DE102018222235A1

DE102018222235A1 - Drehsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102018222235A1
Application number: DE102018222235.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Haevescher; Artur Neumann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020127419A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehsteuervorrichtung (1) zum Lenken eines Fahrzeugs, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche (3), insbesondere einen Knopf, umfasst, der dahingehend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses (5) der Vorrichtung (1) um eine Drehachse (7) der Vorrichtung (1) zu drehen, ferner umfassend eine Sensoreinheit (9) zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) bezüglich des Gehäuses (5), eine Verarbeitungseinheit (11) und eine Kommunikationsschnittstelle (13) zur Übertragung von Steuersignalen (Ts) gemäß einer Ausgabe (Op) von der Verarbeitungseinheit (11), wobei die Ausgabe (Op) von der Verarbeitungseinheit (11) auf der Basis von Sensordaten (Ds) von der Sensoreinheit (9) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehsteuervorrichtung, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche umfasst, die dahingehend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses der Vorrichtung um eine Drehachse der Vorrichtung zu drehen, die ferner eine Sensoreinheit zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Ausgabe von der Verarbeitungseinheit auf der Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit erzeugt wird.
Haptische Schnittstellen zur Steuerung sind zum Beispiel aus der europäischen Patentveröffentlichung EP2065614A1 bekannt, in der eine Anordnung zum Beeinflussen von Eigenschaften eines Magnetfelds zum Zwecke der Modulierung der Drehmomentübertragung zwischen einem Drehelement und einem Gehäuse der haptischen Schnittstelle offenbart wird. Die Patentveröffentlichungsschriften US2016/0378131A1 , US2016/0216763A1 und US2011/0181405A1 offenbaren weitere solche Steuervorrichtungen, die allgemein zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet sind.
Ferner offenbart die deutsche Patentveröffentlichung DE10 2010 029 184 A1 eine Drehsteuervorrichtung, die zum Auswählen von Betriebsmodi, wie zum Beispiel einen Vorwärtsfahrtbetriebsmodus oder einen Rückwärtsfahrtbetriebsmodus eines Fahrzeugs, sowie Lenken des Fahrzeugs verwendet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Drehsteuervorrichtung vorzustellen, die sich zum Lenken eines Fahrzeugs eignet.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs definierte Drehsteuervorrichtung gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die Beschreibung definieren vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung.
Die Aufgabe wird deshalb durch eine Drehsteuervorrichtung zum lenken eines Fahrzeugs gelöst, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche umfasst, die dahingehend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses der Vorrichtung um eine Drehachse der Vorrichtung zu drehen, die ferner eine Sensoreinheit zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Ausgabe von der Verarbeitungseinheit auf der Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit erzeugt wird, wobei die Drehsteuervorrichtung ferner einen magnetorheologischen Aktor mit einem Drehelement umfasst, das mit der Benutzerschnittstellenoberfläche mechanisch verbunden ist, wobei eine Drehbewegung des Drehelements von Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist und der magnetorheologische Aktor dahingehend ausgestaltet ist, gemäß Befehlssignalen von der Verarbeitungseinheit das Magnetfeld zu erzeugen und/oder seine Eigenschaften zu beeinflussen.
Die Drehsteuervorrichtung kann deshalb so ausgestaltet sein, dass die Verarbeitungseinheit dahingehend ausgestaltet ist, Befehlssignale zum derartigen Ansteuern der Anordnung auszugeben, dass die Anordnung das Magnetfeld auf eine Weise beeinflusst, die bewirkt, dass das Bremsmoment des magnetorheologischen Aktors die Bremsmomente eines herkömmlichen Lenkrads simuliert. Dadurch wird vorteilhafterweise die kognitive Müdigkeit eines Bedieners reduziert und ferner eine haptische Reaktion für einen Bediener bereitgestellt, die die Verwendung einer Lenkfunktion der Drehsteuervorrichtung gestattet, ohne dass während der Verwendung auf die Vorrichtung geblickt werden muss. Dies gestattet einem Bediener die Freiheit, bei der Fahrzeugführung die Umgebung des Fahrzeugs ständig zu beobachten.
