DE102022109044A1

DE102022109044A1 - Steering specification device for specifying a steering movement according to the steer-by-wire concept and method for operating a steering specification device

Info

Publication number: DE102022109044A1
Application number: DE102022109044.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Dönz; Stefan Battlogg
Original assignee: Inventus Engineering GmbH
Current assignee: Inventus Engineering GmbH
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Lenkvorgabeeinrichtung (300) zum Steuern eines Fahrzeugs (330) nach dem Steer-by-Wire-Konzept, umfassend einen Kraftstrang (310) mit einer bewegbaren Lenkeinheit (301) und einer Antriebseinrichtung (302) mit einem Antriebsmotor (312) zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit (301) wirkenden Drehmoments. Dabei umfasst der Kraftstrang (310) eine steuerbare magnetorheologische Kupplungseinrichtung (1) mit zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungskomponenten (2, 3). Die Kupplungseinrichtung (1) ist seriell zur Antriebseinrichtung (302) im Kraftstrang (310) geschaltet. Mittels der Kupplungseinrichtung (1) ist ein zwischen der Antriebseinrichtung (302) und der Lenkeinheit (301) übertragbares Drehmoment gezielt veränderbar.Steering control device (300) for controlling a vehicle (330) according to the steer-by-wire concept, comprising a power train (310) with a movable steering unit (301) and a drive device (302) with a drive motor (312) for generating a the steering unit (301) acting torque. The power train (310) comprises a controllable magnetorheological clutch device (1) with two clutch components (2, 3) that can be rotated relative to one another. The clutch device (1) is connected in series to the drive device (302) in the power train (310). By means of the coupling device (1), a torque that can be transmitted between the drive device (302) and the steering unit (301) can be changed in a targeted manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorgabeeinrichtung zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept mit wenigstens einem Kraftstrang. Der Kraftstrang umfasst wenigstens eine bewegbare Lenkeinheit, insbesondere Lenkrad, und wenigstens eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Antriebsmotor zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit wirkenden Drehmoments.The invention relates to a steering specification device for specifying a steering movement according to the steer-by-wire concept with at least one power train. The power train comprises at least one movable steering unit, in particular a steering wheel, and at least one drive device with at least one drive motor for generating a torque acting on the steering unit.

An solche Lenkvorgabeeinrichtungen werden hohe Anforderungen gestellt. So werden beispielsweise präzise Lenkrückmeldungen (Feedback) und ein spielfreies bzw. ruckfreies Lenkverhalten besonders um die Mittellage sowie ein insgesamt sehr leichtgängiges harmonisches Lenkverhalten gefordert. Der Nutzer sollte z. B. bei einem Pkw am Lenkrad merken, wenn die Vorderräder Grip aufbauen, d. h. er sollte den Untergrund spüren. Dies vorzugsweise mit geringem Bauraum- und Leistungsbedarf, zudem möglichst geräuschlos. Zudem muss die Lenkvorgabeeinrichtung hohe Drehmomente bereitstellen bzw. der manuellen Lenkbewegung entgegen stellen können (das Drehmoment entspricht dann einem Bremsmoment). Das ist beispielsweise für harte Endanschläge bei schnell drehendem Lenkrad der Fall (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 Drehmomente bzw. 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 control devices. For example, precise steering feedback and play-free or jerk-free steering behavior, especially around the center position, as well as very smooth, harmonious steering behavior are required. The user should e.g. B. notice on the steering wheel of a car when the front wheels build up grip, i.e. H. he should feel the ground. This preferably requires little installation space and power, and is also as noiseless as possible. In addition, the steering specification device must provide high torques or be able to counteract the manual steering movement (the torque then corresponds to a braking torque). This is the case, for example, for hard end stops when the steering wheel turns quickly (i.e. high kinetic energy when the steering wheel is turned quickly when maneuvering, for example at 1000°/s). Due to the proliferation of steering wheel controls, steering wheels are becoming heavier, increasing kinetic energy. High torques or braking torques are also required if the driver (or user) holds or supports himself on the steering wheel when getting out or getting in (entry/exit aid). Such braking torques can be, for example, 25 Newton meters, 35 Newton meters or more.

Zugleich muss die Lenkvorgabeeinrichtung auch sehr niedrige Drehmomente bzw. 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 Drehmomente 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. Der Nutzer ermüdet dadurch auch nicht so schnell. Dazu sind beispielsweise Drehmomente von weniger als einem Newtonmeter erwünscht.At the same time, the steering specification device must also be able to provide very low torques or braking torques (less than 1 Newton meter, preferably less than 0.5 Newton meter), for example if only very slight steering movements are made to maintain the lane when driving straight ahead. Low torques are also necessary when steering movements around the center position or when changing direction (e.g. 1 to 3 Newton meters) so that the vehicle can be guided smoothly and a curved route can be driven quickly and harmoniously. Overall, sensitive and precise steering is only possible with very smooth steering. This means that the user does not tire as quickly. For this purpose, for example, torques of less than one Newton meter are desired.

Somit sollte eine Lenkvorgabeeinrichtung (insbesondere an der Handbedienstelle bzw. der Lenkeinheit) Drehmomente zwischen 0,1 Nm und 25 Nm haptisch hochwertig erzeugen können, was einer Spreizung (Maximalmoment dividiert durch Minimalmoment) von 250 entspricht.Thus, a steering control device (particularly on the manual control point or the steering unit) should be able to generate high-quality torques between 0.1 Nm and 25 Nm, which corresponds to a spread (maximum torque divided by minimum torque) of 250.

Des Weiteren sollen die erforderlichen Drehmomente bzw. Bremsmomente möglichst ohne spürbare Übergänge bzw. stufenlos und mit hoher Regelgüte einstellbar sein. Zudem sollten die Drehmomente mit möglichst kurzen Reaktionszeiten (bzw. Schaltzeiten) und beispielsweise in weniger als 100 ms, bevorzugt mit weniger als 20, besonders bevorzugt mit weniger als 10 ms einstellbar sein. Dabei ist der Bauraum für die Lenkvorgabeeinrichtung in der Regel sehr begrenzt, beispielsweise in einem Armaturenbrett bei modernen Fahrzeugen mit Head-up Display.Furthermore, the required torques or braking torques should be adjustable as far as possible without noticeable transitions or continuously and with high control quality. In addition, the torques should be adjustable with the shortest possible response times (or switching times) and, for example, in less than 100 ms, preferably less than 20, particularly preferably less than 10 ms. The installation space for the steering control device is usually 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 Drehmomente bzw. Bremsmomente in der Regel entsprechende Baugrößen des Antriebsmotors bzw. der Bremse benötigen, was wiederum das Grundmoment (auch als Leerlaufmoment bezeichnet) unvorteilhaft erhöht. Ein hohes Grundmoment steht jedoch der Anforderung des leichtgängigen Lenkens und der guten Regelbarkeit entgegen.The aforementioned requirements are very difficult to achieve technologically. One problem is that high torques or braking torques usually require corresponding drive motor or brake sizes, which in turn disadvantageously increases the basic torque (also referred to as idle torque). However, a high basic torque conflicts with the requirement for smooth steering and good controllability.

So sind beispielsweise elektrisch oder elektromagnetisch betätigte Reibbremsen bekannt, welche ein hohes maximales Bremsmoment bieten. Allerdings verursachen die zum Erzielen des Bremsmomentes benötigten Reibflächen inaktiv bzw. unbestromt ungünstig hohe Grundreibungen, beispielsweise ein Newtonmeter Grundreibung bei 20 Newtonmeter maximalem Bremsmoment.For example, electrically or electromagnetically actuated friction brakes are known, which offer a high maximum braking torque. However, the friction surfaces required to achieve the braking torque, when inactive or de-energized, cause unfavorably high basic friction, for example one Newton meter of basic friction at 20 Newton meters of maximum braking torque.

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 sehr 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 short-term passive braking torques of up to 25 Newton meters. However, because of the correspondingly high braking torque, such electric motors are very 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 needs to be improved.

Über z. B. Riementriebe übersetzte und parallel zum Lenkstrang angebrachte Elektromotoren (indirekte Anordnung) bieten auch keine wirkliche Abhilfe, da der zusätzliche Riementrieb, Riemenräder, Halterungen Platz benötigen und Nachgiebigkeiten, Spiel und Zusatzkosten verursachen. Zudem sind diese zusätzlichen Bauteile fehleranfällig und damit ein Sicherheitsrisiko.About e.g. B. Belt drives translated electric motors and mounted parallel to the steering train (indirect arrangement) do not offer any real remedy, as the additional belt drive, belt wheels, brackets require space and cause flexibility, play and additional costs chen. In addition, these additional components are prone to errors and therefore pose a safety risk.

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 der Motor noch schneller und alles schaukelt sich auf und der Leistungsbedarf steigt schnell und sehr stark.Since electric motors in the steering system have to provide the high braking torque primarily at low speeds, the power requirement or power requirement is also disadvantageously high. At the same time, electric motors have very poor efficiency at low speeds or when at a standstill (for example to provide an end stop) and therefore often heat up very quickly. This in turn worsens the efficiency as the coil resistance increases. As a result, the engine heats up even faster and everything shakes up and the power requirement increases quickly and very sharply.

Eine Steer-by-Wire-Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem dreiphasigen Synchronmotor als Direktantrieb zum aktiven Bewegen des Lenkrads und mit einer magnetorheologischen Bremse ist aus der DE 10 221 241 A1 bekannt. Der Stator des Synchronmotors ist an einem Armaturenbrett festgelegt. Der Rotor ist drehfest über eine Hohlwelle mit einer Stellwelle (Lenkwelle) verbunden. Die Stellwelle ist drehfest mit dem Lenkrad verbunden. Die magnetorheologische Bremse weist einen Ringmagneten und eine Bremsscheibe sowie einen dazwischen angeordneten Spalt für die magnetorheologische Flüssigkeit auf. Der Ringmagnet ist statorseitig befestigt. Die Bremsscheibe ist drehfest auf der Stellwelle angeordnet.A steer-by-wire steering system for a motor vehicle with a three-phase synchronous motor as a direct drive for actively moving the steering wheel and with a magnetorheological brake is from the DE 10 221 241 A1 known. The stator of the synchronous motor is fixed to a dashboard. The rotor is non-rotatably connected to an actuating shaft (steering shaft) via a hollow shaft. The actuating shaft is connected to the steering wheel in a rotationally fixed manner. The magnetorheological brake has a ring magnet and a brake disk as well as a gap arranged between them for the magnetorheological fluid. The ring magnet is attached to the stator side. The brake disc is arranged on the actuating shaft in a rotationally fixed manner.

Im Stand der Technik sind weitere Lenkeinrichtungen mit magnetorheologischen Bremsen mit magnetorheologischen Flüssigkeiten bekannt geworden, z. B. die MRF-Bremse der Firma Lord Corporation in verschiedenen Baugrößen (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https://www.lord.com/products-and-solutions/steer-by-wiretactile-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 einer 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 gröberen bzw. grobmotorischen Anwendungen im Einsatz sind (u.a. Bedienung meist mit Handschuhen, wie in der Industrie, bei Landmaschinen, an Gabelstaplern...).Other steering devices with magnetorheological brakes with magnetorheological fluids have become known in the prior art, e.g. B. the MRF brake from Lord Corporation in various sizes (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https://www.lord.com/products-and-solutions/steer-by-wiretactile-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 a 5 Nm brake is 0.5 to 5 Nm (factor 10), for the 12 Nm brake the working range is between 1 Nm and 12 Nm (factor 12) and for the 20 -Nm brake, the working range is 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 for coarser or gross motor applications (including operation usually with gloves, such 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 ein erheblich größerer Arbeitsbereich. Besonders das hohe Grundmoment führt z.B. beim Lenken rasch zum Ermüden bzw. fühlt sich nicht komfortabel an. Die bekannten magnetorheologischen 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, i.e. a significantly larger working range. The high basic torque in particular quickly leads to fatigue when steering, for example, or it does not feel comfortable. However, the well-known magnetorheological brakes do not allow a large working range because the friction surfaces are too large. Smaller friction surfaces would reduce the basic torque, but the maximum torque would also be smaller, which would be unfavorable, especially in steering systems.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lenkvorgabeeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Lenkvorgabeeinrichtung die zuvor diskutierten Anforderungen möglichst weitgehend erfüllen und vorzugsweise zugleich eine zuverlässige und sichere Funktion bieten sowie wirtschaftlich herstellbar sein.In contrast, the object of the present invention is to provide an improved steering specification device. In particular, the steering specification device should fulfill the previously discussed requirements 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 Lenkvorgabeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand von Anspruch 31. 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 specification device with the features of claim 1. The method according to the invention is the subject of claim 31. Preferred developments of the invention are the subject of the subclaims. Further advantages and features of the present invention emerge from the general description and from the description of the exemplary embodiments.

