DE102022205940A1

DE102022205940A1 - Radlenkwinkelermittlungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug, Verfahren zum Ermitteln eines Radlenkwinkels eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022205940A1
Application number: DE102022205940.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Riese; Thomas Kurz; Matthias Ehrmann; Jonas Coesfeld; Tobias Ritz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2022-06-13
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlenkwinkelermittlungseinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug (1), das ein Lenksystem (8) mit zumindest einem lenkbaren Rad (3) aufweist, wobei dem Rad (3) ein ansteuerbarer Radaktuator (10) zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads (3) zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator (10) einen Elektromotor (11) mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist, mit einem Drehwinkelsensor (21), der dazu ausgebildet ist, die Motorwelle oder ein drehbar gelagertes Element zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, und mit einem Steuergerät (23), das dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel des Rads (3) in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des Drehwinkelsensors (21) zu ermitteln. Es ist vorgesehen, dass die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung (20) zumindest eine Sensoreinheit (22) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Rad (3) oder ein verschiebbar gelagertes Element (13) zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, und dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors (21) und dem Sensorsignal der Sensoreinheit (22) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlenkwinkelermittlungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, das ein Lenksystem mit zumindest einem lenkbaren Rad aufweist, wobei dem Rad ein ansteuerbarer Radaktuator zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator einen Elektromotor mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist, mit einem Drehwinkelsensor, der dazu ausgebildet ist, die Motorwelle oder ein drehbar gelagertes Element zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad geschaltet ist, und mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel des Rads in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des Drehwinkelsensors zu ermitteln.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem, das zumindest ein lenkbares Rad aufweist, wobei dem Rad ein ansteuerbarer Radaktuator zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator einen Elektromotor mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Radlenkwinkels eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenksystem mit zumindest einem lenkbaren Rad aufweist, wobei dem Rad ein ansteuerbarer Radaktuator zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator einen Elektromotor mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge und Radlenkwinkelermittlungseinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs weist typischerweise zumindest ein lenkbares Rad auf. Oftmals ist dem Rad ein ansteuerbarer Radaktuator zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads zugeordnet. Typischerweise weist der Radaktuator einen Elektromotor mit einer drehbar gelagerten Motorwelle auf. Mittlerweile sind Lenksysteme bekannt, bei denen das zumindest eine lenkbare Rad mechanisch unabhängig von einer Lenkhandhabe ist. Beispielsweise ist bei sogenannten Steer-by-Wire-Lenksystemen zwar eine Lenkhandhabe vorhanden, die Lenkhandhabe ist jedoch derart von dem Rad mechanisch entkoppelt, dass eine Betätigung der Lenkhandhabe unabhängig von einer Lenkung des Rads ist. Es ist also keine mechanische Kopplung vorhanden, die eine Betätigung der Lenkhandhabe zwangsläufig in eine Lenkung des Rads umsetzt. In zukünftigen autonom fahrenden Kraftfahrzeugen wird zudem gegebenenfalls keine Lenkhandhabe vorhanden sein, sodass die Kraftfahrzeuge dann lenkhandhabenfrei sind. Auch bei einer derartigen Ausführung des Lenksystems ist das zumindest eine lenkbare Rad dann mechanisch unabhängig von einer Lenkhandhabe. Um in einem Lenksystem, bei dem das Rad mechanisch unabhängig von einer Lenkhandhabe ist, den aktuellen Radlenkwinkel des Rads zu ermitteln, ist in der Regel eine Radlenkwinkelermittlungseinrichtung mit einem Drehwinkelsensor und einem Steuergerät vorhanden. Der Drehwinkelsensor ist dazu ausgebildet, die Motorwelle oder ein drehbar gelagertes Element zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad geschaltet ist. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, den aktuellen Radlenkwinkel in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des Drehwinkelsensors zu ermitteln. Die Drehstellung der Motorwelle beziehungsweise die Drehstellung des drehbar gelagerten Elementes ist durch den Drehwinkelsensor präzise erfassbar. Das Sensorsignal des Drehwinkelsensors ist jedoch im Hinblick auf den aktuellen Radlenkwinkel uneindeutig. Dies folgt daraus, dass zum Durchlenken des Rads von einem minimalen Radlenkwinkel zu einem maximalen Radlenkwinkel typischerweise eine Vielzahl von Umdrehungen der Motorwelle beziehungsweise eine Vielzahl von Umdrehungen des drehbar gelagerten Elementes erforderlich ist. Um dennoch eine eindeutige Ermittlung des Radlenkwinkels zu gewährleisten, wird bei vorbekannten Radlenkwinkelermittlungseinrichtungen oftmals ein Referenziervorgang durchgeführt, bei dem zunächst der maximale oder der minimale Radlenkwinkel des Rads eingestellt wird. Das Sensorsignal des Drehwinkelsensors wird dann auf diesen Radlenkwinkel referenziert.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Radlenkwinkelermittlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine eindeutige Ermittlung des Radlenkwinkels auch ohne vorherige Einstellung des maximalen Radlenkwinkels oder des minimalen Radlenkwinkels erreicht werden kann. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung zumindest eine Sensoreinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Rad oder ein verschiebbar gelagertes Element zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad geschaltet ist, und dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors und dem Sensorsignal der Sensoreinheit zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung des Sensorsignals der Sensoreinheit zusätzlich zu dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors kann die zuvor beschriebene Uneindeutigkeit des Sensorsignals des Drehwinkelsensors überwunden werden. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit dem Rad zugeordnet. Durch Überwachen des Rads kann der aktuelle Radlenkwinkel des Rads zumindest grob geschätzt werden, sodass die Uneindeutigkeit des Sensorsignals des Drehwinkelsensors überwunden werden kann. Alternativ dazu ist die Sensoreinheit vorzugsweise dem verschiebbar gelagerten Element zugeordnet. Die Schiebestellung des verschiebbar gelagerten Elementes korrespondiert eindeutig mit dem Radlenkwinkel des Rads. Vorzugsweise kombiniert das Steuergerät das Sensorsignal des Drehwinkelsensors mit dem Sensorsignal der Sensoreinheit, um eine eindeutige Ermittlung des aktuellen Radlenkwinkels zu realisieren. Erfindungsgemäß ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, den Radlenkwinkel in Abhängigkeit von den Sensorsignalen des Drehwinkelsensors beziehungsweise der Sensoreinheit zu ermitteln. Diese Formulierung schließt sowohl Ausführungen ein, bei denen dem Steuergerät die Sensorsignale selbst bereitgestellt werden und das Steuergerät den Radlenkwinkel in Abhängigkeit von den bereitgestellten Sensorsignalen ermittelt, als auch Ausführungen, bei denen der Drehwinkelsensor und die Sensoreinheit dem Steuergerät lediglich eine aus dem jeweiligen Sensorsignal ermittelte Informationen bereitstellen, wobei das Steuergerät den Radlenkwinkel dann in Abhängigkeit von den bereitgestellten Informationen ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinheit einen Radlenkwinkelbereich zu ermitteln, in dem der aktuelle Radlenkwinkel liegt, und in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors den aktuellen Radlenkwinkel innerhalb des ermittelten Radlenkwinkelbereichs zu ermitteln. Anhand des eindeutigen Sensorsignals der Sensoreinheit wird also eine grobe Vorermittlung des aktuellen Radlenkwinkels vorgenommen. Durch die grobe Vorermittlung wird die Uneindeutigkeit des Sensorsignals des Drehwinkelsensors überwunden. Anhand des Sensorsignals des Drehwinkelsensors kann dann der tatsächliche aktuelle Radlenkwinkel innerhalb des ermittelten Radlenkwinkelbereichs genau ermittelt werden, weil die Drehstellung der Motorwelle beziehungsweise die Drehstellung des drehbar gelagerten Elementes durch den Drehwinkelsensor besonders präzise erfassbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit ein Umfeldsensor ist, der derart angeordnet ist, dass das Rad bei zumindest einem Radlenkwinkel durch den Umfeldsensor erfassbar ist. Umfeldsensoren werden in modernen Kraftfahrzeugen typischerweise eingesetzt, um Fahrassistenzsysteme zu realisieren. Beispielsweise ist der Umfeldsensor als Ultraschallsensor oder als Strahlungssensor, insbesondere Radarsensor, Lasersensor, Kamerasensor oder Lidarsensor, ausgebildet. Ein Umfeldsensor ist oftmals derart angeordnet, dass er das Rad bei zumindest einem Radlenkwinkel erfasst. Dies ist typischerweise eher unerwünscht, führt jedoch dazu, dass das Sensorsignal des