Die Vorrichtung kann zur Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet werden, wobei es sich zum Beispiel um einen Vorwärtsfahrtbetriebsmodus, bei dem Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs zum Vortrieb des Fahrzeugs in eine Vorwärtsrichtung übertragen wird, einen Rückwärtsfahrtbetriebsmodus, bei dem Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs zum Vortrieb des Fahrzeugs in eine Rückwärtsrichtung übertragen wird, einen Leerlaufbetriebsmodus, bei dem kein Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs übertragen wird, einen Parkstellungsbetriebsmodus, bei dem eine an der Antriebseinheit des Fahrzeugs angebrachte Drehmomentübertragungseinheit mechanisch gesperrt wird, oder einen anderen Betriebsmodus handelt.
Die Integration einer Lenkfunktionalität, einer Funktionalität der Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs und/oder der Steuerung anderer sicherheitsrelevanter Funktionen und/oder des Betreibens eines Navigationsmenüs, Infotainment-Menüs oder anderer Funktionen gestattet eine Reduzierung der Anzahl von Betätigungsvorrichtungen oder Knöpfen, die in einem Fahrzeug erforderlich sind. Ferner kann eine eine Lenkfunktionalität umfassende Drehsteuervorrichtung als das ausschließliche Mittel zum Lenken des Fahrzeugs, insbesondere in einem hochautonomen Fahrmodus, zum Beispiel in einem Level-4-Modus, in dem ein Bediener nur gelegentlich das Fahrzeug lenken muss, dienen.
Eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeugs im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel die Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, Lenken, Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeugs sein. Eine Nicht-Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs kann zum Beispiel Navigation oder Steuerung einer Multimedia-Schnittstelle sein.
Ein Kommunikationsweg im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel eine Festverdrahtung zum Übertragen von Daten, wie etwa ein Datenbus, und/oder ein drahtloser Datenübertragungskanal sein. In vielen modernen Straßenfahrzeugen ist ein CAN-Datenbus eine bevorzugte Art des Kommunikationswegs
Die Benutzerschnittstellenoberfläche oder der Knopf im Sinne der Erfindung kann die Außenfläche einer ringförmigen und/oder halbschalenförmigen Struktur umfassen, die für einen Bediener, das heißt, einen Benutzer, des Fahrzeugs zugänglich ist. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann ferner eine unter der Außenfläche der Benutzerschnittstellenoberfläche liegende Konstruktion umfassen.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung erzeugt die Verarbeitungseinheit die Befehlssignale zumindest teilweise auf der Basis von Informationen über Fahrzeuggeschwindigkeit, -beschleunigung und/oder Radstellung, wobei die Kommunikationsschnittstelle dahingehend ausgestaltet ist, die Informationen zu empfangen und die Informationen der Verarbeitungseinheit zuzuführen.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung erzeugt die Verarbeitungseinheit die Befehlssignale zumindest teilweise auf der Basis von durch die Sensoreinheit erzeugten Sensorinformationen über eine Änderung der Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche von einer Primärausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche, wobei die Primärausrichtung eine Ausrichtung ist, in der die Kommunikationsschnittstelle ein Steuersignal zum derartigen Ausrichten von Traktionsführungsteilen eines Fahrzeugs, insbesondere Rädern, überträgt, dass das Fahrzeug in eine durch eine in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung verlaufende Achse des Fahrzeugs definierte Richtung geführt wird und/oder in eine der aktuellen Bewegungsimpulsrichtung des Fahrzeug entsprechende Richtung geführt wird.
Wenn ein Drehmoment von außen an die Benutzerschnittstellenoberfläche zum Drehen der Benutzerschnittstellenoberfläche in eine von der Primärausrichtung abweichende Ausrichtung angelegt wird, erzeugt die Verarbeitungseinheit bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung derartige Befehlssignale, dass der magnetorheologische Aktor das Magnetfeld erzeugt und/oder seine Eigenschaften beeinflusst, dahingehend, die Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse zu erhöhen.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Drehsteuervorrichtung ferner einen Servoaktor, der dahingehend ausgestaltet ist, Drehmoment gemäß den durch die Verarbeitungseinheit ausgegebenen Befehlssignalen direkt und/oder indirekt an die Benutzerschnittstellenoberfläche anzulegen.
