DE102010035754B4

DE102010035754B4 - Steering torque sensor for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102010035754B4
Application number: DE102010035754.5A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Hoog; Christian Schirp; Stefan Schröder
Original assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-28
Filing date: 2010-08-28
Publication date: 2024-06-20
Anticipated expiration: 2030-08-29
Also published as: DE102010035754A1

Abstract

Lenkmomentsensor für ein Kraftfahrzeug,mit einem Gehäusemodul (26), welches zwei gegeneinander verdrehbare Sensorkomponenten aufweist, die die Torsion eines Torsionsstabs (18) erfassen, welcher zwei Wellen der Lenksäule des Kraftfahrzeugs koaxial miteinander verbindet,wobei eine erste Welle als Aufnahmewelle (11) ausgebildet ist, die mit dem Lenkrad (12) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist und eine zweite Welle als Lenkspindel (22) ausbildet ist,wobei das Gehäusemodul (26) an das die Lenkspindel (22) aufnehmende Mantelrohr (23) anfügbar ist, undwobei bereits vor dem Anfügen des Gehäusemoduls (26) an das Mantelrohr (23) beide Wellen (11, 22) an dem Gehäusemodul (26) gelagert sind,dadurch gekennzeichnet,dass die Aufnahmewelle (11) mittels eines Nadellagers (16) drehbar innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Lenkspindel (22) gelagert ist,und dass in die Lenkspindel (22) eine Anschlag- und Lagerhülse (5) drehfest eingesetzt ist, welche das Nadellager (16) haltert und die Drehbewegung der Aufnahmewelle (11) gegen die Lenkspindel (22) begrenzt.Steering torque sensor for a motor vehicle, with a housing module (26) which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar (18) which coaxially connects two shafts of the steering column of the motor vehicle, wherein a first shaft is designed as a receiving shaft (11) which can be connected to the steering wheel (12) of the motor vehicle and a second shaft is designed as a steering spindle (22), wherein the housing module (26) can be attached to the casing tube (23) which receives the steering spindle (22), and wherein both shafts (11, 22) are mounted on the housing module (26) even before the housing module (26) is attached to the casing tube (23), characterized in that the receiving shaft (11) is rotatably mounted within the steering spindle (22) designed as a hollow shaft by means of a needle bearing (16), and in that a stop and bearing sleeve is inserted into the steering spindle (22). (5) is inserted in a rotationally fixed manner, which holds the needle bearing (16) and limits the rotational movement of the receiving shaft (11) against the steering spindle (22).

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkmomentsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäusemodul, welches zwei gegeneinander verdrehbare Sensorkomponenten aufweist, die die Torsion eines Torsionsstabs erfassen, welcher zwei Wellen der Lenksäule des Kraftfahrzeugs koaxial miteinander verbindet.The invention relates to a steering torque sensor for a motor vehicle, with a housing module which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar which coaxially connects two shafts of the steering column of the motor vehicle.

Aus der DE 102 30 347 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen des Lenkwinkels und des Drehmoments bekannt, die das magnetisch messende Hall-SensorPrinzip benutzt. In diesem Zusammenhang wird weiter ein Gehäusemodul offenbart, welches zwei gegeneinander verdrehbare Sensorkomponenten aufweist, die die Torosion eines Torosionsstabes erfassen, wobei diese zwei Wellen der Lenksäule des Kraftfahrzeuges koaxial miteinander verbindet.From the DE 102 30 347 A1 A device for measuring the steering angle and the torque is known which uses the magnetically measuring Hall sensor principle. In this context, a housing module is also disclosed which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar, whereby these two shafts of the steering column of the motor vehicle are coaxially connected to one another.

In der DE 102 22 118 A1 wird ein Drehmomentsensor beschrieben, der eine magnetische Schirmung um einen Encoder, den Stator und die Magnetfeldsensorelemente aufweist. Solch eine Schirmung ist relativ materialaufwändig und somit kostenintensiv. Außerdem werden die Abmessungen des Drehmomentsensors durch eine solche Schirmung erhöht.In the EN 102 22 118 A1 A torque sensor is described that has a magnetic shield around an encoder, the stator and the magnetic field sensor elements. Such a shield is relatively material-intensive and therefore cost-intensive. In addition, the dimensions of the torque sensor are increased by such a shield.