Umfeldsensors auch für die Ermittlung des Radlenkwinkels des Rads genutzt werden kann. Die Verwendung des ohnehin vorhandenen Umfeldsensors als Sensoreinheit hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Sensoreinheit vorgesehen werden muss. Entsprechend ist die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung kostengünstig realisierbar. Alternativ zu der Verwendung eines Umfeldsensors ist die Sensoreinheit vorzugsweise ein Ultraschallsensor oder ein Strahlungssensor, der in einem Radhaus des Rads angeordnet ist. Vorzugsweise weist das Rad eine Erkennungsstruktur auf, die ein Erfassen des Radlenkwinkels vereinfacht. Beispielsweise wird die Erkennungsstruktur durch farbige Längsrillen eines Reifenprofils des Rads gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die Erkennungsstruktur an einer Felge des Rads ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den Radaktuator bei Vorliegen einer Referenziervorgabe derart anzusteuern, dass ein Radlenkwinkel eingestellt wird, bei dem das Rad durch den Umfeldsensor erfassbar ist. Je nach Anordnung des Umfeldsensors befindet sich das Rad bei bestimmten Radlenkwinkeln nicht im Sichtbereich des Umfeldsensors. Zudem ist es möglich, dass die Erfassung des Radlenkwinkels durch den Umfeldsensor bei bestimmten Radlenkwinkeln erschwert ist, obwohl das Rad grundsätzlich im Sichtbereich des Umfeldsensors liegt. Dies kann dadurch überwunden werden, dass bei Vorliegen der Referenziervorgabe gezielt ein Radlenkwinkel eingestellt wird, bei dem der Radlenkwinkel beziehungsweise das Rad durch den Umweltsensor erfassbar ist. Wie in vorbekannten Radlenkwinkelermittlungseinrichtungen wird also ein Referenziervorgang durchgeführt, bei dem der Radlenkwinkel verändert wird. Dabei muss jedoch lediglich ein Radlenkwinkel eingestellt werden, bei dem das Rad durch den Umfeldsensor erfassbar ist. Die Einstellung des maximalen oder minimalen Radlenkwinkels ist nicht notwendig. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass die Einstellung des maximalen oder minimalen Radlenkwinkels typischerweise mit einer hohen Belastung des Radaktuators verbunden ist. Vorzugsweise wird die Referenziervorgabe bei einer erfassten oder erwarteten Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit dazu ausgebildet ist, als verschiebbar gelagertes Element eine Zahnstange des Radaktuators zu überwachen. Die Sensoreinheit erfasst dabei insbesondere eine Schiebestellung der Zahnstange. Auch durch Überwachen der Zahnstange kann eine grobe Vorermittlung des Radlenkwinkels realisiert werden, die ausreichend präzise ist, um die Uneindeutigkeit des Sensorsignals des Drehwinkelsensors zu überwinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit als Ultraschallsensor oder als Strahlungssensor ausgebildet und derart angeordnet ist, dass die Sensoreinheit einer Stirnseite der Zahnstange zugewandt ist. Die Sensoreinheit überwacht also die Stirnseite der Zahnstange. Hierdurch kann die Schiebestellung der Zahnstange ausreichend präzise erfasst werden. Ist die Sensoreinheit ein Strahlungssensor, so ist die Sensoreinheit vorzugsweise als Kamerasensor, Lasersensor, Infrarotsensor, Radarsensor oder Lidarsensor ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit als Seilzugsensor ausgebildet. Auch durch einen Seilzugsensor kann eine ausreichend genaue Erfassung beziehungsweise Überwachung der Schiebestellung der Zahnstange realisiert werden. Vorzugsweise ist ein freies Ende eines Seils des Seilzugsensors an der Zahnstange angeordnet, besonders bevorzugt an der Stirnseite der Zahnstange.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zahnstange in einem Stellergehäuse verschiebbar geführt ist, und dass die Sensoreinheit in einer Vertiefung einer der Stirnseite gegenüberliegenden Gehäusewand des Stellergehäuses angeordnet ist. Durch die Anordnung in der Vertiefung ist die Sensoreinheit vor einer Beschädigung durch die Zahnstange geschützt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sensoreinheit als Linearpotentiometer ausgebildet ist, wobei die Zahnstange als Messwiderstand des Linearpotentiometers geschaltet ist. Eine derartige Ausführung der Sensoreinheit ist kostengünstig realisierbar. Vorzugsweise weist das Linearpotentiometer zusätzlich zu der Zahnstange einen Hilfswiderstand auf, der gemeinsam mit der als Messwiderstand geschalteten Zahnstange einen Spannungsteiler des Linearpotentiometers bildet. Vorzugsweise sind dem Spannungsteiler ein Tiefpassfilter und/oder ein Verstärker nachgeschaltet. Im Hinblick auf die konkrete elektrische Anbindung der Zahnstange sind verschiedene Ausführungen möglich. Vorzugsweise ist ein freies Ende der Zahnstange durch einen Kabelschuh oder durch einen elektrisch