DE102022211416A1

DE102022211416A1 - Aktives Fahrwerksystem

Info

Publication number: DE102022211416A1
Application number: DE102022211416.7A
Authority: DE
Inventors: Philip Niemeyer; Claudia Mathis; Jörn Torben Oetker; Simon Geisler; Armin Gollin
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-05-02
Also published as: WO2024088715A1

Abstract

Ein aktives Fahrwerksystem, insbesondere aktiv verstellbarer Wankstabilisator (1) oder Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend:einen Aktuator (2), mit dem sich eine erste Fahrwerkskomponente (6a) und eine zweite Fahrwerkskomponente (6b) unter Aufbringung eines Drehmoments (M) um eine Rotationsachse (3) gegeneinander verdrehen lassen („Stellen“),einen Drehmomentsensor (10) zur Erfassung des zwischen den Fahrwerkskomponenten (6a, 6b) wirkenden Drehmoments (M), gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (9), die betreibbar ist, eine für eine Kalibrierung geeignete Betriebssituation zu erkennen, in welcher der Aktuator (2) die Fahrwerkskomponenten (6a, 6b) zueinander momentenfrei lässt, um aus zumindest einem in dieser Betriebssituation mittels des Drehmomentsensors (10) erfassten Drehmomentwert (Mx) einen Offset-Korrekturwert (12) abzuleiten und diesen dem Drehmomentsensor (10) zuzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerksystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator oder eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Aktuator, mit dem sich eine erste Fahrwerkskomponente und eine zweite Fahrwerkskomponente unter Aufbringung eines Drehmoments um eine Rotationsachse gegeneinander verdrehen lassen, und einen Drehmomentsensor zur Erfassung des zwischen den Fahrwerkskomponenten wirkenden Drehmoments. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11, sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drehmomentsensors eines aktiven Fahrwerksystems gemäß Anspruch 12.
Aus DE 10 2011 078 819 A1 ist ein aktiv verstellbarer Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug bekannt, zwischen dessen beiden Stabilisatorabschnitten ein Aktuator angeordnet ist, mit dem sich die Stabilisatorabschnitte um eine Rotationsachse gegeneinander verdrehen lassen. Eine auf dem Wirkprinzip der (passiven) inversen Magnetostriktion beruhende Sensoreinrichtung umfasst einen magnetisch kodierten Primärsensor an einem Stabilisatorabschnitt sowie einen als Sekundärsensor wirkenden Magnetfeldsensor, der Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors - verursacht durch ein auf den Wankstabilisator wirkendes Drehmoment um die Rotationsachse - in ein elektrisches Signal umwandelt. Daraus lässt sich ein auf den Wankstabilisator wirkendes Drehmoment ermitteln.
DE 10 2018 218 598 A1 offenbart eine nach dem Prinzip der (aktiven) inversen Magnetostriktion arbeitende Sensoreinrichtung, die gemäß einem in der dortigen 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bezüglich des Sekundärsensors innerhalb des Gehäuses des Aktuators angeordnet ist.
Zur Erzielung einer angestrebten Genauigkeit eines nach dem Prinzip der inversen Magnetostriktion arbeitenden Drehmomentsensors ist es zweckmäßig, diesen vor Inbetriebnahme des verstellbaren Wankstabilisators zu kalibrieren, um beispielsweise bauliche und/oder montagebedingte Einflüsse zu ermitteln, mit dem Ziel diese für die anschließende Benutzung des Drehmomentsensors korrigierend zu berücksichtigen.
