WO2021175361A1 - Verfahren zur lenkung eines fahrzeugs, aktuator für eine hinterachslenkung eines fahrzeugs sowie hinterachslenkung mit einem solchen aktuator - Google Patents

Verfahren zur lenkung eines fahrzeugs, aktuator für eine hinterachslenkung eines fahrzeugs sowie hinterachslenkung mit einem solchen aktuator Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for steering a vehicle by means of a rear axle steering system, the rear axle steering system comprising an actuator with a steering linkage which can be at least indirectly actuated by a screw drive and which is longitudinally displaceable within a chassis-fixed housing.
  • a steering angle of at least indirectly connected wheels can be set by means of the steering linkage.
  • the invention also relates to a rear axle steering system with such an actuator and a vehicle comprising such a rear axle steering system or such an actuator.
  • a steering device for a vehicle emerges from WO 2018/206295 A1, with a steering rod and at least one drive unit, the steering rod being displaceable in its longitudinal extension by the drive unit. Furthermore, at least one first sensor device is provided for determining a sliding position of the handlebar. Viewed in its longitudinal direction, the handlebar has at least one change in its cross section, in particular its diameter, the first sensor device being designed to detect this change.
  • the object of the present invention is to further develop a method for steering a vehicle and an actuator for rear-axle steering of a vehicle.
  • the rear axle steering system comprises an actuator with a steering linkage which can be actuated at least indirectly by a screw drive and which is longitudinally displaceable within a chassis-fixed housing, with a steering angle of at least indirectly connected wheels being set by means of the steering linkage,
  • the actuator having a rotor bearing sensor for detecting a current rotor position of a rotor of an electric motor set up to actuate the screw drive and a linear sensor for detecting a current
  • the control and evaluation unit always performs a comparison between the current rotor position of the rotor and the current axial position of the target and controls the actuator for setting the steering angle, taking into account a thermal expansion of at least the steering linkage.
  • the actuator is provided to perform an adjustment of a steering angle of vehicle wheels that are operatively connected to the actuator on a rear axle of the vehicle by axially displacing the steering linkage.
  • the steering linkage consists of one or more mutually operatively connected push rods and preferably has a respective fork connection with a fork element at its free ends, on which the respective vehicle wheel is at least indirectly accommodated.
  • the steering linkage can thus be formed in one or more parts and furthermore has a threaded spindle which is connected to it in one or more parts and is arranged concentrically therewith.
  • the axially non-displaceable threaded nut is driven at least indirectly by the electric motor, the threaded nut being operatively connected to the rotatable rotor of the electric motor for this purpose at least indirectly.
  • the threaded nut is operatively connected to the threaded spindle and thus indirectly to the steering linkage.
  • the threaded spindle or the steering linkage is set by rotation of the threaded nut in a longitudinal displacement or in a longitudinal displacement with respect to the Ge housing or the threaded nut.
  • the threaded spindle and the threaded nut form a screw drive, with a linear adjusting movement of the steering linkage for a steering angle adjustment by the rotary drive of the threaded nut the vehicle wheels takes place.
  • the drive unit can comprise a transmission device that is designed, for example, as a belt transmission or as a planetary transmission and is operatively connected to the threaded nut.
  • the screw drive is designed in particular as a planetary screw drive, in which a plurality of planetary rollers are arranged spatially between the Ge threaded nut and the threaded spindle, which forward the forces between the threaded nut and the threaded spindle and vice versa and a rotational movement of the threaded nut in a longitudinal movement of the Convert threaded spindle.
  • the flat-axle steering When the flat-axle steering is in operation, it is not the actual steering angle of the vehicle wheels that is detected, but rather the axial position of the steering linkage relative to the housing. This is done by means of the target in cooperation with the linear sensor. However, the actual length of the steering linkage changes over a temperature curve, so that the actual or current steering angle does not always correspond to the target specification of the evaluation and control unit.
  • the housing of the actuator, the chassis of the vehicle, the screw drive with the threaded spindle and the threaded nut and other components of the vehicle are also subject to temperature-related deformations.
  • a material-specific coefficient of thermal expansion is known, which can be determined separately and stored in a database of the evaluation and control unit.
  • the evaluation and control unit therefore provides the known coefficients of thermal expansion of the components relevant for steering the vehicle, so that a temperature-dependent deformation behavior of the components can be derived for each current temperature.
  • constraints within the components can be taken into account, for example due to tension caused by screwing the housing to the chassis of the vehicle.
  • a zero point is determined or defined for the rotor position sensor and for the linear sensor.
  • the zero point can be set as desired, with such a zero point being advantageous, which is passed through or passed through as often as possible when the rear axle steering is in operation. That axial position of the steering linkage at which the Vehicle wheels are oriented in the direction of travel, that is, straight ahead.
  • the zero point serves as a reference point in order to take into account thermal expansion of at least the steering linkage for setting the steering angle of the vehicle wheels.
  • the rotor position sensor is independent of the thermal expansion of the steering linkage and can therefore determine the zero point of the system regardless of temperature.
  • the rotor position sensor is effectively arranged on the electric motor and is intended to determine a rotation angle of the rotor of the electric motor.
  • the rotor is arranged, for example, radially inside a stator of the electric motor, which is supplied with electrical energy to drive the rotor in rotation.
  • a torque can be transmitted to the threaded nut, which at least indirectly displaces the threaded spindle axially.
  • the steering linkage is thus tensioned on the screw drive so that the expansion of the steering linkage on the screw drive is equal to 0, with the steering linkage expanding to the left and right when heated and thus lengthened and shortened to the left and right when cooling.
  • At least one signal from the rotor position sensor on the current rotor position of the rotor is transmitted to the evaluation and control unit.
  • Other signals can also be received by the evaluation and control unit.
