Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkmo ments in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Bestimmung des Lenkmoments bekannt. Sie werden verwendet, um bei elektromechanischen Lenkungen möglichst ein ausgeübtes Lenkmoment zu bestimmen und in Abhängigkeit davon die Räder des Kraftfahrzeugs zu steuern. Das Lenkmoment kann dabei vom Fahrer durch Bedienung eines Lenkmittels, wie beispielsweise eines Lenkrads, oder durch den Untergrund, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, ausgeübt werden.

Aus der WO 2018/195373 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Eingangswelle, einer Aus gangswelle, einem verdrehbaren Verbindungsmittel, einem Statormittel und einem mehrpoligen Magnetmittel bekannt. Das Magnetmittel ist an der Eingangswelle befes tigt. Das Statormittel ist an der Ausgangswelle befestigt. Die Eingangswelle ist mit der Ausgangswelle über das verdrehbare Verbindungsmittel verbunden. Das Statormittel umfasst drei Statorelemente, die jeweils benachbart zueinander angeordnet sind, wo bei ein Luftspalt zwischen den Statorelementen angeordnet ist. Ein erstes Sensormit tel ist zwischen einem ersten der Statorelemente und einem zweiten der Statorele mente angeordnet. Ein zweites Sensormittel ist zwischen dem zweiten Statorelement und einem dritten der Statorelemente angeordnet.

Bei einer Verdrehung der Eingangswelle relativ zur Ausgangswelle entsteht ein mag netischer Fluss zwischen den Statorelementen. Die Flussrichtung ist dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement entgegengesetzt zur Flussrichtung zwi schen dem zweiten und dem dritten Statorelement. Bei der Berechnung des Lenkmo ments werden die beiden gemessenen Flussdichten vektoriell voneinander subtra hiert, sodass sich der Betrag aufgrund der entgegengesetzten Ausrichtung erhöht. Bei der vektoriellen Subtraktion wird der Einfluss von Störfeldern, die parallel zur gemes senen Flussrichtung verlaufen, verringert oder sogar eliminiert, da diese bei beiden Sensormitteln in der gleichen Richtung verlaufen.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weniger störanfällige Vorrichtung zu schaffen. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug mit einer sol chen Vorrichtung und ein solches Verfahren geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , ein Kraftfahrzeug ge mäß Anspruch 14 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Vorrichtung umfasst eine erste Welle, eine zweite Welle, ein verdrehbares Verbin dungsmittel, ein Statormittel, ein mehrpoliges Magnetmittel, ein erstes Sensormittel und ein zweites Sensormittel. Unter dem verdrehbaren Verbindungsmittel wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere ein Verbindungsmittel verstanden, das in sich selbst verdrehbar ist. Im verdrehten Zustand wirkt ein elastisches Rückstellmo ment auf das Verbindungsmittel in Richtung des unverdrehten Zustands. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Torsionsstab handeln. Das mehrpolige Magnetmittel kann beispielsweise einen einzigen oder mehrere Ringmagnete umfassen. Insbeson dere kann der Ringmagnet mehr als 2, beispielsweise mehr als 6, Pole umfassen. Die Pole können dabei auf einem geometrischen Kreis benachbart zueinander angeordnet sein.

Die erste Welle ist mit der zweiten Welle über das verdrehbare Verbindungsmittel ver bunden. Das Magnetmittel ist an der ersten Welle befestigt. Das Statormittel ist an der zweiten Welle befestigt. Das erste Sensormittel ist dazu ausgebildet, bei einer rotatori schen Relativbewegung des Magnetmittels relativ zum Statormittel eine erste magne tische Flussdichte in einer ersten Richtung zu messen. Diese erste magnetische Flussdichte umfasst dabei einen Flinweis auf das Lenkmoment. Je größer der Betrag der ersten Flussdichte ist, desto größer ist das von einem Fahrer oder vom Unter grund, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt ausgeübte Lenkmoment. Das zweite Sensormittel ist dazu ausgebildet, bei der rotatorischen Relativbewegung des Magnetmittels relativ zum Statormittel eine zweite magnetische Flussdichte in ei ner zweiten Richtung zu messen. Die zweite Richtung ist dabei der ersten Richtung entgegengesetzt. Auch die zweite magnetische Flussdicht umfasst einen Flinweis auf das Lenkmoment. Je größer der Betrag der zweiten Flussdichte ist, desto größer ist das von einem Fahrer oder vom Untergrund, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, ausgeübte Lenkmoment. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann die zweite magnetische Flussdichte vektoriell von der ersten magnetischen Flussdichte subtra hiert werden, sodass der Einfluss von Störfeldern in der Richtung parallel zu einer der Flussrichtungen verringert oder sogar eliminiert wird.