Die erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung dient zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept und insbesondere zum Steuern eines Fahrzeugs. Die Lenkvorgabeeinrichtung kann auch zum Steuern einer Simulatoreinrichtung (z. B. Rennsimulator...) oder einer Computersimulation dienen (sog. Gaming). Die Lenkvorgabeeinrichtung umfasst wenigstens einen Kraftstrang mit wenigstens einer (manuell) bewegbaren (insbesondere drehbaren) Lenkeinheit. Der Kraftstrang umfasst wenigstens eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Antriebsmotor zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit wirkenden Drehmoments (Antriebsmoment). Der Antriebsmotor ist insbesondere steuerbar ausgebildet, sodass das Drehmoment eingestellt werden kann. Der Kraftstrang umfasst wenigstens eine steuerbare magnetorheologische Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtung umfasst wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Kupplungskomponenten. Dabei ist die Kupplungseinrichtung seriell (mit anderen Worten: in Reihe) zur Antriebseinrichtung im Kraftstrang geschaltet. Die Kupplungseinrichtung und die Antriebseinrichtung sind vorzugsweise seriell zueinander und/oder seriell zur Lenkeinheit geschaltet. Insbesondere sind die Kupplungseinrichtung und die Antriebseinrichtung nicht parallel zueinander und/oder nicht parallel zur Lenkeinheit geschaltet. Dabei ist mittels der Kupplungseinrichtung ein zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit übertragbares Drehmoment gezielt veränderbar. Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit gezielt veränderbar.The steering specification device according to the invention is used to specify a steering movement according to the steer-by-wire concept and in particular for controlling a vehicle. The steering specification device can also be used to control a simulator device (e.g. racing simulator...) or a computer simulation (so-called gaming). The steering specification device comprises at least one power train with at least one (manually) movable (in particular rotatable) steering unit. The power train comprises at least one drive device with at least one drive motor for generating a torque (drive torque) acting on the steering unit. The drive motor is in particular designed to be controllable so that the torque can be adjusted. The power train includes at least one controllable magnetorheological clutch device. The coupling device comprises at least two coupling components that can be rotated relative to one another. The clutch device is connected in series (in other words: in series) to the drive device in the power train. The clutch device and the drive device are preferably connected in series to one another and/or in series to the steering unit. In particular, the coupling device and the drive device are not connected parallel to one another and/or not parallel to the steering unit. By means of the coupling device there is a between The torque that can be transmitted between the drive device and the steering unit can be changed in a targeted manner. In particular, a force flow between the drive device and the steering unit can be changed in a targeted manner by means of the coupling device.

Der Einsatz der Lenkvorgabeeinrichtung ist bei Kraftfahrzeugen (z. B. Pkws; Lkws, ON-Highway Fahrzeuge), Luftfahrzeugen, Flugzeugen (auch Drohnen), Schiffen, Booten, in der Land- und Forsttechnik bei zum Beispiel Traktoren oder Mähdreschern, Erntemaschinen und sonstigen Feldmaschinen möglich (OFF-Highway Fahrzeuge). Der Einsatz ist auch bei Bau- oder fahrenden Arbeitsmaschinen und zum Beispiel Gabelstaplern oder ähnlichen Maschinen oder auch bei Simulatoren zur Simulation einer Fahrzeugsteuerung (Gaming; Sim Race; Computerpheripherie...) möglich. Die Lenkvorgabeeinrichtung ist insbesondere auch für wenigstens teilweise oder auch vollständig autonom fahrende Fahrzeuge einsetzbar.The steering control device can be used in motor vehicles (e.g. cars, trucks, ON-highway vehicles), aircraft, planes (including drones), ships, boats, in agricultural and forestry technology, for example tractors or combine harvesters, harvesters and others Field machines possible (OFF-Highway vehicles). It can also be used in construction or moving work machines and, for example, forklifts or similar machines, or in simulators for simulating vehicle control (gaming; sim racing; computer peripherals...). The steering specification device can in particular also be used for at least partially or completely autonomous vehicles.

Die Lenkeinheit ist insbesondere ein Lenkrad. Die Lenkeinheit kann alternativ auch als Steuerrad, Yoke Lenkrad, Lenker bzw. Lenkstange, Steuerknüppel, Steuerhorn, Steuerpedal, Steuerhebel oder als Joystick oder auch als Bedienrad ausgebildet sein. Möglich sind auch andere Bauarten von bewegbaren Lenkeinheiten zum Lenken/Steuern von Fahrzeugen. Die Bewegung der Lenkeinheit ist insbesondere eine Drehbewegung. Insbesondere ist die Lenkeinheit in wenigstens zwei Drehrichtungen bewegbar und vorzugsweise drehbar. Möglich ist aber auch ein Verschwenken oder dergleichen. Die Lenkvorgabeeinrichtung kann wenigstens ein Getriebemittel umfassen, welches dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bewegung der Lenkeinheit in eine Drehbewegung einer der Kupplungskomponenten umzusetzen.The steering unit is in particular a steering wheel. The steering unit can alternatively also be designed as a steering wheel, yoke steering wheel, handlebar or handlebar, control stick, control horn, control pedal, control lever or as a joystick or as a control wheel. Other types of movable steering units for steering/controlling vehicles are also possible. The movement of the steering unit is in particular a rotary movement. In particular, the steering unit is movable and preferably rotatable in at least two directions of rotation. But pivoting or the like is also possible. The steering specification device can comprise at least one transmission means which is suitable and designed to convert the movement of the steering unit into a rotary movement of one of the clutch components.

Je nach Betriebszustand der Lenkvorgabeeinrichtung kann das Drehmoment insbesondere als Antriebsmoment (sog. aktives Drehmoment) oder als Bremsmoment (sog. passives Drehmoment) im Kraftstrang auftreten. So kann der Antriebsmotor beispielsweise die Lenkeinheit mit einem bestimmten Antriebsmoment aktiv bewegen. Der Antriebsmotor und/oder die Kupplungseinrichtung können insbesondere eine (manuelle) Bewegung der Lenkeinheit mit einem bestimmten Bremsmoment abbremsen. Dazu bringt der Antriebsmotor beispielsweise ein Drehmoment auf, welches beim Lenken überwunden werden muss, um die Lenkeinheit bewegen zu können. Mit anderen Worten, das Antriebsmoment des Antriebsmotors kann insbesondere als Bremsmoment an der Lenkeinheit spürbar sein. Mit der (insbesondere stufenlos steuerbaren) Kupplungseinrichtung kann dabei insbesondere eingestellt werden, wie viel von dem Antriebsmoment des Antriebsmotors als Bremsmoment an der Lenkeinheit anliegt. Insbesondere kann die Kupplungseinrichtung so eingestellt werden, dass gar kein Antriebsmoment oder das gesamte Antriebsmoment und ein gezielter Anteil des Antriebsmoments als Bremsmoment an der Lenkeinheit anliegt (insbesondere stufenlos einstellbar).Depending on the operating state of the steering specification device, the torque can occur in particular as a drive torque (so-called active torque) or as a braking torque (so-called passive torque) in the power train. For example, the drive motor can actively move the steering unit with a specific drive torque. The drive motor and/or the clutch device can in particular brake a (manual) movement of the steering unit with a specific braking torque. For this purpose, the drive motor, for example, applies a torque that must be overcome when steering in order to be able to move the steering unit. In other words, the drive torque of the drive motor can be felt in particular as braking torque on the steering unit. The (in particular continuously controllable) clutch device can be used to adjust in particular how much of the drive torque of the drive motor is applied to the steering unit as braking torque. In particular, the clutch device can be adjusted so that no drive torque at all or the entire drive torque and a targeted portion of the drive torque is applied to the steering unit as a braking torque (in particular continuously adjustable).

Die erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil besteht in der seriellen Anordnung der Kupplungseinrichtung und der Antriebseinrichtung im Kraftstrang. So kann die Lenkbewegung mit der magnetorheologischen Kupplungseinrichtung sehr präzise und feinfühlig und mit einem sehr geringen Grundmoment (besonders bevorzugt < 0,1 Nm) beeinflusst werden. Durch die serielle Schaltung spielt es dabei keine Rolle, wenn die Antriebseinrichtung für feinfühlige Lenkbewegungen eigentlich ein viel zu hohes Grundmoment bzw. eine zu geringe Regelgüte aufweist. Die Antriebseinrichtung muss in der seriellen Schaltung lediglich so ausgelegt sein, dass sie die Lenkeinheit aktiv bewegen kann und eine ausreichend hohe Gegenkraft (Drehmomentabstützung) für die Kupplungseinrichtung bereitstellt. Dadurch kann eine kostengünstige und konstruktiv einfache Antriebseinrichtung eingesetzt werden. Durch die serielle Schaltung ist es sogar möglich, einen ungünstigen Einfluss der Antriebseinrichtung auf die Lenkpräzision durch gezieltes Ansteuern der Kupplungseinrichtung zu kompensieren. Die dazu benötigte Kupplungseinrichtung kann in der Regel ohne hohen wirtschaftlichen Aufwand umgesetzt werden. Insgesamt kann die Erfindung die zuvor diskutierten Anforderungen daher besonders gut und zuverlässig erfüllen und ist zugleich wirtschaftlich herstellbar.The steering control device according to the invention offers many advantages. A significant advantage lies in the serial arrangement of the clutch device and the drive device in the power train. The steering movement can thus be influenced very precisely and sensitively with the magnetorheological coupling device and with a very low basic torque (particularly preferably <0.1 Nm). Due to the serial connection, it does not matter if the drive device actually has a fundamental torque that is far too high or a control quality that is too low for sensitive steering movements. In the serial circuit, the drive device only needs to be designed so that it can actively move the steering unit and provides a sufficiently high counterforce (torque support) for the coupling device. This allows a cost-effective and structurally simple drive device to be used. The serial connection even makes it possible to compensate for an unfavorable influence of the drive device on the steering precision by specifically controlling the clutch device. The coupling device required for this can generally be implemented without great economic effort. Overall, the invention can therefore meet the previously discussed requirements particularly well and reliably and at the same time can be produced economically.

Die Lenkeinheit ist vorzugsweise nur zusammen mit wenigstens einer der wenigstens zwei Kupplungskomponenten bewegbar. Insbesondere ist die Lenkeinheit zusammen mit wenigstens einer der wenigstens zwei Kupplungskomponenten bewegbar. Insbesondere ist die Lenkeinheit drehfest mit wenigstens einer der wenigstens zwei Kupplungskomponenten verbunden. Insbesondere ist die Lenkeinheit auch dann drehfest mit der wenigstens einen Kupplungskomponente verbunden, wenn die wenigsten zwei Kupplungskomponenten relativ zueinander gedreht werden. Wenn die Lenkeinheit bewegt wird, dreht sich vorzugsweise auch stets wenigstens eine der Kupplungskomponenten.The steering unit is preferably only movable together with at least one of the at least two clutch components. In particular, the steering unit is movable together with at least one of the at least two clutch components. In particular, the steering unit is connected in a rotationally fixed manner to at least one of the at least two clutch components. In particular, the steering unit is connected to the at least one clutch component in a rotationally fixed manner even when the at least two clutch components are rotated relative to one another. When the steering unit is moved, at least one of the clutch components preferably always rotates.

Vorzugsweise ist die Lenkeinheit mittels der Antriebseinrichtung aktiv bewegbar. Insbesondere erzeugt die Antriebseinrichtung dazu ein Drehmoment. Ein solches Drehmoment kann auch als Antriebsmoment oder aktives Drehmoment bezeichnet werden. Vorzugsweise ist das auf die Lenkeinheit übertragene (bzw. übertragbare) Antriebsmoment mittels der Kupplungseinrichtung einstellbar. Das ist besonders vorteilhaft, da durch die magnetorheologische Kupplungseinrichtung eine viel präzisere und auch zügigere Beeinflussung der Lenkeinheit erfolgen kann, als es beispielsweise durch eine Einstellung des Antriebsmoments der Antriebseinrichtung möglich wäre.Preferably, the steering unit can be actively moved by means of the drive device. In particular, the drive device generates a torque for this purpose. Such a torque can also be referred to as driving torque or active torque. Preferably, the drive torque transmitted (or transferable) to the steering unit can be adjusted by means of the clutch device. This is particularly advantageous because of the magnetorheology cal coupling device can influence the steering unit much more precisely and quickly than would be possible, for example, by adjusting the drive torque of the drive device.

Insbesondere ist eine manuelle Bewegung der Lenkeinheit mit einem der Bewegung entgegen wirkenden Drehmoment beaufschlagbar. Ein solches Drehmoment kann auch als Bremsmoment bezeichnet werden. Insbesondere kann die Bewegbarkeit der Lenkeinheit gezielt gebremst werden. Dabei ist das Bremsmoment vorzugsweise mittels der Kupplungseinrichtung einstellbar. Dabei dient die Antriebseinrichtung vorzugsweise als Drehmomentabstützung für die Kupplungseinrichtung. Die Antriebseinrichtung dient insbesondere zur Übertragung des Bremsmoments im Kraftstrang. Die Antriebseinrichtung dient insbesondere zur Übertragung des Bremsmoments von der Kupplungseinrichtung auf eine fahrzeugseitige Drehmomentabstützung und/oder zur Übertragung des Bremsmoments von der Lenkeinheit zur Kupplungseinrichtung.In particular, a manual movement of the steering unit can be subjected to a torque that counteracts the movement. Such a torque can also be referred to as braking torque. In particular, the mobility of the steering unit can be specifically braked. The braking torque can preferably be adjusted using the clutch device. The drive device preferably serves as a torque support for the clutch device. The drive device is used in particular to transmit the braking torque in the power train. The drive device serves in particular to transmit the braking torque from the clutch device to a vehicle-side torque support and/or to transmit the braking torque from the steering unit to the clutch device.

