DE102011085607A1

DE102011085607A1 - Lenkvorrichtung für eine Hinterradlenkung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102011085607A1
Application number: DE201110085607
Authority: DE
Inventors: Heiko Jausel; Uwe Kuckelkorn; Bernd Hartmann; Christian Heyer; Stephan Habel; Andreas Zell
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-07-12
Also published as: WO2012059511A2; WO2012059511A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels eines Hinterrades eines Kraftfahrzeugs umfassend wenigstens ein Radführungsglied, über das ein Radträger des Rades mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist, wobei der Radträger um eine im Wesentlichen parallel zur Radebene verlaufende Drehachse schwenkbar ist und das Radführungsglied beabstandet von der Drehachse an dem Radträger angelenkt und mittels einer einen Elektromotor aufweisenden elektromechanischen Antriebseinheit in seiner Länge verstellbar ist, wobei die elektromechanische Antriebseinheit einerseits über eine Schubstange mit einem radträgerseitigen Gelenk zur Bildung eines Schwenklagers verbunden ist, über das eine Verbindung zum Radträger realisiert wird und andererseits mit einem fahrzeugaufbauseitigem Gelenk zur Bildung eines weiteren Schwenklagers verbunden ist, über das eine Verbindung zum Fahrzeugaufbau realisiert wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Lenkeinrichtung. Um den tatsächlichen Lenkwinkel möglichst genau und kostengünstig zur Verfügung zu stellen sind ein Motorwinkelsensor zur Ermittlung der Rotorlage des Elektromotors sowie mindestens zwei Zähleinheiten vorgesehen, wobei die Zähleinheiten jeweils einen Zähler aufweisen und wobei die Zähleinheiten derart ausgebildet sind, dass sie während einer ausgeschalteten Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet bleiben und die Zähler der Zähleinheiten abhängig von der Lenkwinkeländerung der lenkbaren Hinterräder entweder zu inkrementieren oder zu dekrementieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels eines Hinterrades eines Kraftfahrzeugs umfassend wenigstens ein Radführungsglied, über das ein Radträger des Rades mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist, wobei der Radträger um eine im Wesentlichen parallel zur Radebene verlaufende Drehachse schwenkbar ist und das Radführungsglied beabstandet von der Drehachse an dem Radträger angelenkt und mittels einer einen Elektromotor aufweisenden elektromechanischen Antriebseinheit in seiner Länge verstellbar ist, wobei die elektromechanische Antriebseinheit einerseits über eine Schubstange mit einem radträgerseitigen Gelenk zur Bildung eines Schwenklagers verbunden ist, über das eine Verbindung zum Radträger realisiert wird und andererseits mit einem fahrzeugaufbauseitigem Gelenk zur Bildung eines weiteren Schwenklagers verbunden ist, über das eine Verbindung zum Fahrzeugaufbau realisiert wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Lenkeinrichtung.
Aus der WO 2006/117343 A1 ist Lenkvorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei der vorbekannten Lenkvorrichtung ist ein berührungsloser Wegsensor vorgesehen, der die relative Lage der Schubstange in Bezug auf das Radführungsglied ermittelt. Die Information über die relative Lage der Schubstange wird zum Einregeln der Sollwertvorgaben für die Spurstangenlänge bzw. den Radeinschlagwinkel benötigt. Da für die Realisierung dieser Funktionen redundante Signale vorliegen müssen, sind in den vorbekannten Systemen in der Regel zwei Wegsensoren vorgesehen. Die Verwendung redundanter Wegsensoren ist aufgrund des vergleichsweise aufwendigen Aufbaus und der damit verbundene Herstellungspreis als nachteilig anzusehen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der tatsächliche Lenkwinkel möglichst genau und kostengünstig zur Verfügung gestellt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass ein Motorwinkelsensor zur Ermittlung der Rotorlage des Elektromotors sowie mindestens zwei Zähleinheiten vorgesehen sind, wobei die Zähleinheiten jeweils einen Zähler aufweisen und wobei die Zähleinheiten derart ausgebildet sind, dass sie während einer ausgeschalteten Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet bleiben und die Zähler der Zähleinheiten abhängig von der Lenkwinkelnderung der lenkbaren Hinterräder entweder zu inkrementieren oder zu dekrementieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind die Zähleinheiten derart ausgebildet, dass die Zähler abhängig von einer Drehrichtung des Rotors des Elektromotors entweder inkrementieren oder dekrementieren und zwar derart, dass in einer ersten Drehrichtung der jeweilige Zähler inkrementiert wird und in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung der jeweilige Zähler dekrementiert wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine Entscheidungseinheit vorgesehen ist, die nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs abhängig von einem Lenkwinkel, der aus dem Sensorsignal des Motorwinkelsensors ermittelbar ist, einen der Zähler auszuwählen, abhängig von dessen Zählerstand die Lenkwinkeländerung der lenkbaren Räder erfasst.
