本發(fā)明涉及一種用于檢測車輛中的軸的轉向角的傳感器。

背景技術：

由de19834322a1已知一種用于檢測車輛中的軸的轉向角的傳感器、所謂的轉向角傳感器。轉向角傳感器也稱為sas（stearinganglesensor的簡稱），并且包括傳動裝置、由軸驅動的傳動裝置。傳動裝置又包含：與軸固定連接的、形式為齒輪的驅動元件；和通過驅動元件來驅動的、同樣形式為齒輪的輸出元件。輸出元件用作在檢測轉向角時的發(fā)射器元件（geberelement）。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，改進已知的轉向角傳感器。

所述目的通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。優(yōu)選的改進方案是從屬權利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于檢測車輛中的軸的轉向角的傳感器包括傳動裝置，所述傳動裝置具有能位置固定地定位在所述軸上的驅動元件和輸出元件，在所述輸出元件上位置固定地布置有用于發(fā)出與所述轉向角相關的發(fā)射器場（geberfeld）的發(fā)射器元件，其中所述驅動元件和所述輸出元件相互彈性地壓緊。

所提出的傳感器的構思在于，所述傳動裝置在開篇所提到的轉向角傳感器中具有間隙，所述間隙單是由于驅動元件和輸出元件的熱運動就會出現(xiàn)。由于這種間隙，對轉向角的檢測可能帶有公差，所述公差尤其在方向改變的情況下在轉向時出現(xiàn)，因為所述傳動裝置的驅動元件和輸出元件在這種方向改變時首先必須克服這種間隙。所述間隙將遲滯效應引入到轉向角的測量中，所述遲滯效應對于例如在行駛動力調節(jié)的范圍內處理轉向角而言是不可容忍的。

在此，所提出的傳感器采用了下述建議，所述驅動元件和所述輸出元件相互彈性地壓緊。以這種方式一方面能補償前面所提到的熱運動，然而另一方面確保了，所述驅動元件和所述輸出元件總是彼此緊貼，從而克服了前面所提到的間隙。

所述原理不僅能應用在轉向角傳感器上，而且還能應用在每種任意的傳感器上，所述每種任意的傳感器應測量軸的轉向角。

原則上，傳動裝置的兩個部件能夠純由其位置和其材料選擇決定地相互彈性地壓緊。然而，在所提出的傳感器的一種改進方案中，所述驅動元件和輸出元件通過夾持元件相互彈性地壓緊。

在所提出的傳感器的一種優(yōu)選的改進方案中，所述輸出元件可以支承在夾持元件上，其中所述夾持元件可以包圍所述驅動元件。因為所述輸出元件支承在夾持元件上，所以所述輸出元件通過由夾持元件包圍驅動元件而壓靠到驅動元件上。以這種方式避免了上面所提到的間隙，然而盡管如此由于彈性允許了在傳動裝置的兩個部件之間的運動。

在所提出的傳感器的一種特別的改進方案中，所述夾持元件具有兩個包圍所述驅動元件的邊腿，所述兩個邊腿在其端部處至少朝向驅動元件加厚地構成。以這種方式，所述輸出元件通過穩(wěn)定的三點支承結構放置在驅動元件上，其中所述夾持元件的兩個邊腿形成了所述點中的兩個點，并且支承在夾持元件上的輸出元件形成了三點支承結構的第三點。

在所提出的傳感器的另一種改進方案中，所述夾持元件包括殼體，在所述殼體中容置了輸出元件。以這種方式，所述輸出元件受到保護并且例如可以配備有靈敏的構件、如發(fā)射器磁體。

為了以上述方式將輸出元件支承在夾持元件上，所述輸出元件能與所述殼體通過夾緊元件連接。替選地，所述輸出元件還能直接支承在殼體中。

在所提出的傳感器的一種附加的改進方案中，所述夾緊元件具有一個支承輸出元件的支承區(qū)段和兩個從支承區(qū)段突出的固定區(qū)段，所述支承區(qū)段通過所述固定區(qū)段固定在所述殼體上。在此，所述固定區(qū)段能相對于延伸過支承區(qū)段的軸線軸線對稱地來布置。

