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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung, insbesondere für Steer-by-wire Lenksysteme und/oder für Lenksysteme mit Kugelgewindetrieb. Bei Steer-by-wire Lenksystemen wird keine mechanische Verbindung mehr zwischen dem Lenkrad oder einem sonstigen Steuerelement im Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeuges und der Lenkstange benötigt. Dies ermöglicht es, die Zuordnung zwischen Lenkradwinkel und Lenkstangenposition beliebig zu modifizieren. Dies schließt die Möglichkeit ein, dass passive Drehbewegungen des Rotors eines motorischen Antriebs der Lenkung im ausgeschalteten Zustand des Fahrzeuges, welche durch das Verschwenken der lenkbaren Räder auftreten kann, dazu führen könnte, dass die tatsächliche Position der Lenkstange nicht mehr bekannt ist. Dementsprechend kann weder mit Hilfe des Lenkrades noch mit Hilfe der Rotorposition des motorischen Antriebes einer Kraftfahrzeuglenkung die Position der Lenkstange und damit der Lenkwinkel sicher bestimmt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit welcher die Position einer Lenkstange, insbesondere bei Steer-by-wire Lenksystemen und/oder Lenksystemen mit Kugelgewindetrieb, zuverlässig ermittelbar ist, insbesondere vor oder während dem Start eines Kraftfahrzeuges.
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Aus
DE 10 2019 007 715 A1 ist ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Fahrzeug bekannt, das ein erstes Subsystem und ein zweites Subsystem aufweist, die voneinander unabhängig sind. Die Subsysteme sind zur Erfassung des Lenkhandhabewinkels einer Lenkhandhabe des Fahrzeuges mittels jeweils eines Lenkhandhabewinkelsensors ausgebildet und zum Lenken des Fahrzeuges durch Einstellung eines Radwinkels mindestens eines Rades des Fahrzeuges in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkhandhabewinkel mittels einer Lenkaktoreinheit. Die jeweilige Lenkatoreinheit soll einen Zahnstangenpositionssensor umfassen, der insbesondere direkt auf der Zahnstange angeordnet oder derart angeordnet sein soll, dass er einen Winkel einer auf die Zahnstange wirkenden Eingangswelle bestimmt. Er soll zweckmäßigerweise „true-Power-On-fähig“ sein. Weitere Details zur Anordnung oder Detailgestaltung der Zahnstangenpositionssensoren sind nicht beschrieben.
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Aus
DE 10 2020 101 481 A1 ist ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das als Steer-by-wire Lenksystem ausgebildet ist und unter anderem eine Zahnstange, einen elektrischen Antrieb zur Längsverschiebung der Zahnstange und ein drehbar gelagertes Stützelement aufweist, das entlang einer Längsachse der Zahnstange von dem elektrischen Antrieb beabstandet ist. Dabei steht das drehbar gelagerte Stützelement mit der Zahnstange in verzahntem Eingriff. Ferner ist ein Sensor vorgesehen, der zusammen mit einer Auswerteeinheit ausgebildet ist, um die Position der Zahnstange zu bestimmen, um einen aktuellen Radeinschlag feststellen und mit einem Lenkwunsch des Fahrers abgleichen zu können. Der Sensor soll insbesondere ein Winkelsensor oder Drehgeber sein, welcher mit dem Stützelement zusammenwirkt. Die Anordnung des Sensors ist beschränkt auf Lenkungen mit Zahnstange und einem mit der Verzahnung der Zahnstange zusammenwirkenden, drehbar gelagerten Stützelement. Alternative Sensoren oder Sensoranordnungen sind nicht offenbart.
