Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs und Verfahren zum Erfassen mindestens eines von einem Signalgeber ausgehenden Signals mittels eines Siqnalempfän- gers

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs mit einem Gelenkinnenteil und mit einem Gelenkgehäuse, wobei das Gelenkinnenteil kipp- und drehbeweglich in dem Gelenkgehäuse gelagert ist, und mit einer Sensoreinrichtung, wobei ein Signalgeber der Sensoreinrichtung mit einem Signalempfänger der Sensoreinrichtung zusammenwirkt, und der Signalgeber als ein Magnetfeld- Erzeugungselement ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen mindestens eines von einem Signalgeber ausgehenden Signals mittels eines Signalempfängers, wobei eine Sensoreinrichtung den Signalgeber und den Signalempfänger aufweist, und ein Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs die Sensoreinrichtung aufweist, wobei das Kugelgelenk ein Gelenkinnenteil und ein Gelenkgehäuse aufweist, und das Gelenkinnenteil kipp- und drehbeweglich in dem Gelenkgehäuse gelagert wird, wobei mittels des als ein Magnetfeld- Erzeugungselement ausgebildeten Signalgebers ein Magnetfeld erzeugt wird.

Ein derartiges Kugelgelenk und ein solches Verfahren sind aus der DE 10 2020 207 191 A1 bekannt. Hierbei weist der Signalempfänger einen einzelnen Hall-Sensor als ein Magnetfeldsensor auf. Als Magnetfeld-Erzeugungselement wird ein Magnet verwendet. In diesem Zusammenhang ist bekannt, dass entweder ein axial magnetisierter Magnet oder ein diametral magnetisierter Magnet zum Einsatz kommen kann. Abhängig von der Ausbildung des Magneten kann mittels eines axial magnetisierten Magneten ein Kippwinkel oder mittels eines diametral magnetisierten Magneten ein Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse erfasst bzw. ermittelt werden. Mit einer geeigneten Auswertung kann beispielsweise bei der Verwendung in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs auf der Basis des Kippwinkels ein Höhenstand des Fahrwerks oder auf der Basis des Drehwinkels ein Lenkwinkel bestimmt werden.

Von Nachteil ist jedoch, dass bisherige Sensoreinrichtungen in Kugelgelenken nicht die Ermittlung und/oder Erfassung sowohl des Kippwinkels als auch des Drehwinkels ermöglichen. Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ein Kugelgelenk und/oder ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Kippwinkel und der Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse gleichzeitig erfasst oder ermittelt werden können. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Kugelgelenk nach Anspruch 1 und mittels eines Verfahrens nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk ist für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kugelgelenk ein Bestandteil eines Fahrwerks und/oder einer Fahrwerkkomponente. Im Fahrzeugbau kommen Kugelgelenke auf vielfältige Weise zum Einsatz. Insbesondere im Fahrwerk dienen Kugelgelenke dazu, Fahrwerkkomponenten, wie beispielsweise Lenkerbauteile, Radträger, Spurstangen oder dergleichen, gelenkig miteinander oder mit dem Fahrzeugaufbau bzw. einem daran befestigten Achsträger zu verbinden.

Das Kugelgelenk weist ein Gelenkinnenteil auf. Das Gelenkinnenteil kann beispielsweise als ein Kugelzapfen oder als eine Kugelhülse ausgebildet sein. Des Weiteren weist das Kugelgelenk ein Gelenkgehäuse auf. Insbesondere ist eine Gelenkkugel des Gelenkinnenteils gelenkbeweglich bzw. kipp- und drehbeweglich in dem Gelenkgehäuse gelagert. Das Gelenkgehäuse kann als eine Einzelkomponente oder als ein Bestandteil einer Fahrwerkkomponente ausgebildet sein. Des Weiteren kann das Gelenkgehäuse als eine Gleitlagerung oder als eine Lagerschale, insbesondere aus Kunststoff, ausgebildet sein. Alternativ kann das Gelenkgehäuse als eigenständige Komponente eine Gleitlagerung oder eine Lagerschale aufweisen, in der das Gelenkinnenteil gelenkbeweglich gelagert ist. Die Gleitlagerung oder die Lagerschale kann zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse, insbesondere in einer Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses, angeordnet sein. Die Gehäuseausnehmung kann als eine Durchgangsöffnung des Gelenkgehäuses und/oder in einer Fahrwerkkomponente ausgebildet sein. Das Gelenkgehäuse, die Gleitlagerung und/oder die Lagerschale kann wenigstens einseitig offen ausgebildet sein. Eine weitere Seite des Gelenkgehäuse kann mit einem Verschlusselement, insbesondere einem Verschlussdeckel, verschlossen sein.

