WO2020224712A1

WO2020224712A1 - Anordnung zum messen eines auf eine lenkwelle eines kraftfahrzeuges wirkenden momentes und verfahren zum prüfen der anordnung

Info

Publication number: WO2020224712A1
Application number: PCT/DE2020/100351
Authority: WO
Inventors: Stephan Neuschaefer-Rube; Thomas Lindenmayr; Bernd Wittmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: DE102019112155A1; CN113498477B; US20220214239A1; US12025520B2; CN113498477A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle (01) eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes (Mt). Das Messen erfolgt unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Die Lenkwelle (01) weist eine Achse (03) und mindestens zwei sich umfänglich um die Achse (03) herum erstreckende Magnetisierungsbereiche (04) auf. Die Anordnung umfasst mindestens vier Magnetfeldsensoren (06) zum Messen einer axialen Komponente eines durch die Magnetisierung sowie durch das Moment (Mt) bewirkten Magnetfeldes. Es gibt mindestens zwei Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren (06), die jeweils zur Messung des Momentes (Mt) hinreichend sind. In einem Schritt des Verfahrens wird ein erster Messwert des Momentes (Mt) mit einer ersten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren (06) bestimmt. Weiterhin wird ein zweiter Messwert des Momentes (Mt) mit einer zweiten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren (06) bestimmt. Erfindungsgemäß werden der erste Messwert und der zweite Messwert verglichen, wodurch eine Fehlfunktion der Anordnung erkannt werden kann. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle (01) eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes (Mt).

Description

Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes und Verfahren zum Prüfen der Anordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Prüfen einer Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes. Die Lenkwelle weist eine Achse auf, in welcher sie sich erstreckt und um welche sie rotieren kann. Das Messen des Momentes erfolgt unter Nutzung des

invers-magnetostriktiven Effektes. Die Lenkwelle weist mindestens zwei sich umfänglich um die Achse herum erstreckende Magnetisierungsbereiche auf, welche einen Primärsensor für die Messung bilden. Die Anordnung umfasst mindestens vier Magnetfeldsensoren als Sekundärsensoren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt das Erkennen einer Fehlfunktion der Anordnung. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes.

Die US 6,758,105 B2 zeigt eine magnetoelastische Drehmomentsensoranordnung zum Erfassen einer Torsionslast einer Welle; beispielsweise einer

Kraftfahrzeuglenksäule. Die Drehmomentsensoranordnung umfasst einen geformten Kunststoffkörper, der einen axialen Kanal definiert und eine axiale Öffnung aufweist. Die Drehmomentsensoranordnung umfasst zudem einen U-förmigen Leiterrahmen, der in den Kunststoffform körper eingebettet ist und Seitenabschnitte aufweist, die sich innerhalb der Seitenabschnitte des Kunststoffform körpers um den Kanal erstrecken. Magnetflusssensoren sind in die Seitenteile des Kunststoffform körpers eingebettet und mit dem Leiterrahmen verbunden. Zur Verwendung wird die Welle radial durch die axiale Öffnung in dem geformten Kunststoffkörper aufgenommen und koaxial innerhalb des Kanals positioniert. Die Magnetflusssensoren sind in einer

vorbestimmten und festen Anordnung um die Welle herum positioniert. Das

Sensorarray umfasst vorzugsweise Sensoren, die in einer die Achse umfassenden Ebene angeordnet sind; entweder diametral gegenüberliegend oder axial

beabstandet.

Die US 8,672,086 B2 lehrt eine Lenkvorrichtung, welche eine drehbare Lenkwelle mit einer Außenseite, einem Eingangsende zum Verbinden eines Lenkelements und einem Ausgangsende zum Verbinden mit mindestens einem lenkbaren Rad eines Fahrzeuges umfasst. Ein Elektromotor dient zum Antrieb der Lenkwelle. Die

Lenkwelle ist magnetisiert und dient zudem als Drehmomentsensor. Mindestens ein Magnetfeldsensor grenzt an die Außenseite der Lenkwelle an. Die Lenkwelle und der mindestens eine Magnetfeldsensor bilden einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines durch das manuell bedienbare Lenkelement auf die Lenkwelle aufgebrachten Drehmomentes.

Die US 8,650,969 B2, die US 9,630,648 B2 und US 8,584,533 B2 zeigen

magnetostriktive Drehmomentsensoren, welche darauf beruhen, dass sich die

Permeabilität des Materials einer Welle oder dergleichen infolge von Torsion ändert.

Die US 8,020,454 B2 und die US 9,114,833 B2 zeigen Drehmomentsensoren, u. a. für eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, welche einen magnetischen Polring mit abwechselnden magnetischen Polen umfassen.

Die US 8,943,879 B2 und die US 8,776,619 B2 lehren Drehmomentsensoren, u. a. für eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, welche magnetische Zahnstrukturen nutzen.

Aus der US 9,296,415 B2 ist eine elektronisch betreibbare Kraftfahrzeuglenksäule bekannt, welche einen Drehmomentsensor für die Lenkwelle umfasst.

Die US 8,893,562 B2 zeigt ein Verfahren zum Erkennen eines magnetischen

Rauschens bei einem magnetoelastischen Drehmomentsensor. Der

Drehmomentsensor umfasst einen Drehmomentwandler mit gegensätzlich

polarisierten Magnetisierungen und mehrere Magnetfeldsensoren, zwischen denen umgeschaltet werden kann.

Die US 8,578,794 B2 lehrt einen magnetoelastischen Drehmomentsensor mit einem sich longitudinal erstreckenden Element und mit mehreren magnetoelastisch aktiven Regionen sowie mit primären und sekundären Magnetfeldsensoren, die axial beabstandet sind. Aus der US 8,087,304 B2 ist ein magnetoelastischer Drehmomentsensor bekannt, welcher ein sich longitudinal erstreckendes Element mit mehreren magnetoelastisch aktiven Regionen umfasst. Der Drehmomentsensor umfasst primäre und sekundäre Magnetfeldsensoren, die als Wheatstonesche Brücke geschaltet sind.

Die US 2004/0154412 A1 zeigt einen Sensor zum Messen divergierender

Magnetfelder, welche aus einer magnetoelastischen Welle austreten. Die Welle weist zwei Magnetisierungsbereiche auf, denen jeweils zwei Spulen zum Messen der Magnetfelder zugeordnet sind.