Für den Aufbau von Steer-By-Wire-Fahrzeugen oder anders elektrifizierten Lenksystemen ist es notwendig, dass der Fahrer seinen Fahrtrichtungswunsch in die Querführungssysteme (Lenkung, Spurlageregelung) des Fahrzeugs einprägen kann. Wichtig ist hierfür neben der Messung der Winkelstellung des Lenkrades auch die Erfassung des vom Fahrer ausgeübten Lenkmomentes.When building steer-by-wire vehicles or other electrified steering systems, it is necessary for the driver to be able to impress his desired direction of travel into the vehicle's lateral guidance systems (steering, lane control). In addition to measuring the angle position of the steering wheel, it is also important to record the steering torque exerted by the driver.

Die DE 101 44 143 C1 zeigt diesbezüglich ein Torsionsmodul, bei dem ein Innenring und ein Außenring über Biegespeichen einstückig miteinander verbunden sind. Das Torsionsmodul ist, bis auf separat zu montierende zylinderförmige Anschlagelemente, als ein massives Teil ausgebildet, welches beispielsweise aus Aluminium geschmiedet oder gegossen ist. Damit ist aus der DE 101 44 143 C1 eine Sensoranordnung bekannt, die das Lenkmoment nah am Fahrer, und damit ohne den verfälschenden Einfluss von mechanischen Komponenten wie Lagern oder Kupplungen, erfasst. Diese Ausprägung des Sensors bedarf aber einer Anpassung des Lenkradskeletts an die Form des Torsionsmoduls, was aus Kostengründen zumeist nicht wünschenswert ist.The EN 101 44 143 C1 shows a torsion module in which an inner ring and an outer ring are connected to each other in one piece via bending spokes. The torsion module is designed as a solid part, which is forged or cast from aluminum, for example, except for the cylindrical stop elements that have to be mounted separately. EN 101 44 143 C1 A sensor arrangement is known that records the steering torque close to the driver, and thus without the distorting influence of mechanical components such as bearings or clutches. However, this type of sensor requires the steering wheel skeleton to be adapted to the shape of the torsion module, which is usually not desirable for cost reasons.

Es sind auch Drehmomentsensoren, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 40 049 B4 , bekannt, die die Umformung einer Kraft in einen elektrisch einfach zu messenden Weg oder Winkel über einen lang gestreckten Torsionsstab anstelle eines flachen Torsionsrades realisieren. Nachteilig bei bekannten Torsionsstab-Drehmomentsensoren im Bereich der Lenksäule ist allerdings, dass sie für die Darstellung eines gut messbaren Winkels einen relativ großen Verdrillwinkel zulassen müssen. Dieser große Verdrillwinkel bedeutet aber für den Lenkungsstrang das Einfügen einer relativ weichen Feder, was die Eigenfrequenz des oberen Lenkstranges negativ beeinflusst.There are also torque sensors, for example from the German publication DE 102 40 049 B4 , which convert a force into a path or angle that is easy to measure electrically using an elongated torsion bar instead of a flat torsion wheel. The disadvantage of known torsion bar torque sensors in the area of the steering column is that they have to allow a relatively large twist angle in order to display an angle that can be measured easily. However, this large twist angle means that a relatively soft spring has to be inserted into the steering line, which has a negative effect on the natural frequency of the upper steering line.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 103 48 581 A1 beschreibt einen Lenkmomentsensor, bei dem eine Codescheibe mit einer Eingangswelle und eine weitere Codescheibe mit einer Ritzelwelle verbunden ist. Die Eingangs- und die Ritzelwelle sind Bestandteile der Kraftfahrzeug-Lenksäule und durch einen Torsionsstab miteinander verbunden, der innerhalb der als Hohlwelle ausgeführten Eingangswelle angeordnet ist. Die beiden Codescheiben gehören zu einem Gehäusemodul, welches vollständig vormontiert mit den beiden Wellen verbindbar ist. Aus der Verdrehung der Codescheiben gegeneinander kann die Torsion des Torsionsstab und damit das auf die Lenksäule wirkende Drehmoment ermittelt werden. Hierbei ist ungünstig, dass die Wellen, mit denen das Gehäusemodul verbunden wird, zur so genannten unteren Lenksäule gehören, die im Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch ist das Gehäusemodul ungünstigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt und muss entsprechend robust ausgebildet sein, was den Herstellungsaufwand vergrößert. Nachteilig ist auch, dass die im Gehäusemodul vorzusehende Sensorelektronik weitab von anderen elektronischen Komponenten angeordnet ist, wodurch die elektrische Anbindung der Sensorelektronik aufwendig ist. Nachteilig ist auch, dass sich die Sensorelektronik an diesem Anbauort in der Regel nicht mit Elektronikkomponenten anderer Fahrzeugfunktionen zusammenfassen lässt, so dass sich keine Kosteneinsparung durch einen integrativen Aufbau erreichen lässt.The German disclosure document DE 103 48 581 A1 describes a steering torque sensor in which a code disk is connected to an input shaft and another code disk is connected to a pinion shaft. The input and pinion shafts are components of the motor vehicle steering column and are connected to one another by a torsion bar that is arranged inside the input shaft, which is designed as a hollow shaft. The two code disks belong to a housing module that is fully pre-assembled and can be connected to the two shafts. The torsion of the torsion bar and thus the torque acting on the steering column can be determined from the rotation of the code disks against one another. It is disadvantageous that the shafts to which the housing module is connected belong to the so-called lower steering column, which is arranged in the engine compartment of the motor vehicle. This means that the housing module is exposed to unfavorable environmental conditions and must be designed to be correspondingly robust, which increases the manufacturing effort. Another disadvantage is that the sensor electronics to be provided in the housing module are arranged far away from other electronic components, which makes the electrical connection of the sensor electronics complex. Another disadvantage is that the sensor electronics at this installation location cannot usually be combined with electronic components of other vehicle functions, so that no cost savings can be achieved through an integrated design.

