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Title:
SENSOR ARRANGEMENT FOR DETECTING ROTATIONAL ANGLES ON A ROTATING COMPONENT IN A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/078606
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sensor arrangement (1) for detecting rotational angles on a rotating component (3) in a vehicle. The rotating component (3) is coupled to at least one measurement transmitter (20, 30) which generates at least one piece of angle information in connection with at least one measurement sensor (15, 17) in order to determine the rotational angle of the rotating component (3). A first measurement transmitter (20) and a first measurement sensor (15) form a first angle sensor (5) which generates first angle information that is dependent on the rotational movement of the rotating component (3), and a second measurement transmitter (30) and a second measurement sensor (17) form a second angle sensor (7) which generates second angle information that is dependent on the rotational movement of the rotating component (3), a current rotational angle of the rotating component (3) being ascertained from the first angle information and the second angle information. According to the invention, the first angle sensor (5) and the second angle sensor (7) are designed as inductive sensors. Each measurement transmitter (20, 30) has at least one detection region (22, 24, 26, 28, 32, 34), and each measurement sensor (15, 17) has at least one detection coil (L1, L2, L3, L4, L5, L6), wherein the at least one detection region (22, 24, 26, 28, 32, 34) of each measurement transmitter (20, 30) influences the inductance of the at least one corresponding detection coil (L1, L2, L3, L4, L5, L6) of the measurement sensor (15, 17) such that the inductance of the at least one detection coil (L1, L2, L3, L4, L5, L6) periodically changes on the basis of the rotational movement of the rotating component (3) and can be interpreted as a measurement of the rotational angle of the rotating component (3).

Inventors:
FRESE, Volker (Im Loechle 19, Beilstein, 71717, DE)
Application Number:
EP2014/070137
Publication Date:
June 04, 2015
Filing Date:
September 22, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
G01D5/20
Foreign References:
EP2078930A12009-07-15
EP2180296A12010-04-28
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Claims:
Ansprüche

1. Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug, wobei das rotierende Bauteil (3) mit mindestens einem Messwertgeber (20, 30) gekoppelt ist, welcher in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer (15, 17) mindestens eine Winkelinformation (CH, a2) zur Bestimmung des Drehwinkels (a) des rotierenden Bauteils (3) erzeugt, wobei ein erster Messwertgeber (20) und ein erster

Messwertaufnehmer (15) einen ersten Wnkelsensor (5) bilden, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils (3) abhängige erste Winkelinformation (CH) erzeugt, wobei ein zweiter Messwertgeber (30) und ein zweiter Messwertaufnehmer (17) einen zweiten Winkelsensor (7) bilden, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils (3) abhängige zweite Wnkelinformation (a2) erzeugt, und wobei ein aktueller Drehwinkel (a) des rotierenden Bauteils (3) aus der ersten Winkelinformation (CH) und der zweiten Winkelinformation (a2) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkelsensor (5) und der zweite Winkelsensor (7) als induktive Sensoren ausgeführt sind, wobei die Messwertgeber (20, 30) jeweils mindestens einen Detektionsbereich (22, 24, 26, 28, 32, 34) und die Messwertaufnehmer (15, 17) jeweils mindestens eine Detektionsspule (U, L2, L3, l_4, l_5, L6) aufweisen, wobei der mindestens eine Detektionsbereich (22, 24, 26, 28, 32, 34) des jeweiligen Messwertgebers (20, 30) die Induktivität der mindestens einen korrespondierenden Detektionsspule (U, L2, L3, L4, l_5, L6) des Messwertaufnehmers (15, 17) beeinflusst, so dass sich die Induktivität der mindestens einen Detektionsspule (U, L2, L3, L4, L5, L6) aufgrund der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils (3) periodisch ändert und als Maß für den Drehwinkel (a) des rotierenden Bauteils (3) auswertbar ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Messwertgeber (20, 30) jeweils als Ringscheibe ausgeführt sind, welche vom rotierenden Bauteils (3) angetrieben ist, wobei der mindestens eine De- tektionsbereich (22, 24, 26, 28, 32, 34) in Form eines Kreisringsegments am äußeren Randbereich der Ringscheibe angeordnet ist und entweder im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material oder im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Material besteht.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwertgeber (20) vier Detektionsbereiche (22, 24, 26, 28) und am Außenumfang einen ersten Zahnkranz mit einer ersten Zahnanzahl aufweist und auf das rotierende Bauteil (3) aufgeschoben und drehfest mit diesem verbunden ist.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messwertgeber (30) zwei Detektionsbereiche (32, 34) und am Außenumfang einen zweiten Zahnkranz mit einer zweiten Zahnanzahl aufweist, welcher den ersten Zahnkranz des ersten Messwertgebers (20) kämmt, wobei die erste Zahnanzahl und die zweite Zahnanzahl ein vorgegebene Zahnverhältnis aufweisen.

