DE102015206678A1 - Actuator for a rear-wheel steering of a motor vehicle - Google Patents

Actuator for a rear-wheel steering of a motor vehicle Download PDF

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Stefan Schmidt
Frank Berger
Marc Wiesenthal
Jörn Torben Oetker
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Elektromotor (2), einen Spindelantrieb (3), welcher eine Spindel (6) und eine in Wirkverbindung mit der Spindel (6) stehende Spindelmutter (7) aufweist, sowie eine ein Antriebsrad (14) und ein Abtriebsrad (15) aufweisende Antriebsverbindung (13) zwischen dem Elektromotor (2) und der mit dem Abtriebsrad (15) verbundenen Spindelmutter (7) mit einem festen Übersetzungsverhältnis (i). Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor (2) einen ersten als Rotorlagesensor ausgebildeten Drehwinkelsensor und die Spindelmutter (7) oder das mit der Spindelmutter (7) verbundene Abtriebsrad (15) einen zweiten Drehwinkelsensor aufweisen.The invention relates to an actuator for a rear wheel steering of a motor vehicle, comprising an electric motor (2), a spindle drive (3), which has a spindle (6) and a spindle nut (7) in operative connection with the spindle (6), and a Drive gear (14) and a driven gear (15) having drive connection (13) between the electric motor (2) and the driven gear (15) connected to the spindle nut (7) with a fixed transmission ratio (i). It is proposed that the electric motor (2) has a first rotational angle sensor designed as a rotor position sensor and the spindle nut (7) or the output gear (15) connected to the spindle nut (7) have a second rotational angle sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an actuator for a rear-wheel steering of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Aktuator, auch Stellmotor genannt, ist in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2014 206 934.3 offenbart. Der Stellmotor, welcher als so genannter Zentralsteller, d. h. beidseitig wirkender Aktuator ausgebildet ist, weist ein fahrzeugseitig befestigtes Gehäuse auf, in welchem ein beidseitig wirkender Spindelantrieb angeordnet ist, welcher eine längsbewegliche Spindel und eine über einen Zugmitteltrieb durch einen Elektromotor angetriebene Spindelmutter aufweist. Der Zugmitteltrieb ist vorzugsweise als Zahnriementrieb ausgebildet und weist ein festes Übersetzungsverhältnis auf. Der Zugmitteltrieb umfasst eine kleine, auf der Motorwelle angeordnete Antriebsscheibe und eine große, auf der Spindelmutter angeordnete Abtriebsscheibe.Such an actuator, also called servomotor, is disclosed in the earlier application of the Applicant with the official file number 10 2014 206 934.3. The servomotor, which as a so-called central controller, d. H. is formed on both sides acting actuator, has a vehicle-mounted housing, in which a double-acting spindle drive is arranged, which has a longitudinally movable spindle and a driven by a traction drive by an electric motor spindle nut. The traction mechanism is preferably designed as a toothed belt drive and has a fixed transmission ratio. The traction mechanism drive comprises a small, arranged on the motor shaft drive pulley and a large, arranged on the spindle nut driven pulley.

Ein Problem bei einer derartigen Hinterradlenkung im Kraftfahrzeug besteht darin, die exakte Stellposition der Spindel und den damit verbundenen Radeinschlagwinkel der Hinterräder zu bestimmen.A problem with such a rear wheel steering in the motor vehicle is to determine the exact parking position of the spindle and the associated Radeinschlagwinkel the rear wheels.

Durch die DE 600 11 684 T2 wurde eine elektrische Servolenkung für die Vorderräder eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei eine Lenkwelle über ein Lenkrad betätigt und durch einen Elektromotor unterstützt wird. Dabei ist der Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe mit der Lenkwelle, welche einen Radeinschlag der Vorderräder bewirkt, verbunden. Der Lenkwelle ist ein erster Sensor zur Messung des Lenkwinkels (Einschlag des Lenkrades), vorzugsweise ein Absolutdrehwinkelsensor, und dem Rotor des Elektromotors ist ein zweiter Sensor zur Messung des Rotorwinkels (der Winkelstellung des Rotors) zugeordnet. Die Ausgangssignale beider Sensoren werden einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt, welche ein Signal für die Winkelstellung der Lenkwelle erzeugt. Der zweite Sensor ist als Rotorlagesensor eines bürstenlosen Elektromotors ausgebildet. Alternativ kann mindestens einer der Sensoren auch als Indexsensor ausgebildet sein, welcher pro Umdrehung einen Impuls liefert.By the DE 600 11 684 T2 has been known an electric power steering for the front wheels of a motor vehicle, wherein a steering shaft is actuated via a steering wheel and assisted by an electric motor. In this case, the electric motor via a reduction gear with the steering shaft, which causes a Radeinschlag the front wheels connected. The steering shaft is a first sensor for measuring the steering angle (steering wheel steering), preferably an absolute rotation angle sensor, and the rotor of the electric motor is associated with a second sensor for measuring the rotor angle (the angular position of the rotor). The output signals of both sensors are fed to a processing device which generates a signal for the angular position of the steering shaft. The second sensor is designed as a rotor position sensor of a brushless electric motor. Alternatively, at least one of the sensors can also be designed as an index sensor, which delivers a pulse per revolution.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen Aktuator der eingangs genannten Art eine verbesserte Sensorik zur Erfassung der Stellposition der Spindel vorzuschlagen.It is an object of the present invention to propose an improved sensor system for detecting the setting position of the spindle for an actuator of the type mentioned.