Des Weiteren weist das Kugelgelenk eine Sensoreinrichtung auf, wobei ein Signalgeber der Sensoreinrichtung mit einem Signalempfänger der Sensoreinrichtung zusammenwirkt. Der Signalgeber ist als ein Magnetfeld-Erzeugungselement ausgebildet.

Erfindungsgemäß weist der Signalempfänger mehrere Magnetfeldsensoren auf, wobei mittels der Sensoreinrichtung gleichzeitig ein Kippwinkel und ein Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse bestimmbar ist.

Hierbei ist von Vorteil, dass mehrere und demnach mindestens zwei Magnetfeldsensoren in Kombination mit dem als Magnetfeld-Erzeugungselement ausgebildeten Signalgeber eine Ausführung zum gleichzeitigen Bestimmen des Kipp- und Drehwinkels des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse ermöglichen. Insbesondere ergibt sich der Kippwinkel sowie der Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zu einer Mittellängsachse des Gelenkgehäuses. Zum Bestimmen des Kippwinkels und des Drehwinkels kann die Sensoreinrichtung mit einer geeignet ausgebildeten Auswerteeinrichtung verbunden sein.

In der Ausbildung des Gelenkinnenteils als ein Kugelzapfen kann das Gelenkinnenteil eine Gelenkkugel und einen Gelenkzapfen aufweisen. Insbesondere erstreckt sich der Gelenkzapfen des Gelenkinnenteils aus einer Öffnung des Gelenkgehäuses und/oder der Gehäuseausnehmung heraus. Vorzugsweise ermöglicht die Öffnung des Gelenkgehäuses und/oder der Gehäuseausnehmung die gelenkige Beweglichkeit, insbesondere ein Verkippen, des Gelenkinnenteils. Zugleich kann der Durchmesser der Öffnung einen maximalen Kippwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zu einer Mittellängsachse vorgeben bzw. definieren. Insbesondere hat die Öffnung einen Durchmesser, der geringer ist als ein maximaler Außendurchmesser der Gelenkkugel. Vorzugsweise sind die Öffnung des Gelenkgehäuses und/oder der Ge- lenkzapfen an einer von dem Signalgeber und/oder Signalempfänger abgewandten Seite des Kugelgelenks angeordnet.

Insbesondere ist das Kugelgelenk, das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittellängsachse des Kugelgelenks, des Gelenkgehäuses und/oder zu einer Längsachse des Gelenkinnenteils ausgebildet. Die Mittellängsachse kann durch einen Mittelpunkt, der, insbesondere kugelartigen oder kugelförmigen, Gelenkkugel des Gelenkinnenteils verlaufen.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Ausdruck „radial“ eine oder jedwede Richtung kennzeichnen, die senkrecht zur axialen Richtung des Kugelgelenks, des Gelenkinnenteils und/oder der Mittellängsachse verläuft. Des Weiteren kann der Ausdruck „axial“ eine oder jedwede Richtung kennzeichnen, die parallel zur axialen Richtung des Kugelgelenks, des Gelenkinnenteils und/oder der Mittellängsachse verläuft.