Es ist eine Fehlererkennungseinheit vorgesehen, die nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs die Zählerstände der Zähler miteinander vergleicht und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs einen Fehler anzeigt.
Dabei ist vorgesehen, dass der Motorwinkelsensor ein AMR-, GMR- oder Hall-Sensor ist oder als Resolver ausgebildet ist.
Eine vorteilhaft Weiterbildung des Erfindungsgegenstands sieht eine Verriegelungseinheit vor, die die elektromechanische Antriebseinheit sperrt bei einem Fehlerfall in der Energieversorgung oder bei einem Defekt des Elektromotors oder falls der Wert des Lenkwinkels nicht plausibel ist oder falls die Kommunikationsanbindung über einen Daten-Bus gestört ist.
Die vorhin genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass ein Motorwinkelsensor die Rotorlage des Elektromotors ermittelt und jeweils ein Zähler von mindestens zwei Zähleinheiten während einer ausgeschalteten Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet bleiben und die Zähler der Zähleinheiten abhängig von der Lenkwinkeländerung der lenkbaren Hinterräder entweder inkrementiert oder dekrementiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die elektromechanische Antriebseinheit bei einem Fehlerfall in der Energieversorgung oder einem Defekt des Elektromotors mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung sofort gesperrt wird und der aktuelle Lenkwinkel gespeichert wird. Durch diese Maßnahme wird die elektromechanische Antriebseinheit im letzten gespeicherten Lenkwinkel blockiert und bei einem Neustart des Systems ist der gespeicherte Lenkwinkel weiterhin gültig.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektromechanische Antriebseinheit in die Stellung der Geradeausfahrt gebracht wird und dort von einer Verriegelungsvorrichtung gesperrt wird, falls der Wert des Lenkwinkels nicht plausibel ist oder die Kommunikationsanbindung über einen Daten-Bus gestört ist. Bei diesen sogenannten externen Fehlern (z. B. Lenkwinkel nicht plausibel) oder Kommunikationsfehlern (z. B. Signalaussetzer) wird die elektromechanische Antriebseinheit bei noch funktionstüchtigem Elektromotor zunächst in Geradeausstellung gefahren und anschließend verriegelt.
Bei einem Verlust der aktuellen Rotorlage des Elektromotors wird die elektromechanische Antriebseinheit derart angesteuert, dass die maximale Länge des Radführungsglieds erreicht wird und dass nachfolgend die elektromechanische Antriebseinheit um einen vorab gespeicherten Wert zurückgefahren wird, damit sich die Lenkvorrichtung in der Stellung der Geradeausfahrt befindet. In diesem Fall greift eine erneute Nullpunktkalibrierung. Hierzu wird der Endanschlag der elektromechanischen Antriebseinheit verwendet, dessen Offset zum gelernten Nullpunkt der Hinterachslenkung im Steuergerät gespeichert wird, indem er einmalig nach erfolgter Kalibrierung des Nullpunktes angefahren und der Offset hierdurch ermittelt wird. Nach unkontrolliertem Verlust der Versorgungsspannung wird bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit dieser Endanschlag erneut angefahren, womit durch den gespeicherten Offset der Nullpunkt wieder bekannt ist.
Dabei ist vorgesehen, dass die Ansteuerung der elektromechanischen Antriebseinheit zum Erreichen der maximalen Länge des Radführungsglieds bei geringen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Die Ermittlung des Endanschlags erfolgt im Prinzip durch einen einfachen Vergleich des erwarteten Motordrehwinkels mit dem realen Drehwinkel, da diese Prozedur bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird, kann ein Blockieren des Antriebs beispielsweise durch Bordsteinberührung ausgeschlossen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Hinterachsintegralträger nach dem Stand der Technik;
2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Radführungsglieds und
3 eine schematische Darstellung einer Auswerteeinheit.
