Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenkaktuator eines Lenksystems eines Fahrzeugs, ein Lenksystem und ein Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführung von Lenksystemen bekannt, wobei grundsätzlich zwischen Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung, auch Servolenkung bezeichnet, und Steer-by-Wire-Lenksystemen unterschieden wird. In beiden Fällen weist das Lenksystem einen elektrischen Antriebsmotor und eine Getriebevorrichtung auf. Der elektrische Antriebsmotor weist einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor mit einer Eingangswelle der Getriebevorrichtung drehmomentübertragend verbunden ist. Die Getriebevorrichtung dient der Übersetzung eines durch den elektrischen Antriebsmotor verursachten Lenkdrehmoments auf eine mit zwei, zu lenkenden Rädern verbundene Lenkstange. Die Getriebevorrichtung umfasst mindestens eine Getriebestufe und mehrere Getriebekomponenten, wobei im Betrieb die beiden Getriebekomponenten aufgrund eines Übersetzungsverhältnisses mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen rotieren.

Bei den Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung wird ein Zusatzdrehmoment eines elektrischen Antriebsmotors zusätzlich zum Fahrerdrehmoment in eine zur Verstellung der zu lenkenden Räder dienende Spurstange eingeleitet. Damit erfolgt die Verstellung des Lenkwinkels der zu lenkenden Räder durch die Kombination aus Fahrer- und Zusatzdrehmoment.

Bei den sogenannten Steer-by-Wire-Lenksystemen erfolgt die Verstellung des Lenkwinkels der Räder ausschließlich durch die durch den elektrischen Antriebsmotors bereitgestellte Lenkleistung, wobei der elektrische Antriebsmotor in Abhängigkeit von einem an einem Lenkrad erfassten Lenkwunsch angesteuert wird und dadurch eine entsprechende Verstellung des Lenkwinkels der Räder verursacht wird. Hierbei liegt üblicherweise eine Positionsregelung vor, wobei für die Positionsregelung eine Soll-Position, d.h. ein Soll-Lenkwinkel der zu lenkenden Räder, und eine präzise Ist-Position, d.h. ein Ist-Lenkwinkel, notwendig sind. Der Soll- Lenkwinkel wird insbesondere durch einer Lenkradbetätigung bestimmt, welche durch eine dafür verbaute Sensorik erfasst wird. Der Ist-Lenkwinkel der Räder wird üblicherweise durch eine dafür vorgesehene Lenkwinkelmessvorrichtung erfasst, wobei entscheidend ist, dass der Ist-Lenkwinkel über den gesamten Verstellbereich der Räder, d.h. von einem ersten Endanschlag bis zu einem zweiten Endanschlag, eindeutig erfasst werden kann. Der Ist-Lenkwinkel der Räder wird üblicherweise nicht direkt erfasst, sondern aus der Winkelposition anderer Komponenten des Lenksystems, insbesondere einer Getriebekomponente, ermittelt. Hierbei besteht das Problem der Mehrdeutigkeit des Sensorsignals des die Winkelposition der Getriebekomponente erfassenden Positionssensors, da der gesamte Verstellbereich zur Verstellung des Lenkwinkels der Räder eine Vielzahl von Umdrehungen der Getriebekomponente erfordert und der Positionssensor die Winkelposition der Getriebekomponente über 360° erfasst.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lenkaktuator mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung bereitzustellen, durch welche der Ist-Lenkwinkel einfach und zuverlässig ermittelt werden kann

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zur Erfassung des für die Positionsregelung erforderlichen Ist-Lenkwinkels der Räder über den gesamten Verstellbereich weist die Lenkwinkelmessvorrichtung einen ersten Positionssensor, einen zweiten Positionssensor und eine Auswertvorrichtung auf.

Der erste Positionssensor ist an einer ersten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung angeordnet, so dass durch den ersten Positionssensor die Winkelposition der ersten Getriebekomponente erfasst wird und der erste Positionssensor einen Primärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt. Der erste Positionssensor wirkt mit einem Geberelement zusammen, wobei das Geberelement einerseits eine Spur über 360° bildet und andererseits über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder eine Primärspur bildet, wobei die Primärspur durch eine Vielzahl von aneinandergereihten, durch das Geberelement gebildeten Spuren gebildet wird.