Die US 2014/0360285 A1 lehrt einen magnetoelastischen Drehmomentsensor, mit welchem ein auf eine Hohlwelle wirkendes Drehmoment messbar ist. Die Hohlwelle weist drei umfänglich magnetisierte Magnetisierungsbereiche mit abwechselnden Polaritäten auf. Gegenüber den Magnetisierungsbereichen sind vier sekundäre Magnetfeldsensoren angeordnet.

Aus der US 9,151 ,686 B2 ist ein magnetoelastischer Drehmomentsensor bekannt, welcher ein reduziertes Signalrauschen aufweisen soll. Der Drehmomentsensor umfasst eine Hohlwelle mit drei umfänglich magnetisierten Magnetisierungsbereichen, welche abwechselnde Polaritäten aufweisen. Gegenüber den

Magnetisierungsbereichen sind bis zu acht Magnetfeldsensoren angeordnet.

Die DE 10 2015 209 286 A1 zeigt eine Anordnung und ein Verfahren zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Das Maschinenelement weist mindestens einen Magnetisierungsbereich für eine Magnetisierung auf. Mindestens zwei beabstandete Magnetfeldsensoren werden zum Messen eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes genutzt.

Verfahrensgemäß werden die Messsignale der Magnetfeldsensoren einzeln

verarbeitet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, Fehlfunktionen bei einer auf dem invers-magnetostriktiven Effekt beruhenden Messung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes besser erkennen zu können, um beispielsweise höheren Anforderungen auf dem Gebiet der funktionalen Sicherheit gerecht werden zu können.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Prüfen einer Anordnung, welche zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes ausgebildet ist. Die Lenkwelle wird auch als Lenksäule bezeichnet und bildet einen Bestandteil der Lenkung des Kraftfahrzeuges. Die Lenkwelle dient zur Übertragung eines Momentes vom Lenkrad und ggf. auch zum Lenkrad. Die Lenkwelle weist eine Achse auf, in welcher sie sich erstreckt. Die Achse bildet auch eine Rotationsachse der Lenkwelle. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine korrekte Funktion der Anordnung überwacht und es kann eine Fehlfunktion der Anordnung erkannt werden.

Das Moment wirkt auf die Lenkwelle der Anordnung, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich die Lenkwelle zumeist geringfügig verformt. Die nachfolgend angegebenen Richtungen, nämlich die axiale Richtung, die radiale Richtung und die tangentiale bzw. umfängliche Richtung sind auf die genannte Achse der Lenkwelle bezogen.

Die Anordnung ist bevorzugt zum Messen eines Momentes ausgebildet, welches in der Achse liegt, sodass es sich um ein Torsionsmoment handelt, durch welches die Lenkwelle belastet ist. Der Vektor des Momentes liegt in der Achse. Bei dem Moment handelt es sich bevorzugt um ein Lenkmoment. Die Anordnung dient bevorzugt zum Messen des Lenkmomentes. Die Anordnung bildet bevorzugt eine Komponente einer elektromechanischen Servolenkung. Die elektromechanische Servolenkung umfasst zudem einen elektromechanischen Antrieb und eine elektronische Steuereinheit, welche elektrisch mit der Anordnung zum Messen des Lenkmomentes verbunden ist. Ausgehend von einem mit der Anordnung gemessenen Messwert des Lenkmomentes wird der elektromechanische Antrieb der elektromechanischen Servolenkung gesteuert.

Die Lenkwelle weist mindestens zwei sich umfänglich um die Achse herum

erstreckende Magnetisierungsbereiche für jeweils eine in der Lenkwelle ausgebildete Magnetisierung auf. Es handelt sich somit um mindestens zwei die Achse umlaufende Magnetisierungsbereiche, d. h. um zirkulare Magnetisierungsbereiche, wobei die Achse selbst bevorzugt nicht einen Teil der Magnetisierungsbereiche bildet. Die Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt ausschließlich eine tangentiale

Ausrichtung in Bezug auf eine sich um die Achse herum erstreckende Oberfläche der Lenkwelle auf. Die Magnetisierungsbereiche erstrecken sich bevorzugt jeweils entlang eines geschlossenen Pfades um die Achse herum, wobei die

Magnetisierungsbereiche kurze Lücken aufweisen dürfen. Die

Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt eine gleiche räumliche Ausdehnung auf und sind axial beabstandet. Besonders bevorzugt sind die Magnetisierungsbereiche in Form von Magnetisierungsspuren ausgebildet. Die Magnetisierungsbereiche bilden einen Primärsensor zur Bestimmung des Momentes.

Die Lenkwelle weist bevorzugt weiterhin magnetisch neutrale Bereiche auf, die jeweils axial zwischen den Magnetisierungsbereichen und/oder axial neben den

Magnetisierungsbereichen der Lenkwelle angeordnet sind. Die Lenkwelle besitzt bevorzugt mindestens einen der magnetisch neutralen Bereiche. Die magnetisch neutralen Bereiche weisen weder eine Permanentmagnetisierung auf, noch ist die Anordnung dazu ausgebildet, die magnetisch neutralen Bereiche temporär zu magnetisieren. Die magnetisch neutralen Bereiche sind bevorzugt nicht magnetisiert. Die magnetisch neutralen Bereiche sind bevorzugt jeweils in einem axialen Abschnitt der Lenkwelle ausgebildet.

Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens vier Magnetfeldsensoren, welche einen Sekundärsensor zur Bestimmung des Momentes bilden. Die Primärsensoren, d. h. die Magnetisierungsbereiche dienen zur Wandlung des zu messenden Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld, während die Sekundärsensoren die Wandlung dieses Magnetfeldes in elektrische Signale ermöglichen. Die Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung einer axial ausgerichteten Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet.

Das genannte Magnetfeld tritt aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes auf. Somit beruht die mit der Anordnung mögliche Messung auf dem invers

magnetostriktiven Effekt.