5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Detektionsspule (U, L2, L3) des ersten Messwertaufnehmers (15) und die mindestens eine Detektionsspule (L4, L5, L6) des zweiten Messwertaufnehmers (17) in Form von Kreisringsegmenten auf einem gemeinsamen Schaltungsträger (9) angeordnet sind.

6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwertaufnehmer (15) drei Detektionsspulen (U, L2, L3) aufweist und die erste Winkelinformation mit einer ersten Periodizität erzeugt, wobei der zweite Messwertaufnehmer (17) drei Detektionsspulen (L , L5, L6) aufweist und die zweite Winkelinformation mit einer zweiten Periodizität erzeugt, wobei ein Periodizitätsverhältnis der ersten Periodizität zur zweiten Periodizität reziprok zum Zahnverhältnis der ersten Zahnanzahl zur zweiten Zahnanzahl ist.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsspulen (U, L2, L3, L , L5, L6) der Messwertaufnehmer (15, 17) in mehreren Lagen verteilt im Schaltungsträger (9) angeordnet sind. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (9) und die Messwertaufnehmer so zueinander angeordnet sind, dass der erste Messwertgeber (20) mit seinem äußeren Randbereich die mindestens eine Detektionsspule (U, L2, L3) des ersten Messwertaufnehmers (15) zumindest teilweise überdeckt und der zweite Messwertgeber (30) mit seinem äußeren Randbereich die mindestens eine Detektionsspule (L4, L5, L6) des zweiten Messwertaufnehmers (17) zumindest teilweise überdeckt.

Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerte- und Steuereinheit (10) die Detektionsspulen (U, L2 L3, L , l_5, L6) der Messwertaufnehmer (15, 17) gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge auswertet. 10. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Auswerte- und Steuereinheit (10) eine auf dem Schaltungsträger (9) angeordnete Referenzspule (LRef) für differenzielle Messungen mit den Detektionsspulen (Li, l_2, L3, L , l_5, L6) der Messwertaufnehmer (15, 17) verwendet.

