮的驱动元件使得具有第二齿轮的输出元件54转动。

在驱动元件53、即转向轴34和输出元件54之间的传动比应如此来选择，使得转向轴34和输出元件54在转向轴34的一定数目的转数之后又处于初始位置中。在输出元件54和转向轴34之间的传动比为1.2比1时，输出元件54和转向轴34会在转向轴34转五转之后又处于其初始位置中。然而，输出元件54可以相对于转向轴34更快地转动，例如利用2.22比1的传动比来进行。

如果现在转向轴34在0°和360°之间旋转的范围内转动到一定的、例如0°的参考位置中，那就可以借助于输出元件54的位置来确定，转向轴34处于哪个转中。为此，在输出元件54上位置固定地布置形式为发射器磁体（gebermagneten）的发射器元件55，所述发射器磁体可以辐射出相对于第一传感器元件51旋转的第一发射器磁场。第一发射器磁场穿过第一传感器元件51，然后所述第一传感器元件又能由第一发射器磁场的位置来确定输出元件54的位置。为此，第一传感器元件51有利地应设计成磁敏的传感器元件、例如霍尔元件。

相对于第一传感器元件51，第二传感器元件52可以被用于，在转向轴34从0°至360°旋转的范围内确定转向轴34的角位置。为此，第二传感器元件52也相对于转向轴34位置固定地布置在底盘4上。在转向轴34上直接位置固定地利用其固定了磁编码环56，该磁编码环包括多个环绕地围绕转向轴34布置的磁极57，其中在图3中为了清楚起见不是所有的磁极都设有了附图标记。因此，各个磁极57形成了第二发射器磁场。

如果转向轴34转动，则编码环56也随着该转向轴转动，并且磁极57从相对于转向轴34并且进而相对于编码环56位置固定地固定的第二传感器元件52旁边经过。如果第二传感器元件52如此布置，使得第二发射器磁场可以穿过该第二传感器元件，则可以检测发射器磁场的运动。为此，第二传感器元件52也应有利地设计成磁敏的传感器元件、例如形式为霍尔元件。

由编码环56的运动可以例如通过对第二发射器磁场的磁极改变的变化进行的计数而推导出转向轴34在0°和360°范围内的位置。

通过将所存储的、转向轴34的上述转数的数量和转向轴34在0°和360°范围内的位置相组合，就可以在转向角传感器18内指明并且由该转向角传感器18发出转向角20。

传感器元件51、52与还要描述的第三传感器元件58一起安装在图7中示出的用于传感器系统39的测量传感元件59中。

为此首先在图4a中示出的、例如形式为印刷电路板的电路支座60上连接传感器开关电路61。在此，传感器开关电路61包括三个前述的传感器元件，其中第一传感器元件51保持在分开的、在图4b中示出的传感器支座62上。

电路支座60在此包括第一触孔63，与第一传感器元件51电连接的触销64、所谓的压配合销可以被压入到所述第一触孔中，以用于将第一传感器元件51电连接到传感器开关电路61上。这种压配合销例如从de102010006483a1中已知。

电路支座60和传感器支座62一起容置在图5a中示出的壳体65中。为此，在传感器支座62上构造有卡锁元件66和形状锁合元件67，所述卡锁元件和形状锁合元件能相应地插入到壳体65上的卡锁接纳部68和形状锁合开口69中。

此外，壳体65具有电插座（steckeraufnahme）70，数据传输线缆能插入到所述电插座中，使得传感器数据可以从传感器系统39例如传输给调节器18。电插座70在此与其它机械固定地保持在壳体65上的触销71电连接，所述触销同样被称为压配合销。这些其它的触销71可以插入到电路支座60上的第二触孔72中，以用于与该电路支座接触。

卡锁接纳部68、形状锁合接纳部69和触销71布置在壳体65上的接纳室73中，其中可以形状锁合地保持电路支座60。所述接纳室65此外具有输出元件开口74，输出元件54能以还要描述的方式被引导过所述输出元件开口。附加地，接纳室73还具有通量引导元件开口75，稍后对该通量引导元件开口进行详细探讨。

在将电路支座60插入到接纳室73中之前，首先将传感器支座62固定在壳体65上。为此，触销64通过卡锁接纳部68被从外部引导到接纳室73中，其中所述卡锁元件66锁定在卡锁接纳部68中。同时，形状锁合元件67插入到形状锁合接纳部69中，上述情况确保了传感器支座62在壳体65上的位置正确的取向。然后将电路支座60置入到接纳室73中，其中触销64、71被压入到触孔63、72中以用于使电路支座60电连接到电插座70和第一传感器元件51上。然而，借助于压配合销来获得的电连接在此仅可示例性地看出并且能任意地例如借助焊接、粘接等来实现。

然后，输出元件54通过在图6a中示出的夹紧元件76置入到接纳室73中。所述夹紧元件76具有相对于镜像轴线77轴线对称地构成的基体78，在该基体中构造了支承区段79，在该支承区段中能以可旋转的方式支承输出元件54。镜像轴线77延伸过所述支承区段79。两个固定区段80燕尾状地从支承区段79和镜像轴线77突出，在所述两个固定区段的端部上分别构造有一个形状锁合底座81和一个形状锁合销82。