Der zweite Positionssensor ist an einer zweiten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung angeordnet, so dass durch den zweiten Positionssensor die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente erfasst wird und der zweite Positionssensor einen Sekundärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt. Auch der zweite Positionssensor wirkt mit einem Geberelement zusammen, wobei das Geberelement ebenfalls einerseits eine Spur über 360° bildet und andererseits über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder eine Sekundärspur bildet. Die Sekundärspur wird durch eine Vielzahl von aneinandergereihten, durch das Geberelement gebildeten Spuren gebildet.

Die Auswertvorrichtung dient der Ermittlung des Ist-Lenkwinkels der zu lenkenden Räder aus den Sensorsignalen der beiden Positionssensoren und weist einen Nonius- Algorithmus auf. Im Betrieb wird der Ist-Lenkwinkel der Räder durch den Nonius- Algorithmus und die dem Nonius-Algorithmus vorliegenden Sensorsignale des ersten Positionssensors und des zweiten Positionssensors ermittelt. Der Nonius-Algorithmus ist derart ausgeführt, dass jedem Lenkwinkel der Räder genau eine Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente existiert, so dass bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder die Winkelpositionen der Getriebekomponenten bestimmt werden und davon ausgehend der Lenkwinkel der Räder eindeutig bestimmt wird.

Entscheidend dabei ist, dass die Periodenanzahl des Primärspur-Signalverlaufs und die Periodenanzahl des Sekundärspur-Signalverlaufs keinen gemeinsamen Teiler aufweisen und das Periodenverhältnis zwischen den beiden Spur-Signalverläufen, d.h. zwischen dem Primärspur-Signalverlauf und dem Sekundärspur-Signalverlauf, dem Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Getriebekomponenten entspricht. Eine Periode des Primärspur- bzw. Sekundärspur-Signalverlaufs entspricht einer Umdrehung der Getriebekomponente.

Um sicherzustellen, dass kein gemeinsamer Teiler vorliegt, können für die Periodenanzahlen Primzahlen verwendet werden. Beispielsweise weist der Primärspur-Signalverlauf 97 Perioden über den gesamten Verstellbereich der ersten Getriebekomponente auf. Das bedeutet, dass 97 Umdrehungen der ersten Getriebekomponente erforderlich sind, um die Räder ausgehend von einem ersten Anschlag zu einem zweiten Anschlag zu verstellen. Der Sekundärspur-Signalverlauf weist hierbei 31 Perioden über den gesamten Verstellbereich der Räder auf. Damit liegt ein Periodenverhältnis von 31/97 vor. Um dies derart auszubilden, muss die Getriebevorrichtung derart ausgeführt sein, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Getriebekomponenten entsprechend auch 31/97 ist und damit dem Periodenverhältnis entspricht.

Durch eine derartige Ausgestaltung der Lenkwinkelmessvorrichtung und der Getriebevorrichtung kann auf eine einfache und zuverlässige Weise eine eindeutige Bestimmung des Ist-Lenkwinkels über den gesamten Verstellbereich der Räder erzielt werden.

Vorzugsweise ist der erste Positionssensor ein Rotorpositionssensor und der elektrische Antriebsmotor ist als bürstenloser Antriebsmotor ausgeführt, wobei durch das Sensorsignal des ersten Positionssensors der bürstenlose Antriebsmotor regelbar ist, und wobei der Rotorpositionssensor derart ausgeführt ist, dass die Rotorposition des Rotors des elektrischen Antriebsmotors und die Winkelposition einer mit dem Rotor gemeinsam rotierenden Getriebekomponente der Getriebevorrichtung erfassbar sind. Auf diese Weise kann der erste Positionssensor, d.h. der Rotorpositionssensor, sowohl zur Regelung des Antriebsmotors als auch zur Ermittlung des Lenkwinkels der Räder verwendet werden. Dadurch kann ein zusätzlicher Positionssensor zur Ermittlung des Lenkwinkels der Räder eingespart werden. Der Rotorpositionssensor ist insbesondere ein Magnetfeldsensor. Alternativ ist der Rotorpositionssensor ein induktiver Positionssensor, vorzugsweise in Form eines Resorvers in einer Leiterplatte. Der bürstenlose Antriebsmotor ist vorzugsweise ein permanenterregter Synchronmotor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Getriebevorrichtung eine die Getriebestufe bildende Schneckengetriebestufe auf, welche ein durch den elektrischen Antriebsmotor angetriebenes Schneckenrad und ein das Schneckenrad kämmendes Zahnrad aufweist, wobei durch den ersten Positionssensor die Winkelposition des Schneckenrades und durch den zweiten Positionssensor die Winkelposition des Zahnrades erfassbar sind. Das Schneckenrad bildet die erste Getriebekomponente und das Zahnrad bildet die zweite Getriebekomponente. Durch das Schneckengetriebe können besonders hohe Übersetzungsverhältnisse bei relativ geringem Bauraum bereitgestellt werden, wodurch das Schneckengetriebe bei Lenksystemen besonders geeignet sind.