Weitere Vorrichtungen zur Messung des Lenkwinkels, die auf magnetischem Wege arbeiten, sind im Übrigen aus der US 6 520 274B1 , der DE 698 06012 T2 , der DE 10 2007 059 364 A1 sowie der JP 2002-228 529 A bekannt.Other devices for measuring the steering angle, which work by magnetic means, are also known from the US 6 520 274B1 , the DE 698 06012 T2 , the EN 10 2007 059 364 A1 and the JP 2002-228 529 A known.

Es stellte sich die Aufgabe einen gattungsgemäßen Lenkmomentsensor für ein Kraftfahrzeug so auszugestalten, dass er besonders einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar ist, und sich durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet.The task was to design a generic steering torque sensor for a motor vehicle in such a way that it can be manufactured and installed particularly easily and inexpensively, and is characterized by a small space requirement.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1, sowie durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 3 und 6 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1, as well as by the characterizing features of the independent claims 3 and 6.

Erfindungsgemäß sind sämtliche Bestandteile des Lenkmomentsensors, inklusive des Torsionsstabs und der mit dem Torsionsstab verbundenen beiden Wellen, noch vor der Endmontage in einem Kraftfahrzeug vollständig in bzw. am Gehäusemodul vormontiert. Der Montageaufwand zum Einbau des vormontierten Lenkmomentsensors in das Kraftfahrzeug kann dadurch sehr gering gehalten werden. Außerdem ist der Lenkmomentsensor noch vor dem Einbau vollständig auf Funktionsfähigkeit prüfbar.According to the invention, all components of the steering torque sensor, including the torsion bar and the two shafts connected to the torsion bar, are fully pre-assembled in or on the housing module before final assembly in a motor vehicle. The assembly effort for installing the pre-assembled steering torque sensor in the motor vehicle can therefore be kept very low. In addition, the steering torque sensor can be fully tested for functionality before installation.

Bereits bei der Vormontage des Lenkwinkelsensors können mechanische und elektronische Sensorkomponenten fest miteinander verbunden und dabei mit hoher Genauigkeit relativ zueinander einjustiert werden. Hierdurch wird eine besonders präzise messende Sensorik geschaffen, die auch kleine Verdrillwinkel des Torsionsstabs mit hoher Genauigkeit auflösen kann. Dies ermöglicht wiederum, einen besonders kurzen und drehsteifen Torsionsstab vorzusehen, der zusätzlich zu einem kompakten Aufbau des Lenkmomentsensors beiträgt und zudem eine besonders spielarme Betätigungshaptik ermöglicht.During the pre-assembly of the steering angle sensor, mechanical and electronic sensor components can be firmly connected to one another and adjusted relative to one another with high precision. This creates a particularly precise sensor system that can resolve even small twist angles of the torsion bar with high accuracy. This in turn makes it possible to provide a particularly short and torsionally rigid torsion bar, which also contributes to a compact design of the steering torque sensor and also enables an actuation feel with particularly little play.