leitfähigen Federkontakt elektrisch angebunden. Vorzugsweise ist die Zahnstange zusätzlich durch ein mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Zahnrad elektrisch angebunden. Das Zahnrad wiederum ist beispielsweise durch einen Schleifkontakt oder durch eine das Zahnrad lagernde Ritzellagerung elektrisch angebunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer nur bei Vorliegen einer Referenziervorgabe und nur für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer Messspannung zu beaufschlagen. Weil das Linearpotentiometer nur zeitlich begrenzt mit der Messspannung beaufschlagt wird, führt selbst die Verwendung einer Messspannung mit einem hohen Spannungswert höchstens zu einer geringfügigen Steigerung des Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs. Die Verwendung einer Messspannung mit einem hohen Spannungswert hat den Vorteil, dass ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer im Betrieb des Kraftfahrzeugs stets mit der Messspannung zu beaufschlagen. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind die Temperaturstabilität des Linearpotentiometers sowie der mögliche redundante Abgleich im Fehlerfall. Weil bei dieser Ausführungsform das Linearpotentiometer stets mit der Messspannung beaufschlagt wird, sollte eine Messspannung mit einem geringen Spannungswert gewählt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer bei Vorliegen einer Heizvorgabe mit einer Heizspannung zu beaufschlagen. Das Linearpotentiometer wird also bei Vorliegen der Heizvorgabe zum Heizen des Radaktuators eingesetzt. Dadurch kann bei geringen Umgebungstemperaturen das Betriebsfenster von verwendeten Schmiermitteln schnell erreicht werden. Zudem kann der Radaktuator von gegebenenfalls vorhandenem Eis oder Schnee befreit werden. Der Hilfswiderstand ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise in das Stellergehäuse integriert. Vorzugsweise ist der Spannungswert der Heizspannung größer als der Spannungswert der Messspannung. Hierdurch wird eine effektive Heizung mittels des Linearpotentiometers realisiert.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durch die erfindungsgemäße Radlenkwinkelermittlungseinrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Insbesondere gehört das Rad einer Radachse an, die zusätzlich noch zumindest ein weiteres lenkbares Rad aufweist. Bei einer derartigen Ausführung des Kraftfahrzeugs kann ein gemeinsamer Radaktuator vorhanden sein, der zum gemeinsamen Beeinflussen der Radlenkwinkel der Räder der Radachse ausgebildet ist. Alternativ dazu ist jedem der lenkbaren Räder ein jeweils anderer Einzelradsteller zum Beeinflussen des Radlenkwinkels des jeweiligen Rads zugeordnet. Ist ein gemeinsamer Radaktuator vorhanden, so weist die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung vorzugsweise als Sensoren nur einen Drehwinkelsensor und eine Sensoreinheit auf. Ist jedoch jedem der Räder ein jeweils anderer Einzelradsteller zugeordnet, so weist die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung vorzugsweise für jeden der Einzelradsteller jeweils einen Drehwinkelsensor und eine Sensoreinheit auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine betätigbare Lenkhandhabe aufweist, wobei das Rad derart von der Lenkhandhabe mechanisch entkoppelt ist, dass eine Betätigung der Lenkhandhabe unabhängig von einer Lenkung des Rads ist. Alternativ dazu ist das Kraftfahrzeug lenkhandhabenfrei ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 15 dadurch aus, dass eine Drehstellung der Motorwelle oder eine Drehstellung eines drehbar gelagerten Elementes überwacht wird, das zwischen die Motorwelle und das Rad geschaltet ist, dass eine Stellung des Rads oder eine Stellung eines verschiebbar gelagerten Elementes überwacht wird, das zwischen die Motorwelle und das Rad geschaltet ist, und dass der aktuelle Radlenkwinkel des Rads in Abhängigkeit von der Drehstellung der Motorwelle oder der Drehstellung des drehbar gelagerten Elementes einerseits und der Stellung des Rads oder der Stellung des verschiebbar gelagerten Elementes andererseits ermittelt wird. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen

1 ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung,
2 ein weiteres Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung,
3 einen Radaktuator mit einer darin angeordneten Sensoreinheit,
4 einen weiteren Radaktuator mit einer darin angeordneten Sensoreinheit,
5 einen Radaktuator mit einem Linearpotentiometer,
6 ein Prinzipschaltbild des Linearpotentiometers,
7 ein Verfahren zum Ermitteln eines Radlenkwinkels.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Vorderradachse 2 mit zwei Rädern 3 und 4 sowie eine Hinterradachse 5 mit zwei Rädern 6 und 7 auf.
Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Lenksystem 8 auf. Vorliegend sind die Räder 3 und 4 der Vorderradachse 2 lenkbar ausgebildet, sodass diese Räder 3 und 4 Teil des Lenksystems 8 sind. Das Lenksystem 8 weist außerdem eine durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs 1 betätigbare Lenkhandhabe 9 auf. Die Räder 3 und 4 sind derart von der Lenkhandhabe 9 mechanisch entkoppelt, dass eine Betätigung der Lenkhandhabe 9 unabhängig von einer Lenkung der Räder 3 und 4 ist. Es ist also keine mechanische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe 9 und den Rädern 3 und 4 vorhanden, die eine Veränderung einer Betätigungsstellung der Lenkhandhabe 9 zwangsläufig in eine Lenkung der Räder 3 und 4 umsetzt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Kraftfahrzeug 1 lenkhandhabenfrei ausgebildet. Den Rädern 3 und 4 ist ein jeweils anderer ansteuerbarer Radaktuator 10 zugeordnet. Die Radaktuatoren 10 sind dazu ausgebildet, einen Radlenkwinkel des jeweiligen Rads 3 oder 4 zu beeinflussen beziehungsweise zu verändern. Die Radaktuatoren 10 weisen jeweils einen Elektromotor 11 mit einer drehbar gelagerten Motorwelle auf. Die Motorwelle ist aufgrund der nur schematischen Darstellung nicht abgebildet. Die Radaktuatoren 10 weisen außerdem jeweils eine Getriebeeinrichtung 12 auf. Durch die Getriebeeinrichtungen 12 sind die Motorwellen mit dem jeweiligen Rad 3 oder 4 wirkverbunden. Die Getriebeeinrichtungen 12 weisen jeweils eine Zahnstange 13 auf, die in einem jeweiligen Stellergehäuse 14 verschiebbar geführt ist. Die Zahnstangen 13 sind durch nur beispielhaft dargestellte Lenkgestänge 15 mit dem jeweiligen Rad 3 oder 4 verbunden. Vorzugsweise weisen die Getriebeeinrichtungen 12 zusätzlich zu der Zahnstange 13 noch weitere Getriebeelemente auf. Diese sind jedoch aufgrund der nur schematischen Darstellung nicht abgebildet.
Das Kraftfahrzeug 1 weist außerdem eine Umfeldsensorik 16 mit mehreren Umfeldsensoren auf. Vorliegend sind zwei als Ultraschallsensoren 17 ausgebildete Umfeldsensoren 17 vorhanden. Einer der Ultraschallsensoren 17 ist in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Rad 3 angeordnet. Der andere der Ultraschallsensoren 17 ist in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Rad 4 angeordnet. Zusätzlich sind ein an einem vorderen Ende des Kraftfahrzeugs 1 angeordneter Umfeldsensor 18 und ein an einem hinteren Ende des Kraftfahrzeugs 1 angeordneter Umfeldsensor 19 vorhanden. Die Umfeldsensoren sind dazu ausgebildet, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 zu überwachen. Mittels der Umfeldsensoren sind mehrere Fahrassistenzfunktionen des Kraftfahrzeugs 1 realisiert. Beispielsweise sind die Ultraschallsensoren 17 Teil einer Parkassistenzfunktion des Kraftfahrzeugs 1.
Das Kraftfahrzeug 1 weist außerdem eine Radlenkwinkelermittlungseinrichtung 20 auf. Die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, einen aktuellen Radlenkwinkel des Rads 3 sowie einen aktuellen Radlenkwinkel des Rads 4 zu ermitteln. Hierzu weist die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung 20 zwei Drehwinkelsensoren 21 auf. Die Drehwinkelsensoren 21 sind einem jeweils anderen der Elektromotoren 11 zugeordnet und dazu ausgebildet, eine Drehstellung der Motorwelle des jeweiligen Elektromotors 11 zu überwachen. Grundsätzlich korrespondieren die Drehstellungen der Motorwellen mit dem Radlenkwinkel des jeweiligen Rads 3 oder 4. Die Sensorsignale der Drehwinkelsensoren 21 sind jedoch im Hinblick auf die Radlenkwinkel uneindeutig. Dies folgt daraus, dass zum Durchlenken der Räder 3 und 4 von einem minimalen Radlenkwinkel zu einem maximalen Radlenkwinkel eine Vielzahl von Umdrehungen der Motorwelle erforderlich ist. Die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung 20 weist außerdem zwei Sensoreinheiten 22 auf, die zusätzlich zu den Drehwinkelsensoren 21 vorhanden sind. Die Sensoreinheiten 22 sind dazu ausgebildet, jeweils eines der Räder 3 und 4 zu überwachen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Sensoreinheiten 22 durch die Umfeldsensoren 17 gebildet. Die Umfeldsensoren 17 sind derart angeordnet, dass sie die Räder 3 oder 4 zumindest bei bestimmten Radlenkwinkeln der Räder 3 und 4 erfassen. Die Räder 3 und 4 sind mit den Motorwellen wirkverbunden. Grundsätzlich kann auch eine andere Art von Umfeldsensor als Sensoreinheit 22 verwendet werden, beispielsweise ein Strahlungssensor. Die Voraussetzung hierfür ist im Wesentlichen, dass die Umfeldsensoren derart angeordnet sind, dass sie die Räder 3 oder 4 bei zumindest einem Radlenkwinkel der Räder 3 oder 4 erfassen. Die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung 20 weist außerdem ein Steuergerät 23 auf. Die Drehwinkelsensoren 21 und die Sensoreinheiten 22 sind mit dem Steuergerät 23 kommunikationstechnisch verbunden und stellen dem Steuergerät 23 ihr Sensorsignal bereit. Das Steuergerät 23 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Drehwinkelsensoren 21 und den Sensorsignalen der Sensoreinheiten 22 die aktuellen Radlenkwinkel der Räder 3 und 4 zu ermitteln. Dies wird später noch mit Bezug auf 7 näher erläutert.