Die Lösung der Aufgabe zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruches 1 aus. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the problem is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Erfindungsgemäß sind bei einem Aktuator der eingangs genannten Art zwei Drehwinkelsensoren vorgesehen, wobei der erste Drehwinkelsensor als Rotorlagesensor des Elektromotors ausgebildet und der zweite Drehwinkelsensor dem Abtriebsrad bzw. der Spindelmutter zugeordnet ist. Der Rotorlagesensor ist an dem als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor zwecks Kommutierung ohnehin vorhanden und wird hier zusätzlich für die Messung des Drehwinkels der Antriebsscheibe und die Berechnung der Spindelposition herangezogen. Der zweite Drehwinkelsensor dient der Kontrolle der Messung des Rotorlagesensors, d. h. zur Plausibilisierung der aktuellen Stellposition der Spindel. Durch die Verwendung von zwei Drehwinkelsensoren wird der Vorteil erreicht, dass – im Vergleich zum bekannten Linearsensor-Bauraum in axialer Richtung der Spindel gespart wird. Grundsätzlich ergeben sich zwei Verfahren zur Plausibilisierung, nämlich ein erstes Verfahren, bei welchem die Absolutwerte der beiden Sensoren miteinander verglichen werden; dies setzt Sensoren voraus, welche die absoluten Drehwinkel messen und miteinander vergleichen. Die zweite Methode besteht darin, Drehwinkelwertepaare miteinander zu vergleichen. Dabei kann eine fehlerhafte Messung des ersten Drehwinkelsensors durch den Messwert des zweiten Drehwinkelsensors erkannt werden, wenn das Wertepaar unstimmig ist.According to the invention, two rotational angle sensors are provided in an actuator of the type mentioned, wherein the first rotational angle sensor formed as a rotor position sensor of the electric motor and the second rotational angle sensor is assigned to the output gear or the spindle nut. The rotor position sensor is anyway present on the electric motor designed as a brushless DC motor for the purpose of commutation and is additionally used here for the measurement of the angle of rotation of the drive disk and the calculation of the spindle position. The second rotation angle sensor is used to control the measurement of the rotor position sensor, d. H. to check the plausibility of the current setting position of the spindle. By using two rotation angle sensors, the advantage is achieved that - compared to the known linear sensor space in the axial direction of the spindle is saved. Basically, there are two methods for plausibility, namely a first method in which the absolute values of the two sensors are compared with each other; this requires sensors that measure and compare the absolute angles of rotation. The second method is to compare pairs of angles of rotation. In this case, a faulty measurement of the first rotation angle sensor can be detected by the measured value of the second rotation angle sensor if the value pair is inconsistent.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Drehwinkelsensor als absoluter Drehwinkelsensor ausgebildet, d. h. er ist in der Lage, den absoluten Wert des Drehwinkels zu erfassen, d. h. nicht nur innerhalb einer Umdrehung bzw. über 360 Grad, sondern auch darüber hinaus. Der erste Drehwinkelsensor, der Rotorlagesensor, liefert ebenfalls ein absolutes Signal für den Drehwinkel und die Zahl der Umdrehungen. Der absolute Drehwinkelsensor auf der Spindelmutter liefert ebenfalls den absoluten Drehwinkel und die Anzahl der Umdrehungen der Spindelmutter. Somit können unabhängig voneinander mit beiden Signalen die aktuellen Stellpositionen der Spindel berechnet und miteinander verglichen werden. Bei einer Abweichung der berechneten Werte liegt eine fehlerhafte Stellposition vor.According to a preferred embodiment, the second rotation angle sensor is designed as an absolute rotation angle sensor, d. H. he is able to detect the absolute value of the angle of rotation, d. H. not only within one revolution or over 360 degrees, but also beyond. The first rotation angle sensor, the rotor position sensor, also provides an absolute signal for the rotation angle and the number of revolutions. The absolute rotation angle sensor on the spindle nut also provides the absolute angle of rotation and the number of revolutions of the spindle nut. Thus, the current setting positions of the spindle can be calculated and compared with each other independently with two signals. If the calculated values deviate, a faulty setting position exists.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der zweite absolute Drehwinkelsensor als Lenkwinkelsensor ausgebildet sein, welcher an sich bekannt und handelsüblich ist, da er in großen Stückzahlen für die Vorderradlenkung von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Lenkwinkelsensor erfasst den Drehwinkel, der durch eine Lenkhandhabe (z. B. Lenkrad) vom Bediener aufgebracht wird und eine Größe für den Drehwinkel der Lenksäule darstellt. Der Lenkwinkelsensor erfasst also ebenfalls den absoluten Drehwinkel und die Zahl der Umdrehungen, auch im abgeschalteten Zustand. According to another preferred embodiment, the second absolute rotation angle sensor may be formed as a steering angle sensor, which is known per se and commercially available, since it is used in large quantities for the front wheel steering of motor vehicles. The steering angle sensor detects the rotation angle that is applied by a steering handle (eg, steering wheel) by the operator and represents a magnitude of the rotational angle of the steering column. The steering angle sensor thus also detects the absolute angle of rotation and the number of revolutions, even in the off state.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Drehwinkelsensor als eine Sensoreinheit ausgebildet, welche mindestens eine Referenzmarkierung auf dem Umfang der Abtriebsscheibe oder der Spindelmutter, ferner einen die Referenzmarkierung erfassenden Sensor sowie eine Auswerteinheit zum Abgleich der Signale des ersten und des zweiten Drehwinkelsensors umfasst. Diese Ausführungsform stellt eine kostenmäßig sehr günstige und einfache Lösung dar, da die den Geber darstellenden Referenzmarkierung relativ einfach auf der Abtriebsscheibe bzw. der Spindelmutter angeordnet werden kann. Der als Nehmer fungierende ortsfeste Sensor kann als handelsüblicher Sensor, z. B. als Hallsensor, der die Zahl der Umdrehungen misst, ausgebildet sein. Die gemessene Anzahl der Umdrehungen der Abtriebsscheibe bzw. der Spindelmutter bildet mit dem vom Rotorlagesensor gelieferten Drehwinkelsignal ein Wertepaar, welches zur Plausibilisierung der Stellposition herangezogen wird.According to a further preferred embodiment, the second rotation angle sensor is designed as a sensor unit, which comprises at least one reference mark on the circumference of the driven pulley or the spindle nut, furthermore a sensor detecting the reference mark and an evaluation unit for matching the signals of the first and the second rotation angle sensor. This embodiment represents a very cost-effective and simple solution, since the encoder representing the reference mark can be relatively easily arranged on the driven pulley or the spindle nut. The acting as a recipient stationary sensor can be used as a commercially available sensor, eg. B. as a Hall sensor, which measures the number of revolutions be formed. The measured number of revolutions of the driven pulley or of the spindle nut together with the rotational angle signal supplied by the rotor position sensor forms a value pair which is used to check the plausibility of the setting position.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor zur Erfassung der mindestens einen Referenzmarkierung als Inkrementalsensor oder als Drehzahlsensor ausgebildet, wobei für letzteren ein handelsüblicher Raddrehzahlsensor für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann. Unter Inkrementalsensor wird ein Aufnahmesystem verstanden, welches aus einem Rotor mit Referenzmarkierungen auf dem Umfang, z. B. einem Zahnrad und einem Drehzahlsensor besteht, der die Referenzmarkierungen erfasst und zählt. Der Sensor ist bevorzugt als Hall-Stabsensor ausgebildet und direkt auf die Zähne des Zahnrades oder der Zahnriemenscheibe gerichtet.According to a further preferred embodiment, the sensor for detecting the at least one reference mark is formed as an incremental sensor or as a speed sensor, wherein for the latter a commercially available wheel speed sensor for motor vehicles can be used. Incremental sensor is understood to mean a recording system which consists of a rotor with reference marks on the circumference, for. B. a gear and a speed sensor, which detects the reference marks and counts. The sensor is preferably designed as a Hall-staff sensor and directed directly to the teeth of the gear or the toothed belt pulley.