Es gibt mindestens zwei unterschiedliche Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren, wobei jede dieser Kombinationen zur Messung des

Momentes hinreichend ist. Somit sind die mindestens zwei Kombinationen hinsichtlich ihrer Eignung zur Messung der Messung desselben Momentes redundant. Die

Kombinationen sind im Sinne der Kombinatorik zu verstehen und stellen jeweils eine Auswahl von mindestens zwei der Magnetfeldsensoren dar, wobei die Kombinationen unterschiedlich viele der Magnetfeldsensoren umfassen können und eine der

Kombinationen durch sämtliche der Magnetfeldsensoren gebildet sein kann. Es lassen sich mindestens zwei unterschiedliche Kombinationen aus den mindestens vier Magnetfeldsensoren auswählen, die jeweils dazu geeignet sind, das Moment zu messen. Besonders bevorzugt gibt es mindestens drei der Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren, wobei jede dieser Kombinationen zur Messung des Momentes hinreichend ist.

Die Magnetfeldsensoren sind gegenüber der Lenkwelle angeordnet, wobei bevorzugt nur ein geringer radialer Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren und einer äußeren oder inneren Oberfläche der Lenkwelle vorhanden ist. Die

Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt einen gleichen Abstand zur Achse auf.

Die Magnetisierungsbereiche und die gegenüber den Magnetisierungsbereichen angeordneten Magnetfeldsensoren können an einer weitgehend beliebigen axialen Position der Lenkwelle angeordnet sein; beispielsweise in einem axialen Abschnitt der Lenkwelle, welcher mit einem Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe oder mit einem elektromechanischen Antrieb einer elektromechanischen Servolenkung verbunden ist, oder zwischen zwei axialen Enden der Lenkwelle. Weist die Lenkwelle ein

Kreuzgelenk auf, so können die Magnetisierungsbereiche und die gegenüber den Magnetisierungsbereichen angeordneten Magnetfeldsensoren auch in einem mit dem Kreuzgelenk verbundenen axialen Abschnitt der Lenkwelle angeordnet sein.

In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Bestimmen eines ersten Messwertes des Momentes mit einer ersten der Kombinationen der

Magnetfeldsensoren, während das Moment wirkt. Der erste Messwert wird aus Messsignalen der einzelnen zu der ersten Kombination gehörenden

Magnetfeldsensoren bestimmt.

In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Bestimmen eines zweiten Messwertes des Momentes mit einer zweiten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren, während das Moment wirkt. Der zweite Messwert wird aus Messsignalen der einzelnen zu der zweiten Kombination gehörenden

Magnetfeldsensoren bestimmt.

Das Bestimmen des ersten Messwertes und das Bestimmen des zweiten Messwertes erfolgen bevorzugt gleichzeitig oder zumindest innerhalb einer Zeitspanne, in welcher sich das Moment nicht ändert. Die Messwerte repräsentieren qualitativ und quantitativ dasselbe Moment.

Da die erste Kombination der Magnetfeldsensoren und die zweite Kombination der Magnetfeldsensoren jeweils zur Messung des Momentes hinreichend sind, sind der erste Messwert und der zweite Messwert gleich, wenn die Anordnung fehlerfrei arbeitet. Erfindungsgemäß erfolgt ein Vergleichen des ersten Messwertes mit dem zweiten Messwert, sodass aus dem Ergebnis dieses Vergleiches auf eine fehlerfreie Funktion oder auf eine fehlerbehaftete Funktion der Anordnung geschlossen werden kann. Wird durch den Vergleich auf eine fehlerbehaftete Funktion der Anordnung geschlossen, so wird bevorzugt auch bestimmt, welcher der einzelnen

Magnetfeldsensoren eine fehlerbehaftete Funktion aufweist.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass im Ergebnis des Vergleiches der Messwerte eine weitestgehend verlässliche Aussage darüber vorliegt, ob die Anordnung fehlerfrei oder fehlerhaft arbeitet. Die mindestens zwei Magnetisierungsbereiche können permanent oder temporär magnetisiert sein. Bevorzugt sind die Magnetisierungsbereiche permanent

magnetisiert, sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist. Alternativ bevorzugt weist die Anordnung weiterhin mindestens einen Magneten zum Magnetisieren der Magnetisierungsbereiche auf, sodass die

Magnetisierung der Magnetisierungsbereiche grundsätzlich temporär ist. Der mindestens eine Magnet kann durch einen Permanentmagneten oder bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildet sein.

Die permanent bzw. temporär magnetisierten Magnetisierungsbereiche sind in einem von einem Moment unbelasteten Zustand der Lenkwelle nach außerhalb der

Magnetisierungsbereiche bevorzugt magnetisch neutral, sodass kein technisch relevantes Magnetfeld außerhalb der Magnetisierungsbereiche messbar ist.

Die Magnetisierungsbereiche stellen jeweils einen Teil des Volumens der Lenkwelle dar. Die Magnetisierungsbereiche sind bevorzugt jeweils ringförmig ausgebildet, wobei die Achse der Lenkwelle auch eine mittlere Achse der jeweiligen Ringform bildet. Besonders bevorzugt weisen die Magnetisierungsbereiche jeweils die Form eines zur Achse der Lenkwelle koaxialen Hohlzylinders auf.

Die Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt jeweils eine hohe Magnetostriktivität auf.

Die Magnetisierungsbereiche sind bevorzugt axial beabstandet zueinander

angeordnet, wobei zwischen zwei benachbarten der Magnetisierungsbereiche jeweils einer der magnetisch neutralen Bereiche angeordnet sein kann. Insofern mehr als zwei der Magnetisierungsbereiche vorhanden sind, weisen diese bevorzugt jeweils einen gleichen Abstand zueinander auf.

Axial benachbarte der sich umfänglich um die Achse herum erstreckenden

Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt entgegengesetzte Polaritäten auf, d. h. sie besitzen einen entgegengesetzten Umlaufsinn. Die Lenkwelle besteht zumindest im Magnetisierungsbereich aus einem magnetostriktiven bzw. magnetoelastischen Material. Bevorzugt besteht die Lenkwelle vollständig aus dem magnetostriktiven bzw. magnetoelastischen Material. Bevorzugt besteht die Lenkwelle aus einem Stahl.

Die Lenkwelle weist bevorzugt die Form eines Zylinders oder ggf. eines Prismas auf, wobei der Zylinder bzw. das Prisma koaxial zu der Achse angeordnet ist. Der Zylinder bzw. das Prisma ist bevorzugt gerade. Bevorzugt weist die Lenkwelle die Form eines geraden Kreiszylinders auf, wobei der Kreiszylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Bei besonderen Ausführungsformen ist der Zylinder bzw. das Prisma konisch ausgebildet. Die Lenkwelle kann auch als eine Hohlwelle ausgebildet sein, sodass sie einen Hohlraum aufweist.

