DE102022101174A1 - Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem und Verfahren zur Lenkwinkelerfassung - Google Patents

Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem und Verfahren zur Lenkwinkelerfassung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkereinheit 10 für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer von einer Bedienperson um eine Lenkachse AL drehbare Lenkwelle 12, einem mit der Lenkwelle 12 zusammenwirkenden Spindeltrieb 16 zur Begrenzung eines Lenkwinkels der Lenkwelle 12 um die Lenkachse AL, wobei der Spindeltrieb 16 eine mit der Lenkwelle drehfest verbundene Spindel 18 und eine auf ein Gewinde der Spindel 18 aufgeschraubte und bezogen auf die Lenkachse AL drehfest gehaltene Spindelmutter 20 aufweist, wobei eine Drehung der Spindel 18 der Spindelmutter 20 eine Längsbewegung in Richtung der Lenkachse AL aufprägt, und einer Sensoranordnung 30. Über einem direkten Zusammenhang zwischen Linearposition der Spindelmutter und Drehwinkel der Lenkwelle kann bei im Allgemeinen bekannten Gewindesteigung direkt auf den Absolutwinkel des Lenkrades 14 geschlossen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer von einer Bedienperson um eine Lenkachse AL drehbare Lenkwelle, einem mit der Lenkwelle zusammenwirkenden Spindeltrieb zur Begrenzung eines Lenkwinkels der Lenkwelle um die Lenkachse AL, wobei der Spindeltrieb eine mit der Lenkwelle drehfest verbundene Spindel und eine auf ein Gewinde der Spindel aufgeschraubte und bezogen auf die Lenkachse AL drehfest gehaltene Spindelmutter aufweist, wobei eine Drehung der Spindel der Spindelmutter eine Längsbewegung in Richtung der Lenkachse AL aufprägt.
  • Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen wie konventionelle mechanische Lenkungen manuelle Lenkbefehle des Fahrers durch eine Eingabeeinheit entgegen. Dies kann beispielsweise durch eine Drehung eines Lenkrades erfolgen, das über eine Lenkwelle mit einer Lenkereinheit drehfest verbunden. Die Lenkwelle ist nicht notwendigerweise mechanisch über ein Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden, sondern kann mit Drehwinkel- beziehungsweise Drehmomentsensoren der Lenkereinheit zusammenwirken. Diese Sensoren erfassen den eingebrachten Lenkbefehl und geben ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenkungsaktuator weiter, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag des Rades bzw. des Radmoduls stellt.
  • Bei herkömmlichen mechanischen Lenksystem ist die maximale Anzahl der Lenkumdrehungen mechanisch festgelegt. Über die bestehende mechanische Verbindung ist festgelegt, dass sich die gelenkten Räder innerhalb definierter Anschläge bewegen und das Lenkrad beidseitige Drehwinkelbegrenzungen aufweist. Gleichzeitig erhält der Fahrer über die mechanische Verbindung zwischen gelenkten Rädern und Lenkrad eine unmittelbare physische Rückmeldung über die äußeren, auf die Räder wirkenden Fahrzustände, beispielsweise Kurvenfahrt, Fahrt in bzw. durch Spurrillen, seitlich abfallende Fahrbahn oder wirksamer Seitenwind. Außerdem besteht über die feste mechanische Verbindung eine eindeutige Zuordnung von Absolutwinkel bzw. - einschlag des Lenkrades zu dem Lenkeinschlag der Räder.
  • Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen erhält der Fahrer über die Lenkereinheit keine unmittelbare physische Rückmeldung von den gelenkten Rädern an das Lenkrad. Dies betrifft sowohl den Bereich zwischen den beiden maximalen Lenkeinschlägen der Räder als auch den mechanischen Endanschlag der Räder bei maximalem Lenkeinschlag infolge der fehlenden mechanischen Kopplung zwischen den Rädern und dem Lenkrad. Damit die herrschenden Fahrzustände für den Fahrer haptisch wahrnehmbar sind, ist ein Force-Feedback-Aktuator vorgesehen, der ein dem jeweiligen auf die Räder wirkenden Fahrzustand entsprechendes Moment in die Lenkereinheit einkoppelt, und weiterhin ein Drehwinkelbegrenzer für die Lenkereinheit vorgesehen, der den Absolutwinkel bzw. -einschlag des Lenkrades und auch der Lenksäule begrenzt. Aus der DE 10 2018 103 963 A1 ist beispielsweise eine mechanische Drehwinkelbegrenzung für ein Steer-by-wire-Lenksystem bekannt.