Die vorgenannten Sensoren, z. B. Raddrehzahlsensoren, Lenkwinkelsensoren, Inkrementalsensoren und Hall-Sensoren sind durch die Fachliteratur „Sensoren im Kraftfahrzeug”, Konrad Reif (Hrsg.), 2. Auflage, 2012, Seiten 63, 70, 140, 141 an sich bekannt.The aforementioned sensors, for. B. wheel speed sensors, steering angle sensors, incremental sensors and Hall sensors are by the Specialist literature "Sensors in the motor vehicle", Konrad Reif (ed.), 2nd edition, 2012, pages 63, 70, 140, 141 known in itself.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebsverbindung als Zahnriementrieb oder als Zahnradtrieb, bevorzugt Rädergetriebe, ausgebildet, wobei sich das Übersetzungsverhältnis aus dem Quotienten der Zähnezahlen des antreibenden und des abtreibenden Zahnriemenrades ergibt. Die Zähnezahlen für das Antriebsrad (zan) und das Abtriebsrad (zab), auch Antriebs- und Abtriebsscheibe genannt, bilden Werte von Zähnezahlen, insbesondere Primzahlen, so dass sich gleiche Zähnezahlen erst nach einer relativ hohen Anzahl von Umdrehungen des Antriebs- oder des Abtriebsrades gegenüber stehen. Beispielsweise kann die große Zahnriemenscheibe 67 Zähne und die kleine Zahnriemenscheibe 29 Zähne aufweisen, so dass sich ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von 67 × 29 = 1943 ergibt. Demnach würden sich dieselben Zähne erst nach 29 Umdrehungen der großen Scheibe bzw. nach 67 Umdrehungen der kleinen Scheibe wieder gegenüberstehen. Somit ergeben sich innerhalb des Stellbereiches der Spindel nur einzigartige Wertepaare, sogenannte Soll-Wertepaare, welche zur Plausibilisierung der Messung herangezogen werden können.According to a further preferred embodiment, the drive connection is designed as a toothed belt drive or as a gear drive, preferably gear train, wherein the gear ratio results from the quotient of the numbers of teeth of the driving and the driven toothed belt wheel. The numbers of teeth for the drive wheel (z on ) and the output gear (z from ), also called drive and driven pulleys, form values of numbers of teeth, in particular primes, so that the same number of teeth after a relatively high number of revolutions of the drive or the Abtriebsrades face. For example, the large pulley may have 67 teeth and the small pulley 29 teeth, giving a least common multiple of 67 × 29 = 1943. Accordingly, the same teeth would face only after 29 revolutions of the large disc or after 67 revolutions of the small disc again. Thus, within the control range of the spindle only unique value pairs, so-called set value pairs, which can be used for plausibility of the measurement arise.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der Auswerteeinheit einerseits der vom Rotorlagesensor gemessene Drehwinkel des Rotors respektive des Antriebsrades und andererseits die vom zweiten Drehzahlsensor gemessene Anzahl der Umdrehungen des Abtriebsrades zugeführt, woraus ein Wertepaar berechnet wird, welches zur Plausibilisierung herangezogen wird. Die Plausibilitätsprüfung erfolgt dabei in der Weise, dass das berechnete Wertepaar, das Ist-Wertepaar, mit dem einzigartigen Soll-Wertepaar abgeglichen wird.According to a further preferred embodiment, the evaluation unit, on the one hand, is supplied with the rotational angle of the rotor or the drive wheel measured by the rotor position sensor and, on the other hand, with the number of revolutions of the driven wheel measured by the second rotational speed sensor, from which a value pair is calculated, which is used for plausibility checking. The plausibility check is carried out in such a way that the calculated value pair, the actual value pair, is compared with the unique setpoint value pair.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below, which may result from the description and / or the drawing further features and / or advantages. Show it