Die Antriebseinrichtung kann dabei (also, wenn sie als Drehmomentabstützung für die Kupplungseinrichtung dient) aktiv sein und ein Drehmoment (Antriebsmoment) aufbringen oder passiv (beispielsweise abgeschaltet) sein. Die Antriebseinrichtung kann wenigstens eine Getriebeeinrichtung umfassen, welche dabei als (insbesondere selbsthemmende) Drehmomentabstützung für die Kupplungseinrichtung dient.The drive device can be active (i.e. if it serves as a torque support for the clutch device) and apply a torque (drive torque) or be passive (for example switched off). The drive device can comprise at least one transmission device, which serves as a (in particular self-locking) torque support for the clutch device.

In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das von der Kupplungseinrichtung im Kraftstrang übertragbare Drehmoment mittels wenigstens einer Steuereinrichtung einstellbar und vorzugsweise gezielt veränderbar ist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Kupplungseinrichtung so anzusteuern, dass sie nur einen definierten Teil des im Kraftstrang auftretenden Drehmoments überträgt und/oder dass sie das gesamte Drehmoment und vorzugsweise das gesamte von der Antriebseinrichtung kommende Drehmoment (insbesondere das Antriebsmoment) überträgt. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Kupplungseinrichtung so anzusteuern, dass die Lenkeinheit mit einem definierten Drehmoment (Bremsmoment) gebremst wird.In all embodiments, it is preferred that the torque that can be transmitted by the clutch device in the power train can be adjusted and preferably changed in a targeted manner by means of at least one control device. The control device is particularly suitable and designed to control the clutch device in such a way that it transmits only a defined part of the torque occurring in the power train and/or that it transmits the entire torque and preferably the entire torque coming from the drive device (in particular the drive torque). The control device is particularly suitable and designed to control the clutch device in such a way that the steering unit is braked with a defined torque (braking torque).

In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens eine Getriebeeinrichtung. Die Getriebeeinrichtung ist insbesondere von dem wenigstens einen Antriebsmotor antreibbar. Vorzugsweise ist die Getriebeeinrichtung selbsthemmend ausgebildet. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung selbsthemmend ausgebildet, sodass die Getriebeeinrichtung ein Drehmoment von dem Antriebsmotor aufnehmen und (insbesondere an die Kupplungseinrichtung und/oder Lenkeinheit) weitergeben kann, aber den Antriebsmotor nicht bewegen und vorzugsweise nicht drehen kann. Insbesondere ist die selbsthemmende Getriebeeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, kein Drehmoment von der Kupplungseinrichtung auf den Antriebsmotor zu übertragen.In a preferred and advantageous embodiment, the drive device comprises at least one transmission device. The transmission device can in particular be driven by the at least one drive motor. The transmission device is preferably designed to be self-locking. In particular, the transmission device is designed to be self-locking, so that the transmission device can absorb torque from the drive motor and pass it on (in particular to the clutch device and/or steering unit), but cannot move the drive motor and preferably cannot rotate it. In particular, the self-locking transmission device is suitable and designed not to transmit any torque from the clutch device to the drive motor.

Das bietet den Vorteil, dass ein maximales Bremsmoment für die Lenkbewegung nicht von dem Grundmoment des Antriebsmotors bzw. dessen Aktivität abhängig ist. So kann das Bremsmoment z. B. allein durch die dazu besonders gut geeignete Kupplungseinrichtung eingestellt werden, während eine der beiden Kupplungskomponenten an der selbsthemmenden Getriebeeinrichtung auch bei hohen Bremsmomenten zuverlässig abgestützt ist. Auch bei einem abgeschalteten Antriebsmotor wird ein unerwünschtes „Mitdrehen“ verhindert. Ein selbsthemmendes Getriebe ohne die hier vorgestellte serielle Schaltung der Kupplungseinrichtung im Kraftstrang würde bei einem Ausfall des Antriebsmotors zu einem sicherheitstechnisch unzulässigen Blockieren der Lenkeinheit führen. Dann wäre das Fahrzeug oder der zu lenkende/steuernde Gegenstand nicht mehr steuer-/lenkbar. Durch die serielle Verschaltung der selbsthemmenden Getriebeeinrichtung und deren Antriebsmotor mit der Kupplungseinrichtung wird diese Problematik vorteilhaft und sicherheitstechnisch zulässig überwunden.This offers the advantage that a maximum braking torque for the steering movement is not dependent on the basic torque of the drive motor or its activity. So the braking torque can e.g. B. can be adjusted solely by the clutch device that is particularly suitable for this purpose, while one of the two clutch components is reliably supported on the self-locking transmission device even at high braking torques. Even when the drive motor is switched off, unwanted “rotation” is prevented. A self-locking transmission without the serial switching of the clutch device in the power train presented here would lead to a safety-related blocking of the steering unit if the drive motor failed. Then the vehicle or the object to be steered/controlled would no longer be steerable/steerable. By connecting the self-locking gear device and its drive motor in series to the clutch device, this problem is overcome in an advantageous and safety-related manner.

Die Getriebeeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens ein Antriebsglied. Das Antriebsglied ist insbesondere durch den Antriebsmotor antreibbar und vorzugsweise drehbar. Das Antriebsglied ist vorzugsweise als eine Schneckenwelle ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Die Getriebeeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens ein Abtriebsglied. Das Abtriebsglied ist insbesondere durch das Antriebsglied antreibbar und vorzugsweise drehbar. Das Abtriebsglied ist insbesondere als ein Schneckenrad ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Insbesondere ist das Antriebsglied dem Antriebsmotor nachgeschaltet und insbesondere dem Abtriebsglied vorgeschaltet. Insbesondere ist das Abtriebsglied dem Antriebsglied nachgeschaltet und der Kupplungseinrichtung vorgeschaltet.The transmission device preferably comprises at least one drive member. The drive member is in particular drivable and preferably rotatable by the drive motor. The drive member is preferably designed as a worm shaft or at least includes one. The transmission device preferably comprises at least one output member. The output member is in particular drivable and preferably rotatable by the drive member. The output member is in particular designed as a worm wheel or at least includes one. In particular, the drive member is connected downstream of the drive motor and in particular upstream of the output member. In particular, the output member is connected downstream of the drive member and upstream of the clutch device.

Insbesondere können das Antriebsglied und der Antriebsmotor aufgrund der Selbsthemmung der Getriebeeinrichtung nicht durch das Abtriebsglied angetrieben werden. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung durch das Antriebsglied antreibbar, aber nicht durch das Abtriebsglied antreibbar. Insbesondere ist das Antriebsglied durch den Antriebsmotor antreibbar und vorzugsweise drehbar. Insbesondere treibt das Antriebsglied das Abtriebsglied an. Insbesondere ist wenigstens eine der wenigstens zwei Kupplungskomponenten drehfest mit dem Abtriebsglied verbunden und vorzugsweise durch das Abtriebsglied drehbar. Insbesondere ist das Antriebsglied nicht durch die Kupplungseinrichtung antreibbar. Insbesondere ist der Antriebsmotor nicht durch die Kupplungseinrichtung antreibbar und insbesondere drehbar.In particular, the drive member and the drive motor cannot be driven by the output member due to the self-locking of the transmission device. In particular, the transmission device can be driven by the drive member, but cannot be driven by the output member. In particular, the drive member can be driven and preferably rotated by the drive motor. In particular, the drive member drives the output member. In particular, at least one of the at least two Coupling components are connected to the output member in a rotationally fixed manner and are preferably rotatable by the output member. In particular, the drive member cannot be driven by the coupling device. In particular, the drive motor cannot be driven by the coupling device and in particular cannot be rotated.

Insbesondere umfasst die Getriebeeinrichtung wenigstens ein Schneckengetriebe mit wenigstens einem Schneckenrad und mit wenigstens einer Schneckenwelle. Die Schneckenwelle kann auch als Schnecke bezeichnet werden. Die Schneckenwelle kann ein- oder mehrgängig sein.In particular, the transmission device comprises at least one worm gear with at least one worm wheel and with at least one worm shaft. The worm shaft can also be called a snail. The worm shaft can be single or multi-start.

Vorzugsweise ist wenigstens eine der wenigstens zwei Kupplungskomponenten drehfest mit dem Abtriebsglied gekoppelt. Vorzugsweise ist die Kupplungskomponente dabei als Schneckenrad ausgebildet. Möglich und bevorzugt ist auch, dass die Kupplungskomponente dabei wenigstens teilweise radial innen vom Schneckenrad angeordnet ist. Das bietet eine erhebliche Einsparung von Bauraum. Insbesondere ist das Schneckenrad wenigstens abschnittsweise radial außen von der Kupplungskomponente ausgebildet oder angeordnet. Insbesondere sind die Kupplungskomponente und das Schneckenrad koaxial zueinander angeordnet. Insbesondere umgibt das Schneckenrad die Kupplungskomponente wenigstens abschnittsweise. Die Kupplungskomponente und das Schneckenrad können aber auch in anderer Weise miteinander verbunden sein, beispielsweise über wenigstens eine Welle oder dergleichen. Die Kupplungskomponente und das Schneckenrad können in axialer Richtung berührend aneinander anliegen oder axial zueinander beabstandet sein.Preferably, at least one of the at least two coupling components is coupled to the output member in a rotationally fixed manner. The coupling component is preferably designed as a worm wheel. It is also possible and preferred for the coupling component to be arranged at least partially radially inside the worm wheel. This offers a significant saving in installation space. In particular, the worm wheel is formed or arranged at least in sections radially on the outside of the clutch component. In particular, the coupling component and the worm wheel are arranged coaxially with one another. In particular, the worm wheel surrounds the coupling component at least in sections. However, the coupling component and the worm wheel can also be connected to one another in another way, for example via at least one shaft or the like. The coupling component and the worm wheel can be in contact with one another in the axial direction or can be axially spaced apart from one another.

Vorzugsweise sind die Kupplungskomponenten wenigstens abschnittsweise koaxial zueinander angeordnet. Insbesondere umgibt dabei die eine Kupplungskomponente die andere Kupplungskomponente. Insbesondere ist eine Kupplungskomponente wenigstens teilweise radial innerhalb der anderen Kupplungskomponente angeordnet. Vorzugsweise ist die radial äußere Kupplungskomponente drehfest mit dem Abtriebsglied gekoppelt. Insbesondere ist die radial äußere Kupplungskomponente als Schneckenrad ausgebildet oder wenigstens teilweise radial innen vom Schneckenrad angeordnet. Das bietet eine weitere erhebliche Einsparung von Bauraum.The coupling components are preferably arranged coaxially with one another at least in sections. In particular, one clutch component surrounds the other clutch component. In particular, a coupling component is at least partially arranged radially within the other coupling component. Preferably, the radially outer coupling component is coupled to the output member in a rotationally fixed manner. In particular, the radially outer coupling component is designed as a worm wheel or is at least partially arranged radially inside of the worm wheel. This offers another significant saving in installation space.

Es ist möglich und vorteilhaft, dass die Antriebseinrichtung wenigstens zwei Antriebsmotoren umfasst. Insbesondere ist den Antriebsmotoren jeweils wenigstens ein Antriebsglied zugeordnet. Insbesondere treiben die Antriebsglieder dabei dasselbe Abtriebsglied an. Insbesondere umfassen die Antriebsmotoren jeweils wenigstens eine Schneckenwelle. Insbesondere wirken die Schneckenwellen der Antriebsmotoren dabei auf dasselbe Schneckenrad ein. Das bietet eine kompakte und unaufwendige Umsetzung eines besonders kräftigen Antriebs. Das ist beispielsweise bei Nutzfahrzeugen mit Bedarf an hohem Drehmoment am Lenkrad von Vorteil.It is possible and advantageous for the drive device to comprise at least two drive motors. In particular, at least one drive member is assigned to each of the drive motors. In particular, the drive members drive the same output member. In particular, the drive motors each include at least one worm shaft. In particular, the worm shafts of the drive motors act on the same worm wheel. This offers a compact and inexpensive implementation of a particularly powerful drive. This is an advantage, for example, in commercial vehicles that require high torque on the steering wheel.

In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kupplungseinrichtung zwischen der Lenkeinheit und der Antriebseinrichtung im Kraftstrang angeordnet bzw. geschaltet. Dabei ist die Antriebseinrichtung insbesondere zwischen der Kupplungseinrichtung und der Widerlagerstruktur im Kraftstrang angeordnet bzw. geschaltet. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung räumlich zwischen der Lenkeinheit und der Antriebseinrichtung angeordnet. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung räumlich zwischen der Kupplungseinrichtung und der Widerlagerstruktur angeordnet. Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung der Kraftschluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit veränderbar.In a preferred and advantageous embodiment, the clutch device is arranged or connected between the steering unit and the drive device in the power train. The drive device is arranged or connected in particular between the clutch device and the abutment structure in the power train. In particular, the coupling device is arranged spatially between the steering unit and the drive device. In particular, the drive device is spatially arranged between the coupling device and the abutment structure. In particular, the adhesion between the drive device and the steering unit can be changed by means of the coupling device.

Vorzugsweise ist eine der wenigstens zwei Kupplungskomponenten drehfest mit der Lenkeinheit verbunden. Eine andere der wenigstens zwei Kupplungskomponenten ist vorzugsweise durch die Antriebseinrichtung antreibbar. Dabei ist die Antriebseinrichtung insbesondere an einer Drehmomentabstützung und vorzugsweise an einer Widerlagerstruktur befestigt. Insbesondere kann dabei die Lenkeinheit nur zusammen mit der einen Kupplungskomponente bewegt werden.Preferably, one of the at least two coupling components is connected to the steering unit in a rotationally fixed manner. Another of the at least two clutch components can preferably be driven by the drive device. The drive device is in particular attached to a torque support and preferably to an abutment structure. In particular, the steering unit can only be moved together with one clutch component.