Es zeigt sich, dass auch ein vor Inbetriebnahme bezüglich des Drehmomentsensors kalibriertes aktives Fahrwerksystem wie ein aktiv verstellbarer Wankstabilisator (oder eine Lenkeinrichtung) für ein Kraftfahrzeug im folgenden betrieblichen Einsatz Veränderungen unterliegen kann. So kann ein bei einem solchen aktiven Fahrwerksystem verwendeter Drehmomentsensor, mit welchem sich ein zwischen zwei Fahrwerkskomponenten wirkendes Drehmoment (um eine Rotationsachse) erfassen lässt, über längere Zeiträume und/oder auch bedingt durch Umwelteinflüsse seine Nulllage verändern („driften“), das heißt, dass seine ursprünglich zu Inbetriebnahme einkalibrierte Nulllage nicht mehr stimmt. Der Drehmomentsensor gibt in diesem Fall also trotz eines drehmomentfreien Zustandes der Fahrwerkskomponenten zueinander ein über Null liegendes Drehmoment aus. Insbesondere bei nach dem Prinzip der inversen Magnetostriktion arbeitenden Drehmomentsensoren kann es bedingt durch physikalische Einflüsse zu einer solchen (verfälschenden) Verschiebung der Nulllage kommen. Da das mittels des Drehmomentsensors erfasste Drehmoment bei einem aktiven Fahrwerksystem der genannten Art üblicherweise in die Regelung des Aktuators als Eingangsgröße eingeht, verursacht ein verfälschtes - inkorrektes - Drehmomentsignal letztlich eine Fehlsteuerung des gesamten Fahrwerksystems.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein aktives Fahrwerksystem der eingangs genannten Art anzugeben, das in der Lage ist, sogenanntes Driften des Drehmomentsensors - also eine während des betrieblichen Einsatzes des aktiven Fahrwerksystems stattfindende Verschiebung des Nullpunktes des Drehmomentsensors - zu erkennen und selbsttätig kompensieren zu können. Damit wird auch eine genaue und effiziente Verwendung des aktiven Fahrwerksystems gewährleistet. Daneben sollen ein damit ausgestattetes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drehmomentsensors eines aktiven Fahrwerksystems angegeben werden.
Die genannte Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein aktives Fahrwerksystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um ein aktives Fahrwerksystem, insbesondere einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator oder eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Aktuator, mit dem sich eine erste Fahrwerkskomponente und eine zweite Fahrwerkskomponente unter Aufbringung eines Drehmoments um eine Rotationsachse gegeneinander verdrehen lassen („Stellen“), und einen Drehmomentsensor zur Erfassung des zwischen den Fahrwerkskomponenten wirkenden Drehmoments. Erfindungsgemäß ist das aktive Fahrwerkssystem gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die betreibbar ist, eine für eine Kalibrierung geeignete Betriebssituation zu erkennen, in welcher der Aktuator die Fahrwerkskomponenten zueinander momentenfrei lässt, um aus zumindest einem in dieser Betriebssituation mittels des Drehmomentsensors erfassten Drehmomentwert einen Offset-Korrekturwert abzuleiten und diesen dem Drehmomentsensor zuzuführen.
Der Erfindung liegt dementsprechend zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass es im Betrieb eines aktiven Fahrwerksystems der eingangs genannten Art Betriebssituationen gibt, in denen die erste Fahrwerkskomponente und die zweite Fahrwerkskomponente momentenfrei zueinander sind. Dies sind insbesondere Situationen, in denen der Aktuator - aus Unterlassen des (aktiven) Stellens - kraftfrei ist, was insbesondere dann der Fall ist, wenn dieser unbestromt ist. In diesem Zustand ist sichergestellt, dass der Aktuator kein Drehmoment aktiv stellt. Die Erfindungsidee nutzt diese Erkenntnis vorteilhaft in der Weise, dass wenn der Drehmomentsensor in dieser Betriebssituation (dennoch) ein von Null abweichendes Drehmoment erfasst, am Drehmomentsensor offensichtlich ein „Offset“, also eine Abweichung gegenüber der Nulllage vorliegen muss. Entsprechend schlägt die Erfindung vor, aus zumindest einem in dieser beschriebenen Betriebssituation (Drehmomentfreiheit zwischen den Fahrwerkskomponenten) mittels des Drehmomentsensors erfassten Drehmomentwert einen Offset-Korrekturwert abzuleiten. Indem dieser Offset-Korrekturwert wiederum den Drehmomentsensor als „zu kompensierender Offset“ zugeführt wird, erfolgt auf vorteilhafte Weise eine Korrektur der Sensorwerte, womit sich (im Idealfall einer linearen Verschiebung) für den Drehmomentsensor eine angestrebte Nulllage wieder herstellen lässt. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass der durch Kalibrieren ermittelte Offset-Korrekturwert ab diesem Zeitpunkt vom laufend erfassten Drehmomentwert des Drehmomentsensors abgezogen wird. Die eingangs genannte Aufgabe wird damit auf vorteilhafte Weise gelöst.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme zur Kalibrierung des Drehmomentsensors beruht auf der Erkenntnis, dass es während des Betriebs eines aktiven Fahrwerksystems Betriebssituationen gibt, in denen das zwischen den Fahrwerkskomponenten wirkende Drehmoment bekannt ist, nämlich Null beträgt. Auf verhältnismäßig einfache und damit vorteilhafte Weise lässt sich eine solche Betriebssituation daran erkennen, dass folgende Bedingungen vorliegen:

die Steuereinrichtung des aktiven Fahrwerksystems ist in Betrieb, insbesondere mit Spannung versorgt, und
der Aktuator ist momentenfrei, insbesondere unbestromt.