  • Außerdem ist es bei Steer-by-Wire-Lenksystemen erforderlich, dass über die Lenkereinheit der infolge des Fahrerwunsches anliegende Absolutwinkel bzw. -einschlag des Lenkrades erfasst, verarbeitet und an den elektrischen Stellantrieb des Rades bzw. des Radmoduls weitergeleitet wird. Für die Erfassung ist eine Messung des Absolutwinkels des Lenkrads erforderlich, so dass ausgehend von einer Mittelstellung, die sinnvollerweise eine Geradeausstellung bezogen auf eine Fahrrichtung ist, sicher erkannt werden kann, ob sich der Lenkradeinschlag noch innerhalb der ersten vollen Umdrehung, also zwischen 0° und 360°, befindet oder bereits innerhalb der zweiten vollen Umdrehung, also zwischen 360° und 720°, befindet oder ggf. bereits darüber hinaus, falls dies auslegungsseitig so vorgesehen ist. Dies gilt für einen Rechts- als auch einen Linkseinschlag des Lenkrades. Zudem ist es bei der Erfassung des Absolutwinkels neben der reinen Erfassung eines Winkelwertes noch erforderlich, diesen Winkelwert hinreichend genau zu erfassen. In der DE 10 2012 202 639 A1 wird eine Sensoreinheit für eine Lenksystem beschrieben, die über einen Messwertgeber eine aus einer Rotation gewandelte Translation erfasst. Die beschriebene Sensoreinheit erscheint nicht hinreichend genau für einen Einsatz in einem Steer-by-Wire-Lenksystem.
  • Es besteht demnach ein ständiges Bedürfnis, bei Steer-by-Wire-Lenksystemen die Erfassung des Absolutwinkels des Lenkrades möglichst einfach und kostengünstig aber dabei dennoch hinreichend genau zu gewährleisten.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine einfach und kostengünstig ausgestaltete Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Eine Ausführungsform betrifft eine Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer von einer Bedienperson um eine Lenkachse AL drehbare Lenkwelle, einem mit der Lenkwelle zusammenwirkenden Spindeltrieb zur Begrenzung eines Lenkwinkels der Lenkwelle um die Lenkachse AL, wobei der Spindeltrieb eine mit der Lenkwelle drehfest verbundene Spindel und eine auf ein Gewinde der Spindel aufgeschraubte und bezogen auf die Lenkachse AL drehfest gehaltene Spindelmutter aufweist, wobei eine Drehung der Spindel der Spindelmutter eine Längsbewegung in Richtung der Lenkachse AL aufprägt, und einer Sensoranordnung, die eine Längsposition der Spindelmutter entlang der Lenkachse AL und eine Umfangsposition der Spindel repräsentierende Sensorwerte erfasst und über diese Sensorwerte einen den Absolutwinkel der Lenkwelle repräsentierenden Ausgabewert erzeugt und bereitstellt.
  • Infolge einer nicht vorhandenen mechanischen Kopplung zwischen der Lenkereinheit und den Rädern bei einem Steer-by-wire-Lenksystem ist es möglich die Lenkwelle im Vergleich zu einem rein mechanischen Lenksystem kürzer auszuführen, da aufgrund der fehlenden mechanischen Koppelung mit den Rädern ein entsprechend geringerer Aufwand bei der Lagerung der Lenkwelle betrieben werden muss und nur wenige, die Lenkwelle radial umgebende Bauteile vorgesehen sind. Dies ermöglicht es an einem freien Ende der Lenkwelle den Spindeltrieb aufzustecken und insbesondere über die Spindel mit der Lenkwelle zu verbinden. Es kann ein spindelseitiger erster Endanschlag zur Begrenzung des maximalen Drehwinkels in einer ersten Drehrichtung vorgesehen sein. Die Spindel kann mindestens eine schraubenförmig entlang einer axialen Längsrichtung der Spindel verlaufende Spindelnut aufweisen, über welche die Spindelmutter an der Spindel geführt und mit einem Bewegungsanteil in axialer Richtung verlagert werden kann.
