DE102021126480A1 - Steering device with a magnetorheological braking device and method for operating a steering device - Google Patents
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Abstract
Lenkeinrichtung (100) zum Steuern eines Fahrzeugs mittels einer bewegbaren Lenkeinheit (301), wobei eine Bewegung der Lenkeinheit (301) mittels einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (1) bremsbar ist. Die Bremseinrichtung (1) umfasst einen feststehenden Halter (4) und zwei Bremskomponenten (2, 3). Eine Bremskomponente (2, 3) ist durch die Lenkeinheit (310) drehbar. Eine Bremskomponente (2, 3) ist mit dem Halter (4) drehfest verbunden. Die beiden Bremskomponenten (2, 3) sind relativ zueinander kontinuierlich um eine Rotationsachse (20) drehbar. Eine erste Bremskomponente (2) erstreckt sich entlang der Rotationsachse (20) und umfasst einen Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material. Die zweite Bremskomponente (3) umfasst ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil (13). Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) ist ein umlaufender und mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Spalt (5). Dabei umfasst der Spalt (5) zwei unterschiedliche Bremsspaltabschnitte (5a, 5b). In einem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) ist eine Scheibenkontur (41) zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) ausgebildet. In einem zweiten Bremsspaltabschnitt (5b) ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern (11) auf dem Umfang des Kerns (21) angeordnet ist.Steering device (100) for controlling a vehicle by means of a movable steering unit (301), a movement of the steering unit (301) being able to be braked by means of a magnetorheological braking device (1). The braking device (1) comprises a stationary holder (4) and two braking components (2, 3). A braking component (2, 3) can be rotated by the steering unit (310). A brake component (2, 3) is non-rotatably connected to the holder (4). The two brake components (2, 3) can be continuously rotated relative to one another about an axis of rotation (20). A first brake component (2) extends along the axis of rotation (20) and comprises a core (21) made of a magnetically conductive material. The second brake component (3) comprises a hollow shell part (13) extending around the first brake component (2). Between the first and the second braking component (2, 3) there is a circumferential gap (5) filled with a magnetorheological medium (6). The gap (5) comprises two different braking gap sections (5a, 5b). In a first braking gap section (5a), a disk contour (41) is formed between the casing part (13) and the core (21). A plurality of rolling elements (11) are arranged on the circumference of the core (21) in a second braking gap section (5b).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs mittels einer bewegbaren Lenkeinheit sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung. Die Lenkeinrichtung umfasst eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten, die um eine Rotationsachse relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind.The invention relates to a steering device for controlling a vehicle by means of a movable steering unit and a method for operating a steering device. The steering device comprises a magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components which can be rotated continuously relative to one another about an axis of rotation.
An solche Lenkeinrichtungen werden hohe Anforderungen gestellt. So werden beispielsweise präzise Lenkrückmeldungen und ein spielfreies bzw. ruckfreies Lenkverhalten besonders um die Mittellage sowie ein insgesamt sehr leichtgängiges harmonisches Lenkverhalten gefordert. Zudem muss die Bremseinrichtung hohe Bremsmomente bereitstellen können, beispielsweise für harte Endanschläge bei schnell drehendem Lenkrad (also hohe kinetische Energie, wenn das Lenkrad beim Rangieren rasch gedreht wird, zum Beispiel mit 1000°/s). Aufgrund der starken Zunahme der Bedienelemente im Lenkrad werden die Lenkräder immer schwerer, was die kinetische Energie erhöht. Hohe Bremsmomente werden zudem auch benötigt, wenn sich der Fahrer bzw. die Fahrerin (bzw. Nutzer/Nutzerin) beim Aussteigen oder Einsteigen am Lenkrad hält bzw. abstützt (Ein-/Ausstiegshilfe). Solche Bremsmomente können beispielsweise 25 Newtonmeter, 35 Newtonmeter oder mehr betragen.High demands are placed on such steering devices. For example, precise steering feedback and backlash-free or jerk-free steering behavior, especially around the center position, and overall very smooth, harmonious steering behavior are required. In addition, the braking device must be able to provide high braking torques, for example for hard end stops when the steering wheel is turning quickly (i.e. high kinetic energy if the steering wheel is turned quickly when maneuvering, for example at 1000°/s). Due to the sharp increase in the number of controls in the steering wheel, the steering wheels are becoming heavier, which increases kinetic energy. High braking torques are also required if the driver (or user) is holding or supporting himself/herself on the steering wheel when getting out or in (help to get in/out). Such braking torques can be, for example, 25 Newton meters, 35 Newton meters or more.
Zugleich muss die Bremseinrichtung auch sehr niedrige Bremsmomente bereitstellen können (kleiner 1 Newtonmeter, bevorzugt kleiner 0,5 Newtonmeter), beispielsweise wenn zum Halten der Spur beim Geradeausfahren nur sehr leichte Lenkbewegungen vorgenommen werden. Ebenso sind niedrige Bremsmomente bei Lenkbewegungen um die Mittellage oder bei Richtungswechseln nötig (z.B. 1 bis 3 Newtonmeter), damit das Fahrzeug entsprechend weich geführt und eine kurvige Strecke schnell und zugleich harmonisch durchfahren werden kann. Insgesamt ist ein feinfühliges und präzises Lenken nur mit einer sehr leichtgängigen Lenkung möglich. Dazu sind beispielsweise Bremsmomente von weniger als einem Newtonmeter erwünscht.At the same time, the braking device must also be able to provide very low braking torques (less than 1 Newton meter, preferably less than 0.5 Newton meters), for example if only very slight steering movements are made to stay in lane when driving straight ahead. Likewise, low braking torques are required for steering movements around the center position or when changing direction (e.g. 1 to 3 Newton meters), so that the vehicle can be guided softly and a winding stretch of road can be driven through quickly and harmoniously at the same time. Overall, sensitive and precise steering is only possible with very smooth steering. For example, braking torques of less than one Newton meter are desired.
Des Weiteren sollten verschiedene Bremsmomente möglichst ohne spürbare Übergänge bzw. stufenlos und mit hoher Regelgüte einstellbar sein. Zudem sollten die Bremsmomente mit möglichst kurzen Reaktionszeiten und beispielsweise in weniger als 100 ms einstellbar sein. Dabei ist der Bauraum für die Lenkeinrichtung in der Regel sehr begrenzt, beispielsweise in einem Armaturenbrett bei modernen Fahrzeugen mit Head-up Display.Furthermore, it should be possible to adjust different braking torques without any noticeable transitions or steplessly and with high control quality. In addition, the braking torques should be adjustable with the shortest possible response times, for example in less than 100 ms. The installation space for the steering device is generally very limited, for example in a dashboard in modern vehicles with a head-up display.
Die zuvor genannten Anforderungen sind technologisch nur sehr schwer zu erreichen. Ein Problem ist, dass hohe Bremsmomente in der Regel entsprechende Reibdurchmesser und Baugrößen benötigen, was wiederum das Grundmoment (auch als Leerlaufmoment bezeichnet) unvorteilhaft erhöht. Ein hohes Grundmoment steht jedoch der Anforderung des leichtgängigen Lenkens entgegen.The aforementioned requirements are technologically very difficult to achieve. One problem is that high braking torques usually require corresponding friction diameters and sizes, which in turn disadvantageously increases the basic torque (also referred to as idling torque). However, a high basic torque is contrary to the requirement for easy steering.
So sind beispielsweise Reibkupplungen bekannt, welche ein hohes maximales Bremsmoment bieten. Allerdings verursachen die zum Erzielen des Bremsmomentes benötigten Reibflächen unbestromt ungünstig hohe Grundreibungen, beispielsweise ein Newtonmeter Grundreibung bei 20 Newtonmeter maximalem Bremsmoment.For example, friction clutches are known which offer a high maximum braking torque. However, when there is no current, the friction surfaces required to achieve the braking torque cause unfavorably high basic friction, for example one newton meter of basic friction at a maximum braking torque of 20 newton meters.
Des Weiteren sind Lenksysteme mit einem Elektromotor bekannt geworden, welcher entweder direkt oder über ein Untersetzungsgetriebe oder (Zahn-) Riemen mit dem Lenkrad gekoppelt ist. Solche direkt angebrachten Elektromotoren erzeugen beispielsweise aktive Bremsmomente (Nennmomente) bis acht Newtonmeter und kurzzeitig passive Bremsmomente bis 25 Newtonmeter. Wegen des entsprechend hohen Bremsmoments sind solche Elektromotoren jedoch groß und schwer sowie träge (Massenträgheitsmoment) und oft auch teuer. Aufgrund des großen Arbeitsbereiches ist die Regelbarkeit bei niedrigen Bremsmomenten verbesserungswürdig.Furthermore, steering systems with an electric motor have become known, which is coupled to the steering wheel either directly or via a reduction gear or (toothed) belt. Such directly attached electric motors generate, for example, active braking torques (nominal torques) of up to eight newton meters and briefly passive braking torques of up to 25 newton meters. Because of the correspondingly high braking torque, however, such electric motors are large and heavy as well as sluggish (mass moment of inertia) and often expensive. Due to the large working range, the controllability at low braking torques is in need of improvement.
Über z.B. Riementriebe übersetzte und parallel zum Lenkstrang angebrachte Elektromotoren (indirekte Anordnung) sollten vorteilhafter gestaltet werden, der zusätzliche Riementrieb, Riemenräder, Halterungen benötigen Platz und verursachen Nachgiebigkeiten, Spiel und Zusatzkosten.For example, electric motors translated via belt drives and attached parallel to the steering train (indirect arrangement) should be designed more advantageously, the additional belt drive, belt wheels, brackets require space and cause flexibility, play and additional costs.
Da Elektromotoren im Lenksystem das hohe Bremsmoment primär bei niederen Drehzahlen erbringen müssen, ist auch der Strombedarf bzw. Leistungsbedarf unvorteilhaft hoch. Zugleich haben Elektromotoren bei niederen Drehzahlen bzw. im Stillstand (zum Beispiel zur Bereitstellung eines Endanschlags) einen sehr ungünstigen Wirkungsgrad und erhitzen deshalb oft sehr schnell. Das verschlechtert wiederum den Wirkungsgrad, da der Spulenwiderstand zunimmt. Dadurch erhitzt er noch schneller, alles schaukelt sich so auf, der Leistungsbedarf steigt schnell und sehr stark.Since electric motors in the steering system have to generate the high braking torque primarily at low speeds, the electricity requirement or power requirement is also disadvantageously high. At the same time, electric motors have a very unfavorable level of efficiency at low speeds or when stationary (e.g. to provide an end stop) and therefore often heat up very quickly. This in turn degrades the efficiency as the coil resistance increases. As a result, it heats up even faster, everything shakes up, the power requirement increases quickly and very sharply.
Eine Steer-by-Wire-Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einer magnetorheologischen Bremse ist aus der
Magnetorheologische Bremsen mit magnetorheologischen Flüssigkeiten sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. die MRF Bremse der Firma Lord Corporation in verschiedenen Baugrößen (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https://www.lord.com/products-andsolutions/steer-by-wire-tactile-feedback-device. Diese werden u.a. auch als „Steer-by-Wire Tactile Feedback“ eingesetzt. Diese Bremsen funktionieren an sich. Ein Nachteil dieser MRF Bremsen ist aber deren relativ hohe Grundreibung (Grundmoment) in Relation zum Maximalmoment (Arbeitsbereich). Der Arbeitsbereich der 5 Nm Bremse ist laut Webseite/Spezifikation der Firma Lord 0,5 bis 5 Nm (Faktor 10), bei der 12 Nm Bremse liegt der Arbeitsbereich zwischen 1 Nm und 12 Nm (Faktor 12) und bei der 20 Nm Bremse liegt der Arbeitsbereich zwischen 1 Nm und 20 Nm (Faktor 20). Dieser relativ geringe Arbeitsbereich ist für viele Anwendungen nicht ausreichend, weshalb diese Serienprodukte primär bei grobmotorischen Anwendungen im Einsatz sind (u.a. Bedienung meist mit Handschuhen, wie in der Industrie, bei Landmaschinen, an Gabelstaplern...).Magnetorheological brakes with magnetorheological fluids are known from the prior art, for example the company's MRF brake Lord Corporation in different sizes (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https://www.lord.com/products-andsolutions/steer-by-wire-tactile-feedback-device. These are also used, among other things, as “steer-by-wire tactile feedback”. These brakes work by themselves. A disadvantage of these MRF brakes is their relatively high basic friction (basic torque) in relation to the maximum torque (working range). According to the Lord website/specification, the working range of the 5 Nm brake is 0.5 to 5 Nm (factor 10), with the 12 Nm brake the working range is between 1 Nm and 12 Nm (factor 12) and with the 20 Nm brake the working range between 1 Nm and 20 Nm (factor 20). This relatively small working range is not sufficient for many applications, which is why these series products are primarily used in applications involving large motors (including operation mostly with gloves, as in industry, on agricultural machinery, on forklifts...).
Für (überwiegend) feinmotorische Anwendungen wie das Lenken eines Personenkraftwagens ist ein wesentlich niederes Grundmoment bei gleichzeitig höherem Maximalmoment vorteilhaft, also einen erheblich größeren Arbeitsbereich. Besonders das hohe Grundmoment führt z.B. beim Lenken rasch zum Ermüden bzw. fühlt sich nicht komfortabel an. Die bekannten MRF Bremsen lassen einen großen Arbeitsbereich aber nicht zu, da die Reibflächen zu groß sind. Kleinere Reibflächen würden zwar das Grundmoment verringern, aber damit würde auch das Maximalmoment kleiner werden, was gerade bei Lenksystemen ungünstig wäre.For (predominantly) fine-motor applications such as steering a passenger car, a significantly lower basic torque with a simultaneously higher maximum torque is advantageous, ie a significantly larger working range. The high basic torque in particular quickly leads to fatigue when steering, for example, or does not feel comfortable. However, the well-known MRF brakes do not allow a large working range because the friction surfaces are too large. Although smaller friction surfaces would reduce the basic torque, this would also reduce the maximum torque, which would be unfavorable for steering systems in particular.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lenkeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Lenkeinrichtung die zuvor diskutierten Anforderungen möglichst weitgehend erfüllen und vorzugsweise zugleich eine zuverlässige und sichere Funktion bieten sowie wirtschaftlich herstellbar sein.In contrast, it is the object of the present invention to provide an improved steering device. In particular, the steering device should meet the requirements discussed above as far as possible and preferably at the same time offer a reliable and safe function and be economical to produce.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand von Anspruch 41. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a steering device having the features of
Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung dient zum Steuern (Lenken) eines Fahrzeugs mittels einer (wenigstens teilweise manuell) bewegbaren Lenkeinheit. Eine Bewegung der Lenkeinheit ist mittels wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung bremsbar (insbesondere dämpfbar). Die Bremseinrichtung umfasst einen feststehenden Halter und wenigstens zwei Bremskomponenten. The steering device according to the invention serves to control (steer) a vehicle by means of a (at least partially manually) movable steering unit. A movement of the steering unit can be braked (in particular damped) by means of at least one magnetorheological braking device. The braking device includes a stationary holder and at least two braking components.
Wenigstens eine der wenigstens zwei Bremskomponenten ist durch die Lenkeinheit drehbar. Insbesondere ist die Bremskomponente drehbar an die Lenkeinheit gekoppelt. Wenigstens eine andere der wenigstens zwei Bremskomponenten ist mit dem Halter drehfest verbunden. Die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander kontinuierlich um eine Rotationsachse drehbar. Eine erste Bremskomponente erstreckt sich entlang der Rotationsachse. Das bedeutet, dass sich die erste Bremskomponente wenigstens abschnittsweise entlang der Rotationsachse erstreckt. Oder dass sich wenigstens ein Abschnitt der ersten Bremskomponente oder vorzugsweise ein wesentlicher Teil der ersten Bremskomponente entlang der Rotationsachse erstreckt. Die erste Bremskomponente umfasst einen Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material. Die zweite Bremskomponente umfasst ein sich um die erste Bremskomponente herum (insbesondere in radialer und/oder axialer Richtung) erstreckendes und hohl ausgebildetes Mantelteil. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist wenigstens ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Spalt ausgebildet. Dabei umfasst der Spalt wenigstens zwei unterschiedliche Bremsspaltabschnitte. Die Bremsspaltabschnitte sind insbesondere radial ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ können die Bremsspaltabschnitte auch axial ausgebildet sein. Dabei ist in bzw. an einem ersten Bremsspaltabschnitt eine Scheibenkontur zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet. An bzw. in einem zweiten Bremsspaltabschnitt ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf dem Umfang des Kerns angeordnet.At least one of the at least two brake components is rotatable by the steering unit. In particular, the braking component is rotatably coupled to the steering unit. At least one other of the at least two brake components is non-rotatably connected to the holder. The two brake components are continuously rotatable relative to each other about an axis of rotation. A first braking component extends along the axis of rotation. This means that the first braking component extends at least in sections along the axis of rotation. Or that at least a portion of the first braking component, or preferably a substantial part of the first braking component, extends along the axis of rotation. The first braking component includes a core made of a magnetically conductive material. The second brake component comprises a shell part which extends around the first brake component (in particular in the radial and/or axial direction) and is of hollow design. At least one circumferential gap that is at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second brake component. In this case, the gap comprises at least two different braking gap sections. The brake gap sections are in particular formed radially. Additionally or alternatively, the brake gap sections can also be formed axially. In this case, a disk contour is formed between the casing part and the core in or on a first braking gap section. A plurality of rolling bodies is arranged on the circumference of the core at or in a second braking gap section.
Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Kombination der beiden unterschiedlichen Bremsspaltabschnitte. So können mit dem Bremsspaltabschnitt mit der Scheibenkontur niedrige und zugleich besonders präzise regelbare Bremsmomente erzeugt werden. Mit dem Bremsspaltabschnitt mit den Wälzkörpern können besonders hohe Bremsmomente, beispielsweise für Endanschläge oder die Ein-/Ausstiegshilfe, erzeugt werden. Ein besonderer Vorteil ist, dass beide Bremsabschnitte ein besonders geringes Grundmoment aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine solche Bremseinrichtung insgesamt nur wenig Bauraum benötigt und konstruktiv unaufwendig umgesetzt und wirtschaftlich hergestellt werden kann. Zudem ist die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung besonders zuverlässig, da die Bremsspaltabschnitte eine Redundanz ermöglichen.The steering device according to the invention offers many advantages. The combination of the two different braking gap sections offers a considerable advantage. In this way, the brake gap section with the disc contour can be used to generate low and at the same time particularly precisely controllable braking torques. With the braking gap section with the rolling bodies, particularly high braking torques can be generated, for example for end stops or to help people get in and out. A particular advantage is that both braking sections have a particularly low basic torque. A further advantage is that such a braking device requires little installation space overall and can be implemented in a structurally uncomplicated manner and can be manufactured economically. In addition, the steering device according to the invention is particularly reliable since the braking gap sections enable redundancy.
Der Einsatz der Lenkeinrichtung ist bei Kraftfahrzeugen (z. B. Pkws; ON-Highway Fahrzeuge), Luftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Booten, in der Landtechnik bei zum Beispiel Traktoren oder Mähdrescher, Erntemaschinen und sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft möglich (OFF-Highway Fahrzeuge). Der Einsatz ist auch bei Baumaschinen und zum Beispiel Gabelstaplern oder ähnlichen Maschinen oder auch bei Simulatoren zur Simulation einer Fahrzeugsteuerung möglich (Gaming; Sim Race; Computerpheripherie...). Die Lenkeinrichtung ist insbesondere auch für wenigstens teilweise autonom fahrende Fahrzeuge einsetzbar.The steering device can be used in motor vehicles (e.g. passenger cars; ON-Highway vehicles), aircraft, airplanes, ships, boats, in agricultural engineering, for example in tractors or combine harvesters, harvesters and other field machines for agriculture (OFF-Highway Vehicles). It can also be used in construction machinery and, for example, forklifts or similar machines or in simulators for simulating vehicle control (gaming; sim race; computer peripherals...). The steering device can also be used in particular for vehicles that are at least partially autonomous.
Die Lenkeinheit kann beispielsweise als ein Lenkrad, ein Lenker bzw. Lenkstange, Steuerknüppel, Steuerhorn, Steuerpedal, Steuerhebel oder als Joystick oder auch als ein Bedienrad ausgebildet sein. Möglich sind auch andere Bauarten von bewegbaren Lenkeinheiten zum Lenken von Fahrzeugen. Die Bewegung der Lenkeinheit ist insbesondere eine Drehbewegung. Insbesondere ist die Lenkeinheit in wenigstens zwei Drehrichtungen bewegbar. Die Bewegung der Lenkeinheit kann auch eine andere Art von Bewegung sein. Die Lenkeinrichtung kann wenigstens eine Getriebeeinrichtung umfassen, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bewegung der Lenkeinheit in eine Drehbewegung einer der Komponenten der Bremseinrichtung umzusetzen.The steering unit can be designed, for example, as a steering wheel, a handlebar or handlebar, joystick, control yoke, control pedal, control lever or as a joystick or as a control wheel. Other designs of movable steering units for steering vehicles are also possible. The movement of the steering unit is in particular a rotary movement. In particular, the steering unit can be moved in at least two directions of rotation. The movement of the steering unit can also be another type of movement. The steering device can comprise at least one transmission device which is suitable and designed to convert the movement of the steering unit into a rotational movement of one of the components of the braking device.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Bremsmoment in Echtzeit einstellbar ist. In all configurations it is preferred that the braking torque can be adjusted in real time.