Unter den genannten Bedingungen ist gewährleistet, dass eine Kalibrierung durchgeführt werden kann. Denn zum einen befindet sich die Steuereinrichtung des aktiven Fahrwerksystems in Betrieb, zugleich sind die Fahrwerkskomponenten zueinander momentenfrei, was insbesondere der Fall ist, wenn der Aktuator unbestromt ist. In praktischer Hinsicht können diese Bedingungen unter anderem dann erfüllt sein, wenn ein mit dem aktiven Fahrwerksystem ausgestattetes Fahrzeug steht, jedoch unmittelbar vorher gefahren ist, wie bspw. beim Halten an einer Ampel oder dergleichen, und/oder wenn das Fahrzeug eine längere Geradeausfahrt auf ebener Fahrbahn durchführt. In den genannten Fällen ist der Aktuator drehmomentenfrei, womit eine für die Kalibrierung geeignete Betriebssituation vorliegt.
Vorteilhaft ist der Steuereinrichtung des aktiven Fahrwerksystems eine Speichereinrichtung, insbesondere ein Ringspeicher zum Zwischenspeichern von mehreren Drehmomentwerten zugeordnet. Dadurch ist es möglich zum Zwecke der Kalibrierung nicht nur auf einen einzelnen Drehmomentwert, sondern auf eine Vielzahl erfasster Drehmomentwerte zuzugreifen. Dies hat aus verschiedenen, noch zu erläuternden Gründen Vorteile im Zusammenhang mit der Erfindungsidee.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des aktiven Fahrwerksystems erfolgt die Bestimmung des Offset-Korrekturwertes auf Grundlage mehrerer erfasster Drehmomentwerte, wobei eine Kalibrierung erst ab Erreichen einer Mindestanzahl erfasster Drehmomentwerte durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme kann zunächst einmal sichergestellt werden, dass eine Kalibrierung und/oder darauffolgende Korrektur nicht auf Grundlage eines einzelnen Drehmomentwertes erfolgt. Aus verschiedenen Gründen könnte ein einzelner Drehmomentwert verfälscht bspw. messtechnisch bedingt verrauscht oder aus anderen Gründen nicht repräsentativ sein. Eine Kalibrierung erst ab Erreichen einer Mindestzahl erfasster Drehmomentwerte trägt daher zu einer verbesserten Qualität der Kalibrierung bei.
Auf weiterhin vorteilhafte Weise erfolgt die Bestimmung des Offset-Korrekturwertes auf Grundlage mehrerer erfasster Drehmomentwerte, wobei eine Kalibrierung nur bei Unterschreiten einer Streuung der Werte unterhalb einer vorgebbaren Plausibilitätsgrenze erfolgt. Durch diese Maßnahme lässt sich gewährleisten, dass eine Kalibrierung nur stattfindet, wenn die mehreren erfassten Drehmomentwerte nicht zu stark streuen, was sich insbesondere anhand der Standardabweichung der Messwerte ermitteln lässt. Ein während der Messwerterfassung eingetretenes Schadensereignis könnte bspw. zu einzelnen Ausreißern der Messwerte geführt haben, was anhand einer zu starken Streuung erkennbar wäre.
Alternativ oder ergänzend werden zur Bestimmung des Offset-Korrekturwertes in der zum Kalibrieren als geeignet erkannten Betriebssituation mehrere Drehmomentwerte erfasst, um aus diesen, insbesondere durch Mittelung, einen repräsentativen Offset-Korrekturwert abzuleiten.
Als weiterhin vorteilhafte Bedingung kann vorgesehen sein, dass eine Offset-Korrektur nur dann durchgeführt wird, wenn der repräsentative Offset-Korrekturwert einen Mindestschwellwert überschreitet und/oder wenn der repräsentative Offset-Korrekturwert unterhalb einer vorgebaren Obergrenze liegt. Durch diese Kriterien wird einerseits gewährleistet, dass eine überhaupt relevante Nullpunktverschiebung („Überschreiten einer Relevanzgrenze“) vorliegt. Andererseits wird gewährleistet, dass nur unterhalb einer vorgebaren Obergrenze liegende Offset-Korrekturwerte zu einer Korrektur führen. Denn ein zu hoher Offset-Korrekturwert könnte auch ein Anzeichen für ein sonstiges, schwereres Schadensereignis sein, dass nicht durch eine bloße Verschiebung der Nulllage korrigiert werden sollte. Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des aktiven Fahrwerksystems könnte im letzteren Fall vorgesehen sein, dass die Notwendigkeit eines Werkstattbesuchs vorgeschlagen wird.