  • Die auf der Spindel mittelbar oder unmittelbar aufgeschraubte Spindelmutter kann bei einer Relativdrehung der Spindel zur Spindelmutter in axialer Richtung relativ zur Spindel verlagert werden. Wenn ein Fahrer das mit der Lenkwelle verbundene Lenkrad in eine erste Drehrichtung dreht, dreht sich die Lenkwelle und die Spindel ebenfalls in die erste Drehrichtung, wodurch die Spindelmutter in axialer Richtung entlang der Spindel auf den sich mitdrehenden ersten Endanschlag zu bewegt wird. Beim Erreichen des vordefinierten maximalen Lenkeinschlags schlägt der erste Spindelanschlag der Spindelmutter an dem ersten Endanschlag der Spindel an und dem Fahrer wird ein haptisch fühlbares Erreichen des maximalen Lenkeinschlags signalisiert.
  • Zu dem ersten Endanschlag kann axial beanstandet ein separat zur Spindel ausgeführter zweiter Endanschlag drehfest gegenüber der Spindel befestigt sein. Ausgehend von einer neutralen Mittelstellung, die insbesondere einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht, kann der maximale Lenkeinschlag in der ersten Drehrichtung des Lenkrads und der mit dem Lenkrad gekoppelten Lenkwelle durch den ersten Endanschlag und in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung durch den zweiten Endanschlag begrenzt sein. Alternativ zu einem jeweiligen mechanischen Endanschlag kann der maximale Lenkeinschlag auch softwareseitig und/oder durch einen Force-Feedback-Aktuator begrenzt werden.
  • Die Sensoranordnung kann mehrere einzelne Sensoren umfassen. Auch kann der Sensoranordnung eine Datenübertragungs- und Datenauswerteeinheit umfassen. Die Datenübertragungs- und Datenauswerteeinheit kann die erfassten Sensordaten in einem standardisierten Datenformat bereitstellen, so dass andere Steuerungs- und Regelungseinheiten die Daten übernehmen können. Die Sensoranordnung kann auch Daten- und Signalkabel zur Anbindung der Sensorik und der Übertragungs- und Auswerteeinheit umfassen. Die Sensoranordnung kann somit zumindest mittelbar in einen CAN-Bus des Fahrzeugs eingebunden sein.
  • Die Sensoranordnung erfasst zunächst eine Längsposition der Spindelmutter entlang der Lenkachse AL. Die Längsposition der Spindelmutter ist eindeutig bezogen auf jede der möglichen Absolutwinkel bzw. Absolutwinkelstellungen des Lenkrades. Zwischen der Längsposition und dem Absolutwinkel besteht über die bekannte Gewindesteigung der Spindel ein linearer Zusammenhang. Ist folglich eine über die Sensoranordnung erfasste Längsposition der Spindelmutter bekannt, ist damit unmittelbar bekannt in welchem Absolutwinkel das Lenkrad steht. Allerdings ist in praktischer Hinsicht nur eine endliche Auflösung der Linearposition der Spindelmutter durch die Sensoranordnung gegeben, so dass sich alleine aus der Linearpositionserfassung lediglich ein ungefährer bzw. toleranzbehafteter Absolutwinkel mit einem gewissen Ungenauigkeitsbereich bestimmen lässt. Die Ungenauigkeitsbereich kann beispielsweise +/-3° betragen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Sensoranordnung zusätzlich bzw. parallel zu der Linearpositionserfassung Sensorwerte erfasst, die die Umfangsposition der Spindel repräsentieren, und über eine Plausibilisierung beider Signalwerte, nämlich Linearposition und Umfangsposition, einen den Absolutwinkel der Lenkwelle repräsentierenden Ausgabewert, welcher ein hinreichend genauer Absolutwinkel ist, erzeugt und bereitstellt.