Insbesondere umfasst die Lenkeinrichtung wenigstens eine Aktuatoreinrichtung zur Umsetzung einer mit der Lenkeinheit ausgeführten Lenkbewegung in eine Fahrzeugbewegung. Insbesondere sind die Lenkeinheit und die Aktuatoreinrichtung nur elektrisch und/oder nur elektromagnetisch wirkverbunden. Insbesondere sind die Lenkeinheit und die Aktuatoreinrichtung (im Normalbetrieb) nicht mechanisch gekoppelt. Im Notfallbetrieb kann eine mechanische Kopplung vorgesehen sein. Insbesondere ist die Lenkeinrichtung eine Steer-by-Wire-Lenkung. Darunter fallen auch Steer-by-wire Lenkungen, welche in besonderen Situationen, wie bei einem Notfall oder einer Fail Safe Situation, den Lenkstrang einkuppeln, also insbesondere eine mechanische Koppelung zwischen Lenkeinheit bzw. Fahrer und Rad gegeben ist. In einer solchen Ausgestaltung bietet die Erfindung besonders viele Vorteile.In particular, the steering device comprises at least one actuator device for converting a steering movement carried out with the steering unit into a vehicle movement. In particular, the steering unit and the actuator device are operatively connected only electrically and/or only electromagnetically. In particular, the steering unit and the actuator device (in normal operation) are not mechanically coupled. A mechanical coupling can be provided in emergency operation. In particular, the steering device is a steer-by-wire steering system. This also includes steer-by-wire steering systems, which engage the steering train in special situations, such as an emergency or a fail-safe situation, ie there is in particular a mechanical coupling between the steering unit or driver and wheel. In such an embodiment, the invention offers a particularly large number of advantages.
Möglich ist aber auch, dass die Lenkeinrichtung als eine mechanische Lenkung und vorzugsweise als eine Servolenkung ausgebildet ist. Auch bei einer solchen Lenkung können die zwei unterschiedlichen Bremsspaltabschnitte vorteilhaft eingesetzt werden.However, it is also possible for the steering device to be designed as a mechanical steering system and preferably as a power steering system. The two different brake gap sections can also be used advantageously with such a steering system.
Die Bremseinrichtung weist bei einer aktiven Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums insbesondere ein Bremsmoment auf. Die Bremseinrichtung weist bei einer inaktiven Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums insbesondere ein Grundmoment auf. Dabei ist das Grundmoment wenigstens um den Faktor 50 und vorzugsweise wenigstens um den Faktor 90 und besonders bevorzugt wenigstens um den Faktor 100 geringer als ein mit der Bremseinrichtung bereitstellbares maximales Bremsmoment. Das bietet einen besonders großen Arbeitsbereich. Das bietet ein besonders vorteilhaftes Lenkverhalten und kann mit der hier vorgestellten Bremseinrichtung besonders gut umgesetzt werden. Für den Bewegungswiderstand der Lenkeinheit ergibt sich insbesondere ein Drehmoment, welches wenigstens aus dem Bremsmoment und dem Grundmoment zusammengesetzt ist.In the case of an active influencing of the magnetorheological medium, the braking device has in particular a braking torque. In the case of an inactive influencing of the magnetorheological medium, the braking device has in particular a basic torque. The basic torque is at least 50 times lower and preferably at least 90 times lower and particularly preferably at least 100 times lower than a maximum braking torque that can be provided with the braking device. This offers a particularly large working area. This offers a particularly advantageous steering behavior and can be implemented particularly well with the braking device presented here. For the movement resistance of the steering unit, there is in particular a torque which is made up of at least the braking torque and the basic torque.
Es ist möglich und vorteilhaft, dass die Bremseinrichtung bei einer inaktiven Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums ein Grundmoment von maximal 0,5 Newtonmeter und vorzugsweise maximal 0,25 Newtonmeter und besonders bevorzugt maximal 0,1 Newtonmeter aufweist.It is possible and advantageous for the braking device to have a basic torque of at most 0.5 Newton meters and preferably at most 0.25 Newton meters and particularly preferably at most 0.1 Newton meters when influencing the magnetorheological medium in an inactive manner.
Insbesondere ist mit der Bremseinrichtung durch eine aktive Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums ein maximales Bremsmoment von wenigstens 25 Newtonmeter und vorzugsweise wenigstens 45 Newtonmeter und besonders bevorzugt wenigstens 50 Newtonmeter erzeugbar.In particular, a maximum braking torque of at least 25 Newton meters and preferably at least 45 Newton meters and particularly preferably at least 50 Newton meters can be generated with the braking device by actively influencing the magnetorheological medium.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt ein wenigstens doppelt so hohes Bremsmoment wie mit dem ersten Bremsspaltabschnitt erzeugbar ist. Insbesondere ist mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt ein wenigstens dreimal und vorzugsweise wenigstens fünfmal und besonders bevorzugt wenigstens zehn Mal so hohes Bremsmoment wie mit dem ersten Bremsspaltabschnitt erzeugbar.In all of the configurations, it is preferred and advantageous that a braking torque that is at least twice as high as with the first brake gap section can be generated with the second brake gap section. In particular, a braking torque that is at least three times and preferably at least five times and particularly preferably at least ten times as high as with the first brake gap section can be generated with the second brake gap section.
Mit dem ersten Bremsspaltabschnitt ist insbesondere nur ein Teil und vorzugsweise weniger als die Hälfte des maximalen Bremsmoments erzeugbar. Insbesondere ist mit dem ersten Bremsspaltabschnitt weniger als ein Viertel und vorzugsweise weniger als ein Achtel des maximalen Bremsmoments erzeugbar. Insbesondere ist mit dem ersten Bremsspaltabschnitt ein Bremsmoment erzeugbar, welches zwischen null Newtonmeter und zehn Newtonmeter und vorzugsweise zwischen null Newtonmeter und acht Newtonmeter und besonders bevorzugt zwischen null Newtonmeter und fünf Newtonmeter liegt. Solche Bremsmomente können mit dem ersten Bremsspaltabschnitt mit besonders hoher Regelgüte eingestellt werden.In particular, only part and preferably less than half of the maximum braking torque can be generated with the first braking gap section. In particular, less than a quarter and preferably less than an eighth of the maximum braking torque can be generated with the first brake gap section. In particular, a braking torque can be generated with the first brake gap section, which is between zero Newton meters and ten Newton meters and preferably between zero Newton meters and eight Newton meters and particularly preferably between zero Newton meters and five Newton meters. Such braking torques can be adjusted with the first braking gap section with a particularly high control quality.
Mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt ist insbesondere ein überwiegender Teil und vorzugsweise wenigstens zwei Drittel des maximalen Bremsmoments erzeugbar. Insbesondere sind mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt wenigstens drei Viertel oder sogar wenigstens 90 % des maximalen Bremsmoments erzeugbar. Es ist möglich, dass das maximale Bremsmoment allein mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt erzeugbar ist. Es ist möglich, dass zeitgleich mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt auch der erste Bremsspaltabschnitt zur Unterstützung aktiviert wird. Bei solchen Bremsmomenten kann der zweite Bremsspaltabschnitt besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da hierbei dessen Eigenschaften in Bezug auf die Regelbarkeit keinen Nachteil darstellen.In particular, a major part and preferably at least two thirds of the maximum braking torque can be generated with the second brake gap section. In particular, at least three quarters or even at least 90% of the maximum braking torque can be generated with the second brake gap section. It is possible that the maximum braking torque can be generated solely with the second brake gap section. It is possible that at the same time as the second braking gap section, the first braking gap section is also activated for support. With such braking torques, the second brake gap section can be used particularly advantageously, since its properties in terms of controllability do not pose a disadvantage.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass ein Bremsmoment mit dem ersten Bremsspaltabschnitt mit einer höheren Auflösung als mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt einstellbar ist. Vorzugsweise weist der erste Bremsspaltabschnitt eine wenigstens um den Faktor zehn höhere Auflösung als der zweite Bremsspaltabschnitt auf.It is preferred and advantageous that a braking torque can be adjusted with the first brake gap section with a higher resolution than with the second brake gap section. The first braking gap section preferably has a resolution that is at least ten times higher than that of the second braking gap section.
Insbesondere ist mit dem ersten Bremsspaltabschnitt ein Bremsmoment mit einer Auflösung von wenigstens 0,5 Newtonmeter und vorzugsweise wenigstens 0,25 Newtonmeter und besonders bevorzugt wenigstens 0,15 Newtonmeter erzeugbar.In particular, a braking torque with a resolution of at least 0.5 Newton meters and preferably at least 0.25 Newton meters and particularly preferably at least 0.15 Newton meters can be generated with the first brake gap section.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass dem ersten Bremsspaltabschnitt eine erste elektrische Spule und dem zweiten Bremsspaltabschnitt eine zweite elektrische Spule zugeordnet sind. Insbesondere sind die Spulen separat ansteuerbar. Insbesondere dienen die Spulen zu Erzeugung eines (Magnet-) Feldes zur Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums. Insbesondere sind die Spulen durch das (nachfolgend beschriebene) Lenkungssteuergerät (insbesondere intelligent) ansteuerbar. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein besonders feinfühliges Lenkverhalten und bietet zudem eine zuverlässige Redundanz.In all of the configurations, it is preferred and advantageous for a first electrical coil to be assigned to the first brake gap section and a second electrical coil to be assigned to the second brake gap section. In particular, the coils can be controlled separately. In particular, the coils serve to generate a (magnetic) field for influencing the magnetorheological medium. In particular, the coils can be controlled (in particular intelligently) by the steering control unit (described below). Such a configuration enables a particularly sensitive steering behavior and also offers reliable redundancy.
Möglich ist auch, dass die wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte durch eine gemeinsame Spule versorgt werden. Dann ist beispielsweise zwischen dem Mantelteil und dem Kern wenigstens eine um die Rotationsachse herum gewickelte und den Kern umgebende elektrische Spule vorgesehen.It is also possible for the at least two braking gap sections to be supplied by a common coil. Then, for example, at least one electrical coil wound around the axis of rotation and surrounding the core is provided between the casing part and the core.
In Sonder-/Grenzfällen bzw. Notfällen kann der Elektromotor dazu geschaltet werden und somit das maximale Bremsmoment zusätzlich erhöhen.In special/ borderline cases or emergencies, the electric motor can be switched on and thus additionally increase the maximum braking torque.
Die Lenkeinrichtung umfasst insbesondere wenigstens ein Lenkungssteuergerät zur Ansteuerung der Bremseinrichtung. Insbesondere sind mit dem Lenkungssteuergerät die Bremsmomente der wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte insbesondere unabhängig voneinander einstellbar. Insbesondere dient das Lenkungssteuergerät zur Ansteuerung der Bremseinrichtung in Abhängigkeit einer Position der Lenkeinheit und/oder in Abhängigkeit eines Bewegungsparameters der Lenkeinheit und/oder in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Fahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von „Daten“.In particular, the steering device comprises at least one steering control unit for controlling the braking device. In particular, the braking torques of the at least two brake gap sections can be adjusted independently of one another with the steering control unit. In particular, the steering control unit serves to control the braking device depending on a position of the steering unit and/or depending on a movement parameter of the steering unit and/or depending on an operating state of the vehicle and/or depending on "data".
„Daten“ können z. B. sein: Fahrzeugdaten wie Geschwindigkeit, Querbeschleunigung, Raumlage, Bremswerte, GPS Position, Umfelderkennung, Daten/Position von anderen (sich in der Umgebung des Fahrzeuges befindlichen) Fahrzeugen, Anhänger ja/nein, Beladung, Passagierdaten (Größe, Gewicht, Bekleidung, Sitzposition, Analysedaten aufgrund der Auswertung dieser Daten mit z.B. künstlicher Intelligenz und Vorschlägen; Geräusche, Gesten), externe Daten (z.B. das Wohnhaus des Fahrers schickt Daten an das Auto; Parkhausdaten in einem Parkhaus...)."Data" can e.g. B. be: Vehicle data such as speed, lateral acceleration, spatial position, braking values, GPS position, environment recognition, data/position of other vehicles (located in the vicinity of the vehicle), trailer yes/no, loading, passenger data (height, weight, clothing, Sitting position, analysis data based on the evaluation of this data with e.g. artificial intelligence and suggestions; noises, gestures), external data (e.g. the driver's home sends data to the car; parking garage data in a parking garage...).
Das Lenkverhalten einer Person im Winter mit einem dicken Mantel ist anders als im Sommer mit dünner Kleidung. Der dicke Mantel schränkt die Bewegungsfreiheit ein führt deswegen zu einem anderen Lenkverhalten. Erkennt die Steuerelektronik aufgrund von „Daten“ dies, so kann das Verhalten angepasst werden, wie z.B.: Ein schnelles Anreißen der Lenkung zum Ausweichen ist mit einem dicken und eng sitzenden Mantel schwieriger (körperlich schwergängiger) und in der Realität langsamer. Hier kann insofern intelligent gegengewirkt werden, indem das Verhältnis von Lenkwinkel am Lenkrad zu Lenkwinkel am Rad oder den Rädern erhöht wird, sodass der Ausweichvorgang trotzdem schnell geht. Zudem kann die notwendige Lenkungsbetätigungskraft (Unterstützung) reduziert werden, da der schwere Mantel wie ein Dämpfer wirkt.A person's steering behavior in winter with a thick coat is different than in summer with thin clothing. The thick coat restricts the freedom of movement and therefore leads to a different steering behavior. If the control electronics recognize this based on "data", the behavior can be adjusted, e.g.: A quick tug on the steering to avoid it is more difficult with a thick and tight-fitting jacket (physically stiff) and in reality it is slower. This can be counteracted intelligently by increasing the ratio of the steering angle on the steering wheel to the steering angle on the wheel or wheels, so that the evasive maneuver is still quick. In addition, the necessary steering actuation force (assistance) can be reduced since the heavy casing acts as a damper.
Wird aufgrund der „Daten“ oder/und der Nahfelderkennung z.B. erkannt, dass der Fahrer ermüdet und nachlässig lenkt, kann dies intelligent kompensiert werden. Der Fahrer kann hierbei gewarnt werden (Rippel bzw. Vibrationen) oder die Lenkeinheit setzt den Fahrerbefehl (Drehen am Lenkrad) mithilfe von z.B. künstlicher Intelligenz anders um, d.h. die Bewegung des Lenkrades geht nicht 1:1 in die Radverstellung ein. Auf einer geraden Straße (Highway) kann so ein „Schlängeln“ und Aufschaukeln des Fahrzeuges verhindert werden.If, based on the "data" and/or the near-field detection, it is recognized, for example, that the driver is tired and steering carelessly, this can be intelligently compensated. The driver can be warned (ripples or vibrations) or the steering unit implements the driver's command (turning the steering wheel) differently with the help of e.g. artificial intelligence, i.e. the movement of the steering wheel is not included 1:1 in the wheel adjustment. On a straight road (highway), this can prevent the vehicle from "snaking" and rocking.
Andererseits kann eine solche intelligente Elektronik das Ermüden aufgrund der Datenanalyse (Lenkbewegungen, Gesichtserkennung, komisches Bewegungsmuster des Fahrers Temperatur, Atemgeräusche...) erkennen und eingreifen (Warnung; Reduktion der Geschwindigkeit bis zum Stillstand; autonomes Parken...). Dies ist besonders im Falle von z.B. einem Schwindelanfall, Herzinfarkt oder Ähnlichem vom Vorteil.On the other hand, such intelligent electronics can recognize fatigue based on data analysis (steering movements, face recognition, strange movement pattern of the driver, temperature, breathing noises...) and intervene (warning; reduction of speed to a standstill; autonomous parking...). This is especially the case from eg a dizzy spell, heart attack or similar.
Ein Lenken bzw. Bewegen des Fahrzeuges kann auch verhindert werden, wenn die Datenanalyse erkennt, dass ein Kind am Steuer sitzt (Kraft, Umgreifen, Nahfelderkennung). Im Zweifelsfall kann das Lenkmoment kurzeitig erhöht werden, um dadurch zu erkennen, ob der Fahrer genügend Kraft bei der Inbetriebnahme des Fahrzeuges hat, was bei Kindern nicht der Fall ist.Steering or moving of the vehicle can also be prevented if the data analysis recognizes that a child is behind the wheel (force, reaching around, near-field detection). If in doubt, the steering torque can be briefly increased in order to see whether the driver has enough strength when starting the vehicle, which is not the case with children.
Das Fahrzeug (Maschinenlernen/Künstliche Intelligenz/GPS Daten...) weiß z.B., dass jetzt gleich ein Schlagloch oder eine starke Spurrille kommt, bei der der Fahrer aufgrund dieser (Aufbaubewegung, Ziehen im Lenkrad...) das Fahrzeug unruhig oder nicht richtig lenkt (Spurrille zieht zu stark zum Rand...). Hier wirkt die intelligente Bremseinheit dagegen und „beruhigt“ diese unnötige bzw. fahrdynamisch schlechte Lenkbewegung so, dass das Fahrziel gut, sicher und komfortabel erreicht wird.The vehicle (machine learning/artificial intelligence/GPS data...) knows, for example, that a pothole or a deep rut is about to occur, where the driver feels the vehicle restless or incorrectly due to this (body movement, pulling on the steering wheel...). steers (track groove pulls too much to the edge...). Here, the intelligent braking unit counteracts this and "calms down" this unnecessary or dynamically poor steering movement so that the destination is reached safely, comfortably and comfortably.
Ähnlich auch bei Schnee, rutschigen Untergründe, Steinen usw. Die Lenkung stellt sich insbesondere darauf ein und das aktive und passive Moment wird entsprechend angepasst. Rutscht im Winter ein Fahrzeug bei der Kurvenfahrt (z.B. Untersteuern) wegen rutschigem Untergrund (Schnee, Eis...), überlenkt der Fahrer meist aus Panik. Sobald das Fahrzeug dann wieder Haftung (Grip) hat biegt es wegen dem Lenken zu stark ab, was zu Unfällen führt. Hier sollte das Lenkmoment erhöht werden bzw. dem Fahrer ein (haptisches Feedback, z.B. in Form von einem Rippel) gegeben werden, dass er überlenkt.The same applies to snow, slippery surfaces, stones, etc. The steering adjusts itself to this and the active and passive moment is adjusted accordingly. If a vehicle slips when cornering (e.g. understeer) because of slippery surfaces (snow, ice...), the driver usually oversteers out of panic. As soon as the vehicle has grip again, it turns too much because of the steering, which leads to accidents. Here the steering torque should be increased or the driver should be given (haptic feedback, e.g. in the form of a ripple) that he oversteers.
Umgekehrt verhält es sich, wenn man driftet (z.B. auch wieder im Winter bei Schnee und Eis). Hier lenkt der ungeübte Fahrer meist zu wenig und „verliert“ so das Fahrzeug, es schleudert. Hier kann die Lenkung sehr leichtgängig gemacht werden, was ein Überlenken fördert.The opposite is true when you drift (e.g. again in winter with snow and ice). Here the inexperienced driver usually steers too little and "loses" the vehicle, it skids. Here the steering can be made very easy, which promotes oversteering.
Manche Personen halten das Lenkrad gerne ganz oben (zwischen 10 und 2 Uhr). Dies führt zu mehr Lenkwinkeländerungen bei Erschütterungen bzw. das Lenkrad ist in dieser Körperhaltung schwerer ruhig zu halten bzw. kann sich auch aufschwingen (auch als Motion Sickness bezeichnet). Sieht die Innenraumüberwachung diese Lenkradhaltung, so kann das Moment insbesondere ein wenig erhöht werden, was zu ruhigerem Fahren führt.Some people like to keep the wheel all the way up (between 10 a.m. and 2 a.m.). This leads to more steering angle changes in the event of vibrations or the steering wheel is more difficult to keep still in this posture or it can also swing up (also referred to as motion sickness). If the interior monitor sees this steering wheel position, the torque can be increased a little in particular, which leads to smoother driving.
Kleine Personen haben auch eine ganz andere Lenkradhaltung als große Personen und auch andere Hebelabstände aufgrund der unterschiedlich langen Gliedmaßen. Kürzere Arme erfordern ein öfterem Nachgreifen bei größeren Lenkradbewegungen, was zu unruhigerem Lenkmanövern führt. Wird das Umgreifen oder nachteilige kinematische Armstellungen erkannt („Daten“, Nahfelderkennung; Analyse des Drehwinkels..), so kann das Steuergerät bzw. die Künstliche Intelligenz diesen Vorgang insbesondere „beruhigen“, d.h. harmonischer machen.Small people also have a completely different steering wheel position than tall people and also different leverage distances due to the different lengths of their limbs. Shorter arms require more frequent gripping with larger steering wheel movements, which leads to unsteady steering manoeuvres. If the change of grip or disadvantageous kinematic arm positions are detected ("data", near-field detection; analysis of the angle of rotation...), the control unit or artificial intelligence can "calm down" this process, i.e. make it more harmonious.
Dies kann auch von Vorteil sein, wenn der Fahrer schon lange unterwegs ist.This can also be an advantage if the driver has been on the road for a long time.
Ein haptisches Feedback beim Wechseln einer Fahrspur kann durchgeführt werden. Werden 2 Fahrspuren gewechselt, erfolgt ein anderes Feedback. Alles in Kombination mit den „Daten“ (z.B. Navigationssystem, Umfelderkennung...). Die Lenkung gibt insbesondere ein entsprechendes Feedback.A haptic feedback when changing lanes can be performed. If 2 lanes are changed, there is a different feedback. Everything in combination with the "data" (e.g. navigation system, environment recognition...). In particular, the steering provides appropriate feedback.
