Es wird ein kombinierter Torque-and-Angle-Sensor vorgestellt, der sich eines optischen Messprinzips bedient. Steuergeräte von elektrischen Servolenkungen benötigen als Eingangssignal das Drehmoment in der Lenkung, zahlreiche andere Systeme im Fahrzeug den Lenkwinkel. Die Lenkungen haben einen Drehstab. Jedes Ende des Drehstabes ist mit einer Stahlscheibe versehen, auf die ein Strichcode aufgebracht wird. Dieser wird von einem Sensormodul beleuchtet. Das reflektierte Licht fällt auf einen optoelektronischen ASIC, der anhand der Abbildung des Codes die Winkelposition der Scheiben errechnen kann. Die Verdrehung der Codescheiben gegeneinander ist proportional zum Drehmoment. Die Codescheiben tragen jeweils 4 Spuren Phasencode mit periodischer Hell-Dunkelverteilung. Der Strichcode wird durch einen Laserprozess aufgebracht, der die Oberflächenstruktur der feingedrehten Scheiben zerstört. Hierdurch ändern sich die optischen Eigenschaften der gelaserten Flächen derartig, dass das einfallende Licht nicht mehr in Richtung des Sensormoduls reflektiert wird. Die optisch sensitive Oberfläche des ASIC besteht aus 8 Zeilen von je ca. 120 Photodioden. Das reflektierte Licht einer Codespur fällt auf eine Zeile von Photodioden. Jede Photodiode lädt 2 Kondensatoren auf. Nach Abschluss der Beleuchtung werden die Spannungen der Kondensatoren aufsummiert. In der weiteren Signalverarbeitung werden Phasenwinkel in einem speziellen Noniusverfahren berechnet. Die Daten werden über eine sensorinterne serielle Schnittstelle an einen Mikrocontroller übertragen, der sie für die Datenübertragung der CAN-Schnittstelle aufbereitet. Der Mikrocontroller enthält Abgleich- und Überwachungsfunktionen. Der Sensor genügt den hohen Anforderungen solcher sicherheitsrelevanten Systeme und erlaubt eine hohe Regelgüte des Lenkungssystems.
Optischer Drehmoment- und Winkelsensor für elektrische Servolenkungen
Optical torque and angle sensor for power steerings
2002
4 Seiten, 5 Bilder, 1 Tabelle
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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