1 einen Aktuator mit einem elektrisch angetriebenen Spindelantrieb und 1 an actuator with an electrically driven spindle drive and

2 einen Zahnriementrieb des Aktuators mit Sensoren und Messwerten. 2 a toothed belt drive of the actuator with sensors and measured values.

1 zeigt einen als Dualsteller ausgebildeten Aktuator 1 mit einem durch einen Elektromotor 2 angetriebenen Spindelantrieb 3. Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 4 auf, welches einseitig über eine Gelenkbuchse 5 an einem nicht dargestellten Achsträger eines Kraftfahrzeuges befestigt ist und den Spindelantrieb 3 in sich aufnimmt. Der Spindelantrieb 3 umfasst eine längs bewegliche, gegen Verdrehen gesicherte Gewindespindel 6, auch kurz Spindel 6 genannt, mit einem als Trapezgewinde ausgebildeten Bewegungsgewinde sowie eine mit der Gewindespindel 6 in Eingriff stehende Spindelmutter 7, welche über Wälzlager 8, 9 gegenüber dem Gehäuse 4 abgestützt ist. 1 shows an actuator designed as a dual-stage 1 with one by an electric motor 2 driven spindle drive 3 , The actuator 1 has a housing 4 on which one side over a joint socket 5 is attached to an axle carrier of a motor vehicle, not shown, and the spindle drive 3 absorbs. The spindle drive 3 Includes a longitudinally movable, secured against rotation threaded spindle 6 , also short spindle 6 called, designed as a trapezoidal thread movement thread and one with the threaded spindle 6 engaged spindle nut 7 , which about rolling bearings 8th . 9 opposite the housing 4 is supported.

Die Spindel 6 ist an ihrem der Gewindebuchse 5 abgewandten Ende mit einem Zapfen 10 verbunden, der über ein Gleitlager 11 gegenüber dem Gehäuse 4 gelagert ist und aus dem Gehäuse 4 herausragt. Der Zapfen 10 ist in dem Gleitlager verdrehsicher gelagert. Am herausragenden, äußeren Ende des Zapfens 10 ist eine Gelenkbuchse 12 befestigt, welche mit einem nicht dargestellten Spurgestänge zur Anlenkung an einem Radträger des Hinterrades des Kraftfahrzeuges verbunden werden kann.The spindle 6 is at her the threaded bush 5 opposite end with a pin 10 connected via a sliding bearing 11 opposite the housing 4 is stored and removed from the housing 4 protrudes. The pin 10 is mounted against rotation in the sliding bearing. At the protruding, outer end of the pin 10 is a joint socket 12 fastened, which can be connected to a track linkage, not shown, for articulation on a wheel carrier of the rear wheel of the motor vehicle.

Der Spindelantrieb 3 wird über einen als Zahnriementrieb 13 ausgebildeten Zugmitteltrieb 13 vom Elektromotor 2 angetrieben. Alternativ kann der Zugmitteltrieb 13 auch als Zahnradtrieb ausgebildet sein. Der Zahnriementrieb 13 weist eine als kleine Zahnriemenscheibe 14, auch kurz Riemenscheibe 14 genannt, ausgebildete Antriebsscheibe 14 und eine als große Zahnriemenscheibe 15, auch kurz Riemenscheibe 15 genannt, ausgebildete Abtriebsscheibe 15 auf, welche drehfest auf der Spindelmutter 7 angeordnet ist. Der Elektromotor 2 ist als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet und weist – was hier nicht dargestellt ist – originär einen Rotorlagesensor auf, welcher für die Kommutierung benötigt wird.The spindle drive 3 is about as a toothed belt drive 13 trained traction drive 13 from the electric motor 2 driven. Alternatively, the traction mechanism 13 be designed as a gear drive. The toothed belt drive 13 has one as a small pulley 14 , also short pulley 14 called, trained drive pulley 14 and one as a large pulley 15 , also short pulley 15 called, trained driven pulley 15 on which rotatably on the spindle nut 7 is arranged. The electric motor 2 is designed as a brushless DC motor and has - which is not shown here - originally a rotor position sensor, which is needed for the commutation.