Wenn ein Drehmoment von außen an die Benutzerschnittstellenoberfläche zum Drehen der Benutzerschnittstellenoberfläche in eine von der Primärausrichtung abweichende Ausrichtung angelegt wird, dient der Servoaktor bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung dazu, ein Drehmoment in eine der Drehbewegung entgegengesetzte Richtung, in eine Drehrichtung der Primärausrichtung, anzulegen, derart, dass sich die Benutzerschnittstellenoberfläche in die Primärausrichtung dreht, wenn das manuell angelegte Drehmoment entfernt wird.
Wenn eine Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche bei Fehlen einer von einer externen Quelle an die Vorrichtung angelegten Kraft konstant bleibt, dann kann diese Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche als eine stabile Position bezeichnet werden. Wenn die Benutzerschnittstellenoberfläche andererseits nicht in einer gewissen Position oder Ausrichtung bleibt, weil zum Beispiel ein Mechanismus der Vorrichtung innen eine Kraft anlegt, dann kann diese Position und/oder Ausrichtung als instabil bezeichnet werden.
Eine Position der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf die Platzierung der Benutzerschnittstellenoberfläche innerhalb einer Ebene, die in einem bestimmten Abstand räumlich von dem Gehäuse der Vorrichtung versetzt ist. Eine Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf eine Drehverschiebung der Benutzerschnittstellenoberfläche um einen bestimmten Drehungsgrad bezüglich einer anfänglichen Einstellung der Benutzerschnittstellenoberfläche mit Bezug auf das Gehäuse um die Drehachse der Vorrichtung.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst der magnetorheologische Aktor ein Drehelement, das mit der Benutzerschnittstellenoberfläche mechanisch verbunden ist und zum Zusammenwirken mit einem magnetorheologischen Fluid des magnetorheologischen Aktors dient, und wobei der magnetorheologische Aktor eine Anordnung zum Erzeugen eines auf das magnetorheologische Fluid einwirkenden Magnetfelds und/oder zum Beeinflussen seiner Eigenschaften umfasst, um eine Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse zu modulieren.
Der Zustand des magnetorheologischen Fluids der Vorrichtung definiert die Drehmomentübertragungseigenschaften der Drehsteuervorrichtung. Um den Zustand des Fluids zu beeinflussen, wird der Anordnung eine Spannung zugeführt und variiert, um Änderungen in einem umgebenden Magnetfeld zu induzieren, das die Viskosität des Fluids beeinflusst. In Abhängigkeit von dem Magnetfeld, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften des Magnetfelds, wie zum Beispiel Intensität und/oder Richtung, kann das MRF zwischen einem flüssigen und einem festen Zustand variieren. Diese Änderungen können sehr genau gesteuert werden. In einem flüssigen Zustand überträgt das MRF wenig bis kein Drehmoment zwischen dem Drehelement und dem Gehäuse. Wenn sich die Viskosität jedoch erhöht und sich das Fluid einem festen Zustand nähert, erhöhen sich die Scherkräfte in dem Fluid und zwischen dem Fluid und dem Drehelement sowie zwischen dem Fluid und dem Gehäuse oder einer Komponente, die fest am Gehäuse angebracht ist. Dadurch wird wiederum eine Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse erhöht.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung ist die Verarbeitungseinheit dahingehend ausgestaltet, Befehlssignale zum Ansteuern der Anordnung zum Erzeugen des Magnetfelds und/oder Beeinflussen seiner Eigenschaften auf der Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit auszugeben.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst die Sensoreinheit der Vorrichtung ferner einen Sensor zum Überwachen des an die Benutzerschnittstellenoberfläche angelegten Drehmoments.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung überwacht die Sensoreinheit der Vorrichtung ferner die Beschleunigung der Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung umfasst das Drehelement eine Kammer, die das magnetorheologische Fluid enthält, und es ist ein statisches Element vorgesehen, das bezüglich des Gehäuses fest angeordnet ist und zumindest teilweise innerhalb der Kammer angeordnet ist, so dass die Drehmomentübertragung zwischen einer Innenfläche der Kammer des Drehelements und dem statischen Element von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung ist das Drehelement dahingehend ausgestaltet, sich innerhalb einer Kammer des Aktors, die das magnetorheologische Fluid enthält, zu drehen, wobei die Kammer bezüglich des Gehäuses fest angeordnet ist, so dass die Drehmomentübertragung zwischen dem Drehelement und einer Innenfläche der Kammer von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist.