Vorteilhaft ist die Erfindung auch in folgenden Situationen: Stellplätze oder Parkflächen in Städten oder Parkhäusern sind teuer und sollten bestmöglich genutzt werden. Die Parkflächen könnten unterschiedlich große sein und beim Einfahren ins Parkahaus dem Fahrzeug via Datenpaket (Funk, WLAN, 5G...) ideal zugeordnet werden. Beim Einparken sollte „das intelligente Parkhaus“ den Einparkvorgang unterstützen, d.h. die ideale Parkposition vorgeben und an das parkende Fahrzeug übermitteln. Die intelligente Lenkung führt diese dann aus bzw. gibt Vorschläge, welche vom Fahrer dann akzeptiert und ausgeführt werden oder auch nicht (wenn z.B. ein vom Parkhaus nicht erkannter Gegenstand in der Parklücke ist). Das „intelligente Parkhaus“ weiß hier auch und teilt es mit, ob das benachbarte Fahrzeug einen Beifahrer hatte oder nicht, also das eigene Fahrzeug dichter zu der Beifahrertür geparkt werden kann. Der Nutzer vom benachbarten Fahrzeug könnte auch hinterlegen und dem „Parkhaus“ mitteilen, dass er mit einem Beifahrer zurück kommt. Wird ein Fahrzeug zeitlich lange abgestellt und dies dem intelligenten Parkhaus oder Parkraum mitgeteilt und das nebenan parkende zeitlich kürzer, so könnte es sogar dicht an die Fahrzeugtür geparkt werden, was wiederum viel Parkraumsparen würde. Bei Onlinekartenkauf z.B. in Flugplatzparkhäusern weiß man die Parkdauer jetzt schon genau.The invention is also advantageous in the following situations: parking spaces or parking areas in cities or multi-storey car parks are expensive and should be used as best as possible. The parking spaces could be of different sizes and ideally assigned to the vehicle via a data package (radio, WLAN, 5G...) when driving into the parking garage. When parking, "the intelligent multi-storey car park" should support the parking process, i.e. specify the ideal parking position and transmit it to the parked vehicle. The intelligent steering then executes them or makes suggestions, which the driver then accepts and executes or not (if, for example, there is an object in the parking space that the parking garage has not recognized). The "intelligent multi-storey car park" also knows and tells you whether the neighboring vehicle had a passenger or not, so your own vehicle can be parked closer to the passenger door. The user of the neighboring vehicle could also deposit and tell the "car park" that he is coming back with a passenger. If a vehicle is parked for a long time and this is communicated to the intelligent parking garage or parking space and the one parked next door is parked for a shorter time, it could even be parked close to the vehicle door, which in turn would save a lot of parking space. When buying tickets online, e.g. in airport car parks, you already know exactly how long you will be parked.
Der Einparkvorgang mittels der Lenkeinrichtung und damit Abstand zum nächsten Fahrzeug könnte in vorteilhaften Ausgestaltungen auch an den notwendigen Türöffnungswinkel angepasst werden, damit der Fahrer oder die Fahrgäste einwandfrei ein- und aussteigen können. Das Fahrzeug weiß aufgrund der „Daten“ den Öffnungswinkel bzw. die Körperabmessungen der Passagiere. Auch diese notwendigen Abstände kann das intelligente Parkhaus erfassen/erkennen und intelligent verteilen (nutzen).The parking process by means of the steering device and thus the distance to the next vehicle could also be adapted to the necessary door opening angle in advantageous configurations, so that the driver or the passengers can get in and out without problems. Based on the "data", the vehicle knows the opening angle or the body dimensions of the passengers. The intelligent parking garage can also record/recognize and intelligently distribute (use) these necessary distances.
Merkt die intelligente Lenkung aufgrund der „Daten“, dass Flächen befahren werden, die nicht befahren werden sollten (z.B. Fußgängerzonen, Radwege, Sperrflächen, auf ein Gebäude zu..), so kann ein haptisches Feedback ausgegeben werden bis hin zum Eingriff (Gegenlenken; Stillstand des Fahrzeuges). Vorzugsweise wird aber immer zuerst ein warnendes Feedback ausgegeben und der Fahrer kann dieses auch überdrücken (wird also nicht bevormundet sondern meist nur gewarnt).If, based on the "data", the intelligent steering system notices that areas are being driven on that should not be driven on (e.g. pedestrian zones, cycle paths, restricted areas, towards a building...), haptic feedback can be output, up to and including intervention (countersteering; standstill of the vehicle). Preferably, however, a warning feedback is always issued first and the driver can also override this (it is therefore not patronized but usually only warned).
Insbesondere ist die Position der Lenkeinheit durch einen Drehwinkel beschreibbar (relativ- oder absolut beschreibbar). Der Bewegungsparameter umfasst insbesondere wenigstens eine Kenngröße aus einer Gruppe von Kenngrößen, umfassend: Geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit, Drehmoment, Beschleunigung (negativ und positiv), Dauer. Beispielsweise kann so bei einer zu schnellen Lenkbewegung ein gezieltes Abbremsen erfolgen.In particular, the position of the steering unit can be described (relatively or absolutely) by a rotation angle. In particular, the movement parameter includes at least one parameter from a group of parameters including: speed, angular velocity, torque, acceleration (negative and positive), duration. For example, targeted braking can take place if the steering movement is too rapid.
Zur Ansteuerung der Bremseinrichtung in Abhängigkeit der zuvor genannten Parameter ist insbesondere wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung dieser Parameter vorgesehen. Insbesondere ist das Lenkungssteuergerät mit wenigstens einer solchen Sensoreinrichtung wirkverbunden. Die Position und/oder der Bewegungsparameter können an der Lenkeinheit und/oder an der Bremseinrichtung sensorisch erfassbar sein. Beispielsweise umfasst die Bremseinrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Relativposition der ersten Komponente zur zweiten Komponente.In particular, at least one sensor device for detecting these parameters is provided for controlling the braking device as a function of the aforementioned parameters. In particular, the steering control unit is operatively connected to at least one such sensor device. The position and/or the movement parameter can be detected by sensors on the steering unit and/or on the braking device. For example, the braking device includes at least one sensor device for detecting a position of the first component relative to the second component.
Der Betriebszustand wird insbesondere durch wenigstens eine Kenngröße aus einer Gruppe von Kenngrößen definiert, umfassend: Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung (negativ und positiv), Räderstellung, Ruderstellung, Lenkungseinschlag, Beladungszustand, Benutzerprofil, Temperatur außen, Temperatur innen, Wetterbedingungen, Jahreszeit, Verkehrslage, Straßenzustand bzw. Geländezustand, Regelgrößen von Sicherheitssystemen bzw. Assistenzsystemen.The operating state is defined in particular by at least one parameter from a group of parameters, including: vehicle speed, vehicle acceleration (negative and positive), wheel position, rudder position, steering angle, load status, user profile, temperature outside, temperature inside, weather conditions, time of year, traffic situation, road condition or Condition of the terrain, control variables of safety systems or assistance systems.
Das Lenkungssteuergerät ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit der Höhe eines einzustellenden Bremsmoments wenigstens einem Bremsspaltabschnitt der wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte auszuwählen und wenigstens damit die Bewegung der Lenkeinheit zu bremsen. Insbesondere berücksichtigt das Lenkungssteuergerät, welches Bremsmoment mit dem jeweiligen Bremsspaltabschnitt maximal erzeugt werden kann. Insbesondere ist den wenigstens zwei Bremsspaltabschnitten jeweils wenigstens ein Wertebereich des einstellbaren Bremsmoments zugeordnet. Je nachdem, in welchem Wertebereich das einzustellende Bremsmoment liegt, kann so der passende Bremsspaltabschnitt ausgewählt werden.The steering control device is preferably suitable and designed to select at least one brake gap section of the at least two brake gap sections depending on the level of a braking torque to be set and at least to brake the movement of the steering unit. In particular, the steering control unit takes into account the maximum braking torque that can be generated with the respective brake gap section. In particular, at least one value range of the adjustable braking torque is assigned to the at least two brake gap sections. Depending on the value range in which the braking torque to be set lies, the appropriate brake gap section can be selected.
Das Lenkungssteuergerät ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, ein Bremsmoment zum Bremsen der Bewegung der Lenkeinheit wenigstens überwiegend und vorzugsweise nur mit dem ersten Bremsspaltabschnitt zu erzeugen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb eines Grenzwerts liegt (und ein Normalbetrieb des Fahrzeugs vorliegt). Ein solcher Grenzwert liegt beispielsweise bei 15 km/h oder bei 25 km/h. Bei solchen oder höheren Geschwindigkeiten müssen die Bremsmomente mit besonders hoher Auflösung eingestellt werden, um das Lenkverhalten nicht negativ zu beeinflussen.The steering control unit is preferably suitable and designed to generate a braking torque for braking the movement of the steering unit at least predominantly and preferably only with the first brake gap section when the vehicle speed is above a limit value (and the vehicle is operating normally). Such a limit value is, for example, 15 km/h or 25 km/h. At such or higher speeds, the braking torques must be set with a particularly high resolution in order not to negatively influence the steering behavior.
Das Lenkungssteuergerät ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, eine Bewegbarkeit der Lenkeinheit zu blockieren und das dazu notwendige Bremsmoment überwiegend und vorzugsweise nur mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt zu erzeugen. Insbesondere ist die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mittels der Bremseinrichtung blockierbar. Insbesondere kann dadurch ein Lenkradschloss bereitgestellt werden. Insbesondere kann dadurch eine Abstützmöglichkeit an der Lenkeinheit bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die blockierte Lenkeinheit zum Festhalten beim Aussteigen und/oder Einsteigen benutzbar sein.The steering control device is particularly suitable and designed to block mobility of the steering unit and to generate the necessary braking torque predominantly and preferably only with the second brake gap section. In particular, the mobility of the steering unit can be blocked by means of the braking device. In particular, a steering wheel lock can be provided as a result. In particular, this can provide a support option on the steering unit. For example, the blocked steering unit can be used to hold on when getting out and/or getting in.
Insbesondere ist das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet, einen Endanschlag für die Bewegbarkeit der Lenkeinheit wenigstens überwiegend und vorzugsweise nur mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt zu erzeugen. Ein solcher Endanschlag wird beispielsweise dann erzeugt, wenn die Räder oder ein Ruder an einem Ende ihres bestimmungsgemäßen Bewegungsweges angekommen sind.In particular, the steering control device is suitable and designed to generate an end stop for the mobility of the steering unit at least predominantly and preferably only with the second brake gap section. Such an end stop is generated, for example, when the wheels or a rudder have reached the end of their intended path of movement.
Die Lenkeinrichtung kann z.B. ein Lenkrad umfassen. Fahrzeuge haben meist verschiedene Funktionen im Lenkrad eingebaut, z.B. Tasten, Drehknöpfe und -räder für die Bedienung von Bordcomputer etc., aber auch Displays, Lenkradheizungen usw. die alle Strom benötigen und Signale erhalten und senden müssen. Die elektrische Anbindung kann z.B. über Reibkontakte, induktiv, Funk oder eine Wickelfeder geschehen.For example, the steering means may comprise a steering wheel. Vehicles usually have various functions built into the steering wheel, e.g. buttons, rotary knobs and wheels for operating on-board computers, etc., but also displays, steering wheel heating, etc., all of which require electricity and must receive and send signals. The electrical connection can be made, for example, via friction contacts, inductively, wirelessly or a coil spring.
Es ist vorteilhaft und bevorzugt, dass das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Fahrassistenzsystems eine Bewegbarkeit der Lenkeinheit zu bremsen oder sogar zu blockieren. Dadurch können kritische Lenkbewegungen verhindert werden. Insbesondere wählt das Lenkungssteuergerät dazu wenigstens einen Bremsspaltabschnitt der wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte aus und steuert diesen an. Beispielsweise werden für ein feinfühliges Bremsen der erste Bremsspaltabschnitt und für ein Blockieren der zweite Bremsspaltabschnitt ausgewählt.It is advantageous and preferred that the steering control device is suitable and designed to brake or even block mobility of the steering unit depending on a driver assistance system. This can prevent critical steering movements. In particular, the steering control device selects at least one brake gap section of the at least two brake gap sections and controls it. For example, for sensitive braking, the first Brake gap section and selected for blocking the second brake gap section.
Als Fahrassistenzsystem kann beispielsweise ein Spurhaltesystem vorgesehen sein. So kann durch Bremsen der Lenkeinheit das Verlassen einer Spur verhindert oder dem Fahrer warnend hingewiesen (z.B. Rippel) werden. Zudem kann, wenn das Fahrassistenzsystem eine kritische Fahrsituation und beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeugs erkennt, eine hektische Lenkbewegung und/oder ein Übersteuern durch gezieltes Bremsen der Lenkeinheit verhindert werden.A lane keeping system, for example, can be provided as a driving assistance system. Braking the steering unit can prevent you from leaving a lane or warn the driver (e.g. ripples). In addition, if the driver assistance system detects a critical driving situation and, for example, the vehicle swerving, a hectic steering movement and/or oversteering can be prevented by braking the steering unit in a targeted manner.
Das Fahrassistenzsystem kann auch eine Einparkhilfe umfassen. Dann kann durch das Bremsen oder Blockieren der Lenkeinheit beispielsweise ein Kontakt der Räder mit einem Hindernis (Bordsteinkante) verhindert werden. Insbesondere umfassen das Lenkungssteuergerät und/oder das Fahrassistenzsystem wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erkennung solcher Situationen (Surround View; Bilderkennung; Radar, Lidar...). Eine solche Sensoreinrichtung kann z. B. eine Umfeldsensorik und/oder ein GPS-System umfassen.The driver assistance system can also include a parking aid. Then, by braking or blocking the steering unit, contact of the wheels with an obstacle (curb) can be prevented, for example. In particular, the steering control unit and/or the driver assistance system include at least one sensor device for detecting such situations (surround view; image recognition; radar, lidar...). Such a sensor device can, for. B. include an environment sensor and / or a GPS system.
Es ist möglich, dass das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet ist, eine Benutzereigenschaft für die Einstellung des Bremsmoments zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Benutzereigenschaft eine Sitzposition, Benutzergröße, Benutzergewicht, Benutzerkleidung und/oder Fahrtüchtigkeit des Benutzers umfassen. Die Benutzereigenschaft kann in einem Benutzerprofil hinterlegt sein und/oder sensorisch erfassbar sein. Beispielsweise sind dazu eine Nahfelderkennung und/oder eine Innenkamera (z.B. mit Bild-/Gesichtserkennung) vorgesehen.It is possible for the steering control device to be suitable and designed to take into account a user property for setting the braking torque. For example, the user characteristic can include a seating position, user height, user weight, user clothing and/or the user's ability to drive. The user property can be stored in a user profile and/or can be detected by sensors. For example, near-field detection and/or an internal camera (e.g. with image/face recognition) are provided for this purpose.
Das Lenkungssteuergerät ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, dass Bremsmoment auch in Abhängigkeit davon einzustellen, an welcher Position die Lenkeinheit gehalten wird. So kann ein ungünstiges Festhalten der Lenkeinheit durch ein höheres Bremsmoment kompensiert werden, damit zum Beispiel bei Schlaglöchern keine unerwünschten Lenkbewegungen auftreten.The steering control unit is particularly suitable and designed to set the braking torque as a function of the position at which the steering unit is held. In this way, unfavorable holding of the steering unit can be compensated for by a higher braking torque, so that no unwanted steering movements occur when there are potholes, for example.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet ist, eine an der Lenkeinheit haptisch wahrnehmbare Rückmeldung zu erzeugen. Die Rückmeldung umfasst insbesondere eine definierte Abfolge von Bremsmomenten. Beispielsweise kann eine solche Rückmeldung als eine Vibration an der Lenkeinheit wahrgenommen werden. Es kann auch ein Rattern und/oder Ruckeln (Rippel) wahrnehmbar sein. Es ist möglich, dass die Bremsmomente mit einer einstellbaren Frequenz erzeugbar sind. Insbesondere ist eine solche Rückmeldung in Abhängigkeit der Position und/oder des Bewegungsparameters der Lenkeinheit und/oder eines Betriebszustands des Fahrzeugs und/oder der Benutzereigenschaft erzeugbar. Beispielsweise kann die Rückmeldung zur Warnung bei gefährlichen Manövern oder zum Aufwecken bei Müdigkeit dienen. Die Rückmeldung kann auch als ein Signal für einen Spurwechsel dienen.In all of the configurations, it is preferred and advantageous that the steering control device is suitable and designed to generate feedback that is haptically perceptible on the steering unit. The feedback includes in particular a defined sequence of braking torques. For example, such feedback can be perceived as a vibration on the steering unit. Rattling and/or jerking (ripples) can also be perceived. It is possible that the braking torques can be generated with an adjustable frequency. In particular, such feedback can be generated as a function of the position and/or the movement parameter of the steering unit and/or an operating state of the vehicle and/or the user property. For example, the feedback can be used to warn you about dangerous maneuvers or to wake you up when you are tired. The feedback can also serve as a signal for a lane change.
In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet ist, ein Benutzerverhalten mittels wenigstens eines Algorithmus des maschinellen Lernens (auch als künstliche Intelligenz bezeichnet) zu ermitteln und bei der Einstellung des Bremsmoments zu berücksichtigen. Dazu werden insbesondere fortlaufend Daten registriert und ausgewertet. So kann beispielsweise die Bewegung der Lenkeinheit in Abhängigkeit einer vorhandenen Muskelkraft oder der Müdigkeit oder des Fahrverhaltens gedämpft werden. Die Bilderkennung kann dies unterstützen. Erkennt diese ein verzerrtes Gesicht (bestimmte Geste) beim z.B. Parken, so kann die Unterstützungskraft erhöht werden. Möglich ist auch, dass alterungsbedingte Veränderungen der Lenkeinrichtung oder anderer Teile des Fahrzeugs berücksichtigt werden.In all of the configurations, it is preferred that the steering control device is suitable and designed to determine user behavior using at least one machine learning algorithm (also referred to as artificial intelligence) and to take it into account when setting the braking torque. In particular, data is continuously recorded and evaluated for this purpose. For example, the movement of the steering unit can be damped depending on existing muscle strength or tiredness or driving behavior. Image recognition can support this. If this recognizes a distorted face (certain gesture) when parking, for example, the support power can be increased. It is also possible that age-related changes in the steering device or other parts of the vehicle are taken into account.
Das magnetorheologische Medium umfasst vorzugsweise wenigstens ein metallisches Pulver. Insbesondere weist das metallische Pulver einen Volumenanteil von wenigstens 50 % und vorzugsweise wenigstens 60 % oder auch wenigstens 70 % auf. Durch den Einsatz eines solchen Mediums kann ein besonders geringes Grundmoment erzielt werden. Zugleich kann aufgrund des hohen Volumenanteils ein besonders hohes maximales Bremsmoment erzielt werden. Zudem kann ein solches Medium bei den für die Lenkeinrichtung zu erwartenden Temperaturen mit gleich bleibenden Eigenschaften eingesetzt werden. Das Pulver ist insbesondere in einem gasförmigen Trägermedium und beispielsweise Luft aufgenommen.The magnetorheological medium preferably comprises at least one metallic powder. In particular, the metallic powder has a volume fraction of at least 50% and preferably at least 60% or at least 70%. A particularly low basic torque can be achieved by using such a medium. At the same time, due to the high volume fraction, a particularly high maximum braking torque can be achieved. In addition, such a medium can be used with the same properties at the temperatures to be expected for the steering device. The powder is in particular taken up in a gaseous carrier medium and, for example, air.
Das metallische Pulver ist vorzugsweise als Carbonyleisenpulver (reines Eisen) ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Möglich sind auch andere magnetorheologische ansprechbare Pulver.The metallic powder is preferably in the form of carbonyl iron powder (pure iron) or at least includes such a powder. Other magnetorheologically addressable powders are also possible.
Besonders bevorzugt ist das metallische Pulver mit einer Beschichtung ausgestattet.The metallic powder is particularly preferably provided with a coating.
Die Lenkeinrichtung kann wenigstens eine Remanenzeinrichtung und/oder wenigstens eine Permanentmagneteinheit umfassen, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, auch ohne Zufuhr von elektrischem Strom ein Bremsmoment mit wenigstens einem der wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte aufrechtzuerhalten. Die Remanenzeinrichtung ist insbesondere mit dem Lenkungssteuergerät wirkverbunden. Insbesondere wird die Remanenzeinrichtung durch wenigstens eine der Spulen bereitgestellt.The steering device can include at least one remanence device and/or at least one permanent magnet unit, which is suitable and designed to maintain a braking torque with at least one of the at least two brake gap sections even without the supply of electrical current. The retentivity device is associated in particular with the steering control unit connected. In particular, the remanence device is provided by at least one of the coils.