Vorzugsweise sind der elektrische Antriebsmotor, die Getriebevorrichtung und die Lenkwinkelmessvorrichtung in einem gemeinsamen Aktuatorgehäuse angeordnet, wobei der erste Positionssensor und der zweite Positionssensor derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die Winkelposition der dazugehörigen Getriebekomponenten erfassbar sind. Auf diese Weise kann der gesamte Lenkaktuator als eine kompakte Einheit in dem Fahrzeug montiert werden. Dabei können insbesondere die beiden Positionssensoren bereits bei der Vormontage der kompakten Einheit kalibriert werden. Bei einem Defekt einer der Komponenten des Lenkaktuators kann die Einheit als solche ausgetauscht werden, ohne dass durch den Austausch Anpassungen, insbesondere eine Kalibrierung von Sensoren, erfolgen muss.

Vorzugsweise weist die Getriebevorrichtung eine zusätzliche Getriebestufe auf, welche eine dritte Getriebekomponente aufweist, wobei die dritte Getriebekomponente im Betrieb mit einer zu der ersten Getriebekomponente und zu der zweiten Getriebekomponente abweichenden Drehzahl rotiert, und wobei die Lenkwinkelmessvorrichtung einen dritten Positionssensor aufweist, mit welchem die Winkelposition einer dritten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung ermittelbar ist und welcher einen Tertiärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt, derart, dass das Sensorsignal des dritten Positionssensors bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt wird, wobei das Periodenverhältnis zwischen dem Sekundärspur-Signalverlauf und dem Tertiärspur-Signalverlauf dem Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Getriebekomponente und der dritten Getriebekomponente entspricht.

Die erläuterte Anwendung des Nonius-Verfahrens erfordert hohe Genauigkeitsanforderungen an die Positionssensoren, da beispielsweise bei der zuvor vorgestellten Ausgestaltung des Lenksystems 97 Fälle aus den Sensorsignalen der Positionssensoren eindeutig voneinander unterschieden werden müssen. Durch den dritten Positionssensor, welcher an einer dritten Getriebekomponente angeordnet ist und durch welchen die Winkelposition der dritten Getriebekomponente ermittelbar ist, kann die Nonius-Berechnung kaskadiert über die drei Positionssensoren erfolgen. Dadurch kann die Genauigkeitsanforderung an die Positionssensoren abgesenkt werden.

Vorzugsweise ist zumindest einer der Positionssensoren als Induktionssensor ausgeführt. Die Induktionssensoren sind kontaktlose und verschleißlose Sensoren, welche über eine hohe Zuverlässigkeit, eine hohe Messgeschwindigkeit und hohe Messgenauigkeit verfügen.

Die Aufgabe wird außerdem durch ein Lenksystem mit einem Lenkaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie einer mit den zu lenkenden Rädern und dem Lenkaktuator Wirkverbundenen Spurstange gelöst. Zu den Vorteilen wird auf die vorhergehenden Ansprüche verwiesen.