Insbesondere ist die andere Kupplungskomponente der einen Kupplungskomponente vorgeschaltet und der Antriebseinrichtung nachgeschaltet. Die andere Kupplungskomponente ist insbesondere zwischen der Antriebseinrichtung und der einen Kupplungskomponente im Kraftstrang angeordnet bzw. geschaltet. Insbesondere ist eine radial äußere Kupplungskomponente mit der Antriebseinrichtung gekoppelt. Insbesondere ist eine radial innere Kupplungskomponente mit der Lenkeinheit gekoppelt.In particular, the other clutch component is connected upstream of the one clutch component and downstream of the drive device. The other clutch component is arranged or connected in particular between the drive device and the one clutch component in the power train. In particular, a radially outer clutch component is coupled to the drive device. In particular, a radially inner clutch component is coupled to the steering unit.

In einer ebenfalls bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antriebseinrichtung zwischen der Kupplungseinrichtung und der Lenkeinheit im Kraftstrang angeordnet bzw. geschaltet. Dabei ist die Kupplungseinrichtung insbesondere zwischen der Antriebseinrichtung und der Drehmomentabstützung im Kraftstrang angeordnet bzw. geschaltet. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung dazu an der Widerlagerstruktur befestigt. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung räumlich zwischen der Kupplungseinrichtung und der Lenkeinheit angeordnet. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung räumlich zwischen der Antriebseinrichtung und der Widerlagerstruktur angeordnet. Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung der Kraftschluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Widerlagerstruktur einstellbar.In a likewise preferred and advantageous embodiment, the drive device is arranged or connected between the clutch device and the steering unit in the power train. The clutch device is arranged or connected in particular between the drive device and the torque support in the power train. In particular, the coupling device is attached to the abutment structure for this purpose. In particular, the drive device is arranged spatially between the clutch device and the steering unit. In particular, the coupling device is arranged spatially between the drive device and the abutment structure. In particular, by means of the Coupling device, the adhesion between the drive device and the abutment structure can be adjusted.

Vorzugsweise ist eine der wenigstens zwei Kupplungskomponenten zur Drehmomentabstützung fahrzeugseitig angebunden. Insbesondere ist die Kupplungskomponente dabei drehfest an der Widerlagerstruktur befestigt. Vorzugsweise ist eine andere der wenigstens zwei Kupplungskomponenten als Drehmomentabstützung für die Antriebseinrichtung ausgebildet. Insbesondere ist die andere Kupplungskomponente dabei drehfest mit der Antriebseinrichtung gekoppelt. Insbesondere ist die andere Kupplungskomponente dabei nur mittelbar (indirekt) über die Antriebseinrichtung an die Lenkeinheit angebunden. Insbesondere sind die andere Kupplungskomponente und die Lenkeinheit relativ zueinander drehbar. Insbesondere ist die andere Kupplungskomponente über den Antriebsmotor und die selbsthemmende Getriebeeinrichtung mit der Lenkeinheit verbunden. Insbesondere ist die radial äußere Kupplungskomponente mit der Antriebseinrichtung verbunden und darüber mittelbar mit der Lenkeinheit gekoppelt. Insbesondere ist die radial innere Kupplungskomponente zur Drehmomentabstützung an die Widerlagerstruktur gebunden.Preferably, one of the at least two coupling components is connected to the vehicle side for torque support. In particular, the coupling component is secured to the abutment structure in a rotationally fixed manner. Preferably, another of the at least two clutch components is designed as a torque support for the drive device. In particular, the other coupling component is coupled to the drive device in a rotationally fixed manner. In particular, the other clutch component is only connected to the steering unit indirectly (indirectly) via the drive device. In particular, the other clutch component and the steering unit are rotatable relative to one another. In particular, the other clutch component is connected to the steering unit via the drive motor and the self-locking transmission device. In particular, the radially outer coupling component is connected to the drive device and indirectly coupled to the steering unit. In particular, the radially inner coupling component is bound to the abutment structure for torque support.

In dieser Ausgestaltung ist bevorzugt, dass sich die Antriebseinrichtung an der anderen Kupplungskomponente abstützt, wenn sie die Lenkeinheit antreibt. Insbesondere bietet die andere Kupplungskomponente eine Drehmomentabstützung für die Antriebseinrichtung, wenn die Antriebseinrichtung die Lenkeinheit antreibt. Insbesondere ist dabei keine der Kupplungskomponenten unmittelbar (direkt) mit der Lenkeinheit verbunden. In dieser Ausgestaltung ist auch bevorzugt, dass ein Drehmoment von einer manuellen Lenkbewegung von der Lenkeinheit über die selbsthemmende Getriebeeinrichtung auf den Antriebsmotor und weiter an die andere Kupplungskomponente geleitet wird. In Bezug auf das Drehmoment der manuellen Lenkbewegung ist die Lenkeinheit dadurch sozusagen drehfest an der anderen Kupplungskomponente angebunden. Insbesondere ist der Antriebsmotor an der Lenkeinheit befestigt. Insbesondere ist die Lenkeinheit nur zusammen mit dem Antriebsmotor bewegbar. Wenn die Lenkeinheit beim Lenken bewegt wird, wird insbesondere zugleich auch der (gesamte) Antriebsmotor mitbewegt und insbesondere auch die Getriebeeinrichtung mitbewegt. Durch die selbsthemmende Getriebeeinrichtung zwischen Antriebsmotor und Kupplungseinrichtung kann die andere Kupplungskomponente insbesondere nur zusammen mit der Lenkeinheit bewegt werden, wenn die Lenkeinheit manuell bewegt wird. Wenn die Lenkeinheit durch den Antriebsmotor bewegt wird, bewegt sich die Lenkeinheit insbesondere relativ zu der anderen Kupplungskomponente und insbesondere zu beiden Kupplungskomponenten. Dabei bewegt sich vorzugsweise auch der Antriebsmotor relativ zu beiden Kupplungskomponenten.In this embodiment, it is preferred that the drive device is supported on the other clutch component when it drives the steering unit. In particular, the other clutch component provides torque support for the drive device when the drive device drives the steering unit. In particular, none of the clutch components is directly (directly) connected to the steering unit. In this embodiment, it is also preferred that a torque from a manual steering movement is transmitted from the steering unit via the self-locking transmission device to the drive motor and further to the other clutch component. With regard to the torque of the manual steering movement, the steering unit is, so to speak, connected to the other coupling component in a rotationally fixed manner. In particular, the drive motor is attached to the steering unit. In particular, the steering unit can only be moved together with the drive motor. If the steering unit is moved during steering, the (entire) drive motor is also moved at the same time and in particular the transmission device is also moved. Due to the self-locking transmission device between the drive motor and the clutch device, the other clutch component can only be moved together with the steering unit when the steering unit is moved manually. When the steering unit is moved by the drive motor, the steering unit moves in particular relative to the other clutch component and in particular to both clutch components. The drive motor preferably also moves relative to both clutch components.

In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung stellt die Lenkeinheit wenigstens einen Aufnahmeraum bereit. Insbesondere umschließt die Lenkeinheit den Aufnahmeraum wenigstens teilweise. Vorzugsweise sind die Antriebseinrichtung und die Kupplungseinrichtung wenigstens teilweise und insbesondere wenigstens zu einem überwiegenden Teil und besonders bevorzugt vollständig im Aufnahmeraum angeordnet. Insbesondere ist wenigstens eine der Kupplungskomponenten im Aufnahmeraum angeordnet. Insbesondere ist diese Kupplungskomponente relativ zum Aufnahmeraum drehbar. Insbesondere ist wenigstens eine andere der Kupplungskomponenten nur teilweise oder auch zu einem überwiegenden Teil oder vollständig im Aufnahmeraum angeordnet. Insbesondere ist ein Stator des Antriebsmotors im Aufnahmeraum drehfest angebunden. Der Aufnahmeraum ist insbesondere wenigstens teilweise von einem Gehäuse der Lenkeinheit und insbesondere von einem Lenkradgehäuse umgeben.In a preferred and advantageous development, the steering unit provides at least one receiving space. In particular, the steering unit at least partially encloses the receiving space. Preferably, the drive device and the coupling device are at least partially and in particular at least predominantly and particularly preferably completely arranged in the receiving space. In particular, at least one of the coupling components is arranged in the receiving space. In particular, this coupling component can be rotated relative to the receiving space. In particular, at least one other of the coupling components is only partially or predominantly or completely arranged in the receiving space. In particular, a stator of the drive motor is connected in a rotationally fixed manner in the receiving space. The receiving space is in particular at least partially surrounded by a housing of the steering unit and in particular by a steering wheel housing.

Es ist möglich und vorteilhaft, dass die Antriebseinrichtung und die Kupplungseinrichtung wenigstens teilweise beabstandet von der Lenkeinheit angeordnet sind. Insbesondere sind sie dadurch in betriebsgemäßer Montageposition unterhalb und/oder in bestimmungsgemäßer Vorwärtsfahrtrichtung vor einer Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet bzw. anordenbar. So wird im Bereich der Lenkeinheit kein Bauraum für die Antriebseinrichtung und die Kupplungseinrichtung benötigt, sodass beispielsweise ein Lenkrad erheblich kompakter ausfallen kann. Durch die beabstandete Anordnung müssen die Antriebseinrichtung und die Kupplungseinrichtung auch nicht bewegt werden, wenn die Lenkeinheit bei einem Frontalaufprall von einem Sicherheitssystem aktiv vom Fahrer weggezogen wird.It is possible and advantageous for the drive device and the coupling device to be arranged at least partially at a distance from the steering unit. In particular, they are arranged or can be arranged in the operational installation position below and/or in the intended forward direction of travel in front of an instrument panel of the vehicle. In the area of the steering unit, no installation space is required for the drive device and the coupling device, so that, for example, a steering wheel can be considerably more compact. Due to the spaced arrangement, the drive device and the coupling device do not have to be moved if the steering unit is actively pulled away from the driver by a safety system in the event of a frontal collision.

Vorzugsweise ist die Lenkeinheit wenigstens für einen autonomen Fahrbetrieb einfahrbar ausgebildet. So wird die Person auf dem Fahrersitz nicht durch die Lenkeinheit eingeschränkt. Die Lenkeinheit kann auch für andere Zwecke einfahrbar ausgebildet sein. Insbesondere ist die Lenkeinheit motorisch einfahrbar und ausfahrbar und/oder seitlich verfahrbar ausgebildet. Beispielsweise kann die Lenkeinheit zum Fahrersitz hin und vom Fahrersitz weg verfahren werden. Bei einer verfahrbaren Lenkeinheit ist die zuvor beschriebene Ausführung besonders vorteilhaft, bei welcher die Kupplungseinrichtung und die Antriebseinrichtung beabstandet von der Lenkeinheit angeordnet sind. Vorteilhaft ist auch, wenn die Komponenten wenigstens teilweise in einem Aufnahmeraum der Lenkeinheit untergebracht sind. So kann ausreichend Raum zum Verfahren der Lenkeinheit bereitgestellt werden. Es ist möglich, dass der Antriebsmotor auch das Drehmoment für das Einfahren und/oder Ausfahren der Lenkeinheit zur Verfügung stellt.The steering unit is preferably designed to be retractable at least for autonomous driving operation. This means that the person in the driver's seat is not restricted by the steering unit. The steering unit can also be designed to be retractable for other purposes. In particular, the steering unit is designed to be retractable and extendable and/or laterally movable by motor. For example, the steering unit can be moved towards and away from the driver's seat. In the case of a movable steering unit, the previously described embodiment is particularly advantageous, in which the coupling device and the drive device are arranged at a distance from the steering unit. It is also advantageous if the components are at least partially accommodated in a receiving space of the steering unit. So Sufficient space can be provided for moving the steering unit. It is possible for the drive motor to also provide the torque for retracting and/or extending the steering unit.

Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass wenigstens eine Störfallsicherung vorgesehen und dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bewegbarkeit der Lenkeinheit wenigstens bei einem Störfall der Kupplungseinrichtung mit einem gezielten Drehmoment (Bremsmoment) zu beaufschlagen, sodass die Lenkeinheit weder blockiert noch widerstandslos (manuell) bewegt werden kann. Insbesondere kann die Störfallsicherung ein Drehmoment von wenigstens 0,5 Nm bereitstellen. Insbesondere beträgt das Drehmoment weniger als 5 Nm und vorzugsweise weniger als drei Newtonmeter. Ein vorteilhaftes Drehmoment liegt beispielsweise zwischen 1 Nm und 2 Nm.It is preferred and advantageous that at least one malfunction protection is provided and is suitable and designed to apply a targeted torque (braking torque) to the mobility of the steering unit at least in the event of a malfunction of the coupling device, so that the steering unit is neither blocked nor moved without resistance (manually). can. In particular, the accident protection can provide a torque of at least 0.5 Nm. In particular, the torque is less than 5 Nm and preferably less than three Newton meters. An advantageous torque is, for example, between 1 Nm and 2 Nm.

