专利名称：角度传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于检测转动角的方法、根据权 利要求5前序部分所述的角度传感器装置、以及所述角度传感器装置在机动车中的应用， 尤其是作为转向角传感器装置在机动车中的应用。
背景技术：
已知基于电容测量原理的角度传感器，如DE 10 2005 010 909 AUDE198 16 810 Al、DE 196 37 967 Al和DE 43 13 886 Al中所公开的那样。它们分别包括电容器元件， 电容器元件具有两个可相对于彼此转动的板以用作电极元件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种角度传感器装置和一种用于确定转动角的方法，借助 于该方法可以相对精确地测得转动角。根据本发明，上述目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求5所述的 角度传感器装置实现。本发明优选基于这样的想法，即借助于直接或间接地确定电容器元件的电容来测 量转动角，其中所述电容器元件包括至少一个第一带状件，所述第一带状件的位置基于转 动角而变化。特别地，第一带状件与卷筒元件和壳体元件连接，所述卷筒元件和壳体元件是 相对彼此可转动的元件且意图检测或测量它们的相对的转动角。尤其优选的是，在卷筒元 件和壳体元件之间的相对转动期间，第一带状件相对于卷筒元件和/或壳体元件和/或另 一的第二带状件的相对定向发生变化，由此所述电容器元件的电容变化。第一带状件优选为电容器元件的第一电极元件。特别地，卷筒元件或壳体元件或 第二带状件设计为电容器元件的第二电极元件。尤其优选的是，电容器元件的电容至少取 决于第一电极元件和第二电极元件相对于彼此的相对定向。角度传感器装置的优点在于，其可以相对简单地检测大于360°的转动角。其中 也可以考虑发生于角度传感器装置的无源工作状态下的转动角变化。这也称为“真通电 (true-power-on)”功能，在用于检测或考虑发生于机动车无源点火期间的转向角变化的机 动车转向系统的领域中该功能是尤其有利的。此外，角度传感器装置的操作基本上是无噪 声且无摩擦的或是少噪声且少摩擦的。例如，角度传感器装置中不需要传动元件。第一元件优选设计为转子而第二元件设计为定子。优选地，第一元件设计为卷筒元件而第二元件设计为壳体元件，且第一带状件与 卷筒元件和壳体元件连接并如此布置，即在卷筒元件和壳体元件之间的相对转动期间，该 第一带状件卷绕于卷筒元件上或从卷筒元件展开，其中壳体元件和/或卷筒元件和/另一 第二带状件与该第一带状件至少部分地形成电容器元件、且导电地与电子评估电路连接， 在该电子评估电路中直接或间接地检测电容器元件的电容和/或至少一个与电容相关的 变量，然后由此计算或确定卷筒元件和壳体元件之间的转动角。
卷筒元件优选设计为转子而壳体元件设计为定子。可选地，壳体元件优选设计为 转子而卷筒元件设计为定子。电子评估电路优选集成在角度传感器装置中，或者可选地优选设计为电子控制单 元、尤其是单独的电子控制单元。有利地，卷筒元件和壳体元件均可转动地设置且相对彼此可转动。电容器元件的电容优选随着第一带状件的卷绕或展开长度基本上线性地变化。优选地，由电容器元件的至少一个电气变量直接计算相对转动角。有利地，电容器元件还包括至少一种电介质，该电介质例如通过至少第一带状件 的涂层和/或气隙和/或另一分隔层或另一电绝缘带形成。优选如此完善该方法，即角度传感器装置具有同样与卷筒元件和壳体元件连接的 第二带状件，其中第一带状件和第二带状件均设计并布置为至少部分地导电且彼此电绝 缘，在卷筒元件和壳体元件之间的相对转动期间，电容器元件的电容通过第一带状件和第 二带状件分别卷绕于卷筒元件上或从卷筒元件展开、并同时从壳体元件展开/移去或卷绕 /推入到壳体元件上而变化，其中第一带状件和第二带状件至少部分地彼此叠置并共同形 成所述电容器元件。