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Aus
DE 10 2018 215 555 A1 sind ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraft eines Steer-by-wire Lenksystems sowie ein Steer-by-wire-Lenksystem bekannt. Zum Ermitteln der Bewegungen der Zahnstange des Steer-by-wire-Lenksystems soll insbesondere eine Zahnstangenposition bzw. eine Änderung davon bestimmt werden, wobei die Zahnstangenposition mittels eines Rotorlagesensors eines Servo-Motors des Fahrzeugradaktors berechnet werden soll. Es wird auch vorgeschlagen, die Zahnstangenbewegung mittelbar anhand der Bewegung einer Komponente des Fahrzeugradaktors zu ermitteln, beispielsweise indem eine Änderung der Rotorlage eines Servo-Motors des Fahrzeugradaktors erfasst und darauf basierend auf eine stattfindende Zahnstangenbewegung geschlossen wird. Darüber hinaus wird auf die Möglichkeit verwiesen, eine Zahnstangenbewegung mittels an der Zahnstange angebrachter Sensoren zu erfassen bzw. zu messen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung zu stellen, die wenig Bauraum beansprucht, unabhängig von einer Zahnstange umsetzbar ist und „true-Power-On-fähig“ ausgebildet werden kann.
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Unter einer Zahnstange wird in dieser Offenbarung eine Lenkstange verstanden, die eine Verzahnung für das Zusammenwirken mit einem Ritzel aufweist, wie dies aus Lenksystemen mit Lenksäule und mechanischer Übertragung der Lenkbewegung von einem Lenkrad auf die Zahnstange bekannt ist. Da es die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen soll, auf eine Verzahnung zu verzichten, wird anstelle des Begriffs Zahnstange in dieser Offenbarung der Begriff Lenkstange verwendet. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht auf Lenksysteme mit Lenkstangen ohne Verzahnung beschränkt. Sie lässt sich auch an Lenksystemen mit Zahnstangen, d.h. Lenkstangen mit Verzahnung, realisieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung ist die Lenkstange über einen Lenkstangenantrieb translatorisch zwischen zwei Endlagen verfahrbar, wobei der Lenkstangenantrieb mindestens ein rotierbar gelagertes Antriebselement umfasst. Dabei sind eine erste Sensiereinheit mit einem ersten rotierenden Sensorgeber und eine zweite Sensiereinheit mit einem zweiten rotierenden Sensorgeber vorgesehen, wobei die Sensorgeber derart ausgelegt sind, dass durch Erfassen und Auswerten der Position des ersten rotierenden Sensorgebers und der Position des zweiten rotierenden Sensorgebers die Position der Lenkstange eindeutig bestimmbar ist. Zur Erfassung der Position des ersten Sensorgebers und der Position des zweiten Sensorgebers sind insbesondere mit den Sensorgebern korrespondierende geeignete Sensoren vorgesehen. Insbesondere ist ein mit dem ersten Sensorgeber korrespondierender erster Sensor vorgesehen und ein mit dem zweiten Sensorgeber korrespondierender zweiter Sensor. Mit korrespondierend ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die Anordnung des ersten Sensorgebers und des ersten Sensors sowie des zweiten Sensorgebers und des zweiten Sensors derart erfolgt, dass der jeweilige Sensor die Position bzw. das Signal des zugeordneten Sensorgebers jederzeit erfassen kann. Möglich sind aber auch andere Anordnungen, insbesondere Anordnungen mit nur einem Sensor, der so ausgebildet ist, dass er die Position beider Sensorgeber erfassen kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft Lenkstangenantriebe mit mindestens einem rotierbar gelagerten Antriebselement. Diesbezüglich wird insbesondere auf Lenkstangenantriebe mit Kugelgewindetrieben verwiesen, welche als rotierbares Antriebselement üblicherweise über eine rotierbar gelagerte Kugelgewindemutter verfügen. Die Erfindung ist aber auch bei anderen Lenksystem-Bauarten anwendbar, insbesondere bei Single Pinion-EPS, Dual Pinion-EPS oder bei Rack Concentric (RC) EPS Lenkungen. Die Erfindung macht sich für die eindeutige Bestimmung der Position der Lenkstange eines Lenkstangenantriebes das sogenannte Nonius-Prinzip zunutze, indem zwei rotierende Sensorgeber derart angeordnet sind, dass deren jeweilige Position erfassbar, d.h. detektierbar, ist und durch Auswertung durch die