Die Magnetfeldsensoren sind bevorzugt jeweils durch einen Halbleitersensor gebildet. Die mindestens zwei Magnetfeldsensoren sind alternativ bevorzugt jeweils durch einen MR-Sensor, durch einen Hall-Sensor, durch eine Feldplatte, durch einen

SQUID, durch ein Spulenelement, durch eine Förstersonde oder durch ein Fluxgate- Magnetometer gebildet. Grundsätzlich können auch andere Sensortypen verwendet werden, insofern sie zur Messung der axialen Richtungskomponente des durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet sind.

Die Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt einen gleichen Abstand zur Achse der Lenkwelle auf. Grundsätzlich können die Magnetfeldsensoren außerhalb der

Lenkwelle oder auch innerhalb eines Hohlraumes der Lenkwelle angeordnet sein; beispielsweise wenn die Lenkwelle als eine Hohlwelle ausgebildet ist.

Die Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt jeweils eine axiale Position wie einer der Magnetisierungsbereiche auf. Die Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt jeweils eine axiale Position auf, die einer mittleren axialen Position einer der

Magnetisierungsbereiche gleicht.

Die Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt jeweils eine gleiche tangentiale bzw.

gleiche umfängliche Position wie mindestens ein anderer der Magnetfeldsensoren auf. Diese mindestens zwei Magnetfeldsensoren liegen bevorzugt gemeinsam auf einer zur Achse parallelen Gerade. Diese mindestens zwei eine gleiche tangentiale bzw. gleiche umfängliche Position aufweisenden Magnetfeldsensoren sind axial benachbart und weisen bevorzugt jeweils eine gleiche axiale Position wie axial benachbarte der Magnetisierungsbereiche auf. Es können auch zwei eine gleiche tangentiale bzw. gleiche umfängliche Position aufweisende Magnetfeldsensoren eine gleiche axiale Position wie nur einer der Magnetisierungsbereiche aufweisen.

Zumindest einer der Magnetisierungsbereiche weist bevorzugt die gleiche axiale Position wie mindestens zwei der Magnetfeldsensoren auf, sodass diesem

Magnetisierungsbereich zwei der Magnetfeldsensoren zugeordnet sind. Diese beiden die gleiche axiale Position aufweisenden Magnetfeldsensoren sind bevorzugt in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet, sodass sie einen Mittelpunktswinkel von 180° zueinander besitzen und eine die beiden Magnetfeldsensoren schneidende Gerade die Achse senkrecht schneidet. Weiter bevorzugt weist jeder der

Magnetisierungsbereiche die gleiche axiale Position wie zwei der Magnetfeldsensoren auf, sodass jedem der Magnetisierungsbereiche mindestens zwei der

Magnetfeldsensoren zugeordnet sind.

Die Anordnung umfasst bevorzugt weiterhin eine Messsignalverarbeitungseinheit, welche zum Bestimmen und Vergleichen der Messwerte ausgebildet ist. Die

Magnetfeldsensoren sind bevorzugt einzeln mit der Messsignalverarbeitungseinheit elektrisch verbunden, sodass jeweils ein einzelnes Messsignal von jedem der

Magnetfeldsensoren zu der Messsignalverarbeitungseinheit geleitet wird. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen einen Schritt, bei welchem die Magnetfeldsensoren einzeln kalibriert werden. Dadurch kann ein Offset kompensiert und die Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoren aufeinander

abgeglichen werden, sodass die Zuverlässigkeit der Fehlererkennung nochmals erhöht ist.

Besonders bevorzugt werden mindestens drei der Messwerte bestimmt und

miteinander verglichen. Entsprechend gibt es bevorzugt mindestens drei der

Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren, wobei jede dieser Kombinationen zur Messung des Momentes hinreichend ist. Es erfolgt ein Bestimmen eines dritten Messwertes des Momentes mit einer dritten der

Kombinationen der Magnetfeldsensoren, während das Moment wirkt. Es werden der erste Messwert, der zweite Messwert und der dritte Messwert miteinander verglichen. Weiter bevorzugt werden mindestens vier der Messwerte bestimmt und miteinander verglichen. Diejenigen Ausführungsformen, bei denen drei oder mehr der Messwerte bestimmt und verglichen werden, umfassen bevorzugt einen weiteren Schritt, bei welchem im Falle von Abweichungen zwischen den Messwerten der oder diejenigen der Magnetfeldsensoren ermittelt werden, die nicht korrekt arbeiten. Zudem kann ermittelt werden, wenn einer der Magnetisierungsbereiche eine fehlerhafte Funktion besitzt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Vergleichen der Messwerte absolute Beträge der Differenzen zwischen den

Messwerten oder Quadrate der Differenzen zwischen den Messwerten gebildet. Es wird bevorzugt eine Summe der absoluten Beträge der Differenzen zwischen den Messwerten bzw. eine Summe der Quadrate der Differenzen zwischen den

Messwerten gebildet. Die entsprechende Summe wird bevorzugt als ein Testsignal verwendet.

Bevorzugt wird ein Fehlersignal ausgegeben, wenn die Summe der absoluten Beträge der Differenzen zwischen den Messwerten bzw. die Summe der Quadrate der

Differenzen der Differenzen zwischen den Messwerten ein vorab definiertes

Flöchstmaß übersteigt. Durch das Höchstmaß wird vorab definiert, bis zu welcher Unterschiedlichkeit zwischen den Messwerten die Anordnung als fehlerfrei arbeitend angesehen wird. Das Fehlersignal wird bevorzugt an eine übergeordnete Steuerung oder an einen Bediener der Anordnung gemeldet, sodass der übergeordneten

Steuerung bzw. dem Bediener bekannt wird, dass die Anordnung nicht mehr fehlerfrei misst.

Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anordnung zur Messung eines auf die Lenkwelle wirkenden und in der Achse liegenden Momentes, d. h. eines Torsionsmomentes ausgebildet. Die Lenkwelle weist zwei der Magnetisierungsbereiche mit entgegengesetzten Polaritäten auf. Jeder der Magnetisierungsbereiche weist die gleiche axiale Position wie zwei der Magnetfeldsensoren auf, wobei diese beiden eine gleiche axiale Position

aufweisenden Magnetfeldsensoren in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet sind. Jeweils zwei der vier Magnetfeldsensoren weisen eine gleiche tangentiale Position auf und sind axial benachbart. Ein erster der vier

Magnetfeldsensoren gibt ein Messsignal a \ aus. Der dem ersten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen zweiten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal a2 ausgibt. Die Messsignale a \ und a2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers

magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem

Richtungssinn; d. h. die Messsignale a \ und a2 repräsentieren die axialen

Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Der zu dem ersten

Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen dritten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal bi ausgibt. Die Messsignale ai und bi repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers

magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale ai und bi repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Der dem dritten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der dritte Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen vierten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal b2 ausgibt. Die Messsignale bi und b2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale bi und b2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Mindestens zwei der Messwerte des Momentes werden jeweils nach einer der folgenden mathematischen Vorschriften bestimmt:

dl + b₂

M₂

2 a₂ + b

M₃

2

Aus den mathematischen Vorschriften geht hervor, dass es mindestens drei der Kombinationen der Magnetfeldsensoren gibt, die jeweils zur Messung des Momentes hinreichend sind. Die erste Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Magnetfeldsensor. Die zweite Kombination umfasst den ersten und den vierten Magnetfeldsensor. Die dritte Kombination umfasst den zweiten und den dritten Magnetfeldsensor.

Bevorzugt wird das Testsignal T nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt:

T = (M₁— M₂)²

T = (M₁— M )²

T = (M₂ — M₃)²

Bevorzugt werden nicht lediglich zwei, sondern sämtliche der drei Messwerte Mi , M2 und M3 bestimmt. Bevorzugt wird das Testsignal T nach einer der folgenden

Vorschriften bestimmt:

T = (M₁— M₂ ) ² + (M₁ M3 )² + (M₂ - M3)²

Bei einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anordnung ebenfalls zur Messung eines auf die Lenkwelle wirkenden und in der Achse liegenden Momentes, d. h. eines Torsionsmomentes ausgebildet. Die Lenkwelle weist drei der Magnetisierungsbereiche mit

abwechselnden Polaritäten auf. Der axial mittlere der Magnetisierungsbereiche weist die gleiche axiale Position wie zwei der Magnetfeldsensoren auf, wobei diese beiden eine gleiche axiale Position aufweisenden Magnetfeldsensoren in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet sind. Jeweils zwei der vier Magnetfeldsensoren weisen eine gleiche tangentiale Position auf und sind axial benachbart. Die axial außen angeordneten Magnetisierungsbereiche weisen jeweils die gleiche axiale Position wie einer der vier Magnetfeldsensoren auf. Ein erster der vier

Magnetfeldsensoren weist eine gleiche axiale Position wie einer der axial außen angeordneten Magnetisierungsbereiche auf. Der erste Magnetfeldsensor gibt ein Messsignal a \ aus. Der zu dem ersten Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende

Magnetfeldsensor bildet einen zweiten der Magnetfeldsensoren, welcher ein

Messsignal bi ausgibt. Die Messsignale a \ und bi repräsentieren die axialen

Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale a \ und bi repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Der dem zweiten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der zweite Magnetfeldsensor aufweisende

Magnetfeldsensor bildet einen dritten der Magnetfeldsensoren, welcher ein

Messsignal b2 ausgibt. Die Messsignale bi und b2 repräsentieren die axialen

Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale bi und b2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Der zu dem dritten Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche Position wie der dritte Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen vierten der Magnetfeldsensoren, welcher ein

Messsignal C2 ausgibt. Die Messsignale b2 und C2 repräsentieren die axialen

Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale b2 und C2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen.

Mindestens zwei der Messwerte des Momentes werden jeweils nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt:

dl + b₂

M₂

2 Aus den mathematischen Vorschriften geht hervor, dass es mindestens drei der Kombinationen der Magnetfeldsensoren gibt, die jeweils zur Messung des Momentes hinreichend sind. Die erste Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Magnetfeldsensor. Die zweite Kombination umfasst den ersten und den vierten Magnetfeldsensor. Die dritte Kombination umfasst den zweiten und den dritten Magnetfeldsensor.

Bevorzugt wird das Testsignal T nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt:

T = (M₁— M₂)²

T = (M₁— M₃)²

T = (M₂ — M₃)²

Vorschriften bestimmt:

T = (M₁— M₂ ) ² + (M₁ - M3 )² + (M₂ - M3)²

Bei einer dritten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anordnung wiederum zur Messung eines auf die Lenksäule wirkenden und in der Achse liegenden Momentes, d. h. eines Torsionsmomentes ausgebildet. Die Lenksäule weist drei der Magnetisierungsbereiche mit

abwechselnden Polaritäten auf. Jeder der Magnetisierungsbereiche weist die gleiche axiale Position wie zwei der Magnetfeldsensoren auf, wobei diese beiden eine gleiche axiale Position aufweisenden Magnetfeldsensoren in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet sind. Jeweils drei der sechs Magnetfeldsensoren weisen eine gleiche tangentiale Position auf und sind axial benachbart. Ein erster der sechs Magnetfeldsensoren weist eine gleiche axiale Position wie einer der axial außen angeordneten Magnetisierungsbereiche auf. Der erste Magnetfeldsensor gibt ein Messsignal ai aus. Der dem ersten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen zweiten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal a2 ausgibt. Die Messsignale ai und a2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale ai und a2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Der zu dem ersten Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen dritten der Magnetfeldsensoren, welcher ein

Messsignal bi ausgibt. Der dritte Magnetfeldsensor weist die gleiche axiale Position wie der mittlere Magnetisierungsbereich auf. Die Messsignale ai und bi

repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers

auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale bi und b2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Der zu dem dritten Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche Position wie der erste Magnetfeldsensor und der dritte Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen fünften der

Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal ci ausgibt. Die Messsignale bi und ci repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers

magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale bi und ci repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Der dem fünften Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der fünfte Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen sechsten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal C2 ausgibt. Die Messsignale ci und C2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale ci und C2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Mindestens zwei der Messwerte des Momentes werden jeweils nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt:

b₂ + c

M₉

2

Aus den mathematischen Vorschriften geht hervor, dass es mindestens neun der Kombinationen der Magnetfeldsensoren gibt, die jeweils zur Messung des Momentes hinreichend sind. Die erste Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten, den vierten, den fünften und den sechsten Magnetfeldsensor. Die zweite Kombination umfasst den ersten, den dritten, den vierten und den sechsten Magnetfeldsensor. Die dritte Kombination umfasst den zweiten, den dritten, den vierten und den fünften Magnetfeldsensor. Die vierte Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Magnetfeldsensor. Die fünfte Kombination umfasst den dritten, den vierten, den fünften und den sechsten Magnetfeldsensor. Die sechste

Kombination umfasst den ersten und den vierten Magnetfeldsensor. Die siebente Kombination umfasst den dritten und den zweiten Magnetfeldsensor. Die achte Kombination umfasst den dritten und den sechsten Magnetfeldsensor. Die neunte Kombination umfasst den vierten und den fünften Magnetfeldsensor.