Insbesondere ist unter einer bewegbaren und/oder gelenkbeweglichen Lagerung des Gelenkinnenteils eine Kippbeweglichkeit und/oder Drehbeweglichkeit zu verstehen. Vorzugsweise lässt eine gelenkige Verbindung keine translatorische Bewegung des Gelenkinnenteils in Bezug zu dem Gelenkgehäuse zu. Unter „Kippen“ des Gelenkinnenteils wird insbesondere eine Bewegung des Gelenkinnenteils relativ zu dem Gelenkgehäuse verstanden, bei welcher eine Veränderung des Kippwinkels zwischen der Mittellängsachse des Gelenkgehäuses und einer Längsachse des Gelenkinnenteils eintritt. Bevorzugt erfolgt das Kippen um einen Mittelpunkt des Gelenkinnenteils, vorzugsweise der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils. Insbesondere wird unter „Drehen“ des Gelenkinnenteils eine Bewegung des Gelenkinnenteils verstanden, bei welcher das Gelenkinnenteil relativ zu dem Gelenkgehäuse um die Mittellängsachse und/oder um die Längsachse des Gelenkinnenteils unter Veränderung des Drehwinkels gedreht wird.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Signalempfänger mindestens zwei oder mindestens drei Magnetfeldsensoren zum jeweiligen Erfassen eines von dem Signalge- ber ausgehenden Signals auf. Insbesondere ist das ausgehende Signal des Signalgebers als ein Magnetfeldsignal ausgebildet. Der als Magnetfeld-Erzeugungselement ausgebildete Signalgeber erzeugt somit ein Magnetfeld, welches von den mehreren Magnetfeldsensoren positionsabhängig erfasst wird. Die Magnetfeldsensoren können jeweils als 3D-Hall-Sensor, GMR-Sensor, AMR-Sensor oder TMR-Sensor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist jeder Magnetfeldsensor zum Erfassen von mindestens drei Messsignalen ausgebildet, wobei jedes Messsignal einer Raum Komponente des erfassten Signals entspricht. Jedes Messsignal kann somit einer Raumkomponente des vom Signalgeber erzeugten ortsabhängigen Magnetfeldes entsprechen. Insbesondere entsprechen die drei Messsignale eines einzelnen Magnetfeldsensors drei Feldgrößen des erfassten Magnetfelds. In einem dreidimensionalen, kartesischen Raum können die drei Messsignale des jeweiligen Magnetfeldsensors jeweils einer der drei Raumrichtungen zugeordnet sein. Insbesondere entsprechen die drei Messsignale des jeweiligen Magnetfeldsensors jeweils einer Flussdichte Bx, By, Bz in jeweils eine der drei Raumrichtungen X, Y und Z.

Gemäß einer Weiterbildung sind die mehreren Magnetfeldsensoren asymmetrisch zueinander positioniert. Hierdurch ist eine eindeutige Zuordnung des vom Signalgeber erzeugten Magnetfelds in Bezug zum Signalempfänger mit den mehreren Magnetfeldsensoren bestimmbar. Zum asymmetrischen Positionieren der mehreren Magnetfeldsensoren zueinander können die mehreren Magnetfeldsensoren mindestens teilweise unterschiedliche Orientierungen und/oder Abstände zueinander aufweisen. Vorzugsweise sind die mehreren Magnetfeldsensoren an einem Trägerelement angeordnet oder befestigt. Der Signalempfänger kann aus dem Trägerelement und den mehreren Magnetfeldsensoren gebildet sein. Aufgrund der Anordnung oder Befestigung der mehreren Magnetfeldsensoren an einem gemeinsamen Trägerelement ist die Anordnung der mehreren Magnetfeldsensoren zueinander definiert vorgebbar und die Montage des Signalempfängers am Kugelgelenk erleichtert. Alternativ können die mehreren Magnetfeldsensoren symmetrisch zueinander positioniert sein. Vorzugsweise ist bei einer symmetrischen Anordnung der mehreren Magnetfeldsensoren zueinander der Magnet asymmetrisch ausgelegt und/oder ausgebildet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Signalgeber als ein mehrpoliger Magnet ausgebildet. Insbesondere ist der Signalgeber als ein mindestens drei-poliger oder mindestens vier-poliger Magnet ausgebildet. Die Kombination eines derart ausgebildeten mehrpoligen Magneten mit den mehreren Magnetfeldsensoren ermöglicht oder erleichtert eine eindeutige Zuordnung der Position des Signalgebers in Bezug zum Signalempfänger. Hierdurch sind sowohl der Kippwinkel als auch der Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse und/oder zur Mittellängsachse des Kugelgelenks oder des Gelenkgehäuses bestimmbar.

Der Magnet kann kreisscheibenförmig, zylinderförmig oder ringförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise bilden die mehreren Pole des Magneten jeweils einen Zylindersektor des Magneten. Des Weiteren können die mehreren Pole auf einer dem Signalempfänger zugewandten Seite des Signalgebers angeordnet sein. Der Magnet kann die mehreren Pole auf der dem Signalempfänger zugewandten Seite aufweisen, wobei auf einer von dem Signalempfänger abgewandten Seite mehrere Gegenpole ausgebildet bzw. angeordnet sein können.