Bei einer Ausführungsform der Drehsteuervorrichtung ist ein Federelement vorgesehen und ist ein Verbindungselement vorgesehen, das dazu dient, die Benutzerschnittstellenoberfläche über das Federelement mit dem Gehäuse lösbar zu verbinden, wenn sich die Drehsteuervorrichtung in einem Lenkmodus befindet, so dass eine von außen an die Vorrichtung angelegte Drehkraft in dem Federelement gespeichert wird, und wenn die externe Kraft entfernt wird, die Energie als eine Drehkraft zum Zurückdrehen der Benutzerschnittstellenoberfläche in die Primärposition freigesetzt wird.
Als Nächstes werden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich erläutert. Darin zeigen:

1 ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtu ng;
2 ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtu ng;
3 ein Kraftverlaufsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung.

1 zeigt ein Schemadiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung 1, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche 3 aufweist, welche durch einen Benutzer oder Bediener eines Fahrzeugs bewegt und gedreht werden kann. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann um eine Drehachse 7 der Vorrichtung 1 in verschiedene Ausrichtungen A1 gedreht werden. Die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 kann ferner durch einen Benutzer oder Bediener des Fahrzeugs zwischen einer ersten, zweiten und dritten Position P1, P2, P3 bewegt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 5, das eine auf einem Substrat 15, bei dem es sich um eine Leiterplatte handelt, angebrachte Verarbeitungseinheit 11 zumindest teilweise umschließt. Die Verarbeitungseinheit 11 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 13 verbunden. Über die Kommunikationsschnittstelle 13 können Signale, wie zum Beispiel Steuersignale Ts, übertragen und empfangen werden. Die Verarbeitungseinheit 11 ist ferner mit einer Sensoreinheit 9 verbunden, die zum Überwachen der Drehbewegung und/oder der Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses 5 dient. Die Sensoreinheit 9 übermittelt Sensordaten Ds zu der Verarbeitungseinheit 11, und auf Basis dieser Sensordaten Ds kann die Verarbeitungseinheit 11 Steuersignale zur Übertragung über die Kommunikationsschnittstelle 13 erzeugen.
Ferner umfasst die Vorrichtung eine Anordnung 17 zum Erzeugen und Beeinflussen eines Magnetfelds in einer Kammer 19 des Gehäuses 5. Die Kammer enthält ein magnetorheologisches Fluid 21, auch als MRF bekannt. Ein Drehelement 23 ist teilweise innerhalb der Kammer positioniert. Das Drehelement 23 ist mit der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 mechanisch verbunden und dreht sich mit der Drehung der Schnittstelle 3.