优选至少通过设计为导电的第一带状件传递电编码的信息。优选如此设计角度传感器装置，即第一元件设计为卷筒元件而第二元件设计为壳 体元件，且第一带状件与卷筒元件和壳体元件连接并如此布置，即在卷筒元件和壳体元件 之间的相对转动期间，该第一带状件卷绕于卷筒元件上或从卷筒元件展开，其中壳体元件 和/或卷筒元件和/或另一第二带状件与该第一带状件至少部分地形成电容器元件、且导 电地与电子评估电路连接，在该电子评估电路中检测或确定电容器元件的电容和/或至少 一个与电容相关的变量，并由此直接或间接地计算或确定卷筒元件和壳体元件之间的转动优选如此改进角度传感器装置，即至少第一带状件设计为导电的，并将固定在第 一元件或卷筒元件上的附加模块和/或接触模块导电地连接至电子评估电路和/或另一电 子控制单元、特别是机动车控制系统的电子控制单元、尤其优选的为机动车制动系统的电 子控制单元，所述附加模块和/或接触�？橛绕渖杓莆哂械缱幼榧淖蚺毯�/或设计 为与转向盘接触的接触模块。有利地，所述连接通过至少第一带状件和第二带状件实现。已知用于接触转向盘的接触模块，所述接触�？榘ㄓ胱蛑岷妥蚺塘拥木� 筒元件以及固定地布置的壳体元件。卷筒元件和壳体元件借助于多个用于与转向盘电接触 的带状电缆彼此连接，其中在卷筒元件和壳体元件之间的相对转动期间，所述带状电缆卷 绕于卷筒元件上或从卷筒元件展开。有利地，角度传感器装置和该接触�？樽楹喜⑹拐饬� 个�？榧梢惶�。在这种情况下，至少第一带状件和第二带状件替代了带状电缆或通过导 电设计另外地承担了带状电缆的功能，由此至少第一带状件可以执行双重功能，即转动角 确定以及电子评估电路或电子控制单元和转向盘之间的信号传递。可选地，该组合的角度 传感器装置优选具有仅用于与接触模块或转向盘电接触的两个另外的带状件或带状电缆。有利地，附加�？榘ㄓ糜谧蚺痰慕哟プ爸�。至少第一带状件、且特别地第二带状件和/或可选的另外的带状件优选设计为扁 平带和/或薄膜导体和/或带状导体和/或柔性薄膜和/或扁平卷簧和/或板簧，并且特别优选地设计为嵌入或模制于塑料中的金属带，例如铜带。卷筒元件优选布置在壳体元件中，和/或由壳体元件至少部分地包围。可选地，壳体元件优选至少部分地布置在卷筒元件内，其中卷筒元件在其内壳层 或内侧面上卷绕或展开至少第一带状件。外壳层或内壳层优选理解为外侧面或内侧面。卷筒元件和壳体元件优选地均具有至少一个用于引导至少第一带状件的导向件。 特别地，该导向件设计为环绕的槽或沟道和/或至少一个导轨。壳体元件的内侧面和卷筒 元件的外侧面尤其优选均具有至少一个导向件，其中更尤其优选的是，在所述侧面的至少 其中一个上设置有两个彼此隔开的导向件。有利地，所述槽或沟道设计为螺旋形，和/或至 少第一带状件或第一和第二带状件相对于卷筒元件或壳体元件的基面或底面——例如壳 体底面——倾斜地固定，并因此尤其相对于基面或底面倾斜地展开/卷绕。优选地，角度传感器装置具有同样与卷筒元件和壳体元件连接的第二带状件，其 中第一带状件和第二带状件均设计并布置为至少部分地导电且彼此电绝缘并形成电容器 元件，其中如此设计角度传感器装置，即在卷筒元件和壳体元件之间的相对转动期间，电容 器元件的电容通过第一带状件和第二带状件分别卷绕于卷筒元件上或从卷筒元件展开、并 同时从壳体元件展开/移去或卷绕/推入到壳体元件上而变化，其中第一带状件和第二带 状件至少部分地彼此叠置。尤其优选地，角度传感器装置具有第三带状件，所述第三带状件 电绝缘、用作电容器元件的电介质且布置在第一带状件和第二带状件之间。卷筒元件和/或壳体元件优选具有至少一个导体迹线和/或电极迹线以作为电容 器元件的一部分，第一带状件至少部分地设置于所述迹线上。有利地，所述带状件中的一个比另一个宽，和/或卷筒元件和/或壳体元件的另一 电极元件比至少第一带状件宽。这使得可以足够可靠地确保带状件之间的重叠面积和/或 第一带状件与壳体或卷筒元件之间的重叠面积基本上只取决于展开长度、并进而只取决于 相对转动角，而与制造精度或至少一个带状件的不精确的定向无关。