Vorzugsweise ist der Signalgeber der Sensoreinrichtung an dem Gelenkinnenteil und der Signalempfänger der Sensoreinrichtung an dem Gelenkgehäuse angeordnet. Hierbei kann der Signalgeber in einer Gelenkkugel des Gelenkinnenteils angeordnet sein. Insbesondere ist der Signalgeber in einer Vertiefung der Gelenkkugel angeordnet. Vorzugsweise ist der Signalgeber rotationssymmetrisch zu einer Längsachse des Gelenkinnenteils an diesem angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform kann der Signalgeber an dem Gelenkgehäuse und der Signalempfänger an dem Gelenkinnenteil angeordnet sein.

Von besonderem Vorteil ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen mindestens eines von dem Signalgeber ausgehenden Signals mittels des Signalempfängers, wobei die Sensoreinrichtung den Signalgeber und den Signalempfänger aufweist, und ein Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs die Sensoreinrichtung hat. Hierbei weist das Kugelgelenk ein Gelenkinnenteil und ein Gelenkgehäuse auf, wobei das Gelenkinnenteil kipp- und drehbeweglich in dem Gelenkgehäuse gelagert wird. Mittels des als ein Magnetfeld-Erzeugungselement ausgebildeten Signalgebers wird ein Magnetfeld erzeugt. Erfindungsgemäß weist der Signalempfänger mehrere Magnetfeldsensoren auf, wobei mittels der Sensoreinrichtung gleichzeitig ein Kippwinkel und ein Drehwinkel des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse bestimmt wird.

Vorzugsweise weist der Signalempfänger mindestens zwei oder mindestens drei Magnetfeldsensoren auf, wobei mittels jeweils einem Magnetfeldsensor ein von dem Signalgeber ausgehendes Signal, insbesondere ein Magnetfeld, erfasst wird. Insbesondere ist das erfasste Signal ortsabhängig oder positionsabhängig. Vorzugsweise werden mit jedem der Magnetfeldsensoren jeweils mindestens drei Messsignale erfasst, wobei jedes Messsignal einer Raumkomponente des erfassten Signals entspricht.

Vorzugsweise erzeugt der Signalgeber in der Ausbildung als ein mehrpoliger Magnet ein Magnetfeld, wobei mit jedem der Magnetfeldsensoren jeweils ein, insbesondere positionsabhängiges, Signal des Signalgebers erfasst wird.

Nach einerweiteren Ausführungsform werden die mittels des Signalempfängers erfassten Signale an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet, wobei mit der Auswerteeinrichtung der Kippwinkel und der Drehwinkel bestimmt werden. Die Auswerteeinrichtung kann ein Bestandteil der Sensoreinrichtung sein. Hierbei wird die Bestimmung des Kippwinkels und des Drehwinkels mittels eines Algorithmus oder eines, insbesondere trainierten, neuronalen Netzes durchgeführt. Für ein Training des neuronalen Netzes müssen die entsprechenden Kippwinkel und Drehwinkel gemessen und zur Verfügung gestellt werden.

Vorzugsweise erfolgt ein Training des neuronalen Netzes mit einer Training- Vorrichtung, in der das Gelenkinnenteil definiert ausgelenkt werden kann. Mit einer solchen Trainings-Vorrichtung können Trainingsdaten aufgenommen werden, indem das Gelenkinnenteil in verschiedene Positionen verfahren und/oder ausgerichtet wird und die sich ergebenden Signale, insbesondere drei Feldkomponenten des Magnetfeldes je Magnetfeldsensor, für den Signalempfänger erfasst werden. Insbesondere ist hierbei ein hoher Automatisierungsgrad von Vorteil, da möglichst viele Positionen. vorzugsweise stochastisch, angefahren werden müssen. Nachdem die Trainingsdaten aufgenommen wurden, kann das Training des Netzwerkes beginnen. Schließich ist das neuronale Netz in der Lage auf Grundlage der Signale, insbesondere von drei Feldkomponenten je Magnetfeldsensor, den Kippwinkel und Drehwinkel zu ermitteln. Der Algorithmus bzw. das trainierte Netz kann auf einen Prozessor, insbesondere der Auswerteeinrichtung, aufgespielt werden, der direkt mit den Magnetfeldsensoren verbunden ist. Neben der Ermittlung von Gelenkzustandsgrößen kann der Prozessor eine Kommunikation über ein Bussystem mit einem Steuergerät übernehmen.