Description:
Beschreibung Titel

Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Lenkwinkelsensoren sollen bis zu sechs Umdrehungen eines Lenkrades messen, was einem Winkelbereich von etwa 2000° entspricht. Somit muss zusätzlich zur Winkelmessung eine Zählung von Umdrehungsperiodizitätsabschnitten gewährleistet werden. Aus dem Stand der Technik sind Lenkwinkelsensoren bekannt, welche den Lenkwinkel für mehrere Umdrehungen des Lenkrades mit Hilfe zweier Zahnräder messen, die über ein großes Zahnrad an einer Lenkstange gekoppelt sind. In der Mitte der Zahnräder sind Permanentmagnete angeordnet und mit Hilfe von Magnetfeldsensoren kann der Winkel der Zahnräder bestimmt werden. Die beiden Zahnräder haben eine leicht unterschiedliche Anzahl von Zähnen, so dass am Verhältnis der Wnkel zueinander auch die jeweilige Umdrehung der Zahnräder bestimmt werden kann. Somit kann der Wnkel des Lenkrades über mehrere Umdrehungen bestimmt werden. Für diese bekannte Ausführungsform sind zwei Zahnräder und somit auch zwei Magnetfeldsensoren zur Bestimmung des aktuellen Drehwinkels erforderlich.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 448 A1 wird beispielsweise eine Anordnung zur Erfassung eines Drehwinkels beschrieben. Die beschriebene Anordnung umfasst Geber und Sensoren, welche in Abhängigkeit von einer Drehwinkeländerung eines rotierenden Bauteils von den Gebern erzeugte Änderungen einer physikalischen Größe als digital auswertbare Signale detektieren. Das rotierende Bauteil weist mindestens einen an seinem Umfang gekoppelten, durch seine Rotation sich drehenden Satelliten kleineren Umfangs, vorzugsweise mit einem Winkelsensor auf, welcher über ein axial gekoppeltes Hypozykloidgetriebe eine ebenfalls rotierende Hyperzykloidscheibe oder Hypozykloidzahnrad antreibt, deren Umdrehungsgeschwindigkeit durch das Hypozykloidgetriebe derart untersetzt ist, dass hieraus eine Umdrehungszahl des rotierenden Bauteils und der absolute Lenkwinkel über mehrere Umdrehungen der Lenkwelle mit einem Umdrehungssensorsystem ermittelbar ist. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Drehwinkel an einem rotierenden Bauteil über mehrere Umdrehungen mit einer hohen Genauigkeit einfach und sicher bestimmt werden kann. Daher können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Lenkrads in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug zur Verfügung. Hierbei ist das rotierende Bauteil mit mindestens einem Messwertgeber gekoppelt, welcher in Verbindung mit mindestens einem

Messwertaufnehmer mindestens eine Wnkelinformation zur Bestimmung des Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugt. Ein erster Messwertgeber und ein erster Messwertaufnehmer bilden einen ersten Wnkelsensor, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils abhängige erste Wnkelinformation erzeugt. Ein zweiter Messwertgeber und ein zweiter Messwertaufnehmer bilden einen zweiten Winkelsensor, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils abhängige zweite Winkelinformation erzeugt. Ein aktueller

Drehwinkel des rotierenden Bauteils ist aus der ersten Winkelinformation und der zweiten Winkelinformation ermittelbar. Erfindungsgemäß sind der erste Winkelsensor und der zweite Winkelsensor als induktive Sensoren ausgeführt, wobei die Messwertgeber jeweils mindestens einen Detektionsbereich und die

Messwertaufnehmer jeweils mindestens eine Detektionsspule aufweisen. Der mindestens eine Detektionsbereich des jeweiligen Messwertgebers beeinflusst die Induktivität der mindestens einen korrespondierenden Detektionsspule des Messwertaufnehmers, so dass sich die Induktivität der mindestens einen Detektionsspule aufgrund der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils periodisch ändert und als Maß für den Drehwinkel des rotierenden Bauteils auswertbar ist.

Die induktiven Sensoren sind vorzugsweise als Wirbelstromsensoren ausgeführt. Allgemein kann mit Wirbelstromsensoren die Induktivität einer Leiterbahngeometrie gemessen werden. Meist wird in der Nähe der Leiterbahngeometrie ein metallischer Leiter bewegt, welcher die Durchdringung des elektrischen Feldes verhin- dert und so die Induktivität der Leiterbahngeometrie verändert. Baut man nun mit der Leiterbahngeometrie einen Schwingkreis auf, so ist dessen Resonanzfrequenz von der Induktivität der Leiterbahngeometrie und somit der Lage des metallischen Leiters in der Nähe der Leiterbahngeometrie abhängig. So kann durch Auswerten der Induktivität der Leiterbahngeometrie die Position des metallischen Leiters bestimmt werden.

Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Induktivität der Detek- tionsspulen im Messwertaufnehmer von der Abdeckung bzw. Überdeckung mit dem korrespondierenden Detektionsbereich des Messwertgebers abhängig. Die Induktivität der jeweiligen Detektionsspule kann über eine Frequenzmessung eines Schwingkreises mit der Detektionsspule oder mit einer direkten Induktivitätsmessung über den imaginären Anteil des Wderstands des Schwingkreises bei einer festen Frequenz oder über die Mischung mit einer Referenzfrequenz bestimmt werden. Das Signal wird dann auf den Überdeckungswinkel der Detek- tionsspule mit den Detektionsbereichen zurückgerechnet.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an ei- nem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Messwertgeber jeweils als Ringscheibe ausgeführt werden können, welche vom rotierenden Bauteil angetrieben werden. Der mindestens eine Detektionsbereich kann in Form eines Kreisringsegments am äußeren Randbereich der Ringscheibe angeordnet werden und entweder im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material oder im Wesentlichen aus ei- nem ferromagnetischen Material bestehen. Sowohl das vorwiegend elektrisch leitende Material als auch das vorwiegend ferromagnetische Material beeinflussen die Induktivität der Detektionsspulen und ermöglichen die Ermittlung der gewünschten Winkelinformation. Hierbei würde ein vorwiegend elektrisch leitendes Material durch den Wirbelstromeffekt die Induktivität der Detektionsspulen verringern. Ein vorwiegend ferromagnetisches Material würde die Induktivität der Detektionsspulen erhöhen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der erste Messwertgeber vier Detektionsbereiche und am Außenumfang einen ersten Zahnkranz mit einer ersten Zahnanzahl aufweisen und auf das rotierende Bauteil aufgeschoben und drehfest mit diesem verbunden werden. Zudem kann der zweite Messwertgeber zwei Detektionsbereiche und am Außenumfang einen zweiten Zahnkranz mit einer zweiten Zahnanzahl aufweisen, welcher den ersten Zahnkranz des ersten Messwertgebers kämmt, wobei die erste Zahnanzahl und die zweite Zahnanzahl ein vorgegebene Zahnverhältnis aufweisen. Dies auch hat den Vorteil, dass auch die Ringscheibe um das rotierende Bauteil als Messwertgeber verwendet werden kann. Somit kann ein Zahnrad bei der Umsetzung des bekannten Noniusprinzips eingespart werden. Gegenüber einer Ausführungsform mit drei Zahnrädern hat diese geometrische Ausführungsform noch den Vorteil, dass man die Hysterese der Messung deutlich reduzieren kann. Derzeit ergibt sich bei der Verwendung von drei Zahnrädern eine durchschnittliche Hysterese von 1 bis 2°. Das kommt daher, dass aufgrund von Temperatureffekten und Maßtoleranzen ein Zahnradspiel auftritt. Dies führt dann bei Richtungswechseln zu der Hysterese, welche dann bei ungünstigsten Bedingungen in Bezug auf Temperatur und Toleranz bis zu 3° betragen kann. Ist das große Zahnrad fest mit dem rotierenden Bauteil verbunden, kann immer noch nach dem Noniusprinzip die Umdrehung bzw. der Drehwinkel des rotierenden Bauteils berechnet werden. In Kenntnis der Umdrehungsanzahl kann nun über den ersten Messwertgeber, der fest mit dem rotierenden Bauteil verbunden ist, der Drehwinkel berechnet werden. Dadurch kann eine viel bessere Hysterese erreicht werden, da es kein Zahnradspiel mehr auftritt. Dadurch können auch kleinste Lenkbewegungen des Fahrers erfasst werden. Die kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, um gewisse„Deadbands", d.h. fehlende Lenkbewegungen, von ermüdeten Fahrern zu erkennen. Auf Autobahnen werden die tatsächlichen Lenkwinkel sehr klein und im ungünstigsten Fall kann eine große Hysterese des Lenkwinkels zu einer falschen Erkennung von fehlenden Lenkbewegungen führen, obwohl tatsächlich gelenkt wird. Der Fahrer würde dann ausgegebene Warnhinweise auf Dauer nicht mehr ernst nehmen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können die mindestens eine Detektionsspule des ersten Messwertaufnehmers und die mindestens eine Detektionsspule des zweiten Messwertaufnehmers in Form von Kreisringsegmenten auf einem gemeinsamen Schaltungsträger angeordnet werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise Layout-Fläche und damit Bauraum eingespart werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der erste Messwertaufnehmer beispielsweise drei Detektionsspulen aufweisen und die erste Wnkelinformation mit einer ersten Periodizität erzeugen. Der zweite Messwertaufnehmer kann drei Detektionsspulen aufweisen und die zweite