  • the thermal expansion of at least the steering linkage is preferably determined by recording current temperature data by means of at least one temperature sensor.
  • at least one temperature sensor is provided on the vehicle, which determines the current temperature, based on which the thermal expansion of at least the steering linkage or additional components relevant for setting the steering angle is determined.
  • the thermal expansion of the steering linkage is calculated and taken into account for the operation of the rear axle steering.
  • actuation of the screw drive can be adapted in such a way that the actual steering angle of the vehicle wheels corresponds to a target steering angle preset by the evaluation and control unit.
  • the respective temperature sensor is preferably integrated in the evaluation and control unit. If, for example, the power losses introduced are determined by the control and evaluation unit via a power integral, the control and evaluation unit can use this to determine a current temperature, which in turn can be used to determine the thermal expansion of the steering linkage.
  • a temperature sensor is arranged on the linear sensor.
  • the thermal expansion of the steering linkage can be determined comparatively precisely.
  • the respective temperature sensor is an outside temperature sensor.
  • current temperature data can be used on the basis of thermal information from surrounding actuators, such as a roll stabilizer or an e-axle of the vehicle.
  • the control and evaluation unit can receive and process temperature data from temperature sensors already in the vehicle, which means that the rear-axle steering can be manufactured in a particularly cost-effective manner.
  • control and evaluation unit also compares the current rotor position of the rotor and the current axial position of the target per revolution of an electric motor that drives the threaded nut at least indirectly, and uses this to control an actuator for setting the steering angle.
  • This adjustment is carried out in addition to the zero point adjustment described above, with the adjustment per electric motor revolution taking place over the entire travel of the actuator, so that temperature-dependent compensation for temperature-related differences in component dimensions can be carried out even more precisely by the evaluation and control unit.
  • An actuator according to the invention for a rear axle steering of a vehicle comprises a steering linkage which can be at least indirectly actuated by a screw drive and which is longitudinally displaceable within a chassis-fixed housing, the steering linkage being set up to set a steering angle of at least indirectly connected wheels, the actuator comprises a rotor bearing sensor for detecting a current rotor position of a rotor of an electric motor set up to actuate the screw drive and a linear sensor for detecting a current axial position of a target arranged on the steering linkage, at least the two sensors each being connected to a control and evaluation unit, and the control and evaluation unit whenever a defined zero point of an axial position of the steering linkage relative to the housing is present, a comparison between the current rotor position of the rotor and the current axial position of the T performs argets and, taking into account a thermal expansion from at least the steering linkage, controls the actuator for setting the Lenkwin angle.
  • the housing is connected to the chassis at two, preferably four or more points.
  • constraints can arise within the housing which can be determined in advance by suitable simulations and which are taken into account by the control and evaluation unit.
  • Such an actuator is preferably used in a rear axle steering system according to the invention of a vehicle.
  • the vehicle can have a plurality of rear axles, one or more rear axles each having a respective rear axle steering system with a respective actuator.
  • the vehicle can have at least one actuator according to the invention for setting a steering angle of the vehicle.
  • the single figure shows a longitudinal section representation through a rear axle steering according to the invention according to a preferred embodiment.
  • a rear axle steering 12 for a vehicle (not shown here) is shown, which comprises an actuator 1 with a housing 3 in which a steering linkage 2 is guided longitudinally, that is, in a displacement direction 13.
  • the housing 3 is at four fixed points 15 with respect to a - attached chassis of the vehicle - not shown here.
  • the steering linkage 2 is designed in several parts and comprises a threaded spindle 14 which is part of a threaded drive 4, the threaded spindle 14 being operatively connected to a threaded nut 7 located radially outside it.
  • the threaded nut 7 is axially supported relative to the housing 3 and rotatably driven by an electric motor 16, a rotation of the threaded nut 7 depending on the direction of rotation in an axial or longitudinal displacement tion of the threaded spindle 14 or the steering linkage 2 relative to the housing 3 converted will.
  • a steering angle of respective vehicle wheels - also not shown here - which are arranged at least indirectly on fork elements 5a, 5b of the rear axle steering 12, can be set.
  • the actuator 1 further comprises a rotor bearing sensor 6 for detecting a current rotor position of a rotor of an electric motor 16 set up for actuating the screw drive 4 - not shown here - and a linear sensor 8 for detecting a current axial position of a target 11 arranged on the steering linkage 2, wherein A temperature sensor 9 for detecting current temperature data is also arranged on the linear sensor 8 on the steering linkage 2.
  • the temperature sensor 9 can alternatively also be arranged on the electric motor 16.
  • the sensors 6, 8, 9 are each connected to a control and evaluation unit 10.
  • the target 11 is arranged in a rotation lock 17 of the actuator 1, which prevents the steering linkage 2 from rotating about its own longitudinal axis, the target 11 cooperating with the linear sensor 8 to determine the axial position of the steering linkage 2 relative to the housing 3.
  • a zero point of the rotor position sensor 6 and the linear sensor 8 is defined in advance. For example, the distances between the fork elements 5a, 5b and the housing 3 are averaged out.
  • the zero point is present, for example, when the vehicle wheels are aligned straight ahead, that is, when a certain axial position of the steering linkage 2 relative to the housing 3 is present. This situation occurs comparatively frequently in the general operation of the rear axle steering 12 and is therefore suitable as a reference point for adapting a control and regulation of the steering angle setting by means of the evaluation and control unit 10.
  • a thermal expansion of at least the steering linkage 2 can be determined.
  • the thermal expansion of other components relevant to the setting of the steering angle such as for the threaded spindle 14, the threaded nut 7, the housing 3 or the fork elements 5a, 5b, the more precisely an operating adjustment of the actuator 1 can be made.