Für die Hinterradlenkung können zwei Dualsteller, die jeweils im radnahen Bereich angeordnet sind, eingesetzt werden. Ein einzelner Dualsteller wirkt also einseitig nur auf ein Rad. Bekannt sind auch sogenannte Zentralsteller, die mittig im Fahrzeug an der Karosserie fest angeordnet sind und beidseitig jeweils über Radträger auf beide Hinterräder wirken. Für eine sichere elektrisch gestützte Hinterradlenkung („steer-by-wire”) ist es wichtig, dass jeweils die exakte Stellposition, hier die IST-Stellung der Spindel, und damit der Radeinschlagswinkel der Hinterräder zuverlässig und fehlerfrei erkannt wird. Hierzu dient das im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße Sensorkonzept, d. h. die Anordnung, Ausbildung und Funktion von zwei Drehwinkelsensoren für einen Dual- oder Zentralsteller.For the rear wheel steering, two dual actuators, each located in the near-wheel area, can be used. A single dual plate acts so one-sided only on a wheel. Also known as central plates, which are fixedly arranged in the middle of the vehicle on the body and act on both sides in each case via wheel on both rear wheels. For a safe electrically supported steer-by-wire, it is important that the exact positioning position, in this case the actual position of the spindle, and thus the wheel steering angle of the rear wheels reliably and error-free is detected. For this purpose, the sensor concept according to the invention described below, d. H. the arrangement, training and function of two rotation angle sensors for a dual or central controller.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Messung und Plausibilisierung der aktuellen Stellposition des in 1 dargestellten Aktuators 1. Hierzu ist der Zahnriementrieb 13 mit der kleinen Riemenscheibe 14 (Antriebsrad) und der großen Riemenscheibe 15 (Abtriebsrad), welche drehfest mit der Spindelmutter 7 (1) verbunden ist, schematisch dargestellt. Die Drehzahl der großen Riemenscheibe 15 entspricht somit der Spindelmutter 7. Aufgrund des Zahnriementriebes 13 ergibt sich eine formschlüssige Triebverbindung mit einem festen Übersetzungsverhältnis, welches durch die Zähnezahlen der kleinen Riemenscheibe 14 und der großen Riemenscheibe 15 bestimmt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die kleine Riemenscheibe 14 eine Zähnezahl zan = 37 und die große Riemenscheibe 15 eine Zähnezahl zab = 89 auf. Die Zähnezahlen sind bewusst als Primzahlen gewählt und ergeben eine Übersetzung von 2,41 sowie ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von 3293. Daraus ergibt sich, dass sich dieselben Zähne erst dann wieder gegenüberstehen, wenn sich die kleine Riemenscheibe 89-mal oder die große Riemenscheibe 37-mal gedreht hat. Abhängig von der Steigung des Trapezgewindes der Spindel 6 (1) lässt sich der Stellweg berechnen, nachdem sich dieselben Zähne wieder gegenüberstehen – dies liegt allerdings weit oberhalb des Stellbereiches des Aktuators 1. 2 shows a first embodiment of the invention for the measurement and plausibility of the current setting position of in 1 illustrated actuator 1 , This is the toothed belt drive 13 with the small pulley 14 (Drive wheel) and the large pulley 15 (Output gear), which rotatably with the spindle nut 7 ( 1 ), shown schematically. The speed of the large pulley 15 thus corresponds to the spindle nut 7 , Due to the toothed belt drive 13 results in a positive drive connection with a fixed transmission ratio, which by the numbers of teeth of the small pulley 14 and the big pulley 15 is determined. In a preferred embodiment, the small pulley 14 a number of teeth z an = 37 and the large pulley 15 a number of teeth z from = 89 on. The numbers of teeth are deliberately chosen as primes and give a ratio of 2.41 and a least common multiple of 3293. As a result, the same teeth only face each other when the small pulley 89 times or the large pulley 37- has turned. Depending on the pitch of the trapezoidal thread of the spindle 6 ( 1 ), the travel can be calculated after the same teeth face each other again - but this is far above the adjustment range of the actuator 1 ,