Die Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Dabei werden zunächst die Winkelposition der ersten Getriebekomponente durch den ersten Positionssensors und die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente durch den zweiten Positionssensor erfasst. Anschließend wird mittels des Nonius-Algorithmus aus den ermittelten Winkelposition der Getriebekomponenten, d.h. aus den Sensorsignalen der beiden Positionssensoren, der Ist-Lenkwinkel der zu lenkenden Räder eindeutig ermittelt. Zur genauen Vorgehensweise und zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze, insbesondere auf die Absätze zum Anspruch 1 , verwiesen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Referenzlauf durchgeführt, wobei die Sensorsignalverläufe der Positionssensoren zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs der zu lenkenden Räder aufgezeichnet werden und miteinander abgeglichen werden, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen den Sensorsignalverläufen der Positionssensoren Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt werden. Alternativ wird ein Referenzlauf mit einem die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente erfassenden Referenzsensor durchgeführt. Dabei werden die Sensorsignalverläufe zumindest eines Positionssensors und des Referenzsensors zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs der zu lenkenden Räder aufgezeichnet und miteinander abgeglichen, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen dem Sensorsignalverlauf des Referenzsensors und dem Sensorsignalverlauf des Positionssensors Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt werden. Entscheidend ist, dass der Referenzsensor mechanisch sehr präzise und spielfrei an einer Getriebekomponente der Getriebevorrichtung befestigt wird. Vorzugsweise sind die Korrekturwerte in mindestens einer Nachschlagtabelle hinterlegt. Auf diese Weise können die Positionssensoren kalibriert werden und die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder erhöht werden.

Vorzugsweise werden der Lenkwinkel der Räder und die dazugehörige Winkelposition einer der Getriebekomponenten initial ermittelt und anschließend der Lenkwinkel der Räder basierend auf dem Sensorsignal des Positionssensors und dem Zählen der Umdrehungen der Getriebekomponente ermittelt. Vorzugsweise erfolgt das Zählen der Umdrehungen der ersten Getriebekomponente durch das Auswerten des Sensorsignals des ersten Positionssensors. Es wird zunächst initial bestimmt, in welchem der Teilsegmente, d.h. in welcher Periode, des Primärspur-Signalverlaufs sich die Getriebekomponente befindet. Im anschließenden Betrieb wird ein Überschreiten oder Unterschreiten der Teilbereiche mit einem Zähler erfasst und entsprechend beim Überschreiten eines Teilsegments der Zähler inkrementiert und bei Unterschreiten des Teilsegments dekrementiert. Der Lenkwinkel der Räder berechnet sich damit aus dem Zählerwert und dem Sensorsignalwerts des ersten Positionssensors innerhalb des Teilsegments.

Die Initialisierung erfolgt vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs, wodurch reduzierte Anforderungen vorliegen und der Einfluss durch die Umwelt- und Umgebungsbedingungen reduziert ist. Insbesondere sind die Einflüsse durch Temperaturen oder Störungen des Bordnetzes, insbesondere durch magnetische und elektro-magnetische Störfelder, abgesenkt. Ferner gelten bei der Initialisierung des Systems geringere Anforderungen beim Sicherheitsziel. Insbesondere ist es bei einem stillstehenden Fahrzeug für die Überprüfung der Positionssensoren ausreichend, wenn die Signalverläufe der Positionssensoren auf Gleichlauf überprüft werden. Dabei kann bei einer Verletzung der Gleichlaufüberwachung, d.h. eine Ungleichheit der Informationen, eine Fahrt mit dem betreffenden Fahrzeug verhindert werden bzw. ausschließlich in einem dafür vorgesehenen Modus zugelassen werden.

Vorzugsweise wird der elektrische Antriebsmotor derart angesteuert, dass ausschließlich das Getriebespiel der Getriebevorrichtung in eine der beiden oder in beide Drehrichtungen des elektrischen Antriebsmotors eliminiert wird bevor initial der Lenkwinkel der Räder und die dazugehörige Winkelposition der Getriebekomponente bestimmt werden. Dabei wird der elektrische Antriebsmotor lediglich so angesteuert, dass sich die Getriebekomponenten aneinander anlegen, jedoch eine Verstellung des Lenkwinkels der Räder nicht erfolgt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder erhöht werden.

Damit wird ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung bereitgestellt, durch welche der Ist-Lenkwinkel der Räder einfach und zuverlässig ermittelt werden kann. Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipansicht eines Lenksystems eines Fahrzeugs;

Fig. 2 einen Lenkaktuator des Lenksystems aus Figur 1 , und

Fig. 3 ein Signal-Lenkwinkel-Diagramm.