Zweckmäßigerweise beruht der Drehmomentsensor auf dem Messprinzip der insbesondere aktiven inversen Magnetostriktion. In konstruktiver Hinsicht umfasst der Drehmomentsensor dazu vorteilhaft einen zumindest bereichsweise durch das Gehäuse des Aktuators gebildeten Primärsensor und eine als Sekundärsensor dienende, insbesondere innerhalb des Gehäuses angeordnete Sensoreinheit. Es sei jedoch angemerkt, dass auch andere Gestaltungen des Drehmomentsensors möglich sind.
Während die Erfindung grundsätzlich allgemein auf ein aktives Fahrwerksystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 anwendbar ist, wie unter anderem eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, so sieht eine bevorzugte Anwendung der Erfindung vor, dass es sich bei dem aktiven Fahrwerksystem um einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator handelt. In diesem Fall handelt es sich bei der ersten Fahrwerkskomponente um einen ersten Stabilisatorabschnitt und bei der zweiten Fahrwerkskomponenten um einen zweiten Stabilisatorabschnitt, wobei sich mit der aktiven Fahrwerkeinrichtung ein Wanken des Kraftfahrzeugs beeinflussen lässt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug mit einem aktiven Fahrwerksystem, gemäß Anspruch 11. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass als eine zum Kalibrieren geeignete Betriebssituation eine Situation herangezogen wird, in der ein mit dem aktiven Fahrwerkssystem ausgestattetes Fahrzeug steht, jedoch unmittelbar vorher gefahren ist, wie beim Halten beispieslweise an einer Ampel oder dergleichen, und/oder eine längere Geradeausfahrt insbesondere auf ebener Fahrbahn durchführt. Die zum Einsatz kommende Steuereinrichtung verfügt in diesem Fall über geeignete Schnittstellen, um eine derartige Betriebssituation zu erkennen. Insbesondere verfügt die Steuereinrichtung über eine geeignete Eingangsschnittstelle, um entsprechende Signale vom Fahrzeug zu empfangen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Kalibieren eines Drehmomentsensors eines aktiven Fahrwerksystems gemäß Anspruch 12. Erfindungsgemäß dient dabei die Zuführung des Offset-Korrekturwertes dazu, eine verschobene Nulllage des Drehmomentsensors zu korrigieren.
Bei dem genannten Verfahren erfolgt die Zuführung des Offset-Korrekturwertes vorteilhaft in der Weise, dass die Steuereinrichtung den abgeleiteten Offset-Korrekturwert fortlaufend vom gemessenen Drehmomentwert des Drehmomentsensors abzieht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter beschrieben und erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Wirkungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

1 einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs, in Zusammenwirkung mit gegenüberliegenden Radaufhängungen der rechten und linken Fahrzeugseite in schematischer Ansicht,
2 einen Aktuator eines verstellbaren Wankstabilisators mit Drehmomentsensor und Steuereinrichtung in vereinfacht schematischer Darstellung,
3 eine Graphik, die einen unkorrigierten und einen korrigierten Drehmomentverlauf darstellt.

Zur Veranschaulichung des Einsatzgebietes der Erfindung zeigt 1 zunächst einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator 1 für ein Kraftfahrzeug in vereinfacht schematischer, perspektivischer Ansicht. Der verstellbare Wankstabilisator 1 ist Teil eines nicht vollständig gezeigten Fahrwerks eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs. Ein linkes Rad 7a und ein auf der gegenüberliegenden Fahrzeugseite angeordnetes rechtes Rad 7b sind jeweils über eine Radaufhängung 8a bzw. 8b (vereinfacht dargestellt) mit dem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden. Das linke Rad 7a und die zugehörige Radaufhängung 8a bzw. das rechte Rad 7b und die zugehörige Radaufhängung 8b sind jeweils mit einem äußeren Ende eines zugehörigen Stabilisatorabschnitts 6a bzw. 6b des aktiv verstellbaren Wankstabilisators 1 gekoppelt.
Die beiden Stabilisatorabschnitte 6a und 6b sind fahrzeugmittig über einen Aktuator 2 - vereinfacht dargestellt als im Wesentlichen zylindrischer Körper - miteinander verbunden.
Auf für sich gesehene bekannte Weise ist der verstellbare Wankstabilisator 1 um eine Rotationsachse 3 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert (Lagerung nicht näher dargestellt). Der Aktuator 2, vereinfacht als zylindrischer Körper dargestellt, weist äußerlich ein in Bezug auf die Rotationsachse 3 im Wesentlichen rotationssymmetrisches Aktuatorgehäuse 4 auf, das zumindest bereichsweise als Hohlwelle ausgebildet ist und entsprechend wirkt.