Je nach Größe der Lenkeinheit (insbesondere Lenk- oder Steuerraddurchmesser) können die notwendigen oder maximalen Drehmomente variieren, welche sich für den Nutzer haptisch gut anfühlen bzw. sicherheitstechnisch akzeptabel sind. Ein größerer Lenkraddurchmesser benötigt bzw. bewirkt in der Regel höhere Drehmomente. Die Tangentialkräfte des Bedieners (Bedienkräfte) am Durchmesser der Lenkeinrichtung (Angriffspunkt) sind hierbei maßgebend. Bei 3,5 Nm Bremsmoment und einem Durchmesser von 330 mm der Lenkvorgabeeinrichtung ergeben sich Tangentialkräfte (Bedienkräfte) von ca. 21 N. Lenkvorgabeeinrichtungen von PKWs haben meist einen Lenkraddurchmesser in diesem Bereich (300 bis 400 mm). LKWs haben meist einen Lenkraddurchmesser zwischen 400 und 500 mm, wodurch höhere Drehmomente zulässig bzw. haptisch möglich sind (z. B. Tangential-/Bedienkraft = 21 N; Lenkraddurchmesser = 500 mm. Ca 5,25 Nm maximales Bremsmoment möglich).Depending on the size of the steering unit (in particular the diameter of the steering wheel or steering wheel), the necessary or maximum torques can vary, which feel good to the user or are acceptable from a safety perspective. A larger steering wheel diameter usually requires or results in higher torques. The tangential forces of the operator (operating forces) on the diameter of the steering device (point of application) are decisive here. With a braking torque of 3.5 Nm and a diameter of 330 mm for the steering control device, tangential forces (operating forces) of approx. 21 N result. Steering control devices in cars usually have a steering wheel diameter in this range (300 to 400 mm). Trucks usually have a steering wheel diameter between 400 and 500 mm, which means that higher torques are permissible or tactilely possible (e.g. tangential/operating force = 21 N; steering wheel diameter = 500 mm. Approx. 5.25 Nm maximum braking torque possible).

Es ist möglich, dass die Störfallsicherung eine haptische bzw. an der Lenkeinheit wahrnehmbare Rückmeldung als Hinweis auf den Störfall ausgibt. Insbesondere erfolgt die haptische Rückmeldung dann, wenn die Lenkeinheit manuell (passiv) bewegt wird. Beispielsweise ist die Rückmeldung als ein Rattern oder Ruckeln während des Lenkens spürbar, welche durch schnelles Stromeinschalten/Stromausschalten erzeugt werden können.It is possible for the malfunction protection to provide haptic feedback or feedback that can be perceived on the steering unit as an indication of the malfunction. In particular, the haptic feedback occurs when the steering unit is moved manually (passively). For example, the feedback is noticeable as a rattling or jerking during steering, which can be generated by quickly turning the power on/off.

Insbesondere ist die Störfallsicherung dazu geeignet und ausgebildet, die Kupplungskomponenten im Störfall mechanisch miteinander zu koppeln, sodass zwischen den Kupplungskomponenten eine Mindestreibung auftritt und/oder die Kupplungskomponenten drehfest verbunden sind. Insbesondere ist zur mechanischen Kopplung wenigstens ein Aktor vorgesehen. Dazu umfasst die Störfallsicherung insbesondere wenigstens einen Sicherungsbolzen, welcher die Kupplungskomponenten mechanisch miteinander verbindet. Insbesondere wird der Sicherungsbolzen im Störfall formschlüssig und/oder kraftschlüssig an den Kupplungskomponenten angelegt. Dabei wird die Bewegbarkeit der Lenkeinheit im Störfall z. B. durch ein Mitdrehen der Antriebseinrichtung ermöglicht. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung dann nicht selbsthemmend ausgebildet.In particular, the malfunction protection is suitable and designed to mechanically couple the coupling components to one another in the event of a malfunction, so that a minimum friction occurs between the coupling components and/or the coupling components are connected in a rotationally fixed manner. In particular, at least one actuator is provided for mechanical coupling. For this purpose, the accident protection includes in particular at least one securing bolt, which mechanically connects the coupling components to one another. In particular, in the event of a fault, the securing bolt is applied to the coupling components in a form-fitting and/or force-fitting manner. The mobility of the steering unit is limited in the event of a fault, for example. B. made possible by rotating the drive device. In particular, the drive device is then not designed to be self-locking.

Die Störfallsicherung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Permanentmagneteinrichtung. Insbesondere weist die Permanentmagneteinrichtung ein Magnetfeld in einem Magnetkreis auf, welches die Bewegbarkeit der Kupplungskomponenten mit einem definierten Drehmoment (Bremsmoment) abbremst. Insbesondere beeinflusst das Magnetfeld das magnetorheologische Medium. Vorzugsweise ist das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung im Normalbetrieb durch eine elektrische Spuleneinrichtung reduzierbar oder sogar eliminierbar. Insbesondere wird das von der Permanentmagneteinrichtung erzeugte Magnetfeld (magnetische Flussdichte) im Magnetkreis wird mittels dem von der elektrischen Spuleneinrichtung erzeugten (gegenläufigem) Magnetfeld reduziert oder aufgehoben. Möglich ist auch, dass das Magnetfeld im Normalbetrieb durch die elektrische Spuleneinrichtung verstärkbar ist. Die Permanentmagneteinrichtung kann wenigstens einen Permanentmagneten umfassen oder als ein solcher ausgebildet sein. So kann im Störfall sehr zuverlässig und zugleich konstruktiv unaufwendig erreicht werden, dass die Lenkeinheit weder blockiert noch widerstandslos bewegt werden kann.The accident protection preferably comprises at least one permanent magnet device. In particular, the permanent magnet device has a magnetic field in a magnetic circuit, which slows down the mobility of the clutch components with a defined torque (braking torque). In particular, the magnetic field influences the magnetorheological medium. Preferably, the magnetic field of the permanent magnet device can be reduced or even eliminated during normal operation by an electrical coil device. In particular, the magnetic field (magnetic flux density) in the magnetic circuit generated by the permanent magnet device is reduced or canceled by means of the (opposite) magnetic field generated by the electrical coil device. It is also possible that the magnetic field can be amplified by the electrical coil device during normal operation. The permanent magnet device can comprise at least one permanent magnet or can be designed as such. In the event of a malfunction, it can be achieved very reliably and at the same time in a structurally uncomplicated manner so that the steering unit can neither be blocked nor moved without resistance.

Die Permanentmagneteinrichtung kann durch eine Remanenzeinrichtung bereitgestellt werden. Die Remanenzeinrichtung dient insbesondere zur Erzeugung von Restmagnetismus oder Restmagnetisierung. Insbesondere ist dazu eine Verwendung von speziellen Werkstoffen wie AlNiCo vorgesehen. bereitgestellt werden. Insbesondere ist die Remanenzeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens ein Bauteil der Lenkvorgabeeinrichtung und insbesondere der Kupplungseinrichtung gezielt zu magnetisieren, sodass dieses Bauteil dann ein Magnetfeld bereitstellt (z. B. in der Art eines schaltbaren Permanentmagneten). Insbesondere ist die Remanenzeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Bauteil auch wieder zur entmagnetisieren. Insbesondere umfasst die Remanenzeinrichtung wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung. Diese Spuleneinrichtung kann durch die Spuleneinrichtung bereitgestellt werden, welche zur Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums im Normalbetrieb vorgesehen ist. Möglich ist aber auch, dass die Spuleneinrichtung zur Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums und die Spuleneinrichtung für die Remanenzeinrichtung separat ausgebildet sind.The permanent magnet device can be provided by a remanence device. The remanence device is used in particular to generate residual magnetism or residual magnetization. In particular, the use of special materials such as AlNiCo is intended. to be provided. In particular, the remanence device is suitable and designed to specifically magnetize at least one component of the steering specification device and in particular of the clutch device, so that this component then provides a magnetic field (e.g. in the manner of a switchable permanent magnet). In particular, the remanence device is suitable and designed to demagnetize the component again. In particular, the remanence device comprises at least one electrical coil device. This coil device can be provided by the coil device, which is intended to influence the magnetorheological medium in normal operation. However, it is also possible for the coil device for influencing the magnetorheological medium and the coil device for the remanence device to be designed separately.

Es ist vorteilhaft und bevorzugt, dass die Störfallsicherung wenigstens einen elektrischen Energiespeicher zur Energieversorgung der Kupplungseinrichtung im Störfall umfasst. Insbesondere stellt der Energiespeicher wenigstens die Energie für eine elektrische Spuleneinrichtung zur Beeinflussung eines magnetorheologischen Mediums und/oder für eine Remanenzeinrichtung und/oder für wenigstens einen Aktor der Störfallsicherung bereit. Der Energiespeicher kann wenigstens eine Kondensatoreinrichtung und/oder wenigstens einen Akku und/oder wenigstens eine Batterie umfassen. Durch einen solchen Energiespeicher kann das magnetorheologische Medium auch bei einer Unterbrechung der Stromversorgung gezielt beeinflusst werden, sodass die Lenkeinheit weder blockiert noch widerstandslos bewegt werden kann.It is advantageous and preferred that the malfunction protection comprises at least one electrical energy storage device for supplying energy to the coupling device in the event of a malfunction. In particular, the energy storage provides at least the energy for an electrical coil device for influencing a magnetorheological medium and/or for a remanence device and/or for at least one actuator of the accident prevention system. The energy storage can comprise at least one capacitor device and/or at least one rechargeable battery and/or at least one battery. With such an energy storage device, the magnetorheological medium can be specifically influenced even if the power supply is interrupted, so that the steering unit can neither be blocked nor moved without resistance.

Insbesondere ist der Energiespeicher (wenigstens teilweise) innerhalb der Kupplungseinrichtung angeordnet. Bevorzugt ist der Energiespeicher geschützt innerhalb, d. h. im (Außen-)Gehäuse, der Kupplungseinrichtung angeordnet, sodass keine Kabel oder Verbindungen zwischen dem Energiespeicher und der Kupplungseinrichtung außerhalb vom Gehäuse liegen und so nicht durch äußere Kräfte beschädigt werden können. Insbesondere ist der Energiespeicher einem Gehäuse der Kupplungseinrichtung umgeben.In particular, the energy storage is arranged (at least partially) within the clutch device. The energy storage is preferably protected inside, i.e. H. arranged in the (outer) housing of the coupling device, so that no cables or connections between the energy storage and the coupling device lie outside the housing and so cannot be damaged by external forces. In particular, the energy storage is surrounded by a housing of the coupling device.

Die Lenkvorgabeeinrichtung umfasst in einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens eine steuerbare Lenkungssperre zur Blockierung der Bewegbarkeit der Lenkeinheit. Insbesondere ist die Lenkungssperre als Ausstiegshilfe ausgebildet. Insbesondere kann die Lenkungssperre bei Bedarf und insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs und/oder bei geöffneter Tür und/oder wenn das Lenkrad z. B. im Stillstand und bei ausgeschalteter Zündung von Kindern gedreht wird, aktiviert werden. Insbesondere ist die Lenkungssperre zur Verhinderung einer Überdrehung der Lenkeinheit ausgebildet. Die Blockierung der Bewegbarkeit ist insbesondere für die im bestimmungsgemäßen Betrieb zu erwartenden manuellen Bedienkräfte bzw. Abstützkräfte vorgesehen.In an advantageous development, the steering specification device comprises at least one controllable steering lock for blocking the mobility of the steering unit. In particular, the steering lock is designed as an exit aid. In particular, the steering lock can be used if necessary and in particular when the vehicle is at a standstill and/or when the door is open and/or when the steering wheel is, for example. B. is turned by children when stationary and with the ignition switched off. In particular, the steering lock is designed to prevent the steering unit from over-rotating. The blocking of the mobility is intended in particular for the manual operating forces or support forces expected during normal operation.

Die Lenkungssperre wird vorzugsweise durch die Kupplungseinrichtung bereitgestellt. Dazu ist die Kupplungseinrichtung insbesondere so ausgebildet, dass sie ein Drehmoment von mehr als 25 Newtonmeter übertragen kann. Die Drehmomente hängen stark vom Lenkraddurchmesser (Abstand der Krafteinbringung zum Drehpunkt) und Nutzungsfall ab und die 25 Nm stellen eine bei PKWs nach dem Stand der Technik üblichen Wert dar (z. B. Lenkraddurchmesser zwischen 300 und 400 mm). Bei einem LKW mit merklich größerem Lenkraddurchmesser (beispielsweise 400 bis 500 mm) und der Nutzung des Lenkrades zum Hochziehen des Fahrers ins Cockpit beim Einsteigen können auch Drehmomente von 40, 60 oder 80 Nm notwendig sein.The steering lock is preferably provided by the coupling device. For this purpose, the coupling device is designed in particular in such a way that it can transmit a torque of more than 25 Newton meters. The torques depend heavily on the steering wheel diameter (distance of the force applied to the pivot point) and the application and the 25 Nm represents a standard value for state-of-the-art cars (e.g. steering wheel diameter between 300 and 400 mm). For a truck with a noticeably larger steering wheel diameter (e.g. 400 to 500 mm) and the steering wheel is used to pull the driver up into the cockpit when getting in, torques of 40, 60 or 80 Nm may also be necessary.