Figur 1 zeigt ein Lenksystem 10 eines Fahrzeugs, welches in Form eines Steer-by- wire-Systems ausgebildet ist. Bei derartigen Steer-by-Wire Systemen, bei denen die Lenksäule entfällt, ist das System einerseits durch eine Mensch-Maschine- Schnittstelle 20 und andererseits durch eine Lenkvorrichtung 30, welche auf zwei, zu lenkende Räder 12, 14 einwirkt, vorgegeben. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 20 wird durch eine im Fahrzeuginnenraum angeordnete Einheit 22 gebildet, welche üblicherweise ein Lenkrad 24 und ein Modul 26 aufweist, wobei das Modul 26 eine Lenkradwinkelsensorik zur Erfassung des Lenkwunsches des Fahrers, d.h. der Bewegung des Lenkrads 24, und eine Rückstellvorrichtung zur Bereitstellung eines gewöhnlichen Lenkgefühls für den Fahrer aufweist.

Die Lenkvorrichtung 30 umfasst eine mit den beiden, zu lenkenden Rädern 12, 14 verbundene Spurstange 32 und einen Lenkaktuator 40, wobei der Lenkaktuator 40 derart mit der Spurstange 32 verbunden ist, dass die Spurstange 32 durch den Lenkaktuator 40 angetrieben werden kann und dadurch ein Verstellen des Lenkwinkels der Räder 12, 14 verursacht werden kann. Die Kopplung zwischen dem Lenkaktuator 40 und der Spurstange 32 erfolgt durch eine Zahnrad-Zahnstangen- Kombination 34, wobei eine Zahnstange 36 an der Spurstange 32 vorgesehen ist und ein Zahnrad 38 an einer Ausgangswelle 42 des Lenkaktuators 40 vorgesehen ist.

Der Lenkaktuator 40 ist in Figur 2 gezeigt und weist ein Aktuatorgehäuse 44 auf, in welchem ein bürstenlos ausgeführter elektrischer Antriebsmotor 46, 47, welcher insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgeführt ist, und eine Getriebevorrichtung 60 angeordnet sind. Der elektrische Antriebsmotor 46 weist einen drehbar gelagerten Rotor 50 und einen in dem Aktuatorgehäuse 44 starr angeordneten Stator 48 auf, welche in der Figur 2 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Der Rotor 50 weist eine Antriebswelle 52 auf, welche mit einer Getriebeeingangswelle 62 der Getriebevorrichtung 60 fest verbunden ist. Vorliegend sind die Antriebswelle 52 und die Getriebeeingangswelle 62 einstückig hergestellt und über zwei Lagerelemente 70, 72 drehbar in dem Aktuatorgehäuse 44 gelagert. Die Getriebevorrichtung 60 weist eine eine Getriebestufe 63 bildende Schneckengetriebestufe 64 mit einem Zahnrad 68 und einem das Zahnrad 68 kämmenden Schneckenrad 66 auf. Das Schneckenrad 66 bildet eine erste Getriebekomponente 65, welche an der Getriebeeingangswelle 62 fest angeordnet ist und im Betrieb gemeinsam mit dem Rotor 50, d.h. mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor 50, rotiert. Das Zahnrad 68 der Schneckengetriebestufe 64 bildet eine zweite Getriebekomponente 67 und ist über in der Figur 2 nicht gezeigte Lagerelemente an dem Aktuatorgehäuse 44 drehbar gelagert. Das Zahnrad 68 ist mit einer Getriebeausgangswelle 69 drehfest verbunden, welche aus dem Aktuatorgehäuse 44 herausragt und die Ausgangswelle 42 des Lenkaktuators 40 bildet. Damit ist die Getriebeausgangswelle 69 mit dem Zahnrad 38 der Zahnrad-Zahnstangen- Kombination 34 drehmomentübertragend verbunden, so dass die Spurstange 32 bei einer Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 46 über die Getriebevorrichtung 60 angetrieben wird und auf diese Weise der Lenkwinkel der Räder 12, 14 verstellt wird.

Die Lenkung der Räder 12, 14 erfolgt bei Steer-by-Wire-Systemen durch einen Positionsregelkreis mit einem Sollwert und einem Istwert. Dabei wird der Sollwert aus den Informationen der Lenkradwinkelsensorik des Moduls 26 bestimmt. In anderen Worten, ein Steuergerät 28 des Lenksystems 10 ist elektronisch mit der Lenkradwinkelsensorik des Moduls 26 verbunden und empfängt den Lenkwunsch des Fahrers. Dieser Lenkwunsch wird wiederum an den mit dem Steuergerät 28 verbundenen Lenkaktuator 40 weitergeleitet. Mittels einer Lenkwinkelmessvorrichtung 80 des Lenkaktuators 40 wird die Ist-Position der Räder 12, 14, d.h. der Istwert, ermittelt. Basierend auf dem Soll- und Istwert wird der Lenkaktuator 40 entsprechend angesteuert, um die Lenkung entsprechend dem Fahrerwunsch zu betätigen. Dies geschieht, indem die Spurstange 32 linear nach rechts oder links bewegt wird und damit auch die Räder 12, 14 des Fahrzeugs entsprechend bewegt werden, wobei dies so lange geschieht, bis die Soll- Position, d.h. der Soll-Lenkwinkel der Räder 12, 14 erreicht ist.