Besonders vorteilhaft ist es, im bzw. am Gehäusemodul weitere elektronische und elektromechanische Funktionskomponenten vorzusehen, die nicht unmittelbar zum Lenkmomentsensor gehören, wie zum Beispiel einen Lenkwinkelsensor und/oder diverse Lenkstockschaltermodule. Durch eine hohe Integrationsdichte kann so eine besonders kleinbauender und kostengünstiger Aufbau erreicht werden und der Aufwand beim Einbau in das Kraftfahrzeug weiter minimiert werden.It is particularly advantageous to provide additional electronic and electromechanical functional components in or on the housing module that are not directly related to the steering torque sensor, such as a steering angle sensor and/or various steering column switch modules. A high level of integration enables a particularly compact and cost-effective design to be achieved and the effort required for installation in the vehicle to be further minimized.

Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Aufnahmewelle zur Anbindung eines Lenkrads die an einer Lenkwelle üblichen Verbindungsmittel, wie etwa eine Vielzahn- oder Sechskanthülse oder einen Vielzahn- oder Sechskantstift ausbildet oder aufweist. Hierdurch ist das Lenkrad an die Aufnahmewelle anfügbar, ohne dass konstruktive Änderungen am Lenkradskelett erforderlich werden.It is also advantageous if the mounting shaft for connecting a steering wheel has or comprises the usual connecting means on a steering shaft, such as a multi-tooth or hexagon sleeve or a multi-tooth or hexagon pin. This allows the steering wheel to be attached to the mounting shaft without any structural changes to the steering wheel skeleton being necessary.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lenkmomentsensors gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor. Es zeigen

1 das vormontierte Gehäusemodul eines erfindungsgemäßen Lenkmomentsensors und Komponenten eines Kraftfahrzeugs,
2 das mit den Komponenten des Kraftfahrzeugs verbundene Gehäusemodul,
3 eine Schnittsicht des Gehäusemoduls des Lenkmomentsensors und von Komponenten eines Kraftfahrzeuges.

Further advantageous embodiments and developments of the steering torque sensor according to the invention emerge from the dependent claims and the following description of an embodiment of the invention. They show

1 the pre-assembled housing module of a steering torque sensor according to the invention and components of a motor vehicle,
2 the housing module connected to the components of the motor vehicle,
3 a sectional view of the housing module of the steering torque sensor and components of a motor vehicle.

Die 1 zeigt ein Gehäusemodul 26 vor dem Einbau in ein Kraftfahrzeug. In das Gehäusemodul 26 des Lenkmomentsensors zusätzlich integriert sind zwei Lenkstockschaltermodule 6 mit zugehörigen Lenkstockschalterhebeln 27. Erkennbar ist außerdem eine Wickelfederkassette 10 zur Anbindung von elektrischen Komponenten, wie beispielsweise eines Airbags, die im Lenkrad 12 angeordnet sind. Am Gehäusemodul 26 drehbar gelagert ist eine Lenkspindel 22.The 1 shows a housing module 26 before installation in a motor vehicle. Two steering column switch modules 6 with associated steering column switch levers 27 are also integrated into the housing module 26 of the steering torque sensor. A coil spring cassette 10 can also be seen for connecting electrical components, such as an airbag, which are arranged in the steering wheel 12. A steering spindle 22 is rotatably mounted on the housing module 26.

Die Montage des vormontierten Gehäusemoduls 26 im Kraftfahrzeug erfolgt durch Einschieben der Lenkspindel 22 in ein Mantelrohr 23, welches über ein Außenrohr 24 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die in das Mantelrohr 23 eingeschobene Lenkspindel 22 fixiert ein Sicherungsbügel 3, der tangential in Durchbrüche 25 eines ringförmigen Lagerträgers 1 am Mantelrohr 23 eingesetzt wird.The pre-assembled housing module 26 is installed in the motor vehicle by inserting the steering spindle 22 into a casing tube 23, which is connected to the body of the motor vehicle via an outer tube 24. The steering spindle 22 inserted into the casing tube 23 is fixed by a securing bracket 3, which is inserted tangentially into openings 25 of an annular bearing carrier 1 on the casing tube 23.