Wenn der Lenkraddurchmesser größer ist (z. B. LKW oder Steuerruder eines Segelschiffs) darf auch das Grundmoment höher ausfallen, da die Bedienkraft an der Bedienstelle (z. B. Hand) mit dem selbem Abstand multipliziert wird. Dabei ist die Antriebseinrichtung vorzugsweise mit einer selbsthemmenden Getriebeeinrichtung ausgestattet. Dazu kann die Kupplungseinrichtung mit einer Permanentmagneteinrichtung und/oder einer Remanenzeinrichtung und/oder einem elektrischen Energiespeicher ausgebildet sein (wie zuvor für die Störfallsicherung beschrieben).If the steering wheel diameter is larger (e.g. truck or rudder of a sailing ship), the basic torque may also be higher because the operating force at the control point (e.g. hand) is multiplied by the same distance. The drive device is preferably equipped with a self-locking gear device. For this purpose, the coupling device can be designed with a permanent magnet device and/or a remanence device and/or an electrical energy storage device (as previously described for accident prevention).

Die Lenkungssperre kann wenigstens eine (mechanische) Blockiereinrichtung umfassen. Insbesondere ist die Blockiereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Bewegbarkeit der Lenkeinheit unabhängig von der Kupplungseinrichtung zu blockieren. Insbesondere ist die Blockiereinrichtung der Lenkeinheit im Kraftstrang nachgeschaltet und der Kupplungseinrichtung vorgeschaltet. Insbesondere ermöglicht die Blockiereinrichtung eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Blockierung der Bewegbarkeit der Lenkeinheit. Die Blockiereinrichtung kann durch die zuvor beschriebene, mechanisch ausgebildete Störfallsicherung bereitgestellt werden.The steering lock can include at least one (mechanical) blocking device. In particular, the blocking device is suitable and designed to block the mobility of the steering unit independently of the coupling device. In particular, the blocking device is connected downstream of the steering unit in the power train and upstream of the clutch device. In particular, the blocking device enables a positive and/or non-positive blocking of the mobility of the steering unit. The blocking device can be provided by the mechanically designed accident protection described above.

In allen Ausgestaltungen kann die Lenkvorgabeeinrichtung wenigstens eine Aktuatoreinrichtung umfassen. Die Lenkvorgabeeinrichtung entspricht dann sozusagen der Handbedienstelle und die Aktuatoreinrichtung ist dann das Stellglied. Die Aktuatoreinrichtung dient zur (physischen) Umsetzung einer von der Lenkeinheit ausgeführten Lenkbewegung (insbesondere in eine Bewegung des Fahrzeugs und/oder eines anderen Objekts und/oder eines simulierten virtuellen Objekts). Die Aktuatoreinrichtung dient beispielsweise zum Bewegen wenigstens eines Rades und/oder Ruders. Insbesondere sind die Lenkeinheit und die Aktuatoreinrichtung nur nach dem Steer-by-Wire-Konzept wirkverbunden und insbesondere im Normalbetrieb nur elektrisch bzw. elektronisch wirkverbunden. Es ist möglich, dass in einem Notbetrieb eine mechanische Verbindung vorgesehen ist. Die Anmelderin behält sich vor, ein Lenksystem zu beanspruchen, welches eine Lenkvorgabeeinrichtung und eine Aktuatoreinrichtung umfasst.In all embodiments, the steering specification device can comprise at least one actuator device. The steering specification device then corresponds, so to speak, to the manual control point and the actuator device is then the actuator. The actuator device serves to (physically) implement a steering movement carried out by the steering unit (in particular into a movement of the vehicle and/or another object and/or a simulated virtual object). The actuator device is used, for example, to move at least one wheel and/or rudder. In particular, the steering unit and the actuator device are only operatively connected according to the steer-by-wire concept and, in particular, are only operatively connected electrically or electronically in normal operation. It is possible that a mechanical connection is provided in an emergency operation. The applicant reserves the right to claim a steering system which includes a steering control device and an actuator device.

Vorzugsweise ist zwischen den Kupplungskomponenten wenigstens ein Spalt ausgebildet (sog. Wirkspalt). Insbesondere ist der Spalt wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt. Insbesondere ist der Spalt umlaufend ausgebildet. Insbesondere ist das magnetorheologische Medium mittels wenigstens einer elektrischen Spuleneinrichtung, die insbesondere ein Magnetfeld in einem Magnetkreis erzeugt, gezielt beeinflussbar, um die Bewegbarkeit der Kupplungskomponenten relativ zueinander einstellen zu können. Insbesondere umfasst die Kupplungseinrichtung wenigstens einen Magnetkreis oder kann einen solchen bereitstellen. Der Magnetkreis ist insbesondere ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses innerhalb der Kupplungseinrichtung. Vorzugsweise verläuft der Magnetkreis durch den Spalt und insbesondere auch durch die Kupplungskomponenten. Insbesondere wird mittels der elektrischen Spuleneinrichtung der Kraftfluss zwischen den Kupplungskomponenten gezielt erhöht und verringert. Insbesondere ist das Medium mittels der Spuleneinrichtung so beeinflussbar, dass die Bewegbarkeit der Kupplungskomponenten relativ zueinander mit einem bestimmten Drehmoment beaufschlagt werden kann und/oder freigegeben werden kann. Insbesondere wird die Spuleneinrichtung von einer Steuereinrichtung angesteuert. Unter einer Spuleneinrichtung wird insbesondere jede Art einer elektrischen Einrichtung zur (stufenlos) steuerbaren Erzeugung eines Magnetfeldes (Erzeugung einer magnetischen Flussdichte im Magnetkreis) verstanden. Die Spuleneinrichtung wird vorzugsweise hinsichtlich Energieeffizienz, kurzen Schaltzeiten und geringer Induktivität durch den Füllgrad, die Form, Durchmesser und das Material der Spulendrähte und deren Anordnung optimiert. Zum Erreichen noch kürzerer Schaltzeiten kann eine Boostvorrichtung verwendet werden, welche mit höheren bzw. hohen Spannungen arbeitet. Die normal benötigte Spulenspannung wird dabei teilweise und kurzzeitig um ein Mehrfaches überschritten (Spannungssprung). Durch solche Optimierungen ist die Kupplungseinrichtung auch sehr energieeffizient. Der Leistungsbedarf zum Erreichen eines Kupplungsmomentes von 10 Nm liegt dabei z. B. unter einem Watt.Preferably, at least one gap is formed between the coupling components (so-called effective gap). In particular, the gap is at least partially filled with a magnetorheological medium. In particular, the gap is designed to be circumferential. In particular, the magnetorheological medium is by means of at least one elect ric coil device, which in particular generates a magnetic field in a magnetic circuit, can be influenced in a targeted manner in order to be able to adjust the mobility of the coupling components relative to one another. In particular, the coupling device comprises at least one magnetic circuit or can provide one. The magnetic circuit is in particular a closed path of a magnetic flux within the coupling device. The magnetic circuit preferably runs through the gap and in particular also through the coupling components. In particular, the power flow between the clutch components is specifically increased and reduced by means of the electrical coil device. In particular, the medium can be influenced by the coil device in such a way that the mobility of the coupling components relative to one another can be subjected to a specific torque and/or released. In particular, the coil device is controlled by a control device. A coil device is understood to mean, in particular, any type of electrical device for the (infinitely) controllable generation of a magnetic field (generation of a magnetic flux density in the magnetic circuit). The coil device is preferably optimized in terms of energy efficiency, short switching times and low inductance through the degree of filling, the shape, diameter and material of the coil wires and their arrangement. To achieve even shorter switching times, a boost device can be used that works with higher or high voltages. The normally required coil voltage is sometimes and briefly exceeded several times (voltage jump). Such optimizations also make the coupling device very energy efficient. The power requirement to achieve a clutch torque of 10 Nm is e.g. B. under one watt.

Insbesondere umfasst die Lenkvorgabeeinrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Relativposition der Kupplungskomponenten zueinander und/oder zur Erfassung einer Stellung der Lenkeinheit. Insbesondere umfasst die Lenkvorgabeeinrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Kräften und/oder Drehmomenten. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit eines Sensorsignals ansteuerbar.In particular, the steering specification device comprises at least one sensor device for detecting a relative position of the clutch components to one another and/or for detecting a position of the steering unit. In particular, the steering specification device comprises at least one sensor device for detecting forces and/or torques. In particular, the coupling device can be controlled depending on a sensor signal.

Vorzugsweise ist eine Schaltzeit der Kupplungseinrichtung kleiner als 10 ms. Unter einer Schaltzeit wird insbesondere die Zeit zwischen einem inaktiven Zustand (kein übertragbares Drehmoment; insbesondere kein Magnetfeld im Magnetkreis) und einem aktiven Zustand, bei dem wenigstens 90% des maximal übertragbaren Drehmomentes übertragbar ist.A switching time of the clutch device is preferably less than 10 ms. A switching time is in particular the time between an inactive state (no transferable torque; in particular no magnetic field in the magnetic circuit) and an active state in which at least 90% of the maximum transferable torque can be transferred.

Vorzugsweise ist ein Grundmoment der Kupplungseinrichtung kleiner als 0,1 Nm und vorzugweise kleiner als 0,05 Nm und besonders bevorzugt kleiner als 0,02 Nm. Das Grundmoment ist insbesondere technisch bedingt, beispielsweise durch Reibungskräfte oder Massenkräfte.Preferably, a basic torque of the clutch device is less than 0.1 Nm and preferably less than 0.05 Nm and particularly preferably less than 0.02 Nm. The basic moment is due in particular to technical reasons, for example due to frictional forces or inertial forces.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Lenkvorgabeeinrichtung und vorzugsweise einer Lenkvorgabeeinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei wird mittels der Kupplungseinrichtung ein zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit übertragbares Drehmoment (sogenannter Kraftfluss) gezielt verändert, während die Antriebseinrichtung die Lenkeinheit aktiv bewegt und/oder während die Antriebseinrichtung das Drehmoment einer manuellen Bewegung der Lenkeinheit abstützt. Insbesondere wird mittels der Kupplungseinrichtung der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit gezielt verändert. Insbesondere wird der Kraftfluss in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Fahrzeugs verändert (z. b. im Stillstand; langsames oder schnelles Fahren auf Teer, lockerem Untergrund, Eis, Schnee, Sand, über Bordstein, Fahrt über Mittellinie...). Vorzugsweise regelt die Kupplungseinrichtung den Kraftfluss von der Antriebseinrichtung zur Lenkeinheit und/oder von der Lenkeinheit zu Antriebseinrichtung. Insbesondere kann der Kraftfluss auch bei laufendem Antriebsmotor und/oder während einer manuellen Bewegung eingestellt werden. Insbesondere kann der Kraftfluss in Echtzeit eingestellt werden. Insbesondere wird die Lenkeinheit zum Steuern eines Fahrzeugs manuell bewegt. Insbesondere wird die Bewegung der Lenkeinheit mit der Kupplungseinrichtung gebremst, während das dabei im Kraftstrang auftretende Drehmoment mit der Antriebseinrichtung abgestützt und/oder aktiv unterstützt wird.The method according to the invention is used to operate a steering specification device and preferably a steering specification device as previously described. In this case, by means of the coupling device, a torque that can be transmitted between the drive device and the steering unit (so-called power flow) is specifically changed while the drive device actively moves the steering unit and/or while the drive device supports the torque of a manual movement of the steering unit. In particular, the power flow between the drive device and the steering unit is specifically changed by means of the coupling device. In particular, the power flow is changed depending on the operating state of the vehicle (e.g. at a standstill; driving slowly or quickly on tar, loose ground, ice, snow, sand, over the curb, driving over the center line...). Preferably, the clutch device regulates the power flow from the drive device to the steering unit and/or from the steering unit to the drive device. In particular, the power flow can also be adjusted while the drive motor is running and/or during a manual movement. In particular, the power flow can be adjusted in real time. In particular, the steering unit is moved manually to control a vehicle. In particular, the movement of the steering unit is braked with the clutch device, while the torque that occurs in the power train is supported and/or actively supported by the drive device.

Auch das erfindungsgemäße Verfahren löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft. So können die Lenkbewegungen erheblich präziser und auch zügiger beeinflusst werden, als es mittels der Antriebseinrichtung erfolgen könnte.The method according to the invention also solves the previously set task particularly advantageously. In this way, the steering movements can be influenced considerably more precisely and quickly than could be done using the drive device.

Insbesondere wird die Lenkeinheit mittels der Antriebseinrichtung aktiv bewegt und die Kupplungseinrichtung dabei so angesteuert, dass sie das von der Antriebseinrichtung aufgebrachte Drehmoment im Kraftstrang vollständig übertragen kann. Insbesondere wird die Kupplungseinrichtung so angesteuert, dass sie das von der Antriebseinrichtung aufgebrachte Drehmoment nur bis zu einer definierten Grenze im Kraftstrang überträgt. Insbesondere ist die Grenze stufenlos einstellbar.In particular, the steering unit is actively moved by means of the drive device and the clutch device is controlled in such a way that it can fully transmit the torque applied by the drive device in the power train. In particular, the clutch device is controlled in such a way that it only transmits the torque applied by the drive device up to a defined limit in the power train. In particular, the limit is infinitely adjustable.