  • Über die Höhe der Gewindesteigung der Spindel kann die Genauigkeit der Erfassung der Linearposition eingestellt werden, wenn gleichzeitig auch ein in seiner Größe angepasster Messbereich von der Sensoranordnung bereitgestellt wird. Hierbei gilt, je steiler bzw. großer die Steigung, desto genauer ist der über die Sensoranordnung erfasste Sensorwert, da für eine bestimmte Änderung der Winkelstellung der Lenkwelle bzw. der Spindel eine jeweils größere Änderung der Linearposition der Spindelmutter erfolgt. Durch die höhere Linearverschiebung der Spindelmutter, kann die Auflösung des äquivalenten Eingangswinkels der Spindel bzw. der Lenkwelle gesteigert werden.
  • Die Spindelmutter weist bevorzugt einen Messwertgeber auf, im Englischen das sogenannte „Target“, über den die Sensoranordnung den Sensorwert auf der Spindelmutter abgreift. Von Vorteil ist, dass ein Lenken in einem Fehlerfall, in dem die Sensoreinheit lediglich die Linearpositionserfassung der Spindelmutter bereitstellen kann, weiterhin möglich ist, so dass das Fahrzeug beispielsweise auf eigener Achse in eine Werkstatt gefahren werden kann. Es kann eine Redundanz erzeugt werden, indem die Sensoranordnung derart ausgelegt wird, dass die Linearpositionserfassung der Spindelmutter nach dem Prinzip „failoperational“ ausgelegt ist oder alternativ eine zweifache bzw. doppelte Erfassung der Linearposition der Spindelmutter erfolgt.
  • Die beschriebene Ausführungsform ist vorteilhaft, da auf ein Multiturnsignal verzichtet werden kann, das üblicherweise über ein Sensorgetriebe erzeugt wird, über das zwei diskrete Signalwerte mittels des Noniusprinzips zueinander verrechnet werden. Die hierbei bestehenden Nachteile der hohen Kosten, der vielen Bauteile und des negativ beeinflussten Lenkgefühls werden vermieden. Die beschriebene Ausführungsform ist auch jedenfalls vorteilhaft gegenüber Lösungen, bei denen ein stark vereinfachtes Umdrehungssignal über einen einfachen Umdrehungszähler erzeugt wird. Von Vorteil ist, dass auch Lenkbewegung, die in stromlosen Zustand ausgeführt werden, nach Wiederherstellen der Stromversorgung nach einer kurzen Abgleichphase erkannt werden können, so dass hiernach unmittelbar ein stimmiges Lenkverhalten gewährleistet ist. Es kommt eine heterogenes Messprinzip zur Anwendung, das insbesondere ein redundantes Messen erlaubt. In einem Fehlerfall ist es möglich die Lenkereinheit entweder lediglich mit der Linearpositionserfassung der Spindelmutter oder lediglich mit der erfassten Umfangsposition der Spindel zu betreiben.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Wertebereich des den Absolutwinkel der Lenkwelle repräsentierenden Ausgabewertes innerhalb beidseitiger Drehgrenzen der Lenkwelle ausgehend von einer Mittelstellung liegt. Somit kann über den Ausgabewert der Sensoreinheit immer und eindeutig die Stellung des Lenkrades bestimmt werden und zwar unabhängig davon, ob das Lenkrad sich ausgehend von der Geradeausstellung noch innerhalb der ersten Umdrehung befindet oder ob das Lenkrad ausgehend von der Geradeausstellung bereits um eine vollständige Umdrehung gedreht wurde und sich innerhalb einer zweiten Umdrehung oder darüber hinaus befindet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung zumindest einen Positionssensor zur Erfassung der Längsposition der Spindelmutter und zumindest einen Winkelsensor zur Erfassung der Umfangsposition der Spindel umfasst. Der Positionssensor kann hierbei an geeigneter Stelle am oder im Spindeltrieb angeordnet sein. Der Winkelsensor in bevorzugt derart angeordnet, dass er in einer Wirkverbindung mit der Lenkwelle steht. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Winkelsensor im Bereich der Spindel angeordnet ist und deren Umfangsposition sensiert. Der Winkelsensor ist in einem Fehlerfall, in dem der Positionssensor ausgefallen ist, auch fortlaufend den Absolutwinkel der Lenkwelle erkennen und zwar nachdem er nach einmaligem Anlernen jeden Winkelwert innerhalb einer Umdrehung von dem gleichen Winkelwert innerhalb einer anderen Umdrehung unterscheiden kann.