Im Aktuatorgehäuse 4 sind unter anderem ein Elektromotor 15 sowie ein mehrstufiges Planetengetriebe 16 angeordnet, wozu auf 2 verwiesen wird, die einen wie in 1 zum Einsatz kommenden Aktuator 2 in schematischer Seitendarstellung zeigt, wobei die ungefähre Position von Elektromotor 15 und Getriebe 16 durch Bezugszeichen angedeutet ist. Über einen Teil des Aktuatorgehäuses 4, den Elektromotor 15 und das dazu koaxial angeordnete mehrstufige Planetengetriebe 16 stehen die Stabilisatorabschnitte 6a und 6b in Antriebsverbindung zueinander. Bei stehendem Elektromotor 15 sind die beiden Stabilisatorabschnitte 6a und 6b über den Aktuator 2 starr miteinander verbunden. Durch Verdrehung des Elektromotors 15 lassen sich die Stabilisatorabschnitte 6a, 6b abhängig von der Drehrichtung um die Rotationsachse 3 gegeneinander verdrehen. So lässt sich der verstellbare Wankstabilisator 1 gemäß 1 auf für sich gesehen bekannte Weise verstellen, womit eine Einflussnahme auf das Wankverhalten eines mit dem Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs möglich ist.
Der Stabilisatorabschnitt 6a ist gehäusefest, d.h. dieser ist drehfest mit einem Ende 5a des Aktuatorgehäuses 4 verbunden. Hingegen ist der Stabilisatorabschnitt 6b mit dem Aktuator 2 an dessen abtriebsseitigen Ende 5b verbunden, d.h. der Stabilisatorabschnitt 6b ist drehbar gegenüber dem Aktuatorgehäuse 4 gelagert, zugleich jedoch antriebsverbunden mit dem Getriebeausgang des Aktuators 2. Abhängig vom Betriebszustand des mit dem Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs wirkt zwischen den Stabilisatorabschnitten 6a und 6b ein Drehmoment M, das in 1 als um die Rotationsachse 3 wirkender Doppelpfeil angedeutet ist. Stärke und Richtung des Drehmoments M hängen ab vom jeweiligen Betriebszustand des aktiven Wankstabilisators.
Der in 2 vereinfacht dargestellte Aktuator 2, der Teil eines wie in 1 schematisch dargestellten verstellbaren Wankstabilisators 1 sein kann, ist weiterhin mit einer Steuereinrichtung 9 versehen, die sich - wie der Elektromotor 15 und das mehrstufige Planetengetriebe 16 - auch innerhalb des Aktuatorgehäuses 4 in einem dem gehäusefesten Stabilisatorabschnitt 6 zugewandten Bereich des Aktuatorgehäuses befinden kann. Lediglich aus Darstellungsgründen ist die Steuereinrichtung 9 nebst noch zu erläuternden Verbindungspfeilen und Symbolen separat (außerhalb des Gehäuses) dargestellt. Der Ort der Unterbringung dieser Elemente ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung nachrangig.
Die Steuereinrichtung 9 umfasst elektrische und/oder elektronische Komponenten, unter anderem zur Ansteuerung und Stromversorgung des Elektromotors 15. Der verstellbare Wankstabilisator 1 weist weiterhin einen Drehmomentsensor 10 auf, der als wesentliche Elemente einen zumindest bereichsweise durch das Aktuatorgehäuse 4 gebildeten Primärsensor und eine innerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Sensoreinheit 11 umfasst, die als Sekundärsensor des nach dem Messprinzip der aktiven inversen Magnetostriktion funktionierenden Drehmomentsensors dient. Mittels des Drehmomentsensors 10 lässt sich ein auf den Aktuator 2 um die Rotationsachse 3 wirkendes Drehmoment M erfassen. Ein mit dem Drehmomentsensor 10 erfasster Drehmomentwert Mx geht als eine Eingangsgröße in die Steuereinrichtung 9 ein.