1 zeigt einen Hinterachsintegralträger für eine angetriebene Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, wie er aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Er weist einen Hilfsrahmen 71 auf, der an Befestigungspunkten 72 mit einer in 1 nicht dargestellten Karosserie des Fahrzeugs verbunden wird. Radträger 66 sind über Radführungslenker 74 gelenkig mit dem Hilfsrahmen 71 verbunden. Ferner ist jeweils ein Federbein 75 zur Abstützung an der Karosserie fest an den Radträgern 66 montiert. In 1 sind zudem an den Radträgern montierte Radlagerungen 76 dargestellt. Die an die Radträger 66 bzw. die Radlagerungen 76 montierbaren Hinterräder des Fahrzeugs werden jeweils durch eine Radantriebswelle 79 angetrieben. Die Radantriebswellen 79 sind dabei über ein Differentialgetriebe 80 miteinander verbunden, das einen in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne gerichteten Flansch 81 zum Anflanschen einer durch den Fahrzeugmotor angetriebene Welle aufweist.
Zwischen dem Hilfsrahmen 71 und den Radträgern 66 befindet sich ferner jeweils eine Spurstange 69 mit fester Länge, die durch jeweils ein Schwenklager 67, 68 mit dem Hilfsrahmen 71 einerseits und dem Radträger 66 andererseits verbunden ist.
Bei der nachfolgend beschriebenen Lenkvorrichtung ist vorgesehen, dass ein längefestes Radführungsglied auf jeder Seite des Hinterachsintegralträgers durch ein Radführungsglied ersetzt wird, das in seiner Länge verstellbar ist. Dabei werden die Spurstangen 69 jeweils durch eine in 2 dargestelltes Radführungsglied 1 ersetzt, das in seiner Länge veränderbar ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Alternativ kann auch ein Querlenker 70 einer Einzelradaufhängung durch das in 2 dargestellte, längenverstellbare Radführungsglied 1 ersetzt werden.
Wie es in 2 dargestellt ist, weist das Radführungsglied 1 zur Befestigung an dem Hilfsrahmen 71 ein fahrzeugaufbauseitiges Gelenk 5 auf, das zusammen mit den Lagerseitenstegen 77a, 77b (1) des Hilfsrahmens 71 das Schwenklager 68 bildet. Über das radträgerseitige Gelenk 11, welches das Schwenklager 67 bildet, kann das Radführungsglied 1 an den Radträger 66 angelenkt werden.
Das Radführungsglied 1 enthält eine elektromechanische Antriebseinheit, mit dem über ein Getriebe eine Schubstange 9 bewegt wird, um den Radträger 66 um eine im Wesentlichen parallel zur Radebene verlaufende Drehachse zu verschwenken. An der Schubstange 9 ist dabei das radträgerseitige Gelenk 11 angeordnet, das am Schwenklager 67 angreift.
Durch die Längenänderung des Radführungsglieds 1 wird der Radeinschlagswinkel der an den Radträgern 66 montierten Hinterräder verändert. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt insbesondere bei einer Verlängerung des Radführungsglieds eine Veränderung des Radeinschlagswinkels in Richtung Vorspur und bei einer Verkürzung eine Veränderung in Richtung Nachspur.
Eine Modifikation der übrigen Radführungslenker 74 ist in der Regel nicht erforderlich, da Radaufhängungen üblicherweise ein Verschwenken der Räder in Richtung Vor- und Nachspur zulassen. Ohne weitere Modifikationen lassen sich dabei insbesondere Radeinschlagswinkel realisieren, die im Bereich der Radeinschlagswinkel aufgrund von elastokinematischen Lenkbewegung liegen und für eine wirkungsvolle Beeinflussung der Fahrdynamik bereits ausreichend groß sind. Gleichfalls kann es jedoch auch vorgesehen sein, die Radaufhängung so zu modifizieren, dass größere Lenkeinschläge möglich sind.