有利地，大致通过至少第一带状件和第二带状件至少部分地彼此叠置的区域确定 电容器元件的电容。优选地，第一带状件和第二带状件均至少部分地卷绕于卷筒元件的外侧面上。优选地，卷筒元件基本上为圆柱形，且直接或间接地固定在一可转动地安装且意 图检测其转动角的轴杆上，其中壳体元件相对于轴杆基本上无接触地、以定子或固定的方 式布置。角度传感器装置和附加模块和/或接触�？椤绕涫亲蚺探哟ツ？椤黄� 集成在一共同的系统中，尤其优选地具有共同的壳体。在此，更尤其优选地，该壳体至少部 分地由例如盒状的壳体元件形成。这种集成相对成本低且节省空间。转动角优选理解为相对的转动角，并尤其是基于大于360°的角度范围的转动角， 并因此基于卷筒元件和壳体元件之间的相对转动包含在一个整圈内的角度信息以及圈数。本发明还涉及角度传感器装置在机动车中的应用，尤其是作为转向角传感器装置 在机动车中的应用。根据本发明的方法和根据本发明的角度传感器装置优选用作带有集成的转向盘 接触模块的转向角传感器装置，因为既实现了转向角的“多圈式”检测和绝对测量，又实现 了 “真通电”功能，且整个装置可以相对价廉又节省空间地与接触�？榧稍谝黄�。
由从属权利要求以及下面根据附图对实施例的描述得出另外的优选的实施方式。其中示意性地示出图1示出具有第一带状件的实施例；图2示出示例性的角度传感器装置，其具有位于壳体元件的内侧面上的作为电极 元件的导体迹线；图3示出具有第一和第二带状件的实施例，以及图4示出壳体元件示例性的设计，其具有两个带状件可以插入其中或从中拉出的 两个沟道。
具体实施例方式图1示出示例性的角度传感器装置，所述角度传感器装置包括固定地定位的壳体 元件2，以及以未示出的方式与一轴杆——试图检测该轴杆的转动角——连接且相对于壳 体元件2可转动地布置的卷筒元件1。第一带状件3例如设计为弹簧带或弹簧钢带，与卷筒 元件1和壳体元件2连接且部分地卷绕或缠绕于卷筒元件1的外侧面10上、位于作为导向 件的槽6中。在卷筒元件1和壳体元件2之间的相对转动期间，第一带状件3从卷筒元件1 展开或卷绕于其上，并同时卷绕于壳体元件2的内侧面11上或从壳体元件2的内侧面11展 开。在这种情况下，第一带状件3以限定的长度铺放于壳体元件2上，因此电容器元件—— 该电容器元件由第一带状件3、壳体元件2和未示出的作为电介质的绝缘层组成——的电 容与该长度成比例地变化。壳体元件2和第一带状件3通过接触元件13、15导电地与单独 的电子控制单元ECU连接，该电子控制单元用作电子评估电路5或包括电子评估电路。在 ECU中根据电容器元件的电容计算卷筒元件1和壳体元件2之间的相对转动角。卷筒元件 1与附加�？榱踊蚓哂懈郊幽？椋酶郊幽？榘ㄒ唤哟プ爸�12，该接触装置12具有用 于与转向盘接触的插头。ECU的能量供应、以及ECU与转向盘的数据传输例如通过第一带状 件3和未示出的第二接触件进行。在图2示出的角度传感器装置的实施例中，壳体元件2的内侧面11具有一作为电 容器元件的电极元件的导体迹线14，第一带状件3在导体迹线14上卷绕或展开。例如设计 为螺旋状环绕的金属化物的导体迹线14以及第一带状件3与ECU 5电连接，其中该连接包 括接触元件13和15。在E⑶5中根据电容器元件的电容计算卷筒元件1和壳体元件2之 间的相对转动角，该电容器元件由第一带状件3、导体迹线14和未示出的电绝缘的中间层 组成，该中间层例如是第一带状件3的涂层。该电容与第一带状件3的在导体迹线14上展 开或铺放的那部分的长度成比例。在一个未示出的实施例中，导体迹线14布置在螺旋状的槽中，强制引导第一带状 件3经过该槽。可选地，壳体的内壁可设计为倾斜的，和/或带状件的固定方式不平行于壳 体元件的壳体底面。在另一个未示出的实施例中，第一和第二带状件被一起引导经过上述螺旋状的 槽，而且分别相对于基面或壳体元件的壳体底面倾斜地固定。图3示出具有第一和第二带状件3、4的示例性的角度传感器装置，所述第一和第二带状件3、4在卷筒元件1的相邻的槽6a和6b中部分地卷绕于卷筒元件1上，且在卷筒 元件1和壳体元件2之间的相对转动期间或基于卷筒元件1和壳体元件2之间的相对转动 角而卷绕或展开。