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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmierung eines Bewegungsgewindes einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung, eines Steuergerätes zum Ausführen des vorgenannten Verfahrens, sowie eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
DE 10 2017 209 685 A1 ist ein Aktuator einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb bekannt, bei dem das Spindelgewinde der Spindel im mittleren Gewindebereich einen von den Gewindeendbereichen unterschiedlichen Flankendurchmesser aufweist. Das Axial- oder Flankenspiel zwischen dem Spindelgewinde und dem Spindelmuttergewinde wird dabei partiell vergrößert, weil das Profil der Gewindegänge des Spindelgewindes in axialer Richtung schmaler und die Gewinderillen dementsprechend breiter werden. Bei Spindelantrieben für Hinterachslenkungen liegt die Erkenntnis vor, dass maximale oder größere Spindelhübe, d. h. maximale Auslenkungen der Hinterräder, in der Praxis nur in einer relativ geringen Häufigkeit vorkommen, beispielsweise im Bereich von etwa 1 % der Stellbewegungen.
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Bei derartigen Spindelantrieben ist für die ausreichende Versorgung des Bewegungsgewindes mit einem Schmierstoff zu sorgen. Bei einem Spindelantrieb eines Aktuators für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ist die Schmierung in der Regel für die gesamte Lebensdauer ausgelegt. Die Hinterachslenkung muss dabei so ausgelegt sein, dass sie die Räder trotz der im Fahrbetrieb hohen auftretenden Seitenkräfte führen kann, so dass die eingestellten Radlenkwinkel beibehalten werden können. Die hohen Seitenkräfte bedingen eine hohe Flächenpressung in dem Bewegungsgewinde, d. h. zwischen den Flanken der Spindelmutter und der Spindel, so dass der Schmierstoff aus dem Eingriffsbereich des Bewegungsgewindes herausgedrückt bzw. über die Grenzen des Haupteingriffsbereichs hinaus herausgedrückt wird. Der Schmierstoff wird mit anderen Worten in den axialen Randbereich gedrückt und verbleibt dort. Der Schmierstoff liegt somit auf der Spindel in Bereichen vor, in denen er nicht genutzt werden kann. Die unzureichende Schmierung des Bewegungsgewindes führt in einer solchen Richtung jedoch zu einer vorzeitigen Schwergängigkeit bzw. zu einem Ausfall.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik soll eine Alternative aufgezeigt werden, welche die Schmierung einer Lenkvorrichtung einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung verbessert, um insgesamt eine kostengünstigere Alternative darzustellen, welche weitgehend ohne mechanische Bearbeitung bei der Herstellung des Bewegungsgewindes auskommt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Steuergerät sowie eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens, des Steuergerätes und der steer-by-wire-Lenkvorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Schmierung eines Bewegungsgewindes einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung angegeben, wobei mittels eines Bewegungsgewindes eine Lenkstange gegenüber der Lenkvorrichtung entlang ihrer Längsachse verlagert wird. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die nachfolgend aufgeführten Schritte:
- - Verlagerung der Lenkstange in Abhängigkeit eines beabsichtigten Radlenkwinkels,
- - Verlagern der Lenkstange in eine Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffs auf der Lenkstange in Abhängigkeit der vorhergehenden Verlagerungen, so dass eine gleichmäßige Schmierstoffversorgung in dem Bewegungsgewinde ermöglicht wird.
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Bei einer steer-by-wire-Lenkung besteht keine mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe, wie z. B. einem Lenkrad, und dem Organ, welches die Lenkwinkeländerung an einem Rad ausführt. Vielmehr wird ein Signal an der Lenkhandhabe abgenommen und einem Steuergerät zugeführt. Dieses Signal gibt das Steuergerät weiter an das Organ, z.B. einen Aktuator bzw. eine Lenkvorrichtung, wie z. B. eine Hinterradlenkung. Der Aktuator bzw. die Lenkvorrichtung führt dann die eigentliche Lenkbewegung aus. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät aufgrund von ermittelten Daten bzw. Daten, welche von anderen Steuergeräten eines Fahrzeugs, z. B. via CAN-Bus, an dieses übergeben wurden, ein Stellsignal errechnen und dieses dann zur Änderung der Fahrtlenkwinkel an die Hinterradlenkung übermitteln.