  • In weiterhin bevorzugter und konkretisierter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Spindeltrieb eine Führungshülse umfasst, in der die Spindelmutter in Richtung der Längsachse AL geführt ist, wobei an der Führungshülse der Linearsensor angeordnet ist. Bevorzugt umgibt die Führungshülse die Spindel und die Spindelmutter zumindest größtenteils. Die Führungshülse kann auch käfigartig ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Linearsensor an einem inneren Umfang der Führungshülse angeordnet, wobei er nach radial innen in Richtung der Spindelmutter wirksam ist. Bevorzugt ist zwischen Spindelmutter und Führungshülse ein ausreichend breiter Umfangsspalt vorgesehen, so dass eine Platzierung des Linearsensors möglich ist. Die Führungshülse kann drehfest mit einem Rahmenelement oder einer Halterung der Lenkereinheit verbunden sein. Zudem kann zweckmäßiger eine Ausgestaltung vorgesehen sein, bei der die Spindelmutter in der Führungshülse formschlüssig drehgesichert ist. Eine Drehsicherung kann beispielsweise über eine Passfeder oder eine einfache Längsverzahnung realisiert sein.
  • Vorzugsweise ist der Spindeltrieb als Trapezgewindetrieb oder Kugelgewindetrieb ausgestaltet ist, wobei die Spindelmutter über mindestens eine Kugel an der Spindel geführt ist. Der Kugelgewindetrieb, der auch als Kugelumlaufspindel bezeichnet wird, kann durch in Nuten der Spindel und der Spindelmutter geführte Kugeln eine schraubenförmige Führung der Spindelmutter an der Spindel bereitstellen, vergleichbar mit den Lauf- und Reibungseigenschaften eines Kugellagers. Dies führt zu einer guten Leichtgängigkeit der Lenkwelle mit einer besonders geringen Reibung im Bereich des eine Drehwinkelbegrenzung bereitstellenden Spindeltriebs. Eine Beeinträchtigung des Lenkgefühls durch den Spindeltrieb kann dadurch vermieden sein.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung eines Lenkwinkels in einem Steer-by-wire-Lenksystem, mit einer Lenkereinheit wie zuvor beschrieben, bei dem eine Längsposition der Spindelmutter entlang der Lenkachse AL und eine Umfangsposition der Spindel repräsentierende Sensorwerte erfasst werden und über die Sensorwerte ein den Absolutwinkel der Lenkwelle repräsentierender Ausgabewert erzeugt und bereitstellt wird.
  • Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass der den Absolutwinkel des Lenkrades repräsentierende Ausgabewert aus einer Zuordnung des sich mit jeder Umdrehung des Lenkrades wiederholenden Sensorwerts der Umfangsposition und dem Sensorwert der Längsposition der Spindelmutter entlang der Lenkachse AL generiert wird. Vorzugsweise liegen die eine Umfangsposition der Spindel repräsentierenden Sensorwerte in einem Wertebereich von 0° bis 360°.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
    • 1: eine Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung einer Lenkereinheit,
    • 2: eine perspektivische Ansicht eines Spindeltriebs und
    • 3: eine Darstellung einer Lenkereinheit nach 1 mit einer Sensoranordnung.