Die Lenkeinrichtung kann wenigstens eine Sicherheitseinrichtung umfassen. Die Sicherheitseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, das magnetorheologische Medium wenigstens teilweise aus dem Spalt zu entfernen. Insbesondere kann die Sicherheitseinrichtung das Medium wenigstens so weit entfernen, dass die Lenkeinheit im Wesentlichen frei bewegbar ist. Insbesondere kann die Sicherheitseinrichtung dass Bremsmoment und/oder das Grundmoment beseitigen. Beispielsweise wird das magnetorheologische Medium mittels Überdruck und/oder Unterdruck aus dem Spalt entfernt. Die Sicherheitseinrichtung kann wenigstens einen Druckbehälter und/oder eine Sprengkapsel oder dergleichen umfassen. Eine solche Sicherheitseinrichtung dient bei einer Störung der Bremseinrichtung als Notfallsystem (sogenannter Fail-Safe-Mechanismus.)The steering device can include at least one safety device. The safety device is particularly suitable and designed to at least partially remove the magnetorheological medium from the gap. In particular, the safety device can remove the medium at least far enough for the steering unit to be essentially freely movable. In particular, the safety device can eliminate the braking torque and/or the basic torque. For example, the magnetorheological medium is removed from the gap by means of overpressure and/or underpressure. The safety device can include at least one pressure vessel and/or a detonator cap or the like. Such a safety device serves as an emergency system (so-called fail-safe mechanism) in the event of a fault in the braking device.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Bremseinrichtung, insbesondere die erste und/oder zweite Komponente und/oder der Spalt, einen maximalen Durchmesser von weniger als 100 mm (insbesondere bei einem maximalen Bremsmoment von wenigstens 25 Nm) aufweist. Dadurch kann die Bremseinrichtung besonders Bauraum sparend (z.B. im Armaturenbrett) untergebracht werden. Die hier vorgestellte Bremseinrichtung eignet sich besonders gut für einen solchen maximalen Durchmesser.In all configurations it is particularly preferred that the braking device, in particular the first and/or second component and/or the gap, has a maximum diameter of less than 100 mm (in particular with a maximum braking torque of at least 25 Nm). As a result, the braking device can be accommodated in a particularly space-saving manner (e.g. in the dashboard). The braking device presented here is particularly suitable for such a maximum diameter.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Lenkeinrichtung wenigstens eine Antriebseinrichtung zu Erzeugung eines Antriebsmoments für die aktive Bewegung der Lenkeinheit umfasst. Die Antriebseinrichtung dient insbesondere zur Erzeugung eines Antriebsmoments, gegen welches die Lenkeinheit manuell bewegt werden muss. Die Antriebseinrichtung kann auch zur Rückstellung der Lenkeinheit in eine Grundstellung dienen. Insbesondere umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens einen elektrischen Antrieb und beispielsweise einen Elektromotor. Der Elektromotor kann auch ein Scheibenläufer, Wanderwellen- oder Axialflussmotor sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinrichtung auch wenigstens einen Kraftspeicher und beispielsweise eine Feder oder dergleichen umfassen.In all configurations it is preferred that the steering device comprises at least one drive device for generating a drive torque for the active movement of the steering unit. The drive device is used in particular to generate a drive torque against which the steering unit must be moved manually. The drive device can also be used to return the steering unit to a basic position. In particular, the drive device comprises at least one electric drive and, for example, an electric motor. The electric motor can also be a pancake, traveling wave or axial flux motor. In addition or as an alternative, the drive device can also include at least one force accumulator and, for example, a spring or the like.
Insbesondere beträgt das maximale Bremsmoment des zweiten Bremsspaltabschnitts wenigstens das Doppelte des maximalen Antriebsmoments der Antriebseinrichtung. Insbesondere ist mit der Antriebseinrichtung ein maximales Antriebsmoment von kleiner gleich zwölf Newtonmeter und vorzugsweise von kleiner gleich acht Newtonmeter erzeugbar.In particular, the maximum braking torque of the second brake gap section is at least twice the maximum drive torque of the drive device. In particular, a maximum drive torque of less than or equal to twelve Newton meters and preferably less than or equal to eight Newton meters can be generated with the drive device.
Vorzugsweise kann die Bremseinrichtung bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung ein Bremsmoment bereitstellen, welches wenigstens so hoch wie deren Antriebsmoment ist. Eine solche Lenkeinrichtung ist besonders sicher und zuverlässig, da die zwei Bremsspaltabschnitte zusammen mit der Möglichkeit, die Antriebseinrichtung zu kompensieren, eine dreifache Redundanz bieten.If the drive device fails, the braking device can preferably provide a braking torque which is at least as high as its drive torque. Such a steering device is particularly safe and reliable, since the two braking gap sections, together with the possibility of compensating for the drive device, offer triple redundancy.
Die hier vorgestellte Bremseinrichtung bietet in Kombination mit der Antriebseinrichtung den besonderen Vorteil, dass die Antriebseinrichtung und z. B. ein Elektromotor erheblich kleiner dimensioniert werden kann. Zudem können alle Momente, welche passiv aufgebracht werden sollen, von der Bremseinrichtung übernommen werden. Dadurch kann elektrische Energie eingespart werden, was vor allem bei Elektrofahrzeugen von großem Vorteil ist.The braking device presented here offers the particular advantage in combination with the drive device that the drive device and z. B. an electric motor can be dimensioned significantly smaller. In addition, all moments that are to be applied passively can be taken over by the braking device. As a result, electrical energy can be saved, which is of great advantage, especially in electric vehicles.
Der viel kleinere (schwächere) Elektromotor kann dem Fahrer im Falle einer Fehlfunktion (z.B. falsches Sensorsignal) auch das Lenkrad nicht mehr so leicht aus der Hand reißen. Zudem kann die magnetorheologische Bremseinheit gegenwirken und den Elektromotor überbremsen, wenn nicht plausible Zustände erkannt werden (der Elektromotor will stark einschlagen, obwohl das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit auf einer Autobahn fährt).The much smaller (weaker) electric motor can no longer snatch the steering wheel out of the driver's hand so easily in the event of a malfunction (e.g. incorrect sensor signal). In addition, the magneto-rheological braking unit can counteract and overbrake the electric motor if implausible conditions are detected (the electric motor wants to hit hard even though the vehicle is driving at high speed on a freeway).
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet ist, Schwankungen im Antriebsmoment der Antriebseinrichtung wenigstens näherungsweise durch Anpassungen des Bremsmoments (insbesondere mit dem ersten Bremsspaltabschnitt) auszugleichen (auszuregeln). Insbesondere sind die Schwankungen soweit ausgleichbar, dass diese an der Lenkeinheit nicht mehr haptisch wahrnehmbar sind. Solche Schwankungen betreffen insbesondere Änderungen des Antriebsmoments über den Drehwinkel. Insbesondere ist das Lenkungssteuergerät dazu geeignet und ausgebildet, dass Antriebsmoment im Wesentlichen konstant über den Drehwinkel zu regeln.It is preferred and advantageous that the steering control device is suitable and designed to at least approximately compensate for (regulate) fluctuations in the drive torque of the drive device by adjusting the braking torque (in particular with the first brake gap section). In particular, the fluctuations can be compensated to such an extent that they can no longer be felt haptically on the steering unit. Such fluctuations relate in particular to changes in the drive torque over the angle of rotation. In particular, the steering control device is suitable and designed to regulate the drive torque essentially constantly over the angle of rotation.
Die Scheibenkontur kann wenigstens eine Sternkontur umfassen. Insbesondere ergibt sich in dem Bereich der Sternkontur eine veränderliche Spalthöhe über den Umfang des Bremsspaltabschnitts. Insbesondere sind an der Sternkontur Magnetfeldkonzentratoren angeordnet. Insbesondere ragen die Magnetfeldkonzentratoren radial in den Bremsspaltabschnitt hinein. Eine solche Sternkontur reduziert die Reibfläche zwischen den sich zueinander drehenden Teilen, wodurch das Grundmoment besonders gering ausfällt. Zugleich ergibt sich durch die Sternkontur eine sogenannte Haufenbildung für das magnetorheologische Medium, was besonders hohe Bremsmomente ermöglicht.The disc contour can include at least one star contour. In particular, in the area of the star contour, there is a variable gap height over the circumference of the braking gap section. In particular, magnetic field concentrators are arranged on the star contour. In particular, the magnetic field concentrators project radially into the braking gap section. Such a star contour reduces the friction surface between the parts rotating in relation to one another, which means that the basic torque is particularly low. At the same time, the star contour results in a so-called heap formation for the magnetorheological medium, which enables particularly high braking torques.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung sind wenigstens drei Bremsspaltabschnitte vorgesehen. Insbesondere ist axial zwischen einem ersten Bremsspaltabschnitt und einem zweiten Bremsspaltabschnitt wenigstens ein dritter Bremsspaltabschnitt angeordnet. Insbesondere ist dem ersten Bremsspaltabschnitt wenigstens eine erste elektrische Spule und dem zweiten Bremsspaltabschnitt wenigstens eine separat ansteuerbare zweite elektrische Spule zugeordnet. Insbesondere sind dem dritten Bremsspaltabschnitt sowohl die erste als auch die zweite elektrische Spule zugeordnet.In a particularly preferred and advantageous embodiment, at least three braking gap sections are provided. In particular, at least one third brake gap section is arranged axially between a first brake gap section and a second brake gap section. In particular, at least one first electrical coil is assigned to the first brake gap section and at least one separately controllable second electrical coil is assigned to the second brake gap section. In particular, both the first and the second electrical coil are assigned to the third brake gap section.
Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei unterschiedlich ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst. Insbesondere sind der erste und der zweite Bremsspaltabschnitte verschieden voneinander ausgestaltet. Der erste und der zweite Bremsspaltabschnitte sind vorzugsweise in radialer (und/oder axialer) Richtung unterschiedlich ausgebildet und/oder sind funktional unterschiedlich ausgebildet.At least two differently designed brake gap sections are particularly preferably included. In particular, the first and the second brake gap sections are designed differently from one another. The first and the second brake gap sections are preferably designed differently in the radial (and/or axial) direction and/or are designed differently in terms of function.
Vorteilhaft ist auch die Redundanz, die ein solches System mit zwei elektrischen Spulen liefert. Wenn eine Spule ausfallen sollte, kann die zweite Spule immer noch ein Magnetfeld erzeugen, und somit über den Bremsspalt ein regelbares Drehmoment, wenngleich nicht mit der gleichen Güte. Für Anwendungen, bei denen eine hohe Ausfallsicherheit gefordert wird, ist das sehr vorteilhaft.The redundancy provided by such a system with two electrical coils is also advantageous. If one coil should fail, the second coil can still generate a magnetic field and thus a controllable torque across the braking gap, although not with the same quality. This is very advantageous for applications that require a high level of reliability.
Insbesondere sind der erste Bremsspaltabschnitt und der zweite Bremsspaltabschnitt unterschiedlich ausgebildet. Es sind vorzugsweise wenigstens zwei (funktional) unterschiedliche (insbesondere radial und/oder axial) ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst. Die Bremsspaltabschnitte sind vorzugsweise separat voneinander ausgebildet und in vorteilhaften Ausgestaltungen in axialer Richtung voneinander getrennt.In particular, the first brake gap section and the second brake gap section are designed differently. Preferably, at least two (functionally) different (in particular radially and/or axially) configured brake gap sections are included. The braking gap sections are preferably formed separately from one another and, in advantageous configurations, are separated from one another in the axial direction.
Vorzugsweise sind der erste Bremsspaltabschnitt und der zweite Bremsspaltabschnitt unterschiedlich weit (Spalthöhe) ausgebildet und/oder weisen unterschiedliche Querschnittsverläufe auf.Preferably, the first braking gap section and the second braking gap section have different widths (gap height) and/or have different cross-sectional profiles.
Besonders bevorzugt ist es auch, dass an dem ersten Bremsspaltabschnitt und dem zweiten Bremsspaltabschnitt wenigstens teilweise unterschiedliche Materialien eingesetzt sind. Insbesondere können sich in den Bereichen des ersten Bremsspaltabschnitts und des zweiten Bremsspaltabschnitts die eingesetzten Materialien an dem Kern und/oder dem Mantelteil wenigstens abschnittsweise unterscheiden. Es können gleiche oder unterschiedliche Materialien und Konstruktionen für die elektrischen Spulen verwendet werden.It is also particularly preferred that at least partially different materials are used on the first braking gap section and the second braking gap section. In particular, the materials used on the core and/or the casing part can differ at least in sections in the areas of the first braking gap section and the second braking gap section. The same or different materials and constructions can be used for the electrical coils.
Die zwei Bremsspaltabschnitte können verschiedene Laufspiele und Spaltabmessungen und/oder Spaltkonturen und Spaltverläufe (der sich zueinander bewegenden Teile) haben. Eine kleine Spalthöhe kann höhere Momente bringen, ist aber oft schwerer regelungstechnisch zu beherrschen. Ein große Spalthöhe verhält sich in der Regel gegenteilig (niederes Moment, aber insgesamt besser regelbar). Je nach Anforderungen kann somit die eine (erste) oder die andere (zweite) Spule bestromt werden. So benötigt z.B. ein Endstop (Anschlag, Barriere) meist sehr hohe Momente und wenig Regelungstechnik, da der Aktor quasi steht (Stillstand). Hier sind ein kleiner Spalt (Spalthöhe) oder mögliche Drehkörper/Walzen in dem Bremsspaltabschnitt effizient. Ein möglichst konstantes Bremsen bei höheren Drehzahlen benötigt regelmäßig hingegen eine hohe Regelgüte, hier ist eine größere Spalthöhe und/oder eine Scheiben-/Sternkontur an einem Bremsspaltabschnitt von Vorteil.The two brake gap sections can have different running clearances and gap dimensions and/or gap contours and gap profiles (of the parts moving towards one another). A small gap height can result in higher moments, but is often more difficult to control in terms of control technology. A large gap height usually behaves in the opposite way (lower moment, but better controllable overall). Depending on the requirements, one (first) or the other (second) coil can be energized. For example, an end stop (stop, barrier) usually requires very high torque and little control technology, since the actuator is virtually stationary (standstill). Here a small gap (gap height) or possible rotating bodies/rollers in the braking gap section are efficient. Braking that is as constant as possible at higher speeds, on the other hand, regularly requires high control quality; a larger gap height and/or a disc/star contour on a braking gap section is advantageous here.
Die erste Bremskomponente definiert eine axiale Richtung. Insbesondere ist eine Symmetrieachse der ersten Bremskomponente die Rotationsachse. Vorzugsweise erstreckt sich der Kern der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung, kann aber auch einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufweisen.The first braking component defines an axial direction. In particular, an axis of symmetry of the first braking component is the axis of rotation. Preferably, the core of the first brake component extends in the axial direction, but may also have a slight angle to the axial direction.
Die Erfindung ermöglicht es, ein hohes Bremsmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen bei einem kleinen Bauraum zu erzeugen. Das Magnetfeld durchtritt die zwei unterschiedlichen Bremsspaltabschnitte zwischen dem Kern und dem Mantelteil jeweils im Wesentlichen radial oder jedenfalls doch quer zu der Rotationsachse.The invention makes it possible to generate a high braking torque at different speeds in a small space. The magnetic field passes through the two different brake gap sections between the core and the casing part, each essentially radially or at least transversely to the axis of rotation.
Die Wälzkörper am bzw. im zweiten Bremsspaltabschnitt dienen insbesondere als Magnetfeldkonzentratoren. Aufgrund der (als Magnetfeldkonzentratoren dienenden) Wälzkörper können sich zwischen den einzelnen Magnetfeldlinien und der radialen Ausrichtung spitze Winkel ergeben, aber generell oder im Durchschnitt verläuft das Magnetfeld im Wesentlichen radial. Das Gleiche gilt auch für den anderen Bremsspaltabschnitt mit der Scheibenkontur, bei der sich an dem radialen Ende der Scheibenkontur auch eine dreidimensionale Ausrichtung der Magnetfeldlinien ergeben kann, die aber im Durchschnitt oder insgesamt doch wieder im Wesentlichen radial ausgerichtet sind.The rolling bodies on or in the second brake gap section serve in particular as magnetic field concentrators. Due to the rolling elements (serving as magnetic field concentrators) there can be acute angles between the individual magnetic field lines and the radial orientation, but generally or on average the magnetic field is essentially radial. The same also applies to the other brake gap section with the disk contour, in which a three-dimensional alignment of the magnetic field lines can also result at the radial end of the disk contour, but which are again essentially radially aligned on average or overall.
In bevorzugten Weiterbildungen sind die erste elektrische Spule und die zweite elektrische Spule unterschiedlich ausgebildet. Vorzugsweise unterscheiden sich die erste elektrische Spule und die zweite elektrische Spule in wenigstens einem Parameter aus einer Gruppe von Parametern, welche Gruppe als Parameter den Drahtdurchmesser und den Drahtquerschnitt, die Wicklungszahl, das Wickelfenster, die Wickelart, die Spulenbreite, den Spulendurchmesser und das Material umfasst.In preferred developments, the first electrical coil and the second electrical coil are designed differently. The first electrical coil and the second electrical coil preferably differ in at least one parameter from a group of parameters, which group contains the wire diameter and the wire cross-section, the number of windings, the Winding window, the winding type, the spool width, the spool diameter and the material.
Insbesondere ist in einem axialen Bereich (direkt) benachbart zu der ersten elektrischen Spule eine Scheibenkontur oder ein Scheibenkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet und in einem (anderen) axialen Abschnitt ist (direkt) benachbart zu der zweiten elektrischen Spule eine Mehrzahl von Wälzkörpern (als Magnetfeldkonzentratoren) auf dem Umfang des Kerns angeordnet. Die Wälzkörper sind insbesondere in einer gemeinsamen Ebene quer oder senkrecht zur Rotationsachse angeordnet. Vorzugsweise können sich die Wälzkörper vollständig um den Kern herum bewegen. Eine Außenoberfläche des Kerns ist in dem zweiten Bremsspaltabschnitt vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise ist (direkt) zwischen der ersten elektrischen Spule und der zweiten elektrischen Spule die Ringkontur angeordnet.In particular, in an axial area (directly) adjacent to the first electrical coil, a disk contour or a disk body is formed between the casing part and the core, and in a (different) axial section (directly) adjacent to the second electrical coil, a plurality of rolling bodies ( as magnetic field concentrators) arranged on the circumference of the core. In particular, the rolling elements are arranged in a common plane transversely or perpendicularly to the axis of rotation. Preferably, the rolling elements can move completely around the core. An outer surface of the core is preferably cylindrical in the second braking gap portion. The ring contour is preferably arranged (directly) between the first electrical coil and the second electrical coil.
Vorzugsweise ist ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des ersten Bremsspaltabschnittes etwa und insbesondere genau so groß wie ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des zweiten Bremsspaltabschnittes und/oder des dritten Bremsspaltabschnittes. Dadurch werden große Momente auch bei höheren Drehzahlen und beim Anlaufen aus dem Stand erzeugbar.A radius or (typical or maximum) diameter of the first brake gap section is preferably approximately and in particular exactly the same size as a radius or (typical or maximum) diameter of the second brake gap section and/or the third brake gap section. This means that large torques can be generated even at higher speeds and when starting from a standstill.
Das magnetorheologische Medium benetzt insbesondere die erste und die zweite Bremskomponente wenigstens abschnittsweise.The magnetorheological medium particularly wets the first and the second brake component at least in sections.
Die erste elektrische Spule und die zweite elektrische Spule sind vorzugsweise um die Rotationsachse herumgewickelt und erzeugen im Wesentlichen ein Magnetfeld in axialer Richtung innerhalb des Kerns. Die beiden elektrischen Spulen sind dabei radial zwischen dem Kern und dem Mantelteil aufgenommen. Die elektrischen Spulen können dabei um den Kern gewickelt oder auch innen an dem Mantelteil befestigt sein.The first electrical coil and the second electrical coil are preferably wound around the axis of rotation and substantially generate a magnetic field in the axial direction within the core. The two electrical coils are accommodated radially between the core and the casing part. The electrical coils can be wound around the core or attached to the inside of the casing part.
Der Kern besteht aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material. Die erste Bremskomponente umfasst den Kern und insbesondere eine Achse oder einen Schaft, der insbesondere wenigstens zum Teil oder vollständig aus einem magnetisch nichtleitenden Material besteht. Vorzugsweise sind die Achse (der Schaft) und der Kern lösbar miteinander verbunden.The core consists of a magnetically (well) conductive material. The first braking component comprises the core and in particular an axle or a shaft which in particular consists at least partially or completely of a magnetically non-conductive material. Preferably, the axle (the shaft) and the core are detachably connected to each other.
Die Scheibenkontur besteht wenigstens teilweise oder vollständig auch aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material.The disc contour consists at least partially or completely of a magnetically (well) conductive material.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Scheibenkontur als separater Scheibenkörper ausgebildet. Möglich ist es auch, dass die Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und z. B. T-förmig gestaltet ist, wobei der lange Schenkel des „T“ entlang der Rotationsachse verläuft. Möglich ist es auch, dass ein Teil der Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und durch einen separaten Scheibenkörper ergänzt wird. In einfachen und besonders bevorzugten Ausgestaltungen wird die Scheibenkontur durch einen separaten Scheibenkörper gebildet, der an oder auf dem Kern befestigt wird.In a preferred development, the disk contour is designed as a separate disk body. It is also possible that the disk contour is formed in one piece with the core and z. B. T-shaped, with the long leg of the “T” running along the axis of rotation. It is also possible that a part of the disk contour is designed in one piece with the core and is supplemented by a separate disk body. In simple and particularly preferred configurations, the disk contour is formed by a separate disk body that is attached to or on the core.