Insbesondere mittels eines trainierten künstlichen neuronalen Netzes ist es auf der Basis des mehrpoligen Magneten und dem Signalempfänger mit den mehreren Magnetfeldsensoren möglich, den Kippwinkel und den Drehwinkel des Kugelgelenks gleichzeitig zu bestimmen. Vorzugsweise gibt die Auswerteeinrichtung mindestens einen Nick-Kippwinkel, einen Wank-Kippwinkel und den Drehwinkel aus. Hierbei ist der Kippwinkel in die beiden Winkeltypen Nick-Kippwinkel und Wank-Kippwinkel aufgeteilt. Hierbei ist der Nick-Kippwinkel einem Kippwinkel in Fahrzeuglängsrichtung oder X-Richtung zugeordnet. Der Wank-Kippwinkel ist einem Kippwinkel in Fahrzeugquerrichtung oder Y-Richtung zugeordnet. Mittels des Kippwinkels kann ein Höhenstand des Fahrzeugs oder eines Fahrwerks ermittelt werden.

Gemäß einer Weiterbildung bestimmt die Auswerteeinrichtung mittels der erfassten Signale des Signalempfängers und dem Algorithmus oder dem, insbesondere trainierten, neuronalen Netz zusätzlich zum Kippwinkel und Drehwinkel ein Gelenkspiel und/oder eine Gelenkkraft. Vorzugsweise werden für das Gelenkspiel und/oder die Gelenkkraft dreidimensional aufgelöste Signalkomponenten bestimmt. Für das Training des entsprechenden neuronalen Netzes müssen die entsprechenden Gelenkkräfte und Gelenkspiele gemessen und zur Verfügung gestellt werden.

Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß den im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Kugelgelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann das hier beschriebene Kugelgelenk gemäß den im Zusammenhang mit den Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen ersten Kugelgelenks,

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes weiteres Kugelgelenk,

Fig. 3 ein Ausschnitt einer perspektivischen Seitenansicht des erfindungsgemäßen weiteren Kugelgelenks gemäß Fig. 2 ohne Gelenkgehäuse,

Fig. 4 ein Ausschnitt einer perspektivischen Seitenansicht einer Gelenkkugel und des Signalempfängers für das erfindungsgemäße weitere Kugelgelenk gemäß Fig. 2 und 3,

Fig. 5 eine Draufsicht des Signalempfängers für das erfindungsgemäße weitere Kugelgelenk gemäß Fig. 2 bis 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines neuronalen Netzes für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Figur 1 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen ersten Kugelgelenks 1. Das Kugelgelenk 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Kugelzapfengelenk ausgebildet. Das Kugelgelenk 1 weist ein Gelenkinnenteil 2 auf, das hier als ein Kugelzapfen realisiert ist. Entsprechend weist das Gelenkinnenteil 2 einen Gelenkzapfen 3 auf, der sich aus einem Gelenkgehäuse 4 des Kugelgelenks 1 nach außen heraus erstreckt. Das Gelenkinnenteil 2 hat eine Gelenkkugel 5, die in einer Gehäuseausnehmung 6 des Gelenkgehäuses 4 gelenkbeweglich gelagert ist. Ausgehend von der Gelenkkugel 5 erstreckt sich der Gelenkzapfen 3 aus einer Öffnung 7 des Gelenkgehäuses 4 heraus. Zum Abdichten des Kugelgelenks 1 weist dieses einen Dichtungsbalg 8 auf. Der Dichtungsbalg 8 er- streckt sich zwischen dem Gelenkzapfen 3 und dem Gelenkgehäuse 4. Hierbei ist der Dichtungsbalg 8 sowohl gelenkzapfenseitig als auch gelenkgehäuseseitig gesichert bzw. befestigt.