In 2 sind aus Vereinfachungsgründen die Stabilisatorabschnitte 6a, 6b verkürzt (somit vereinfacht) dargestellt als sich entlang der Rotationsachse 3 erstreckende Wellenstummel. Der zwischen diesen befindliche Aktuator 2, der die Stabilisatorabschnitte 6a und 6b miteinander verbindet (vergleiche 1), weist einen Elektromotor 15 sowie einen dazu koaxial angeordnetes mehrstufiges Planetengetriebe 16 auf, die zusammen mit dem Drehmomentsensor 10 innerhalb des Aktuatorgehäuses 4 angeordnet sind. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert, ist der Stabilisatorabschnitt 6a drehfest mit dem Aktuatorgehäuse verbunden, während der Stabilisatorabschnitt 6b drehbar gegenüber dem Aktuatorgehäuse 4 gelagert ist und drehfest mit dem Abtrieb des mehrstufigen Planetengetriebes 16 verbunden ist, um mittels des Elektromotors 15 und des Getriebes 16 gegenüber dem (gehäusefesten) Stabilisatorabschnitt 6a verdrehbar zu sein. Das gehäusefeste Ende 5a des Aktuators ist also mit dem Stabilisatorabschnitt 6a verbunden, während am abtriebsseitigen Ende 5b des Aktuators der Stabilisatorabschnitt 6b drehbar gegenüber dem Aktuatorgehäuse 4 gelagert ist und in Antriebsverbindung zumindest mit dem mehrstufigen Planetengetriebe 16 und dem Elektromotor 15 steht. Alternativ oder ergänzend können auch weitere oder andere Elemente im so gebildeten Antriebsstrahl vorhanden sein, bspw. eine Kupplung, Bremse, eine Feder - und/oder Dämpfungseinrichtung.
Der Drehmomentsensor 10 des Aktuators 2 umfasst im Wesentlichen einen Primärsensor und einen Sekundärsensor. Ein axialer Abschnitt des Aktuatorgehäuses 4, der sich zwischen Elektromotor 15 und dem gehäusefesten Ende des Aktuators 5a befindet, ist aus einem magnetisierbaren Material hergestellt. Gemäß dem physikalischen Effekt der inversen Magnetostriktion, d.h. einer Änderung der Magnetisierung durch mechanische Spannungen, kann dieser als Hohlwelle ausgebildete Bereich des Aktuatorgehäuses, der das Drehmoment M zwischen den Stabilisatorabschnitten 6a und 6b überträgt, als Primärsensor genutzt werden. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Aktuatorgehäuses 4 weiterhin eine Sensoreinheit 11 angeordnet, die als sogenannter Sekundärsensor wirkt.
Liegt am Aktuatorgehäuse 4 ein Drehmoment M an, wie in 2 durch den gekrümmten Doppelpfeil angedeutet, so verursachen die im Material des Aktuatorgehäuses 4 hervorgerufenen mechanischen Spannungen - gemäß dem Prinzip der inversen Magnetostriktion -, dass die Hohlwelle die mechanische Drehmomentlast (das Drehmoment M) in messbare Änderungen ihrer magnetischen Eigenschaften transformiert. Linearität und Genauigkeit des Drehmomentsensors werden u.a. durch Auslegung und Materialwahl der Hohlwelle sowie sonstige Einflussfaktoren auf den Drehmomentsensor (Temperatur, Einbauposition etc.) beeinflusst. Die Änderung der magnetischen Eigenschaften der Hohlwelle wird mittels an der Sensoreinheit 11 angeordneter Sensorspulen erfasst. Auf diese Weise kann der Drehmomentsensor 10 durch Zusammenwirken von Primärsensor und Sekundärsensor ein auf das Aktuatorgehäuse 4 (Hohlwelle) des Aktuators 2 wirkendes Drehmoment M erfassen und messen.
Im Rahmen der Herstellung und Inbetriebnahme des Aktuators 2 findet unter anderem ein Kalibrieren des Drehmomentsensors 10 statt. Der Drehmomentsensor 10 wird dabei auf die individuellen baulichen und montagebedingten Gegebenheiten eingestellt, um eine angestrebte Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erzielen.
Aufgrund verschiedener Einflüsse kommt es bei einem derartigen Drehmomentsensor vor, dass nach längerer Betriebsdauer und/oder durch allgemeine betriebliche Einflüsse einschließlich Umwelteinflüsse ein sogenanntes „Driften“ stattfindet, d.h. dass sich eine ursprünglich bei Fertigstellung einkalibrierte Nulllage verschiebt. Mit anderen Worten, der Drehmomentsensor gibt ein von Null abweichendes Drehmoment aus, obwohl der Aktuator drehmomentfrei ist (zwischen den Fahrwerkskomponenten 6a und 6b also kein Drehmoment wirkt). Diese Verschiebung („Drift“) führt zu einer Verfälschung der Drehmomentmessung.