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Bei der Lenkvorrichtung kann es sich um einen einzelnen Aktuator handeln, welcher zumindest ein Rad einer Fahrzeugachse lenkt. Alternativ kann die Lenkvorrichtung auch zentral wirkend ausgelegt sein. Die Lenkvorrichtungen sind gegenüber dem Karosserieaufbau oder einem Hilfsrahmen abgestützt, vorzugsweise mit diesem wirkverbunden. Bei Verlagerung der Lenkstange, welche an zumindest einem Ende unmittelbar oder unter Zwischenschaltung zumindest eines Spurlenkers mit einem Radträger verbunden sein kann, wird durch die Verlagerung die Änderung des Radlenkwinkels des jeweiligen Rades oder auch von mehreren Rädern einer Fahrzeugachse bewirkt. Nähere Details zur Lenkvorrichtung sind weiter unten angegeben.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lenkstange in Abhängigkeit eines beabsichtigten Radlenkwinkels verlagert. Aufgrund der Verlagerung entlang ihrer Längsachse und der Verbindung des zumindest einen Endes der Lenkstange mit einem Radträger wird die Radlenkwinkeländerung bewirkt. Die Verlagerung erfolgt bei jeder Änderung des Radlenkwinkels. Je größer die beabsichtigte Änderung des Radlenkwinkels desto größer ist die Verlagerung, also der axial zurückgelegte Weg der Lenkstange. Das Bewegungsgewinde kann beispielsweise aus einer ortsfest in der Lenkvorrichtung angeordneten Spindelmutter und einer Lenkstange in Form einer Gewindespindel ausgeführt sein. Wird die Spindelmutter z. B. mittels eines Elektromotors unmittelbar oder mittelbar unter Nutzung eines Zwischengetriebes drehend angetrieben, so wird die Lenkstange linear, d. h. entlang ihrer Längsachse, verlagert. Dabei müssen die Seitenkräfte der gelenkten Räder überwunden werden. Je nach Radaufstandsfläche und Fahrbahn ergeben sich dabei hohe Stellkräfte. Bei Fahrzeugstillstand sind diese Stellkräfte z.B. extrem hoch. Aufgrund dieser hohen Stellkräfte wird wegen der hohen Flächenpressung der Flanken in dem Bewegungsgewinde der Schmierstoff in die axialen Randbereiche der Spindelmutter gedrückt. Da die Hinterachslenkung zumeist in einem Stellbereich von weniger als 1 Grad Radlenkwinkel arbeitet, ist nur eine relativ geringe Verlagerung der Lenkstange bzw. Spindel erforderlich. Der Schmierstoff sollte sich jedoch möglichst innerhalb des Bewegungsgewindes, d. h. in dem Bereich der Überdeckung zwischen Spindelmutter und Spindel befinden, um die Schmierung zu gewährleisten und ein sogenanntes Trockenlaufen zu verhindern.
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In einem weiteren Schritt wird die Lenkstange in eine Position verlagert, welche die Aufnahme des auf der Lenkstange vorhandenen Schmierstoffs ermöglicht. Es wurde bereits oben gesagt, dass sich der Schmierstoff auf die äußeren Bereiche der Lenkstange verlagert und dort ansammelt. Aufgrund des vorgenannten Lenkverhaltens wird die Lenkstange somit in Abhängigkeit der vorhergehenden Verlagerungen der Lenkstange in eine Position verlagert an der sich Schmierstoff befindet. Diese Verlagerung kann somit auch als Wartungshub oder -verlagerung bezeichnet werden. Der Zeitpunkt des Wartungshubes kann in der steer-by-wire-Lenkvorrichtung als Zeitkonstante hinterlegt sein, so dass der Wartungshub in Zeitintervallen durchgeführt wird. Die Zeitintervalle werden beispielsweise bei der Auslegung Lenkvorrichtung z.B. anhand von empirisch ermittelten Daten zur Schmierung der Lenkvorrichtung festgelegt. Beim Verlagern der Lenkstange in die Position kann die Spindelmutter den dort vorhandenen Schmierstoff wieder aufnehmen. Beispielsweise wird ein maximaler Stellhub gefahren, um den in diesen Bereichen vorhandenen Schmierstoff aufzunehmen. Es kann somit erreicht werden, dass in dem Bewegungsgewinde der steer-by-wire-Lenkvorrichtung eine gleichmäßige Schmierstoffversorgung während der gesamten Lebensdauer erreicht wird. Es besteht keine Gefahr des sogenannten Trockenfahrens, d. h., dass zwischen Spindelmutter und Lenkstange kein ausreichender Schmierstoff vorhanden