Bedingt durch die beengten Einbauverhältnisse an den fahrzeugspezifischen Hinterachsintegralträgern ist es sehr schwierig, einen einheitlichen Aufbau des Radführungsglieds 1 für verschiedene Fahrzeuge zu erstellen. Daher ist das Radführungsglied 1 in die herkömmliche Radaufhängung eines nicht lenkbaren Fahrzeugrades integrierbar und wird dabei an die beschränkten Bauraumverhältnisse verschieden ausgeführter Radaufhängungen angepasst. Gleichzeitig ist eine kompakte Bauform realisiert, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Wie es in 2 dargestellt ist, besteht das Radführungsglied 1 im Wesentlichen aus 3 Hauptgruppen: Dem fahrzeugaufbauseitigem Gelenk 5 bestehend aus Lagergehäuse 4 mit integriertem fahrzeugspezifischen Gummilager 3, der elektromechanischen Antriebseinheit 6 und dem fahrzeugspezifischen Spurstangenadapter 7, der aus der Schubstange 9 und dem radträgerseitigen Gelenk 11 gebildet ist.
Das fahrzeugaufbauseitige Gelenk 5 wird mit Hilfe eines Schraubringes 8 mit der elektromechanischen Antriebseinheit 6 verbunden. Dabei wird das fahrzeugaufbauseitige Gelenk 5 bei der Endmontage in einer den Bauraumverhältnissen angepassten Winkelstellung in Bezug auf die Längsachse A der elektromechanischen Antriebseinheit 6 positioniert und mit Hilfe des Schraubrings 8 in dieser Stellung arretiert. Generell kann das fahrzeugaufbauseitige Gelenk 5 gegenüber der elektromechanischen Antriebseinheit 6 in beliebigen Winkelstellungen positioniert und mit dem Schraubring 8 in dieser Position fest gehalten werden. Dadurch ist das Radführungsglied 1 an die vorhandenen Bauraumverhältnisse adaptierbar. Durch die Verwendung des Gewinderinges 8 ergibt sich darüber hinaus eine sehr kompakte Bauform der beiden Gehäuseschnittstellen und die beiden Gehäusebauteile, Lagergehäuse 4 und Modulgehäuse 13, werden unter Belastung symmetrisch beansprucht, was eine Material- und Bauraumreduzierung zur Folge hat.
Das radträgerseitige Gelenk 11 ist austauschbar ausgebildet. Durch das Einsetzen eines Schubstangenadapters ist die geometrische Lage des radträgerseitigen Gelenks 11 veränderbar und das Radführungsglied 1 ist an die vorhandenen Bauraumverhältnisse anpassbar. Durch eine einheitliche Schnittstelle zwischen der Schubstange 9 und der elektromechanischen Antriebseinheit 6 wird die Verwendung eines Schubstangenadapters ermöglicht und es lassen sich fahrzeugspezifische Spurstangenlängen 10 einfach realisieren. Unter Verwendung der gleichen elektromechanischen Antriebseinheit 6 und unter Verwendung eines geeigneten fahrzeugaufbauseitigem Gelenk 5 sowie eines geeigneten Spurstangenadapters werden die verschiedensten Fahrzeug-Applikationen realisiert.
Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 von einem Modulgehäuse 13 umschlossen, und besteht im Wesentlichen aus einem Elektromotor 14, einem Getriebe 15 und einer Blockiereinrichtung 18, 20 zur Unterdrückung der Längenverstellung des Radführungsgliedes 1. Der Elektromotor 14 weist einen Stator 16 und einen Rotor 17 auf und ist koaxial zur Längsachse A der elektromechanischen Antriebseinheit 6 angeordnet.
Das Getriebe 15 wird aus einem Planeten-Getriebe, einem Kugelgewindetrieb, einem Verriegelungsrad und einer Verdrehsicherungshülse gebildet. In der Rückfallebene des Radführungsglieds 1 wird der Verriegelungsmagnet 18 stromlos geschaltet. Hierdurch rastet der federvorgespannte Magnetstößel 20 in eine Rastierscheibe des Verrieglungsringes mechanisch ein und verriegelt die Stellbewegung des Radführungsglieds 1.
Wie 2 weiter entnehmbar ist, ist dem Rotor 17 des Elektromotors 14 ein Sensor 12 zugeordnet, der auch als Motorwinkelsensor 12 bezeichnet wird, da er die Rotorlage des Elektromotors 14 bestimmt.
In 3 ist eine Auswerteeinheit 22 dargestellt, die als applikationsspezifisches integriertes Bauelement ausgebildet ist und für die Erfassung von Lenkwinkeländerungen verwendet wird. Aus den Lenkwinkeländerungen wird der absolute Lenkwinkel ermittelt. Die Auswerteeinheit 22 umfasst aus Redundanzgründen eine erste Zähleinheit 23 und eine zweite Zähleinheit 24, denen eingangsseitig ein Sensorsignal S des Sensors 12 zugeordnet ist.