Das Gehäusemodul 26 kommt dabei an einem Modulträger 4 zur Anlage, welcher am Mantelrohr 23 derart befestigt ist, dass sich seine Hauptfläche senkrecht zur Achse des Mantelrohr 23 erstreckt. Das Gehäusemodul 26 kann durch hier nicht dargestellte lösbare Verbindungselemente, vorzugsweise durch Schrauben, mit dem Modulträger 4 verbunden werden, so dass das Gehäusemodul 26 sicher befestigt und dennoch bedarfsweise leicht demontierbar ist.The housing module 26 is attached to a module carrier 4, which is attached to the casing tube 23 in such a way that its main surface extends perpendicular to the axis of the casing tube 23. The housing module 26 can be connected to the module carrier 4 by detachable connecting elements (not shown here), preferably by screws, so that the housing module 26 is securely attached and yet can be easily removed if necessary.

Nach Anbindung der Lenkspindel 22 an die motorraumseitigen Komponenten der Lenksäule (hier nicht dargestellt) und dem Anfügen und Verschrauben des Lenkrads 12 mit einer Aufnahmewelle 11, die in der 3 als Einzelteil dargestellt ist, ist der in der 2 dargestellte Montagezustand hergestellt und der Einbau des Gehäusemoduls 26 mit dem Lenkmomentsensor in das Kraftfahrzeug abgeschlossen.After connecting the steering spindle 22 to the engine compartment side components of the steering column (not shown here) and attaching and screwing the steering wheel 12 to a support shaft 11, which is in the 3 shown as a single part, the 2 The assembly state shown is created and the installation of the housing module 26 with the steering torque sensor in the motor vehicle is completed.

3 zeigt Details des Lenkmomentsensors in einer Schnittansicht. Das Gehäusemodul 26 ist mit dem Modulträger 4 verschraubt, der seinerseits an dem Mantelrohr 23 befestigt ist. Das Mantelrohr 23 endet im Bereich des Modulträgers 4. Dazwischen befindet sich ein Lagerträger 1 mit einem Lenkspindellager 2, das außer der radialen Führung der Lenkspindel 22 auch deren axiale Fixierung im Mantelrohr 23 darstellt, d. h. die Lenkspindel 22 leitet alle axial und radial auf sie wirkenden Kräfte über das Lenkspindellager 2 und den Lagerträger 1 in das Mantelrohr 23 ein. 3 shows details of the steering torque sensor in a sectional view. The housing module 26 is screwed to the module carrier 4, which in turn is attached to the casing tube 23. The casing tube 23 ends in the area of the module carrier 4. In between there is a bearing carrier 1 with a steering spindle bearing 2, which, in addition to the radial guidance of the steering spindle 22, also represents its axial fixation in the casing tube 23, ie the steering spindle 22 transmits all axial and radial forces acting on it via the steering spindle bearing 2 and the bearing carrier 1 into the casing tube 23.

Der Modulträger 4 besitzt zwei tangential durch den Lagerträger 1 und das Mantelrohr 23 verlaufende Durchbrüche 25, die es ermöglichen, einen Sicherungsbügel 3 einzustecken bzw. zu entfernen. Diese Durchbrüche 25 sind so angeordnet, dass sich das Lenkspindellager 2 mit dem eingeschobenen Sicherungsbügel 3 im Lagerträger 1 fixieren lässt. Entfernt man die Verschraubung des Gehäusemoduls 26 am Modulträger 4 und den Sicherungsbügel 3, so kann die gesamte Baugruppe bestehend aus der Lenkspindel 22 mit Lenkmomentsensor und dem Gehäusemodul 26 nach oben hin aus dem Mantelrohr 23 herausgenommen werden. Bei eingestecktem Sicherungsbügel 3 ist die Lenkspindel 22 gegen ungewolltes Herausziehen bei einer Längsverstellung des Lenkrades 12 gesichert. Von der Lenkspindel 22 werden die Kräfte in Gegenrichtung, z. B. bei einem Unfall, über einen Sicherungsring 19, welcher die Lenkspindel 22 bei Druckbelastungen des Lenkrads 12 axial fixiert, und das Lenkspindellager 2 in das Mantelrohr 23 eingeleitet.The module carrier 4 has two openings 25 running tangentially through the bearing carrier 1 and the casing tube 23, which make it possible to insert or remove a securing bracket 3. These openings 25 are arranged in such a way that the steering spindle bearing 2 can be fixed in the bearing carrier 1 with the inserted securing bracket 3. If the screw connection of the housing module 26 on the module carrier 4 and the securing bracket 3 are removed, the entire assembly consisting of the steering spindle 22 with steering torque sensor and the housing module 26 can be taken out of the casing tube 23 upwards. When the securing bracket 3 is inserted, the steering spindle 22 is secured against accidental withdrawal when the steering wheel 12 is adjusted longitudinally. The forces in the opposite direction, e.g. B. in the event of an accident, via a locking ring 19, which axially fixes the steering spindle 22 when the steering wheel 12 is subjected to compressive loads, and the steering spindle bearing 2 in the casing tube 23.

