Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator für ein Steer-By-Wire-System mit einem Bauteil, insbesondere einer Achse oder einer Welle, das entlang einer linearen Trajektorie bewegbar ist, und mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Position des Bauteils. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur zur Bestimmung der Position eines Bauteils eines Linearaktuators für ein Steer-By-Wire-System, wobei das Bauteil, insbesondere eine Achse oder eine Welle, entlang einer linearen Trajektorie bewegbar ist, und wobei mit einer Messvorrichtung die Position des Bauteils bestimmt wird.

Ein derartiger Linearaktuator für ein als Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ausgebildetes Steer-By-Wire-System ist beispielsweise aus der DE 102008032 046 A1 bekannt. Der Linearaktuator umfasst ein linear bewegbares Bauelement, das nach Art einer Welle ausgebildet ist und mit schwenkbaren Radträgern des Kraftfahrzeugs verbunden wird, um die Räder des Kraftfahrzeugs auszulenken. Bei derartigen Linearaktuatoren ist es zur Regelung bzw. Steuerung grundsätzlich erforderlich, die Position des bewegbaren Bauteils entlang seiner linearen Trajektorie zu bestimmen. Typischerweise kommen hierzu Messvorrichtungen zu Anwendung, die einen relativ großen Bauraum benötigen. Dies kann dazu führen, dass das Gehäuse des Linearaktuators vergrößert oder die Messvorrichtung im Wesentlichen außerhalb des Gehäuses angeordnet werden muss.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine kompakte Ausgestaltung eines Linearaktuators für ein Steer-By-Wire-System zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Linearaktuator für ein Steer-By-Wire-System mit einem Bauteil, insbesondere einer Achse oder einer Welle, das entlang einer linearen Trajektorie bewegbar ist, und mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Position des Bauteils, wobei die Messvorrichtung eine Spule zur induktiven Bestimmung der Position des Bauteils umfasst, wobei die Spule koaxial zu der linearen Trajektorie des Bauteils angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Linearaktuator umfasst eine Messvorrichtung, die zur induktiven Bestimmung der Position des linear bewegbaren Bauteils eine Spule aufweist. Durch die Anordnung der Spule koaxial zu der linearen Trajektorie des bewegbaren Bauteils kann das Bauteil in die Spule eintauchen. Die Spule kann zusammen mit dem Bauteil innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet werden. Es ist nicht erforderlich, die Spule in einer Stellung anzuordnen, die von der Trajektorie des Bauteils beabstandet ist. Folglich ermöglicht die Erfindung eine kompakte Ausgestaltung des Linearaktuators.

Bevorzugt ist die Spule als Zylinderspule ausgebildet. Die Zylinderachse der Zylinderspule fällt bevorzugt mit der Trajektorie des bewegbaren Bauteils zusammen. Die Zylinderspule ist bevorzugt als Luftspule ausgebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spule auf einem Spulenträger angeordnet ist. Der Spulenträger kann die Spule in einer Stellung halten, in welcher sie koaxial zu der Trajektorie des Bauteils angeordnet ist. Bevorzugt ist die Spule an einer Außenkontur des Spulenträgers angeordnet. Der Spulenträger kann eine Ausnehmung aufweisen, die es ermöglicht, das bewegbare Bauteil durch die Ausnehmung hindurch zu führen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Spulenträger als Spritzgussteil ausgebildet ist, insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Spulenträgers.

Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Spulenträger einen Aufnahmebereich für die Spule und einen Befestigungsbereich zur Befestigung des Spulenträgers in einer Ausnehmung eines Gehäuses aufweist, welches die Trajektorie des Bauteils umschließt. Somit kann der Spulenträger einerseits eine Halterung für die Spule bereitstellen und andererseits, die Spule innerhalb des Gehäuses festlegen. Bevorzugt ist der Aufnahmebereich hohlzylindrisch ausgebildet, sodass die Spule an einer Außenkontur des Aufnahmebereichs angeordnet sein kann und das bewegbare Bauelement in einer Ausnehmung bzw. Bohrung des hohlzylindrischen Aufnahmebereichs.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Linearaktuator eine Abdeckung, die in einer Ausnehmung eines die Trajektorie des Bauteils umschließenden Gehäuses angeordnet ist, wobei der Spulenträger mit der Abdeckung verbunden ist. Bevorzugt ist der Spulenträger mittels des Befestigungsbereichs des Spulenträgers mit der Abdeckung verbunden. Durch die Abdeckung kann die Ausnehmung des Gehäuses abgedeckt werden und gleichzeitig der Spulenträger mit der Spule gegenüber dem Gehäuse festgelegt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn der Linearaktuator eine mit der Spule verbundene Auswerteelektronik umfasst, die bevorzugt innerhalb einer Abdeckung angeordnet ist, die in einer Ausnehmung eines die Trajektorie des Bauteils umschließenden Gehäuses angeordnet ist. In der Abdeckung kann die Auswerteelektronik platzsparend angeordnet werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, eine externe, also außerhalb des Gehäuses angeordnete, Auswertelektronik vorzusehen, die beispielsweise über Kabel oder eine andere elektrische Verbindung mit der Spule verbunden werden muss.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Messvorrichtung zwei, insbesondere genau zwei, Spulen zur induktiven Bestimmung der Position des Bauteils umfasst, wobei die Spulen koaxial zu der linearen Trajektorie des Bauteils angeordnet sind. Durch die Verwendung zweier Spulen wird es möglich, eine differentielle Auswertung der Messungen vorzunehmen. Dabei wird nicht das Signal genau einer Spule ausgewertet, sondern die Differenz der Signale beider Spulen. Hierdurch kann der Einfluss störender Fremdfelder reduziert und die Robustheit der Messung verbessert werden. Bevorzugt sind die beiden Spulen identisch ausgebildet und/oder spiegelsymmetrisch angeordnet. Bevorzugt sind beide Spulen jeweils auf einem Spulenträger angeordnet. Die Spulenträger der beiden Spulen können jeweils mit einer Abdeckung verbunden sein, die in einer Ausnehmung eines die Trajektorie des Bauteils umschließenden Gehäuses angeordnet ist. Bevorzugt ist in der Abdeckung eine Auswerteeinheit angeordnet, die mit beiden Spulen verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Differenz der durch die beiden Spulen gemessenen Signale zu erzeugen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem Bauteil ein Target aus einem ferromagnetischen Material angeordnet ist. Durch das Target aus ferromagnetischem Material kann die Induktivität der einen Spule oder der beiden Spulen verändert werden, so dass die Position des Targets - und damit die Position des Bauteils - in Abhängigkeit von der Induktivität der Spule ermittelt werden kann.

Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Bauteil einen Materialübergang oder eine Targetkontur umfasst, die von der Spule detektierbar ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Materialübergang um einen Materialübergang, in dem sich die magnetischen Eigenschaften des Materials ändern. Dieser Materialübergang kann - ähnlich wie ein an dem Bauteil befestigtes Target, dass von dem Bauteil abweichende magnetische Eigenschaften aufweist - dir Induktivität der einen Spule oder der beiden Spulen verändern.

Gemäß einerweitere, alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauteil aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet und an dem Bauteil ist ein Target aus Duplexstahl angeordnet. Durch das Target kann die Induktivität der einen Spule oder der beiden Spulen verändert werden, so dass die Position des Targets - und damit die Position des Bauteils - in Abhängigkeit von der Induktivität der Spule ermittelt werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Bauteils eines Linearaktuators für ein Steer-By-Wire-System, wobei das Bauteil, insbesondere eine Achse oder eine Welle, entlang einer linearen Trajektorie bewegt wird, und wobei mit einer Messvorrichtung die Position des Bauteils bestimmt wird, die eine Spule zur induktiven Bestimmung der Position des Bauteils umfasst und koaxial zu der linearen Trajektorie des Bauteils angeordnet ist.