Der Sensor 12 zur Erfassung der Position des Rotors 17 des Elektromotors 14 ist typischerweise als magnetoresistiver Mess-Sensor (AMR oder GMR) ausgebildet, der ein Sinus- und ein Kosinussignal als Sensorsignal S an die Auswerteeinheit 22 liefert. Alternativ kann der Motorwinkelsensor 12 aber auch als Hall-Sensor oder als Resolver ausgebildet sein. Einem anliegenden Sensorsignalwert des Sinus- und Kosinussignals kann direkt ein Winkel des Rotors 17 des Elektromotors 14 bezogen auf den vorgegebenen Bezugspunkt zugeordnet werden. Grundsätzlich sind auch mehrere Sensoren 12 zur Erfassung der Position des Rotors 17 denkbar, so kann beispielsweise jeweils ein Sensor 12 jeweils einer Zähleinheit 25, 26 zugeordnet sein. Der Sensor 12 kann in einer vorteilhaften Ausführung von der Auswerteeinheit 22 angesteuert werden, so z. B. permanent oder getaktet. Dadurch kann der Sensor 12 besonders stromsparend betrieben werden.
Die erste Zähleinheit 23 umfasst eine erste Analogeinheit 30, einen ersten Zustandsautomaten 32 und einen ersten Zähler 25. Der ersten Analogeinheit ist das Sensorsignal S eingangsseitig zugeordnet. Der erste Zähler 25 ist als Aufwärts- und Abwärtszähler ausgebildet und inkrementiert seinen aktuellen Zählerstand abhängig von einem Inkrementsignal und dekrementiert seinen aktuellen Zählerstand abhängig von einem Dekrementsignal, die beide von dem Zustandsautomaten erzeugt werden. Ausgangsseitig erzeugt der erste Zähler 25 ein erstes Zählersignal S_CNT1. Die zweite Zähleinheit 24 ist analog zu der ersten Zähleinheit 23 ausgebildet, umfassend eine zweite Analogeinheit 31, einen zweiten Zustandsautomaten 33, sowie einen zweiten Zähler 26.
Die erste und zweite Zähleinheit 23 und 24 sind derart ausgebildet, dass sie auch bei ausgeschalteter Zündung eingeschaltet bleiben. Es sind auch mehr als zwei Zähleinheiten verwendbar.
Ferner umfasst die Auswerteeinheit 22 einen Signalprozessor 29, dem eingangsseitig das erste Zählersignal S_CNT1 und das zweite Zählersignal S_CNT2, sowie ein Winkelsignal S_A, das repräsentativ ist für den gerade gültigen Sensorwert des Sensors 12, zugeordnet ist. Der Signalprozessor 29 umfasst neben einer Fehlererkennungseinheit 28 eine Entscheidungseinheit 27. Der Entscheidungseinheit 27 sowie der Fehlererkennungseinheit 28 sind eingangsseitig das erste und das zweite Zählersignal S_CNT1 und S_CNT2 zugeordnet. Des Weiteren ist der Entscheidungseinheit 27 das Winkelsignal S_A zugeordnet. Die Entscheidungseinheit 27 erzeugt ausgangsseitig ein Lenkwinkelsignal S_α. Die Fehlererkennungseinheit 28 erzeugt ausgangsseitig ein Fehlerstatussignal S_ERR. Die Auswerteeinheit 22 ist typischerweise mittels einer Kommunikationsschnittstelle mit einem Lenk- oder ESP-Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Kommunikationsschnittstelle ist typischerweise als CAN-Schnittstelle ausgebildet und ermöglicht somit eine Kommunikation mit dem Lenk- oder ESP-Steuergerät mittels eines CAN-Bussystems. Mittels der Kommunikationsschnittstelle wird das Lenkwinkelsignal S_α der Entscheidungseinheit 27 und/oder das Fehlerstatussignal S_ERR der Fehlererkennungseinheit 28 übermittelt.