kombinierte Auswertung der jeweiligen Positionen der beiden Sensorgeber die Position der Lenkstange eindeutig bestimmbar ist. Dazu muss die Anordnung und Auslegung der Sensorgeber so gewählt sein, dass in dem gesamten Verfahrbereich der Lenkstange jede Positionskombination nur genau einmal existiert und die Auswertegenauigkeit so hoch ist, dass es nicht zu Fehlzuordnungen zwischen zwei Positionskombinationen und der zugeordneten Lenkstangenposition kommen kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann - wie im Weiteren noch erläutert werden wird - auf geringem Bauraum die Position einer Lenkstange auch dann eindeutig bestimmt werden, wenn es sich um eine Lenkstange oder Verzahnung und zugehörigem Ritzel handelt. Dabei kann die Position auch „true-Power-On-fähig“ bestimmt werden, d.h. es ist nicht erforderlich, die Lenkstange zu bewegen, um deren Position und damit den aktuellen Lenkwinkel der lenkbaren Räder des Fahrzeuges zu bestimmen, sondern die Position kann anhand der statischen Stellung der beiden rotierenden Sensorgeber ermittelt werden, indem die jeweiligen Stellungen ermittelt und ausgewertet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich vorteilhaft in Verbindung mit Lenkstangenantrieben realisieren, die als Antriebselement eine achsparallel zur Lenkstange angeordnete Motorwelle aufweisen und/oder bei welchen ein rotierender Sensorgeber drehfest mit einer Motorwelle des Lenkstangenantriebs verbunden ist. Eine solche Anordnung ist insbesondere von Lenkstangenantrieben mit Kugelgewindetrieb bekannt. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der kompakten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem Stand der Technik bekannte Lenkstangenantriebe mit einer achsparallel zur Lenkstange angeordneten Motorwelle einfach und kostengünstig umkonstruiert werden können. Insbesondere lässt sich mit relativ geringem konstruktiven Anpassungsaufwand ein Lenkstangenantrieb mit der erfindungsgemäßen Funktionalität auf dem gleichen Bauraum realisieren wie ein aus dem Stand der Technik bekannter Lenkstangenantrieb, welcher diese Funktionalität noch nicht aufweist.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der erste Sensorgeber unmittelbar oder mittelbar mit dem zweiten Sensorgeber gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Sensorgeber keinen separaten Antrieb benötigt. Ferner ist durch eine solche Kopplung, insbesondere im Falle einer schlupffreien Kopplung, sichergestellt, dass zwischen dem ersten Sensorgeber und dem zweiten Sensorgeber während der Lebensdauer keine Relativ-Drehbewegungen stattfinden. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in diesem Fall über die gesamte Lebensdauer eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit auf.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber Teil eines Getriebes. In diesem Zusammenhang haben sich insbesondere Zahnradgetriebe als effizient, wartungsarm und präzise erwiesen. Bauraumsparend und zugleich zu überschaubaren Kosten realisierbar sind insbesondere Stirnradgetriebe oder Zahnriemengetriebe, da Stirnräder und Zahnriemenantriebe als Standardprodukte in vielen geeigneten Ausführungsformen am Markt erhältlich sind.
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Um bei einer hohen Zahl von Umdrehungen des für die Anordnung des ersten Sensorgebers und/oder des zweiten Sensorgebers relevanten Antriebselementes einen möglichst großen Absolutwinkel-Wertebereich und eine hohe Robustheit zu erzielen, sollte ein Getriebe, welches den ersten Sensorgeber und den zweiten Sensorgeber unmittelbar oder mittelbar miteinander koppelt, eine geeignete Übersetzung oder Untersetzung aufweisen. Damit ist gemeint, dass sich die beiden Sensorgeber mit unterschiedlichen Drehzahlen bewegen, so dass bei einer vollständigen Umdrehung eines Sensorgebers der andere Sensorgeber mehr oder weniger eine vollständige Umdrehung durchführt. Wenn die Zahl der Umdrehungen ausreichend groß ist, dass der gesamte Stellbereich der Lenkstange damit abgedeckt werden kann, ist die Relativposition der beiden Stirnräder zueinander immer eindeutig, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung „true-Power-On-fähig“ ist.
