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DE102017124244A1 - Aktuator zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Aktuator zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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DE102017124244A1
DE102017124244A1 DE102017124244.9A DE102017124244A DE102017124244A1 DE 102017124244 A1 DE102017124244 A1 DE 102017124244A1 DE 102017124244 A DE102017124244 A DE 102017124244A DE 102017124244 A1 DE102017124244 A1 DE 102017124244A1
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actuator
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motor vehicle
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Sven Brückner
Bernd Wittmann
Tobias Hillenbrand
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs, umfassend zwei Endbereiche (2, 3), zwischen denen eine relative Verdrehung um eine Achse (a) erzeugt werden kann, wobei die beiden Endbereich (2, 3) mit Rädern (4, 5) des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung stehen, wobei der Aktuator (1) ein Gehäuse (6) aufweist, in dem ein Motor (7) und ein vom Motor (7) angetriebenes Getriebe (8) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (6) mit einem Endbereich (2) in fester Drehverbindung steht und wobei das Getriebe (8) mit dem anderen Endbereich (3) in fester Drehverbindung steht, wobei Messmittel (9) zur Erfassung des zwischen den Endbereichen (2, 3) herrschenden Drehmoments (M) vorhanden sind. Um mit geringem Aufwand und damit kostengünstig das zwischen den Endbereichen herrschende Drehmoment erfassen zu können, sieht die Erfindung vor, dass die Messmittel (9) mindestens einen passiven elektrischen Schwingkreis (10) aufweisen, wobei der Schwingkreis (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Drehmoments (M) seine Resonanzfrequenz zu ändern, und mindestens eine Auswerteeinheit (11) aufweisen, wobei die Auswerteeinheit (11) eine Spule (12) umfasst, die mit dem Schwingkreis (10) induktiv gekoppelt ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs, umfassend zwei Endbereiche, zwischen denen eine relative Verdrehung um eine Achse erzeugt werden kann, wobei die beiden Endbereich mit Rädern des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung stehen, wobei der Aktuator ein Gehäuse aufweist, in dem ein Motor und ein vom Motor angetriebenes Getriebe angeordnet ist, wobei das Gehäuse mit einem Endbereich in fester Drehverbindung steht und wobei das Getriebe mit dem anderen Endbereich in fester Drehverbindung steht, wobei Messmittel zur Erfassung des zwischen den Endbereichen herrschenden Drehmoments vorhanden sind.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein gattungsgemäßer Aktuator ist aus der DE 10 2009 028 386 A1 bekannt. Er wird eingesetzt, um eine Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs zu bewerkstelligen. Hierbei wird mit Stellmitteln auf die Räder des Fahrzeugs eingewirkt, um einer Wankbewegung entgegenzuwirken. Die Wankbewegung des Fahrzeugs wird mit einer entsprechenden Sensorik erfasst. Der genannte Aktuator stellt einen Schwenkantrieb dar, der zwischen Hälften eines Fahrwerkstabilisators angeordnet ist. Hiermit kann die Wankbewegung reduziert oder vollständig unterdrückt werden. Letztlich erfolgt dies durch Aufbringung eines der Wankbewegung gegenläufigen Drehmoments durch den Aktuator.
  • Wesentlich für ein gutes Resultat ist dabei, dass das vom Aktuator erzeugte Drehmoment bzw. Torsionsmoment präzise eingehalten werden kann, wie es eine entsprechende Steuerung des Systems vorgibt. Bei der vorbekannten Lösung sind daher bereits Messmittel vorgesehen, mit denen das vom Aktuator erzeugte Drehmoment bestimmt werden kann.
  • Für die Messung wird zumeist die inverse magnetoelastische Technologie eingesetzt (magnetostriktive Wegaufnehmer), die allerdings den Nachteil hat, dass sie relativ aufwendig ist und daher entsprechende Kosten verursacht. Außerdem kommt es mitunter zu nachteiligen mechanischen Verschränkungen bei der Kontaktierung. Nachteilig ist es schließlich, dass im Falle von Übermomenten keine besonders hohe Robustheit des Systems gegeben ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator so weiterzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden können. Demgemäß soll mit geringem Aufwand und damit kostengünstig das zwischen den Endbereichen des Aktuators herrschende Drehmoment erfasst werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel mindestens einen passiven elektrischen Schwingkreis aufweisen, wobei der Schwingkreis ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Drehmoments seine Resonanzfrequenz zu ändern, und mindestens eine Auswerteeinheit aufweisen, wobei die Auswerteeinheit eine Spule umfasst, die mit dem Schwingkreis induktiv gekoppelt ist.