Die kraftumformende Komponente des Systems ist der koaxial in die Lenksäule integrierte Torsionsstab 18, dessen unteres Ende hier durch einen Querstift 21 und eine Buchse 20 fest mit der als Hohlwelle ausgeführten Lenkspindel 22 verbunden ist. Bei sehr kurzen Torsionsstäben 18, die aufgrund des beschränkten Bauraums zu bevorzugen sind, aber empfindlicher auf radial angreifende Kräfte reagieren, müssen diese in diesem Bereich entweder kardanisch oder über einen ballig geformten Sechskant an die Lenkspindel 22 angebunden werden. Die radialen Kräfte entstehen über die Hebelverhältnisse aus einer axialen Belastung des Lenkrades 12.The force-converting component of the system is the torsion bar 18, which is coaxially integrated into the steering column and whose lower end is firmly connected to the steering spindle 22, which is designed as a hollow shaft, by a cross pin 21 and a bushing 20. In the case of very short torsion bars 18, which are preferable due to the limited installation space but are more sensitive to radial forces, they must be connected to the steering spindle 22 in this area either via a cardan or via a spherical hexagon. The radial forces arise via the lever ratios from an axial load on the steering wheel 12.

Das obere Ende des Torsionsstabes 18 ist über eine am Torsionsstab 18 angebrachte oder angeformte Aufnahmewelle 11 innerhalb der hohlen Lenkspindel 22 in einem Nadellager 16 gelagert. Weiterhin ist lenkradseitig an die Aufnahmewelle 11 eine hier als Einzelheit erkennbare Struktur angeformt bzw. angebracht, die eine der bekannten mechanischen Schnittstellen zum Lenkrad 12, also eine Hülse oder einen Stift in Vielzahn- oder Sechskantform, sowie ein Innengewinde zur Verschraubung mit dem Lenkrad 12 zur Verfügung stellt.The upper end of the torsion bar 18 is mounted in a needle bearing 16 within the hollow steering spindle 22 via a receiving shaft 11 attached or molded onto the torsion bar 18. Furthermore, a structure, visible here as a detail, is molded or attached to the receiving shaft 11 on the steering wheel side, which provides one of the known mechanical interfaces to the steering wheel 12, i.e. a sleeve or a pin in multi-tooth or hexagonal form, as well as an internal thread for screwing to the steering wheel 12.

An die Aufnahmewelle 11 ist weiterhin ein Ausleger 14 angebracht, der an seinem äußeren Ende einen Weg- oder Winkelsensor 8 trägt. Dem Sensor 8 gegenüber steht ein Gebersystem z. B. mit einem Gebermagnet 9, das seinerseits an einem weiteren Ausleger 15 befestigt ist, der mit der Lenkspindel 22 bzw. einer Anschlag- und Lagerhülse 5 mechanisch verbunden ist. Die Verbindungen der beiden Ausleger 14, 15 zum Torsionsstab 18 bzw. der Lenkspindel 22 sind vorzugsweise als nicht lösbare Verbindungen ausgeführt, da hierdurch die Positionierungen von Sensoren 8 und Gebermagneten 9 zueinander dauerhaft sehr präzise eingehalten werden können. An den beiden Auslegern 14, 15 sind hier nicht im Detail dargestellte Notlaufstrukturen angebracht, die die Berührungen der beiden Ausleger 14, 15 im Falle einer radial wirkenden Überlast geregelt ableiten.A boom 14 is also attached to the receiving shaft 11, which has a position or angle sensor 8 at its outer end. Opposite the sensor 8 is a sensor system, e.g. with a sensor magnet 9, which in turn is attached to another boom 15, which is mechanically connected to the steering spindle 22 or a stop and bearing sleeve 5. The connections of the two booms 14, 15 to the torsion bar 18 or the steering spindle 22 are preferably designed as non-detachable connections, since this allows the positioning of sensors 8 and sensor magnets 9 to be maintained very precisely over the long term. Emergency running structures (not shown in detail here) are attached to the two booms 14, 15, which divert the contact of the two booms 14, 15 in a controlled manner in the event of a radial overload.