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Aus akustischen und energetischen Aspekten ist es bevorzugt, wenn ein zweiter Sensorgeber, welcher von dem ersten Sensorgeber angetrieben wird gegenüber dem ersten Sensorgeber untersetzt ist, da in diesem Fall die Drehzahl des zweiten Sensorgebers geringer ist als die des ersten Sensorgebers. Dadurch sind die Umfangsgeschwindigkeiten und die Beschleunigungen, welche an dem zweiten Sensorgeber wirken, stets kleiner als an dem ersten Sensorgeber.
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Insbesondere in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher der erste rotierende Sensorgeber drehfest mit der Motorwelle des Lenkstangenantriebs verbunden ist, kann der zweite Sensorgeber vorteilhaft in einem Lagerschild der Motorwelle gelagert sein. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann der zweite Sensorgeber um eine achsparallel zu der Motorwelle angeordnete Sensorachse gelagert sein. In beiden Fällen ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung, insbesondere in Verbindung mit zwei Sensorgebern, die Teile von zwei miteinander kämmenden Stirnrädern sind oder welche als separat ausgebildete Elemente drehfest mit zwei miteinander kämmenden Stirnrädern verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist dabei der in Richtung der jeweiligen Drehachse nur sehr geringe, erforderliche Bauraum für die Anordnung der beiden Stirnräder und der Sensorgeber.
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Der erste Sensorgeber und/oder der zweite Sensorgeber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können ein magnetisch sensierbares, kapazitiv, resistiv, induktiv sensierbares und/oder optisch sensierbares Element aufweisen, wobei es aus Kostengründen bevorzugt ist, wenn für jeden Sensorgeber genau ein solches Element vorgesehen ist. Als besonders geeignet haben sich insbesondere magnetoresistiv sensierbare Elemente erwiesen, weil diese eine hohe Genauigkeit und eine kompakte Bauform aufweisen.
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Wenn der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren, hat dies den Vorteil, dass sich die Messprinzipien nicht gegenseitig stören bzw. negativ beeinträchtigen und äußere Störungen nicht gleichermaßen auf beide Messprinzipien einwirken. Dadurch ergibt sich ein sehr robustes System. Dies führt dazu, dass nach einer ersten Sensierung beim Starten eines Kraftfahrzeuges („Start-Sensierung“) zwei voneinander unabhängige Systeme vorhanden sind. Ist beispielsweise für den ersten Sensorgeber ein magnetisch sensierbares Element vorgesehen und für den zweiten Sensorgeber ein optisch sensierbares Element, kann nach einer „Start-Sensierung“ bei Ausfall eines Systems mit dem anderen, noch funktionierenden System immer noch die genaue Position der Lenkstange und damit der Lenkwinkel der lenkbaren Räder ermittelt werden. Es liegt dann ein redundantes System - nicht nur hinsichtlich der absoluten Position der Lenkstange, sondern auch in Bezug auf den Rotorlagewinkel des Antriebsmotors - vor, das selbst bei Ausfall eines der beiden Sensiersysteme während der Fahrt vollständig funktionsfähig bleibt. Ein Überwachungssystem eines Kraftfahrzeuges kann in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer „Start-Sensierung“ die volle Funktionsfähigkeit des ersten Sensorgebers und des zweiten Sensorgebers sowie der zugehörigen Sensoren fordern, damit das Kraftfahrzeug bewegt werden kann. Nach der „Start-Sensierung“ genügt es, wenn eines der Sensiersysteme vollständig funktioniert. Sollte eines der Sensiersysteme nach der „Start-Sensierung“ ausfallen, genügt es, wenn das Überwachungssystem einen Warnhinweis an den Fahrer ausgibt und ihm mitteilt, dass das Fahrzeug nach dem Ausschalten ggf. nicht mehr fahrfähig sein wird, weil eines der Sensiersysteme defekt ist und eine erneute „Start-Sensierung“ nicht möglich ist. So hat der Fahrer die Möglichkeit, das Fahrzeug noch ohne Inanspruchnahme einer Pannenhilfe selbst zu einer Servicewerkstatt zu fahren.