Durch kontinuierliches Abfragen ist der Verstellweg der Hinterradlenkung 1 nach einem einmaligen Lernen der Nullposition bekannt. Die Nullposition der elektromechanischen Antriebseinheit 6 kann durch einen Nullpunktlernalgorithmus oder über eine manuelle Nullpunktkalibrierung ermittelt werden. Bei einer manuellen Nullpunktkalibrierung wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 derart angesteuert wird, dass die maximale Spurstangenlänge 10 des Radführungsglieds 1 erreicht wird und dass nachfolgend die elektromechanische Antriebseinheit 6 um einen vorab gespeicherten Wert zurückgefahren wird, damit sich die Lenkvorrichtung in der Stellung der Geradeausfahrt befindet. Dieser vorab gespeicherte Wert stellt den Offset zwischen der Nullpunktstellung und der Maximalstellung der Antriebseinheit 6 dar. Damit ist stets der aktuelle Lenkwinkel α_ist der Hinterradlenkung bekannt.
Dadurch dass kein Wegsensor wie im Stand der Technik mehr vorhanden ist, sondern nur noch ein Rotorwinkelsensor 12 muss der aktuelle Lenkwinkel α_ist bzw. die aktuelle Spurstangenlänge 10 der elektromechanischen Antriebseinheit 6 bekannt sein. Kritisch ist die in einem Fehlerfall. Je nach Fehlerfall wird der sichere Zustand durch Abschalten des Elektromotors 14 und durch Verriegeln des Getriebes mit der Verriegelungsvorrichtung 18, 20 in der aktuellen Position. Bei internen Motorfehlern oder stromlosem Zustand bzw. batteriefreiem Betrieb wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 sofort in der aktuellen Position verriegelt. Gestufte Abschaltvorgänge sind nicht möglich. In dem genannten Fehlerfall greift nur die sofortige Abschaltung. Mit anderen Worten wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 bei einem Fehlerfall in der Energieversorgung oder einem Defekt des Elektromotors 14 mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung 18, 20 sofort gesperrt und der aktuelle Lenkwinkel α_ist bzw. die Spurstangenlänge 10 gespeichert. Diese mechanische Konstruktion des Radführungsglieds 1 gewährleistet prinzipbedingt, dass die elektromechanische Antriebseinheit 6 bei ausgeschaltetem Elektromotor 14 mit einem sehr kleinen Spiel in der entsprechenden Position verriegelt und die Spurstangenlänge 10 nahezu konstant ist.
Der aktuelle Lenkwinkel α_ist kann auch durch gezieltes Verfahren des Radführungsglieds 1 in die Geradeausposition mit anschließender Verriegelung im Fehlerfall erhalten bleiben. Dazu ist es allerdings notwendig, dass der Fehler nicht in der Energieversorgung der Hinterradlenkung auftritt. Bei externen Fehlern (z. B. Lenkwinkel nicht plausibel) oder Kommunikationsfehlern (z. B. Signalaussetzer) wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 bei noch funktionstüchtigem Elektromotor 14 zunächst in Geradeausstellung gefahren und anschließend verriegelt. Die elektromechanische Antriebseinheit 6 wird also in die Stellung der Geradeausfahrt gebracht und dort von der Verriegelungsvorrichtung 18, 20 gesperrt, falls der Wert des Lenkwinkels α nicht plausibel ist oder die Kommunikationsanbindung über einen Daten-Bus gestört ist.
Wie bereits erwähnt wird bei einem Verlust der aktuellen Rotorlage des Elektromotors 14 die elektromechanische Antriebseinheit 6 derart angesteuert, dass die maximale Spurstangenlänge 10 des Radführungsglieds 1 erreicht wird. Anschließend wird die elektromechanische Antriebseinheit 6 um den Offsetwert zurückgefahren, damit sich die Lenkvorrichtung in der Stellung der Geradeausfahrt befindet. Die Ermittlung des Endanschlags erfolgt im Prinzip durch einfachen Vergleich des erwarteten Motordrehwinkels mit dem realen Drehwinkel, da diese Prozedur bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird, kann ein Blockieren des Antriebs z. B. durch Bordsteinberührung ausgeschlossen werden.