  • Such an adaptation essentially consists in taking into account a temperature-related deformation of the components in such a way that a target specification for a steering angle is matched to an actually existing steering angle of the vehicle wheels. In other words, temperature-related differences in component dimensions are compensated by the control and evaluation unit 10.
  • the control and evaluation unit 10 is also set up to carry out a comparison between the current rotor position of the rotor and the current axial position of the target 11 per rotor revolution and uses this to control an actuator 1 for setting the steering angle.
  • the zero point of the rotor position sensor 6 and the linear sensor 8 is defined at a temperature of, for example, 20 ° C.
  • a reference point is established, namely at which a certain rotor position of the rotor and a certain distance between the target 11 and a tension point 23 of the steering linkage 2 on the screw drive 4 - shown here as a central vertical line - is present.
  • a first distance 17 from a first point 22a of the first fork element 5a to the tension point 23 of the steering linkage 2 on the screw drive 4, a second distance 18 from a second point, is based on the respective material-specific thermal expansion coefficients tes 22b of the second fork element 5b to the tension point 23 of the Lenkgestän ges 2 on the screw 4, a third distance 19 of the target 11 to the tension point 23 of the steering linkage 2 on the screw 4, a fourth distance 20 of a central axis 24 of the housing 3 to the tension point 23 of the Steering linkage 2 on screw drive 4 and a fifth distance 21 from central axis 24 of housing 3 to target 11 at a temperature of 20 ° C.
  • the central axis 24 of the housing 3 is arranged centrally between the fixed points 15 of the housing 3 and shown as a vertical line.
  • the steering linkage 2 and the other components of the actuator 1 contract. Since the steering linkage 2 is braced in the thread drive 4, the first point 22a of the first fork element 5a shifts to the right in the direction of the screw drive 4, so that the first distance 17 is reduced. The second point 22b of the second fork element 5b as well as the target 11 and the linear sensor 8 are also shifted to the left in the direction of the threaded drive 4, so that the second and third distance 18, 19 are also reduced. The linear sensor 8 thus detects a movement to the left, although the first fork element 5a is moving to the right.
  • the control and evaluation unit 10 controlling the screw drive 4 based on the thermal expansion of the respective components in such a way that the actual steering angle of the vehicle wheels corresponds to a target value of the control and evaluation unit 10.
  • the steering linkage 2 and the other components of the actuator 1 expand.
  • the first point 22a of the first fork element 5a shift to the left and the second point 22b of the second fork element 5b as well as the target 11 and the linear sensor 8 move in the opposite direction to the right, so that the distances 17, 18, 19 increase. where the length differences are dependent on the respective component dimensions.
  • the housing 3 also expands, starting from its center of gravity 24, and ver elongates to the left and to the right.
  • the extent of the housing 3 depends on how the housing 3 is braced on the chassis of the vehicle or how many fixed points 15 are provided.
  • As a result of the expansion of the housing 3 to the left there is a shift of the attached to the housing 3 Ge threaded drive 4 and the linear sensor 8 to the left, even before the thermal expansion of these components 4, 8 is taken into account.
  • the first fork element 5a also shifts to the left, so that the linear sensor 8 detects a quasi-movement of the steering linkage 2.
  • the control and evaluation unit 10 is set up to determine and take these relationships and length differences into account, with the screw drive 4 being controlled based on the thermal expansion of the respective components in such a way that the actual steering angle of the vehicle wheels corresponds to a target value of the control and evaluation unit 10 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs mittels einer Hinterachslenkung, wobei die Hinterachslenkung einen Aktuator (1) mit einem von einem Gewindetrieb (4) zumindest mittelbar betätigbaren Lenkgestänge (2) umfasst, das innerhalb eines fahrwerkfesten Gehäuses (3) longitudinal verlagerbar ist, wobei mittels des Lenkgestänges (2) ein Lenkwinkel von zumindest mittelbar damit verbundenen Rädern eingestellt wird, wobei der Aktuator (1) einen Rotorlagersensor (6) zur Erfassung einer aktuellen Rotorlage eines zum Betätigen des Gewindetriebs (4) eingerichteten Rotors eines Elektromotors (16) und einen Linearsensor (8) zur Erfassung einer aktuellen axialen Position eines am Lenkgestänge (2) angeordneten Targets (11) umfasst, wobei zumindest die beiden Sensoren (6, 8) jeweils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (10) verbunden sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (10) immer dann, wenn ein definierter Nullpunkt einer axialen Position des Lenkgestänges (2) relativ zum Gehäuse (3) vorliegt, einen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Targets (11) durchführt und unter Berücksichtigung einer thermischen Ausdehnung wenigstens des Lenkgestänges (2) den Aktuator (1) zur Einstellung des Lenkwinkels ansteuert. Ferner betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung mit einem derartigen Aktuator (1) sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Hinterachslenkung oder einen solchen Aktuator.

Description

Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs, Aktuator für eine Hinterachslenkunq eines Fahrzeugs sowie Hinterachslenkunq mit einem solchen Aktuator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs mittels einer Hinter achslenkung, wobei die Hinterachslenkung einen Aktuator mit einem von einem Ge windetrieb zumindest mittelbar betätigbaren Lenkgestänge umfasst, das innerhalb ei nes fahrwerkfesten Gehäuses longitudinal verlagerbar ist. Mittels des Lenkgestänges ist ein Lenkwinkel von zumindest mittelbar damit verbundenen Rädern einstellbar. Ferner betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung mit einem derartigen Aktuator sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Hinterachslenkung oder einen solchen Aktuator.