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Wie schon erwähnt, wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für Steer-by-wire Kraftfahrzeuglenkungen entwickelt, um den Lenkwinkel unabhängig von einer Verzahnung und „true-Power-On-fähig“ ermitteln zu können. In Verbindung mit Steer-by-wire Kraftfahrzeuglenkungen ergeben sich somit konstruktiv besonders einfach und kostengünstig umsetzbare, funktionale Lenksysteme.
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Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich des Weiteren insbesondere für Lenkstangenantriebe, die einen Kugelgewindetrieb umfassen. Derartige Lenksysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen eine hohe Zuverlässigkeit auf, insbesondere in Verbindung mit motorischen Antrieben zur Bewegung der Lenkstange.
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Wie bereits erwähnt, ergibt sich eine besonders kompakte Gestaltung, wenn der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber Teil eines Stirnradgetriebes sind.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu ist es bevorzugt, wenn der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber zwischen einem Antriebsmotor und einem Antriebs-Riemenrad oder einem anderen Antriebselement eines Lenkstangenantriebs angeordnet sind. Dies gilt insbesondere für Anordnungen, bei welchen der Antriebsmotor eine zylindrische Grundform aufweist und das Antriebselement koaxial zu dem Antriebsmotor angeordnet ist. In diesem Fall ist es aus Bauraumaspekten besonders bevorzugt, wenn der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber sowie damit korrespondierende Sensoren in einem Abschnitt zwischen dem Antriebselement und dem Antriebsmotor angeordnet sind. So können beispielsweise der erste Sensorgeber und der zweite Sensorgeber an einem Lagerschild angeordnet sein und die damit korrespondierenden Sensoren an einer Platine eines Steuergeräts oder einem sonstigen Element des Antriebselements.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht,
- 2 eine schematische Darstellung einer Lenkstange mit Kugelgewindetrieb und achsparallelem motorischen Lenkstangenantrieb, welche sich in dem in 1 mit II markierten Bereich zwischen den lenkbaren Vorderrädern befindet,
- 3 einen Ausschnitt mit einer Detaildarstellung des motorischen Lenkstangenantriebs aus 2 mit einer Ausführungsform mit zwei magnetischen Sensiereinheiten in einer isometrischen Darstellung,
- 4 eine vergrößerte Darstellung des motorischen Lenkstangenantriebs aus 3 in einer anderen Winkelstellung,
- 5 eine Längsschnittdarstellung durch den motorischen Lenkstangenantrieb aus den 3 und 4 in der in 3 gezeigten Stellung,
- 6 eine Ansicht auf die Sensiereinheiten der Ausführungsform aus den 3 bis 6,
- 7 einen Ausschnitt mit einer Detaildarstellung des motorischen Lenkstangenantriebs aus 2 mit einer anderen Ausführungsform mit einer magnetischen Sensiereinheit und einer induktiven Sensiereinheit in einer Längsschnittdarstellung und
- 8 eine Ansicht auf die Sensiereinheiten der Ausführungsform aus 7.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 in einer Seitenansicht. In 1 und in allen weiteren Figuren sind die Fahrzeuglängsrichtung nach vorne mit x, die Fahrzeugquerrichtung mit y und die Fahrzeughochrichtung nach oben mit z gekennzeichnet. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung, die Fahrzeugquerrichtung als y-Richtung und die Fahrzeughochrichtung als z-Richtung bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist zwei lenkbare Vorderräder 12 und zwei Hinterräder 14 auf, von welchen in 1 jeweils nur eines erkennbar ist.