Bei dem Verfahren können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Linearaktuator beschrieben worden sind. Auch die im Zusammenhang mit dem Linearaktuator erläuterten vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale können bei dem Verfahren allein oder in Kombination Anwendung finden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearaktuators in einer schematischen Schnittdarstellung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearaktuators in einer schematischen Schnittdarstellung; und

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, die bei einem Linearaktuator gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 Verwendung finden kann; und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, die bei einem Linearaktuator gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 Verwendung finden kann.

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Linearaktuators 1 dargestellt, der erfindungsgemäß ausgebildet ist. Der Linearaktuator 1 ist zur Verwendung als Teil einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet und kann ein Rad des Kraftfahrzeugs auslenken. Der Linearaktuator 1 umfasst einen Antrieb 3, der beispielsweise als Elektromotor ausgestaltet sein kann. Der Antrieb 3 ist über ein Getriebe 4 mit einem linear bewegbaren Bauteils 2 gekoppelt, das nach Art eine Achse ausgebildet ist. Das Getriebe 4 ist dazu eingerichtet, eine Drehbewegung des Antriebs 3 in eine lineare Bewegung des Bauteils 2 umzusetzen. Das Bauteil 2 ist entlang einer Trajektorie T bewegbar, die linear ist und sich innerhalb eines Gehäuses 5 des Linearaktuators 1 erstreckt. An eine dem Getriebe 4 gegenüberliegenden Seite des Bauteils 2 ist das Bauteil 2 mit einem Radanbindungs element 7 verbunden, an welche ein Radträger angebunden werden kann, welcher das zu lenkende Rad des Kraftfahrzeugs trägt. Das Radanbindungselement 7 ist bei dem Ausführungsbeispiel als Öse ausgestaltet. Das Gehäuse 5 des Linearaktuators 1 weist ferner eine Befestigungseinrichtung 6 auf, über welcher der Linearaktuator 1 an einem Fahrwerkelement oder einem Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann.

Ein weiterer Bestandteil des Linearaktuators 1 ist eine Messvorrichtung 10 mittels derer die Position des Bauteils 2 entlang seiner Trajektorie T bestimmt werden kann. Die Messvorrichtung 10 ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung des Linearaktuators 1 und soll näher im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 beschrieben werden.

Die Darstellung in Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearaktuators 1, bei dem solche Elemente, die eine identische Funktion wie bei dem Linearaktuator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausüben auch mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem Linearaktuator 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein bewegbares Bauteil 2 vorgesehen, welches an zwei Enden jeweils mit einem Radträgeranbindungselement 7, 8 verbunden ist. Daher können mit dem Linearaktuator 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Räder einer gemeinsamen Achse ausgelenkt werden.

In Fig. 2 ist ein Bereich durch gestrichelte Linien gekennzeichnet, in dem die Messvorrichtung 10 zur Bestimmung der Position des Bauteils 2 angeordnet werden kann. Geeignete Messvorrichtungen 10 werden im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 erläutert.

In der Fig. 3 ist eine Messvorrichtung 10 schematisch dargestellt, die bei einem erfindungsgemäßen Linearaktuator - beispielsweise gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 - Anwendung finden kann. Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Spule 11, mittels derer die Position des Bauteils 2 induktiv bestimmt werden kann. Gemäß der Erfindung ist die Spule 11 koaxial zu der linearen Trajektorie T des Bauteils 2 angeordnet und kann daher vollständig im Innenraum des Gehäuses 5 des Linearaktuators 1 angeordnet werden. Hierdurch wird eine kompakte Ausgestaltung ermöglicht.