Vorzugsweise wird der Scheibenkörper auf den Kern aufgebracht. Dazu weist der Kern insbesondere eine angepasste Aufnahme auf. Möglich und bevorzugt ist es zum Beispiel, dass der Scheibenkörper mit dem Kern verbunden oder aufgepresst wird. Möglich ist es aber auch, dass die Scheibenkontur bzw. der Scheibenkörper mit dem Mantelteil verbunden und zum Beispiel darin eingepresst wird. Denkbar ist es auch, dass zwei aufeinander angepasste Scheibenkörper eingesetzt werden, zwischen denen ein radialer Bremsspaltabschnitt gebildet wird. Dabei kann eine erste hohlzylindrische Scheibenkontur auf den Kern aufgebracht werden und eine zweite hohlzylindrische Scheibenkontur mit einem entsprechend großen Innendurchmesser in das Mantelteil eingebracht werden, sodass die beiden Scheibenkonturen zum Beispiel in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind und einen kleinen (radialen) Spalt zwischen sich belassen. Zwischen den beiden Scheibenkonturen verbleibt dann ein insbesondere im Wesentlichen radial ausgebildeter Bremsspaltabschnitt.The disk body is preferably applied to the core. For this purpose, the core has, in particular, an adapted receptacle. It is possible and preferred, for example, for the disc body to be connected or pressed onto the core. However, it is also possible for the disk contour or the disk body to be connected to the casing part and, for example, to be pressed into it. It is also conceivable that two disk bodies adapted to one another are used, between which a radial brake gap section is formed. A first hollow-cylindrical disk contour can be applied to the core and a second hollow-cylindrical disk contour with a correspondingly large inner diameter can be introduced into the casing part, so that the two disk contours are aligned with one another in the axial direction, for example, and leave a small (radial) gap between them. Between the two disk contours then remains a brake gap section that is in particular designed essentially radially.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur wenigstens ein Scheibenpaket auf. Das Scheibenpaket wird insbesondere durch eine Mehrzahl von vorzugsweise direkt aneinander anliegenden Scheibenblechen gebildet. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise die Fertigung der Scheibenbleche als Stanzteil. Stanzteile können besonders leicht und kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Werden sie aufeinandergestapelt und zum Beispiel miteinander verpresst, so kann leicht und kostengünstig ein Scheibenpaket bzw. ein Scheibenkörper mit erheblich größerer Dicke bereitgestellt werden. Dadurch werden Scheibenbleche und auch Scheibenpakete sehr kostengünstig herstellbar.In particularly preferred configurations, the pane contour has at least one pane pack. The pack of disks is formed in particular by a plurality of sheet metal disks that preferably lie directly against one another. Such a configuration enables, for example, the production of the sheet metal discs as a stamped part. Punched parts can be produced particularly easily and inexpensively in large numbers. If they are stacked on top of one another and, for example, pressed together, a disk package or a disk body with a significantly greater thickness can be provided easily and inexpensively. As a result, sheet metal panes and also pane packs can be produced very cost-effectively.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens einige Scheibenbleche oder nahezu alle Scheibenbleche oder alle Scheibenbleche jeweils rund ausgebildet sind und den gleichen Durchmesser oder doch ähnliche Durchmesser aufweisen. Möglich ist aber auch der Einsatz von einigen oder einzelnen unrund ausgebildeten Scheibenblechen, an denen beispielsweise radial außen eine unrunde Außenkontur oder eine Zahnstruktur oder Sternkontur ausgebildet ist. Werden rund und unrund ausgebildete Scheibenbleche zu einem Scheibenpaket gestapelt, so kann eine komplexe Außenkontur erzeugt werden, die lokal zu einer größeren Magnetfeldkonzentration führen kann. It is preferred that at least some sheet metal disks or almost all sheet metal disks or all sheet metal disks are each round and have the same diameter or at least similar diameters. However, it is also possible to use a few or individual non-round disc plates on which, for example, a non-round outer contour or a toothed structure or star contour is formed radially on the outside. Become round and non-round disc plates stacked to form a pack of disks, a complex outer contour can be created, which can locally lead to a greater concentration of the magnetic field.
Möglich ist es auch, dass ein Scheibenpaket mehrere rund (oder unrund) ausgebildete Scheibenbleche mit unterschiedlichen Außendurchmessern umfasst. So können abwechselnd runde Scheibenbleche mit geringerem und mit größerem Durchmesser vorgesehen sein.It is also possible for a disk pack to include a plurality of round (or non-round) disk sheets with different outside diameters. In this way, round sheet metal plates with a smaller and a larger diameter can be provided alternately.
Einzelne Scheiben können auch verschiedene Eigenschaften haben (z.B. aufgrund von unterschiedlichem Material). Einzelne Scheiben können auch aus (gesintertem) Magnetwerkstoff sein (z.B. Neodym).Individual discs can also have different properties (e.g. due to different materials). Individual discs can also be made of (sintered) magnetic material (e.g. neodymium).
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur insgesamt eine zylindrische Außenkontur auf. Möglich und bevorzugt ist auch, dass die Scheibenkontur eine Sternkontur umfasst oder als eine solche ausgebildet ist.In particularly preferred configurations, the disc contour has a cylindrical outer contour overall. It is also possible and preferred that the disc contour includes a star contour or is designed as such.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Scheibenkontur an wenigstens einer axialen Seite eine (axial) nach außen abstehende Außenkontur aufweist. Die Scheibenkontur kann dabei insgesamt konisch, bauchig, abgerundet oder abgestuft ausgebildet sein. Insbesondere ist die Scheibenkontur rotationssymmetrisch im Bereich der Außenkontur ausgebildet. Die nach außen abstehende Außenkontur kann sich beispielsweise an einem Deckel oder dergleichen abstützen oder dort geführt werden. Die nach außen abstehende Außenkontur ermöglicht dadurch die Bereitstellung eines Reservoirs an magnetorheologischen Partikeln.It is possible and preferred for the disk contour to have an (axially) outwardly protruding outer contour on at least one axial side. The disk contour can be conical, bulbous, rounded or stepped overall. In particular, the disc contour is rotationally symmetrical in the area of the outer contour. The outwardly projecting outer contour can, for example, be supported on a cover or the like or be guided there. The outwardly protruding outer contour thereby makes it possible to provide a reservoir of magnetorheological particles.
In allen Ausgestaltungen mit Einsatz von Wälzkörpern ist es bevorzugt, dass ein radialer Freiraum für einen Wälzkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern in dem zweiten Bremsspaltabschnitt größer ist als eine Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt (in dem Bereich der Scheibenkontur). Ein radialer Freiraum ergibt sich dabei als Differenz der Spalthöhe in dem zweiten Bremsspaltabschnitt abzüglich des Durchmessers des Wälzkörpers. Typischerweise teilt sich der radiale Freiraum etwa gleichmäßig radial außerhalb des Wälzkörpers und radial innerhalb des Wälzkörpers auf. In einfachen Fällen ist der Wälzkörper radial mittig angeordnet und der radiale Abstand der Außenfläche des Wälzkörpers zur inneren Oberfläche des Mantelteils und der radiale Abstand von der äußeren Umfangsfläche des Kerns zur radial inneren Außenoberfläche des Wälzkörpers sind etwa gleich.In all configurations using rolling elements, it is preferred that a radial free space for a rolling element between the shell part and the core in the second brake gap section is larger than a gap height in the first brake gap section (in the area of the disk contour). A radial free space results from the difference in the gap height in the second brake gap section minus the diameter of the rolling element. The radial free space is typically divided approximately equally radially outside of the rolling body and radially inside of the rolling body. In simple cases, the rolling body is arranged radially centrally and the radial distance between the outer surface of the rolling body and the inner surface of the shell part and the radial distance from the outer peripheral surface of the core to the radially inner outer surface of the rolling body are approximately the same.
Vorzugsweise ist der radiale Freiraum (insgesamt) für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt mehr als doppelt und insbesondere wenigstens dreimal so groß wie die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Das bedeutet, dass im Normalfall der Wälzkörper radial nach außen und radial nach innen mehr Spielraum hat als die Spalthöhe an dem Scheibenkörper in dem ersten Bremsspaltabschnitt beträgt. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt viermal so groß oder noch größer ist als die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Vorzugsweise ist eine Spalthöhe an dem Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur kleiner als 0,15 mm und vorzugsweise kleiner als 0,1 mm.The radial free space (total) for a rolling body in the second brake gap section is preferably more than twice and in particular at least three times as large as the gap height in the first brake gap section. This means that in the normal case, the rolling element has more play radially outwards and radially inwards than the gap height on the disk body in the first braking gap section. It is also possible and preferred that the radial free space for a rolling body in the second brake gap section is four times or even greater than the gap height in the first brake gap section. A gap height at the braking gap section on the disc contour is preferably less than 0.15 mm and preferably less than 0.1 mm.
Vorzugsweise sind der radiale Freiraum in dem zweiten Bremsspaltabschnitt und die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur und die Spalthöhe in dem dritten Bremsspaltabschnitt (erheblich) kleiner als ein radialer Abstand in anderen Bereichen des Spaltes. Der radiale Abstand von den Außendurchmessern der elektrischen Spulen oder von dem Außendurchmesser eines Überzugs über die elektrischen Spulen oder einer Umspritzung der elektrischen Spulen bis zur radialen Innenwandung des Mantelteils ist (axial) außerhalb der beiden Bremsspaltabschnitte vorzugsweise (erheblich) größer als in den beiden Bremsspaltabschnitten. Der Größenunterschied kann den Faktor 2 oder 3 erreichen und weit übersteigen.Preferably, the radial clearance in the second brake gap section and the gap height in the first brake gap section at the disc contour and the gap height in the third brake gap section are (considerably) smaller than a radial distance in other areas of the gap. The radial distance from the outer diameters of the electrical coils or from the outer diameter of a coating over the electrical coils or an extrusion coating of the electrical coils to the radial inner wall of the casing part is (axially) outside of the two brake gap sections preferably (considerably) larger than in the two brake gap sections. The difference in size can reach and far exceed a factor of 2 or 3.
In konkreten Ausgestaltungen beträgt der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt etwa 0,2 mm, während die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt etwa 0,05 mm beträgt. Dabei sind jeweils Abweichungen von +/- 50 % möglich. Insgesamt beträgt dann das radiale Spiel an einem haptischen Bedienknopf im Bereich der Wälzkörper das Doppelte des radialen Freiraums, da auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns jeweils Wälzkörper angeordnet sind, insgesamt in diesem Beispiel 0,4 mm. Im Bereich des ersten Bremsspaltabschnitts mit einer Spalthöhe von 0,05 mm ergibt sich dann insgesamt ein radiales Spiel von 2 × 0,05 mm, also von 0,1 mm.In specific configurations, the radial clearance for a rolling element in the second brake gap section is approximately 0.2 mm, while the gap height in the first brake gap section is approximately 0.05 mm. Deviations of +/- 50% are possible in each case. Overall, the radial play on a haptic control knob in the area of the rolling bodies is twice the radial free space, since rolling bodies are arranged on opposite sides of the core, a total of 0.4 mm in this example. In the area of the first brake gap section with a gap height of 0.05 mm, there is a total radial play of 2×0.05 mm, ie 0.1 mm.
Aufgrund dieses sehr geringen Spiels kann wenigstens an dem Ende mit der Scheibenkontur in vielen Fällen auf ein separates Lager verzichtet werden. Die Scheibenkontur übernimmt dann zusammen mit dem Mantelteil die Führung oder Lagerung des Mantelteils gegenüber dem Kern. Das ermöglicht eine nochmals einfachere und noch kostengünstigere Konstruktion.Because of this very small amount of play, in many cases a separate bearing can be dispensed with, at least at the end with the disk contour. The disk contour then, together with the shell part, takes over the guidance or bearing of the shell part relative to the core. This enables an even simpler and more cost-effective construction.
In allen Ausgestaltungen kann die Innenkontur und/oder bevorzugt das Mantelteil unrund sein (z.B. elliptisch...). Der Kern kann exzentrisch zum Mantelteil gelagert sein. Dadurch ergibt sich bei der Drehung (des Rotors zum Stator) ein sich ändernder Relativspalt an bestimmten Stellen.In all configurations, the inner contour and/or preferably the casing part can be non-circular (eg elliptical...). The core can be mounted eccentrically to the shell part. This results in the rotation (of the rotor to the stator) a changing relative gap at certain points.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen sind die elektrischen Spulen axial zwischen dem ersten und dem zweiten Bremsspaltabschnitt angeordnet. Besonders bevorzugt grenzt wenigstens ein Bremsspaltabschnitt axial mittelbar oder unmittelbar an eine der elektrischen Spulen an.In particularly preferred configurations, the electrical coils are arranged axially between the first and the second brake gap section. Particularly preferably, at least one braking gap section is axially directly or indirectly adjacent to one of the electrical coils.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass das Magnetfeld der Magnetkreisläufe wenigstens zum Teil jeweils axial durch den Kern und das Mantelteil und zu einem erheblichen Teil radial und besonders bevorzugt im Wesentlichen radial durch den dritten Bremsspaltabschnitt durchtritt. Weiterhin durchtritt das Magnetfeld der ersten elektrischen Spule zu einem erheblichen Teil radial und besonders bevorzugt im Wesentlichen radial durch den ersten Bremsspaltabschnitt und das der zweiten elektrischen Spule durch den zweiten Bremsspaltabschnitt. In einfachen Ausgestaltungen sind die elektrischen Spule jeweils um den Kern gewickelt und erzeugen in der axialen Richtung der Rotationsachse innerhalb des Kerns jeweils ein Magnetfeld, welches an den jeweiligen Enden der elektrischen Spulen radial nach außen geleitet wird und an einem axialen Ende durch die Scheibenkontur und den ersten bzw. zweiten Bremsspaltabschnitt und an dem anderen axialen Ende jeweils durch den dritten Bremsspaltabschnitt jeweils vom Kern in das Mantelteil bzw. umgekehrt übertritt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt einen besonders einfachen, kostengünstigen und dennoch effektiven Aufbau.In all configurations, it is particularly preferred that the magnetic field of the magnetic circuits passes at least partly axially through the core and the casing part and to a considerable extent radially and particularly preferably essentially radially through the third brake gap section. Furthermore, a significant part of the magnetic field of the first electrical coil passes radially and particularly preferably essentially radially through the first brake gap section and that of the second electrical coil through the second brake gap section. In simple configurations, the electrical coils are each wound around the core and generate a magnetic field in the axial direction of the axis of rotation within the core, which is conducted radially outwards at the respective ends of the electrical coils and at one axial end through the disk contour and the first or second brake gap section and at the other axial end in each case passes through the third brake gap section from the core into the casing part or vice versa. Such a configuration allows a particularly simple, inexpensive and yet effective construction.
Vorzugsweise bestehen die Wälzkörper wenigstens teilweise und insbesondere nahezu vollständig oder vollständig aus einem magnetisch leitenden Material.Preferably, the rolling bodies consist at least partially and in particular almost completely or completely of a magnetically conductive material.
Magnetisch nichtleitende Körper oder Wälzkörper können auch vorhanden sein. Nichtleitende Körper können als Platzhalter oder Führungselemente dienen und beliebige Formen aufweisen. So können zwischen den (magnetisch leitenden) Wälzkörpern magnetisch nichtleitende Körper angeordnet sein. Mehrere nichtleitende Körper (z. B. Führungselemente) können untereinander verbunden sein, z.B. in Form eines Käfigs. Dies erleichtert die Montage.Magnetic non-conductive bodies or rolling elements can also be present. Non-conductive bodies can serve as placeholders or guide elements and can have any shape. Thus, magnetically non-conductive bodies can be arranged between the (magnetically conductive) rolling bodies. Several non-conductive bodies (e.g. guide elements) can be connected to one another, e.g. in the form of a cage. This makes assembly easier.
Besonders bevorzugt führt die Scheibenkontur das Mantelteil drehbar und dient als Lagerstelle.The disk contour particularly preferably guides the casing part in a rotatable manner and serves as a bearing point.
Vorzugsweise ist zwischen den Bremskomponenten eine geschlossene Kammer ausgebildet. Insbesondere ist die geschlossene Kammer wenigstens zu einem erheblichen Anteil und insbesondere im Wesentlichen mit einem magnetorheologischen Medium wie einem magnetorheologischen Fluid und/oder z. B. (trockenem oder pulverförmigen) Carbonyleisenpulver gefüllt. Insbesondere ist die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente drehbar aufgenommen.A closed chamber is preferably formed between the brake components. In particular, the closed chamber is at least to a significant extent and in particular essentially filled with a magnetorheological medium such as a magnetorheological fluid and/or z. B. (dry or powdered) carbonyl iron powder filled. In particular, the second brake component is rotatably accommodated on the first brake component.
Die erste Bremskomponente umfasst vorzugsweise eine Achse, die wenigstens zu einem Teil aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. An der Achse oder einem Innenteil ist der Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material befestigt.The first braking component preferably includes an axle formed at least in part from a non-magnetically conductive material. The core made of a magnetically conductive material is attached to the axle or an inner part.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente aufgenommen. Das kann beispielsweise (auch) dazu dienen, einen Volumenausgleich bei Temperaturänderungen und/oder bei Leckage zu ermöglichen. Bevorzugt ist es, dass eine radiale und/oder axiale Position der beiden Bremskomponenten zueinander sensorisch erfasst wird.The second brake component is preferably accommodated in an axially displaceable manner on the first brake component. This can (also) serve, for example, to enable volume equalization in the event of temperature changes and/or in the event of a leak. It is preferred that a radial and/or axial position of the two brake components relative to one another is detected by sensors.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die (insbesondere absolute) Position der Lenkeinrichtung erfassbar ist. Insbesondere ist die (insbesondere relative) Position der Bremskomponenten erfassbar. Es soll insbesondere nicht nur die relative Position der Bremskomponenten erfasst werden, sondern auch die absolute Position der Lenkeinrichtung. Da die Lenkeinrichtung über elektrische Anschlüsse verfügen kann, wie z.B. einer Wickelfeder, und diese nicht abgerissen werden darf. Dazu ist insbesondere wenigstens ein Absolutsensor verbaut, der das Ende des Lenkanschlags erkennt. Die Bremse erzeugt dann insbesondere einen Endanschlag. Der Absolutsensor ist insbesondere auch notwendig, wenn das Fahrzeug geparkt wird und der Lenkeinschlag nicht bei der Neutralstellung ist. Wenn das Fahrzeug wieder in Betrieb genommen wird, kann das Lenkungssteuergerät dadurch erkennen, welchen Einschlagwinkel die Räder einnehmen.It is preferred and advantageous that the (in particular absolute) position of the steering device can be detected. In particular, the (in particular relative) position of the brake components can be detected. In particular, not only the relative position of the brake components should be detected, but also the absolute position of the steering device. Since the steering device can have electrical connections, such as a clock spring, and this must not be torn off. For this purpose, at least one absolute sensor is installed, which detects the end of the steering stop. The brake then produces in particular an end stop. The absolute sensor is also necessary in particular when the vehicle is parked and the steering angle is not in the neutral position. When the vehicle is put into operation again, the steering control unit can thus recognize the steering angle of the wheels.
Ein Drehmomentsensor kann zusätzlich im Lenkstrang bzw. der Lenkungswelle verbaut werden.A torque sensor can also be installed in the steering train or the steering shaft.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an den einem und insbesondere dem distalen Ende der Kammer ein Klickelement angeordnet ist. Ein solches Klickelement ermöglicht insbesondere zwei Zustände, wobei nach dem Betätigen des Klickelements z. B. ein Blech hörbar und/oder taktil fühlbar umschaltet und dabei eine (geringe) axiale Verschiebung durchführt. Solche z. B. als Schnappteile oder Schnappscheiben ausgeführten Klickelemente sind beispielsweise von Tastaturen oder anderen Einrichtungen bekannt und ermöglichen eine kostengünstige und effektiv fühlbare Rückmeldung bei Betätigung eines Tasters oder dergleichen. In all of the configurations, it is preferred that a click element is arranged at one and in particular at the distal end of the chamber. Such a click element allows in particular two states, after pressing the click element z. B. switches over a metal sheet in an audible and/or tactile manner and thereby performs a (small) axial displacement. Such z. B. designed as snap parts or snap disks click elements are known, for example, from keyboards or other devices and allow an inexpensive and effective tactile feedback when pressing a button or the like.
Vorzugsweise ist das Klickelement an einem Ende der Kammer angeordnet. Besonders bevorzugt trennt eine elastische Membran die Kammer von dem Klickelement. Das Klickelement kann als Schnappteil oder Schnappscheibe ausgeführt sein. Dadurch kann ein Volumenausgleich an der Kammer bereitgestellt werden, wenn die Achse in die Kammer weiter eintaucht oder wieder austaucht.The click element is preferably arranged at one end of the chamber. Especially preferred an elastic membrane separates the chamber from the click element. The click element can be designed as a snap part or snap disk. This can provide volume compensation to the chamber as the axle continues to enter or exit the chamber.
In besonders bevorzugten Weiterbildungen wird die Schnappscheibe so ausgebildet, dass eine Änderung des aufgespannten Volumens der Schnappscheibe zwischen den beiden Zuständen der Schnappscheibe an eine Querschnittsfläche der Achse multipliziert mit einem Axialversatz der Schnappscheibe bei Betätigung angepasst ist. Insbesondere unterscheiden sich die beiden Volumina um weniger als 50 % oder 25 % und vorzugsweise um weniger als 10 % oder weniger als 5 %. Eine derartige Ausgestaltung, bei der die Schnappscheibe an die Achse angepasst wird, sorgt dafür, dass nur ein geringes oder gegebenenfalls gar kein Volumen für einen Volumenausgleich bei der Betätigung der Schnappscheibe bereitgestellt werden muss.In particularly preferred developments, the snap-action disk is designed such that a change in the spanned volume of the snap-action disk between the two states of the snap-action disk is adapted to a cross-sectional area of the axis multiplied by an axial offset of the snap-action disk when actuated. In particular, the two volumes differ by less than 50% or 25% and preferably by less than 10% or less than 5%. Such a configuration, in which the snap-action disk is adapted to the axis, ensures that only a small volume or possibly no volume at all has to be provided for volume compensation when the snap-action disk is actuated.
Der Einsatz eines Klickelements oder Schnappteils am distalen Ende der Kammer in Zusammenhang mit der Ausbildung des ersten Bremsspaltabschnitts mit der Scheibenkontur ebenfalls nahe dem distalen Ende der Kammer ermöglicht eine besonders einfache und effektive Führung und Lagerung des Mantelteils, da nur ein geringes radiales Spiel vorliegt und die Scheibenkontur deshalb eine (in vielen Fällen) ausreichende Führung in radialer Richtung des Mantelteils übernehmen kann.The use of a click element or snap part at the distal end of the chamber in connection with the formation of the first brake gap section with the disc contour also near the distal end of the chamber enables the casing part to be guided and supported in a particularly simple and effective manner, since there is only little radial play and the Disc contour can therefore take over (in many cases) sufficient guidance in the radial direction of the shell part.