在所提出的傳感器的另一種改進方案中，所述支承區(qū)段能形狀鎖合地與所述殼體連接。

在所提出的傳感器的一種特別的改進方案中，所述輸出元件除了支承區(qū)段之外還可以支承在殼體上。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，車輛包括：底盤；至少一個承載底盤的車輪，所述車輪相對于底盤能借助轉向軸來偏轉；以及所提出的傳感器之一，該傳感器用于檢測轉向軸的、與車輪的偏轉角相關的轉向角。

附圖說明

本發(fā)明的上述特性、特征和優(yōu)點以及怎樣實現(xiàn)上述特性、特征和優(yōu)點的方式和方法結合對實施例的下述說明變得更為清晰易懂，結合附圖來對所述實施例進行詳細闡述，其中：

圖1示出了車輛的原理示意圖，

圖2示出了用于圖1的車輛的轉向系統(tǒng)的原理示意圖，

圖3示出了用于在圖2的轉向系統(tǒng)中檢測轉向角的傳感器系統(tǒng)的原理示意圖，

圖4a示出了用于在圖3的傳感器系統(tǒng)中的轉向角傳感器的開關電路的透視圖，

圖4b示出了用于轉向角傳感器的、用來與圖4a的開關電路相接觸的傳感器元件的透視圖，

圖5a示出了具有夾持元件的、用于包含圖4a的開關電路的殼體的透視圖，

圖5b示出了用于圖4a的殼體的蓋部的透視圖，

圖6a示出了夾緊元件的透視圖，所述夾緊元件用于將轉向角傳感器的輸出元件支承在圖4a的殼體中，

圖6b示出了能支承在夾緊元件中的輸出元件的透視圖，

圖6c示出了夾緊元件以及支承在其中的輸出元件的透視圖，

圖6d示出了用于容置在圖4a的殼體處的通量引導元件（flussleitelement）的透視圖，

圖7示出了傳感器系統(tǒng)的測量傳感元件（messaufnehmer）的透視圖，其用于檢測圖2的轉向系統(tǒng)中的轉矩和轉向角，

圖8a示出了用于圖6b的輸出元件的驅動元件的透視圖，

圖8b示出了用于圖7的轉矩傳感器和轉向角傳感器的發(fā)射器元件的透視圖，

圖8c示出了圖8a的驅動元件和圖8b的發(fā)射器元件在組裝狀態(tài)下的透視圖，

圖9a示出了圖7的、放置到圖8a的驅動元件上的測量傳感元件的透視圖，并且

圖9b示出了完整的傳感器系統(tǒng)的透視圖。

具體實施方式

在附圖中，相同的技術元件設有相同的附圖標記并且僅描述一次。

參考圖1，圖1示出了具有本身已知的行駛動力調節(jié)機構的車輛2的示意圖。所述行駛動力調節(jié)機構的細節(jié)例如可以從de102011080789a1中獲悉。

車輛2包括底盤4和四個車輪6。每個車輪6可以通過位置固定地固定在底盤4上的制動器8相對于底盤4減速，以便使得車輛2在未進一步示出的道路上的運動減慢。

在此，能以對于本領域技術人員來說已知的方式發(fā)生：車輛2的車輪6失去其路面附著并且車輛2甚至由于轉向不足或過度轉向而離開例如通過未進一步示出的方向盤預先給定的軌跡。上述情況通過本身已知的調節(jié)回路、如abs（防抱死系統(tǒng)）和esp（電子穩(wěn)定程序）來避免。