Winkelinformation mit einer zweiten Periodizität erzeugen, wobei ein Periodizi- tätsverhältnis der ersten Periodizität zur zweiten Periodizität reziprok zum Zahnverhältnis der ersten Zahnanzahl zur zweiten Zahnanzahl gewählt werden kann. Die Signale der jeweils drei Detektionsspulen sind in gewisser Weise redundant, so dass aus jeder Signalkurve die erste bzw. zweite Winkelinformation bestimmt werden kann. Es wird nur zusätzlich die Information aus den anderen beiden Signalkurven ausgewertet, um einen ansteigenden oder abfallenden Kurvenast zu bestimmen. Somit kann für jede Signalkurve der der Detektionsspulen des jeweiligen Messwertaufnehmers die Wnkelinformation bestimmt werden und da- von dann der Mittelwert berechnet und weiter verwendet werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise eventuelle Verkippungen der Messwertgeber ausgeglichen und herausgerechnet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können die Detektionsspulen der Messwertaufnehmer in mehreren Lagen verteilt im Schaltungsträger angeordnet werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die wirksame Induktivität der Detektionsspulen erhöht und damit die Signalauswertung vereinfacht werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können der Schaltungsträger und die Messwertaufnehmer so zueinander ange- ordnet werden, dass der erste Messwertgeber mit seinem äußeren Randbereich die mindestens eine Detektionsspule des ersten Messwertaufnehmers zumindest teilweise überdeckt und der zweite Messwertgeber mit seinem äußeren Randbereich die mindestens eine Detektionsspule des zweiten Messwertaufnehmers zumindest teilweise überdeckt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann eine Auswerte- und Steuereinheit die Detektionsspulen der

Messwertaufnehmer gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge aus- werten. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit eine auf dem Schaltungsträger angeordnete Referenzspule für differenzielle Messungen mit den Detektionsspulen der Messwertaufnehmer verwenden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels findungsgemäßen Sensoranordnung.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm von Überdeckungswinkeln von drei Detektionsspulen eines Messwertaufnehmers in Abhängigkeit vom

Drehwinkel eines rotierenden Bauteils.

Fig. 3 zeigt ein detaillierteres Kennliniendiagramm der Überdeckungswinkel der drei Detektionsspulen eines Messwertaufnehmers in Abhängigkeit vom Drehwin- kel eines rotierenden Bauteils aus Fig. 2 und eine daraus erzeugte Winkelinformation.

Fig. 4 zeigt ein detaillierteres Kennliniendiagramm der Überdeckungswinkel von drei Detektionsspulen eines weiteren Messwertaufnehmers in Abhängigkeit vom Drehwinkel eines rotierenden Bauteils und eine daraus erzeugte weitere Winkelinformation. Fig. 5 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm der Winkelinformationen aus Fig. 3 und 4 in Abhängigkeit vom Drehwinkel eines rotierenden Bauteils. Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil 3 in einem Fahrzeug mindestens einen mit dem rotie- renden Bauteil 3 gekoppelten Messwertgeber 20, 30, welcher in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer 15, 17 mindestens eine Winkelinformation CH , a 2 zur Bestimmung des Drehwinkels α des rotierenden Bauteils 3 erzeugt. Hierbei bilden ein erster Messwertgeber 20 und ein erster Messwertaufnehmer 15 einen ersten Wnkelsensor 5, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils 3 abhängige erste Wnkelinformation CH erzeugt. Ein zweiter

Messwertgeber 30 und ein zweiter Messwertaufnehmer 17 bilden einen zweiten Winkelsensor 7, welcher eine von der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils 3 abhängige zweite Winkelinformation a 2 erzeugt. Ein aktueller Drehwinkel α des rotierenden Bauteils 3 kann aus der ersten Winkelinformation CH und der zweiten Winkelinformation a 2 ermittelt werden. Erfindungsgemäß sind der erste

