Die Erfindung betrifft eine Lenkmomentensensoranordnung für ein Fahrzeug.

In der DE 10 2008 035 989 A1 ist eine Lenkvorrichtung beschrieben, mit einer drehbaren Lenkwelle, die ein Gehäuse, ein Antriebsende zum Verbinden mit einem Lenkelement sowie ein Abtriebsende zum Verbinden mit wenigstens einem lenkbaren Fahrzeugrad aufweist. Ein Elektromotor steht in Wirkverbindung mit der Lenkwelle, um diese um ihre Längsachse zu drehen. Die Lenkwelle ist magnetisiert und dient als Drehmomentmesswertaufnehmer. Mindestens ein Magnetfeldsensor ist nahe der Außenseite der Lenkwelle angebracht. Die Lenkwelle und der Magnetfeldsensor bilden eine Drehmomentsensoreinheit, die zur Erfassung des Drehmoments, das auf die Lenkwelle durch das Lenkelement wirkt, und zur Bereitstellung eines Signals dient, um einen Elektromotor zu betreiben, welcher das Lenken mit dem Lenkelement über die Lenkwelle unterstützt.

Aus der US 6 758 105 B2 ist eine magnetoelastische Drehmomentensensoreinheit bekannt, die der Erfassung eines Drehmoments an einer Welle, insbesondere an einer Lenkwelle eines Fahrzeugs dient. Die Sensoreinheit umfasst einen

Kunststoffspritzgusskörper, der einen axialen Kanal definiert und eine axiale Öffnung besitzt. Weiterhin ist ein U-förmiger Führungsrahmen in dem

Kunststoffspritzgusskörper angeordnet, wobei seitliche Abschnitte des

Führungsrahmens in Seitenteile des Kunststoffspritzgusskörper eingreifen.

Magnetflusssensoren sind in den Seitenteilen des Kunststoffspritzgusskörpers angeordnet und mit dem Führungsrahmen verbunden. Die Welle ist durch die axiale Öffnung des Kunststoffspritzgusskörpers geführt und erstreckt sich in dem axialen Kanal. Die Magnetflusssensoren sind in einer vorbestimmten Anordnung über der Welle positioniert. Das gebildete Sensor-Array umfasst Sensoren, die in einer durch die Achse verlaufenden Ebene angeordnet sind, entweder gegenüberliegend oder axial beabstandet.

Die zum Anmeldezeitpunkt noch unveröffentlichte DE 10 2018 110 553 beschreibt eine Drehmomentsensoranordnung zur Ermittlung eines Drehmomentes an einem sich entlang einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Diese

Drehmomentensensoranordnung besitzt mindestens einen Primärsensor, welcher als ein magnetisch codierter Abschnitt des Maschinenelementes ausgebildet ist, und mindestens einen dem Primärsensor gegenüberliegend angeordneten

Sekundärsensor zum Umwandeln der Änderungen eines von dem Primärsensor generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor ist auf einer Platine angeordnet, die eine Grundfläche sowie mindestens eine zu dieser Grundfläche winklig verlaufende Fläche aufweist. Die winklig verlaufende Fläche ist dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Der Sekundärsensor ist auf dieser winklig verlaufenden Fläche angeordnet. Weiterhin ist ein hülsenförmiger Träger vorgesehen, an welchem die Platine befestigt ist. Ebenso ist in dieser früheren

Patentanmeldung als bevorzugter Anwendungsfall des Drehmomentensensors ein elektromechanischer Wankstabilisator für ein Fahrzeug beschrieben. Der

Wankstabilisator besitzt die genannte Drehmomentsensoranordnung, zwei

Stabilisatorteile, die jeweils an eine Radaufhängung des Fahrzeuges koppelbar sind, und einen zwischen den Stabilisatorteilen angeordneten Aktuator zur Beaufschlagung der Stabilisatorteile mit Drehmomenten. Die Drehmomentsensoranordnung erfasst die den Stabilisatorteilen eingeprägten Drehmomente, wobei der Primärsensor als ein magnetisch codierter Abschnitt eines zum Verbinden des Stabilisatorteils mit dem Aktuator dienenden Flansches ausgebildet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Lenkmomentensensoranordnung bereit zu stellen, die ein stärkeres drehmomentabhängiges Messsignal liefert, ohne dass dafür die

mechanischen Spannungen in der Lenkungsanordnung erhöht werden müssen.

Mittelbar soll damit das Signal-Rausch-Verhältnis des Messsignals verbesser werden. Außerdem wird eine Bauraum optimierte Gestaltung der

Lenkmomentensensoranordnung angestrebt.