Insbesondere ist die zuvor beschriebene Lenkvorgabeeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dazu umfasst die Lenkvorgabeeinrichtung insbesondere wenigstens eine Steuereinrichtung. Insbesondere ist das Verfahren so ausgebildet, dass die zuvor beschriebene Lenkvorgabeeinrichtung und vorzugsweise auch deren Ausgestaltungen danach betrieben werden können.In particular, the steering specification device described above is suitable and designed to carry out the method according to the invention For this purpose, the steering specification device comprises in particular at least one control device. In particular, the method is designed so that the previously described steering specification device and preferably also its configurations can be operated afterwards.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kupplungseinrichtung den Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit erst nach einer Anlaufphase der Antriebseinrichtung vorzugsweise des Antriebsmotors ermöglicht. Insbesondere wird der Kraftfluss erst bei Erreichen einer Mindestdrehzahl des Antriebsmotors ermöglicht. Insbesondere ist der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit während der Anlaufphase und insbesondere vor Erreichen der Mindestdrehzahl wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig getrennt. Das ermöglicht eine kürzere Reaktions-/Schaltzeit, die Einsparung von Energie und bietet zugleich eine bessere Haptik für die Lenkung.In an advantageous embodiment, it is provided that the coupling device only enables the flow of force between the drive device and the steering unit after a start-up phase of the drive device, preferably the drive motor. In particular, the power flow is only made possible when a minimum speed of the drive motor has been reached. In particular, the power flow between the drive device and the steering unit is at least partially and preferably completely separated during the start-up phase and in particular before the minimum speed is reached. This enables a shorter reaction/switching time, saving energy and at the same time offers a better feel for the steering.

Vorzugsweise werden Drehmomentspitzen im Kraftfluss mittels der Kupplungseinrichtung wenigstens teilweise ausgeglichen bzw. geglättet. Insbesondere werden Drehmomentspitzen, welche durch Lastwechsel der Antriebseinrichtung (z. B. Richtungsänderung, Drehzahländerungen, Beschleunigung, Verzögerung, Abschalten, Einschalten etc.) durch die Kupplungseinrichtung ausgeglichen.Preferably, torque peaks in the power flow are at least partially compensated or smoothed by means of the clutch device. In particular, torque peaks caused by load changes in the drive device (e.g. change in direction, speed changes, acceleration, deceleration, switching off, switching on, etc.) are compensated for by the clutch device.

Vorzugsweise regelt die Kupplungseinrichtung den Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit derart, dass Drehmomentschwankungen und/oder Drehzahlwelligkeiten (engl. Rotation Speed Ripple) eines Antriebsmotors wenigstens teilweise ausgeglichen werden. Insbesondere erfolgt der Ausgleich in Echtzeit.Preferably, the clutch device regulates the power flow between the drive device and the steering unit in such a way that torque fluctuations and/or rotational speed ripple of a drive motor are at least partially compensated for. In particular, the compensation takes place in real time.

Insbesondere werden mit der Kupplungseinrichtung haptische Rückmeldungen während einer Bewegung der Lenkeinheit erzeugt, welche an der Lenkeinheit spürbar sind (sehr schnelles Stromeinschalten/Stromausschalten). Insbesondere werden die haptischen Rückmeldungen unabhängig von einem Drehmoment der Antriebseinrichtung erzeugt.In particular, the coupling device generates haptic feedback during a movement of the steering unit, which can be felt on the steering unit (very quick power on/off). In particular, the haptic feedback is generated independently of a torque of the drive device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kupplungseinrichtung so ausgebildet sein, wie es für die magnetorheologische Bremseinrichtung in der Patentanmeldung PCT/ EP2021/085570 beschrieben ist. Die dort beschriebene Lenkvorgabeeinrichtung umfasst eine Bremseinrichtung mit zwei relativ zueinander drehbaren Bremskomponenten. Die relative Bewegbarkeit der Bremskomponenten kann von vollständig blockiert bis vollständig frei bewegbar stufenlos eingestellt werden. Zur Verwendung in der Kupplungseinrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, die Bremskomponenten jeweils mit einer der Kupplungskomponenten drehfest zu verbinden. Eine alternative und ebenfalls vorteilhafte Ausführung kann auch sein, dass die Bremskomponenten jeweils eine der Kupplungskomponenten bereitstellen. Daher wird die technische Lehre der PCT/ EP2021/085570 in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.In an advantageous embodiment, the coupling device can be designed as described for the magnetorheological braking device in the patent application PCT/ EP2021/085570 is described. The steering specification device described there comprises a braking device with two brake components that can be rotated relative to one another. The relative mobility of the brake components can be continuously adjusted from completely blocked to completely freely movable. For use in the clutch device, it is preferably provided that the brake components are each connected in a rotationally fixed manner to one of the clutch components. An alternative and also advantageous embodiment can also be that the brake components each provide one of the clutch components. Therefore, the technical teaching of the PCT/ EP2021/085570 included in this description.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Kraftfluss insbesondere ein Momentenfluss bzw. eine Drehmomentübertragung entlang des Kraftstrangs verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Begriff „Kraftfluss“ insbesondere durch den Ausdruck „das zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit übertragbare Drehmoment“ ausgetauscht werden. Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung das zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit übertragbare Drehmoment gezielt veränderbar und vorzugsweise einstellbar. Das im Kraftstrang auftretende Drehmoment kann für eine nichtrotierende und zum Beispiel lineare Bewegung dienen. In einer solchen Ausführung kann der Begriff „Drehmoment“ insbesondere synonym mit dem Begriff „Arbeit“ verwendet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anordnung von Komponenten im Kraftstrang insbesondere deren funktionelle Einbindung bzw. Schaltung innerhalb des Kraftstrangs verstanden.In the context of the present invention, a power flow is understood to mean, in particular, a torque flow or a torque transmission along the power train. In the context of the present invention, the term “power flow” can be replaced in particular by the expression “the torque that can be transmitted between the drive device and the steering unit”. In particular, the torque that can be transmitted between the drive device and the steering unit can be specifically changed and preferably adjusted by means of the coupling device. The torque occurring in the power train can be used for a non-rotating and, for example, linear movement. In such an embodiment, the term “torque” can in particular be used synonymously with the term “work”. In the context of the present invention, an arrangement of components in the power train is understood to mean, in particular, their functional integration or switching within the power train.

Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, ein Drehmoment von der Antriebseinheit zur Lenkeinheit und/oder von der Lenkeinheit zur Antriebseinheit zu übertragen. Unter einem Kraftfluss wird insbesondere die Übertragung eines Drehmoments verstanden. Unter einem Kraftfluss wird insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Komponenten des Kraftstrangs verstanden, sodass ein Kraftfluss möglich ist und ein Drehmoment übertragen werden kann.In particular, the coupling device is suitable and designed to transmit torque from the drive unit to the steering unit and/or from the steering unit to the drive unit. A power flow is understood in particular to mean the transmission of torque. A power flow is understood to mean, in particular, a non-positive connection of the individual components of the power train, so that a power flow is possible and a torque can be transmitted.

Um den Kraftfluss im Kraftstrang zu ermöglichen, wird insbesondere ein Kraftschluss zwischen den beiden Kupplungskomponenten hergestellt. „Kraftschluss“ meint hier also die kraftschlüssige Verbindung der Kupplungskomponenten. Um den Kraftfluss zu unterbrechen, wird ein Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten insbesondere unterbrochen. Um den Kraftfluss gezielt zu verändern, wird der Kraftschluss zwischen den beiden Kupplungskomponenten insbesondere gezielt eingestellt. Das erfolgt insbesondere durch eine Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums mittels wenigstens einer elektrischen Spuleneinrichtung zur Erzeugung eines magnetischen und/oder elektrischen Feldes.In order to enable the flow of power in the power train, in particular a frictional connection is established between the two clutch components. “Adhesive connection” here means the frictional connection of the clutch components. In order to interrupt the power flow, a frictional connection between the clutch components is interrupted in particular. In order to specifically change the power flow, the adhesion between the two clutch components is specifically adjusted. This is done in particular by influencing the magnetorheological medium by means of at least one electrical coil device for generating a magnetic and/or electric field.

Das von der Kupplungseinrichtung übertragbare Drehmoment ist insbesondere vom Zustand, insbesondere der Viskosität und/oder Viskoseelastizität, des magnetorheologischen Mediums abhängig. Der Zustand des magnetorheologischen Mediums ist insbesondere vom magnetischen und/oder elektrischen Feld abhängig, dem es ausgesetzt ist. Insbesondere ist das von der Kupplungseinrichtung übertragbare Drehmoment durch Ansteuern der elektrischen Spuleneinrichtung einstellbar. Das zwischen den beiden Kupplungskomponenten übertragbare Drehmoment ist insbesondere (nur) von einem Zustand des zwischen den beiden Kupplungskomponenten angeordneten magnetorheologischen Mediums abhängig. Im Normalbetrieb erfolgt die Übertragung des Drehmoments von der einen auf die andere Kupplungskomponente insbesondere ausschließlich über das magnetorheologische Medium.The torque that can be transmitted by the coupling device depends in particular on the condition, in particular the viscosity and/or viscous elasticity, of the magnetorheological medium. The state of the magnetorheological medium depends in particular on the magnetic and/or electric field to which it is exposed. In particular, the torque that can be transmitted by the clutch device can be adjusted by controlling the electrical coil device. The torque that can be transmitted between the two clutch components is in particular (only) dependent on a state of the magnetorheological medium arranged between the two clutch components. In normal operation, the torque is transmitted from one clutch component to the other exclusively via the magnetorheological medium.

Das magnetorheologische Medium umfasst vorzugsweise wenigstens ein metallisches Pulver. Insbesondere weist das metallische Pulver einen Volumenanteil von 40 %, wenigstens 50 % und vorzugsweise wenigstens 60 % auf. Vorzugsweise ist das metallische Pulver in einem gasförmigen Trägermedium und beispielsweise Luft aufgenommen. Das metallische Pulver kann auch in gar keinem Trägermedium oder jedem beliebigen Trägermedium aufgenommen sein. Besonders bevorzugt ist das metallische Pulver mit einer Beschichtung ausgestattet oder wird mit reibungsreduzierten Werkstoffen (z. B. Graphit; Messing; Bronze...) gemischt. 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 Lenkvorgabeeinrichtung zu erwartenden Temperaturen mit gleich bleibenden Eigenschaften eingesetzt werden. Das metallische Pulver ist vorzugsweise als Carbonyleisenpulver (reines Eisen) ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Möglich sind auch andere magnetorheologische ansprechbare Pulver.The magnetorheological medium preferably comprises at least one metallic powder. In particular, the metallic powder has a volume fraction of 40%, at least 50% and preferably at least 60%. The metallic powder is preferably absorbed in a gaseous carrier medium and, for example, air. The metallic powder can also be contained in no carrier medium or any carrier medium. The metallic powder is particularly preferably provided with a coating or is mixed with friction-reduced materials (e.g. graphite; brass; bronze...). By using such a medium, a particularly low basic torque can be achieved. At the same time, a particularly high maximum braking torque can be achieved due to the high volume fraction. In addition, such a medium can be used with consistent properties at the temperatures expected for the steering control device. The metallic powder is preferably designed as a carbonyl iron powder (pure iron) or at least includes one. Other magnetorheologically responsive powders are also possible.

Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit auf unterschiedliche Drehmomentwerte oder Drehmomentbereiche einstellbar. Insbesondere kann der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit mittels der Kupplungseinrichtung unterbrochen und hergestellt werden. Insbesondere kann der Kraftfluss mittels der Kupplungseinrichtung unterbrochen und hergestellt und auf einen zwischen „unterbrochen“ und „hergestellt“ liegenden Wert eingestellt werden.In particular, the power flow between the drive device and the steering unit can be adjusted to different torque values or torque ranges by means of the coupling device. In particular, the power flow between the drive device and the steering unit can be interrupted and established by means of the clutch device. In particular, the power flow can be interrupted and established by means of the coupling device and set to a value between “interrupted” and “established”.

Insbesondere ist der Kraftfluss mittels der Kupplungseinrichtung stufenlos einstellbar. Insbesondere kann die Kupplungseinrichtung von vollständig eingekuppelt bis vollständig ausgekuppelt stufenlos verstellt werden. Insbesondere ist die Kupplungsseinsrichtung stufenlos ausgebildet. Insbesondere ist der Kraftfluss auch bei laufendem Antriebsmotor und/oder während einer Bewegung der Lenkeinheit veränderbar.In particular, the power flow can be infinitely adjusted using the coupling device. In particular, the clutch device can be adjusted continuously from fully engaged to fully disengaged. In particular, the coupling device direction is designed to be continuously variable. In particular, the power flow can be changed even when the drive motor is running and/or during a movement of the steering unit.

Die Kupplungseinrichtung kann seriell zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit und/oder seriell zwischen der Antriebseinrichtung und einer fahrzeugseitigen Drehmomentabstützung (insbesondere Widerlagerstruktur) geschaltet sein. Insbesondere ist mittels der Kupplungseinrichtung der Kraftschluss zwischen der Antriebseinrichtung und der Lenkeinheit und/oder zwischen der Antriebseinrichtung und ihrer Drehmomentabstützung veränderbar.The coupling device can be connected in series between the drive device and the steering unit and/or in series between the drive device and a vehicle-side torque support (in particular abutment structure). In particular, the adhesion between the drive device and the steering unit and/or between the drive device and its torque support can be changed by means of the coupling device.