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Zwischen den Vorderrädern 12 ist eine Lenkstange 16 angeordnet, welche sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckt und in 2 in einer schematischen Darstellung gemeinsam mit der Anordnung eines motorischen Lenkstangenantriebs 18 dargestellt ist. Die Lenkstange 16 ist Teil einer Steer-by-wire-Lenkung, d.h. einer Lenkung, die keine direkte mechanische Verbindung zwischen einem nicht dargestellten Lenkrad des Kraftfahrzeuges 10 und den lenkbaren Vorderrädern 12 aufweist. Stattdessen werden mit dem Lenkrad oder einem anderen Lenkinstrument abgegebene Lenkbefehle des Fahrers elektronisch erfasst und von mindestens einem Antriebsmotor 20 so umgesetzt, dass sich an den lenkbaren Vorderrädern 12 ein gewünschter Lenkwinkel einstellt. Der Antriebsmotor 20 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine antreibbare Motorwelle 22 auf, welche achsparallel zu der Lenkstange 16 angeordnet ist. Mit der Motorwelle wird ein Antriebs-Riemenrad 24 angetrieben. Sowohl die Motorwelle 22 als auch das Antriebs-Riemenrad 24 sind rotierbar gelagerte Antriebselemente im Sinne der Erfindung.
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Über das Antriebs-Riemenrad 24 wird ein Riemen 26 angetrieben, der ferner über ein Abtriebs-Riemenrad 28 geführt ist, welcher drehfest mit einer nur schematisch dargestellten Kugelgewindemutter 30 eines Kugelgewindetriebes 32 verbunden ist. Durch diese Anordnung lässt sich die Lenkstange 16, welche beabstandet zu dem Kugelgewindetrieb 32 noch mittels eines Lagerelements 34 geführt ist, in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) translatorisch verschieben, um so den Lenkwinkel der funktional mit der Lenkstange 16 gekoppelten Räder zu verändern und auf einen gewünschten Lenkwinkel einzustellen. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die Kugelgewindemutter 30 als auch das Abtriebs-Riemenrad 28 rotierbar gelagerte Antriebselemente im Sinne der Erfindung sind.
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Anhand der 3 bis 6 wird nun eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail beschrieben. Anschließend wird anhand der 7 und 8 eine zweite Ausführungsform beschrieben. Für alle identischen oder zumindest funktionsgleichen Elemente werden in allen Figuren jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Wie aus den 3 bis 5 ersichtlich ist, handelt es sich bei dem Antriebsmotor 20 um einen elektrischen Antrieb mit einem Stator 38 und einem drehbar darin gelagerten Rotor 36. Der Rotor 36 ist drehfest mit der Motorwelle 22 verbunden. Der Rotor 36 ist insoweit ebenfalls ein Antriebselement im Sinne der Erfindung.
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Die Motorwelle 22 ragt mit einem freien Ende seitlich aus dem Stator 38 und aus dem Rotor 36 heraus. Das herausragende Ende der Motorwelle 22 ist innerhalb eines Lagerschildes 40 über ein darin eingesetztes Motorwellenlager 42 gelagert. Drehfest mit der Motorwelle 22 ist ein Motorwellen-Stirnrad 44 verbunden. Ferner ist ein als erster rotierender Sensorgeber 50 ein Rotorlagen-Sensorgeber drehfest mit der Motorwelle 22 verbunden. Dieser Motorwellenlage-Sensorgeber 50 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in das stirnseitige freie Ende der Motorwelle 22 gefügt, hier durch Einpressen.
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Beabstandet von der Drehachse M der Motorwelle 22 ist in dem Lagerschild 40 ein weiteres Sensorwellenlager 46 angeordnet, das der drehbaren Lagerung einer Sensorwelle 48 dient. Drehfest mit der Sensorwelle 48 ist ein Sensorwellen-Stirnrad 52 verbunden. Das Sensorwellen-Stirnrad 52 steht in kämmendem Eingriff mit dem Motorwellen-Stirnrad 44 und rotiert dementsprechend bei Drehung der Motorwelle 22 um das Motorwellen-Stirnrad 44. Drehfest mit der Sensorwelle 48 ist ein zweiter rotierender Sensorgeber 54 ein Sensorwellenlage-Sensorgeber verbunden. Der Sensorwellenlage-Sensorgeber 54 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls in das stirnseitige freie Ende der Sensorwelle 48 eingepresst.