Das Kugelgelenk 1 bzw. das Gelenkgehäuse 4 weist eine Mittellängsachse 9 auf. Bei der hier dargestellten Position des Gelenkinnenteils 2 fällt eine Längsachse 10 des Gelenkinnenteils 2 mit der Mittellängsachse 9 zusammen. Das Gelenkinnenteil 2 ist um seine Längsachse 10 drehbeweglich gelagert, wie dies hier mit dem Doppelpfeil 11 angedeutet ist. Des Weiteren ist das Gelenkinnenteil 2 in Bezug zur Mittellängsachse 9 kippbeweglich gelagert, wie dies mittels des Doppelpfeils 12 angedeutet ist. Unter einem Kippen des Gelenkinnenteils 2 wird somit eine Bewegung des Gelenkinnenteils 2 relativ zum Gelenkgehäuse 4 verstanden, bei welcher eine Veränderung eines Kippwinkels zwischen der Mittellängsachse 9 des Gelenkgehäuses 4 und der Längsachse 10 des Gelenkinnenteils 2 eintritt. Hierbei erfolgt das Kippen um einen Mittelpunkt 13 des Gelenkinnenteils 2. Unter einem Drehen des Gelenkinnenteils 2 wird eine Bewegung des Gelenkinnenteils 2 verstanden, bei welcher das Gelenkinnenteil 2 relativ zu dem Gelenkgehäuse 4 um die Längsachse 10 des Gelenkinnenteils unter Veränderung eines Drehwinkels gedreht wird.

Das Kugelgelenk 1 weist eine Sensoreinrichtung 14 auf. Die Sensoreinrichtung 14 hat einen Signalgeber 15 und einen Signalempfänger 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 15 an dem Gelenkinnenteil 2 und der Signalempfänger 16 am Gelenkgehäuse 4 angeordnet bzw. befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Signalempfänger 16 in einer Steckereinheit 17 aufgenommen. Der Signalempfänger 16 bzw. die Steckereinheit 17 ist mit einer hier lediglich schematisch angedeuteten Auswerteeinrichtung 18 verbunden. Der Signalgeber 15 ist in der Gelenkkugel 5 des Gelenkinnenteils 2 angeordnet bzw. aufgenommen. Hierbei ist der Signalgeber 15 in einem von dem Gelenkzapfen 3 abgewandten Bereich in der Gelenkkugel 5 aufgenommen. Der Signalgeber 15 ist als ein Magnetfeld-Erzeugungselement ausgebildet. Der konkrete Aufbau der Sensoreinrichtung 14 und deren Funktionsweise wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Figur 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes weiteres Kugelgelenk 19. Aufbau und Funktionsweise des weiteren Kugelgelenks 19 entsprechen weitgehend dem des Kugelgelenks 1 gemäß Figur 1 . Gleiche Merkmale tragen entsprechend gleiche Bezugszeichen wie zuvor. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.

Im Unterschied zu dem Kugelgelenk 1 gemäß Figur 1 weist das Gelenkgehäuse 4 des hier dargestellten Kugelgelenks 19 eine etwas abweichende Gestalt auf. Zudem sind hier zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit die Steckereinheit 17 und die Auswerteeinrichtung 18 weggelassen worden. Es ist zu erkennen, dass der Signalempfänger 16 ein Trägerelement 20 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 20 kreisscheibenförmig ausgebildet. Das Trägerelement 20 kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Seitenansicht des erfindungsgemäßen weiteren Kugelgelenks 19 gemäß Figur 2 unter Weglassung des Gelenkgehäuses 4.

Der Signalgeber 15 ist vollständig in einer Vertiefung 21 in der Oberfläche der Gelenkkugel 5 aufgenommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Signalgeber 15 eine kreisscheibenförmige Gestalt auf. Des Weiteren ist der als ein Magnetfeld- Erzeugungselement ausgebildete Signalgeber 15 hier als ein mehrpoliger Magnet realisiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 15 ein vier-poliger Magnet. Hierbei bilden mehrere Pole 22, 23, 24, 25 des Signalgebers 15 jeweils einen Zylindersektor des Signalgebers 15. Die mehreren Pole 22, 23, 24, 25 sind auf einer dem Signalempfänger 16 zugewandten Seite des Signalgebers 15 angeordnet. Die Pole 22, 24 einerseits und die Pole 23, 25 andererseites weisen jeweils eine gleiche Polarität auf. Hierbei sind die Polaritäten der Pole 22, 24 den Polaritäten der Pole 23, 25 entgegengesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Pole 22, 24 als magnetische Nordpole und die Pole 23, 25 als magnetische Südpole ausgebildet. Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Seitenansicht der Gelenkkugel 5 und des Signalempfängers 16 für das erfindungsgemäße weitere Kugelgelenk 19 gemäß Figuren 2 und 3. Der Signalgeber 15 ist hier nicht näher dargestellt.