2 zeigt ein weiteres Kraftfahrzeug 1 in einer schematischen Darstellung. Das in 2 dargestellte Kraftfahrzeug 1 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Kraftfahrzeug 1 im Wesentlichen hinsichtlich der Ausführung der Sensoreinheiten 22. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinheiten 22 den Zahnstangen 13 zugeordnet. Die Sensoreinheiten 22 sind dazu ausgebildet, eine Schiebestellung der jeweiligen Zahnstange 13 zu erfassen. Auch die Zahnstangen 13 sind mit den Motorwellen wirkverbunden. Die Sensoreinheiten 22 sind in 2 lediglich schematisch dargestellt. Konkrete Ausführungen der Sensoreinheiten 22 werden nachfolgend mit Bezug auf die 3 bis 6 näher erläutert.
3 zeigt eine Schnittdarstellung des dem Rad 3 zugeordneten Radaktuators 10. Die Zahnstange 13 weist ein freies Ende 24 mit einer Stirnseite 25 auf. Die Stirnseite 25 ist einer Gehäusewand 26 des Stellergehäuses 14 zugewandt. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 22 als Seilzugsensor 27 ausgebildet. Ein Seil 28 des Seilzugsensors 27 ist an der Zahnstange 13 befestigt, vorliegend im Bereich der Stirnseite 25. Der Seilzugsensor 27 ist in einer Vertiefung 29 der Gehäusewand 26 angeordnet. Durch die Anordnung in der Vertiefung 29 ist der Seilzugsensor 27 vor einer Beschädigung durch die Zahnstange 13 geschützt.
4 zeigt eine Schnittdarstellung des dem Rad 3 zugeordneten Radaktuators 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 22 als berührungslos arbeitender Sensor 30 ausgebildet. Beispielsweise ist der Sensor 30 ein Ultraschallsensor 30 oder ein Strahlungssensor 30. Der Sensor 30 ist derart ausgerichtet, dass er die Stirnseite 25 der Zahnstange 13 erfasst. Auch der Sensor 30 ist in der Vertiefung 29 der Gehäusewand 26 angeordnet.
5 zeigt eine Schnittdarstellung des dem Rad 3 zugeordneten Radaktuators 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 22 als Linearpotentiometer 31 ausgebildet. Die Zahnstange 13 ist als Messwiderstand 32 des Linearpotentiometers 31 geschaltet. 6 zeigt ein Prinzipschaltbild des Linearpotentiometers 31. Das Linearpotentiometer 31 weist zusätzlich zu der als Messwiderstand 32 geschalteten Zahnstange 13 einen Hilfswiderstand 33 auf. Die als Messwiderstand 32 geschaltete Zahnstange 13 und der Hilfswiderstand 33 bilden gemeinsam einen Spannungsteiler 34 des Linearpotentiometers 31. Der Hilfswiderstand 33 ist in 5 nicht erkenntlich. Vorzugsweise ist der Hilfswiderstand 33 in das Stellergehäuse 14 integriert. Dem Spannungsteiler 34 sind ein Tiefpassfilter 35 und ein Verstärker 36 nachgeschaltet. Im Hinblick auf die konkrete elektrische Anbindung der Zahnstange 13 sind verschiedene Ausführungen möglich. Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange 13 einerseits mittels des freien Endes 24 elektrisch angebunden. Vorliegend ist freie Ende 24 durch einen elektrisch leitfähigen Federkontakt 37 elektrisch angebunden. Alternativ dazu ist das erste Ende 24 beispielsweise durch einen Kabelschuh elektrisch angebunden. Zudem ist die Zahnstange 13 mittels eines Zahnrads 38 der Getriebeeinrichtung 12 elektrisch angebunden. Das Zahnrad 38 ist getriebetechnisch zwischen der Motorwelle und der Zahnstange 13 angeordnet. Das Zahnrad 38 wiederum ist beispielsweise mittels eines Schleifkontakts elektrisch angebunden. Die Flussrichtung eines durch die Zahnstange 13 fließenden Messstroms ist in 5 durch den Pfeil 50 angedeutet. Je nach Schiebestellung der Zahnstange 13 greift das Zahnrad 38 auf einer anderen Position in die Zahnstange 13 ein. Entsprechend wird durch eine Veränderung der Schiebestellung der Zahnstange 13 auch der elektrische Widerstand der Zahnstange 13 verändert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die elektrische Anbindung der Zahnstange 13 nicht durch das Zahnrad 38 realisiert, sondern durch einen gehäusefesten Schleifkontakt, der mit der Zahnstange 13 direkt in Berührkontakt steht. Der Schleifkontakt ist dann beispielsweise im Bereich eines Durchbruchs des Stellergehäuses 14 angeordnet, durch den die Zahnstange 13 aus dem Stellergehäuse 14 herausragt.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 7 ein vorteilhaftes Verfahren zum Ermitteln des aktuellen Radlenkwinkels des Rads 3 näher erläutert. 7 zeigt das Verfahren anhand eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt S1 wird das Kraftfahrzeug 1 durch einen Benutzer in Betrieb genommen. In einem zweiten Schritt S2 prüft das Steuergerät 23, ob der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 bekannt ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 in einem Speicher hinterlegt ist.