在本實施方案中，車輛2為此在車輪6上具有轉速傳感器10，所述轉速傳感器檢測車輪6的轉速12。此外，車輛2具有慣性傳感器14，所述慣性傳感器檢測車輛2的下面稱為行駛動力數(shù)據(jù)16的慣性數(shù)據(jù)，所述慣性數(shù)據(jù)例如可以包括車輛2的俯仰率、側傾率（wankrate）、橫擺率（gierrate）、橫向加速度、縱向加速度和/或垂直加速度。最后，車輛具有轉向角傳感器18，所述轉向角傳感器檢測由駕駛員預先給定的轉向角20。轉向角傳感器18還可以稱為sas（steeringanglesensor的簡稱）。

基于所檢測的轉速12、行駛動力數(shù)據(jù)16和轉向角20，調節(jié)器22能以對本領域技術人員已知的方式確定，車輛2是否在車道上打滑或者甚至偏離于上述預先給定的軌跡并且相應地利用本身已知的調節(jié)器輸出信號24對此作出反應。所述調節(jié)器輸出信號24然后可以由調整裝置26來使用，以便借助調節(jié)信號28來操控調節(jié)元件、如制動器8，所述調節(jié)元件以本身已知的方式對打滑以及偏離于預先給定的軌跡作出反應。

調節(jié)器22例如能夠集成到車輛2的本身已知的馬達控制裝置中。調節(jié)器22和調整裝置26也可以設計成共同的調節(jié)裝置并且可選地集成到前述馬達控制裝置中。

參考圖2，圖2示出了用于圖1的車輛2的轉向系統(tǒng)30。

轉向系統(tǒng)30包括方向盤32，所述方向盤安放到軸34上，所述軸又以可圍繞旋轉軸線36旋轉的方式來布置。因此，方向盤32被設置用于，基于圍繞旋轉軸線36的角度調整預先給定上述轉向角20以用于調節(jié)車輛2的轉向傳動裝置38。對此，方向盤32例如由車輛2的駕駛員轉動。

轉向角傳感器18在本實施方案的范圍內集成到傳感器系統(tǒng)39中，所述傳感器系統(tǒng)除了轉向角傳感器18之外還附加地包括轉向力矩傳感器40用于檢測與力相關的轉向力矩41，利用該力通過方向盤32使得轉向軸34轉動。轉向力矩傳感器40也可以稱為tqs（torquesensor（扭矩傳感器）的簡稱）。隨后對所述轉向力矩40的檢測進行詳細探討。

可以通過電動馬達42來輔助調節(jié)所述轉向傳動裝置38，所述電動馬達在本實施方案的范圍內利用轉向力矩41來操控。為了檢測轉向力矩41，可以沿軸線在方向盤32和電動馬達42之間安裝扭轉元件43。從方向盤32來看，可以在扭轉元件43之前安裝另一個第一角度傳感器46，并且在扭轉元件43之后安裝另一個第二角度傳感器47。所述另一個第一和第二角度傳感器46、47相應地檢測轉向軸34在扭轉元件43之前的另一個第一轉向角48以及轉向軸34在扭轉元件43之后的另一個第二轉向角49并且將其發(fā)送給確定裝置50。所述確定裝置50然后基于在轉向軸34的另一個第一和第二轉向角48、49之間的差以及扭轉元件43的彈性以本身已知的方式來確定上述轉向力矩41。

傳感器系統(tǒng)30應盡可能節(jié)省位置地安裝在車輛2中。在對此進行詳細討論之前，下面應借助圖3詳細闡述轉向角傳感器18的原理。

轉向角傳感器18應檢測轉向軸34的五轉以上的轉向角20，從而待檢測的轉向角20基于轉向軸34的初始位置——其中所述車輛2直行——涵蓋±1000°之間的測量范圍。

為了可以在大于360°的測量范圍內檢測轉向角20，在本實施方案的轉向角傳感器18中存在第一傳感器元件51和第二傳感器元件52。在此利用兩個傳感器元件51、52之一可以檢測轉向軸34在360°之下的位置，而利用兩個傳感器元件51、52中的另一個可以確定，轉向軸34處于第幾轉中。