Entscheidend bei einer derartigen Positionsregelung ist unter anderem, dass der Istwert, d.h. der Ist-Lenkwinkel der Räder 12, 14, genau und eindeutig erfasst wird. Dies erfolgt durch die in Figur 2 gezeigte Lenkwinkelmessvorrichtung 80 des Lenkaktuators 40, welche in dem Aktuatorgehäuse 44 angeordnet ist und zwei Positionssensoren 82, 84 sowie eine Auswertvorrichtung 86 aufweist. Die Positionssensoren 82, 84 sind insbesondere als Induktions- oder Magnetfeldsensoren ausgeführt und wirken mit jeweils einem, in den Figuren nicht dargestellten Geberelement zusammen. Ein erster Positionssensor 82 ist als Rotorpositionssensor 83 ausgeführt und erfasst die Winkelposition des Rotors 50 des elektrischen Antriebsmotors 46 sowie die Winkelposition der mit dem Rotor 50 mitrotierenden, ersten Getriebekomponente 65, d.h. des Schneckenrades 66. Die Sensorsignale des ersten Positionssensors 82 werden unter anderem zur Ansteuerung des bürstenlos ausgeführten elektrischen Antriebsmotors 46 genutzt. Die Lenkwinkelmessvorrichtung 80 umfasst zusätzlich einen zweiten Positionssensor 84, durch welchen die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67, d.h. des Zahnrads 68 der Schneckengetriebestufe 64, erfasst wird.

Die eindeutige Bestimmung des Ist-Lenkwinkels der Räder 12, 14 erfolgt nach einem sogenannten Nonius-Verfahren, wobei der erste Positionssensor 82 einen Primärspur- Signalverlauf SV1 und der zweite Positionssensor 84 einen Sekundärspur- Signalverlauf SV2 bereitstellen und die Auswerteinrichtung 86 einen Nonius- Algorithmus aufweist. Die Primärspur-Signalverläufe SV1 und der Sekundärspur- Signalverlauf SV2 sind in der Figur 3 gezeigt, wobei beide Signalverläufe SV1 , SV2 eine Vielzahl von Umdrehungen der Getriebekomponenten 65, 67 abbilden. Entscheidend dabei ist, dass die Anzahl der Umdrehungen der ersten Getriebekomponente 65 und die Anzahl der Umdrehungen der zweiten Getriebekomponente 67 über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen, d.h. zueinander teilerfremd sind. In anderen Worten ausgedrückt, die Anzahl der Perioden PS des Sekundärspur-Signalverlaufs SV2 und die Anzahl der Perioden PP des Primärspur-Signalverlaufs SV1 müssen teilerfremd sein, d.h. keinen gemeinsamen Teiler aufweisen. Um dies zu erzielen, muss die Getriebevorrichtung 60, d.h. die Schneckengetriebestufe 64, ein Übersetzungsverhältnis aufweisen, welches dem Periodenverhältnis zwischen dem Primärspur-Signalverlauf SV1 und dem Sekundärspur-Signalverlauf SV2, d.h. Anzahl der Perioden PS/Anzahl der Perioden PP, entspricht.

Die Figur 3 zeigt eine beispielhafte Wahl des Periodenverhältnisses und des Übersetzungsverhältnisses. Dabei zeigt die Figur 3, dass 97 Umdrehungen der ersten Getriebekomponente 65 bzw. des Rotors 50 und 31 Umdrehungen der zweiten Getriebekomponente 67 erforderlich sind, um die Räder 12, 14 ausgehend von einem ersten Anschlag zu einem zweiten Anschlag zu verstellen. Damit liegt hier ein Periodenverhältnis bzw. ein Übersetzungsverhältnis von 31/97 vor, wobei die Zahlen 31 und 97 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen.