Aus der WO 2018/206295 A1 geht eine Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug hervor, mit einer Lenkstange und zumindest einer Antriebseinheit, wobei die Lenkstange durch die Antriebseinheit in ihrer Längserstreckung verschiebbar ist. Ferner ist zumindest eine ersten Sensoreinrichtung zur Bestimmung einer Schiebeposition der Lenkstange vorgesehen. Die Lenkstange weist in Längserstreckung gesehen zumindest eine Ver änderung in ihrem Querschnitt, insbesondere Durchmesser, auf, wobei die erste Sen soreinrichtung dazu ausgebildet ist, diese Veränderung zu erfassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Lenkung ei nes Fahrzeugs sowie einen Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs wei terzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Bevorzugte oder vorteil hafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs mittels einer Hinterachslenkung, bei dem die Hinterachslenkung einen Aktuator mit einem von ei nem Gewindetrieb zumindest mittelbar betätigbaren Lenkgestänge umfasst, das in- nerhalb eines fahrwerkfesten Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei mittels des Lenkgestänges ein Lenkwinkel von zumindest mittelbar damit verbundenen Rädern eingestellt wird, wobei der Aktuator einen Rotorlagersensor zur Erfassung einer aktu ellen Rotorlage eines zum Betätigen des Gewindetriebs eingerichteten Rotors eines Elektromotors und einen Linearsensor zur Erfassung einer aktuellen axialen Position eines am Lenkgestänge angeordneten Targets umfasst, wobei zumindest die beiden Sensoren jeweils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind, führt die Steuer- und Auswerteeinheit immer dann, wenn ein definierter Nullpunkt einer axialen Position des Lenkgestänges relativ zum Gehäuse vorliegt, einen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Targets durch und steuert unter Berücksichtigung einer thermischen Ausdehnung wenigstens des Lenkgestänges den Aktuator zur Einstellung des Lenkwinkels an.
Der Aktuator ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern des Lenkgestänges ge genüber dem fahrwerkfesten Gehäuse eine Einstellung eines Lenkwinkels von mit dem Aktuator wirkverbundenen Fahrzeugrädern an einer Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingelei tet. Das Lenkgestänge besteht aus einem oder mehreren miteinander wirkverbunde nen Schubstangen und weist an dessen freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zu mindest mittelbar aufgenommen ist. Das Lenkgestänge kann somit ein- oder mehrtei lig ausgebildet sein und weist ferner eine ein- oder mehrteilig damit verbundene und konzentrisch dazu angeordnete Gewindespindel auf.
Die axial unverschiebliche Gewindemutter wird zumindest mittelbar durch den Elekt romotor angetrieben, wobei die Gewindemutter dazu zumindest mittelbar mit dem drehantreibbaren Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist. Die Gewindemutter ist mit der Gewindespindel und somit mittelbar mit dem Lenkgestänge wirkverbunden. Die Gewindespindel bzw. das Lenkgestänge wird durch Rotation der Gewindemutter in eine Längsverlagerung bzw. in eine longitudinale Verlagerung gegenüber dem Ge häuse bzw. der Gewindemutter versetzt. Mithin bilden die Gewindespindel und die Gewindemutter einen Gewindetrieb aus, wobei durch den Drehantrieb der Gewinde mutter eine lineare Stellbewegung des Lenkgestänges für eine Lenkwinkeleinstellung der Fahrzeugräder erfolgt. Ferner kann die Antriebseinheit eine Getriebeeinrichtung umfassen, die beispielsweise als Riemengetriebe oder als Planetengetriebe ausgebil det ist und mit der Gewindemutter wirkverbunden ist. Der Gewindetrieb ist insbeson dere als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet, bei dem räumlich zwischen der Ge windemutter und der Gewindespindel eine Vielzahl von Planetenrollen angeordnet sind, die die Kräfte zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel und umge kehrt weiterleiten und eine Rotationsbewegung der Gewindemutter in eine longitudina le Bewegung der Gewindespindel umwandeln.
Im Betrieb der Flinterachslenkung wird nicht der tatsächliche Lenkwinkel der Fahr zeugräder detektiert, sondern die axiale Position des Lenkgestänges relativ zum Ge häuse. Dies erfolgt mittels des Targets in Zusammenwirkung mit dem Linearsensor. Die tatsächliche Länge des Lenkgestänges ändert sich jedoch über einen Tempera turverlauf, sodass der tatsächliche bzw. aktuelle Lenkwinkel nicht immer der Sollvor gabe der Auswerte- und Steuereinheit entspricht. Auch das Gehäuse des Aktuators, das Fahrwerk des Fahrzeugs, der Gewindetrieb mit der Gewindespindel und der Ge windemutter sowie weitere Bauteile des Fahrzeugs unterliegen temperaturbedingten Verformungen.
Für jedes dieser Bauteile ist ein werkstoffspezifischer Wärmeausdehnungskoeffizient bekannt, der separat bestimmbar und in einer Datenbank der Auswerte- und Steuer einheit hinterlegbar ist. Mithin werden durch die Auswerte- und Steuereinheit die be kannten Wärmeausdehnungskoeffizienten der für die Lenkung des Fahrzeugs rele vanten Bauteile bereitgestellt, sodass für jede aktuelle Temperatur ein temperaturbe dingtes Verformungsverhalten der Bauteile abgeleitet werden kann. Zudem können Zwänge innerhalb der Bauteile berücksichtigt werden, beispielsweise aufgrund einer Verspannung durch Verschraubung des Gehäuses am Fahrwerk des Fahrzeugs.