Das zweite Sensormittel ist rotatorisch um mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 150°, versetzt relativ zum ersten Sensormittel angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine ro tatorische Versetzung um 180°. Dabei ist zu beachten, dass zusätzlich zu der rotatori schen Versetzung auch eine translatorische Beabstandung der beiden Sensormittel voneinander vorgesehen sein kann. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um die Flussdichten in unterschiedlichen Richtungen messen zu können. Die Achse, um die das zweite Sensormittel relativ zum ersten Sensormittel versetzt ist, kann insbeson dere die gleiche Achse sein, um die die Wellen drehbar und das Verbindungsmittel verdrehbar sind.

Die rotatorisch versetzte Anordnung des zweiten Sensormittels relativ zum ersten Sensormittel ist vorteilhaft, um den Einfluss von Störfeldern in einer Richtung senk recht zur gemessenen Flussrichtung zu verringern oder zu eliminieren. Versuche ha ben ergeben, dass auf diese Weise beispielsweise der Einfluss von Störfeldern in ei ner Querrichtung der Vorrichtung verringert werden kann, wenn die Flussdichte in der Vertikalrichtung des Kraftfahrzeugs gemessen wird. Unter der Querrichtung wird dabei insbesondere eine Richtung verstanden, die senkrecht zu der Richtung angeordnet ist, in der die magnetische Flussdichte gemessen wird. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Statormittel ein erstes, ein zwei tes, ein drittes und ein viertes Statorelement umfassen. Zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement und zwischen dem dritten und dem vierten Statorelement kann jeweils ein Luftspalt angeordnet sein. Dieser Luftspalt kann vorteilhaft sein, um die magnetischen Flussdichten messen zu können. Die Statorelemente können insbe sondere benachbart zueinander angeordnet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass kein anderes Bauteil zwischen den Statorelementen angeordnet ist.

Die Verwendung von vier Statorelementen hat insbesondere den Vorteil, dass das Statormittel einfacher und günstiger hergestellt werden kann als im Stand der Technik. Vier Statorelemente ermöglichen einen konstruktiv einfacheren Aufbau der einzelnen Statorelemente. Insbesondere das zweite und das dritte Statorelement können durch einfache mechanische Bearbeitungsverfahren wie Stanzen und Biegen hergestellt werden. Dies ist beim mittleren Statorelement aus der WO 2018/195373 A1 nicht der Fall.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Sensormittel zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement angeordnet sein. Das zweite Sensormittel kann zwischen dem dritten und dem vierten Statorelement angeordnet sein. Diese An ordnung kann vorteilhaft sein, um die magnetischen Flussdichten in entgegengesetz ten Richtungen messen zu können.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die erste Welle als Eingangswelle und die zweite Welle als Ausgangswelle ausgebildet sein. Die Eingangswelle kann insbesondere mit einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbindbar sein, während die Ausgangswelle mit den Rädern des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.

Nach einer Ausführungsform kann jedes der Statorelemente das Magnetmittel umge ben. Es ist insbesondere möglich, dass das Magnetmittel und die Statorelemente kon zentrisch zueinander angeordnet sind. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Sensormittel ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement umfassen. Das zweite Sensormittel kann ein drittes Sensorelement und ein viertes Sensorelement umfassen. Das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement können rotatorisch versetzt zueinander angeordnet sein. Das gleiche gilt für das dritte und das vierte Sensorelement. Die Ver setzung der Sensormittel zueinander kann dabei um die gleiche Achse vorgesehen sein wie die Versetzung der Sensormittel relativ zueinander