Ergibt die Prüfung in dem Schritt S2, dass der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 nicht bekannt ist, so wird eine Referenziervorgabe bereitgestellt und es wird auf einen dritten Schritt S3 verwiesen. In dem dritten Schritt S3 führt das Steuergerät 23 dann einen Referenziervorgang durch. Im Rahmen des Referenziervorgangs ermittelt das Steuergerät 23 in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinheit 22 einen Radlenkwinkelbereich, in dem der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 liegt. Anhand des Sensorsignals der Sensoreinheit 22 wird also eine grobe Vorermittlung des aktuellen Radlenkwinkels des Rads 3 vorgenommen. In Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors 21 ermittelt das Steuergerät 23 den aktuellen Radlenkwinkel des Rads 3 innerhalb des ermittelten Radlenkwinkelbereichs. Der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 ist dann bekannt und der Referenziervorgang ist abgeschlossen.
Es wird dann auf einen vierten Schritt S4 verwiesen, in dem das Steuergerät 23 den aktuellen Radlenkwinkel des Rads 3 dann nur noch in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors 21 ermittelt. Ergibt die Prüfung in dem Schritt S2, dass der aktuelle Radlenkwinkel des Rads 3 bereits bekannt ist, so ist die Durchführung des Referenziervorgangs nicht notwendig. Es wird dann direkt auf den vierten Schritt S4 verwiesen.
Im Hinblick auf die Durchführung des Referenziervorgangs sind je nach Ausführung der Sensoreinheit 22 verschiedene Abwandlungen vorgesehen. Wird die Sensoreinheit 22 beispielsweise durch den Umfeldsensor 17 gebildet, so ist das Rad 3 je nach Anordnung des Umfeldsensors 17 bei bestimmten Radlenkwinkeln nicht im Sensorbereich des Umfeldsensors 17 angeordnet. Das Steuergerät 23 steuert dann im Rahmen des Referenziervorgangs zunächst den Radaktuator 10 derart an, dass ein Radlenkwinkel des Rads 3 eingestellt wird, bei dem der Radlenkwinkel durch den Umfeldsensor 17 erfassbar ist. Wird die Sensoreinheit 22 durch das Linearpotentiometer 31 gebildet, so wird der Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs 1 durch den Betrieb der Sensoreinheit 22 erhöht. Um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, beaufschlagt das Steuergerät 23 das Linearpotentiometer 31 vorzugsweise nur bei Vorliegen der Referenziervorgabe und nur für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer Messspannung 40.
Im Hinblick auf die Ermittlung des aktuellen Radlenkwinkels des Rads 4 wird grundsätzlich die gleiche Vorgehensweise wie bei dem Rad 3 gewählt. Es werden jedoch die Sensorsignale der dem Rad 4 beziehungsweise dem zugehörigen Radaktuator 10 zugeordneten Sensoren 21 und 22 zugrunde gelegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug 1 anstelle der beiden als Einzelradsteller ausgebildeten Radaktuatoren 10 einen gemeinsamen Radaktuator auf, der zum gemeinsamen Beeinflussen der Radlenkwinkel der Räder 3 und 4 ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausführung sind vorzugsweise nur ein Drehwinkelsensor 21 und nur eine Sensoreinheit 22 vorhanden. Das Steuergerät 23 ist dazu ausgebildet, die aktuellen Radlenkwinkel der Räder 3 und 4 in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors 21 und dem Sensorsignal der Sensoreinheit 22 zu ermitteln, wie zuvor im Zusammenhang mit 7 für das Rad 3 erläutert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Drehwinkelsensoren 21 nicht den Motorwellen zugeordnet, sondern drehbar gelagerten Elementen, die jeweils zwischen eine der Motorwellen und das zugeordnete Rad 3 oder 4 geschaltet sind. Beispielsweise sind die drehbar gelagerten Elemente Getriebewellen der Getriebeeinrichtungen 12.