  • Der passive elektrische Schwingkreis ist dabei bevorzugt als mehrschichtige Beschichtung in einem inneren Bereich des Gehäuses angeordnet.
  • Der passive elektrische Schwingkreis ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem sich radial erstreckenden Abschnitt des Gehäuses angeordnet; der sich radial erstreckenden Abschnitt kann ein Flansch oder ein flanschförmiger Abschnitt des Gehäuses sein.
  • Alternativ ist es auch möglich, dass der passive elektrische Schwingkreis in einem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist.
  • Die genannte Beschichtung kann direkt auf dem Material des Gehäuses angeordnet sein. Es ist allerdings auch möglich, dass die Beschichtung auf einem Trägermaterial angeordnet ist, das auf dem Material des Gehäuses angebracht ist.
  • Die Auswerteeinheit kann einen Analog-Digital-Wandler aufweisen, mit dem die von der Spule gemessenen Signale in digitale Informationen umgewandelt werden können.
  • Weiterhin können Kontaktmittel vorhanden sein, mit denen ein Kontakt zwischen dem Schwingkreis und der Auswerteeinheit sichergestellt werden kann. Bei den Kontaktmittel handelt es sich insbesondere um Federmittel.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann in effektiver Weise die Integration eines Momenten-Sensors in einen Aktuator eines Wankstabilisators erfolgen.
  • Zur Messung des Drehmoments wird die oben genannte Technologie eingesetzt, die als solche bekannt ist und in der DE 10 2013 215 320 A1 der Patentanmelderin eingehend beschrieben ist. Auf dieses Dokument wird daher ausdrücklich Bezug genommen.
  • Das Grundkonzept dieser Technologie besteht darin, dass ein Bauteil, welches Verformungen ausgesetzt ist (wie im vorliegenden Falle das Gehäuse, welches das Drehmoment überträgt), besagten Schwingkreis trägt, wobei die Verformungen zu Änderungen in den elektrischen Größen (Induktivitäten, Kapazitäten bzw. Widerstände) des Schwingkreises führen, was dessen Resonanzfrequenz verändert. Über die Ermittlung besagter Frequenz durch die genannte Messung kann dann präzise auf die Bauteilbelastung und vorliegend auf das Drehmoment rückgeschlossen werden.
  • Die für die Messung benötigte Struktur wird auf die innenliegende Stirnfläche eines flanschförmigen Abschnitts des Gehäuses oder auf die Gehäuseinnenseite aufgebracht, was direkt oder über ein Trägersubstrat erfolgen kann.
  • Das Signal der Mess-Struktur (Messbrücke) kann digital weiterverarbeitet werden, wozu ein Sensor mit einem digitalen Signalausgang zum Einsatz kommt und die Signalvorverarbeitung auf einer lokalen Sensorelektronik erfolgt. Hierzu wird lokal (beispielsweise auf dem genannten Flansch oder auf dem Trägersubstrat) die benötigte Elektronik aufgebracht, die einen Analog-Digital-Wandler für die Brückensignale umfasst und die digitale Weitergabe der Brückensignale über einen abgesicherten Kanal zur Weiterverwendung in der Steuerung erlaubt, die den gesamten Wankstabilisierungsprozess steuert bzw. regelt.
  • Möglich ist aber auch eine analoge Verarbeitung der Signale, wenn nämlich ein Sensor mit analogem Signalausgang zum Einsatz kommt.
  • Die Mess-Struktur kann über toleranzausgleichende Kontaktierungselemente (beispielsweise über Federkontaktelemente) kontaktiert werden, um zuverlässig die Brückensignale zu übertragen, was insbesondere bei der analogen Signalverarbeitung vorteilhaft ist.
  • Die A/D-Wandlung und die weitere Signalverarbeitung kann auf einer abgesetzten Elektronik erfolgen.