同时，第二带状件4平放于位于壳体元件2的槽7中的第一带状件3上 方、或卷绕于第一带状件3上，或者当转动方向相反时从第一带状件3离开或展开。第一和 第二带状件3、4以及它们之间的电绝缘体组成一电容器元件。第一和第二带状件3、4通过 接触元件13、15与单独的电子控制单元ECU电连接，该电子控制单元ECU包括电子评估电 路5。卷筒元件1具有附加�？�12，该附加�？榫哂杏糜谟胱蚺探哟サ牟逋罚蚺探柚� 于第一和第二带状件3和4与ECU电连接。该ECU根据电容器元件的电容计算卷筒元件1 和壳体元件2之间的相对转动角。 图4示出角度传感器装置的实施例，其中壳体元件2具有沟道8a、8b，在转动时，带 状件3和4单独地插入上述沟道中或从中拉出。在此，带状件3和4以特定的重叠面积或 长度彼此叠置、彼此电绝缘且卷绕在卷筒元件1的槽6中。该重叠面积或长度取决于卷筒 元件1和壳体元件2之间的各相对转动角，根据由带状件3、4组成的电容器元件的电容—— 所述电容与重叠长度成比例，由该重叠面积或长度计算出该转动角。
权利要求
1.一种用于检测角度传感器装置的转动角的方法，所述角度传感器装置包括至少一个 第一元件(1)和一个第二元件O)、以及至少一个电容器元件，所述第一元件和第二元件设 计并布置为能够相对于彼此转动，所述电容器元件的电容根据转动角变化，其中直接或间 接地根据所述电容器元件的电容检测或确定所述转动角，其特征在于，所述电容器元件具 有至少一个第一带状件(3)，其中至少根据所述第一带状件(3)的定位检测或确定所述转 动角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一元件设计为卷筒元件(1)而所述 第二元件设计为壳体元件O)，且所述第一带状件( 与所述卷筒元件(1)和所述壳体元件 (2)连接并如此布置，即在所述卷筒元件和所述壳体元件之间的相对转动期间，所述第一带 状件卷绕于所述卷筒元件上或从所述卷筒元件展开，其中所述壳体元件( 和/或所述卷 筒元件(1)和/或一另外的第二带状件(4)与所述第一带状件C3)至少部分地形成所述电 容器元件、且导电地与电子评估电路(5，ECU)连接，在所述电子评估电路中直接或间接地 检测所述电容器元件的电容和/或至少一个与所述电容相关的变量，然后由此计算或确定 所述卷筒元件(1)和所述壳体元件( 之间的转动角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述角度传感器装置具有同样与所述卷 筒元件(1)和所述壳体元件( 连接的第二带状件G)，其中所述第一带状件和第二带状 件(3、4)均设计并布置为至少部分地导电且彼此之间电绝缘，在所述卷筒元件和所述壳体 元件之间的相对转动期间，所述电容器元件的电容通过所述第一带状件和第二带状件分别 卷绕于所述卷筒元件(1)上或从所述卷筒元件(1)展开、并同时从所述壳体元件( 展开/ 移去或卷绕/推入到所述壳体元件( 上而变化，其中所述第一带状件和第二带状件至少 部分地彼此叠置并共同形成所述电容器元件。
4.根据上述权利要求1至3中至少一项所述的方法，其特征在于，至少通过设计为导电 的所述第一带状件C3)传递电编码的信息。
5.一种角度传感器装置，特别是一种用于执行根据上述权利要求1至4中至少一项所 述的方法的角度传感器装置，所述角度传感器装置包括至少一个第一元件(1)和一个第二 元件O)、以及至少一个电容器元件，所述第一元件和第二元件设计并布置为能够相对于彼 此转动，所述电容器元件的电容根据转动角变化，其中直接或间接地根据所述电容检测或 确定所述转动角，其特征在于，所述电容器元件具有至少一个第一带状件(3)，其中所述电 容器元件的电容基于所述第一带状件(3)的定位而变化。