Im Betrieb des Lenksystems werden die Winkelpositionen der Getriebekomponenten 65, 67 durch die Positionssensoren 82, 84 erfasst und mittels des Nonius-Algorithmus ausgewertet. Jede Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 67 und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67 ergibt genau einen Lenkwinkel der zu lenkenden Räder 12, 14, so dass der Lenkwinkel der Räder 12, 14 eindeutig bestimmt werden kann. Eine bestimmte Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67 existiert für einen Lenkwinkel L1 der Räder 12, 14 ein einziges Mal. Im in Figur 3 gezeigten Beispiel wird dies dadurch verdeutlicht, dass bei einem einzigen Sensorsignalwert S1 des ersten Positionssensors 82, d.h. bei einer einzigen Winkelstellung der ersten Getriebekomponente 65, sich die Sensorsignalwerte des zweiten Positionssensors S2, S2‘ in Abhängigkeit davon, in welcher Umdrehung sich die erste

Getriebekomponente 65 befindet, unterscheiden. Damit kann durch den Signalwert S2, S2‘ des zweiten Positionssensors 84 exakt ermittelt werden, in welcher der 97 Umdrehungen sich die erste Getriebekomponente 65 befindet. Basierend darauf und den Sensorsignalwert S1 des ersten Positionssensors 82 kann über den gesamten Verstellbereich VB auf den Lenkwinkel der Räder 12, 14 eindeutig geschlossen werden.

Um den Berechnungsaufwand im Betrieb des Fahrzeugs zu reduzieren, könnte der Lenkwinkel initial bestimmt werden und im weiteren Betrieb des Fahrzeugs die Umdrehungen beim Verstellen des Lenkwinkels mittels eines Zählers gezählt werden. Auf diese Weise wäre jederzeit die vorliegende Umdrehung bekannt, wobei in Kombination mit dem Sensorwert des ersten Positionssensors 82 der Lenkwinkel der Räder 12, 14 genau bestimmt werden könnte. Um hierbei die Genauigkeit zu erhöhen und die Ermittlung des Lenkwinkels zu vereinfachen, könnte die initiale Ermittlung des Lenkwinkels im Stillstand des Fahrzeugs erfolgen. Zusätzlich könnte der elektrische Antriebsmotor 46 vor der initialen Ermittlung des Lenkwinkels und der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 derart angesteuert werden, dass das Getriebespiel eliminiert wird, jedoch keine Verstellung des Lenkwinkels erfolgt. Auf diese Weise wird das System vorgespannt, bevor die Ermittlung des Lenkwinkels und der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 erfolgt.

Um die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels zu erhöhen, kann ein Referenzlauf nach der Endmontage des Lenkaktuators 40 durchgeführt werden. Der Referenzlauf erfolgt insbesondere mit einem Referenzsensor 90, welcher die Winkelposition der Getriebeausgangswelle 69 erfasst. Bei der Durchführung des Referenzlaufs werden über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 die Sensorsignalverläufe der Positionssensoren 82, 84 und des Referenzsensors 90 aufgezeichnet und die Sensorsignalverläufe der Positionssensor 82, 84 und der Sensorsignalverlauf des Referenzsensors 90 miteinander abgeglichen. Basierend auf einem Abgleich zwischen dem Sensorsignalverlauf des Referenzsensors 90 und der Sensorsignalverläufe der Positionssensoren 82, 84 werden Korrekturwerte ermittelt, welche in Form einer Nachschlagtabelle in der Auswerteinheit 86 abgelegt werden und bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder 12, 14 berücksichtigt werden. Entscheidend ist, dass der Referenzsensor 90 mechanisch sehr präzise und spielfrei an der Getriebeausgangswelle 69, welche gemeinsam mit der zweiten Getriebekomponente 67 rotiert, befestigt wird. Alternativ kann eine Kalibrierung auch ohne den Referenzsensors 90 erfolgen, wobei der Antriebsmotor 46 mit einer konstanten und vordefinierten Winkelgeschwindigkeit zumindest für eine Teilstrecke betrieben wird. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit wickelt sich der Fehler der Positionssensoren 82, 84 über die Zeit ab.