  • Die in 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung eine Lenkereinheit 10. Die dargestellte Lenkereinheit 10 kann für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die Lenkereinheit 10 kann ein mit einer Lenkwelle 12 gekoppeltes, insbesondere drehfest befestigtes, Lenkrad 14 aufweisen, das ein Fahrer für eine Kurvenfahrt aus einer neutralen Mittelstellung, die einer Gerade ausfahrt entspricht, verdrehen kann. Die Lenkwelle 12 ist um eine Drehachse AL entsprechend drehbar gelagert. Die Lenkwelle 12 kann mit einem Force-Feedback-Aktuator 38 interagieren, der ein aktives Feedback an den Fahrer bereitstellen kann. Der Aktuator 38 kann einen Motor zur Bereitstellung eines Drehmoments umfassen und gegebenenfalls über eine Übersetzungsstufe 36 mit der Lenkwelle 12 verbunden sein. Über nicht dargestellte Sensorik kann ein Drehwinkel, ein Drehmoment oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenkwelle 12 detektiert werden, um auf Basis dieser detektierten Messwerte einen Lenkeinschlag von Rädern des Kraftfahrzeugs zu stellen und/oder ein aktives Feedback am Lenkrad bereitzustellen.
  • Mit der Lenkwelle 12 ist ein Spindeltrieb 16 gekoppelt, der eine mit der Lenkwelle 12 drehfest befestigte und als Hohlwelle ausgestaltete Spindel 18 und eine auf die Spindel 18 aufgeschraubte und an der Spindel 18 in axialer Richtung geführte Spindelmutter 20 aufweist. Die Spindelmutter 20 ist an einer feststehenden Führungshülse 22 formschlüssig drehgesichert und in axialer Richtung relativ bewegbar linear geführt. Wenn die Spindel 18 sich bei einer Drehung des Lenkrads 14 und der Lenkwelle 12 mitdreht, wird die Drehbewegung der Spindel 18 in eine axiale Linearbewegung der Spindelmutter 20 übersetzt. Die maximale axiale Relativbewegung der Spindelmutter 20 gegenüber der Spindel 18 und damit ein maximaler Drehwinkel der Lenkwelle 12 kann durch ein Anschlagen der Spindelmutter 20 an einem ersten Endanschlag 24 der Spindel 18 und einem zweiten Endanschlag 26 der Spindel 18 begrenzt werden.
  • Die 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Spindeltrieb 16, wie er für eine Lenkereinheit 10 zur Drehwinkelbegrenzung der Lenkwelle 12 Verwendung finden kann. Gezeigt ist eine Mittelstellung der Spindelmutter 20 gegenüber der Spindel 18.
  • Die 3 zeigt eine Lenkereinheit 10, die in ihrem strukturellen Aufbau zunächst der zu den 1 und 2 beschriebenen Lenkereinheit 10 entspricht. Die Lenkereinheit 10 der 3 weist zusätzlich eine Sensoranordnung 30 auf, die eine Längsposition der Spindelmutter 20 entlang der Lenkachse AL und eine Umfangsposition der Spindel 18 repräsentierende Sensorwerte erfasst und über diese Sensorwerte einen den Absolutwinkel der Lenkwelle 12 repräsentierenden Ausgabewert erzeugt und bereitstellt. Im Einzelnen umfasst die Sensoranordnung 30 vorliegend einen Linearsensor 32, der an der Führungshülse 22 angeordnet ist, insbesondere an einem inneren Umfangsbereich der Führungshülse 22. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung 30 einen Winkelsensor 34, der in einer Wirkverbindung mit der Lenkwelle 12 steht und radial zu der der Lenkwelle 12 angeordnet ist. Zudem umfasst die Sensoranordnung 20 eine über Daten- und Signalleitungen 40 mit den Sensoren 32, 34 verbundene Datenübertragungs- und Datenauswerteeinheit 42. Mit der beschriebenen Lenkereinheit 10 kann ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem über den Linearsensor 32 eine Längsposition der Spindelmutter 20 entlang der Lenkachse AL und über den Winkelsensor 34 eine Umfangsposition der Spindel 18 repräsentierende Sensorwerte erfasst werden, um über die Sensorwerte ein den Absolutwinkel der Lenkwelle 12 repräsentierender Ausgabewert zu erzeugen und bereitzustellen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Lenkereinheit