6.根据权利要求5所述的角度传感器装置，其特征在于，所述第一元件设计为卷筒元 件(1)而所述第二元件设计为壳体元件O)，且所述第一带状件C3)与所述卷筒元件(1)和 所述壳体元件( 连接并如此布置，即在所述卷筒元件和所述壳体元件之间的相对转动期 间，所述第一带状件卷绕于所述卷筒元件上或从所述卷筒元件展开，其中所述壳体元件(2) 和/或所述卷筒元件(1)和/或一另外的第二带状件(4)与所述第一带状件C3)至少部分 地形成所述电容器元件、且导电地与电子评估电路(5，ECU)连接，在所述电子评估电路中 检测所述电容器元件的电容和/或至少一个与所述电容相关的变量，并由此直接或间接地 计算或确定所述卷筒元件(1)和所述壳体元件( 之间的转动角。
7.根据权利要求5或6所述的角度传感器装置，其特征在于，至少所述第一带状件(3) 设计为导电的，并将固定在所述第一元件(1)上的附加�？�(1 和/或接触�？榈嫉绲亓又了龅缱悠拦赖缏�( 和/或额外的电子控制单元(ECU)。
8.根据上述权利要求5至7中至少一项所述的角度传感器装置，其特征在于，至少所述 第一带状件( 设计为扁平带和/或薄膜导体和/或带状导体和/或柔性薄膜。
9.根据上述权利要求6至8中至少一项所述的角度传感器装置，其特征在于，所述卷筒 元件(1)布置在所述壳体元件O)中，和/或由所述壳体元件至少部分地包围。
10.根据上述权利要求6至9中至少一项所述的角度传感器装置，其特征在于，所述卷 筒元件(1)和所述壳体元件( 均具有至少一个用于引导至少所述第一带状件C3)的导向 件出、7、8)。
11.根据上述权利要求6至10中至少一项所述的角度传感器装置，其特征在于，所述 角度传感器装置具有同样与所述卷筒元件(1)和所述壳体元件( 连接的所述第二带状件 G)，其中所述第一带状件和第二带状件(3、4)均设计并布置为至少部分地导电且彼此之 间电绝缘并形成所述电容器元件，其中如此设计所述角度传感器装置，即在所述卷筒元件 (1)和所述壳体元件( 之间的相对转动期间，所述电容器元件的电容通过所述第一带状 件和第二带状件分别卷绕于所述卷筒元件上或从所述卷筒元件展开、并同时从所述壳体元 件展开/移去或卷绕/推入到所述壳体元件上而变化，其中所述第一带状件C3)和第二带 状件(4)至少部分地彼此叠置。
12.根据权利要求11所述的角度传感器装置，其特征在于，大致通过至少所述第一带 状件和第二带状件(3、4)至少部分地彼此叠置的区域确定所述电容器元件的电容。
13.根据权利要求11或12所述的角度传感器装置，其特征在于，所述第一带状件(3) 和第二带状件(4)均至少部分地卷绕在所述卷筒元件(1)的外侧面(10)上。
14.根据上述权利要求6至13中至少一项所述的角度传感器装置，其特征在于，所述卷 筒元件(1)大致呈圆柱形，并直接或间接地固定在一以可转动的方式安装且意图检测其转 动角的轴杆上；所述壳体元件( 作为定子相对于所述轴杆基本上无接触地布置。
15.根据上述权利要求5至14中至少一项所述的角度传感器装置在机动车中的应用， 特别是作为转向角传感器装置在机动车中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测角度传感器装置的转动角的方法，所述角度传感器装置包括至少一个第一元件(1)和一个第二元件(2)、以及至少一个电容器元件，所述第一元件和第二元件设计并布置为能够相对于彼此转动，所述电容器元件的电容根据转动角变化，其中直接或间接地根据所述电容器元件的电容检测或确定所述转动角，所述电容器元件具有至少一个第一带状件(3)，其中至少根据所述第一带状件(3)的定位检测或确定所述转动角。
文档编号G01D5/241GK102112849SQ200980129541
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年8月5日
发明者H·穆勒, M·格尔, U·希尔根贝格 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