Die Verwendung der Sensorelemente ist insbesondere vorteilhaft, um den Einfluss magnetischer Störfelder in einer weiteren Richtung senkrecht zu den gemessenen Flussrichtungen zu verringern. Versuche haben ergeben, dass auf diese Weise bei spielsweise der Einfluss von Störfeldern in einer Längsrichtung der Vorrichtung verrin gert werden kann. Die Längsrichtung kann sich dabei insbesondere senkrecht zur Richtung erstrecken, in der die magnetische Flussdichte gemessen wird. Außerdem kann sich die Längsrichtung senkrecht zur Querrichtung erstrecken.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung ein Berechnungsmit tel umfassen. Das erste Sensormittel und das zweite Sensormittel können dazu aus gebildet sein, jeweils ein Signal an das Berechnungsmittel auszugeben. Das jeweilige Signal kann einen Hinweis auf die jeweils gemessene magnetische Flussdichte um fassen. Das Berechnungsmittel kann dazu ausgebildet sein, unter Verwendung der Signale das Lenkmoment zu berechnen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können das erste und das zweite Sensor mittel jeweils einen Hallsensor umfassen. Dies ist eine besonders einfache Ausgestal tung, um die magnetischen Flussdichten zu messen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Statorelemente jeweils Vor sprünge und zwischen den Vorsprüngen angeordnete Zwischenräume aufweisen. Die Vorsprünge des ersten Statorelements können in die Zwischenräume des zweiten Statorelements ragen. Die Vorsprünge des zweiten Statorelements können in die Zwi- schenräume des ersten Statorelements ragen. Die Vorsprünge des dritten Statorele ment können in die Zwischenräume des vierten Statorelements ragen. Die Vor sprünge des vierten Statorelements können in die Zwischenräume des dritten Stato relements ragen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Statorelemente jeweils einen Grundkörper und einen ersten Ausleger umfassen. Die jeweiligen Vorsprünge und der jeweilige erste Ausleger sind am Grundkörper des jeweiligen Statorelements angeord net. Die Ausleger können insbesondere L-förmig ausgebildet sein. Es ist insbesondere möglich, dass die Ausleger einen ersten Schenkel aufweisen, der sich in etwa senk recht vom jeweiligen Vorsprung weg erstreckt. Außerdem können die Ausleger einen zweiten Schenkel aufweisen, der sich in etwa parallel zum jeweiligen Vorsprung er streckt. Dabei kann der erste Ausleger des ersten Statorelements gegenüber dem ers ten Ausleger des zweiten Statorelements angeordnet sein. Der erste Ausleger des dritten Statorelements kann gegenüber dem ersten Ausleger des vierten Statorele ments angeordnet sein. Die zweiten Schenkel zweier einander gegenüber angeordne ten ersten Ausleger können sich dabei ausgehend vom jeweiligen ersten Schenkel aufeinander zu erstrecken.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Sensormittel am ersten Ausleger des ersten oder des zweiten Statorelements angeordnet sein. Das zweite Sensormittel kann am ersten Ausleger des dritten oder des vierten Statorelements an geordnet sein. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft für eine präzise Messung der magnetischen Flussdichten.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Statorelemente jeweils einen zweiten Ausleger umfassen. Die zweiten Ausleger können dabei genauso oder ähn lich geformt sein wie oben in Bezug auf den ersten Ausleger beschrieben. Der zweite Ausleger kann jeweils am Grundkörper des jeweiligen Statorelements angeordnet sein. Ein drittes Sensormittel kann am zweiten Ausleger des ersten oder des zweiten Statorelements angeordnet sein. Ein viertes Sensormittel kann am zweiten Ausleger des dritten oder des vierten Statorelements angeordnet sein. Das dritte Sensormittel kann um mehr als 90°, vorzugsweise um mehr als 150°, besonders vorzugsweise um 180° rotatorisch versetzt zum ersten Sensormittel angeordnet sein. Das vierte Sensor mittel kann um mehr als 90°, vorzugsweise um mehr als 150°, besonders vorzugs weise um 180° rotatorisch versetzt zum zweiten Sensormittel angeordnet sein. Das dritte und das vierte Sensormittel sind vorteilhaft für eine präzisere Bestimmung des Lenkmoments.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Statorelemente jeweils ringför mig ausgebildet sein.

Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 14 umfasst eine Vorrichtung nach einer Ausfüh rungsform der Erfindung, ein Lenkmittel wie beispielsweise ein Lenkrad und lenkbare Räder. Das Lenkmittel ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment auf die erste Welle aus zuüben. Die zweite Welle ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment auf die lenkbaren Rä der auszuüben. Dieses Drehmoment kann insbesondere ein Verschwenkung der Rä der um eine Vertikalachse des Kraftfahrzeugs bewirken.