Während einer Montage der Hinterachslenkung wird für den Rotorlagesensor sowie für den Linearsensor ein Nullpunkt bestimmt bzw. definiert. Der Nullpunkt kann belie big festgelegt werden, wobei ein derartiger Nullpunkt von Vorteil ist, der im Betrieb der Hinterachslenkung möglichst oft durchlaufen bzw. durchfahren wird. Als Nullpunkt eignet sich insbesondere diejenige axiale Position des Lenkgestänges, bei der die Fahrzeugräder in Fahrtrichtung, das heißt geradeaus ausgerichtet sind. Mit anderen Worten dient der Nullpunkt als Referenzpunkt, um eine thermische Ausdehnung we nigstens des Lenkgestänges zur Einstellung des Lenkwinkels der Fahrzeugräder zu berücksichtigen.
Der Rotorlagesensor ist von der thermischen Ausdehnung des Lenkgestänges unab hängig und kann somit, temperaturunabhängig, den Nullpunkt des Systems bestim men. Der Rotorlagesensor ist am Elektromotor wirksam angeordnet, und ist dazu be stimmt, einen Drehwinkel der Rotors des Elektromotors zu bestimmen. Der Rotor ist beispielsweise radial innerhalb eines Stators des Elektromotors angeordnet, welcher zum Drehantrieb des Rotors mit elektrischer Energie versorgt wird. Mittels des Rotors ist ein Drehmoment auf die Gewindemutter übertragbar, welche die Gewindespindel zumindest mittelbar axial verlagert. Das Lenkgestänge ist somit am Gewindetrieb ver spannt, sodass die Ausdehnung des Lenkgestänges am Gewindetrieb gleich 0 ist, wobei sich das Lenkgestänge bei Erwärmung nach links und rechts ausdehnt und somit verlängert und bei Abkühlung links und rechts verkürzt.
Im Betrieb der Hinterachslenkung wird immer dann, wenn der Nullpunkt vorliegt, das heißt wenn zum Beispiel die Räder geradeaus ausgerichtet sind, wenigstens ein Sig nal vom Rotorlagesensor über die aktuelle Rotorlage des Rotors, wenigstens ein Sig nal vom Linearsensor über die aktuelle axiale Position des Lenkgestänges sowie we nigstens ein Signal über die aktuelle Temperatur an die Auswerte- und Steuereinheit übermittelt. Auch weitere Signale können von der Auswerte- und Steuereinheit emp fangen werden.
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der thermischen Ausdehnung wenigstens des Lenkgestänges durch Erfassung von aktuellen Temperaturdaten mittels wenigstens eines Temperatursensors. Mit anderen Worten ist am Fahrzeug zumindest ein Tem peratursensor vorgesehen, der die aktuelle Temperatur, anhand derer die thermische Ausdehnung wenigstens des Lenkgestänges oder zusätzlicher für die Einstellung des Lenkwinkels relevanter Bauteile ermittelt wird. Anhand dieser Daten und dem stetigen Abgleichen des Nullpunkts zwischen Rotorlagesensor und Linearsensor kann, da die Abmessungen des Lenkgestänges, des Gehäuses, des Gewindetriebs und weiterer Bauteile sowie die dazugehörigen werkstoffabhängigen Wärmeausdehnungskoeffi zienten bekannt sind, die thermische Ausdehnung des Lenkgestänges berechnet und für den Betrieb der Hinterachslenkung berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann je nach thermischer Ausdehnung eine Betätigung des Gewindetriebs derart an gepasst werden, dass der tatsächliche Lenkwinkel der Fahrzeugräder einer Lenkwin- kel-Sollvorgabe der Auswerte- und Steuereinheit entspricht.
Bevorzugt ist der jeweilige Temperatursensor in der Auswerte- und Steuereinheit inte griert. Wird beispielsweise über ein Leistungsintegral die eingebrachten Verlustleis tungen von der Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt, kann diese daraus eine aktuelle Temperatur bestimmen, anhand derer wiederum die thermische Ausdehnung des Lenkgestänges ermittelt werden kann.
Alternativ oder ergänzend ist ein Temperatursensor am Linearsensor angeordnet. Dadurch ist die thermische Ausdehnung des Lenkgestänges vergleichsweise genau ermittelbar. Ferner alternativ oder ergänzend ist der jeweilige Temperatursensor ein Außentemperatursensor. Außerdem können aktuelle Temperaturdaten anhand ther mischer Informationen von umliegenden Aktuatoren, wie beispielsweise eines Wank- stabilisators oder einer E-Achse des Fahrzeugs herangezogen werden. Mithin kann die Steuer- und Auswerteeinheit Temperaturdaten von bereits im Fahrzeug befindli chen Temperatursensoren empfangen und weiterverarbeiten, wodurch die Hinterachs lenkung insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
Nach einem Ausführungsbeispiel führt die Steuer- und Auswerteeinheit ferner einen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Posi tion des Targets pro Umdrehung eines die Gewindemutter zumindest mittelbar antrei benden Elektromotors durch und steuert anhand dessen einen Aktuator zur Einstel lung des Lenkwinkels an. Dieser Abgleich erfolgt zusätzlich zum zuvor beschriebenen Nullpunktabgleich, wobei der Abgleich pro Elektromotorumdrehung über den gesam ten Stellweg des Aktuators erfolgt, sodass eine temperaturabhängige Kompensation von temperaturbedingten Differenzen von Bauteilabmessungen durch die Auswerte- und Steuereinheit noch genauer durchgeführt werden kann. Ein erfindungsgemäßer Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs umfasst ein von einem Gewindetrieb zumindest mittelbar betätigbares Lenkgestänge, das in nerhalb eines fahrwerkfesten Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei das Lenk gestänge dazu eingerichtet ist, einen Lenkwinkel von zumindest mittelbar damit ver bundenen Rädern einzustellen, wobei der Aktuator einen Rotorlagersensor zur Erfas sung einer aktuellen Rotorlage eines zum Betätigen des Gewindetriebs eingerichteten Rotors eines Elektromotors und einen Linearsensor zur Erfassung einer aktuellen axi alen Position eines am Lenkgestänge angeordneten Targets umfasst, wobei zumin dest die beiden Sensoren jeweils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit immer dann, wenn ein definierter Nullpunkt einer axialen Position des Lenkgestänges relativ zum Gehäuse vorliegt, ei nen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Targets durchführt und unter Berücksichtigung einer thermischen Aus dehnung wenigstens des Lenkgestänges den Aktuator zur Einstellung des Lenkwin kels ansteuert.