Zur Behebung dieses Fehlers sieht die Erfindung vor, dass die Steuereinrichtung 9 betreibbar ist, eine für die Kalibrierung geeignete Betriebssituation - im laufenden Betrieb des aktiven Fahrwerkssystems - zu erkennen, in welcher der Aktuator 2 die Fahrwerkskomponenten 6a und 6b zueinander momentenfrei lässt, um aus zumindest einem in dieser Betriebssituation mittels des Drehmomentsensors erfassten Drehmomentwert Mx einen Offset-Korrekturwert 12 abzuleiten und diesen dem Drehmomentsensor 10 zuzuführen.
Die Steuereinrichtung 9 erhält zu diesem Zweck neben dem Drehmomentwert Mx auch weitere Eingangsgrößen wie allgemein Betriebsparameter 13 des Fahrwerksystem und/oder Fahrzeugs. Zudem steht die Steuereinrichtung 9 mit einer Speichereinrichtung 14, insbesondere in Form eines Ringspeichers, zum Zwischenspeichern von mehreren Drehmomentwerten Mx in Kommunikationsverbindung. Insbesondere anhand eingehender Betriebsparameter 13, die hier nicht näher spezifiziert sind, ist die Steuereinrichtung 9 in der Lage, eine für die Kalibrierung geeignete Betriebssituation zu erkennen. Diese liegt insbesondere vor, wenn die Steuereinrichtung 9 aktiv ist, insbesondere mit Spannung versorgt wird und zugleich der Aktuator 2 momentenfrei insbesondere unbestromt ist. In einer solchen Betriebssituation ist davon auszugehen, dass die Fahrwerkskomponenten 6a und 6b zueinander momentenfrei sind (der Elektromotor 15 ist aufgrund des unbestromten Zustands frei drehbar), so dass ein in dieser Betriebssituation erfasster Drehmomentwert Mx dazu herangezogen werden kann, einen sogenannten Offset-Korrekturwert 12 daraus abzuleiten. Indem die Steuereinrichtung 9 diesen Offset-Korrekturwert 12 wieder dem Drehmomentsensor 10 zuführt, lässt sich durch Abziehen des Offset-Korrekturwerts vom gemessenen Drehmomentwert eine verschobene Nulllage des Drehmomentsensors 10 korrigieren.
3 zeigt zum weiteren Verständnis der Erfindung einen unkorrigierten Drehmomentverlauf g und einen korrigierten Drehmomentverlauf h in graphischer Darstellung. Dazu sind in zwei Dimensionen auf der x-Achse der Drehwinkel Φ und auf der y-Achse das Drehmoment M als Pfeile abgetragen. Die unkorrigierte Drehmomentkurve g verläuft linear und weist eine positive Steigung auf, ist gegenüber dem Nullpunkt des Koordinatenkreuzes jedoch nach unten um eine durch zwei Doppelpfeile angedeutete Differenz verschoben. Mit anderen Worten, bei Vorliegen eines Verdrehwinkels Φ von Null Grad gibt in diesem Fall der Drehmomentsensor ein von Null abweichendes Drehmoment aus, obwohl an einem dieser Grafik zugrunde liegenden aktiven Fahrwerksystem die erste Fahrwerkskomponente und die zweite Fahrwerkskomponente nicht gegeneinander verdreht sind. Das vom Drehmomentsensor ausgegebene Drehmoment (Drehmomentkurve g) ist also verfälscht.
Durch erfindungsgemäßes Kalibrieren und Vornahme einer Korrektur um einen Offset-Korrekturwert lässt sich die korrigierte Drehmomentkurve h (gestrichelte Linie) erhalten. Durch Verwendung der korrigierten Drehmomentkurve kann das aktive Fahrwerksystem das Driften des Drehmomentsensors eigenständig korrigieren, somit kompensieren. Auf vorteilhafte Weise lässt sich die Korrektur- ohne Notwendigkeit eines Werkstattbesuchs - im Rahmen des laufenden Betriebs des aktiven Fahrwerksystems durchführen.