  • Figurenliste
  • In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • 1 schematisch in der Seitenansicht einen Aktuator zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs und
    • 2 schematisch eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von 1, nämlich des linken oberen Bereichs.
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • In 1 ist ein Aktuator 1 schematisch dargestellt, der zur Erzeugung eines Drehmoments M dient, mit dem das Wankverhalten eines Kraftfahrzeugs beeinflusst werden kann. Die beiden Endbereiche 2 und 3 des Aktuators 1 sind jeweils mit einem Rad 4 bzw. 5 des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei die Räder 4, 5 nur angedeutet sind. Details zum Aufbau eines Systems zur Beeinflussung des Wankverhaltens eines Kraftfahrzeugs sind in der DE 10 2009 028 386 A1 näher beschrieben, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird. Insoweit sind weitere Erläuterungen zum prinzipiellen Aufbau eines solchen Systems an dieser Stelle entbehrlich.
  • Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 6 auf, in dem ein Motor 7 (Elektromotor) angeordnet ist. Der Aktuator 1 erstreckt sich längs einer Achse a. Der Motor 7 ist drehfest im Gehäuse 6 angeordnet und treibt mit seiner Antriebswelle ein (nur sehr schematisch dargestelltes) Getriebe 8 an, welches im Ausführungsbeispiel als mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet ist. Während die eine Seite (nämlich die linke Seite) des Gehäuses 6 drehfest mit dem Endbereich 2 verbunden ist, treibt das Getriebe 8 (nämlich im rechten Bereich in 1) den Endbereich 3 an, so dass bei Betätigung des Elektromotors 7 zwischen den beiden Endbereichen 2 und 3 ein Drehmoment M aufgebaut werden kann, welches dann auf die Räder 4, 5 wirkt.
  • Die beiden Endbereiche 2 und 3 sind jeweils in Lagern 17 und 18 gelagert, wodurch auf die Räder 4, 5 der gewünschte Einfluss genommen werden kann, der das Wankverhalten des Fahrzeugs mitbestimmt.
  • Damit das Drehmoment in einem genau definierten Ausmaß erzeugt werden kann, sind Messmittel 9 zur Erfassung des Drehmoments M vorgesehen.
  • Die Messmittel 9 umfassen mindestens einen passiven elektrischen Schwingkreis 10. Dieser ist ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Drehmoments M seine Resonanzfrequenz zu ändern.
  • Weiterhin umfassen die Messmittel 9 mindestens eine Auswerteeinheit 11. Die Auswerteeinheit 11 hat eine Spule 12, die mit dem Schwingkreis 10 induktiv gekoppelt ist. Eine detailliertere Darstellung hierzu ist in 2 wiedergegeben.
  • Hier ist zu erkennen, dass der passive elektrische Schwingkreis 10 eine Spule 19, eine Kapazität 20 (Kondensator) und einen Widerstand 21 aufweist, wobei diese Komponenten direkt im Inneren des Gehäuses 6 und hier an einem sich radial erstreckenden Abschnitt 13 angeordnet sind. Zur diesbezüglichen Detailausgestaltung wird ausdrücklich auf die DE 10 2013 215 320 A1 der Anmelderin Bezug genommen. Hier ist erläutert, dass die genannten Komponenten 19, 20, 21 als Schichten ausgebildet sind, die auf das Trägermaterial, hier also auf den Abschnitt 13, aufgebracht sind. Verformt sich das Gehäuse 6 und somit auch der Abschnitt 13 infolge des wirksamen Drehmoments M, kommt es zu einer Veränderung der elektrischen Größen der genannten Komponenten, was durch die Pfeile in den Komponenten 19, 20 und 21 in 2 angedeutet ist.
  • Die Auswerteeinheit 11 umfasst die Spule 12, die eine elektrische Kopplung zum Schwingkreis 10 erlaubt und somit über einen Auswerter 23 und einen Signalerzeuger 22 erfassen kann, wie sich die elektrischen Größen der Komponenten 19, 20 und 21 infolge des Drehmoments geändert haben, um die gemessenen Werte an ein nicht dargestelltes Steuerungs- bzw. Regelungsgerät weiterzugeben, welches das Management der Wankstabilisierung vornimmt.