In bevorzugten Weiterbildungen ist eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines relativen Drehwinkels zwischen dem Kern und dem Mantelteil umfasst.In preferred developments, a sensor device or at least one sensor device for detecting a relative angle of rotation between the core and the casing part is included.
Bevorzugt ist eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer relativen Axialposition von dem Mantelteil zu dem Kern umfasst. Besonders bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung wenigstens einen Magnetfeldsensor, der zur Erfassung eines Drehwinkels und einer Axialposition ausgebildet ist. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Hall-Sensor.A sensor device or at least one sensor device for detecting a relative axial position of the casing part in relation to the core is preferably included. Particularly preferably, the sensor device or at least one sensor device comprises at least one magnetic field sensor, which is designed to detect a rotation angle and an axial position. In particularly advantageous configurations, the sensor device includes at least one Hall sensor.
In einfachen bevorzugten Ausgestaltungen wird der Magnetfeldsensor an der feststehenden Bremskomponente aufgenommen und wird einem in radialer Richtung wirkenden Magnetfeld ausgesetzt. Darüber kann über die Orientierung des Magnetfeldsensors relativ zu dem Magnetfeld ein Drehwinkel ermittelt werden. Eine axiale Verschiebung der Sensoreinrichtung relativ zu dem Mantelteil kann über eine Intensität der Magnetfeldstärke abgeleitet werden.In simple, preferred configurations, the magnetic field sensor is accommodated on the stationary brake component and is exposed to a magnetic field acting in the radial direction. A rotation angle can also be determined via the orientation of the magnetic field sensor relative to the magnetic field. An axial displacement of the sensor device relative to the casing part can be derived from an intensity of the magnetic field strength.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule umfasst. Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen Abschirmkörper. Der Abschirmkörper ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Magnetringeinheit zur Beaufschlagung des Magnetfeldsensors mit einem definierten (z. B. radialen) Magnetfeld von störenden Magneteinflüssen der elektrischen Spule abzuschirmen. Dazu gibt der Abschirmkörper die Magnetringeinheit vorzugsweise wenigstens abschnittsweise. Vorzugsweise umgibt die Abschirmeinrichtung die Magnetringeinheit nach drei Seiten, nämlich von beiden axialen Seiten und radial nach außen. Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit. Dadurch wird das Magnetfeld der Magnetringeinheit von dem Abschirmkörper entkoppelt. Weiterhin ist vorzugsweise wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Mantelteil angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung umfasst. Vorzugsweise weisen die Trenneinheit und/oder die Entkopplungseinrichtung eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf. Vorzugsweise sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander beabstandet angeordnet.At least one shielding device for at least partially shielding the sensor device from a magnetic field of the electrical coil is particularly preferably included. The shielding device preferably comprises at least one shielding body. The shielding body is designed in particular to shield a magnetic ring unit for applying a defined (eg radial) magnetic field to the magnetic field sensor from interfering magnetic influences of the electric coil. For this purpose, the shielding body preferably gives at least sections of the magnetic ring unit. The shielding device preferably surrounds the magnetic ring unit on three sides, namely on both axial sides and radially outwards. The shielding device preferably comprises at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit. As a result, the magnetic field of the magnetic ring unit is decoupled from the shielding body. Furthermore, at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the casing part is preferably included. The separating unit and/or the decoupling device preferably have a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body. The shielding device and the magnetic ring unit are preferably arranged at a distance from one another.
Eine Abschirmeinrichtung ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Messqualität. Insbesondere sind dadurch feine Winkelauflösungen und geringe axiale Abstand erfassbar.A shielding device enables a significant improvement in the measurement quality. In particular, fine angular resolutions and small axial distances can be detected as a result.
Die Ansteuerung der Magnetspule erfolgt vorzugsweise meist oder überwiegend während der Betriebszeit mit einer Spannung von insbesondere 12V. Haptisch ist es (oft) von erheblichem Vorteil, wenn das Bremsmoment der magnetorheologischen Bremseinrichtung so schnell wie möglich den maximalen oder eingestellten Wert erreicht. Das ist manchmal nur mit einer größeren Spannung möglich. Ein maximales Bremsmoment wird generell durch ein maximales Magnetfeld im Bremsspalt erreicht. Da das Magnetfeld durch den Strom in der elektrischen Spule (Magnetspule) erzeugt wird, muss deshalb auch der Strom so schnell wie möglich auf maximalen Wert eingestellt werden. Grundsätzlich kann man die Spannung immer auf einen hohen Wert einstellen, im konkreten Fall statt auf z. B. 12V auf z. B. 24V. Dazu müssten jedoch alle Bauteile (elektrische Spule bzw. Magnetspule, der Spulendraht etc.) entsprechend anders ausgelegt werden (und z.B. ein Draht mit größerem Durchmesser verwendet wird).The magnetic coil is preferably controlled mostly or predominantly during the operating time with a voltage of in particular 12V. In terms of haptics, it is (often) of considerable advantage if the braking torque of the magnetorheological braking device reaches the maximum or set value as quickly as possible. This is sometimes only possible with a greater voltage. A maximum braking torque is generally achieved by a maximum magnetic field in the braking gap. Since the magnetic field is generated by the current in the electrical coil (magnetic coil), the current must also be set to its maximum value as quickly as possible. In principle, you can always set the voltage to a high value, in this specific case instead of e.g. B. 12V to z. B. 24V. For this, however, all components (electrical coil or magnetic coil, the coil wire, etc.) would have to be designed differently (e.g. a wire with a larger diameter would have to be used).
Deshalb wird in bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen wenigstens (insbesondere nur) am Beginn einer haptischen Rückmeldung eine höhere Spannung eingestellt (als z. B. im Dauerbetrieb nötig wäre). Insbesondere am Beginn oder nahezu direkt nach einer haptischen Rückmeldung wird vorzugsweise für einen Zeitraum von zwischen 0,5 ms und 50ms, vorzugsweise in einem Zeitraum zwischen 1 ms und 20 ms und besonders bevorzugt zwischen 5 ms und 15 ms, eine höhere Spannung eingestellt (z. B. um den Faktor 1,5 oder 2 oder 3 höher als im Dauerbetrieb nötig wäre). Die höhere Spannung wird insbesondere beibehalten, bis der Strom (bzw. das Magnetfeld) den gewünschten Maximalwert (nahezu, z.B. zu 90% oder 95%) erreicht und/oder der Zeitraum erreicht oder überschritten wird, den die höhere Spannung wirken kann. Danach wird die Spannung auf die geringere Spannung von z. B. 12 V zurück geregelt. Das System reagiert schneller und das gewünschte Bremsmoment wird schneller eingestellt.Therefore, in preferred refinements and developments, at least (in particular only) at the beginning of a haptic feedback, a higher voltage set (than would be necessary in continuous operation, for example). In particular at the beginning or almost immediately after haptic feedback, a higher voltage is set (e.g (e.g. by a factor of 1.5 or 2 or 3 higher than would be necessary in continuous operation). In particular, the higher voltage is maintained until the current (or magnetic field) reaches the desired maximum value (close to, eg, 90% or 95%) and/or the period of time that the higher voltage can act is reached or exceeded. Thereafter, the voltage to the lower voltage of z. B. regulated back 12 V. The system reacts more quickly and the desired braking torque is set more quickly.
Besonders bei modernen Elektroautos sind mehrere Spannungen im Fahrzeug vorhanden und hohe Spannungen/Ströme möglich, sodass diese nicht extra erzeugt bzw. transformiert werden müssen. Bei diesen Elektrofahrzeugen sind auch viel höhere Spannungen vorhanden (z.B. bis 800 Volt) und solche Stromstärken möglich, dass die zuvor beschriebenen Eigenschaften vorteilhaft genutzt werden könnenIn modern electric cars in particular, there are several voltages in the vehicle and high voltages/currents are possible, so that they do not have to be generated or transformed separately. Much higher voltages are also available in these electric vehicles (e.g. up to 800 volts) and such current strengths are possible that the properties described above can be used to advantage
Insbesondere ist die magnetische Feldstärke zwischen einzelnen magnetisch polarisierbaren Partikeln des magnetorheologischen Mediums größer als 300 kA/m. Insbesondere ist die im Spalt, vorzugsweise in wenigstens einem der Bremsspaltabschnitte, erzeugbare magnetische Feldstärke größer als 500 kA/m.In particular, the magnetic field strength between individual magnetically polarizable particles of the magnetorheological medium is greater than 300 kA/m. In particular, the magnetic field strength that can be generated in the gap, preferably in at least one of the braking gap sections, is greater than 500 kA/m.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Lenkeinrichtung mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit zwei Bremskomponenten, wobei die beiden Bremskomponenten relativ zueinander kontinuierlich um eine Rotationsachse drehbar sind, wobei sich eine erste Bremskomponente entlang der Rotationsachse erstreckt und einen Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material umfasst und wobei die zweite Bremskomponente ein sich um die erste Bremskomponente herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil umfasst, wobei zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente wenigstens drei axial voneinander beabstandete und umlaufende und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllte Bremsspaltabschnitte ausgebildet sind. Dabei erzeugt eine erste elektrische Spule ein (erstes) gesteuertes Magnetfeld in einem ersten Bremsspaltabschnitt. Unabhängig davon erzeugt eine zweite elektrische Spule ein (zweites) gesteuertes Magnetfeld in einem zweiten Bremsspaltabschnitt, um insbesondere abhängig von der Drehzahl unterschiedlich starke Bremswirkungen zu erzeugen. Dabei werden die Magnetfelder der ersten und der zweiten elektrischen Spule insbesondere beide über den dritten Bremsspalt geschlossen werden.The method according to the invention serves to operate a steering device with a magnetorheological braking device with two braking components, with the two braking components being continuously rotatable relative to one another about an axis of rotation, with a first braking component extending along the axis of rotation and comprising a core made of a magnetically conductive material and with the The second brake component comprises a hollow casing part extending around the first brake component, wherein at least three brake gap sections that are axially spaced apart from one another and run around the circumference and are at least partially filled with a magnetorheological medium are formed between the first and the second brake component. A first electrical coil generates a (first) controlled magnetic field in a first brake gap section. Irrespective of this, a second electrical coil generates a (second) controlled magnetic field in a second brake gap section in order to generate braking effects of different strengths, in particular depending on the speed. In this case, the magnetic fields of the first and second electric coils are in particular both closed via the third braking gap.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft. Das Verfahren ist insbesondere so ausgebildet, dass die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung danach betreibbar ist. Insbesondere ist die Lenkeinrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar.The method according to the invention also solves the task set out above in a particularly advantageous manner. The method is designed in particular in such a way that the steering device according to the invention can then be operated. In particular, the steering device can be operated according to the method according to the invention.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Blockieren insbesondere verstanden, dass mit einer betriebsgemäß aufzubringenden Handkraft keine Bewegung der Lenkeinheit (in wenigstens eine Drehrichtung und/oder in beide (alle) betriebsgemäßen Drehrichtungen) erfolgen kann. Insbesondere ist mittels der Bremseinrichtung die Bewegbarkeit der Lenkeinheit auch freigebbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Freigabe insbesondere verstanden, dass nur ein betriebsgemäßes Grundmoment (auch als Leerlaufmoment bezeichnet) der Bremseinrichtung vorliegt, ohne dass eine zusätzlich aufgeschaltete magnetorheologische Verzögerung, beispielsweise durch Bestromung der Spule, vorliegt. Wenn die Bewegbarkeit freigegeben ist, ist die magnetorheologische Bremseinrichtung insbesondere inaktiv, sodass kein Feld zur aktiven Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums erzeugt wird.In the context of the present invention, a blocking is understood in particular to mean that no movement of the steering unit (in at least one direction of rotation and/or in both (all) operational directions of rotation) can take place with manual force to be applied during operation. In particular, the mobility of the steering unit can also be released by means of the braking device. In the context of the present invention, a release is understood in particular to mean that only an operational basic torque (also referred to as idling torque) of the braking device is present, without an additional magnetorheological delay being applied, for example by energizing the coil. If mobility is enabled, the magnetorheological braking device is in particular inactive, so that no field for actively influencing the magnetorheological medium is generated.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the enclosed figures.
Darin zeigen:
-
1 eine rein schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; -
2 eine Seitenansicht einer Bremseinrichtung; -
3a-3c verschiedene Schnitte von Bremseinrichtungen; -
4a-4b eine stark schematische Ansicht einer Sensoreinrichtung und von Messergebnissen; -
5 eine stark schematische Ansicht einer Bremseinrichtungen mit einer Schnappscheibe in unterschiedlichen Stellungen; -
6 zwei unterschiedlich ausgebildete elektrische Spulen; -
7-8 eine weitere haptische Bremseinrichtung im Schnitt und in einer Perspektive; -
9 eine stark schematische Schaltung zur Ansteuerung der elektrischen Spule; -
10 eine Skizze mit Bremsmomentverläufen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Bremseinrichtung; und -
11 eine weitere Skizze mit Bremsmomentverläufen.
-
1 a purely schematic representation of a steering device according to the invention with a magnetorheological braking device; -
2 a side view of a braking device; -
3a-3c various sections of braking devices; -
4a-4b a highly schematic view of a sensor device and measurement results; -
5 a highly schematic view of a braking device with a snap disk in different positions; -
6 two differently designed electrical coils; -
7-8 another haptic braking device in section and in a perspective; -
9 a highly schematic circuit for driving the electric coil; -
10 a sketch with braking torque curves to illustrate the functioning of the braking device; and -
11 another sketch with braking torque curves.
Die
Die Lenkeinrichtung 100 ist hier als eine Steer-by-Wire-Lenkung ausgebildet. Dazu dient eine Aktuatoreinrichtung 303 zur Umsetzung der mit der Lenkeinheit 301 ausgeführten Lenkbewegung in eine Fahrzeugbewegung. Beispielsweise lenkt die Aktuatoreinrichtung 303 das Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder. Die Aktuatoreinrichtung 303 ist nur elektrisch mit der Lenkeinheit 101 verbunden.The
Die Drehbewegung der Lenkeinheit wird mittels einer Sensoreinrichtung 70 und beispielsweise einem Drehwinkelsensor erfasst. In Abhängigkeit des Drehwinkels lenkt die Aktuatoreinrichtung 303 dann z. B. das Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder. Es können damit z. B. die vorderen und/oder auch die hinteren Räder gelenkt werden oder auch bei einem Dreirad die Schrägstellung des Dreirades. Es können damit auch die Räder von Vorderachse und Hinterachse oder sogar aller Achsen gelenkt werden (sog. crab steering).The rotational movement of the steering unit is detected by means of a
An der Lenkungswelle 311 ist hier eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinrichtung 307 angebunden. Durch die Antriebseinrichtung 307 kann die Lenkeinheit 301 aktiv gedreht werden. Dadurch wird die Lenkeinheit 301 beispielsweise beim Kurvenfahren aktiv bewegt, wie es auch bei einer konventionellen mechanischen Lenkung der Fall wäre.A
Die Bewegung der Lenkeinheit 101 kann mittels einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 gezielt gebremst werden. Zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 und auch der Antriebseinrichtung 307 in Abhängigkeit verschiedener Parameter und z. B. des Lenkwinkels ist hier ein Lenkungssteuergerät 302 vorgesehen. Dazu ist das Lenkungssteuergerät 302 mit der Sensoreinrichtung 70 wirkverbunden.The movement of the steering unit 101 can be braked in a targeted manner by means of a
Das Lenkungssteuergerät 302 berücksichtigt beispielsweise auch Daten eines Fahrassistenzsystems 304. Dadurch kann die Bewegung der Lenkeinheit 301 je nach Fahrsituationen gezielt beeinflusst werden. Das Lenkungssteuergerät 302 kann auch mit weiteren hier nicht näher dargestellten Sensoren wirkverbunden sein, um das Lenkverhalten in Abhängigkeit weiterer Parameter gezielt beeinflussen zu können.The
Die Bremseinrichtung 1 ist hier mit einer Sicherheitseinrichtung 306 ausgestattet, welche ein hier nicht sichtbares magnetorheologisches Medium 6 aus einem hier ebenfalls nicht sichtbaren Spalt 5 entfernt. So kann beispielsweise bei einer Störung das Bremsmoment sehr zügig und zuverlässig aufgehoben werden. Der Spalt 5 und das Medium 6 werden mit Bezug zu den nachfolgenden Figuren näher vorgestellt.The
Die Bremseinrichtung 1 ist kompakt aufgebaut und verfügt im Inneren der Abschirmeinrichtung 75, die über einen hier zweiteiligen Abschirmkörper 76 als Abschirmgehäuse verfügt, über eine hier nicht erkennbare Sensoreinrichtung 70 zur Erfassung der Drehposition und der Axialposition des Mantelteils 13. Über Stifte 16 ist das Mantelteil 13 mit einem linken Deckel 14 und einem rechten Deckel 15 verbunden, um eine innere geschlossene Kammer 110 abzudichten.The
In den
Der magnetisch leitende Kern 21 ist von zwei elektrischen Spulen 26 umgeben, die um den Kern 21 herumgewickelt sind. Die erste elektrische Spule 261 erstreckt sich über eine axiale Breite 26e. An dem dem Halter 4 zugewandten Ende des Kerns 21 ist eine Scheibenkontur 41 ausgebildet, die hier auf den Kern aufgebracht und z. B. aufgepresst ist. Die Scheibenkontur 41 weist hierzu einen hohlzylindrisch ausgebildeten Scheibenkörper 42 auf. Die Aufnahme an dem Kern kann auch unrund ausgebildet sein.The magnetically
Der Kern 21 kann insbesondere aus gesintertem Material (Metall) hergestellt werden. Der Kern kann so einfacher in gewünschter Form gefertigt werden.In particular, the core 21 can be made of sintered material (metal). The core can thus be manufactured more easily in the desired shape.