Die hier dargestellten Positionierungen von Gebermagnet 9 und Sensor 8 sind gegeneinander austauschbar; d. h. der Gebermagnet 9 kann auf dem dem Torsionsstab 18 zugeordneten Ausleger und der Sensor 8 auf dem der Lenkspindel 22 zugeordnetem Ausleger angebracht werden. Die Ausleger 14, 15 erfüllen die Funktion, den Torsionswinkel in eine auf dem Umfang der Ausleger 14, 15 größere und damit besser messbare Bewegung zu übersetzen. Um dem System eine Redundanz zu geben und rein tangential wirkende Störeinflüsse zu kompensieren können, wie hier dargestellt, die Ausleger 14, 15 mit den zugehörigen Sensorkomponenten gespiegelt auf der gegenüberliegenden Seite der Lenkspindel 22 dupliziert sein.The positions of the encoder magnet 9 and sensor 8 shown here are interchangeable; i.e. the encoder magnet 9 can be attached to the boom associated with the torsion bar 18 and the sensor 8 to the boom associated with the steering spindle 22. The booms 14, 15 fulfill the function of translating the torsion angle into a movement that is larger and therefore easier to measure on the circumference of the booms 14, 15. In order to give the system redundancy and to compensate for purely tangential interference, the booms 14, 15 with the associated sensor components can be duplicated in a mirrored manner on the opposite side of the steering spindle 22, as shown here.

Um den Torsionswinkel des Torsionsstabes 18 bei einer Überlast zu begrenzen, ist an der Aufnahmewelle 11, unterhalb der Schnittstelle zum Lenkrad 12, eine Verzahnung angeformt, die in eine etwas größere Verzahnung in der Anschlag- und Lagerhülse 5 eingreift, die am oberen Ende der Lenkspindel 22 angebracht ist. Das untere Ende der hohlen Lenkspindel 22 ist so geformt (z. B. innen- oder außenverzahnt), dass die für die Längsverstellung der Lenkradposition übliche axial verschiebbare Kupplung realisiert werden kann.In order to limit the torsion angle of the torsion bar 18 in the event of an overload, a toothing is formed on the receiving shaft 11, below the interface with the steering wheel 12, which engages with a slightly larger toothing in the stop and bearing sleeve 5, which is attached to the upper end of the steering spindle 22. The lower end of the hollow steering spindle 22 is shaped (e.g. internally or externally toothed) in such a way that the axially displaceable coupling usual for the longitudinal adjustment of the steering wheel position can be realized.

In Richtung des Lenkrads 12 werden beide Ausleger 14, 15 von der Wickelfederkassette 10 abgedeckt, die das Lenkrad 12 und den Sensor 8 elektrisch mit dem feststehenden Teil der Fahrzeugkarosserie verbindet. An das Gehäuse der Wickelfederkassette 10 ist auch ein Gehäuse für die beiden Ausleger 14, 15, Gebermagnet 9 und Sensor 8 sowie die Sensorelektronik 7 angeformt. Die rotorseitige Kontaktierung der Wickelfederkassette 10 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass die Sensorelektronik 7 direkt elektrisch mit der Kontaktierungseinheit 13 verbunden werden kann.In the direction of the steering wheel 12, both arms 14, 15 are covered by the clock spring cassette 10, which electrically connects the steering wheel 12 and the sensor 8 to the fixed part of the vehicle body. A housing for the two arms 14, 15, encoder magnet 9 and sensor 8 as well as the sensor electronics 7 is also formed on the housing of the clock spring cassette 10. The rotor-side contact of the clock spring cassette 10 is advantageously designed so that the sensor electronics 7 can be directly electrically connected to the contact unit 13.

Unterhalb der Ausleger 14, 15 beinhaltet das Gehäusemodul 26 verschiedene weitere, auf grundsätzlich bekannte Weise ausgestaltete Komponenten, wie zum Beispiel mehrere Lenkstockschaltermodule 6 und einen Lenkwinkelsensor 17.Below the arms 14, 15, the housing module 26 contains various other components designed in a basically known manner, such as several steering column switch modules 6 and a steering angle sensor 17.