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Der Motorwellenlage-Sensorgeber 50 und der Sensorwellenlage-Sensorgeber 54 sind benachbart zur Platine 68 eines Steuergeräts 56 angeordnet. Als Teilelemente dieses Steuergeräts 56 sind - in den 5 und 7 nur schematisch als Rechtecke dargestellt - ein Motorwellenlage-Sensor 58 und ein Sensorwellenlage-Sensor 60 derart verbaut, dass mit diesen über die Abstände a bzw. b kontaktlos die jeweilige Lage des Motorwellenlage-Sensorgebers 50 und des Sensorwellenlage-Sensorgebers 54 ermittelbar ist.
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Wie in 6 gut erkennbar ist, handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel der 3 bis 6 sowohl bei dem Motorwellenlage-Sensorgeber 50 als auch bei dem Sensorwellenlage-Sensorgeber 54 um magnetische Sensorgeber, die jeweils einen Nordpol N und einen Südpol S aufweisen. In 6 sind ferner die Kontaktierungselemente 62 für die Verbindung zu dem benachbart angeordneten Steuergerät 56 erkennbar, welche - wie in den 3 bis 5 erkennbar ist - über am Steuergerät 56 vorgesehene Kontaktierungsklemmen 64 erfolgt. Die Kontaktierungselemente 62 führen - das Lagerschild 40 durchragend - zu einer Motorphasen-Kontaktiereinheit 66, welche zwischen dem Lagerschild 40 und dem Antriebsmotor 20 angeordnet ist und ebenfalls von dem freien Ende der Motorwelle 22 durchragt wird.
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Das zweite Ausführungsbeispiel, welches in den 7 und 8 dargestellt ist, entspricht funktional im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, insbesondere soweit es im Folgenden nicht abweichend beschrieben ist. Insbesondere sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel als zwei miteinander kämmende Getriebeelemente ein Motorwellen-Stirnrad 44 und ein Sensorwellen-Stirnrad 52 vorgesehen. Als Sensorwellen-Sensorgeber 54 ist ebenfalls wiederum ein magnetischer Sensorgeber mit Nordpol N und Südpol S vorgesehen. Abweichend zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch als Motorwellenlage-Sensorgeber 50 ein induktives Element vorgesehen, so dass die jeweiligen Sensorgeber 50, 54 eine diversitäre Sensorik aufweisen. Die Kontaktierungselemente 62 sind zwar funktional identisch, weisen jedoch ein anderes Design auf.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Vorderrad
- 14
- Hinterrad
- 16
- Lenkstange
- 18
- motorischer Lenkstangenantrieb
- 20
- Antriebsmotor
- 22
- Motorwelle
- 24
- Riemenrad
- 26
- Riemen
- 28
- Abtriebs-Riemenrad
- 30
- Kugelgewindemutter
- 32
- Kugelgewindetrieb
- 34
- Lagerelement
- 36
- Rotor
- 38
- Stator
- 40
- Lagerschild
- 42
- Motorwellenlager
- 44
- Motorwellen-Stirnrad
- 46
- Sensorwellenlager
- 48
- Sensorwelle
- 50
- erster Sensorgeber (Motorwellenlage-Sensorgeber)
- 52
- Sensorwellen-Stirnrad
- 54
- zweiter Sensorgeber (Sensorwellenlage-Sensorgeber)
- 56
- Steuergerät
- 58
- Motorwellenlage-Sensor
- 60
- Sensorwellenlage-Sensor
- 62
- Kontaktierungselement
- 64
- Kontaktierungsklemme
- 66
- Kontaktiereinheit
- 68
- Platine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019007715 A1 [0002]
- DE 102020101481 A1 [0003]
- DE 102018215555 A1 [0004]