Winkelsensor 5 und der zweite Wnkelsensor 7 als induktive Sensoren ausgeführt, wobei die Messwertgeber 20, 30 jeweils mindestens einen Detektionsbe- reich 22, 24, 26, 28, 32, 34 und die Messwertaufnehmer 15, 17 jeweils mindestens eine Detektionsspule U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 aufweisen. Der mindestens eine Detektionsbereich 22, 24, 26, 28, 32, 34 des jeweiligen Messwertgebers 20, 30 beeinflusst die Induktivität der mindestens einen korrespondierenden Detektionsspule Li , L 2 , l_3, L , l_5, l_6 des Messwertaufnehmers 15, 17, so dass sich die Induktivität der mindestens einen Detektionsspule U, L 2 , L 3 , L , L 5 , L 6 aufgrund der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils 3 periodisch ändert und als Maß für den Drehwinkel α des rotierenden Bauteils 3 auswertbar ist.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 können beispielsweise als Lenkwinkelsensor zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs oder als Drehwinkelsensor zur Bestimmung einer Pedalstellung im Fahr- zeug eingesetzt werden. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind die Messwertgeber 20, 30 jeweils als Ringscheibe ausgeführt, welche vom rotierenden Bauteils 3 angetrieben ist. Der mindestens eine Detektionsbereich 22, 24, 26, 28, 32, 34 ist in Form eines Kreisringsegments am äußeren Randbereich der Ringscheibe angeordnet und besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material. So können die Detektionsbereiche 22, 24, 26, 28, 32, 34 beispielsweise als metallische Einlagen ausgeführt werden. Alternativ können die Detektionsbereiche 22, 24, 26, 28, 32, 34 im Wesentlichen aus einem ferromag- netischen Material bestehen.

Um den Antrieb der als Ringscheibe ausgeführten Messwertgeber 20, 30 und die Übertragung der Rotationsbewegung des rotierenden Bauteils 3 auf die Messwertgeber 20, 30 zu erleichtern, sind die Messwertgeber 20, 30 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zahnräder ausgeführt. So weist der erste Messwertge- ber 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Detektionsbereiche 22, 24, 26,

28 und am Außenumfang einen nicht näher dargestellten ersten Zahnkranz mit einer ersten Zahnanzahl auf. Der erste Messwertgeber 20 ist auf das rotierende Bauteil 3 aufgeschoben und drehfest mit diesem verbunden. Bei der Ausführung als Lenkwinkelsensor repräsentiert das rotierende Bauteil 3 eine Lenksäule des Fahrzeugs. Der zweite Messwertgeber 30 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Detektionsbereiche 32, 34 und am Außenumfang einen zweiten Zahnkranz mit einer zweiten Zahnanzahl auf, welcher den ersten Zahnkranz des ersten Messwertgebers 20 kämmt. Hierbei weist der erste Messwertgeber 20 einen größeren Durchmesser als der zweite Messwertgeber 30 auf. Daher weist der erste Zahnkranz mehr Zähne als der zweite Zahnkranz auf, wobei die erste

Zahnanzahl und die zweite Zahnanzahl ein vorgegebenes Zahnverhältnis aufweisen. Um die Messsignale der beiden Messwertgeber 20, 30 mit einer ähnlichen Periodizität zu erzeugen, weist der größere erste Messwertgeber 20 mehr Detektionsbereiche als der kleiner zweite Messwertgeber 30 auf. Dies führt zu einem kleineren Periodizitätswinkel des größeren ersten Messwertgebers 20.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Zahnkranz 69 Zähne auf, und die als Kreisringsegmente ausgeführten vier Detektionsbereiche 22, 24, 26, 28 des ersten Messwertgebers 20 weisen eine Breite von ca. 45° auf und sind gleichmäßig verteilt am äußeren Rand angeordnet. Der kleiner zweite Zahnkranz weist 33 Zähne auf, und die als Kreisringsegmente ausgeführten zwei Detekti- onsbereiche 32, 34 des zweiten Messwertgebers 30 weisen eine Breite von ca. 90° auf und sind einander gegenüberliegend am äußeren Rand angeordnet.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind die mindestens eine Detektionsspule U, l_2, L 3 des ersten Messwertaufnehmers 15 und die mindestens eine Detektionsspule l_4, l_5, l_6 des zweiten Messwertaufnehmers 17 in Form von Kreisringsegmenten auf einem gemeinsamen Schaltungsträger 9 angeordnet. Eine Auswerte- und Steuereinheit 10 kann die Detektionsspulen U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 der