Bevorzugt werden nicht lediglich zwei, sondern mindestens vier oder weiter bevorzugt sämtliche der neun Messwerte Mi bis M9 bestimmt. Bevorzugt wird das Testsignal T entsprechend wie bei der ersten und zweiten besonders bevorzugten

Ausführungsform bestimmt.

Bei einer vierten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anordnung wiederum zur Messung eines auf die Lenksäule wirkenden und in der Achse liegenden Momentes, d. h. eines Torsionsmomentes ausgebildet. Die Lenksäule weist drei der Magnetisierungsbereiche mit

abwechselnden Polaritäten auf. Die beiden axial außen angeordneten

Magnetisierungsbereiche weisen jeweils die gleiche axiale Position wie zwei der Magnetfeldsensoren auf, wobei diese beiden eine gleiche axiale Position

aufweisenden Magnetfeldsensoren in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet sind. Der axial mittlere Magnetisierungsbereich weist die gleiche axiale Position wie vier der Magnetfeldsensoren auf, wobei jeweils zwei dieser

Magnetfeldsensoren unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und ein Paar bilden. Wegen dieser unmittelbar benachbarten Anordnung weisen die Magnetfeldsensoren eines jeden der beiden Paare im Wesentlichen die gleiche Position auf. Die beiden eine gleiche axiale Position aufweisenden Paare sind in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet. Jeweils vier der acht Magnetfeldsensoren weisen eine gleiche tangentiale Position auf und sind axial benachbart. Ein erster der acht

Magnetfeldsensoren weist eine gleiche axiale Position wie einer der axial außen angeordneten Magnetisierungsbereiche auf. Der erste Magnetfeldsensor gibt ein Messsignal ai aus. Der dem ersten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen zweiten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal a2 ausgibt. Die Messsignale ai und a2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale ai und a2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Dasjenige Paar der Magnetfeldsensoren, welches zu dem ersten Magnetfeldsensor axial benachbart ist und eine gleiche umfängliche Position wie der erste Magnetfeldsensor aufweist, umfasst einen dritten der

Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal bn ausgibt, und einen vierten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal bi2 ausgibt. Der dritte Magnetfeldsensor und der vierte Magnetfeldsensor weisen die gleiche axiale Position wie der axial mittlere Magnetisierungsbereich auf. Die Messsignale ai , bn , und bi2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale ai, bn und bi2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Das dem dritten und vierten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse

gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der dritte und vierte

Magnetfeldsensor aufweisende Paar umfasst einen fünften der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal b2i ausgibt, und einen sechsten der Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal b22 ausgibt. Die Messsignale bn und b2i repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn; d. h. die

Messsignale bn und b2i repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Die Messsignale b2i und b22 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers-magnetostriktiven Effektes

auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale b2i und b22 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Der zu dem dritten Magnetfeldsensor axial benachbarte und eine gleiche umfängliche

Position wie der erste Magnetfeldsensor, der dritte Magnetfeldsensor und der vierte Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen siebenten der

Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal ci ausgibt. Die Messsignale bn und ci repräsentieren die axialen Richtungskomponenten des wegen des invers magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn; d. h. die Messsignale bn und ci repräsentieren die axialen Richtungskomponenten mit gleichen Vorzeichen. Der dem siebenten Magnetfeldsensor in Bezug auf die Achse gegenüberliegende und eine gleiche axiale Position wie der siebente

Magnetfeldsensor aufweisende Magnetfeldsensor bildet einen achten der

Magnetfeldsensoren, welcher ein Messsignal C2 ausgibt. Die Messsignale ci und C2 repräsentieren die axialen Richtungskomponenten wegen des invers

magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem

Richtungssinn; d. h. die Messsignale ci und C2 repräsentieren die axialen

Richtungskomponenten mit unterschiedlichen Vorzeichen. Mindestens zwei der Messwerte des Momentes werden jeweils nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt:

Aus den mathematischen Vorschriften geht hervor, dass es mindestens acht der Kombinationen der Magnetfeldsensoren gibt, die jeweils zur Messung des Momentes hinreichend sind. Die erste Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten, den vierten, den fünften, den sechsten, den siebenten und den achten Magnetfeldsensor. Die zweite Kombination umfasst den ersten, den zweiten, den dritten, den fünften, den siebenten und den achten Magnetfeldsensor. Die dritte Kombination umfasst den ersten, den dritten, den fünften und den achten

Magnetfeldsensor. Die vierte Kombination umfasst den dritten, den fünften, den siebenten und den achten Magnetfeldsensor. Die fünfte Kombination umfasst den ersten und den fünften Magnetfeldsensor. Die sechste Kombination umfasst den dritten und den zweiten Magnetfeldsensor. Die siebente Kombination umfasst den dritten und den achten Magnetfeldsensor. Die achte Kombination umfasst den fünften und den siebenten Magnetfeldsensor.

Bevorzugt werden nicht lediglich zwei, sondern mindestens vier oder weiter bevorzugt sämtliche der acht Messwerte Mi bis Me bestimmt. Bevorzugt wird das Testsignal T entsprechend wie bei der ersten und zweiten besonders bevorzugten

Ausführungsform bestimmt.