Claims

Radlenkwinkelermittlungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, das ein Lenksystem (8) mit zumindest einem lenkbaren Rad (3) aufweist, wobei dem Rad (3) ein ansteuerbarer Radaktuator (10) zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads (3) zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator (10) einen Elektromotor (11) mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist, mit einem Drehwinkelsensor (21), der dazu ausgebildet ist, die Motorwelle oder ein drehbar gelagertes Element zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, und mit einem Steuergerät (23), das dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel des Rads (3) in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des Drehwinkelsensors (21) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlenkwinkelermittlungseinrichtung (20) zumindest eine Sensoreinheit (22) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Rad (3) oder ein verschiebbar gelagertes Element (13) zu überwachen, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, und dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, den aktuellen Radlenkwinkel in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors (21) und dem Sensorsignal der Sensoreinheit (22) zu ermitteln.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinheit (22) einen Radlenkwinkelbereich zu ermitteln, in dem der aktuelle Radlenkwinkel liegt, und in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehwinkelsensors (21) den aktuellen Radlenkwinkel innerhalb des ermittelten Radlenkwinkelbereichs zu ermitteln.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (22) ein Umfeldsensor (17) ist, der derart angeordnet ist, dass das Rad (3) bei zumindest einem Radlenkwinkel durch den Umfeldsensor (17) erfassbar ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, den Radaktuator (10) bei Vorliegen einer Referenziervorgabe derart anzusteuern, dass ein Radlenkwinkel eingestellt wird, bei dem das Rad (3) durch den Umfeldsensor (17) erfassbar ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (22) dazu ausgebildet ist, als verschiebbar gelagertes Element eine Zahnstange (13) des Radaktuators (10) zu überwachen.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (22) als Ultraschallsensor (30) oder als Strahlungssensor (30) ausgebildet und derart angeordnet ist, dass die Sensoreinheit (22) einer Stirnseite (25) der Zahnstange (13) zugewandt ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (22) als Seilzugsensor (27) ausgebildet ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (13) in einem Stellergehäuse (14) verschiebbar geführt ist, und dass die Sensoreinheit (22) in einer Vertiefung (29) einer der Stirnseite (25) gegenüberliegenden Gehäusewand (26) des Stellergehäuses (14) angeordnet ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (22) als Linearpotentiometer (31) ausgebildet ist, wobei die Zahnstange (13) als Messwiderstand (32) des Linearpotentiometers (31) geschaltet ist.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer (31) nur bei Vorliegen einer Referenziervorgabe und nur für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer Messspannung (50) zu beaufschlagen.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer (31) im Betrieb des Kraftfahrzeugs (1) stets mit der Messspannung (50) zu beaufschlagen.
Radlenkwinkelermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (23) dazu ausgebildet ist, das Linearpotentiometer (31) bei Vorliegen einer Heizvorgabe mit einer Heizspannung zu beaufschlagen.
Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (8), das zumindest ein lenkbares Rad (3) aufweist, wobei dem Rad (3) ein ansteuerbarer Radaktuator (10) zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads (3) zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator (10) einen Elektromotor (11) mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist, gekennzeichnet durch eine Radlenkwinkelermittlungseinrichtung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) eine betätigbare Lenkhandhabe (9) aufweist, wobei das Rad (3) derart von der Lenkhandhabe (9) mechanisch entkoppelt ist, dass eine Betätigung der Lenkhandhabe (9) unabhängig von einer Lenkung des Rads (3) ist, oder dass das Kraftfahrzeug (1) lenkhandhabenfrei ist.
Verfahren zum Ermitteln eines Radlenkwinkels eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenksystem (8) mit zumindest einem lenkbaren Rad (3) aufweist, wobei dem Rad (3) ein ansteuerbarer Radaktuator (10) zum Beeinflussen eines Radlenkwinkels des Rads (3) zugeordnet ist, und wobei der Radaktuator (10) einen Elektromotor (11) mit einer drehbar gelagerten Motorwelle aufweist, wobei eine Drehstellung der Motorwelle oder eine Drehstellung eines drehbar gelagerten Elementes überwacht wird, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, wobei eine Stellung des Rads (3) oder eine Stellung eines verschiebbar gelagerten Elementes (13) überwacht wird, das zwischen die Motorwelle und das Rad (3) geschaltet ist, und wobei der Radlenkwinkel des Rads (3) in Abhängigkeit von der Drehstellung der Motorwelle oder der Drehstellung des drehbar gelagerten Elementes einerseits und der Stellung des Rads (3) oder der Stellung des verschiebbar gelagerten Elementes (13) andererseits ermittelt wird.