Messwertaufnehmer 15, 17 gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Reihenfolge auswerten. Zudem verwendet die Auswerte- und Steuereinheit 10 eine auf dem Schaltungsträger 9 angeordnete Referenzspule L Re f für differenzielle Messungen mit den Detektionsspulen U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 der Messwertaufnehmer 15, 17. Die Detektionsspulen U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 der Messwertaufnehmer 15, 17 sowie die Referenzspule L Re f können in mehreren Lagen verteilt im Schaltungsträger 9 angeordnet werden, um die Induktivität zu erhöhen und die Auswertung zu erleichtern. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulen U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 , l_Ref und der Auswerte- und Steuereinheit 10 wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Messwertaufnehmer 15 drei Detektionsspulen U, L 2 , L 3 auf und erzeugt die erste Winkelinformation mit einer ersten Periodizität. Der zweite Messwertaufnehmer 17 weist ebenfalls drei Detektionsspulen L 4 , L 5 , L 6 auf und erzeugt die zweite Winkelinformation mit einer zweiten Periodizität. Die Referenzspule L Re f und die Detektionsspulen U, L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 weisen alle ähnliche Größen auf. Für den großen ersten Messwertgeber 20 haben die drei Detektionsspulen U, L 2 , L 3 des ersten erste Messwertaufnehmers 15 jeweils ein Breite von 45° und einen Abstand von 15° im Radius des großen ersten Messwertgebers 20. Für den kleinen zweiten Messwertgeber 30 haben die drei Detektionsspulen U, L 2 , L 3 des zweiten Messwertaufnehmers 17 eine Breite von 90° und einen Abstand von 30° im Radius des kleinen zweiten Messwertgebers 30. Prinzipiell sollte die Periodizität ungefähr reziproken im Zahnverhältnis bzw. im Radiusverhältnis stehen. Hier hat der erste Messwertgeber 20 um das rotierende Bauteil 3 etwa die doppelte Anzahl von Zähnen und den halben Periodizitätswinkel.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind der Schaltungsträger 9 und die

Messwertaufnehmer so zueinander angeordnet, dass der erste Messwertgeber 20 mit seinem äußeren Randbereich die Detektionsspulen U, L 2 , L 3 des ersten Messwertaufnehmers 15 zumindest teilweise überdeckt und der zweite Messwertgeber 30 mit seinem äußeren Randbereich die Detektionsspulen L 4 , L 5 , L 6 des zweiten Messwertaufnehmers 17 zumindest teilweise überdeckt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umschließt der Schaltungsträger 9 das rotierende Bauteil 3 nicht vollständig, sondern weist eine Aussparung auf, welche das rotierende Bauteil 3 über einen Winkel von ca. 180° umschließt. Der am Rand der Aussparung angeordnete erste Messwertaufnehmer 15 überdeckt somit den ersten Messwertgeber 20 ebenfalls nur über einen Wnkel von ca. 180°. Der zweite Messwertaufnehmer 17 überdeckt den zweiten Messwertgeber 30 hingegen voll- ständig, d.h. über einen Wnkel von 360°.