第一傳感器元件51可以用于對轉向軸34的轉數(shù)進行計數(shù)。為此，第一傳感器元件51相對于轉向軸34位置固定地布置在底盤4上。在轉向軸34上固定具有第一齒輪的驅動元件53，所述具有第一齒輪的驅動元件使得具有第二齒輪的輸出元件54轉動。

在驅動元件53、即轉向軸34和輸出元件54之間的傳動比應如此來選擇，使得轉向軸34和輸出元件54在轉向軸34的一定數(shù)目的轉數(shù)之后又處于初始位置中。在輸出元件54和轉向軸34之間的傳動比為1.2比1時，輸出元件54和轉向軸34會在轉向軸34轉五轉之后又處于其初始位置中。然而，輸出元件54可以相對于轉向軸34更快地轉動，例如利用2.22比1的傳動比來進行。

如果現(xiàn)在轉向軸34在0°和360°之間旋轉的范圍內轉動到一定的、例如0°的參考位置中，那就可以借助于輸出元件54的位置來確定，轉向軸34處于哪個轉中。為此，在輸出元件54上位置固定地布置形式為發(fā)射器磁體（gebermagneten）的發(fā)射器元件55，所述發(fā)射器磁體可以輻射出相對于第一傳感器元件51旋轉的第一發(fā)射器磁場。第一發(fā)射器磁場穿過第一傳感器元件51，然后所述第一傳感器元件又能由第一發(fā)射器磁場的位置來確定輸出元件54的位置。為此，第一傳感器元件51有利地應設計成磁敏的傳感器元件、例如霍爾元件。

相對于第一傳感器元件51，第二傳感器元件52可以被用于，在轉向軸34從0°至360°旋轉的范圍內確定轉向軸34的角位置。為此，第二傳感器元件52也相對于轉向軸34位置固定地布置在底盤4上。在轉向軸34上直接位置固定地利用其固定了磁編碼環(huán)56，該磁編碼環(huán)包括多個環(huán)繞地圍繞轉向軸34布置的磁極57，其中在圖3中為了清楚起見不是所有的磁極都設有了附圖標記。因此，各個磁極57形成了第二發(fā)射器磁場。

如果轉向軸34轉動，則編碼環(huán)56也隨著該轉向軸轉動，并且磁極57從相對于轉向軸34并且進而相對于編碼環(huán)56位置固定地固定的第二傳感器元件52旁邊經(jīng)過。如果第二傳感器元件52如此布置，使得第二發(fā)射器磁場可以穿過該第二傳感器元件，則可以檢測發(fā)射器磁場的運動。為此，第二傳感器元件52也應有利地設計成磁敏的傳感器元件、例如形式為霍爾元件。

由編碼環(huán)56的運動可以例如通過對第二發(fā)射器磁場的磁極改變的變化進行的計數(shù)而推導出轉向軸34在0°和360°范圍內的位置。

通過將所存儲的、轉向軸34的上述轉數(shù)的數(shù)量和轉向軸34在0°和360°范圍內的位置相組合，就可以在轉向角傳感器18內指明并且由該轉向角傳感器18發(fā)出轉向角20。

傳感器元件51、52與還要描述的第三傳感器元件58一起安裝在圖7中示出的用于傳感器系統(tǒng)39的測量傳感元件59中。

為此首先在圖4a中示出的、例如形式為印刷電路板的電路支座60上連接傳感器開關電路61。在此，傳感器開關電路61包括三個前述的傳感器元件，其中第一傳感器元件51保持在分開的、在圖4b中示出的傳感器支座62上。

電路支座60在此包括第一觸孔63，與第一傳感器元件51電連接的觸銷64、所謂的壓配合銷可以被壓入到所述第一觸孔中，以用于將第一傳感器元件51電連接到傳感器開關電路61上。這種壓配合銷例如從de102010006483a1中已知。