ist, so dass es zu mechanischen Abnutzungserscheinungen kommt. Darüber hinaus ist es ein Vorteil, dass bei Anwendung des Verfahrens bevorzugt keine Abstreifer an den Stirnseiten der Spindelmutter vorgesehen werden müssen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht in einem weiteren Schritt die Erfassung der Verlagerung der Lenkstange vor. Mit anderen Worten wird die tatsächliche Verlagerung der Lenkstange bzw. der Spindel erfasst. Erfasst werden kann dabei z.B. die Hubanzahl und die Hubart, d. h. die Art und Weise der Verlagerung entlang der Längsachse. Hierbei kann die Geschwindigkeit der axialen Verlagerung und die Drehzahl der Spindelmutter erfasst werden. Die Verlagerung wird in einem nächsten Schritt gespeichert. Das Speichern der Verlagerung erfolgt vorzugsweise in einem Steuergerät. Vorzugsweise ist das Steuergerät Teil der steer-by-wire-Lenkung. Der Wartungshub wird dann in Abhängigkeit der erfassten Daten durchgeführt, so dass alternativ oder zusätzlich zu den Zeitintervallen eine Verlagerung der Lenkstange in eine Position zur Aufnahme von tatsächlich vorhandenem Schmierstoff durchgeführt werden kann.
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In einem weiteren Schritt wird die Position der Lenkstange erfasst. Wurde zuvor die Art und Weise der Verlagerung der Spindel erfasst, so wird in diesem Schritt die jeweilige Endposition und/oder die Häufigkeit der angefahrenen Endpositionen erfasst und gespeichert. Die Erfassung kann beispielsweise durch Zählung der Positionen vorgenommen werden. Ebenfalls kann die Spindel in Bereiche unterteilt sein, beispielsweise in einen Haupteingriffsbereich und in Seitenbereiche. Bei der Erfassung der Position der Spindel kann somit die Überdeckung der Bereiche mit dem Spindelmuttergewinde erfasst werden. Das Speichern der Spindelposition erfolgt vorzugsweise ebenfalls im Steuergerät der steer-by-wire-Lenkung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die gespeicherten Verlagerungen und/oder die Spindelpositionen zumindest in Intervallen mit zumindest einer Kennlinie verglichen. Die Kennlinie ist dabei aus zuvor empirisch ermittelten Werten bzw. Wertepaaren gebildet und z. B. in einem Steuergerät abgelegt, welches die Verlagerungen der Lenkstange sowie deren Positionserfassung und Speicherung vornimmt. Wenn beispielsweise die Anzahl der Verlagerungen (Hubanzahl der Lenkstange sowie die Art der Verlagerungen (Hubart) eine gewisse Grenze erreichen, d. h. die Kennlinie erreichen oder diese überschreiten, so wird die Verlagerung der Lenkstange in die Position veranlasst, in der sich Schmierstoff in den Außenbereichen der Lenkstange befindet, so dass der Schmierstoff von der Spindelmutter oder dem Lenkritzel aufgenommen werden kann. Es sind verschiedene Kennlinien denkbar, die unterschiedliche Einflüsse und Gegebenheiten abdecken können. So kann, unter Berücksichtigung der Viskosität des Schmierstoffs, eine Kennlinie für den Sommerbetrieb, d. h. für eher hohe Umgebungs-Temperaturen, z.B. mehr als 20°C und somit niedriger Viskosität des Schmierstoffs hinterlegt sein. Eine weitere Kennlinie kann für den Winterbetrieb, d. h. für eher niedrigere Temperaturen von z.B. unter 0°C und somit einer eher hohen Viskosität des Schmierstoffs hinterlegt sein. Die Kennlinien können auf die Bereiche des Eingriffs abgebildet sein. Die Kennlinien werden beispielsweise aus empirisch ermittelten Daten gebildet. Hierzu können zuvor beispielsweise Lenkvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, z. B. an einer Hinterachse in vorbestimmten Zeitintervallen untersucht worden sein, so dass in der Kennlinie abgebildet ist, wann ein Mangel an Schmierstoff besteht und somit die Gefahr des Trockenfahrens des Bewegungsgewindes besteht. Bei Erreichen von Grenzwerten bzw. der oder den Kennlinien wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Lenkstange in einen vorgewählten Bereich bzw. in eine Position gefahren, an dem sich der Schmierstoff auf der Lenkstange befindet.