Der Signalempfänger 16 weist mehrere Magnetfeldsensoren 26, 27 und 28 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die mehreren Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 als Hall-Magnetfeldsensoren ausgebildet. Des Weiteren sind die Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 bei diesem Ausführungsbeispiel auf einer dem Gelenkinnenteil 2 bzw. der Gelenkkugel 5 zugewandten Seite des Trägerelements 20 angeordnet.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht des Signalempfängers 16 für das erfindungsgemäße weitere Kugelgelenk 19 gemäß Figuren 2 bis 4. Es ist zu erkennen, dass die mehreren Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 asymmetrisch zueinander angeordnet sind. So sind die Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 in unterschiedlichen Orientierungen zueinander und an dem Trägerelement 20 angeordnet. Darüber hinaus weisen bei diesem Ausführungsbeispiel die Magnetfeldsensoren 26, 28 einen anderen Abstand zueinander auf als die Magnetfeldsensoren 26, 28 jeweils zum Magnetfeldsensor 27. Hier weisen die Magnetfeldsensoren 26, 28 einen minimalen Abstand zueinander auf, der geringer ist als der minimalste Abstand des Magnetfeldsensors 27 zum Magnetfeldsensor 26 oder 28.

Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines neuronalen Netzes 29 für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Die Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 erfassen jeweils drei Messsignale, wobei jedes Messsignal einer Raumkomponente des erfassten Signals bzw. des vom Signalgeber 15 erzeugten Magnetfelds entspricht. So entsprechen die drei Messsignale des Magnetfeldsensors 26 jeweils einer Flussdichte Bx_1 , By_1 , Bz_1 in jeweils eine der drei Raumrichtungen X, Y und Z. Hierbei ist einer Fahrzeuglängsrichtung die X- Richtungskomponente, einer Fahrzeugquerrichtung die Y-Richtungskomponente und einer Fahrzeughochachse die Z-Richtungskomponente zugeordnet. Entsprechend ergeben sich drei Messsignale des Magnetfeldsensors 27 als jeweils eine Flussdichte Bx_2, By_2, Bz_2 und für den Magnetfeldsensors 28 als jeweils eine Flussdichte Bx_3, By_3, Bz_3. Es ergeben sich somit bei diesem Ausführungsbeispiel neun Eingangsgrößen für das neuronale Netz.

Auf der Basis der jeweils drei Messsignale der Magnetfeldsensoren 26, 27, 28 kann mittels des entsprechend geeignet trainierten neuronalen Netzs 29 sowohl der Drehwinkel als auch der Kippwinkel des Gelenkinnenteils 2 bei einem Kugelgelenk 1 bzw. 19 gemäß den Figuren 1 bis 5 bestimmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hinsichtlich des Kippwinkels zwischen einem Nick-Kippwinkel in X-Richtung und einem Wank-Kippwinkel in Y-Richtung unterschieden. Hier weist das neuronale Netz lediglich schematisch und beispielhaft angedeutet drei Schichten auf. Alternativ sind auch andere Ausbildungen denkbar.

Nach einer alternativen Ausführungsform kann das neuronale Netz 29 dahingehend ausgelegt bzw. trainiert sein, so dass dieses auf der Basis der gleichen Eingangsgrößen zusätzlich zum Kippwinkel und Drehwinkel, insbeosndere räumlich aufgelöste, Daten zu einem Gelenkspiel und/oder einer in dem Kugelgelenk 1 bzw. 19 wirkenden Gelenkkraft bestimmt werden.

Bezugszeichen

Kugelgelenk Gelenkinnenteil Gelenkzapfen Gelenkgehäuse Gelenkkugel Gehäuseausnehmung Öffnung Dichtungsbalg Mittellängsachse Längsachse Doppelpfeil Doppelpfeil Mittelpunkt Sensoreinrichtung Signalgeber Signalempfänger Steckereinheit

Auswerteeinrichtung Kugelgelenk Trägerelement Vertiefung Pol

Pol Pol Pol Magnetfeldsensor Magnetfeldsensor Magnetfeldsensor neuronales Netz