Wie oben erwähnt, ist dem kleinen Riemenrad 14 ein Rotorlagesensor des Elektromotors 2 (1) zugeordnet, welcher sowohl den Drehwinkel als auch die Anzahl der Umdrehungen misst, also als absoluter Drehwinkelsensor ausgebildet ist. Über den gemessenen absoluten Drehwinkel und das Übersetzungsverhältnis zwischen kleiner und großer Riemenscheibe 14, 15 sowie die Steigung des Trapezgewindes lässt sich der Stellweg der Spindel 6 (1) berechnen. Zur Plausibilisierung, auch Plausibilitätskontrolle oder Plausibilitätsprüfung genannt, ist eine Sensoreinheit 20 vorgesehen, welche eine Referenzmarkierung 21 auf der großen Riemenscheibe 15 (oder auch auf der hier nicht dargestellten Spindelmutter 7) sowie einen als Drehzahlsensor 22 ausgebildeten ortsfesten Sensor aufweist. Die Sensoreinheit 20 ist somit in der Lage, die Anzahl der Umdrehungen der großen Riemenscheibe 15 zu erfassen. Der vom Rotorlagesensor berechnete Stellweg kann durch das Signal der Sensoreinheit 20 plausibilisiert werden, indem ein Wertepaar aus beiden Messungen gebildet wird. Aufgrund der oben erwähnten Zähnezahlen von 37 und 89 ergeben sich für die Umdrehungen an der großen Riemenscheibe 15 und der Zähnezahl an der kleinen Riemenscheibe 14 folgende einzigartige Wertepaare: 1/15; 2/30; 3/8; 4/23 usw. – auch als Soll-Wertepaare bezeichnet. Die gemessenen Wertepaare, auch als Ist-Wertepaare bezeichnet, werden mit den Soll-Wertepaaren in einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) abgeglichen. Für den Fall, dass die Ist-Wertepaare nicht den Soll-Wertepaaren entsprechen, liegt ein Fehlerfall vor – es wird detektiert, dass der gemessene Wert nicht plausibel sein kann.As mentioned above, the small pulley is 14 a rotor position sensor of the electric motor 2 ( 1 ), which measures both the angle of rotation and the number of revolutions, that is designed as an absolute angle of rotation sensor. About the measured absolute angle of rotation and the ratio between small and large pulley 14 . 15 and the pitch of the trapezoidal thread can be the travel of the spindle 6 ( 1 ) to calculate. For plausibility checking, also called plausibility check or plausibility check, is a sensor unit 20 provided, which is a reference mark 21 on the big pulley 15 (or on the spindle nut, not shown here 7 ) as well as a speed sensor 22 having trained stationary sensor. The sensor unit 20 is thus able to reduce the number of revolutions of the large pulley 15 capture. The travel calculated by the rotor position sensor can be determined by the signal of the sensor unit 20 be made plausible by forming a pair of values from both measurements. Due to the above-mentioned numbers of teeth of 37 and 89 results for the revolutions of the large pulley 15 and the number of teeth on the small pulley 14 the following unique value pairs: 1/15; 2/30; 3/8; 4/23 etc. - also called set value pairs. The measured value pairs, also referred to as actual value pairs, are compared with the desired value pairs in an evaluation unit (not shown). In the event that the actual value pairs do not correspond to the desired value pairs, there is an error case - it is detected that the measured value can not be plausible.

2 zeigt ferner drei übereinander angeordnete Diagramme A, B, C. Das Diagramm A zeigt die gemessene Anzahl von Umdrehungen der großen Riemenscheibe 15 bzw. der Spindelmutter, gemessen durch die Sensoreinheit 20. Das Diagramm B zeigt den vom Rotorlagesensor gemessenen Drehwinkel der kleinen Riemenscheibe 14 und die Anzahl der Umdrehungen, dargestellt als Sägezahn. Das Diagramm C zeigt den berechneten Stellweg, aufgetragen über der Anzahl der Umdrehungen. Anhand der Punkte B1, B2 in Diagramm B erkennt man, dass die kleine Riemenscheibe 14 bei einer Umdrehung der großen Riemenscheibe 15 zwei Umdrehungen und einen Winkel von 146 Grad, welcher dem Zahn Nr. 15 entspricht, zurückgelegt hat; nach zwei Umdrehungen der großen Riemenscheibe 15 hat die kleine Riemenscheibe 14 vier Umdrehungen und einen Winkel von 292 Grad, was dem Zahn Nr. 30 entspricht, zurückgelegt. Aus dem Diagramm C entnimmt man, dass für die Punkte B1, B2 im Diagramm B die Stellwege von 2 mm in Punkt C1 und 4 mm im Punkt C2 zurückgelegt wurden. Wie bereits oben erwähnt, ergeben sich aus den Diagrammen A und B die einzigartigen oder Soll-Wertepaare 1/15, d. h. eine Umdrehung entsprechend Zahn Nr. 15 und 2/30, d. h. zwei Umdrehungen entsprechend Zahn Nr. 30. 2 also shows three superposed diagrams A, B, C. The diagram A shows the measured number of revolutions of the large pulley 15 or the spindle nut, measured by the sensor unit 20 , Diagram B shows the rotation angle of the small pulley measured by the rotor position sensor 14 and the number of revolutions, represented as a sawtooth. Diagram C shows the calculated travel, plotted against the number of revolutions. The points B1, B2 in diagram B show that the small pulley 14 with one revolution of the large pulley 15 two turns and an angle of 146 degrees, which corresponds to the tooth no. 15 has covered; after two revolutions of the big pulley 15 has the small pulley 14 four turns and an angle of 292 degrees, which corresponds to the tooth no. 30, covered. From the diagram C it is deduced that for the points B1, B2 in the diagram B the travel ranges of 2 mm were covered in point C1 and 4 mm in point C2. As already mentioned above, the diagrams A and B show the unique or desired value pairs 1/15, ie one revolution corresponding to tooth no. 15 and 2/30, ie two turns corresponding to tooth no. 30.