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Bevorzugt wird die Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffes aus den gespeicherten Verlagerungen und Spindelpositionen errechnet. Alternativ oder zusätzlich zum Vergleich mit einer Kennlinie kann demnach errechnet werden, wann ein Mangel an Schmierstoff vorliegt, so dass dann die Position zur Aufnahme des noch vorhandenen Schmierstoffes angefahren werden müsste. In der Errechnung liegt die Verbesserung darin, dass eine genaue Bestimmung nach Umgebungsparametern, wie z. B. der Umgebungstemperatur und den Arten und Anzahlen der Verlagerung bzw. erreichten Lenkstangenposition bestimmt werden kann.
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Die Erfassung der Verlagerungen und der Spindelpositionen werden sensorisch erfasst. Vorzugsweise wird hier ein Hall-Sensor genutzt, welcher an der Lenkstange befestigt ist und eine Verlagerung der Lenkstange gegenüber dem Gehäuse anzeigen bzw. erfassen kann. Es wird somit vorzugsweise eine berührungslos arbeitende Sensorik zur Erfassung genutzt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Rotorlagesensor eines Elektromotors genutzt werden, mit dem ansonsten auch die absolute Verlagerung der Lenkstange gegenüber dem Sensor bzw. gegenüber dem Gehäuse ermittelt werden kann. Zumindest einer der vorgenannten Sensoriken ist bei einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung in der Regel vorhanden und kann somit kostengünstig für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden.
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In einer vorteilhaften weiteren Ausführung können zusätzlich zu den Verlagerungen und Spindelpositionen zumindest Umgebungsparameter, wie die Temperatur innerhalb der Lenkvorrichtung und/oder die Drehzahl des Antriebs bzw. Elektromotors und/oder der jeweilige Lastfall der Lenkvorrichtung berücksichtigt werden.
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Das Fahrzeug kann sich im Stillstand befinden - in diesem Lastfall sind die Räder nicht lenkwillig, da die Reifenaufstandsfläche im Stillstand ihr Maximum hat und die größte Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn vorliegt. In diesem Lastfall muss der Elektromotor ein hohes Moment aufbringen, um die Lenkstange den Radlenkwinkel zu ändern. Die Flächenpressung an den Gewindeflanken ist daher als sehr hoch anzusehen und der Schmierstoff wird demnach stark verdrängt bzw. aus dem Bewegungsgewinde herausgedrückt. In einem gegensätzlichen Lastfall, z.B. auf glatter Fahrbahn, wird offensichtlich nur sehr wenig Moment benötigt, so dass auch die Flächenpressung im Bewegungsgewinde sehr viel geringer ist.
Neben der bereits zuvor genannten Viskosität des Schmierstoffes kann des Weiteren die Temperatur innerhalb der Lenkvorrichtung einen weiteren Einfluss auf das Gesamtsystem haben. So wird sich beispielsweise bei einer höheren Temperatur die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors in Form eines Elektromotors reduzieren, weil bei einer höheren Temperatur eine niedrigere Viskosität vorliegt und das Bewegungsgewinde leichtgängiger ist.
Des Weiteren kann der Einfluss der aufgrund der Fahrsituation vorliegenden Seitenkräfte berücksichtigt werden. Seitenkräfte werden über die Räder in die Lenkung bzw. Lenkvorrichtung eingetragen. Bei einer höheren Kurvengeschwindigkeit bzw. engerem Kurvenradius ergeben sich höhere Seitenkräfte, so dass von dem Antriebsmotor ein höheres Moment aufgebaut werden muss, um die Lenkstange mittels des Bewegungsgewindes verlagern zu können. Bei einer höheren Seitenkraft ergibt sich aufgrund der höheren Flächenpressung ein höherer Reibwert im Bewegungsgewinde, der in Bezug auf das zu erzeugende Motormoment berücksichtigt werden muss.
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Bevorzugt werden die Verlagerungen und/oder Spindelpositionen und/oder Umgebungsparameter mittels eines Steuergeräts erfasst und gespeichert. Nach Erreichen einer oder mehrerer Kennlinien und/oder nach der Errechnung aufgrund der Umgebungsparameter bzw. der Verlagerung und/oder Spindelpositionen führt das Steuergerät die Verlagerung der Lenkstange in die Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffes aus. Dabei wird beispielsweise der Elektromotor derart angesteuert, dass die Lenkstange in die Position verfahren wird, die es der Spindelmutter erlaubt, den dort vorhandenen Schmierstoff aufzunehmen und wieder gleichmäßig in das Bewegungsgewinde zu verteilen.