Die Forderung nach batteriefreiem Betrieb sofort wieder den aktuellen Lenkwinkel α_ist bzw. die Spurstangenlänge 10 zu kennen, wird dadurch erreicht, dass die mechanische Konstruktion der Antriebseinheit 6 mit Verriegelungsvorrichtung 18, 20 eine feste Zuordnung aus Verfahrweg (Hinterachslenkwinkel α) und ein Verändern des Hinterachslenkwinkels bei abgeschaltetem oder batteriefreiem Steuergerät durch die Verriegelungsvorrichtung 18, 20 zuverlässig verhindert wird. Hierdurch ist eine sichere Zuordnung des Hinterachslenkwinkels α_ist zum im letzten Zündungszyklus ermittelten Motorwinkel gegeben, weil eine Veränderung des Hinterachslenkwinkels α_ist bei stromlosem Steuergerät nicht möglich ist. Ergänzt wird dieses Prinzip durch die beschriebene Vorgehensweise, dass der letzte Counterstand auf ein EPROM des Hauptcontrollers geschrieben wird. Der maximale Fehler der Istposition, der sich bei maximaler Dynamik des Elektromotors 14 ergibt, berechnet sich aus der Motordynamik und der Zeit, die zum Schreiben auf das EPROM benötigt wird. Bei voller Dynamik erreicht der Steller 50 mm/sec, je nach Anlenkung der Spurstange an das Rad ergibt sich daraus eine Verstellwinkelgeschwindigkeit am Rad von ca. 8°/sec. Bei einem angenommenen Zeitverzug von 50 msec ergibt sich ein max. Winkelfehler von 0,4° am Rad. Zusätzlich kann aber auch zusammen mit dem letzten Counterstand eine letzte Dynamikkennzahl auf das EPROM geschrieben werden. Damit ist es möglich, den Fehler bei bekannter Verzugszeit auszugleichen.
Vorteilhaft gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten ist dabei, dass die bekannten Systeme einen redundanten und somit aufwendigen Wegsensor verwenden.
Bezugszeichenliste

1: Radführungsglied
2: elektrische Außen-Schnittstelle
3: Gummilager
4: Lagergehäuse
5: fahrzeugaufbauseitiges Gelenk
6: elektromechanische Antriebseinheit
7: Spurstangenadapter
8: Schraubring
9: Schubstange
10: Spurstangenlänge
11: radträgerseitiges Gelenk
12: Motorwinkelsensor
13: Modulgehäuse
14: Elektromotor
15: Getriebe
16: Stator
17: Rotor
18: Verrieglungsmagnet
19: Faltenbalg
20: Magnetstößel
21: Linearbewegung
22: Auswerteeinheit
23: Zähleinheit
24: Zähleinheit
25: Zähler
26: Zähler
27: Entscheidungseinheit
28: Fehlererkennungseinheit
29: Signalprozessor
30: Analogeinheit
31: Analogeinheit
32: Zustandsautomat
33: Zustandsautomat
66: Radträger
67: Schwenklager
68: Schwenklager
69: Spurstange
70: Querlenker
71: Hilfsrahmen
72: Befestigungspunkt
73
74: Radführungslenker
75: Federbein
76: Radlagerung
77: a, b Lagerseitenstege
78
79: Radantriebswelle
80: Differentialgetriebe
81: Flansch
S: Sensorausgangssignal
S_α: Lenkwinkelsignal
S_ERR: Fehlerstatussignal
S_CNT1: Zählersignal
S_CNT2: Zählersignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/117343 A1 [0002]

Claims

Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels eines Hinterrades eines Kraftfahrzeugs umfassend wenigstens ein Radführungsglied (1), über das ein Radträger (66) des Rades mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist, wobei der Radträger (66) um eine im Wesentlichen parallel zur Radebene verlaufende Drehachse schwenkbar ist und das Radführungsglied (1) beabstandet von der Drehachse an dem Radträger (66) angelenkt und mittels einer einen Elektromotor (14) aufweisenden elektromechanischen Antriebseinheit (6) in seiner Länge verstellbar ist, wobei die elektromechanische Antriebseinheit (6) einerseits über eine Schubstange (9) mit einem radträgerseitigen Gelenk (11) zur Bildung eines Schwenklagers (67) verbunden ist, über das eine Verbindung zum Radträger (66) realisiert wird und andererseits mit einem fahrzeugaufbauseitigem Gelenk (5) zur Bildung eines weiteren Schwenklagers (68) verbunden ist, über das eine Verbindung zum Fahrzeugaufbau realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorwinkelsensor (12) zur Ermittlung der Rotorlage des Elektromotors (14) sowie mindestens zwei Zähleinheiten (23, 24) vorgesehen sind, wobei die Zähleinheiten (23, 24) jeweils einen Zähler aufweisen (25, 26) und wobei die Zähleinheiten (23, 24) derart ausgebildet sind, dass sie während einer ausgeschalteten Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet bleiben und die Zähler (25, 26) der Zähleinheiten (23, 24) abhängig von der Lenkwinkeländerung der lenkbaren Hinterräder entweder zu inkrementieren oder zu dekrementieren.