電路支座60和傳感器支座62一起容置在圖5a中示出的殼體65中。為此，在傳感器支座62上構造有卡鎖元件66和形狀鎖合元件67，所述卡鎖元件和形狀鎖合元件能相應地插入到殼體65上的卡鎖接納部68和形狀鎖合開口69中。

此外，殼體65具有電插座（steckeraufnahme）70，數(shù)據(jù)傳輸線纜能插入到所述電插座中，使得傳感器數(shù)據(jù)可以從傳感器系統(tǒng)39例如傳輸給調節(jié)器18。電插座70在此與其它機械固定地保持在殼體65上的觸銷71電連接，所述觸銷同樣被稱為壓配合銷。這些其它的觸銷71可以插入到電路支座60上的第二觸孔72中，以用于與該電路支座接觸。

卡鎖接納部68、形狀鎖合接納部69和觸銷71布置在殼體65上的接納室73中，其中可以形狀鎖合地保持電路支座60。所述接納室65此外具有輸出元件開口74，輸出元件54能以還要描述的方式被引導過所述輸出元件開口。附加地，接納室73還具有通量引導元件開口75，稍后對該通量引導元件開口進行詳細探討。

在將電路支座60插入到接納室73中之前，首先將傳感器支座62固定在殼體65上。為此，觸銷64通過卡鎖接納部68被從外部引導到接納室73中，其中所述卡鎖元件66鎖定在卡鎖接納部68中。同時，形狀鎖合元件67插入到形狀鎖合接納部69中，上述情況確保了傳感器支座62在殼體65上的位置正確的取向。然后將電路支座60置入到接納室73中，其中觸銷64、71被壓入到觸孔63、72中以用于使電路支座60電連接到電插座70和第一傳感器元件51上。然而，借助于壓配合銷來獲得的電連接在此僅可示例性地看出并且能任意地例如借助焊接、粘接等來實現(xiàn)。

然后，輸出元件54通過在圖6a中示出的夾緊元件76置入到接納室73中。所述夾緊元件76具有相對于鏡像軸線77軸線對稱地構成的基體78，在該基體中構造了支承區(qū)段79，在該支承區(qū)段中能以可旋轉的方式支承輸出元件54。鏡像軸線77延伸過所述支承區(qū)段79。兩個固定區(qū)段80燕尾狀地從支承區(qū)段79和鏡像軸線77突出，在所述兩個固定區(qū)段的端部上分別構造有一個形狀鎖合底座81和一個形狀鎖合銷82。

為了將輸出元件54能轉動地支承在夾緊元件76上，所述輸出元件54具有能圍繞旋轉軸線83轉動的支承軸84，在其軸向的一端上構造有齒輪85。在支承軸84的與齒輪85對置的軸向端部上構造有軸向軸承86，以便使輸出元件54還能軸向支承在夾緊元件76上。為了使齒輪85不在夾緊元件76上滑動，在齒輪85上還可以構造有軸向的間隔墊片87。

現(xiàn)在為了將輸出元件54置入到殼體65的接納室73中，所述輸出元件54——如在圖6c中示出的那樣——首先用其支承軸84插入到夾緊元件78的支承區(qū)段79中。為了使夾緊元件76保持在接納室73中，在殼體65上構造了在圖5a中示出的底座接納部88，在夾緊元件76上的形狀鎖合底座81能形狀鎖合地置入到所述底座接納部中。在輸出元件54如此置入到接納室73中的狀態(tài)下，齒輪區(qū)段85經(jīng)由輸出元件開口74現(xiàn)在從接納室73突出。

最后，接納室73能利用在圖5b中示出的蓋部89來封閉。所述蓋部89為此具有卡鎖孔眼90，構造在殼體65上的卡鎖凸起91可以鎖定在所述卡鎖孔眼中，以便將蓋部89可靠地保持在殼體65上。此外，蓋部89還具有通量引導元件開口75。