Mit anderen Worten: Der Sensor 22 gibt nach jeder vollen Umdrehung der großen Riemenscheibe 15 ein Signal aus (Diagramm A). Dieses Signal wird anschließend mit dem aktuellen Drehwinkel der kleinen Riemenscheibe 14 (Diagramm B) abgeglichen. Anhand des für jede Stellposition einzigartigen Wertepaares (Soll-Wertepaar) kann nach jeder vollen Umdrehung der Spindelmutter respektive der großen Riemenscheibe 15 die Stellposition plausibilisiert werden. Ein unplausibles Signal würde sich durch ein von den Soll-Wertepaaren abweichendes Ist-Wertepaar bemerkbar machen.In other words: the sensor 22 returns after every full turn of the big pulley 15 a signal off (diagram A). This signal is then used with the current angle of rotation of the small pulley 14 (Diagram B) adjusted. Based on the value pair (setpoint value pair) that is unique for each positioning position, the spindle nut or the large pulley can be rotated after each complete revolution 15 the parking position are made plausible. An implausible signal would be noticeable by an actual value pair deviating from the desired value pairs.

Bei der Anordnung eines einzelnen Referenzwertes auf der großen Riemenscheibe 15, wie als Referenzmarkierung 21 dargestellt, kann eine falsche Stellposition im ungünstigen Fall erst nach einer Umdrehung an der großen Riemenscheibe 15 erkannt werden. Der maximal mögliche fehlerhafte Stellweg entspricht also der Steigung des Trapezgewindes der Spindel 6 (1). Dieser Fehler lässt sich reduzieren, indem weitere Referenzmarkierungen eingesetzt werden, welche sich von der ursprünglichen Referenzmarkierung unterscheiden müssen.When arranging a single reference value on the large pulley 15 , as a reference mark 21 shown in the worst case, an incorrect setting position after a turn on the large pulley 15 be recognized. The maximum possible faulty travel thus corresponds to the pitch of the trapezoidal thread of the spindle 6 ( 1 ). This error can be reduced by using additional reference marks, which must be different from the original reference mark.

Für die Sensoreinheit 20 zur Drehzahlmessung der großen Riemenscheibe 15 respektive der Spindelmutter können bevorzugt handelsübliche Raddrehzahlsensoren verwendet werden, wie sie beispielsweise in Antiblockiersystemen für Kraftfahrzeuge im Einsatz sind.For the sensor unit 20 for measuring the speed of the large pulley 15 respectively the spindle nut can be used preferably commercially available wheel speed sensors, as they are for example in anti-lock braking systems for motor vehicles in use.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können anstelle von Raddrehzahlsensoren auch Inkrementaldrehzahlsensoren verwendet werden. Durch diese Sensoren werden die Drehwinkel und die Zahl der Umdrehungen aufsummiert, so dass sich die absolute Drehwinkelposition bestimmen lässt. In diesem Falle können die Absolutwerte der kleinen und der großen Riemenscheibe miteinander abgeglichen werden, wodurch eine einfache und sichere Plausibilitätskontrolle möglich ist.According to a further embodiment of the invention, incremental speed sensors may be used instead of wheel speed sensors. Through these sensors, the rotation angle and the number of revolutions are added up, so that the absolute rotation angle position can be determined. In this case, the absolute values of the small and the large pulley can be matched with each other, whereby a simple and safe plausibility check is possible.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können absolute Drehwinkelsensoren für die Spindelmutter oder die große Riemenscheibe verwendet werden, beispielsweise handelsübliche Lenkwinkelsensoren, welche für die Vorderradlenkung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.According to a further embodiment of the invention, absolute rotation angle sensors can be used for the spindle nut or the large pulley, for example, commercial steering angle sensors, which are used for the front wheel steering of motor vehicles.

Weitere Einzelheiten bezüglich Aufbau und Funktion der vorgenannten Sensoren sind der Fachliteratur „Sensoren im Kraftfahrzeug”, 2. Auflage, 2012, Bosch Fachinformation Automobil zu entnehmen.Further details regarding the structure and function of the aforementioned sensors are the Specialist literature "Sensors in the motor vehicle", 2nd edition, 2012, Bosch Fachinformation Automobil refer to.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aktuator (Dualsteller)Actuator (dual actuator)
22
Elektromotorelectric motor
33
Spindelantriebspindle drive
44
Gehäusecasing
55
Gelenkbuchsejoint bush
66
Spindelspindle
77
Spindelmutterspindle nut
88th
Wälzlagerroller bearing
99
Wälzlagerroller bearing
1010
Zapfenspigot
1111
Gleitlagerbearings
1212
Gelenkbuchsejoint bush
1313
Zahnriementriebtoothed belt drive
1414
Antriebsscheibe (kleine Zahnriemenscheibe)Drive pulley (small pulley)
1515
Abtriebsscheibe (große Zahnriemenscheibe)Driven pulley (large pulley)
2020
Sensoreinheitsensor unit
2121
Referenzmarkierungreference mark
2222
Sensorsensor
AA
Diagramm: Sensor für SpindelmutterDiagram: Sensor for spindle nut
BB
Diagramm: RotorlagesensorDiagram: Rotor position sensor
B1, B2B1, B2
Wertepaarevalue pairs
CC
Diagramm: Stellweg SpindelDiagram: Travel path spindle
C1, C2C1, C2
StellwegeDisplacement
ii
Übersetzungsverhältnisratio
zan z on
Zähnezahl AntriebsscheibeNumber of teeth drive pulley
zab z off
Zähnezahl AbtriebsscheibeNumber of teeth driven pulley