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Das Verfahren muss derart ausgelegt sein, dass stets eine ausreichende Versorgung des Bewegungsgewindes mit Schmierstoff ermöglicht wird. Dabei muss berücksichtigt werden, dass sich der Schmierstoff in den äußeren Bereichen der Lenkstange sammelt. Mit anderen Worten kann bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges bei Erreichen der Kennlinie oder Errechnen einer solchen Position nicht ohne Weiteres die Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffes angefahren werden. Vielmehr muss allein schon aus Sicherheitsgründen die Position bei Stillstand des Fahrzeugs angefahren werden. Die Notwendigkeit des Anfahrens der Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffs, also der Wartungshub, kann in dem Fahrzeug beispielsweise über ein Multifunktionsdisplay oder anderweitig im Cockpit des Fahrzeuges angezeigt werden. Auch ist die Anzeige über mit dem Fahrzeug verbundene mobile Geräte wie Smartphones etc. möglich. Der Wartungshub wird beispielweise nicht eher ausgeführt, bis der Fahrer diesen bestätigt, so dass ein Wartungshub während der Fahrt ausgeschlossen ist. Bei teilautonomen oder autonom fahrenden Fahrzeugen kann der Wartungshub auch vollautomatisch bei Stillstand ausgeführt werden. Ein Stillstand des Fahrzeuges kann beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs genutzt werden. Bevorzugt ist aus Sicherheitsgründen die Weiterfahrt während des Wartungshubes ausgeschlossen. Der Wartungshub kann aber auch ausgeführt werden, wenn das Fahrzeug zu Wartungszwecken ohnehin beispielsweise auf einer Fahrzeugbühne gewartet wird. Dieses kann beispielsweise beim Reifenwechsel der Fall sein. Somit ist jedenfalls sichergestellt, dass der Wartungshub nur im sicheren Stillstand des Fahrzeugs ausgeführt wird. Es wird zusätzlich durch vorhandene Umgebungssensoren, wie z.B. durch Park- oder Abstandssensoren oder mit dem Fahrzeug verbundene C2C- oder C21-Informationen, berücksichtigt, dass ein Wartungshub nicht durchgeführt wird, wenn sich Personen im näheren Bereich der Räder bzw. Radhäuser befinden. Auch ist so eine Kollision der Räder mit Hindernissen, wie z.B. Bordsteinkanten beim Parken ausgeschlossen. Die Informationen zum näheren Umfeld werden hier unter dem Begriff Umfeldinformationen zusammengefasst.
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Die genannten Verfahrensschritte sind in einer Reihenfolge angegeben, die nicht bindend ist. Mit anderen Worten können einzelne Verfahrensschritte zu anderen Zeitpunkten ausgeführt werden als in der vorgegebenen bzw. hier angegebenen Reihenfolge.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Steuergerät zum Ausführen des vorgenannten Verfahrens vorgesehen. Das Steuergerät kann als separate Vorrichtung, also einzelnes Steuergerät, ausgeführt sein. Das Steuergerät kann aber auch Teil der steer-by-wire-Lenkvorrichtung sein. Alternativ kann das Verfahren auch auf einem in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Steuergerät ausgeführt werden. Das Verfahren kann mittels Programmcode auf einer Recheneinheit ausgeführt werden. Die Recheneinheit kann Teil des Steuergerätes sein. Das Steuergerät kann die vorgenannten Parameter mittels geeigneter fahrzeugeigener Sensorik und/oder Verbindung zu fahrzeugfremder Sensorik oder Daten (C2C - Car to Car, C21 - Car to Infrastruktur) ermitteln und diese speichern. Die ermittelten Daten können von der Recheneinheit mittels des Programmcodes zur Ermittlung der Position zur Aufnahme des vorhandenen Schmierstoffes verarbeitet werden, um daraus die Notwendigkeit eines Wartungshubs zu bestimmen.