Die Induktivität der einzelnen Detektionsspulen U, L 2 , L 3 , L , L 5 , L 6 ist abhängig vom Überdeckungswinkel φ 2 , φ 3 , φ , c s, ψβ der jeweiligen Detektionsspule U, L 2 , L 3 , L , l_5, L 6 mit einem der Detektionsbereiche 22, 24, 26, 28, 32, 34 des kor- respondierenden Messwertgebers 20, 30. Die Induktivität kann von der Auswerte- und Steuereinheit 10 über eine Frequenzmessung eines Schwingkreises, welcher die jeweilige Detektionsspule U, L 2 , L 3 , L , L 5 , L 6 umfasst, oder über eine direkte Induktivitätsmessung über den imaginären Anteil des Widerstands des Schwingkreises bei einer festen Frequenz oder über die Mischung mit einer Re- ferenzfrequenz bestimmt werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 10 rechnet das erfasste Induktivitätssignal dann auf den Überdeckungswinkel φ 2 , φ 3 , φ , φ 5 , ψε der jeweiligen Detektionsspule U, L 2 , L 3 , L , L 5 , L 6 mit einem der Detektionsbereiche 22, 24, 26, 28, 32, 34 zurück. Fig. 2 und 3 zeigen jeweils die Abhängigkeit der Überdeckungswinkel φ , φ 5 , φ 6 der drei Detektionsspulen L , L 5 , L 6 des zweiten Messwertaufnehmers 17 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α des rotierenden Bauteils 3. Aus den dargestellten Signalverläufen der drei Überdeckungswinkel φ , φ 5 , φ 6 kann die Auswerte- und Steuereinheit 10 nun die zweite Winkelinformation a 2 des kleinen zweiten Mess- wertgebers 30 bis zur Periodizität von 180° bestimmen. Die Signalverläufe der drei Überdeckungswinkel φ , φ 5 , φ 6 sind in gewisser Weise redundant. Aus jedem der Signalverläufe kann die Auswerte- und Steuereinheit 10 die zweite Winkelinformation a 2 bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 10 nur zusätzlich die Informationen aus den anderen beiden Signalverläufen auswertet, um zu bestimmen ob ein ansteigender Ast oder ein abfallender Ast des Signalverlaufs vorliegt. Somit kann für jeden Signalverlauf der Überdeckungswinkel φ , φ 5 , φ 6 die zweite Winkelinformation α 2 bestimmt werden, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 10 vorzugsweise einen Mittelwert berechnet und den berechneten Mittelwert als zweite Winkelinformation a 2 für weitere Auswertungen und Berechnungen verwendet. Dadurch können eventuelle Verkippungen der Mess- wertgeber 20, 30 ausgeglichen und herausgerechnet werden.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Überdeckungswinkel φ 2 , φ 3 der drei Detekti- onsspulen U, L 2 , L 3 des ersten Messwertaufnehmers 15 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α des rotierenden Bauteils 3. Analog zur Berechnung der zweiten Winkelinformation a 2 kann die Auswerte- und Steuereinheit 10 aus den dargestellten Signalverläufen der drei Überdeckungswinkel φ 2 , φ 3 die erste Winkelinformation ch des großen ersten Messwertgebers 20 bis zur Periodizität von 90° bestimmen.

Fig. 5 zeigt die beiden Winkelinformationen CH, a 2 aus Fig. 3 und 4 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α des rotierenden Bauteil, aus denen die Umdrehung des rotierenden Bauteils 3 bestimmt werden. Multipliziert man die erste Wnkelinfor- mation CH des großen ersten Messwertgebers 20 mit 2, so kann man nun sehen, dass sich beiden Winkelinformationen CH, a 2 sich erst nach 2000° ca. 6 Umdrehungen wiederholen. Somit kann der aktuelle Drehwinkel α des rotierenden Bauteils 3 mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Drehwinkeln α an einem rotierenden Bauteil 3 in einem Fahrzeug weisen den Vorteil auf, dass der Schaltungsträger 9 das rotierende Bauteil 3 nicht vollständig umschließt und somit Layout-Fläche eingespart werden kann. Um die Fläche unter dem kleinen zweiten Messwertgeber 30 möglichst gering und damit auch den Schaltungsträger 9 möglichst klein halten zu können, kann man das

Teilerverhältnis zwischen dem großen ersten Messwertgeber 20 und dem kleinen zweiten Messwertgeber 30 von 2 auf 3 erhöhen.