    12
    Lenkwelle
    14
    Lenkrad
    16
    Spindeltrieb
    18
    Spindel
    20
    Spindelmutter
    22
    Führungshülse
    24
    Endanschlag
    26
    Endanschlag
    30
    Sensoranordnung
    32
    Positionssensor
    34
    Winkelsensor
    36
    Übersetzungsstufe
    38
    Aktuator
    40
    Daten- und Signalleitung
    42
    Datenübertragungs- und Datenauswerteeinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018103963 A1 [0004]
    • DE 102012202639 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Lenkereinheit (10) für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer von einer Bedienperson um eine Lenkachse AL drehbare Lenkwelle (12), einem mit der Lenkwelle (12) zusammenwirkenden Spindeltrieb (16) zur Begrenzung eines Lenkwinkels der Lenkwelle (12) um die Lenkachse AL, wobei der Spindeltrieb (16) eine mit der Lenkwelle drehfest verbundene Spindel (18) und eine auf ein Gewinde der Spindel (18) aufgeschraubte und bezogen auf die Lenkachse AL drehfest gehaltene Spindelmutter (20) aufweist, wobei eine Drehung der Spindel (18) der Spindelmutter (20) eine Längsbewegung in Richtung der Lenkachse AL aufprägt, und einer Sensoranordnung (30), die eine Längsposition der Spindelmutter (20) entlang der Lenkachse AL und eine Umfangsposition der Spindel (18) repräsentierende Sensorwerte erfasst und über diese Sensorwerte einen den Absolutwinkel der Lenkwelle (12) repräsentierenden Ausgabewert erzeugt und bereitstellt.
  2. Lenkereinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wertebereich des den Absolutwinkel der Lenkwelle (12) repräsentierenden Ausgabewertes innerhalb beidseitiger Drehgrenzen der Lenkwelle (12) ausgehend von einer Mittelstellung liegt.
  3. Lenkereinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (30) zumindest einen Positionssensor (32) zur Erfassung der Längsposition der Spindelmutter (20) und zumindest einen Winkelsensor (34) zur Erfassung der Umfangsposition der Spindel (18) umfasst.
  4. Lenkereinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bordnetzquellen vorgesehen sind, wobei die erste Bordnetzquelle (40) mit dem Positionssensor (32) zur Energieversorgung verbunden ist und die zweite Bordnetzquelle mit dem Winkelsensor (34) zur Energieversorgung verbunden ist.
  5. Lenkereinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (34) derart angeordnet ist, um in einer Wirkverbindung mit der Lenkwelle (12) zu stehen.
  6. Lenkereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (16) eine Führungshülse (22) umfasst, in der die Spindelmutter (20) in Richtung der Lenkachse AL geführt ist, wobei an der Führungshülse (22) der Positionssensor (32) angeordnet ist und bevorzugt die Spindelmutter (20) in der Führungshülse (22) formschlüssig drehgesichert ist.
  7. Lenkereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (16) als Trapezgewindetrieb oder Kugelgewindetrieb ausgestaltet ist.
  8. Verfahren zur Erfassung eines Lenkwinkels in einem Steer-by-wire-Lenksystem mit einer Lenkereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Längsposition der Spindelmutter (20) entlang der Lenkachse AL und eine Umfangsposition der Spindel (18) repräsentierende Sensorwerte erfasst werden und über die Sensorwerte ein den Absolutwinkel der Lenkwelle (12) repräsentierender Ausgabewert erzeugt und bereitstellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der den Absolutwinkel der Lenkwelle (12) repräsentierende Ausgabewert aus einer Zuordnung - des sich mit jeder Umdrehung der Lenkwelle (12) wiederholenden Sensorwerts der Umfangsposition und - dem Sensorwert der Längsposition der Spindelmutter (20) entlang der Lenkachse AL generiert wird.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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