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Car-to-Car-Kommunikation (C2C) ist eine Kommunikationstechnik, wie auch Car-to-Infrastructure (C21) eine weitere. Dabei werden Umgebungsdaten zwischen Fahrzeugen und der Umgebung bzw. der Infrastruktur ausgetauscht. Dabei können z.B. Kameras oder Parksensoren etc. zur Anwendung kommen.
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Schließlich ist ein Aspekt der Erfindung eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung. Diese weist ein Steuergerät wie vorgenannt auf, welches zum Ausführen eines Verfahrens wie vorgenannt ausgebildet ist. Die steer-by-wire-Lenkvorrichtung ist vorzugsweise als Hinterachslenkung ausgebildet. Hierbei kann je Fahrzeugrad eine eigene Lenkvorrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine zentrale Lenkvorrichtung derart ausgebildet sein, dass die Räder einer Achse von dieser einen Lenkvorrichtung betätigt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Hinterachse eines Kraftfahrzeuges mit einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung,
- 2 eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung in Detailansicht,
- 3 eine vereinfachte Verfahrensdarstellung gemäß der Erfindung.
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In der schematischen Darstellung gemäß 1 ist eine Fahrzeugachse 1 gezeigt, hier dargestellt als eine Hinterachse mit einem Hilfsrahmen 2, der an einem nicht gezeigten Fahrzeugaufbau befestigt ist bzw. diesen bildet und mit der Karosserie eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Hinterachse beschränkt. Die Räder 5 und 6 sind mittels Lenkern 3, 4 an dem Hilfsrahmen 2 angelenkt. Die Lenker 3, 4 sind Teil der Radaufhängung für die Räder 5, 6. An dem Hilfsrahmen 2 ist ein Aktuator 10 als steer-by-wire-Lenkvorrichtung angeordnet. Der Aktuator 10 ist mit seinem Gehäuse 21 an dem Hilfsrahmen 2 befestigt. Der Aktuator 10 weist in der vorliegenden Ausführung als ein zentraler Aktuator 10 eine durchgehende Lenkstange 27 auf, welche durch das Gehäuse 21 des Aktuators 10 hindurchgeführt ist. Der Antriebsmotor 22 ist achsparallel zur Lenkstange 27 angeordnet. An den Enden der Lenkstange 27 sind Spurstangen 23, 24 angelenkt, welche mit dem von dem Aktuator 10 abgewandten Ende jeweils mit dem nicht dargestellten Radträger der Räder 5 und 6 gelenkig verbunden sind. Es ist offensichtlich, dass bei einer axialen Verlagerung, also einer Verlagerung entlang der Längsachse a der Lenkstange 27 in die eine oder andere Richtung eine Veränderung des Radlenkwinkels 8, 9 erfolgt, weil die Spurstangen 23 eine Zwangsverbindung zwischen Rad 5, 6 bzw. den nicht dargestellten Radträgern und dem Aktuator 10 darstellen. Zur Lenkung der Räder 5, 6 sind diese um deren Hochachse h drehbar an der Radaufhängung 3 angelenkt. Die Spurstangen 23 und der Aktuator bzw. die steer-by-wire-Lenkvorrichtung 10 bilden zusammen die Lenkung 12.
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2 zeigt eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung in teilgeschnittener Darstellung. Die Lenkvorrichtung 10 bzw. der Aktuator 10 ist für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Der Aktuator 10 weist einen Spindelantrieb mit einem Bewegungsgewinde 20 auf, welcher eine Lenkstange in Form einer Spindel 27g und eine Spindelmutter 25 umfasst, welche drehbar in einem Gehäuse 21 des Aktuators 10 angeordnet und von einem Elektromotor 22 mit Antriebsritzel 32 über einen Riemen 34 und auf der Spindelmutter angeordnetem Riemenrad 30 antreibbar ist. Die Spindel 27g steht über ihr Außengewinde mit der Spindelmutter 25 bzw. dessen Innengewinde in Eingriff und ist mittels dieses