Das Gehäuse ist an zwei, vorzugsweise vier oder mehr Punkten mit dem Fahrwerk verbunden. Dadurch können bei Temperaturänderungen Zwänge innerhalb des Ge häuses entstehen, die vorab durch geeignete Simulationen bestimmbar sind, und von der Steuer- und Auswerteeinheit berücksichtigt werden.
Ein derartiger Aktuator wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Hinterachslen kung eines Fahrzeugs eingesetzt. Dabei kann das Fahrzeug mehrere Hinterachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere Hinterachsen eine jeweilige Hinterachs lenkung mit einem jeweiligen Aktuator aufweisen. Zudem kann das Fahrzeug wenigs tens einen erfindungsgemäßen Aktuator zur Einstellung eines Lenkwinkels des Fahr zeugs aufweisen.
Die vorhergehenden Ausführungen zum Verfahren gelten gleichermaßen für den er findungsgemäßen Aktuator sowie für die Hinterachslenkung und das Fahrzeug.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demsel ben Bezugszeichen versehen sind. Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittdarstel lung durch eine erfindungsgemäße Hinterachslenkung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Gemäß der einzigen Figur ist eine Hinterachslenkung 12 für ein - hier nicht dargestell tes - Fahrzeug dargestellt, die einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 3 umfasst, in dem ein Lenkgestänge 2 longitudinal, das heißt in einer Verlagerungsrichtung 13 geführt ist. Das Gehäuse 3 ist an vier Fixpunkten 15 gegenüber einem - hier nicht gezeig ten - Fahrwerk des Fahrzeugs befestigt. Das Lenkgestänge 2 ist mehrteilig ausgebil det und umfasst eine Gewindespindel 14, die Teil eines Gewindetriebs 4 ist, wobei die Gewindespindel 14 mit einer radial außerhalb davon liegenden Gewindemutter 7 wirk verbunden ist. Die Gewindemutter 7 ist axial gegenüber dem Gehäuse 3 abgestützt und durch einen Elektromotor 16 drehantreibbar, wobei eine Rotation der Gewinde mutter 7 in Abhängigkeit der Drehrichtung in eine axiale bzw. longitudinale Verlage rung der Gewindespindel 14 bzw. des Lenkgestänges 2 relativ zum Gehäuse 3 um gewandelt wird. Durch axiale Verschiebung des Lenkgestänges 2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Ga belelementen 5a, 5b der Hinterachslenkung 12 zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar.
Der Aktuator 1 umfasst ferner einen Rotorlagersensor 6 zur Erfassung einer aktuellen Rotorlage eines zum Betätigen des Gewindetriebs 4 eingerichteten - hier nicht ge zeigten - Rotors eines Elektromotors 16 und einen Linearsensor 8 zur Erfassung ei ner aktuellen axialen Position eines am Lenkgestänge 2 angeordneten Targets 11, wobei am Linearsensor 8 ferner ein Temperatursensor 9 zur Erfassung von aktuellen Temperaturdaten am Lenkgestänge 2 angeordnet ist. Der Temperatursensor 9 kann alternativ auch am Elektromotor 16 angeordnet sein. Die Sensoren 6, 8, 9 sind jeweils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 10 verbunden. Das Target 11 ist vorliegend in einer Verdrehsicherung 17 des Aktuators 1 angeordnet, welcher eine Verdrehung des Lenkgestänges 2 um die eigene Längsachse verhindert, wobei das Target 11 mit dem Linearsensor 8 zur Bestimmung der axialen Position des Lenkgestänges 2 relativ zum Gehäuse 3 zusammenwirkt. Während einer Montage der Hinterachslenkung 12 wird ein Nullpunkt des Rotorlage sensors 6 und des Linearsensors 8 vorab definiert. Dabei werden beispielsweise die Abstände der Gabelelemente 5a, 5b zum Gehäuse 3 ausgemittelt. Der Nullpunkt liegt beispielsweise dann vor, wenn die Fahrzeugräder geradeaus ausgerichtet sind, das heißt wenn eine bestimmte axiale Position des Lenkgestänges 2 relativ zum Gehäu se 3 vorliegt. Diese Situation kommt im allgemeinen Betrieb der Hinterachslenkung 12 vergleichsweise häufig vor und eignet sich daher als Referenzpunkt zur Anpassung einer Steuerung und Regelung der Lenkwinkeleinstellung mittels der Auswerte- und Steuereinheit 10.