Beim Verfahren gemäß Anspruch 15 werden die erste und die zweite magnetische Flussdichte in den jeweiligen Richtungen gemessen. Anschließend werden die Fluss dichten voneinander vektoriell subtrahiert, sodass sich der Betrag erhöht und der Ein fluss von Störfeldern verringert wird. Mit dem Ergebnis der vektoriellen Subtraktion wird dann das Lenkmoment berechnet.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Statormittels nach einer Ausfüh rungsform der Erfindung mit vier Statorelementen und acht L-förmigen Aus legern; Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Statormittels nach einer Ausfüh rungsform der Erfindung mit vier Statorelementen und vier L-förmigen Aus legern;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Statormittels nach einer Ausfüh rungsform der Erfindung mit vier Statorelementen und acht geraden Ausle gern; und

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein Statormittel nach einer Ausführungs form der Erfindung mit jeweils zwei Auslegern an den Statorelementen.

Das Statormittel 100 umfasst ein erstes Statorelement 101 , ein zweites Statorelement 102, ein drittes Statorelement 103 und ein viertes Statorelement 104. Zwischen den Statorelementen 101 -104 ist jeweils ein Luftspalt angeordnet. Das erste Statorelement 101 ist benachbart zum zweiten Statorelement 102 angeordnet. Das zweite Statorele ment 102 ist zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem dritten Statorelement 103 angeordnet. Das dritte Statorelement 103 ist zwischen dem zweiten Statorele ment 102 und dem vierten Statorelement 104 angeordnet.

Jedes der Statorelemente 101-104 weist Vorsprünge 113 auf, zwischen denen Zwi schenräume angeordnet sind. Dabei ragen die Vorsprünge 113 des ersten Statorele ments 101 in die Zwischenräume des zweiten Statorelements 102. Die Vorsprünge 113 des zweiten Statorelements 102 ragen in die Zwischenräume des ersten Statorel ements 101. Die Vorsprünge 113 des dritten Statorelements 103 ragen in die Zwi schenräume des vierten Statorelements 104. Die Vorsprünge 113 des vierten Stato relements 104 ragen in die Zwischenräume des dritten Statorelements 103. Die Vor sprünge sind an einem ringförmigen Grundkörper des jeweiligen Statorelements ange ordnet.

Am ersten Statorelement 101 ist am Grundkörper ein L-förmiger Ausleger 105 ange ordnet. Am zweiten Statorelement 102 ist am Grundkörper ein L-förmige Ausleger 106 angeordnet. Dabei ist der Ausleger 105 dem Ausleger 106 gegenüber angeordnet. Je der der Ausleger 105 und 106 weist einen senkrecht vom Grundkörper weg ragenden ersten Schenkel und einen parallel zu einem der Vorsprünge 113 angeordneten Schenkel auf, der sich vom ersten Schenkel weg in Richtung des jeweiligen anderen Auslegers 106 bzw. 105 erstreckt. Am dritten Statorelement 103 ist am Grundkörper ein L-förmiger Ausleger 107 angeordnet. Am vierten Statorelement 104 ist am Grund körper ein L-förmiger Ausleger 108 angeordnet. Die Ausleger 107 und 108 sind ähn lich oder gleich ausgebildet wie die zuvor beschriebenen Ausleger 105 und 106.

Rotatorisch versetzt zu den Auslegern 105-108 ist an jedem der Statorelemente 101 - 104jeweils ein weiterer L-förmiger Ausleger 109-112 angeordnet, die ähnlich oder gleich ausgebildet sind wie die zuvor beschriebenen Ausleger 105-108. Dabei sind die Ausleger 105, 106, 111 und 112 um mehr als 90°, insbesondere mehr als 150°, näm lich um 180° rotatorisch versetzt relativ zu den Auslegern 107-110 angeordnet.

Die Ausleger 105-112 werden beim Betrieb einer Vorrichtung nach einer Ausführungs form der Erfindung zur Anordnung von Sensormitteln genutzt, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Wenn das Statormittel 100 beispielsweise an einer Ausgangswelle angeordnet ist und einen Ringmagnet umschließt, der an einer Eingangswelle ange ordnet ist, und das Statormittel 100 relativ zum Ringmagnet rotatorisch bewegt wird, entsteht ein Magnetfluss zwischen den Auslegern 105 und 106, zwischen den Ausle gern 107 und 108, zwischen den Auslegern 109 und 110 und zwischen den Auslegern

111 und 112. Dabei ist die Flussrichtung zwischen den Auslegern 105 und 106 und den Auslegern 109 und 110 genau entgegengesetzt zur Flussrichtung zwischen den Auslegern 107 und 108 und den Auslegern 111 und 112.