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinheiten (23, 24) derart ausgebildet sind, dass die Zähler (25, 26) abhängig von einer Drehrichtung des Rotors des Elektromotors (14) entweder inkrementieren oder dekrementieren und zwar derart, dass in einer ersten Drehrichtung der jeweilige Zähler (25, 26) inkrementiert wird und in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung der jeweilige Zähler (25, 26) dekrementiert wird.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidungseinheit (27) vorgesehen ist, die nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs abhängig von einem Lenkwinkel (α), der aus dem Sensorsignal (S) des Motorwinkelsensors (12) ermittelbar ist, einen der Zähler (25, 26) auszuwählen, abhängig von dessen Zählerstand die Lenkwinkeländerung der lenkbaren Räder erfasst.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlererkennungseinheit (28) vorgesehen ist, die nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs die Zählerstände der Zähler (25, 26) miteinander vergleicht und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs einen Fehler anzeigt.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorwinkelsensor (12) ein AMR-, GMR- oder Hall-Sensor ist oder als Resolver ausgebildet ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungseinheit (18, 20) vorgesehen ist, die die elektromechanische Antriebseinheit (6) sperrt bei einem Fehlerfall in der Energieversorgung oder bei einem Defekt des Elektromotors (14) oder falls der Wert des Lenkwinkels (α) nicht plausibel ist oder falls die Kommunikationsanbindung über einen Daten-Bus gestört ist.
Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels eines Hinterrades eines Kraftfahrzeugs umfassend wenigstens ein Radführungsglied (1), über das ein Radträger (66) des Rades mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist, wobei der Radträger (66) um eine im Wesentlichen parallel zur Radebene verlaufende Drehachse schwenkbar ist und das Radführungsglied (1) beabstandet von der Drehachse an dem Radträger (66) angelenkt und mittels einer einen Elektromotor (14) aufweisenden elektromechanischen Antriebseinheit (6) in seiner Länge verstellbar ist, wobei die elektromechanische Antriebseinheit (6) einerseits über eine Schubstange (9) mit einem radträgerseitigen Gelenk (11) zur Bildung eines Schwenklagers (67) verbunden ist, über das eine Verbindung zum Radträger (66) realisiert wird und andererseits mit einem fahrzeugaufbauseitigem Gelenk (5) zur Bildung eines weiteren Schwenklagers (68) verbunden ist, über das eine Verbindung zum Fahrzeugaufbau realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorwinkelsensor (12) die Rotorlage des Elektromotors (14) ermittelt und jeweils ein Zähler (25, 26) von mindestens zwei Zähleinheiten (23, 24) während einer ausgeschalteten Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet bleiben und die Zähler (25, 26) der Zähleinheiten (23, 24) abhängig von der Lenkwinkeländerung der lenkbaren Hinterräder entweder inkrementiert oder dekrementiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Antriebseinheit (6) bei einem Fehlerfall in der Energieversorgung oder einem Defekt des Elektromotors (14) mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung (18, 20) sofort gesperrt wird und der aktuelle Lenkwinkel (α_ist) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Antriebseinheit (6) in die Stellung der Geradeausfahrt gebracht wird und dort von einer Verriegelungsvorrichtung (18, 20) gesperrt wird, falls der Wert des Lenkwinkels (α) nicht plausibel ist oder die Kommunikationsanbindung über einen Daten-Bus gestört ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verlust der aktuellen Rotorlage des Elektromotors (14) die elektromechanische Antriebseinheit (6) derart angesteuert wird, dass die maximale Länge (10) des Radführungsglieds (1) erreicht wird und dass nachfolgend die elektromechanische Antriebseinheit (6) um einen vorab gespeicherten Wert zurückgefahren wird, damit sich die Lenkvorrichtung in der Stellung der Geradeausfahrt befindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektromechanischen Antriebseinheit (6) zum Erreichen der maximalen Länge (10) des Radführungsglieds (1) bei geringen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.