  • Hierbei kann auch die Drehbewegung des Motors 7 mit einem Rotationslagegeber 16 erfasst werden.
  • In 1 ist noch angedeutet, dass über ein Kontaktmittel 15 in Form einer Feder eine in Richtung der Achse a wirkende Anpresskraft erzeugt werden kann, mit der ein Trägerelement 25, welches die Auswerteeinheit 11 trägt, an den Schwingkreis 10 gedrückt werden kann, um zuverlässig die Datenerfassung sicherzustellen.
  • Generell ist es auch möglich, den Schwingkreis 10 statt im sich radial erstreckenden, flanschförmigen Abschnitt 13 im Inneren des zylindrischen Abschnitts 14 des Gehäuses 6 zu platzieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Aktuator
    2
    Endbereich
    3
    Endbereich
    4
    Rad
    5
    Rad
    6
    Gehäuse
    7
    Motor
    8
    Getriebe
    9
    Messmittel zur Erfassung des Drehmoments
    10
    passiver elektrischer Schwingkreis
    11
    Auswerteeinheit
    12
    Spule der Auswerteeinheit
    13
    sich radial erstreckender Abschnitt (Flansch)
    14
    zylindrischer Abschnitt
    15
    Kontaktmittel (Federmittel)
    16
    Rotationslagegeber
    17
    Lager
    18
    Lager
    19
    Spule des Schwingkreises
    20
    Kapazität des Schwingkreises
    21
    Widerstand des Schwingkreises
    22
    Signalerzeuger
    23
    Auswerter
    24
    Antriebswelle
    25
    Trägerelement
    a
    Achse
    M
    Drehmoment
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009028386 A1 [0002, 0022]
    • DE 102013215320 A1 [0014, 0028]

Claims (10)

  1. Aktuator (1) zur Beeinflussung einer Wankbewegung eines Kraftfahrzeugs, umfassend zwei Endbereiche (2, 3), zwischen denen eine relative Verdrehung um eine Achse (a) erzeugt werden kann, wobei die beiden Endbereich (2, 3) mit Rädern (4, 5) des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung stehen, wobei der Aktuator (1) ein Gehäuse (6) aufweist, in dem ein Motor (7) und ein vom Motor (7) angetriebenes Getriebe (8) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (6) mit einem Endbereich (2) in fester Drehverbindung steht und wobei das Getriebe (8) mit dem anderen Endbereich (3) in fester Drehverbindung steht, wobei Messmittel (9) zur Erfassung des zwischen den Endbereichen (2, 3) herrschenden Drehmoments (M) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel (9) mindestens einen passiven elektrischen Schwingkreis (10) aufweisen, wobei der Schwingkreis (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Drehmoments (M) seine Resonanzfrequenz zu ändern, und mindestens eine Auswerteeinheit (11) aufweisen, wobei die Auswerteeinheit (11) eine Spule (12) umfasst, die mit dem Schwingkreis (10) induktiv gekoppelt ist.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der passive elektrische Schwingkreis (10) als mehrschichtige Beschichtung in einem inneren Bereich des Gehäuses (6) angeordnet ist.
  3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der passive elektrische Schwingkreis (10) in einem sich radial erstreckenden Abschnitt (13) des Gehäuses (6) angeordnet ist.
  4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sich radial erstreckenden Abschnitt (13) ein Flansch oder flanschförmiger Abschnitt des Gehäuses (6) ist.
  5. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der passive elektrische Schwingkreis (10) in einem zylindrischen Abschnitt (14) des Gehäuses (6) angeordnet ist.
  6. Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung direkt auf dem Material des Gehäuses (6) angeordnet ist.
  7. Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf einem Trägermaterial angeordnet ist, das auf dem Material des Gehäuses (6) angebracht ist.
  8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (11) einen Analog-Digital-Wandler aufweist, mit dem die von der Spule (12) gemessenen Signale in digitale Informationen umgewandelt werden können.
  9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktmittel (15) vorhanden sind, mit denen ein Kontakt zwischen dem Schwingkreis (10) und der Auswerteeinheit (11) sichergestellt werden kann.
  10. Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (15) als Federmittel ausgebildet sind.
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