Bezugszeichen

1: aktiv verstellbarer Wankstabilisator
2: Aktuator
3: Rotationsachse
4: Gehäuse
5a: gehäusefestes Ende
5b: abtriebsseitiges Ende
6a, 6b: Stabilisatorabschnitt
7a, 7b: Rad
8a, 8b: Radaufhängung
9: Steuereinrichtung
10: Drehmomentsensor
11: Sensoreinheit (Sekundärsensor)
12: Offset-Korrekturwert
13: Betriebsparameter (Fahrwerksystem und/oder Fahrzeug)
14: Speichereinrichtung
15: Elektromotor
16: Getriebe
g: Drehmomentkurve (unkorrigiert)
h: Drehmomentkurve (korrigiert)
M: Drehmoment
Mx: Drehmomentwert
Φ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011078819 A1 [0002]
DE 102018218598 A1 [0003]

Claims

Aktives Fahrwerksystem, insbesondere aktiv verstellbarer Wankstabilisator (1) oder Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Aktuator (2), mit dem sich eine erste Fahrwerkskomponente (6a) und eine zweite Fahrwerkskomponente (6b) unter Aufbringung eines Drehmoments (M) um eine Rotationsachse (3) gegeneinander verdrehen lassen („Stellen“), und einen Drehmomentsensor (10) zur Erfassung des zwischen den Fahrwerkskomponenten (6a, 6b) wirkenden Drehmoments (M), gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (9), die betreibbar ist, eine für eine Kalibrierung geeignete Betriebssituation zu erkennen, in welcher der Aktuator (2) die Fahrwerkskomponenten (6a, 6b) zueinander momentenfrei lässt, um aus zumindest einem in dieser Betriebssituation mittels des Drehmomentsensors (10) erfassten Drehmomentwert (Mx) einen Offset-Korrekturwert (12) abzuleiten und diesen dem Drehmomentsensor (10) zuzuführen.
Aktives Fahrwerksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine für die Kalibrierung geeignete Betriebssituation unter folgenden Bedingungen vorliegt: die Steuereinrichtung (9) des aktiven Fahrwerksystems (1) ist in Betrieb, insbesondere mit Spannung versorgt, und der Aktuator (2) ist momentenfrei, insbesondere unbestromt.
Aktives Fahrwerksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (9) eine Speichereinrichtung (14), insbesondere ein Ringspeicher, zum Zwischenspeichern von mehreren Drehmomentwerten (Mx) zugeordnet ist.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Offset-Korrekturwertes (12) auf Grundlage mehrerer erfasster Drehmomentwerte (Mx) erfolgt, wobei eine Kalibrierung erst ab Erreichen einer Mindestanzahl erfasster Drehmomentwerte (Mx) durchgeführt wird.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Offset-Korrekturwertes (12) auf Grundlage mehrerer erfasster Drehmomentwerte (Mx) erfolgt, wobei eine Kalibrierung nur bei Unterschreiten einer Streuung der Werte unterhalb einer vorgebbaren Plausibilitätsgrenze erfolgt.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Offset-Korrekturwerts (12) in der zum Kalibrieren als geeignet erkannten Betriebssituation mehrere Drehmomentwerte (Mx) erfasst werden, um aus diesen, insbesondere durch Mittelung, einen repräsentativen Offset-Korrekturwert (12) abzuleiten.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Offset-Korrektur nur dann durchgeführt wird, wenn der repräsentative Offset-Korrekturwert (12) einen Mindestschwellwert überschreitet und/oder wenn der repräsentative Offset-Korrekturwert (12) unterhalb einer vorgebbaren Obergrenze liegt.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (10) auf dem Messprinzip der inversen Magnetostriktion beruht.
Aktives Fahrwerksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (10) einen zumindest bereichsweise durch das Gehäuse (4) des Aktuators (2) gebildeten Primärsensor und eine als Sekundärsensor dienende, insbesondere innerhalb des Gehäuses angeordnete Sensoreinheit (11) umfasst.
Aktives Fahrwerksystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Fahrwerkskomponente um einen ersten Stabilisatorabschnitt (6a) und bei der zweiten Fahrwerkskomponente um einen zweiten Stabilisatorabschnitt (6b) handelt, wobei sich mit der aktiven Fahrwerkeinrichtung (1) ein Wanken eines Kraftfahrzeugs beeinflussen lässt.
Fahrzeug mit einem aktiven Fahrwerksystem (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine zum Kalibrieren geeignete Betriebssituation eine Situation herangezogen wird, in der ein mit dem aktiven Fahrwerksystem (1) ausgestattetes Fahrzeug steht, jedoch unmittelbar vorher gefahren ist, wie beim Halten beispielsweise an einer Ampel oder dergleichen, und/oder eine längere Geradeausfahrt insbesondere auf ebener Fahrbahn durchführt.
Verfahren zum Kalibrieren eines Drehmomentsensors (10) eines aktiven Fahrwerksystems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Offset-Korrekturwertes (12) dazu dient, eine verschobene Nulllage des Drehmomentsensors (10) zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Offset-Korrekturwertes (12) in der Weise erfolgt, dass die Steuereinrichtung (9) den abgeleiteten Offset-Korrekturwert (12) fortlaufend vom gemessenen Drehmomentwert (Mx) des Drehmomentsensors (10) abzieht.