Immer dann, wenn der vorab definierte Nullpunkt einer axialen Position des Lenkge stänges 2 relativ zum Gehäuse 3 vorliegt, wird ein Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors des Elektromotors 16 und der aktuellen axialen Position des Targets 11 durchgeführt, wobei gleichzeitig die Messsignale des Temperatursensors 9 ausgewertet und anhand von in der Auswerte- und Steuereinheit 10 hinterlegten Wärmeausdehnungskoeffizienten eine thermische Ausdehnung wenigstens des Lenk gestänges 2 bestimmt werden. Indem die thermische Ausdehnung weiterer zur Ein stellung des Lenkwinkels relevanter Bauteile bestimmt wird, wie beispielsweise für die Gewindespindel 14, die Gewindemutter 7, das Gehäuse 3 oder die Gabelelemente 5a, 5b, desto genauer kann eine Bedienungsanpassung des Aktuators 1 erfolgen. Eine solche Anpassung besteht im Wesentlichen darin, eine temperaturbedingte Verfor mung der Bauteile derart zu berücksichtigen, dass eine Sollvorgabe für einen Lenk winkel an einen tatsächlich vorliegenden Lenkwinkel der Fahrzeugräder angeglichen wird. Mit anderen Worten erfolgt eine Kompensation von temperaturbedingten Diffe renzen von Bauteilabmessungen durch die Steuer- und Auswerteeinheit 10.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 10 ist ferner dazu eingerichtet, einen Abgleich zwi schen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Tar gets 11 pro Rotorumdrehung durchzuführen und steuert anhand dessen einen Aktua tor 1 zur Einstellung des Lenkwinkels an. Dadurch kann eine genauere Kompensation von temperaturbedingten Differenzen von Bauteilabmessungen durch die Steuer- und Auswerteeinheit 10 erfolgen. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird bei einer Temperatur von beispielswei se 20 °C der Nullpunkt des Rotorlagesensors 6 und des Linearsensors 8 definiert. Mit anderen Worten erfolgt eine Festlegung eines Referenzpunktes, und zwar bei dem eine bestimmte Rotorlage des Rotors und ein bestimmter Abstand des Targets 11 zu einem Verspannungspunkt 23 des Lenkgestänges 2 am Gewindetrieb 4 - hier als mittlere vertikale Linie dargestellt - vorliegt. Da die Bauteilabmessungen aller Bauteile der Hinterachslenkung 12 und des Aktuators 1 bekannt sind, ist anhand der jeweiligen werkstoffspezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten ein erster Abstand 17 eines ersten Punktes 22a des ersten Gabelelements 5a zum Verspannungspunkt 23 des Lenkgestänges 2 am Gewindetrieb 4, ein zweiter Abstand 18 eines zweiten Punk tes 22b des zweiten Gabelelements 5b zum Verspannungspunkt 23 des Lenkgestän ges 2 am Gewindetrieb 4, ein dritter Abstand 19 des Targets 11 zum Verspannungs punkt 23 des Lenkgestänges 2 am Gewindetrieb 4, ein vierter Abstand 20 einer Mit telachse 24 des Gehäuses 3 zum Verspannungspunkt 23 des Lenkgestänges 2 am Gewindetrieb 4 sowie ein fünfter Abstand 21 von der Mittelachse 24 des Gehäuses 3 zum Target 11 bei einer Temperatur von 20 °C bekannt bzw. sie werden definiert. Auch weitere Abstände können definiert bzw. besitmmt werden. Je mehr Bauteile von der Steuer- und Auswerteeinheit 10 überwacht werden, desto genauer kann eine Len kung des Fahrzeugs erfolgen bzw. desto genauer kann eine Anpassung der Betäti gung des Aktuators 1 erfolgen. Die Mittelachse 24 des Gehäuses 3 ist mittig zwischen den Fixpunkten 15 des Gehäuses 3 angeordnet und als vertikale Linie dargestellt.
Sinkt im Betrieb der Hinterachslenkung 12 bzw. des Aktuators 1 eine Temperatur un terhalb von 20 °C auf beispielsweise 0 °C, ziehen sich das Lenkgestänge 2 sowie die weiteren Bauteile des Aktuators 1 zusammen. Da das Lenkgestänge 2 im Gewinde trieb 4 verspannt ist, verschiebt sich der erste Punkt 22a des ersten Gabelelements 5a nach rechts in Richtung des Gewindetriebs 4, sodass sich der erste Abstand 17 ver kleinert. Ebenso verschiebt sich der zweite Punkt 22b des zweiten Gabelelements 5b sowie der Target 11 und der Linearsensor 8 nach links in Richtung des Gewinde triebs 4, sodass sich der zweite bzw. dritte Abstand 18, 19 ebenfalls verkleinert. Der Linearsensor 8 detektiert also eine Bewegung nach links, obwohl sich das erste Ga belelement 5a nach rechts bewegt. Aufgrund der geringeren Abstands des Targets 11 ist die temperaturbedingte Verschiebung des Targets 11 in Richtung des Gewinde- triebs 4 geringer als die Verschiebung des zweiten Punkts 22b des zweiten Ga belelements 5b. Mithin kompensiert die Verschiebung des Targets 11 die Verschie bung des rechten Gabelelements 5b. Dies wird von der Steuer- und Auswerteein heit 10 berücksichtigt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 10 anhand der thermi schen Ausdehnung der jeweiligen Bauteile den Gewindetrieb 4 derart ansteuert, dass der tatsächliche Lenkwinkel der Fahrzeugräder einer Sollvorgabe der Steuer- und Auswerteeinheit 10 entspricht.
Steigt im Betrieb der Hinterachslenkung 12 bzw. des Aktuators 1 eine Temperatur auf über 20 °C, beispielsweise auf 40 °C, dehnen sich das Lenkgestänge 2 sowie die wei teren Bauteile des Aktuators 1 aus. Dabei verschieben sich der erste Punkt 22a des ersten Gabelelements 5a nach links und der zweite Punkt 22b des zweiten Gabelele ments 5b sowie der Target 11 und der Linearsensor 8 in die entgegengesetzte Rich tung nach rechts, sodass sich die Abstände 17, 18, 19 vergrößern, wobei die Län gendifferenzen abhängig von den jeweiligen Bauteilabmessungen sind.