Der Scheibenkörper 42 besteht hier aus einem Scheibenpaket 44, welches durch eine Mehrzahl von dünnen Scheibenblechen 46 gebildet wird. Hier sind die Scheibenbleche 46 jeweils als Stanzteil ausgebildet und können zum Beispiel aus einem magnetisch leitenden Blech von 1 mm oder 2 mm oder auch 3 mm Dicke ausgestanzt werden. So kann einfach und kostengünstig die benötigte Anzahl von Scheibenblechen ausgestanzt werden, um die gewünschte Dicke des Scheibenkörpers 42 zu erzeugen.The
Die einzelnen Scheibenbleche 46 werden miteinander verpresst und auf den Kern 21 aufgebracht und damit zum Beispiel verschraubt oder verpresst. Es verbleibt ein Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich des Scheibenkörpers 42 mit einer geringen Spalthöhe 41b zwischen dem Außendurchmesser der Scheibenkontur 41 und dem Innenumfang des Mantelteils 13. Die axiale Breite 41e der Scheibenkontur 41 bzw. dessen Bremsspaltabschnitt 5a wird hier durch die Anzahl der Scheibenbleche 46 bestimmt und kann größer oder auch kleiner als dargestellt gewählt werden.The
Die Scheibenkontur 41 grenzt hier axial unmittelbar an die erste elektrische Spule 261 an, die in einem Spulenhalter 26b aufgenommen ist und radial außen durch eine Vergussmasse 28 vollständig abgedichtet ist.Here, the
Der Scheibenkörper 42 ist mit dem Kern 21 und mit der feststehenden Bremskomponente 2 verbunden und dreht sich im Betrieb nicht. Das ermöglicht die Bildung einer Loches oder einer Aussparung zur Durchführung der Kabel 45 zum elektrischen Anschluss der ersten und zweiten elektrischen Spulen 261, 262. Die elektrischen Spulen 261, 262 können dadurch einfach kostengünstig und schnell angeschlossen werden.The
Die Scheibenkontur 41 ist hier am proximalen Ende, also an dem Ende des Kerns 21, der dem Halter 4 zugewandt ist, ausgebildet. An dem distalen Ende, also an dem anderen Ende des Kerns 21, ist ein zweiter Bremsspaltabschnitt 5b ausgebildet. Der zweite Bremsspaltabschnitt 5b erstreckt sich über eine axiale Breite 11e. Dort sind auf dem Umfang des Kerns 21 die Wälzkörper 11 verteilt angeordnet. Die Wälzkörper 11 verstärken das Magnetfeld lokal. Die Wälzkörper 11 können eine Art von Magnetfeldkonzentratoren 80 zur lokalen Verstärkung des Magnetfeldes beim Durchtritt durch den zweiten Bremsspaltabschnitt 5b bilden.The
Durch den zweiten Bremsspaltabschnitt 5b kann mit der zweiten elektrischen Spule 262 ein sehr hohes Bremsmoment insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Mantelteils 13 erreicht werden. Durch den ersten Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich der Scheibenkontur 41 kann mit der ersten elektrischen Spule 261 bei hohen Drehzahlen ein immer noch starkes Magnetfeld von dem Kern 21 in das Mantelteil 13 übertragen werden, da die Spalthöhe 41b erheblich geringer ist als der radiale Freiraum 11c im Bereich dessen Bremsspaltabschnitt 5b beträgt. Dadurch wird ein hohes Drehmoment erzeugbar, welches insbesondere auch bei höheren Drehzahlen ermöglicht wird. Dadurch kann durch gezielte und separate Ansteuerung der beiden elektrischen Spulen 261, 262 über den gesamten Drehzahlbereich ein hohes und jeweils fein justierbares Drehmoment zur Verfügung gestellt werden.The second
Die axiale Breite 11e des zweiten Bremsspaltabschnitts 5b und die Breite 41e des ersten Bremsspaltabschnitts 5a sind hier etwa gleich (+/-25 %) und jeweils kürzer als eine axiale Breite des dritten Bremsspaltabschnitts 5c. Insgesamt wird ein sehr kompakter Aufbau erreicht.The
Das Mantelteil 13 ist in
Am vorderen Ende wird die geschlossene Kammer 110 im Inneren des Mantelteils 13 durch einen vorderen Deckel 14 abgeschlossen, durch den die Bremskomponente 2 durchgeführt wird. Eine Dichtung 38 dient zur Abdichtung. Am hinteren oder distalen Ende wird die Kammer 110 zunächst durch eine elastische Membran 31 begrenzt, an die sich nach außen ein hier als Schnappscheibe ausgebildetes Klickelement 29 anschließt.At the front end, the
Die zweite Spule 262 bzw. das dazugehörige Kernmaterial ist hier zudem als eine Remanenzeinrichtung 305 ausgebildet. Wenn die Remanenzeinrichtung 305 zuvor aktiviert wurde, bleibt auch nach Abschalten der Stromzufuhr ein Magnetfeld bestehen, welches das Medium 6 beeinflusst und so ein Bremsmoment aufrechterhält. So kann ohne zusätzlichen Stromverbrauch beispielsweise eine Lenkradsperre ermöglicht werden. Ein geparktes Fahrzeug sollte so wenig wie möglich, am besten gar kein Strom verbrauchen, da sonst die Batterie geleert werden könnte (sowohl bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, als auch bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen). Die Lenkradsperre soll deshalb auch stromlos ein hohes Sperrmoment aufbringen. Das kann eine Remanenzeinrichtung bereitstellen.The
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den
Bei dieser Ausgestaltung kann beispielsweise außerhalb der Kammer 110 zwischen der Dichtung 38 und der Sensoreinrichtung 70 noch ein Lager zur Lagerung des Mantelteils 13 gegenüber der Bremskomponente 2 vorgesehen sein. Möglich ist es aber hier auch, dass die Lagerung an einem Ende nur über die Dichtung 38 und am anderen distalen Ende nur über die Scheibenkontur 41 erfolgt.In this configuration, for example, outside of
Die Scheibenkontur 41 kann (umlaufend) einstückig mit dem Kern ausgebildet sein, wie es im unteren Teil von
Beispielhaft eingezeichnet sind in
Der Magnetfeldsensor 72 ist auf einer Sensorplatine 79 angebracht und kann über die Kontaktpins 79a kontaktiert werden. Darüber wird auch die elektrische Spule 26 mit Strom versorgt.The
Wenigstens in dem Bereich der Sensoreinrichtung 70 und des Magnetfeldsensors 72 ist die innere Bremskomponente 2 vorzugsweise aus einem wenig oder nicht magnetisch leitenden Material ausgebildet, um eine möglichst ungestörte Detektion der Orientierung und der Intensität des Magnetfeldes der Magnetringeinheit 71 im Inneren der Achse 12 bzw. der ersten Bremskomponente 2 zu gewährleisten. Dort ist die Sensoreinrichtung 70 besonders geschützt aufgenommen (Schutz vor Wasser und Staub).At least in the area of
In
Der dritte Bremsspaltabschnitt 5c ist an der Ringkontur 61 ausgebildet. Die Ringkontur 61 kann als separater Ring auf den Kern 21 aufgeschoben oder aufgebracht sein oder die Ringkontur 61 ist einstückig mit dem Kern 21 ausgebildet. Jedenfalls ist die Ringkontur 61 magnetisch leitend mit dem Kern 21 gekoppelt.The third
Rein schematisch zeigt
Ein Aufbau mit drei Bremsspaltabschnitten, wobei der mittlere Bremsspaltabschnitt 5c für beide elektrische Spulen 261, 262 vorgesehen ist, ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau.A structure with three braking gap sections, with the central
Ein Aufbau wie in
Soll eine Drehbewegung abgebremst werden und ein Anschlag zur Verfügung gestellt werden, so ermöglicht die erste elektrische Spule 261 an dem ersten Bremsspaltabschnitt 5a bei höheren Drehzahlen eine stärkere Abbremsung als die zweite elektrische Spule 262 an dem zweiten Bremsspaltabschnitt 5b. Bei einer relativ geringen Übergangsdrehzahl wird das mit der zweiten elektrische Spule 262 an dem zweiten Bremsspaltabschnitt 5b erzeugbare Bremsmoment größer als das an dem ersten Bremsspaltabschnitt 5a bei dieser Drehzahl erzeugbare Bremsmoment. Das liegt daran, dass das über die Wälzkörper 11 erzeugbare Bremsmoment stärker von der Drehzahl abhängt und mit höheren Drehzahlen abfällt. Über eine Kombination unterschiedlicher Bremsspaltabschnitte 5a, 5b können so für verschiedene Drehzahlen jeweils optimale Bedingungen eingestellt werden.If a rotational movement is to be braked and a stop is to be made available, then the first
In der Kammer 110 ist ein magnetorheologisches Medium aufgenommen, welches magnetorheologische Partikel 19 umfasst. In der Kammer 110 ist zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ein Spalt 5 vorgesehen. An dem Spalt 5 sind die drei Bremsspaltabschnitte 5a, 5b und 5c ausgebildet. Die Kammer 110 ist hier wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt. Das Medium ist hier vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluid, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 19 vorhanden sind. Glykol, Fett, Wasser und dickflüssige Stoffe können auch als Trägermedium verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Trägermedium kann auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum). In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel 19 in die Kammer 110 gefüllt.A magnetorheological medium which comprises
Die ferromagnetischen Partikel 19 sind vorzugsweise Carbonyleisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine Verteilung der Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern, wobei aber auch größere Partikel von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße auch deutlich größer werden und sogar in den Millimeterbereich vordringen (Partikelkugeln). Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschichtung, Keramik-, Karbonmantel etc.) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die magnetorheologischen Partikel können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen), sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden.The
Es ist möglich, dass lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Spalt 5 bzw. die Kammer 110 gefüllt werden, wobei gegebenenfalls Luft oder ein Inertgas zugegeben wird. Wenn z. B. nur Luft oder auch ein anderes Gas verwendet wird, können verschiedene Feststoffe dazu gemischt werden, um gewisse Eigenschaften zu verbessern. Z. B. kann Graphitpulver beigemischt werden, um die Reibung zwischen den Carbonyleisenpartikeln zu verringern, da Graphit eine schmierende Wirkung zeigt. Die Partikel können insbesondere mit PTFE beschichtet werden. Eine Beschichtung mit PTFE oder eine vergleichbare Beschichtung verhindert insbesondere, dass die Partikel verklumpen und größere Haufen bilden. Solche größeren Haufen zerfallen nicht leicht oder unter Umständen gar nicht mehr. Alternativ können auch die Scheibenkörper oder Walzkörper mit PTFE beschichtet werden, damit die Reibung verringert wird. Bei Verwendung von MRF ohne Öl oder anderes Flüssiges als Trägermedium muss sichergestellt werden, dass kein Wasser in der Bremskammer (MR-Raum oder MRF-Raum) kondensiert. Z. B. kann Kieselsäuregel (bekannt als Silikagel) oder ein anderes Trocknungsmittel dazu gemischt werden, welches Wasser absorbiert und so seiner Umgebung Feuchtigkeit entzieht.It is possible that only particles that can be influenced by the magnetic field are filled into the
Wird Pulver ohne Trägerflüssigkeit verwendet, sind bis zu etwa 80 Volumenprozent Carbonyleisen (Eisenpulver) möglich, was das Bremsmoment stark erhöht, wenn die restlichen Auslegungsparameter darauf angepasst werden (z.B. sollte die Feldstärke pro Partikel hierbei in etwas gleichbleiben wie bei einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF), d.h. die Feldstärke im Bremsspalt bzw. Wirkspalt sollte beim Wechsel von z.B. LORD MRF 140 (40 Volumenprozent Carbonyleisen mit z.B. Öl als Trägerflüssigkeit) zu 80% Carbonyleisenpulver (ohne Trägerflüssigkeit) doppelt so hoch sein. Wir sprechen hier von magnetischen Feldstärke im Spalt von größer 200 kA/m bis auf Werte von bis zu 1.000 kA/m (1000000 A/m) oder mehr. Ein weiterer Vorteil von Pulver als Medium im Wirkspalt ist, dass es so zu keiner Sedimentation und auch keiner Haufenbildung im Sinne von „die Eisenpartikel bei MR-Flüssigkeiten werden in Richtung des Magnetfeldgradienten gezogen (die Kraft auf magnetisierbare Partikel wirkt immer in Richtung des stärkeren Magnetfelds, das Trägermedium wird verdrängt)“ kommen muss, um so hohe Partikelkonzentrationen zu erhalten. Die maximale Partikelkonzentration liegt so schon an. Dies verbessert die Reproduzierbarkeit der Momente (es stellt sich bei gleichem Strom immer ein ähnliches Bremsmoment ein).If powder is used without a carrier liquid, up to about 80 percent by volume of carbonyl iron (iron powder) is possible, which greatly increases the braking torque if the remaining design parameters are adjusted accordingly (e.g. the field strength per particle should remain the same as with a magnetorheological fluid (MRF) , ie the field strength in the braking gap or effective gap should be twice as high when changing from, for example, LORD MRF 140 (40 percent by volume carbonyl iron with e.g. oil as the carrier liquid) to 80% carbonyl iron powder (without carrier liquid).We are talking about magnetic field strength in the gap of greater 200 kA/m up to values of up to 1,000 kA/m (1000000 A/m) or more.Another advantage of powder as a medium in the active gap is that there is no sedimentation and no accumulation in the sense of "the iron particles MR liquids are pulled in the direction of the magnetic field gradient (the force on magnetizable particles always acts in the direction of de s stronger magnetic field, the carrier medium is displaced)” must come about in order to obtain such high particle concentrations. The maximum particle concentration is already there. This improves the reproducibility of the moments (there is always a similar braking torque with the same current).
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die magnetisch polarisierbaren Partikel (zu einem erheblichen Teil) unrunde Partikel umfassen (nicht sphärische Partikel), bei denen ein Verhältnis von größtem Durchmesser zur größten Quererstreckung senkrecht dazu größer 1,25 oder 1,5 beträgt. Möglich ist die Bildung dieses Verhältnisses auch als ein Verhältnis von größter Längserstreckung zur größten Quererstreckung, wobei insbesondere die Längs- und Quererstreckungen senkrecht zueinander gemessen werden.In all configurations, it is particularly preferred that the magnetically polarizable particles (to a significant extent) comprise non-round particles (non-spherical particles) in which the ratio of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto is greater than 1.25 or 1.5. It is also possible to form this ratio as a ratio of the greatest longitudinal extent to the greatest transverse extent, with the longitudinal and transverse extents in particular being measured perpendicular to one another.
Der Einsatz von unrunden Partikeln ist besonders vorteilhaft, da diese eine effektive Verkantungsstruktur ermöglichen, da sich jeweils unterschiedliche unrunde Abschnitte der Partikel miteinander verklemmen bzw. miteinander verkeilen.The use of out-of-round particles is particularly advantageous since they enable an effective canting structure, since different out-of-round sections of the particles jam or wedge with one another.
Möglich und bevorzugt sind auch Verhältnisse von größtem Durchmesser zu größter Quererstreckung senkrecht dazu von 1,75 oder 2,0 oder mehr.Ratios of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto of 1.75 or 2.0 or more are also possible and preferred.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel dazu ausgebildet, sich unter dem Einfluss des Magnetfeldes flächig miteinander zu verklemmen oder zu verkeilen. Das ist beispielsweise bei Partikeln möglich, die abschnittsweise eckig oder beispielsweise insgesamt dreieckig oder mehreckig oder dergleichen ausgebildet sind. Dann verklemmen zwei (oder mehr) entsprechend ausgestaltete Partikel miteinander und können eine sehr effektive Verklumpung der Partikel miteinander und Verklemmung und Abbremsung der beiden Brems- bzw. Kupplungskomponenten miteinander bewirken.At least some of the magnetically polarizable particles are preferably designed to clamp or wedge together over a large area under the influence of the magnetic field. This is possible, for example, with particles that are angular in sections or, for example, are triangular or polygonal overall or the like. Two (or more) correspondingly configured particles then jam together and can cause the particles to clump together very effectively and cause the two brake or clutch components to jam and brake together.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel dazu ausgebildet, sich unter dem Einfluss des Magnetfeldes an zwei oder mehr voneinander beabstandeten Stellen miteinander zu verklemmen bzw. zu verkeilen. Solche Partikel, die unrund ausgestaltet sind, erlauben eine sehr effektive Erhöhung der Bremskraft bzw. des Bremsmomentes, da sie im Unterschied zu sphärischen Partikeln sich nicht nur an einer Stelle bzw. in einem kleinen Winkelbereich berühren, sondern an mehreren Stellen oder sogar flächig.At least some of the magnetically polarizable particles are preferably designed to clamp or wedge together under the influence of the magnetic field at two or more locations spaced apart from one another. Such particles, which are non-circular, allow a very effective increase in the braking force or the braking torque, since, unlike spherical particles, they do not only touch at one point or in a small angular range, but at several points or even over an area.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel wenigstens einen Muldenabschnitt auf. Ein solcher nach innen gewölbter Muldenabschnitt erlaubt eine besonders effektive Verkeilung mit Teilen anderer Partikel.Preferably, at least some of the magnetically polarizable particles have at least one trough section. Such an inwardly curved trough section allows particularly effective wedging with parts of other particles.
Vorzugsweise ist wenigstens eine an den Bremsspalt angrenzende Oberfläche wenigstens einer Kupplungs- bzw. Bremskomponente wenigstens abschnittsweise unglatt oder (lokal) uneben ausgebildet. Möglich ist es auch, dass die Partikel oder ein erheblicher Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel regelmäßig oder unregelmäßig auf der äußeren Oberfläche Erhebungen oder Erhöhungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Dadurch kann eine Verkantung mit den Partikeln verstärkt werden. Beispielsweise kann wenigstens eine Oberfläche Erhöhungen und/oder Vertiefungen in der Art von spitz oder abgerundet ausgebildeten Dimpels bei Golfbällen aufweisen. Möglich ist auch eine Oberfläche mit einem spitz oder abgerundet ausgebildetem Sägezahnprofil. Eine relative Höhe (wenigstens einiger) der Erhebungen oder Vertiefungen beträgt vorzugsweise wenigstens 5% oder 10% des minimalen Durchmessers eines magnetisch polarisierbaren Partikels.Preferably, at least one surface of at least one clutch or brake component adjoining the brake gap is designed to be non-smooth or (locally) uneven at least in sections. It is also possible that the particles or a significant part of the magnetically polarizable particles have elevations or elevations and/or depressions regularly or irregularly on the outer surface. As a result, canting with the particles can be reinforced. For example, at least one surface can have elevations and/or depressions in the manner of pointed or rounded dimples in golf balls. A surface with a pointed or rounded sawtooth profile is also possible. A relative height (at least some) of the peaks or valleys is preferably at least 5% or 10% of the minimum diameter of a magnetically polarizable particle.
Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders effektive Verkantung und Verklemmung einzelner Partikel mit hohen magnetischen Feldstärken erzeugbar ist. Dazu wird vorzugsweise eine magnetische Feldstärke von größer als 150 Kiloampere/Meter (kA/m) oder von 250 Kiloampere/Meter oder 500 kA/m oder mehr in dem Spalt erzeugt. Insbesondere ist eine magnetische Feldstärke von größer als 500 Kiloampere/Meter (kA/m) oder von 750 Kiloampere/Meter oder 1000 kA/m oder mehr in dem Spalt, vorzugsweise in wenigstens einem der Bremsspaltabschnitte, erzeugbar bzw. wird dort erzeugt.It has been found that a particularly effective canting and jamming of individual particles can be generated with high magnetic field strengths. For this purpose, a magnetic field strength of greater than 150 kiloamperes/meter (kA/m) or of 250 kiloamperes/meter or 500 kA/m or more is preferably generated in the gap. In particular, a magnetic field strength greater than 500 kiloamperes/meter (kA/m) or 750 kiloamperes/meter or 1000 kA/m or more can be generated or is generated in the gap, preferably in at least one of the braking gap sections.
Wenn nur Pulver ohne flüssiges Trägermedium verwendet wird, kann die eine andere Dichtungsart gewählt und die Grundreibung dadurch verringert werden. Die Dichtung muss nicht so stark an die Oberflächen gepresst werden, da nicht für Flüssigkeiten abgedichtet werden muss, sondern nur Partikel. Es kann auch z.B. berührungsfreie Wellendichtung wie eine Labyrinthdichtung verwendet werden. Diese Art von Dichtung liegt nur auf einem der beiden zueinander drehenden Teile auf. Zusätzlich ist die Temperaturabhängigkeit verringert bzw. fast aufgehoben. Flüssige Trägermedien verändern ihre Viskosität mit sich verändernden Temperaturen, während Carbonyleisenpulver in sehr großen Temperaturbereichen seine Eigenschaften kaum ändert (bis zum Erreichen der Curie-Temperatur). Die temperaturbedingte Volumensänderung ist bei Pulver auch vernachlässigbar, da sich die Partikel untereinander umverteilen können, wenn sich das Volumen der einzelnen Partikel verändert.If only powder is used without a liquid carrier medium, a different type of seal can be selected, thereby reducing the basic friction. The seal does not have to be pressed as hard against the surfaces, since it is not necessary to seal for liquids, only particles. A non-contact shaft seal such as a labyrinth seal can also be used, for example. This type of seal only rests on one of the two mutually rotating parts. In addition, the temperature dependence is reduced or almost eliminated. Liquid carrier media change their viscosity with changing temperatures, while carbonyl iron powder hardly changes its properties in very large temperature ranges (until the Curie temperature is reached). The temperature-related volume change is also negligible for powder, since the particles can redistribute among themselves if the volume of the individual particles changes.
Der maximale Volumensanteil von Carbonyleisenpartikeln ist in Pulverform (ca. 74%) auch höher als in MRF mit z.B. Öl als Trägermedium.The maximum volume fraction of carbonyl iron particles in powder form (approx. 74%) is also higher than in MRF with e.g. oil as a carrier medium.
Die magnetorheologischen Partikel 19 verketten sich bei angelegtem Magnetfeld, wie in
Zur näheren Erläuterung dieses Effekts wird auf die
In
Nur beispielhaft ist in dem rechten Teil von
In der Mitte von
Eine Sternkontur kann auch in axialer Richtung ausgebildet sein, das bedeutet, dass in axialer Richtung variable Spalthöhen auftreten. Dadurch kann das Magnetfeld in axialer Richtung an Orten mit geringerer Spalthöhe konzentriert werden, und in den höheren Spalten verringert werden. Auch eine Mischung aus „radialen“ und „axialen“ oder/und schrägen Sternkonturen ist denkbar.A star contour can also be formed in the axial direction, which means that variable gap heights occur in the axial direction. As a result, the magnetic field can be concentrated in the axial direction at locations with smaller gap heights and reduced in the higher gaps. A mixture of “radial” and “axial” and/or oblique star contours is also conceivable.