Um eine derartige eindeutige Ermittlung des Ist-Lenkwinkels der Räder 12, 14 zuverlässig durchzuführen, sollten die beiden Positionssensoren 82, 84 eine relativ hohe Genauigkeit aufweisen. Um die geforderte Genauigkeit der Positionssensoren 82, 84 reduzieren zu können, können die Getriebevorrichtung 60 mit einer weiteren Getriebestufe 92 und die Lenkwinkelmessvorrichtung 80 mit einem dritten Positionssensor 98 versehen werden, wobei die weitere Getriebestufe 92 eine dritte Getriebekomponente 96 aufweist. Vorliegend dient die weitere Getriebestufe 92 ausschließlich zur Bereitstellung eines weiteren Sensorsignals und hat keinen Einfluss auf die Übersetzung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 46 und der Spurstange 32. Die dritte Getriebekomponente 96 wirkt mit einer an der Getriebeausgangswelle 69 befestigten Getriebekomponente 94 zusammen und rotiert im Betrieb mit einer zu der ersten Getriebekomponente 65 und zu der zweiten Getriebekomponente 67 abweichenden Drehzahl.

Durch den dritten Positionssensor 98 kann die Winkelposition der dritten Getriebekomponente 96 ermittelt werden und ein Tertiärspur-Signalverlauf SV3 über den gesamten Verstellbereich VB der zu lenkenden Räder 12, 14 bereitgestellt werden. Dabei ist auch hier entscheidend, dass die Periodenanzahl des Primär- Signalverlaufs SV1 , des Sekundär-Signalverlaufs SV2 und des Tertiärspur- Signalverlaufs SV3 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen und das Übersetzungsverhältnis der zusätzlichen Getriebestufe 92 entsprechend gewählt ist. Ein derartiger Tertiärspur-Signalverlauf SV3 ist in der Figur 3 eingezeichnet, wobei der Tertiärspur-Signalverlauf SV3 59 Perioden PT über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 aufweist. Die Ermittlung des Lenkwinkels der Räder 12, 14 mittels des Nonius-Algorithmus erfolgt hierbei basierend auf den Sensorsignalen des ersten Positionssensors 82, des zweiten Positionssensors 84 und des dritten

Positionssensors 98. Auf diese Weise kann die Nonius-Berechnung kaskadiert über die drei Positionssensoren 82, 84, 98 erfolgen, wodurch die einzelnen

Positionssensoren 82, 84, 98 eine geringere Genauigkeit als bei der Ausführungsform mit lediglich zwei Positionssensoren 82, 84 aufweisen können.

Damit wird ein Lenkaktuator 40 eines Lenksystems 10 eines Fahrzeugs mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung 80 bereitgestellt, durch welche der Ist-Lenkwinkel der Räder 12, 14 einfach und zuverlässig ermittelt werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Lenksystem

12, 14 Räder

20 Mensch-Maschine-Schnittstelle

22 Einheit

24 Lenkrad

26 Modul

28 Steuergerät

30 Lenkvorrichtung

32 Spurstange

34 Zahnrad-Zahnstangen-Kombination

36 Zahnstange

38 Zahnrad

40 Lenkaktuator

42 Ausgangswelle

44 Aktuatorgehäuse

46 Elektrische Antriebsmotor

48 Stator

50 Rotor

52 Antriebswelle

60 Getriebevorrichtung

62 Getriebeeingangswelle

63 Getriebestufe

64 Schneckengetriebestufe

65 Erste Getriebekomponente

66 Schneckenrad

67 Zweite Getriebekomponente

68 Zahnrad

69 Getriebeausgangswelle

70, 72 Lagerelement

80 Lenkwinkelmessvorrichtung 82 Erster Positionssensor

83 Rotorpositionssensor

84 Zweiter Positionssensor

86 Auswertvorrichtung

90 Referenzsensor

92 Zusätzliche Getriebestufe

94 Getriebekomponente

96 Dritte Getriebekomponente

98 Dritter Positionssensor

L1 Lenkwinkel

PP Periode des Primärspur-Signalverlaufs

PS Periode des Sekundärspur-Signalverlaufs

PT Periode des Tertiärspur-Signalverlaufs

SV1 Primärspur-Signalverlauf

SV2 Periode des Sekundärspur-Signalverlauf

SV3 Tertiärspur-Signalverlaufs

51 , ST Signalwert des ersten Positionssensors

52, S2‘ Signalwert des zweiten Positionssensors

53, S3‘ Signalwert des dritten Positionssensors

VB Verstellbereich der Räder