Entsprechend Änderungen von Eigenschaften des Magnetfelds, die durch die Anordnung 17 bewirkt werden, wie zum Beispiel Feldstärke und -richtung, variiert das magnetorheologische Fluid 12 sozusagen bezüglich der Viskosität. Daher überträgt das Fluid dementsprechend mehr oder weniger Drehmoment zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 und dem Gehäuse 5 der Vorrichtung 1. Dies wird durch die sich ändernden Scherkräfte in dem Fluid und zwischen dem Fluid und der Kammerwand verursacht. Da das Gehäuse 5 der Vorrichtung im Fahrzeug allgemein fest angebracht ist, kann in Betracht gezogen werden, dass die Anordnung eine Art Verzögerungskraft, die auf die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 einwirkt, moduliert. Derartige Systeme, die ein MRF 21 in einer Kammer 19, Drehelemente 23 und Anordnungen 17 zum Beeinflussen des Magnetfelds in der Kammer 19 umfassen, werden häufig als MRF-Aktoren bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit 11 ist dahingehend ausgestaltet, Befehlssignale zum Steuern der Anordnung 17 auszugeben. Die Anordnung 17 kann zum Beispiel durch eine Schaltung auf dem Substrat 15, die der Anordnung 17 einen pulsweitenmodulierten (PWM) Strom oder eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung gemäß den Befehlssignalen von der Verarbeitungseinheit 11 zuführt, angesteuert werden.
Ferner umfasst die Vorrichtung einen Servoaktor 25, der mit dem Drehelement 23 in Eingriff gelangt und daher ein Drehmoment an die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 anlegen kann. Wenn ein Lenkmodus der Drehsteuervorrichtung 1 aktiv ist, kann der Servoaktor 25 gemäß von der Verarbeitungseinheit empfangenen Befehlssignalen Drehmoment an die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 anlegen. Die Verarbeitungseinheit 11 kann diese Steuersignale auf der Basis von Fahrzeugdaten erzeugen, die ihr über die Kommunikationsschnittstelle 13 zugeführt werden. Diese Fahrzeugdaten können Radausrichtungsinformationen, Geschwindigkeitsinformationen, Chassisinformationen usw., aber auch Informationen über die aktuelle Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 und zum Beispiel Informationen über ein derzeit von einem Benutzer von außen angelegtes Drehmoment umfassen. Auf der Basis von diesen Informationen kann der Prozessor 11 Befehlssignale erzeugen, die bewirken, dass der Servoaktor 25 Drehmoment anlegt, so dass eine haptische Reaktion auf die Drehsteuervorrichtung 1 dem Benutzer oder Bediener übermittelt wird, wobei die aktive haptische Reaktion, die ein herkömmliches Lenkrad bereitstellen würde, simuliert wird. Wenn das Fahrzeug beim Wenden zum Beispiel mit einer bestimmten Geschwindigkeit über eine Schlagloch fährt, werden die Räder beeinflusst, und diese Wirkung kann herkömmlicherweise durch einen das Lenkrad haltenden Fahrer überwacht und korrigiert werden. In einem Steer-by-Wire-System müssen diese Wirkungen durch ein Aktorsystem, wie zum Beispiel das hier gezeigte, erzeugt werden, um dem Bediener die Möglichkeit zu geben, Korrekturen durchzuführen.
2 zeigt ein Schemadiagramm einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung, wobei kein Servoaktor 25 zur Bereitstellung eines aktiven haptischen Einflusses auf die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 vorgesehen ist. Stattdessen umfasst die Drehsteuervorrichtung 1 ein Federelement 27. Das Federelement 27 kann über ein Befestigungselement 29 mit einem mit der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 verbundenen Drehelement mechanisch verbunden und davon getrennt werden. Das Befestigungselement 29 kann zum Beispiel einen Hubmagnet mit einem Stift umfassen. Wenn sich die Drehsteuervorrichtung 1 in einem Lenkmodus befindet, wird das Federelement 27 an dem Drehelement 23 befestigt und dient dazu, eine Rückstellkraft an der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 zu erzeugen, so dass bei Fehlen einer externen Kraft die Drehsteuervorrichtung in eine Primärausrichtung zurückkehrt, wodurch das Verhalten eines herkömmlichen Lenkrads simuliert wird.