Die beschriebenen vier besonders bevorzugten Ausführungsformen weisen bevorzugt auch Merkmale auf, die oben als bevorzugt beschrieben sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes. Die Lenkwelle weist eine Achse und

mindestens zwei sich umfänglich um die Achse herum erstreckende

Magnetisierungsbereiche für jeweils eine Magnetisierung auf. Die Anordnung umfasst mindestens vier Magnetfeldsensoren jeweils zum Messen einer axialen

Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch das Moment bewirkten Magnetfeldes. Es gibt mindestens zwei Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren. Jede dieser Kombinationen ist zur

Messung des Momentes hinreichend. Die Anordnung umfasst weiterhin eine

Messsignalverarbeitungseinheit, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Messsignalverarbeitungseinheit ist bevorzugt zur Ausführung einer der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des

erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Im Übrigen weist die Anordnung bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind.

Die Messsignalverarbeitungseinheit ist bevorzugt durch einen Mikrokontroller gebildet. Im weiteren Sinne ist die Messsignalverarbeitungseinheit bevorzugt durch eine

Recheneinheit gebildet.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Anordnung in zwei Ansichten;

Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in zwei Ansichten;

Fig. 3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in zwei Ansichten; und

Fig. 4 eine vierte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in zwei Ansichten.

Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Anordnung in einer Querschnittsansicht und in einer Längsschnittansicht. Die

Anordnung umfasst eine Lenkwelle 01 eines Kraftfahrzeuges. Die Lenkwelle 01 besteht aus einem Stahl und erstreckt sich in einer Achse 03. Auf die Lenkwelle 01 wirkt ein Torsionsmoment Mt, welches mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemessen werden kann.

Die Lenkwelle 01 weist zwei Magnetisierungsbereiche 04 in Form von umlaufenden Spuren auf. Die beiden Magnetisierungsbereiche 04 sind permanentmagnetisiert und entgegengesetzt gepolt, was jeweils durch einen den Umlaufsinn

veranschaulichenden Pfeil 05 dargestellt ist. Die beiden Magnetisierungsbereiche 04 bilden einen Primärsensor für die Messung des Torsionsmomentes Mt unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes.

Die Anordnung umfasst weiterhin vier Magnetfeldsensoren 06, die sich nahe der Lenkwelle 01 befinden. Die vier Magnetfeldsensoren 06 weisen einen gleichen

Abstand zur Achse 03 auf.

Die vier Magnetfeldsensoren 06 dienen jeweils zur Messung einer axialen

Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung der Magnetisierungsbereiche 04 und durch das Torsionsmoment Mt aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes auftretenden Magnetfeldes. Eine Magnetfeldrichtung dieses Magnetfeldes ist jeweils an den Positionen der Magnetfeldsensoren 06 durch einen die jeweilige

Magnetfeldrichtung veranschaulichenden Pfeil 07 dargestellt. Eine positive

Messrichtung der Magnetfeldsensoren 06 ist durch das für die Magnetfeldsensoren 06 verwendete Symbol mit einem eingezeichneten Pfeil veranschaulicht.

Zwei der vier Magnetfeldsensoren 06 weisen eine gleiche axiale Position wie ein erster der Magnetisierungsbereiche 04 auf. Zwei weitere der vier Magnetfeldsensoren 06 weisen eine gleiche axiale Position wie ein zweiter der Magnetisierungsbereiche 06 auf.

Ein erster Magnetfeldsensor 11 der vier Magnetfeldsensoren 06 gibt ein Signal ai aus. Der dem ersten Magnetfeldsensor 11 in Bezug auf die Achse 03 gegenüberliegende Magnetfeldsensor 06 bildet einen zweiten Magnetfeldsensor 12, welcher ein Signal a2 ausgibt. Der zu dem ersten Magnetfeldsensor 11 axial benachbarte Magnetfeldsensor 06 bildet einen dritten Magnetfeldsensor 13, welcher ein Signal bi ausgibt. Der dem dritten Magnetfeldsensor 13 in Bezug auf die Achse 03 gegenüberliegende

Magnetfeldsensor 06 bildet einen vierten Magnetfeldsensor 14, welcher ein Signal b2 ausgibt.

Die Anordnung umfasst weiterhin einen Mikrokontroller (nicht gezeigt), welcher zur Messsignalverarbeitung dient und zur Ausführung eines erfindungsgemäßen

Verfahrens zum Prüfen der Anordnung konfiguriert ist. Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in einer Querschnittsansicht und in einer Längsschnittansicht. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Im

Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist die Lenkwelle 01 drei der Magnetisierungsbereiche 04 auf, die abwechselnd gepolt sind. Der erste Magnetfeldsensor 11 der vier Magnetfeldsensoren 06 gibt wiederum das Signal ai aus. Der zweite Magnetfeldsensor 12 ist zu dem ersten Magnetfeldsensor 11 axial benachbart und gibt das Signal bi aus. Der dritte Magnetfeldsensor 13 ist in Bezug auf die Achse 03 dem ersten Magnetfeldsensor 11 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal b2 aus. Der vierte Magnetfeldsensor 14 ist zu dem dritten

Magnetfeldsensor 13 axial benachbart und gibt das Signal 02 aus.

Fig. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in einer Querschnittsansicht und in einer Längsschnittansicht. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform. Im

Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform umfasst die

Anordnung sechs der Magnetfeldsensoren 06. Der erste Magnetfeldsensor 11 der sechs Magnetfeldsensoren 06 gibt wiederum das Signal ai aus. Der zweite

Magnetfeldsensor 12 ist in Bezug auf die Achse 03 dem ersten Magnetfeldsensor 11 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal a2 aus. Der dritte Magnetfeldsensor 13 ist zu dem ersten Magnetfeldsensor 11 axial benachbart und gibt das Signal bi aus. Der vierte Magnetfeldsensor 14 ist in Bezug auf die Achse 03 dem dritten

Magnetfeldsensor 13 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal b2 aus. Ein fünfter Magnetfeldsensor 15 der sechs Magnetfeldsensoren 06 ist zu dem dritten Magnetfeldsensor 13 axial benachbart und gibt das Signal ci aus. Ein sechster Magnetfeldsensor 16 der sechs Magnetfeldsensoren 06 ist in Bezug auf die Achse 03 dem fünften Magnetfeldsensor 15 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal C2 aus.