最后，現(xiàn)在將通量引導元件92固定在待制造的測量傳感元件59上，其中一個示例性地在圖6d中示出。通量引導板92具有通量聚集板93和從通量聚集板93突出的通量引導底座94。在此，所述通量引導底座94可以固定在傳感器開關電路61上、例如固定在第三傳感器元件58上。通量引導板92以及第三傳感器元件58用于檢測轉向力矩41，對此隨后還將詳細探討。

在圖7中示出了組裝的測量傳感元件59，為了清楚起見沒有示出蓋部89和傳感器支座62。

為了驅動元件53能基于轉向軸34的旋轉而使輸出元件54轉動，測量傳感元件59與驅動元件53連接。為此，兩個形成夾持元件95的邊腿96在殼體65上突出于輸出元件開口74。所述邊腿在其與殼體65對置的端部上具有加厚部97。所述邊腿96弧形地構成。為了使得測量傳感元件59與驅動元件53連接，弧形地構成的邊腿96——如在圖9a中示出的那樣——圍繞驅動元件53布置，從而所述夾持元件95夾括（einklammert）住驅動元件53。通過這種夾括，所述驅動元件53壓靠到輸出元件54上，從而所述驅動元件53和所述輸出元件54相互嚙合，并且測量傳感元件59在三個點處支承在驅動元件53上。通過所述夾括在驅動元件53和輸出元件54之間出現(xiàn)了彈性夾緊，由于上述情況，所述驅動元件53總是無間隙地壓靠到輸出元件54上，而與外部影響、例如各個構件的熱運動無關。

在本實施方案的范圍內，所述驅動元件53在徑向上圍繞引導板承載元件44來布置。沿軸向在引導板承載元件44之前和之后以下述方式布置具有沿軸向延伸的齒部99的輪緣98：其中一個輪緣98的齒部99沿周緣方向來看接合（greifen）在另一個輪緣98的齒部99之間。在此，所述輪緣98固定在引導板承載元件44上。

為了利用扭轉元件43來檢測轉向力矩41，所述轉向軸34被分成兩個轉向軸區(qū)段34a、34b，這兩個轉向軸區(qū)段通過未示出的扭轉元件43彼此連接。以這種方式，所述引導板承載元件44能通過將轉向力矩41施加到轉向軸34上而相對于編碼器56扭轉。在此所述兩個輪緣98相對于編碼器56轉動，由此所述兩個輪緣98的齒部99相對于編碼器56的極彼此相對運動。如果現(xiàn)在編碼環(huán)56徑向地布置在輪緣98內部且徑向地布置在齒部99之下，并且如果輪緣98與齒部99由能導磁的材料構成，則與輪緣98的齒部99沿著周緣方向彼此間的相對位置相關地且因此與轉向力矩41相關地在輪緣98中聚集磁通。

在此，輪緣98在將測量傳感元件59放置到驅動元件53上時以滑動接觸的方式與通量引導元件92接觸。以這種方式，輪緣98能相對于通量引導元件92旋轉，但是盡管如此仍與所述通量引導元件能導磁地接觸。上述在輪緣98中聚集的磁通現(xiàn)在可以經(jīng)由通量引導底座94被引導至第三傳感器元件58，然后所述第三傳感器元件對與轉向力矩41有關的磁通進行檢測并且可以直接發(fā)出相應的與轉向力矩41有關的信號。

因此在本實施方案中第三傳感器元件58有利地應同樣設計成磁敏的傳感器元件、如霍爾元件。

前述“檢測轉向力矩41”的原理也被稱為動磁技術、縮寫mmt并且例如在de19834322a1中進行了詳細闡述，出于簡略起見省略了這一點。

本實施方案的突出優(yōu)點在于，需要僅僅唯一一個磁編碼器56以用于檢測轉向力矩41，其中所述磁編碼器56同時還可以用于檢測轉向軸34的角位置。

在圖9b中透視地示出了在將測量傳感元件59安置到驅動元件53上之后的整個傳感器系統(tǒng)39。