Ein in den Figuren nicht dargestelltes erstes Sensormittel wird zwischen den Ausle gern 105 und 106 angeordnet. Ein zweites Sensormittel wird zwischen den Auslegern 107 und 108 angeordnet. Ein drittes Sensormittel wird zwischen den Auslegern 109 und 110 angeordnet. Ein viertes Sensormittel wird zwischen den Auslegern 111 und

112 angeordnet. Wenn nun die mit den Sensormitteln gemessenen Flussdichte zwi- sehen den Auslegern 105 und 106 vektoriell von der gemessenen Flussdichte zwi schen den Auslegern 107 und 108 subtrahiert wird, wird der Einfluss magnetischer Störfelder auf die Messung verringert, die parallel zu einer der gemessenen Flussdich ten verlaufen. Das gleiche gilt analog für durch Sensormittel gemessene Flussdichten zwischen den Auslegern 109 und 110 und den Auslegern 111 und 112.

Die vektorielle Subtraktion der magnetischen Flussdichten an Auslegern, die um mehr als 90°, insbesondere mehr als 150°, nämlich um 180° rotatorisch versetzt zueinander angeordnet sind (z.B. Ausleger 105, 106 und 107, 108) ist vorteilhaft, um den Einfluss von Störfeldern zu verringern, die senkrecht zu den gemessenen Flussdichten verlau fen. Beim Statormittel 100 in Figur 1 ist dies die Zeichnungsebene.

Das Statormittel 200 aus Figur 2 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Statormittel 100 aus Figur 1 dadurch, dass die Ausleger 109, 110, 111 und 112 nicht vorhanden sind. Dies führt somit zu einer Gewichtsersparnis und weniger Materialverbrauch bei der Fierstellung. Die Funktionsweise ändert sich dadurch jedoch nicht. Es geht ledig lich ein wenig Präzision verloren, da weniger Messdaten vorhanden sind. Dabei ist wichtig, dass die noch vorhandenen Ausleger 105 und 106 um mehr als 90°, insbe sondere mehr als 150°, nämlich um 180° rotatorisch versetzt relativ zu den Auslegern 107 und 108 angeordnet sind.

Das Statormittel 300 aus Fig. 3 unterscheidet sich vom Statormittel 100 aus Figur 1 durch die Form der Ausleger 109, 110, 111 und 112. Die Funktionsweise bleibt jedoch dabei grundlegend gleich.

Beim Statormittel 400 aus Fig. 4 ist im Vergleich zum Statormittel 200 aus Fig. 2 die doppelte Anzahl an Auslegern vorgesehen. Die Ausleger 402 und 403 sind dabei am ersten Statorelement 401 angeordnet. Durch sie verdeckt sind zwei weitere direkt da runter angeordnete Ausleger am zweiten Statorelement 401 angeordnet. Am dritten Statorelement sind die Ausleger 404 und 405 angeordnet, die ebenfalls zwei weitere am vierten Statorelement angeordnete Ausleger verdecken. Die Ausleger 402 und 403 sind dabei rotatorisch versetzt zueinander angeordnet. Das gleiche gilt für die von ihnen verdeckten Ausleger und die Ausleger 404 und 405 und die durch diese verdeckten Ausleger. Zwischen einem der Ausleger 402-405 und dem jeweils von diesem verdeckten Ausleger ist jeweils ein Sensormittel anordenbar. Die Funktionsweise ähnelt dabei der in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebenen Funktionsweise. Der Vorteil ist insbesondere, dass bei der vektoriellen Subtraktion der Messwerte zwischen dem Ausleger 405 und dem von diesem verdeckten Ausleger von den Messwerten zwischen dem Ausleger 402 und dem von diesem verdeckten Ausleger der Einfluss weiterer Störfelder in einer weiteren senkrecht zur Flussrichtung des gemessenen magnetischen Feldes verlaufenden Richtung verringert oder sogar eliminiert werden kann. Das gleiche gilt für die vektorielle Subtraktion der Messwerte zwischen dem Ausleger 404 und dem von diesem verdeckten Ausleger von den Messwerten zwischen dem Ausleger 403 und dem von diesem verdeckten Ausleger.

Bezugszeichenliste

100 Statormittel

101 Erstes Statorelement

102 Zweites Statorelement

103 Drittes Statorelement

104 Viertes Statorelement

105 Ausleger

106 Ausleger

107 Ausleger

108 Ausleger

109 Ausleger

110 Ausleger

111 Ausleger

112 Ausleger

113 Vorsprung

200 Statormittel

300 Statormittel

400 Statormittel

401 Erstes Statorelement

402 Ausleger

403 Ausleger

404 Ausleger

405 Ausleger