Bewegungsgewindes 20 axial verschiebbar bzw. entlang ihrer Längsachse a verlagerbar. Die Enden der Spindel 27g sind über Aufschraubzapfen 36, 38 mittelbar mit dem Gelenkzapfen 28, 29 verbunden. Der Aktuator 10, welcher mittig im Kraftfahrzeug angeordnet ist, kann über die Gelenkzapfen 28, 29 nach beiden Seiten, d. h. gleichzeitig auf beide Hinterräder wirken. Die Spindel 27g weist einen Gewindeabschnitt mit einer Gesamtlänge (Gewindelänge I) auf, welche in einen mittleren Gewindeabschnitt x0 und zwei äußere Gewindebereiche x1, x2 unterteilt ist. Der mittlere Gewindeabschnitt x0 wird auch als Haupteingriff oder Haupteingriffsbereich bezeichnet, d. h. der Bereich, in welchem der überwiegende Großteil der Stellhübe bzw. Verlagerung der Spindel 27g entlang der Längsachse a auftreten. Beim Einsatz des vorliegenden Aktuators 10 als Hinterachslenkung erfolgt der Haupteingriff in 95 bis 99 % der Lenkbewegungen. Die äußeren Gewindebereiche x1, x2, welche für die größeren bis maximalen Stellhübe in Eingriff kommen, stehen nur in einer sehr geringen Häufigkeit, d. h. etwa in einem Bereich von etwa 1-5 % der Gesamthübe in Eingriff mit der Spindelmutter 25. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gewinde im Haupteingriffsbereich x0 ein normgerechtes Trapezgewinde, insbesondere in Anlehnung bzw. gemäß DIN 103. Das Gewinde in den Gewinderandbereichen x1, x2 ist ebenso ausgeführt. Aufgrund dieses so ausgeführten Gewindes besteht zwischen der Spindelmutter 25 und der Spindel 27g eine mechanische Selbsthemmung. Bei einer im Wesentlichen entlang der Längsachse a wirkenden Kraft auf die Spindel 27g erfolgt ein Herausdrücken des Schmierstoffes aus dem Bereich der axialen Erstreckung der Spindelmutter hinaus auf die äußeren Bereiche der Spindel 27g. Wenn aufgrund der Verstellbewegungen im Haupteingriffsbereich x0 eine Verlagerung des Schmierstoffes in die Gewinderandbereiche x1, x2 erfolgt, so wird es in dem Haupteingriffsbereich bzw. Gewindeabschnitt x0 zu einer Mangelversorgung mit Schmierstoff und im Extremfall zu einem sogenannten Trockenfahren kommen. Hierbei ist eine geforderte Schmierleistung eines Schmierstoffes zwischen Spindelmutter 25 und Spindel 27g nicht gewährleistet, so dass es zu einem vorzeitigen Verschleiß bzw. zu einer erhöhten Schwergängigkeit innerhalb der Lenkvorrichtung kommen kann. Dieses bedingt zudem eine langsamere Verlagerung der Spindel 27g und somit eine Verringerung der Effizienz der Lenkvorrichtung 10.
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Die Verlagerung der Spindel 27g im laufenden Betrieb des Aktuators 10 wird von einem Steuergerät SG überwacht. Mittels eines Sensors 40 detektiert das Steuergerät SG den Verfahrweg, d. h. die Hubart und die Hubanzahl der Spindel 27g sowie deren Endpositionen, z.B. bei jedem Richtungswechsel. Das Steuergerät SG speichert die Verlagerungen und die Spindelpositionen und errechnet daraus die Situation der Schmierung in dem Bewegungsgewinde 20. Wenn im Vergleich mit in dem Steuergerät hinterlegten Kennlinien Grenzwerte erreicht werden, so kann das Steuergerät veranlassen, dass die Spindel 27 mit ihren Gewindebereichen x1 und x2 in Eingriff mit dem Innengewinde der Spindelmutter 25 gerät und einen Wartungshub ausführt. Hierzu wird der Stellhub soweit ausgeführt, dass annähernd ein maximaler Stellhub durchgeführt wird. Die Gewindeflanken des Innengewindes der Spindelmutter 25 nehmen den Schmierstoff auf, der auf den äußeren Gewindebereichen x1, x2 lagert und das Steuergerät SG fährt die Lenkstange anschließend wieder in den Normalzustand zurück, d. h. in eine Position um den beabsichtigten Radlenkwinkel 8, 9 zu erreichen.