Insbesondere eignet sich diese Ausgestaltung für den zweiten Bremsspaltabschnitt 5b als Ersatz für einen (zweiten) Bremsspaltabschnitt (5b) mit Wälzkörpern.In particular, this configuration is suitable for the second
In
Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 77 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 71 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 72 ist innerhalb der in diesem Bereich nicht magnetisch ausgebildeten ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen, wie sie zum Beispiel durch Betätigen einer Schnappscheibe bewirkt werden, können dazu genutzt werden, um das Betätigen des Bedienknopfs 101 zu detektieren, wie
Durch eine axiale Verschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 der Sensoreinrichtung 70 gemäß der Darstellung von
Mit dem gleichen Sensor 72 kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes 8 (eingezeichnete Pfeile) ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung eines Tasters bzw. der Schnappscheibe 29 zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann.The angle of rotation can also be detected with the
Im Inneren kann ein Reservoir 32 für magnetorheologische Partikel vorhanden sein, um eine ausreichende Versorgung der Bremsspaltabschnitte mit magnetorheologischen Partikeln zu gewährleisten. Insbesondere werden Carbonyleisenpartikel aus der Umgebung angezogen und im Magnetfeldübergangsbereich konzentriert.A
In
Der Scheibenkörper 41 ist hier einstückig mit dem Kern 21 ausgebildet, kann aber auch als Scheibenpaket 44 mit mehreren Scheibenblechen 46 ausgebildet sein.The
An der hohl ausgebildeten Achse 12 ist eine Kabeldurchführung 12a ausgebildet, durch welche die Kabel zur Versorgung der beiden elektrischen Spulen 261 und 261 durchgeführt werden. An dem Innenteil ist der (separate) Kern 21 aufgenommen. Auf dem Kern 21 sind die beiden elektrischen Spulen 261 und 262 an Spulenhaltern 26b gewickelt. Zwischen den beiden elektrischen Spulen 261 und 262 ist die Ringkontur 61 für den dritten Bremsspaltabschnitt 5c aufgenommen oder ausgebildet. In einfachen Ausgestaltungen ist die Ringkontur 61 als separates Teil auf den Kern 21 aufgebracht und stellt einen dünnen Spalt zwischen der Außenseite der Ringkontur 61 und dem Innenumfang des Mantelteils 13 zur Verfügung. Der dritte Bremsspaltabschnitt 5c dient zum Schließen der beiden Magnetfelder der beiden elektrischen Spulen 261 und 262.A
Das Magnetfeld der ersten elektrischen Spule 261 verläuft im Wesentlichen radial durch den ersten Bremsspaltabschnitt 5a und den dritten Bremsspaltabschnitt 5c und axial durch den Kern 21 sowie das Mantelteil 13. Das Magnetfeld der zweiten elektrischen Spule 262 verläuft im Wesentlichen radial durch den zweiten Bremsspaltabschnitt 5b und den dritten Bremsspaltabschnitt 5c und axial durch den Kern 21 sowie das Mantelteil 13. Die beiden elektrischen Spulen 261, 262 sind so gewickelt und werden so bestromt, dass die Magnetfelder der beiden elektrischen Spulen 261, 262 im Bereich des dritten Bremsspaltabschnitts 5c in die gleiche Richtung verlaufen, wie auch schematisch in
Insgesamt wird eine sehr kostengünstig herstellbare Bremseinrichtung 1 zur Verfügung gestellt, wobei gegebenenfalls durch eine „Lagerung“ über die Scheibenkontur 41 wenigstens ein Lager eingespart werden kann, wodurch auch die Bauhöhe reduziert wird. Es wird eine sehr geringere Grundreibung erreicht. Dadurch, dass weniger Teile verwendet werden, wird die Herstellung einfacher und kostengünstiger. Durch eine geringere Teileanzahl werden auch die Toleranzanforderungen verbessert, da Toleranzenketten vermieden werden.Overall, a
Mit den beiden elektrischen Spulen 261, 262 kann jeweils separat ein Bremsmoment eingestellt werden.A braking torque can be set separately with the two
Dadurch erreicht der Strom in der elektrischen Spule 26 schneller den gewünschten Wert. In einem konkreten Fall wird die gewünschte Stromstärke innerhalb von 10ms anstatt von 40ms erreicht. Der Wechsel zwischen den Spannungen kann über eine elektrische Schaltung erfolgen.As a result, the current in the
Magnetorheologische Kupplungseinrichtungen und Bremsen haben u.a. den Vorteil, dass sie zum Kuppeln bzw. zur Dämpfung von Bewegungen nur wenig Strom benötigen, leise sind, wenig Wärme erzeugen und sehr schnell reagieren (~ms) etc. Der geringe Strombedarf ist besonders vorteilhaft bei batteriebetriebenen Komponenten wie z. B. Elektrofahrzeugen, bei denen sich der Stromverbrauch aller Komponenten automatisch stark in der Reichweite der Fahrzeuge niederschlägt. Aber auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder elektrischen Geräten im Allgemeinen ist der Stromverbrauch ein Thema.Magnetorheological clutch devices and brakes have the advantage, among other things, that they require little power to engage or dampen movements, are quiet, generate little heat and react very quickly (~ms), etc. The low power requirement is particularly advantageous for battery-operated components such as e.g. B. Electric vehicles, in which the power consumption of all components is automatically reflected in the range of the vehicles. However, power consumption is also an issue in vehicles with combustion engines or electrical devices in general.
Das System benötigt viel weniger Strom als eine Ansteuerung allein über einen Elektromotor. Generell gilt für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge derzeit, dass man etwa 6 km weit mit einer 1 kWh kommt, während eine kWh Batteriekapazität ca. 230 Euro kostet, wobei eine kWh Batteriekapazität ca. 6 kg Mehrgewicht verursacht. Auch wenn sich diese Daten in Zukunft ändern werden, wird der Energiebedarf weiterhin eine wichtige Rolle spielen.
Hier wird zum Zeitpunkt 0,1 Sekunden die Stromstärke von 0 Ampere auf 2 Ampere erhöht. Der resultierende Verlauf des Bremsmomentes bzw. der Kopplungsintensität ist in der unteren Hälfte von
Wird hingegen zu Beginn des Kupplungs- bzw. dem Start des Bremsvorgangs die Stromstärke dreifach auf z. B. hier 6 Ampere erhöht, wie es die durchgezogenen Linien zeigen, erhöht sich das Bremsmoment erheblich stärker und erreicht schon nach etwa 10 Millisekunden den Endwert von 1,5. Dabei wird der „Stromboost“ mit erhöhter Stromstärke hier nur für etwa 10 ms aktiviert. Danach wird, wie die obere durchgezogene Kurve zeigt, die Stromstärke auf 2 Ampere reduziert. Über die kurzzeitige Erhöhung der Stromstärke („Stromboost“) kann eine deutliche schnellere Einstellung des Kupplungs- oder Bremsmomentes erfolgen. Das ist in mehrerlei Hinsicht sehr vorteilhaft, da ein schnelles Stehenbleiben und ein direkteres haptisches Gefühl erfahrbar ist. If, on the other hand, at the beginning of the clutch or the start of the braking process, the current intensity is increased threefold to z. If, for example, 6 amperes are increased here, as shown by the solid lines, the braking torque increases considerably more and reaches the final value of 1.5 after around 10 milliseconds. The "current boost" with increased current is only activated for about 10 ms. Thereafter, as shown by the upper solid curve, the current intensity is reduced to 2 amperes. By briefly increasing the current ("current boost"), the clutch or brake torque can be adjusted significantly more quickly. This is very advantageous in several respects, as it allows you to stop quickly and experience a more direct haptic feeling.
Ein großer Vorteil der Konstruktion ist, dass außen keine Kabel, kein Sensor und keine Elektronik nötig sind. Somit ist bei allen Ausgestaltungen eine hohe IP Klasse möglich. Im Prinzip liegt alles hinter einer Montageblende.A major advantage of the construction is that no cables, sensors or electronics are required on the outside. A high IP class is therefore possible in all configurations. In principle, everything is behind a mounting panel.
Die elektrischen Spulen sind vorzugsweise komplett von dem Raum mit dem magnetorheologischen Medium abgetrennt, insbesondere über eine Vergussmasse.The electrical coils are preferably completely separated from the space containing the magnetorheological medium, in particular by means of a casting compound.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist eine axiale Verschiebung möglich, wobei insbesondere ein Flüssigkeitsvolumen im inneren verschoben wird. Zwischen einem Deckel und einer Scheibenkontur ist vorzugsweise genügend Raum vorgesehen, damit das dazwischenliegende Medium (oder Flüssigkeit) (Carbonyl) nicht verdichtet wird. (Das könnte sonst zu hohen axialen Verstellkräften führen.) Dadurch wird ein zusätzliches MRF-Reservoir bereitgestellt, aus dem Partikel in den Bereich der Scheibenkontur bzw. der Wälzkörper nachfließen können. Magnetische Partikel fließen nämlich immer in Richtung des stärkeren Felds, da magnetische Partikel von dem Magnetfeldgradienten angezogen werden.In preferred configurations, an axial displacement is possible, in which case, in particular, a liquid volume is displaced in the interior. Sufficient space is preferably provided between a cover and a disk contour so that the medium (or liquid) (carbonyl) therebetween is not compressed. (Otherwise this could lead to high axial adjustment forces ren.) This provides an additional MRF reservoir from which particles can flow into the area of the disc contour or the rolling elements. Namely, magnetic particles always flow in the direction of the stronger field since magnetic particles are attracted by the magnetic field gradient.
Die Dichtung läuft vorzugsweise auf der Achse. Es gibt eine Rotationsbewegung (mehr als 100.000 Umdrehungen sind möglich) und es kann eine Linearbewegung für den Taster geben. Damit die Dichtung nicht einläuft und eine Laufrille bildet und damit die Reibung gering ist und die Leckage (Schleppöl) über die Lebensdauer nicht zu hoch wird, ist eine entsprechende Werkstoffpaarung mit einer harten Lauffläche bevorzugt.The seal preferably runs on the axle. There is rotary movement (more than 100,000 revolutions are possible) and there can be linear movement for the probe. To ensure that the seal does not run in and form a running groove and that the friction is low and the leakage (drag oil) does not become too high over the service life, a corresponding material pairing with a hard running surface is preferred.
Vorzugsweise wird der erste Bremsspaltabschnitt 5a mit einer Scheibenkontur ausgerüstet. Der zweite Bremsspaltabschnitt 5b wird insbesondere mit Wälzkörpern und insbesondere Walzen ausgerüstet. Wälzkörper und insbesondere Walzen mit einem runden Innenring ermöglichen ein hohes statisches Moment. Eine Scheibenkontur ermöglicht eine gute Magnetfeldweiterleitung und ein hohes Moment bei hohen Drehzahlen.The first
Die kombinierte Lösung, auch Hybridlösung genannt, kombiniert beide Vorteile. Ein axialer Übergang des Magnetfeldes hatte im Stand der Technik hingegen eine kleinere Übergangsfläche und ergab so geringere Bremsmomente. Außerdem hat ein axialer Magnetfeldübergang einen geringeren Abstand (Radius) und erzeugt schon daher weniger Moment. Ein ebenfalls radialer Bremsspaltabschnitt 5a mit einer Scheibenkontur hat demgegenüber einen größeren Durchmesser und erzeugt damit bei gleicher Kraft ein größeres Moment. Außerdem ist die Fläche größer, da der größere Umfang eine größere Fläche aufspannt. Wenn die Breite der Konturscheibe größer ist, als 1/6 des Durchmessers, ist das übertragbare Bremsmoment am (umfänglichen) radialen Bremsspaltabschnitt schon größer als das maximal übertragbare Bremsmoment auf der axialen Fläche! Schließlich sind durch die geringere Spalthöhe an der Scheibenkontur die magnetischen Verluste kleiner. Alles das bewirkt ein höheres Bremsmoment auch bei höheren Drehzahlen.The combined solution, also called hybrid solution, combines both advantages. In contrast, an axial transition of the magnetic field in the prior art had a smaller transition area and thus resulted in lower braking torques. In addition, an axial magnetic field transition has a smaller distance (radius) and therefore generates less moment. A
Ein Volumenausgleich für die Push-Funktion kann durch eine Membran am Ende des Mantelteils bereitgestellt werden. Hinter der Membran ist ein Klickelement wie eine Schnappscheibe („Snap Dome“). Dieses gibt einen haptisch fühlbaren Druckpunkt. Zusätzlich hört man das Klicken beim Erreichen des Druckpunktes und die Schnappscheibe drückt den gesamten Knopf bzw. das Mantelteil wieder in die Ausgangsstellung zurück (ähnlich einer Maustaste bei Computermaus).Volume compensation for the push function can be provided by a membrane at the end of the jacket part. Behind the membrane is a click element like a snap disk ("snap dome"). This gives a haptically perceptible pressure point. In addition, you can hear the click when the pressure point is reached and the snap disk pushes the entire button or the shell part back into the starting position (similar to a mouse button on a computer mouse).
Die Membran dichtet dann den MRF-Raum ab. Das Volumen hinter der Membran wirkt als Volumenausgleich beim Drücken. In der Normalstellung weist die Schnappscheibe eine Wölbung auf. Wird der Knopf in axialer Richtung verschoben, drückt der Stator der Bremseinrichtung gegen die Membran und die Schnappscheibe. Diese wird dadurch flach gedrückt.The membrane then seals the MRF space. The volume behind the membrane acts as a volume balance when pressed. In the normal position, the snap-action disc has a bulge. If the button is moved in the axial direction, the stator of the braking device presses against the membrane and the snap-action disk. This will flatten it out.
Als transparentes Material kann normales Glas verwendet werden, oder PMMA (Acrylglas). Der Vorteil von PMMA ist, dass man milchiges Glas verwenden kann, welches das Licht innerhalb bricht und so die Gesamte Oberfläche gleichmäßig ausleuchten kann. Zur Beleuchtung können eine oder mehrere LEDs verwendet werden, auch mit verschiedenen Farben.Normal glass can be used as the transparent material, or PMMA (acrylic glass). The advantage of PMMA is that you can use milky glass, which breaks the light inside and can thus illuminate the entire surface evenly. One or more LEDs can be used for lighting, also with different colors.
In allen Ausgestaltungen kann auch die äußere Bremskomponente drehfest ausgeführt sein und die innere Bremskomponente die drehbare Komponente sein. In dem Fall muss die elektrische Kontaktierung der elektrischen Spule über Leitungen durch die äußere Bremskomponente erfolgen oder z. B. über Schleifkontakte.In all configurations, the outer brake component can also be non-rotatable and the inner brake component can be the rotatable component. In this case, the electric coil must be electrically contacted via lines through the outer braking component or e.g. B. via sliding contacts.
Mit der hier vorgestellten Erfindung kann der geforderte Arbeitsbereich der Lenkeinrichtung 100 in mehrere Teilbereiche unterteilt werden. Ein erster Teilbereich wird durch die Antriebseinrichtung 307 bereitgestellt und bietet ein aktives Antriebsmoment z. B. zwischen 0 und 8 Newtonmeter. Ein zweiter Teilbereich wird durch den ersten Bremsspaltabschnitt 5a bereitgestellt und bietet ein Bremsmoment z. B. zwischen 0 und 5 Newtonmeter. Ein dritter Teilbereich wird durch den zweiten Bremsspaltabschnitt 5b bereitgestellt und bietet ein Bremsmoment z. B. zwischen 0 und 25 Newtonmeter. Dabei kann aufgrund der Scheibenkontur 41 im ersten Bremsspaltabschnitt 5a eine besonders hohe Regelgüte für den ersten Teilbereich erzielt werden. Da dieser Teilbereich für die Lenkpräzision besonders entscheidend ist, wirkt sich die hohe Regelgüte hier besonders vorteilhaft auf das Lenkverhalten aus.With the invention presented here, the required working range of the
Die hier vorgestellte Lenkeinrichtung 100 hat zudem den Vorteil, dass das notwendige aktive Moment (Antriebsmoment) durch einen kompakten und agilen Elektromotor mit hoher Regelgüte und geringerem Stromverbrauch (besserer Wirkungsgrad im Teillastbereich) erzielt werden kann. Das geforderte niedrige passive Moment (Bremsmoment zum Beispiel bis 8 Newtonmeter) wird hier durch den ersten Bremsspaltabschnitt 5a mit besonders geringer Grundreibung und hoher Regelgüte bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch erzielt. Das geforderte höhere passive Moment (Bremsmoment zum Beispiel bis 25 Newtonmeter) wird hier mit dem zweiten Bremsspaltabschnitt 5b mit ebenfalls besonders geringer Grundreibung und normaler Regelgüte bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch erzielt. Dadurch ergibt sich eine dreifache Redundanz.The
Zugleich kann die Lenkbewegung geräuschlos und ruckelfrei beeinflusst werden. Zudem kann die Bremseinrichtung 1 bei einer Fehlfunktion der Antriebseinrichtung 307 deren aktives Moment einbremsen. Zudem kann durch die Bremseinrichtung 1 eine Motorkurve (schwankendes Drehmoment über den Drehwinkel) geglättet bzw. ausgeregelt werden. Zudem braucht die Bremseinrichtung 1 erheblich weniger Strom als ein Elektromotor zur Erzeugung eines vergleichbaren Bremsmoments.At the same time, the steering movement can be influenced noiselessly and smoothly. In addition, in the event of a malfunction of the
Die vorgestellte Lenkeinrichtung kann auch in Kombination mit dem Bordcomputer, Anzeigeinstrument oder einem Head-up Display als Spielekonsole bzw. als Fahr- oder Flugsimulator verwendet werden. Wenn das Fahrzeug geparkt wird (z.B. bei Elektronfahrzeugen beim Ladevorgang)oder das Auto einen selbstfahrenden Modus besitzt, kann der Benutzer die Lenkeinrichtung als Eingabegerät eines Computerspiels verwenden. Beim Wechsel vom Gamingmode zum realen Fahrbetrieb wird vorzugsweise ein haptisches Feedback ausgegeben.The steering device presented can also be used in combination with the on-board computer, display instrument or a head-up display as a game console or as a driving or flight simulator. When the vehicle is parked (e.g., in the case of electric vehicle charging) or the car has a self-driving mode, the user can use the steering device as an input device of a computer game. When changing from gaming mode to real driving, haptic feedback is preferably provided.
Bestimmte Parameter der Lenkeinrichtung können auch über den Bordcomputer oder andere Eingabegeräte kundespezifisch, innerhalb von Systemgrenzen, eingestellt bzw. konfiguriert bzw. gespeichert werden (Individualisierung). Ein Abruf der individuellen Einstellungen ist mittels Schlüsselerkennung, Smartphone- oder Smartdevicekommunikation, Fahrererkennung (Bilderkennung; Gesichtserkennung), Gestensteuerung, Sprachsteuerung, Datenanalyse oder händischer Eingabe möglich.Certain parameters of the steering device can also be set or configured or stored in a customer-specific manner, within system limits, via the on-board computer or other input devices (individualization). The individual settings can be called up using key recognition, smartphone or smart device communication, driver recognition (image recognition; face recognition), gesture control, voice control, data analysis or manual input.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Magnetorheologische BremseinrichtungMagnetorheological braking device
- 2,32.3
- Bremskomponentebraking component
- 44
- Halterholder
- 55
- Spaltgap
- 5a5a
- Bremsspaltabschnitt für 41Braking gap section for 41
- 5b5b
- Bremsspaltabschnitt für 11Braking gap section for 11
- 5c5c
- Bremsspaltabschnitt für 61Braking gap section for 61
- 5d5d
- Bremsspaltabschnittbraking gap section
- 66
- Mediummedium
- 88th
- Magnetfeld, Feldmagnetic field, field
- 1111
- Wälzkörperrolling elements
- 11b11b
- Spalthöhe von 5bgap height of 5b
- 11c11c
- radialer Freiraum bei 5bradial clearance at 5b
- 11d11d
- Durchmesser von 11diameter of 11
- 11e11e
- axiale Breite von 11axial width of 11
- 11f11f
- Halterungbracket
- 1212
- Achseaxis
- 12a12a
- Kabeldurchführunggrommet
- 1313
- Mantelteiljacket part
- 1414
- Abschluss, Deckelconclusion, lid
- 1515
- Abschluss, Deckelconclusion, lid
- 1616
- StiftPen
- 1818
- Leuchtmittelbulbs
- 1919
- magnetische Partikelmagnetic particles
- 2020
- Rotationsachse, axiale RichtungAxis of rotation, axial direction
- 2121
- Kerncore
- 2222
- Hubhub
- 2323
- Drehknopfknob
- 2626
- SpuleKitchen sink
- 26b26b
- Spulenhalterspool holder
- 26e26e
- axiale Breiteaxial width
- 2828
- Vergussmassepotting compound
- 2929
- Schnappscheibesnap disk
- 29a29a
- Führungguide
- 29b29b
- Volumenvolume
- 3131
- Membranemembrane
- 3232
- Reservoirreservoir
- 35a35a
- Spannungsversorgung 12VPower supply 12V
- 35b35b
- Spannungsversorgung 18VPower supply 18V
- 3838
- Dichtung poetry
- 3939
- O-Ringo ring
- 4040
- Sternkonturstar outline
- 40c40c
- Spalthöhegap height
- 4141
- Scheibenkonturdisc contour
- 41a41a
- integraler Ringflanschintegral annular flange
- 41b41b
- Spalthöhe von 5agap height of 5a
- 41e41e
- axiale Breite von 5aaxial width of 5a
- 4242
- Ringkörper, ScheibenkörperRing body, disc body
- 42a42a
- Aufnahmerecording
- 4343
- Benutzerschnittstelleuser interface
- 4444
- Scheibenpaketdisc package
- 4545
- KabelCable
- 4646
- Scheibenblechsheet metal
- 4747
- ausgebauchte Außenkonturbulging outer contour
- 4848
- Befüllschraubefilling screw
- 4949
- Überzugcoating
- 5050
- Konsoleconsole
- 5151
- Muttermother
- 6161
- Ringkonturring contour
- 6868
- Signalsignal
- 6969
- Amplitudeamplitude
- 7070
- Sensoreinrichtungsensor device
- 7171
- Magnetringeinheitmagnetic ring unit
- 7272
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 7575
- Abschirmeinrichtungshielding device
- 7676
- Abschirmkörpershielding body
- 7777
- Trenneinheitseparation unit
- 7878
- Entkopplungseinrichtungdecoupling device
- 7979
- Sensorplatinesensor board
- 79a79a
- Kontaktpincontact pin
- 8080
- Magnetfeldkonzentratormagnetic field concentrator
- 100100
- Lenkeinrichtungsteering device
- 101101
- Bedienkopfcontrol head
- 102102
- Bedienwalzeoperating roller
- 110110
- geschlossene Kammerclosed chamber
- 200200
- Gerätekomponentedevice component
- 261261
- elektrische Spuleelectric coil
- 262262
- elektrische Spuleelectric coil
- 263263
- Drahtwire
- 264264
- Drahtwire
- 301301
- Lenkeinheitsteering unit
- 302302
- Lenkungssteuergerätsteering controller
- 303303
- Aktuatoreinrichtungactuator device
- 304304
- Fahrassistenzsystemdriver assistance system
- 305305
- Remanenzeinrichtungremanence device
- 306306
- Sicherheitseinrichtungsafety device
- 307307
- Antriebseinrichtung drive device
- 311311
- Lenkungswellesteering shaft
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 10221241 A1 [0010]DE 10221241 A1 [0010]
- WO 2018/215350 A1 [0188]WO 2018/215350 A1 [0188]
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DE102020133246 | 2020-12-12 | ||
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DE102021126480.4A Pending DE102021126480A1 (en) | 2020-10-13 | 2021-10-13 | Steering device with a magnetorheological braking device and method for operating a steering device |
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Cited By (2)
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WO2018215350A1 (en) | 2017-05-20 | 2018-11-29 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic operating device and method |
-
2021
- 2021-10-13 DE DE102021126480.4A patent/DE102021126480A1/en active Pending
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