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 60011684 T2 [0004] DE 60011684 T2 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Fachliteratur „Sensoren im Kraftfahrzeug”, Konrad Reif (Hrsg.), 2. Auflage, 2012, Seiten 63, 70, 140, 141 [0012] Technical Literature "Sensors in Motor Vehicles", Konrad Reif (ed.), 2nd edition, 2012, pages 63, 70, 140, 141 [0012]
  • Fachliteratur „Sensoren im Kraftfahrzeug”, 2. Auflage, 2012, Bosch Fachinformation Automobil [0030] Specialist literature "Sensors in the motor vehicle", 2nd edition, 2012, Bosch Specialized Information Automotive [0030]

Claims (9)

Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Elektromotor (2), einen Spindelantrieb (3), welcher eine Spindel (6) und eine in Wirkverbindung mit der Spindel (6) stehende Spindelmutter (7) aufweist, sowie eine ein Antriebsrad (14) und ein Abtriebsrad (15) aufweisende Antriebsverbindung (13) zwischen dem Elektromotor (2) und der mit dem Abtriebsrad (15) verbundenen Spindelmutter (7) mit einem festen Übersetzungsverhältnis (i), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) einen ersten als Rotorlagesensor ausgebildeten Drehwinkelsensor und die Spindelmutter (7) oder das mit der Spindelmutter (7) verbundene Abtriebsrad (15) einen zweiten Drehwinkelsensor aufweisen.Actuator for a rear wheel steering of a motor vehicle, comprising an electric motor ( 2 ), a spindle drive ( 3 ), which has a spindle ( 6 ) and in operative connection with the spindle ( 6 ) spindle nut ( 7 ), and a drive wheel ( 14 ) and a driven wheel ( 15 ) having drive connection ( 13 ) between the electric motor ( 2 ) and with the driven wheel ( 15 ) associated spindle nut ( 7 ) with a fixed transmission ratio (i), characterized in that the electric motor ( 2 ) a first rotor position sensor designed as a rotational angle sensor and the spindle nut ( 7 ) or with the spindle nut ( 7 ) connected output gear ( 15 ) have a second rotation angle sensor. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehwinkelsensor als absoluter Drehwinkelsensor ausgebildet ist.Actuator according to claim 1, characterized in that the second rotation angle sensor is designed as an absolute rotation angle sensor. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehwinkelsensor als Lenkwinkelsensor ausgebildet ist.Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the second rotation angle sensor is designed as a steering angle sensor. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehwinkelsensor als Sensoreinheit (20) ausgebildet ist, welche mindestens eine Referenzmarkierung (21) auf dem Umfang der Abtriebsscheibe (15) oder der Spindelmutter (7), einen die Referenzmarkierung (21) erfassenden Sensor (22) und eine Auswerteinheit zum Abgleich der Signale des ersten und des zweiten Drehwinkelsensors (22) umfasst.Actuator according to claim 1, characterized in that the second rotation angle sensor as a sensor unit ( 20 ) is formed, which at least one reference mark ( 21 ) on the circumference of the driven pulley ( 15 ) or the spindle nut ( 7 ), the reference mark ( 21 ) detecting sensor ( 22 ) and an evaluation unit for adjusting the signals of the first and the second rotation angle sensor ( 22 ). Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der mindestens einen Referenzmarkierung (21) als Inkrementalsensor oder als Drehzahlsensor (22) ausgebildet ist.Actuator according to claim 4, characterized in that the sensor for detecting the at least one reference mark ( 21 ) as an incremental sensor or as a speed sensor ( 22 ) is trained. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindung als Zahnriementrieb (13) oder als Zahnradtrieb ausgebildet ist, wobei das Antriebsrad (14) die Zähnezahl zan und das Abtriebsrad (15) die Zähnezahl zab aufweist und wobei zan und zab einen großen Wert für das kleinste gemeinsame Vielfache der Zähnezahlen besitzen, insbesondere Primzahlen sind, und das Übersetzungsverhältnis i = zab:zan bestimmen.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive connection as a toothed belt drive ( 13 ) or is designed as a gear drive, wherein the drive wheel ( 14 ) The number of teeth z and the output gear ( 15 ) has the number of teeth z from and wherein z on and z ab have a large value for the least common multiple of the numbers of teeth, in particular primes, and the transmission ratio i = z from : z to determine. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit vom ersten Drehwinkelsensor ein erstes Signal über die Winkelstellung des Rotors respektive des Antriebsrades (14) und vom zweiten Drehwinkelsensor (22) ein zweites Signal über die Zahl der Umdrehungen des Abtriebsrades (15) respektive der Spindelmutter (7) erhält, wobei das erste und das zweite Signal ein einzigartiges Wertepaar bilden, welches der Plausibilitätsprüfung der Messwerte dient.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit from the first rotation angle sensor, a first signal via the angular position of the rotor or the drive wheel ( 14 ) and the second rotation angle sensor ( 22 ) a second signal on the number of revolutions of the output gear ( 15 ) respectively the spindle nut ( 7 ), wherein the first and the second signal form a unique value pair, which serves the plausibility check of the measured values. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradtrieb als Planetengetriebe ausgebildet ist.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the gear drive is designed as a planetary gear. Hinterradlenkung mit einem Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Rear wheel steering with an actuator according to one of the preceding claims.
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