Fig. 4 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Anordnung in einer Querschnittsansicht und in einer Längsschnittansicht. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform. Im

Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsform umfasst die Anordnung acht der Magnetfeldsensoren 06. Der erste Magnetfeldsensor 1 1 der sechs Magnetfeldsensoren 06 gibt wiederum das Signal ai aus. Der zweite

Magnetfeldsensor 12 ist in Bezug auf die Achse 03 dem ersten Magnetfeldsensor 1 1 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal a2 aus. Der dritte Magnetfeldsensor 13 ist zu dem ersten Magnetfeldsensor 11 axial benachbart und gibt das Signal bn aus. Der vierte Magnetfeldsensor 14 befindet sich unmittelbar neben dem dritten Magnetfeldsensor 13 gibt das Signal bi2 aus. Der fünfte Magnetfeldsensor 15 ist in Bezug auf die Achse 03 dem dritten Magnetfeldsensor 13 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal b2i aus. Der sechste Magnetfeldsensor 16 befindet sich unmittelbar neben dem fünften Magnetfeldsensor 13 gibt das Signal b22 aus. Ein siebenter Magnetfeldsensor 17 der acht Magnetfeldsensoren 06 ist zu dem dritten Magnetfeldsensor 13 axial benachbart und gibt das Signal ci aus. Ein achter

Magnetfeldsensor 18 der sechs Magnetfeldsensoren 06 ist in Bezug auf die Achse 03 dem siebenten Magnetfeldsensor 17 gegenüberliegend angeordnet und gibt das Signal C2 aus.

Bezuqszeichenliste Lenkwelle Achse

Magnetisierungsbereich

Umlaufsinn

Magnetfeldsensor

Magnetfeldrichtung

- - erster Magnetfeldsensor

zweiter Magnetfeldsensor

dritter Magnetfeldsensor

vierter Magnetfeldsensor

fünfter Magnetfeldsensor

sechster Magnetfeldsensor

siebenter Magnetfeldsensor

achter Magnetfeldsensor

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Prüfen einer Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes (Mt), wobei die Lenkwelle eine Achse (03) und mindestens zwei sich umfänglich um die Achse (03) herum erstreckende Magnetisierungsbereiche (04) für jeweils eine Magnetisierung aufweist, wobei die Anordnung mindestens vier Magnetfeldsensoren (06) zum Messen einer axialen Komponente eines durch die Magnetisierung sowie durch das Moment (Mt) bewirkten Magnetfeldes umfasst, wobei es mindestens zwei Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren (06) gibt, wobei jede der Kombinationen zur Messung des Momentes (Mt) hinreichend ist, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Bestimmen eines ersten Messwertes des Momentes (Mt) mit einer ersten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren (06);

- Bestimmen eines zweiten Messwertes des Momentes (Mt) mit einer zweiten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren (06); und

- Vergleichen des ersten Messwertes mit dem zweiten Messwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein

Bestimmen eines dritten Messwertes des Momentes (Mt) mit einer dritten der Kombinationen der Magnetfeldsensoren (06) erfolgt, wobei das Vergleichen des ersten Messwertes, des zweiten Messwertes und des dritten Messwertes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum

Vergleichen der Messwerte absolute Beträge von Differenzen zwischen den Messwerten oder Quadrate von Differenzen zwischen den Messwerten gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen weiteren Schritt umfasst, in welchem eine Summe der absoluten Beträge der Differenzen zwischen den Messwerten oder eine Summe der Quadrate der Differenzen zwischen den Messwerten gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Summe der absoluten Beträge oder die Summe der Quadrate der Differenzen ein vorab definiertes Höchstmaß übersteigt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (06) jeweils eine gleiche tangentiale Position wie

mindestens ein anderer der Magnetfeldsensoren (06) aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (06) jeweils eine axiale Position wie einer der

Magnetisierungsbereiche (04) aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Magnetisierungsbereiche (04) die gleiche axiale Position wie zwei der

Magnetfeldsensoren (06) aufweist, wobei diese beiden Magnetfeldsensoren (06) in Bezug auf die Achse (03) gegenüberliegend angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der

Magnetisierungsbereiche (04) die gleiche axiale Position wie zwei der in Bezug auf die Achse (03) gegenüberliegend angeordneten Magnetfeldsensoren (06) aufweist, und dass jeweils zwei der Magnetfeldsensoren (06) eine gleiche tangentiale Position aufweisen und axial benachbart sind, wobei ein erster der Magnetfeldsensoren (06, 11 ) ein Messsignal ai ausgibt, wobei der dem ersten Magnetfeldsensor (11 ) in Bezug auf die Achse (03) gegenüberliegende

Magnetfeldsensor (06, 12) einen zweiten der Magnetfeldsensoren (06, 12) bildet, welcher ein Messsignal a2 ausgibt, wobei die Messsignale ai und a2 die axialen Richtungskomponenten des auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn repräsentieren, wobei der zu dem ersten Magnetfeldsensor (11 ) axial benachbarte Magnetfeldsensor (06, 13) einen dritten der

Magnetfeldsensoren (06, 13) bildet, weicher ein Messsignal bi ausgibt, wobei die Messsignale ai und bi die axialen Richtungskomponenten des auftretenden Magnetfeldes mit gleichem Richtungssinn repräsentieren, wobei der dem dritten Magnetfeldsensor (13) in Bezug auf die Achse (03) gegenüberliegende

Magnetfeldsensor (06, 14) einen vierten der Magnetfeldsensoren (06, 14) bildet, welcher ein Messsignal b2 ausgibt, wobei die Messsignale bi und b2 die axialen Richtungskomponenten des auftretenden Magnetfeldes mit entgegengesetztem Richtungssinn repräsentieren, und wobei die mindestens zwei Messwerte jeweils nach einer der folgenden Vorschriften bestimmt wird:

di + b₂

M₂

2

a₂ + b

M₃

2 10. Anordnung zum Messen eines auf eine Lenkwelle (01 ) eines Kraftfahrzeuges wirkenden Momentes (Mt), wobei die Lenkwelle (01 ) eine Achse (03) und mindestens zwei sich umfänglich um die Achse (03) herum erstreckende

Magnetisierungsbereiche (04) für jeweils eine Magnetisierung aufweist, wobei die Anordnung mindestens vier Magnetfeldsensoren (06) zum Messen einer axialen Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch das

Moment (Mt) bewirkten Magnetfeldes umfasst, wobei es mindestens zwei Kombinationen von jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren (06) gibt, wobei jede der Kombinationen zur Messung des Momentes (Mt) hinreichend ist, und wobei die Anordnung weiterhin eine Messsignalverarbeitungseinheit umfasst, die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.