为了将输出元件54能转动地支承在夹紧元件76上，所述输出元件54具有能围绕旋转轴线83转动的支承轴84，在其轴向的一端上构造有齿轮85。在支承轴84的与齿轮85对置的轴向端部上构造有轴向轴承86，以便使输出元件54还能轴向支承在夹紧元件76上。为了使齿轮85不在夹紧元件76上滑动，在齿轮85上还可以构造有轴向的间隔垫片87。

现在为了将输出元件54置入到壳体65的接纳室73中，所述输出元件54——如在图6c中示出的那样——首先用其支承轴84插入到夹紧元件78的支承区段79中。为了使夹紧元件76保持在接纳室73中，在壳体65上构造了在图5a中示出的底座接纳部88，在夹紧元件76上的形状锁合底座81能形状锁合地置入到所述底座接纳部中。在输出元件54如此置入到接纳室73中的状态下，齿轮区段85经由输出元件开口74现在从接纳室73突出。

最后，接纳室73能利用在图5b中示出的盖部89来封闭。所述盖部89为此具有卡锁孔眼90，构造在壳体65上的卡锁凸起91可以锁定在所述卡锁孔眼中，以便将盖部89可靠地保持在壳体65上。此外，盖部89还具有通量引导元件开口75。

最后，现在将通量引导元件92固定在待制造的测量传感元件59上，其中一个示例性地在图6d中示出。通量引导板92具有通量聚集板93和从通量聚集板93突出的通量引导底座94。在此，所述通量引导底座94可以固定在传感器开关电路61上、例如固定在第三传感器元件58上。通量引导板92以及第三传感器元件58用于检测转向力矩41，对此随后还将详细探讨。

在图7中示出了组装的测量传感元件59，为了清楚起见没有示出盖部89和传感器支座62。

为了驱动元件53能基于转向轴34的旋转而使输出元件54转动，测量传感元件59与驱动元件53连接。为此，两个形成夹持元件95的边腿96在壳体65上突出于输出元件开口74。所述边腿在其与壳体65对置的端部上具有加厚部97。所述边腿96弧形地构成。为了使得测量传感元件59与驱动元件53连接，弧形地构成的边腿96——如在图9a中示出的那样——围绕驱动元件53布置，从而所述夹持元件95夹括（einklammert）住驱动元件53。通过这种夹括，所述驱动元件53压靠到输出元件54上，从而所述驱动元件53和所述输出元件54相互啮合，并且测量传感元件59在三个点处支承在驱动元件53上。通过所述夹括在驱动元件53和输出元件54之间出现了弹性夹紧，由于上述情况，所述驱动元件53总是无间隙地压靠到输出元件54上，而与外部影响、例如各个构件的热运动无关。

在本实施方案的范围内，所述驱动元件53在径向上围绕引导板承载元件44来布置。沿轴向在引导板承载元件44之前和之后以下述方式布置具有沿轴向延伸的齿部99的轮缘98：其中一个轮缘98的齿部99沿周缘方向来看接合（greifen）在另一个轮缘98的齿部99之间。在此，所述轮缘98固定在引导板承载元件44上。

为了利用扭转元件43来检测转向力矩41，所述转向轴34被分成两个转向轴区段34a、34b，这两个转向轴区段通过未示出的扭转元件43彼此连接。以这种方式，所述引导板承载元件44能通过将转向力矩41施加到转向轴34上而相对于编码器56扭转。在此所述两个轮缘98相对于编码器56转动，由此所述两个轮缘98的齿部99相对于编码器56的极彼此相对运动。如果现在编码环56径向地布置在轮缘98内部且径向地布置在齿部99之下，并且如果轮缘98与齿部99由能导磁的材料构成，则与轮缘98的齿部99沿着周缘方向彼此间的相对位置相关地且因此与转向力矩41相关地在轮缘98中聚集磁通。

在此，轮缘98在将测量传感元件59放置到驱动元件53上时以滑动接触的方式与通量引导元件92接触。以这种方式，轮缘98能相对于通量引导元件92旋转，但是尽管如此仍与所述通量引导元件能导磁地接触。上述在轮缘98中聚集的磁通现在可以经由通量引导底座94被引导至第三传感器元件58，然后所述第三传感器元件对与转向力矩41有关的磁通进行检测并且可以直接发出相应的与转向力矩41有关的信号。

因此在本实施方案中第三传感器元件58有利地应同样设计成磁敏的传感器元件、如霍尔元件。

前述“检测转向力矩41”的原理也被称为动磁技术、缩写mmt并且例如在de19834322a1中进行了详细阐述，出于简略起见省略了这一点。

本实施方案的突出优点在于，需要仅仅唯一一个磁编码器56以用于检测转向力矩41，其中所述磁编码器56同时还可以用于检测转向轴34的角位置。

在图9b中透视地示出了在将测量传感元件59安置到驱动元件53上之后的整个传感器系统39。