Das Gehäuse 3 dehnt ausgehend von dessen Schwerpunkt 24 ebenfalls aus, und ver längert sich nach links sowie nach rechts. Die Ausdehnung des Gehäuses 3 ist davon abhängig, wie das Gehäuse 3 am Fahrwerk des Fahrzeugs verspannt ist bzw. wie vie le Fixpunkte 15 vorgesehen sind. Durch die Ausdehnung des Gehäuses 3 nach links kommt es infolgedessen zu einer Verschiebung des am Gehäuse 3 befestigten Ge windetriebs 4 und des Linearsensors 8 nach links, bereits bevor die thermische Aus dehnung dieser Bauteile 4, 8 jeweils berücksichtigt wird. Dadurch verschiebt sich das erste Gabelelement 5a ebenfalls nach links, sodass der Linearsensor 8 eine Quasi- Bewegung des Lenkgestänges 2 detektiert. Die Steuer- und Auswerteeinheit 10 ist dazu eingerichtet, diese Zusammenhänge und Längendifferenzen zu ermitteln und zu berücksichtigten, wobei der Gewindetrieb 4 anhand der thermischen Ausdehnung der jeweiligen Bauteile derart angesteuert wird, dass der tatsächliche Lenkwinkel der Fahrzeugräder einer Sollvorgabe der Steuer- und Auswerteeinheit 10 entspricht. Bezuqszeichenliste
1 Aktuator
2 Lenkgestänge 3 Gehäuse
4 Gewindetrieb
5a, 5b Gabelelement 6 Rotorlagersensor 7 Gewindemutter 8 Linearsensor
9 Temperatursensor
10 Steuer- und Auswerteeinheit 11 Target 12 Hinterachslenkung 13 Verlagerungsrichtung
14 Gewindespindel
15 Fixpunkt
16 Elektromotor 17 Erster Abstand 18 Zweiter Abstand
19 Dritter Abstand
20 Vierter Abstand 21 Fünfter Abstand
22a, 22b Punkt 23 Verspannungspunkt des Lenkgestänges am Gewindetrieb
24 Mittelachse des Gehäuses

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs mittels einer Hinterachslenkung, wobei die Hinterachslenkung einen Aktuator (1) mit einem von einem Gewindetrieb (4) zu mindest mittelbar betätigbaren Lenkgestänge (2) umfasst, das innerhalb eines fahr werkfesten Gehäuses (3) longitudinal verlagerbar ist, wobei mittels des Lenkgestän ges (2) ein Lenkwinkel von zumindest mittelbar damit verbundenen Rädern eingestellt wird, wobei der Aktuator (1) einen Rotorlagersensor (6) zur Erfassung einer aktuellen Rotorlage eines zum Betätigen des Gewindetriebs (4) eingerichteten Rotors eines Elektromotors (16) und einen Linearsensor (8) zur Erfassung einer aktuellen axialen Position eines am Lenkgestänge (2) angeordneten Targets (11) umfasst, wobei zu mindest die beiden Sensoren (6, 8) jeweils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (10) verbunden sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (10) immer dann, wenn ein definierter Nullpunkt einer axialen Position des Lenkgestänges (2) relativ zum Gehäu se (3) vorliegt, einen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Targets (11) durchführt und unter Berücksichtigung ei ner thermischen Ausdehnung wenigstens des Lenkgestänges (2) den Aktuator (1) zur Einstellung des Lenkwinkels ansteuert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der thermischen Ausdehnung wenigs tens des Lenkgestänges (2) durch Erfassung von aktuellen Temperaturdaten mittels wenigstens eines Temperatursensors (9) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (10) einen Abgleich zwischen der aktuellen Rotorlage des Rotors des Elektromotors (16) und der aktuellen axialen Position des Targets (11) pro Umdrehung des die Gewindemutter (7) zumin dest mittelbar antreibenden Elektromotors (16) durchführt und anhand dessen einen Aktuator (1) zur Einstellung des Lenkwinkels ansteuert.
4. Aktuator (1) für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend ein von einem Gewindetrieb (4) zumindest mittelbar betätigbares Lenkgestänge (2), das in nerhalb eines fahrwerkfesten Gehäuses (3) longitudinal verlagerbar ist, wobei das Lenkgestänge (2) dazu eingerichtet ist, einen Lenkwinkel von zumindest mittelbar da mit verbundenen Rädern einzustellen, wobei der Aktuator (1) einen Rotorla gersensor (6) zur Erfassung einer aktuellen Rotorlage eines zum Betätigen des Ge windetriebs (4) eingerichteten Rotors eines Elektromotors (16) und einen Linear sensor (8) zur Erfassung einer aktuellen axialen Position eines am Lenkgestänge (2) angeordneten Targets (11) umfasst, wobei zumindest die beiden Sensoren (6, 8) je weils mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (10) verbunden sind, und wobei die Steu er- und Auswerteeinheit (10) immer dann, wenn ein definierter Nullpunkt einer axialen Position des Lenkgestänges (2) relativ zum Gehäuse (3) vorliegt, einen Abgleich zwi schen der aktuellen Rotorlage des Rotors und der aktuellen axialen Position des Tar gets (11) durchführt und unter Berücksichtigung einer thermischen Ausdehnung we nigstens des Lenkgestänges (2) den Aktuator (1) zur Einstellung des Lenkwinkels an steuert.
5. Aktuator (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der thermischen Ausdehnung wenigs tens des Lenkgestänges (2) durch Erfassung von aktuellen Temperaturdaten mittels wenigstens eines Temperatursensors (9) erfolgt.
6 Aktuator (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Temperatursensor (9) in der Auswerte- und Steuereinheit (10) integriert ist.
7. Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Temperatursensor (9) am Linearsensor angeordnet ist.
8. Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Temperatursensor (9) ein Außentem peratursensor ist.
9. Hinterachslenkung für ein Fahrzeug, umfassend einen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fahrzeug, umfassend eine Hinterachslenkung nach Anspruch 9 oder einen Ak tuator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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