Die Aufgabe wird durch eine Lenkmomentensensoranordnung gemäß dem

beigefügten Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkmomentensensoranordnung eignet sich für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise durch einen

Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor angetrieben wird und eine von einem Fahrer zu bedienenden Lenkung umfasst. In bekannter Weise umfasst eine solche Lenkung ein Lenkrad, ein zumeist mehrgliedrige Lenkwelle und ein Lenkgetriebe, welches die über das Lenkrad initiierte Lenkbewegung an die gelenkten

Fahrzeugräder weiterleitet. In abgewandelten Ausführungsformen kann das

Lenkgetriebe durch Lenkungsantriebe ersetzt sein, sodass die initiierte

Lenkbewegung mittelbar durch hydraulische oder elektrische Antriebe an die

Fahrzeugräder übertragen wird. Die vorliegende Lenkmomentensensoranordnung soll in allen Fällen das an der Lenkwelle angreifende Drehmoment erfassen und für eine weitere Verarbeitung in Form eines Messsignals bereitstellen. Die

Lenkmomentensensoranordnung umfasst dazu einen magnetisch codierten

Lenkwellenabschnitt, der einen Primärsensor bildet. Eine mechanische Spannung am Primärsensor führt zu einer Änderung des Magnetfeldes. Weiterhin umfasst die Lenkmomentensensoranordnung mindestens einen Sekundärsensor zum Umwandeln der Änderungen des von dem Primärsensor generierten magnetischen Feldes in ein elektrisches Signal. Erfindungsgemäß ist der Sekundärsensor auf mindestens einer parallel zur Lenkwelle verlaufenden Sensorplatine angeordnet, die dem Primärsensor gegenüberliegend positioniert ist.

Die Anordnung der Sensorplatine parallel zur Lenkwelle, nämlich gegenüberliegend zum magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt, der den Primärsensor bildet, ermöglicht eine Minimierung zwischen den Sensorelementen, woraus bei

gleichbleibenden Wert der mechanischen Spannung in der Lenkwelle ein deutlich stärkeres Messsignal resultiert. Dies führt zu einer höheren Messgenauigkeit und zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands. Somit ist mindestens ein

Sekundärsensor dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Der

Sekundärsensor dient zum Umwandeln der Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor befindet sich auf einer Platine und ist vorzugsweise als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorplatine in zwei Sensorplatinenflügel unterteilt ist, welche jeweils parallel zur Lenkwelle dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet sind und vorzugsweise über ein flexibles, sich abschnittsweise umfangsseitig zur Lenkwelle erstreckendes Flachbandkabel miteinander verbunden sind. Durch dies mehrflügelige Gestaltung des

Sekundärsensors ist es möglich, mehrere Sensoren mit einem Winkelversatz bezogen auf den Primärsensor anzuordnen, wodurch sich das Messsignal weiter verbessern lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Sekundärsensor der

Lenkmomentensensoranordnung weiterhin eine Controllerplatine, welche mechanisch getrennt von der Sensorplatine ausgebildet und mit der Sensorplatine elektrisch verbunden ist. Dies gestattet die zweckmäßige Verteilung der erforderlichen

elektrischen/elektronischen Komponenten auf getrennten Platinen. Die

Controllerplatine kann weiter entfernt als die Sensorplatine von der Lenkwelle positioniert werden.

Ein Vorteil dieser Aufteilung besteht darin, dass durch Anordnung von Teilen des Sekundärsensors auf der Sensorplatine eine sehr nahe Positionierung am

Primärsensor ermöglicht ist. Aus dem erfindungsgemäß realisierten sehr kleinen Abstand zwischen dem Magnetfeld des Primärsensors und dem Sekundärsensor resultieren vergleichsweise starke homogene Magnetfelder im Bereich des

Sekundärsensors. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich außerdem durch eine sehr hohe Robustheit gegen externe Störfelder aus. Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der Lenkmomentensensoranordnung sowohl axiale als auch radiale Magnetfelder gemessen werden können, da die Sekundärsensoren in drei Dimensionen angeordnet werden können. Die Lösung ist kostengünstig und aufwandsarm zu realisieren.

Durch die Anordnung der Sensorbauelemente auf der Sensorplatine steht eine kompakte Baueinheit zur Verfügung, welche aufwandsarm an der Lenkwelle montiert werden kann. Die Sensorplatine und die Controllerplatine bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Auf der Sensorplatine und/oder auf der Controllerplatine befindet sich vorzugweise eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Sekundärsensors, welche bevorzugt als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet ist. Die Auswerteeinheit steht vorzugsweise im Datenaustausch mit einer externen

Datenverarbeitungseinheit.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sensorplatine zwei zueinander abgewinkelte Sensorplatinenflügel, auf denen jeweils mindestens ein Sekundärsensor angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die

Sensorplatinenflügel über jeweils einen flexiblen Bereich mit der Controllerplatine verbunden.

Der mindestens eine Sekundärsensor ist bevorzugt durch eine Förstersonde, durch ein Fluxgate-Magnetometer, durch einen Flall-Sensor, durch eine Spule, durch einen Flalbleitersensor oder durch einen XMR-Sensor gebildet. Grundsätzlich kann auch ein anderer Sensortyp verwendet werden, insofern er zur Messung des durch den invers magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet ist.

Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt, der den Primärsensor bildet, erstreckt sich vorzugsweise vollständig umlaufend um die Lenkwelle. Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt ist bevorzugt permanent magnetisiert, sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Lenkmomentensensoranordnung weiterhin mindestens einen Magneten zum Magnetisieren des magnetisch codierten Lenkwellenabschnitts auf, sodass die Magnetisierung des magnetisch codierten Lenkwellenabschnitts grundsätzlich temporär ist. Der mindestens eine Magnet kann durch mindestens einen

Permanentmagneten oder alternativ durch einen Elektromagneten gebildet sein.

Die Lenkwelle ist vorzugsweise mit zwei magnetischen Spuren ausgestattet, die den Primärsensor bilden. Den magnetischen Spuren ist vorzugsweise jeweils ein

Sekundärsensor gegenüberliegend angeordnet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die

beigefügten Figuren. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer bevorzugten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Lenkmomentensensoranordnung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines magnetisch codierten

Lenkwellenabschnitts;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer

Sensorplatine mit zwei Sensorplatinenflügeln;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Sensorplatine mit einer Controllerplatine.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten Perspektivansicht eine erfindungsgemäße Lenkmomentensensoranordnung 01 , die magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 als Primärsensor und einen Sekundärsensor 03 umfasst. Der Sekundärsensor besitzt eine Sensorplatine 04, die in zwei Sensorplatinenflügel 04a, 04b aufgeteilt ist, welche sich beide parallel zum magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 erstrecken und mit nur geringem radialen Abstand zu diesem angeordnet sind. Der radiale Abstand zwischen der Sensorplatine 04 und dem magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 beträgt beispielsweise 0,5 bis 2 mm. Die beiden

Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind über ein Kabel 05 elektrisch miteinander verbunden.

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht den magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02, der ein Abschnitt der Lenkwelle eines Fahrzeugs ist und um seine Rotationsachse rotieren kann. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Lenkwellenabschnitt zwei magnetische Spuren 06a, 06b als Primärsensor. Hierbei handelt es sich um magnetisch codierte Abschnitte der Lenkwelle, welche an der Außenfläche der Lenkwelle angeordnet sind oder in das Material integriert sein können. Die magnetisch codierten Spuren 06 erstrecken sich vollständig umlaufend um die Rotationsachse und sind bevorzugt gegensinnig ausgebildet. Die Spuren können axial beabstandet zueinander ausgebildet sein. Der magnetisch codierte Lenkwellenabschnitt 02 besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, welches auf einfache Art und Weise magnetisch abschnittsweise codiert werden kann. Die Primärsensoren 06 wandeln die am magnetisch codierten Lenkwellenabschnitt 02 anliegenden Kräfte in ein magnetisches Signal, welches an der Außenfläche der Lenkwelle erfasst werden kann.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform des

Sekundärsensors 03 mit den zwei Sensorplatinenflügeln 04a, 04b. Die

Lenkmomentensensoranordnung 01 umfasst mehrere Sensorelemente 07, die nach dem Einbau in unmittelbarer Nähe der Primärsensoren 06 angeordnet sind. Die Sensorelemente 07 setzen Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch an den Primärsensoren angreifende Kräfte bzw. mechanische Spannungen verursacht werden, in ein elektrisches Signal um. Die Sensorelemente 07 sind als integrierte Schaltungsstrukturen ausgebildet, die auf der Sensorplatine 04 angeordnet sind. Die zwei winkelversetzten Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind einander gegenüberliegend angeordnet.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Sekundärsensors 03, der hier neben den beiden Sensorplatinenflügeln 04a, 04b zusätzlich eine Controllerplatine 08 umfasst. Der Sekundärsensor 03 ist in seinem nicht abgewinkelten bzw. nicht geknickten Zustand in Fig. 4 dargestellt, d. h. die beiden Sensorplatinenflügel 04a,

04b liegen noch in einer Ebene mit der Controllerplatine 08. Beim Einbau werden die Sensorplatinenflügel gegenüber der Controllerplatine abgeknickt, sodass sie sich im wesentlichen senkrecht zu dieser erstrecken. Auf der Controllerplatine 08 ist eine Auswerteeinheit 09 angeordnet. Die Sensorplatinenflügel 04a, 04b sind mit geringerer Breite dimensioniert als die Controllerplatine 08. Die Sensorplatinenflügel sind über jeweils einen flexiblen Bereich 1 1 mit der Controllerplatine 08 verbunden. Die flexiblen Bereiche 11 ermöglichen ein winkliges Ausrichten der Sensorplatinenflügel 04a, 04b zu der Controllerplatine 08, sodass die Sensorplatinenflügel 04a, 04b dann parallel zum Lenkwellenabschnitt 02 liegen. Bezuqszeichenliste

01 Lenkmomentensensoranordnung

02 magnetisch codierter Lenkwellenabschnitt 03 Sekundärsensor

04 Sensorplatine

05 Kabel

06 Primärsensoren

07 Sensorelemente

08 Controllerplatine

09 Auswerteeinheit

10

11 flexibler Bereich