3 zeigt ein Kraftverlaufsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuervorrichtung 1, wobei das in Richtung der Primärausrichtung an die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 angelegte Drehmoment als eine Funktion der Differenz der Ausrichtung zwischen dem Bewegungsimpulsvektor des Fahrzeugs und der Richtung der Räder gezeigt wird. Wenn die Räder und der Bewegungsimpuls des Fahrzeugs ausgerichtet sind, ist nicht erforderlich, dass der Servoaktor 25 ein großes Drehmoment anlegt, weil ein herkömmliches Lenkrad unter diesen Umständen im Allgemeinen nicht zur Mitte zurückziehen würde, da sich das Rad unter solchen Umständen bereits ungefähr in einer Primärausrichtung befindet, wenn sich das Fahrzeug in Richtung der Räder bewegt.
Wird die Drehsteuervorrichtung 1 aus der Primärposition weg gedreht wird und Steuersignale an die Lenkaktoren sendet, so dass sich die Räder nicht auf eine aktuelle Bewegungsimpulsrichtung ausrichten, dann nimmt die Betätigungskraft des Servoaktors 25 zu.
Bezugszeichenliste

1: Drehsteuervorrichtung
3: Benutzerschnittstellenoberfläche
5: Gehäuse
7: Drehachse
9: Sensoreinheit
11: Verarbeitungseinheit
13: Kommunikationsschnittstelle
15: Substrat/PCB
17: Anordnung zur Erzeugung/Beeinflussung eines Magnetfelds
19: Kammer
21: magnetorheologisches Fluid
23: Drehelement
25: Servoaktor
27: Federelement
29: Befestigungselement
X1: erste Richtung
X2: zweite Richtung
P1: erste Position
P2: zweite Position
P3: dritte Position

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

EP 2065614 A1 [0002]
US 2016/0378131 A1 [0002]
US 2016/0216763 A1 [0002]
US 2011/0181405 A1 [0002]
DE 102010029184 A1 [0003]

Claims

Drehsteuervorrichtung (1) zum Lenken eines Fahrzeugs, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche (3) umfasst, die dahingehend ausgestaltet ist, sich bezüglich eines Gehäuses (5) der Vorrichtung um eine Drehachse (7) der Vorrichtung zu drehen, ferner umfassend eine Sensoreinheit (9) zur Überwachung der Ausrichtung und/oder Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) bezüglich des Gehäuses (5), eine Verarbeitungseinheit (11) und eine Kommunikationsschnittstelle (13) zur Übertragung von Steuersignalen (Ts) gemäß einer Ausgabe (Op) von der Verarbeitungseinheit (11), wobei die Ausgabe von der Verarbeitungseinheit (11) auf der Basis von Sensordaten (Ds) von der Sensoreinheit (9) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehsteuervorrichtung (1) ferner einen magnetorheologischen Aktor (17, 19, 21, 23) mit einem Drehelement (23) umfasst, das mit der Benutzerschnittstellenoberfläche (23) mechanisch verbunden ist, wobei eine Drehbewegung des Drehelements (23) von Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist, und dass der magnetorheologische Aktor (17, 19, 21, 23) dahingehend ausgestaltet ist, gemäß Befehlssignalen (Gs) von der Verarbeitungseinheit (11) das Magnetfeld zu erzeugen und/oder seine Eigenschaften zu beeinflussen.
Drehsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (11) die Befehlssignale (Gs) zumindest teilweise auf der Basis von Informationen über Fahrzeuggeschwindigkeit, -beschleunigung und/oder Radstellung erzeugt, wobei die Kommunikationsschnittstelle (13) dahingehend ausgestaltet ist, die Informationen zu empfangen und die Informationen der Verarbeitungseinheit (11) zuzuführen.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (11) zum Erzeugen der Befehlssignale zumindest teilweise auf der Basis von durch die Sensoreinheit (9) erzeugten Sensorinformationen (Ds) über eine Änderung der Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) von einer Primärausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) ausgestaltet ist, wobei die Primärausrichtung eine Ausrichtung ist, in der die Kommunikationsschnittstelle (13) ein Steuersignal (Ts) zum derartigen Ausrichten von Traktionsführungsteilen eines Fahrzeugs, insbesondere Rädern, überträgt, dass das Fahrzeug in eine durch eine in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung verlaufende Achse des Fahrzeugs definierte Richtung geführt wird und/oder in eine der aktuellen Bewegungsimpulsrichtung des Fahrzeugs entsprechende Richtung geführt wird.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein Drehmoment von außen an die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) zum Drehen der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) in eine von der Primärausrichtung abweichende Ausrichtung angelegt wird, die Verarbeitungseinheit (11) derartige Befehlssignale (Gs) erzeugt, dass der magnetorheologische Aktor (17, 19, 21, 23) das Magnetfeld erzeugt und/oder seine Eigenschaften beeinflusst, dahingehend, die Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) und dem Gehäuse (5) zu erhöhen.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehsteuervorrichtung (1) ferner einen Servoaktor (25) umfasst, der dahingehend ausgestaltet ist, Drehmoment gemäß den durch die Verarbeitungseinheit (11) ausgegebenen Befehlssignalen (Gs) direkt und/oder indirekt an die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) anzulegen.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein Drehmoment von außen an die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) zum Drehen der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) in eine von der Primärausrichtung abweichende Ausrichtung angelegt wird, der Servoaktor (25) dazu dient, ein Drehmoment in eine der Drehbewegung entgegengesetzte Richtung, in eine Drehrichtung der Primärausrichtung, anzulegen, derart, dass sich die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) in die Primärausrichtung dreht, wenn das manuell angelegte Drehmoment entfernt wird.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetorheologische Aktor (17, 19, 21, 23) ein Drehelement (23) umfasst, das mit der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) mechanisch verbunden ist und zum Zusammenwirken mit einem magnetorheologischen Fluid (21) des magnetorheologischen Aktors dient, und wobei der magnetorheologische Aktor eine Anordnung (17) zum Erzeugen eines auf das magnetorheologische Fluid (21) einwirkenden Magnetfelds und/oder zum Beeinflussen seiner Eigenschaften umfasst, um eine Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) und dem Gehäuse (5) zu modulieren.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (11) dahingehend ausgestaltet ist, Befehlssignale (Gs) zum Ansteuern der Anordnung (17) zum Erzeugen des Magnetfelds und/oder Beeinflussen seiner Eigenschaften auf der Basis von Sensordaten (Ds) von der Sensoreinheit (9) auszugeben.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (9) der Vorrichtung (1) ferner einen Sensor zur Überwachung des an die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) angelegten Drehmoments umfasst.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (9) der Vorrichtung (1) ferner die Beschleunigung der Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) bezüglich des Gehäuses (5) überwacht.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (23) eine Kammer (19) umfasst, die das magnetorheologische Fluid (21) enthält, und dass ein statisches Element vorgesehen ist, das bezüglich des Gehäuses (5) fest angeordnet ist und zumindest teilweise innerhalb der Kammer (19) angeordnet ist, so dass die Drehmomentübertragung zwischen einer Innenfläche der Kammer (19) des Drehelements (23) und dem statischen Element von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist.
Drehsteuervorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (23) dahingehend ausgestaltet ist, sich innerhalb einer Kammer (19) des Aktors, die das magnetorheologische Fluid enthält, zu drehen, wobei die Kammer (19) bezüglich des Gehäuses (5) fest angeordnet ist, so dass die Drehmomentübertragung zwischen dem Drehelement (23) und einer Innenfläche der Kammer (19) von den Eigenschaften eines Magnetfelds abhängig ist.
Drehsteuervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (27) vorgesehen ist und dass ein Verbindungselement (29) vorgesehen ist, das dazu dient, die Benutzerschnittstellenoberfläche (3) über das Federelement (27) mit dem Gehäuse (5) lösbar zu verbinden, wenn sich die Drehsteuervorrichtung (1) in einem Lenkmodus befindet, so dass eine von außen an die Vorrichtung (1) angelegte Drehkraft in dem Federelement (27) gespeichert wird, und wenn die externe Kraft entfernt wird, die Energie als eine Drehkraft zum Zurückdrehen der Benutzerschnittstellenoberfläche (3) in die Primärposition freigesetzt wird.