BezugszeichenReference symbols

11: LagerträgerBearing carrier
22: LenkspindellagerSteering spindle bearing
33: Sicherungsbügelsafety catch
44: ModulträgerModule carrier
55: Anschlag- und LagerhülseStop and bearing sleeve
66: LenkstockschaltermoduleSteering column switch modules
77: SensorelektronikSensor electronics
88th: (Weg- oder Winkel)Sensor(Displacement or angle) sensor
99: Gebermagnet (Gebersystem)Encoder magnet (encoder system)
1010: WickelfederkassetteClock spring cassette
1111: AufnahmewelleRecording shaft
1212: Lenkradsteering wheel
1313: KontaktierungseinheitContacting unit
1414: Auslegerboom
1515: (weiterer) Ausleger(further) boom
1616: NadellagerNeedle bearing
1717: LenkwinkelsensorSteering angle sensor
1818: TorsionsstabTorsion bar
1919: SicherungsringRetaining ring
2020: BuchseRifle
2121: QuerstiftCross pin
2222: LenkspindelSteering spindle
2323: MantelrohrJacket pipe
2424: AußenrohrOuter tube
2525: DurchbrücheBreakthroughs
2626: GehäusemodulHousing module
2727: LenkstockschalterhebelSteering column switch lever

Claims

Steering torque sensor for a motor vehicle, with a housing module (26) which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar (18) which coaxially connects two shafts of the steering column of the motor vehicle, wherein a first shaft is designed as a receiving shaft (11) which can be connected to the steering wheel (12) of the motor vehicle and a second shaft is designed as a steering spindle (22), wherein the housing module (26) can be attached to the casing tube (23) which receives the steering spindle (22), and wherein both shafts (11, 22) are mounted on the housing module (26) even before the housing module (26) is attached to the casing tube (23), characterized in that the receiving shaft (11) is rotatably mounted within the steering spindle (22) designed as a hollow shaft by means of a needle bearing (16), and that a stop and bearing sleeve (5) is rotatably mounted in the steering spindle (22) in a rotationally fixed manner. which holds the needle bearing (16) and limits the rotational movement of the receiving shaft (11) against the steering spindle (22).

Steering torque sensor after Claim 1 , characterized in that the receiving shaft (11) forms or has a multi-tooth or hexagon sleeve or a multi-tooth or hexagon pin for connecting a steering wheel (12).

Steering torque sensor for a motor vehicle, with a housing module (26) which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar (18) which coaxially connects two shafts of the steering column of the motor vehicle, wherein a first shaft is designed as a receiving shaft (11) which can be connected to the steering wheel (12) of the motor vehicle and a second shaft is designed as a steering spindle (22), wherein the housing module (26) can be attached to the casing tube (23) which receives the steering spindle (22), and wherein both shafts (11, 22) are mounted on the housing module (26) even before the housing module (26) is attached to the casing tube (23), characterized in that the receiving shaft (11) is connected to a boom (14) which carries a displacement or angle sensor (8), that a sensor system (9) is arranged opposite the displacement or angle sensor (8), that the sensor system (9) is arranged on a further boom (15) connected to the steering spindle (22), and that the booms (14, 15) have emergency running structures which divert mutual contact between the two booms (14, 15) in a controlled manner in the event of a radially acting overload.

Steering torque sensor after Claim 3 , characterized in that the connections of the two arms (14, 15) to the receiving shaft (11) and to the steering spindle (22) are designed as non-detachable connections.

Steering torque sensor after Claim 3 , characterized in that the positions of the encoder system (9) and sensor (8) are interchangeable.

Steering torque sensor for a motor vehicle, with a housing module (26) which has two sensor components which can be rotated relative to one another and which detect the torsion of a torsion bar (18) which coaxially connects two shafts of the steering column of the motor vehicle, wherein a first shaft is designed as a receiving shaft (11) which is connected to the steering wheel (12) of the motor vehicle. zeug is connectable and a second shaft is designed as a steering spindle (22), wherein the housing module (26) is attachable to the casing tube (23) receiving the steering spindle (22), and wherein even before the housing module (26) is attached to the casing tube (23), both shafts (11, 22) are mounted on the housing module (26), characterized in that the housing module (26) is attachable to a module carrier (4) arranged on the casing tube (23), and can be fixed to the casing tube (23) by means of a securing bracket (3) engaging in openings (25) in the casing tube (23).

Steering torque sensor after Claim 6 , characterized in that the housing module (26) can be fastened to the module carrier (4) by means of a detachable connection.

Steering torque sensor after Claim 7 , characterized in that the housing module (26) can be fastened to the module carrier (4) by means of a screw connection.