Die Spule 11 ist auf einem Spulenträger 12 angeordnet, der als Spritzgussteil ausgebildet ist, beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil. Der Spulenträger 12 umfasst einen hohlzylindrisch ausgebildeten Aufnahmebereich 12.1 für die Spule 11 und einen Befestigungsbereich 12.2 zur Befestigung des Spulenträgers 12 in einer Ausnehmung 5.1 des Gehäuses 5. Der Befestigungsbereich 12.2 ist mit einer Abdeckung 13 verbunden. Die Abdeckung 13 ist in einer Ausnehmung 5.1 des die Trajektorie des Bauteils 2 umschließenden Gehäuses 5 angeordnet. Innerhalb der Abdeckung 13 ist eine mit der Spule 11 verbundene Auswerteelektronik 14 angeordnet, über welche die Auswertung dem durch die Spule 11 gemessenen Signale erfolgt.

Das Bauteil 2 gemäß Fig. 3 umfasst eine Targetkontur 9, die von der Spule 11 detektierbar ist. Im vorliegenden Fall weist die Targetkontur 9 einen größeren Querschnitt senkrecht zur Trajektorie T des Bauteils 2 auf. Sobald sich die Targetkontur 9 gegenüber der Spule 11 bewegt, verändert sie die Induktivität der Spule 11. Die Auswerteeinheit wertet die durch die Spule 11 gemessenen Signale aus und bestimmt anhand der Induktivität bzw. anhand der Änderung der Induktivität die Position der Targetkontur 9 und damit auch die Position des Bauteils 2.

Gemäß einer Abwandlung des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels kann das Bauteil 2 anstelle oder zusätzlich zu einer Targetkontur einen Materialübergang aufweisen, der durch die Spule 11 detektierbar ist. In einem solchen Materialübergang ändern sich die magnetischen Eigenschaften des Materials des Bauteils 2, beispielsweise weil zwei Teilelemente des Bauteils 2 mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aneinandergrenzen.

Eine weitere Abwandlung des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels sieht vor, dass an dem Bauteil 2 ein Target aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist oder dass das Bauteil 2 aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist und an dem Bauteil 2 ein Target aus Duplexstahl ausgebildet ist.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer Messvorrichtung 1 für einen erfindungsgemäßen Linearaktuator 1. Diese Messvorrichtung 1 entspricht grundsätzlich der Messvorrichtung 1 nach Fig. 3 mit dem Unterschied, dass sie genau zwei Spulen 11 zur induktiven Bestimmung der Position des Bauteils 2 umfasst. Beide Spulen 11 sind spiegelsymmetrisch, koaxial zu der linearen Trajektorie T des Bauteils angeordnet und sind identisch ausgestaltet. Beide Spulen 11 sind mit der Auswerteelektronik 14 verbunden, die derart eingerichtet ist, dass sie die Differenz der durch die beiden Spulen 11 gemessenen Signale ermitteln und daraus die Position des Bauteils 2 bestimmen kann. Mit den vorstehend beschriebenen Linearaktuatoren 1 kann ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Bauteils 2 des Linearaktuators 1 für ein Steer-By-Wire-System durchgeführt werden, wobei das Bauteil 2, insbesondere eine Achse oder eine Welle, entlang der linearen Trajektorie T bewegt wird, und wobei mit der Messvorrichtung 10 die Position des Bauteils 2 bestimmt wird. Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Spule 11 zur induktiven Bestimmung der Position des Bauteils 2 und ist koaxial zu der linearen Trajektorie T des Bauteils 2 angeordnet.

Bezugszeichenliste

1 Linearaktuator

2 Bauteil

3 Antrieb

4 Getriebe

5 Gehäuse

5.1 Ausnehmung

6 Befestigungselement

7 Radträgeranbindungselement

8 Radträgeranbindungselement

9 T argetkontur

10 Messvorrichtung

11 Spule

12 Spulenträger

12.1 Aufnahmebereich

12.2 Befestigungsbereich

13 Abdeckung

14 Auswerteelektronik

19 Materialübergang t Trajektorie