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Berücksichtigt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, d.h. nicht nur in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel, wenn mit dem Fahrzeug ein Fahrmanöver „kleinster Wendekreis“ gefahren wird. Hierbei wird an der Vorderachse und auch an der Hinterachse ein maximaler Radlenkwinkel eingestellt. Auch wenn dieses Fahrmanöver eher selten ist, so kann von einem Stellhub ausgegangen werden, der zumindest annähernd einem maximalen Stellhub entspricht. Mit anderen Worten kann statt eines Wartungshubes auch ein solches Manöver gefahren werden bzw. dieser Stellhub wird berücksichtigt, so dass dann ein Wartungshub ggfs. später auszuführen ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei Betrieb des Fahrzeuges wird mit dem Schritt des Erfassens die Verlagerung bzw. die Position im Sinne der jeweiligen Endpositionen Lenkstange bzw. Spindel erfasst. Die erfassten Daten zur Verlagerung und zur Position werden sodann in einem Steuergerät gespeichert. Das Speichern der Daten erfolgt fortwährend im Betrieb des Aktuators bzw. der steer-by-wire-Lenkvorrichtung 10 bzw. bei Betrieb des Fahrzeugs. Das Speichern der Daten kann in Intervallen oder fortlaufend erfolgen. Nach dem Speichern der Daten werden diese jeweils mit einer Kennlinie verglichen, um zu überprüfen, ob die Grenzwerte, d. h. die Kennlinien erreicht werden. Ist das der Fall, wird in einem weiteren Schritt überprüft, ob das Fahrzeug sich im Stillstand befindet und falls dieses der Fall ist, gibt das Steuergerät in Abhängigkeit von Umfeldinformationen ein Stellsignal an den Aktuator 10 aus, so dass dieser einen Wartungshub ausführt. Bei einem Wartungshub wird mittels Drehung der Spindelmutter 25 die Spindel 27 in einen Bereich verlagert, so dass das Innengewinde der Spindelmutter 25 Schmierstoff aufnehmen kann. Ist der Wartungshub beendet, wird das Verfahren fortwährend ausgeführt. Ist die Kennlinie nicht erreicht, werden fortwährend Daten zur Verlagerung und zur Position der Spindel 27 erfasst. Diese können bei Bedarf z.B. zu Wartungszwecken ausgelesen werden. Befindet sich das Fahrzeug nicht im Stillstand werden somit Daten zur Verlagerung und zur Position der Spindel 27 erfasst bzw. diese Daten gespeichert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gewährleistet, dass Schmierstoff stets in ausreichender Menge in dem Bewegungsgewinde der Lenkvorrichtung zur Verfügung steht und es somit zu der für die Lenkvorrichtung vorbestimmten Lebensdauer ausreichend ist. Mit dem vorgenannten Verfahren erübrigt sich eine spezielle und aufwändige mechanische Bearbeitung der Gewinde der Spindel bzw. der Spindelmutter, um alternativ eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten. Bei Einsatz des Verfahrens kann auf die üblicherweise bei einem derartigen Bewegungsgewinde eingesetzten Abstreif- und Dichtelemente verzichtet werden bzw. diese können einfacher ausgeführt werden. Dieses ist möglich, weil die Abstreiffunktion nicht mehr vorrangig ist, um den Schmierstoff innerhalb des Bewegungsgewindes zu halten. Die Erfindung löst somit das Problem der stets schwierigen Abdichtung durch Abstreifelemente in einem Bewegungsgewinde. Durch die vorgenannte Lösung können somit Gewindespindeln mit genormten Gewinden verwendet werden. Der wartungsfreie Betrieb der vorgenannten Lenkvorrichtung ist somit problemlos und in der hier dargestellten vorteilhaften Weise möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2
- Hilfsrahmen, Fahrzeugaufbau
- 3
- Lenker
- 4
- Lenker
- 5
- Rad
- 6
- Rad
- 8
- Radlenkwinkel
- 9
- Radlenkwinkel
- 10
- Lenkvorrichtung, Aktuator
- 12
- Lenkung
- 20
- Bewegungsgewinde
- 21
- Gehäuse
- 22
- Antriebsmotor, Elektromotor
- 23
- Lenker
- 25
- Spindelmutter
- 26
- Wälzlager
- 27
- Lenkstange
- 27g
- Spindel
- 28
- Gelenk
- 29
- Gelenk
- 30
- Riemenrad
- 32
- Antriebsritzel
- 34
- (Zahn-) Riemen
- 36
- Aufschraubzapfen
- 38
- Aufschraubzapfen
- 40
- Sensor, Sensorik
- a
- Längsachse
- h
- Hochachse
- I
- Gewindelänge
- x0
- mittlerer Gewindeabschnitt, Haupteingriff, Haupteingriffsbereich
- x1
- äußerer Gewindebereich
- x2
- äußerer Gewindebereich