Insbesondere umfasst der Kraftstrang wenigstens eine Drehmomentabstützung. Insbesondere ist der Kraftstrang zur Abstützung des im Kraftstrang auftretenden Drehmoments fahrzeugseitig an einer Widerlagerstruktur angebunden. Insbesondere umfasst die Lenkvorgabeeinrichtung wenigstens eine Widerlagerstruktur. Die Widerlagerstruktur dient insbesondere als Drehmomentabstützung oder ist Teil einer solchen. Insbesondere ist die Widerlagerstruktur mit der Karosserie fest verbunden oder Teil der Karosserie. Die Komponenten des Kraftstrangs können jeweils unmittelbar oder mittelbar (insbesondere über benachbarte Komponenten) an der Widerlagerstruktur abgestützt sein.In particular, the power train includes at least one torque support. In particular, the power train is connected to an abutment structure on the vehicle side to support the torque occurring in the power train. In particular, the steering specification device comprises at least one abutment structure. The abutment structure serves in particular as a torque support or is part of one. In particular, the abutment structure is firmly connected to the body or is part of the body. The components of the power train can each be supported directly or indirectly (in particular via adjacent components) on the abutment structure.

Der Antriebsmotor umfasst insbesondere wenigstens einen Stator und wenigstens einen drehbar zum Stator gelagerten Rotor. Insbesondere erfolgt die Drehmomentabstützung der Antriebseinrichtung über den Stator. Dazu kann der Stator fahrzeugseitig und insbesondere an der Widerlagerstruktur oder aber an der Lenkeinheit abgestützt (befestigt) sein. Der Rotor ist insbesondere mit der Getriebeeinrichtung und/oder mit der Kupplungseinrichtung gekoppelt, um diese anzutreiben. Möglich ist auch eine analoge Anordnung, bei der Stator und Rotor vertauscht sind.The drive motor in particular comprises at least one stator and at least one rotor mounted rotatably relative to the stator. In particular, the torque support of the drive device takes place via the stator. For this purpose, the stator can be supported (attached) on the vehicle side and in particular on the abutment structure or on the steering unit. The rotor is in particular coupled to the transmission device and/or to the clutch device in order to drive it. An analog arrangement is also possible, in which the stator and rotor are swapped.

Der Antriebsmotor umfasst insbesondere wenigstens einen Elektromotor oder ist als ein solcher ausgebildet. Die Antriebseinrichtung kann auch zwei oder mehr Antriebsmotoren umfassen. Die Antriebseinrichtung kann auch zur Rückstellung der Lenkeinheit in eine Grundstellung dienen. Der Antriebsmotor ist insbesondere elektrisch und beispielsweise als Elektromotor ausgebildet. Der Elektromotor kann ein Scheibenläufer, Wanderwellen- oder Axialflussmotor sein. Möglich sind auch andere Arten elektrischer Antriebe. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinrichtung auch wenigstens einen Kraftspeicher und beispielsweise eine Feder oder dergleichen insbesondere zur Rückstellung umfassen.The drive motor in particular comprises at least one electric motor or is designed as such. The drive device can also include two or more drive motors. The drive device can also be used to return the steering unit to a basic position. The drive motor is in particular electric and, for example, designed as an electric motor. The electric motor can be a disc rotor, traveling wave or axial flux motor. Other types of electric drives are also possible. Additionally or alternatively, the drive device can also have at least one energy storage device and, for example, a spring or the like include, in particular, provisions.

Insbesondere ist die Lenkeinheit mit (nur) einer der wenigstens zwei Kupplungskomponenten zur Übertragung des Drehmoments unmittelbar (direkt) oder mittelbar gekoppelt. Dazu kann die Lenkeinheit direkt und/oder über die Antriebseinrichtung und/oder über eine mittels der Lenkeinheit drehbaren Lenkwelle mit der Kupplungskomponente gekoppelt sein. Die Lenkeinheit ist insbesondere drehfest mit der Kupplungskomponente und/oder mit der Lenkwelle verbunden.In particular, the steering unit is directly (directly) or indirectly coupled to (only) one of the at least two clutch components for transmitting the torque. For this purpose, the steering unit can be coupled to the clutch component directly and/or via the drive device and/or via a steering shaft that can be rotated by means of the steering unit. The steering unit is in particular connected in a rotationally fixed manner to the coupling component and/or to the steering shaft.

Die Anmelderin behält sich vor, eine Lenkvorgabeeinrichtung zum Steuern einer Simulatoreinrichtung (z. B. für Gaming bzw.für ein Gaminglenkrad...) oder einer Computer-Simulation zu beanspruchen. Dabei ist die Lenkvorgabeeinrichtung insbesondere so ausgebildet, wie es zuvor für die erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung beschrieben wurde.The applicant reserves the right to claim a steering control device for controlling a simulator device (e.g. for gaming or for a gaming steering wheel...) or a computer simulation. The steering specification device is designed in particular as previously described for the steering specification device according to the invention.

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 accompanying figures.

Darin zeigen:

1 eine rein schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorgabeeinrichtung;
2-9 rein schematische Darstellungen weiterer erfindungsgemäßer Lenkvorgabeeinrichtungen; und
10 eine rein schematische Detaildarstellung einer Lenkeinheit der Lenkvorgabeeinrichtung.

Show in it:

1 a purely schematic representation of a steering specification device according to the invention;
2-9 purely schematic representations of further steering control devices according to the invention; and
10 a purely schematic detailed representation of a steering unit of the steering specification device.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung 300 zum Steuern eines hier nur teilweise dargestellten Fahrzeugs 330 nach dem Steer-by-Wire-Konzept. Dazu ist eine hier als Lenkrad 311 ausgebildete Lenkeinheit 301 elektrisch bzw. elektronisch mit einer Aktuatoreinrichtung 307 verbunden. Die Aktuatoreinrichtung 307 kann beispielsweise ein oder zwei oder mehr Räder des Fahrzeugs 330 verstellen und dadurch die mit der Lenkeinheit 301 ausgeführte Lenkbewegung in eine Fahrzeugbewegung umsetzen. Die Lenkvorgabeeinrichtung 300 wird hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben.The 1 shows a steering specification device 300 according to the invention for controlling a vehicle 330, only partially shown here, according to the steer-by-wire concept. For this purpose, a steering unit 301, designed here as a steering wheel 311, is electrically or electronically connected to an actuator device 307. The actuator device 307 can, for example, adjust one or two or more wheels of the vehicle 330 and thereby convert the steering movement carried out with the steering unit 301 into a vehicle movement. The steering specification device 300 is operated here according to the method according to the invention.

Die Bewegung bzw. Stellung der Lenkeinheit 301 und/oder das Drehmoment wird hier mit einer Sensoreinrichtung 70 und beispielsweise mit einem Drehwinkelsensor oder Drehmomentsensor oder eine Kombination aus Beidem erfasst. In Abhängigkeit eines Sensorsignals der Sensoreinrichtung 70 wird die Lenkbewegung dann mit der Aktuatoreinrichtung 307 entsprechend umgesetzt. Eine solche Sensoreinrichtung 70 ist vorzugsweise auch in den nachfolgend beschriebenen Ausführungen vorgesehen.The movement or position of the steering unit 301 and/or the torque is detected here with a sensor device 70 and, for example, with a rotation angle sensor or torque sensor or a combination of both. Depending on a sensor signal from the sensor device 70, the steering movement is then implemented accordingly with the actuator device 307. Such a sensor device 70 is preferably also provided in the embodiments described below.

Die hier gezeigte Lenkvorgabeeinrichtung 300 kann auch mit einer als Lenker, Steuerrad, Steuerknüppel oder dergleichen ausgebildeten Lenkeinheit 301 ausgestattet sein. Die Aktuatoreinrichtung 307 ist für die jeweilige Lenkeinheit entsprechend ausgebildet und dient dann z. B. zum Betätigen eines Leitwerks eines Flugzeugs oder eines Ruders eines Schiffs. Ebenso können die hier gezeigten Lenkvorgabeeinrichtungen 300 auch zum Steuern eines Simulators bzw. einer Computersimulation ausgebildet sein. Die hier vorgestellten Lenkvorgabeeinrichtungen 300 müssen also nicht zwingend in Wirkverbindung mit einer Aktuatoreinrichtung 307 stehen, welche zur Steuerung eines realen Fahrzeugs 330 dient. Bei einem Simulator kann auf die Aktuatoreinrichtung 307 z. B. ganz verzichtet werden. Vielmehr werden die Signale der Lenkvorgabeeinrichtung 300 in ein simuliertes bzw. virtuelles Szenario umgesetzt.The steering control device 300 shown here can also be equipped with a steering unit 301 designed as a handlebar, steering wheel, control stick or the like. The actuator device 307 is designed accordingly for the respective steering unit and is then used, for example. B. to operate a tail unit of an aircraft or a rudder of a ship. Likewise, the steering specification devices 300 shown here can also be designed to control a simulator or a computer simulation. The steering specification devices 300 presented here do not necessarily have to be in operative connection with an actuator device 307, which is used to control a real vehicle 330. In a simulator, the actuator device 307 can be accessed, for example. B. can be dispensed with entirely. Rather, the signals from the steering specification device 300 are converted into a simulated or virtual scenario.

Eine als Steuerhorn 331 ausgebildete Lenkeinheit 301 ist in der 10 gezeigt. Die hier vorgestellten Lenkvorgabeeinrichtungen 300 können anstelle des Lenkrades 311 mit einem solchen Steuerhorn 331 ausgestattet sein, beispielsweise zum Steuern eines Flugzeugs.A steering unit 301 designed as a control horn 331 is in the 10 shown. The steering control devices 300 presented here can be equipped with such a control horn 331 instead of the steering wheel 311, for example for controlling an aircraft.

Die Lenkeinheit 301 ist hier in einen Kraftstrang 310 eingebunden, welcher zudem noch eine Antriebseinrichtung 302 mit einem elektrischen Antriebsmotor 312 und eine magnetorheologische Kupplungseinrichtung 1 umfasst. Die Antriebseinrichtung 302 dient zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit 101 wirkenden Drehmoments (Force Feedback), sodass die Lenkeinheit 101 aktiv nach rechts oder links gedreht werden kann. Mit der Antriebseinrichtung 302 und der Kupplungseinrichtung 1 können beim Bewegen der Lenkeinheit 301 Kräfte simuliert werden, wie sie z. B. bei einer mechanischen Lenkung an der Lenkeinheit 301 spürbar wären (haptisches Feedback).The steering unit 301 is here integrated into a power train 310, which also includes a drive device 302 with an electric drive motor 312 and a magnetorheological clutch device 1. The drive device 302 serves to generate a torque acting on the steering unit 101 (force feedback), so that the steering unit 101 can be actively rotated to the right or left. With the drive device 302 and the coupling device 1, forces can be simulated when moving the steering unit 301, such as those encountered, for example. B. would be noticeable on the steering unit 301 with mechanical steering (haptic feedback).

Die Kupplungseinrichtung 1 ist seriell (in Reihe) zur Antriebseinrichtung 302 im Kraftstrang 310 geschaltet, um den Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 302 und der Lenkeinheit 301 gezielt verändern zu können. So kann das von der Antriebseinrichtung 302 auf die Lenkeinheit 301 übertragbare Drehmoment mittels der Kupplungseinrichtung 1 gezielt eingestellt werden. Dazu umfasst die Kupplungseinrichtung 1 zwei relativ zueinander drehbare Kupplungskomponenten 2, 3, zwischen denen ein umlaufender Spalt 5 ausgebildet ist.The clutch device 1 is connected in series (in series) to the drive device 302 in the power train 310 in order to be able to specifically change the power flow between the drive device 302 and the steering unit 301. The torque that can be transmitted from the drive device 302 to the steering unit 301 can be specifically adjusted using the clutch device 1. For this purpose, the coupling device 1 comprises two coupling components 2, 3 which can be rotated relative to one another and between which a circumferential gap 5 is formed.

In dem Spalt 5 ist ein magnetorheologisches Medium 6 angeordnet. Das Medium 6 kann mittels einer elektrischen Spuleneinrichtung 26 (bzw. des von der elektrischen Spuleneinheit 26 erzeugten Magnetfeldes im Magnetkreis) gezielt beeinflusst werden. Je nach Beeinflussung des Mediums 6 ändert sich die Bewegbarkeit und die zu übertragenden Drehmomente oder (Radial-)Kräfte im Wirkspalt der Kupplungskomponenten 2, 3 zueinander.A magnetorheological medium 6 is arranged in the gap 5. The medium 6 can be used by means of an electrical coil device 26 (or the magnetic field generated by the electrical coil unit 26 in the magnetic circuit) can be influenced in a targeted manner. Depending on the influence of the medium 6, the mobility and the torques or (radial) forces to be transmitted change in the effective gap of the coupling components 2, 3 to one another.

Beispielsweise wird der Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 erhöht, wenn mit der elektrischen Spuleneinrichtung 26 ein stärkeres Magnetfeld im Magnetkreis und damit im Spalt 6 erzeugt wird. Dabei kann die relative Bewegbarkeit und das zu übertragende Drehmomente der Kupplungskomponenten 2, 3 hier von „frei drehbar“ bis „blockiert“ bzw. von großem Schlupf bis kleinem Schlupf eingestellt werden. Die Blockierung bezieht sich beispielsweise auf die an der Lenkeinheit 301 zu erwartenden Bedienkräfte bzw. auf die beim Abstützen an der Lenkeinheit 301 zu erwartenden Kräfte (Bedienkräfte = Kraft an einem bestimmten Durchmesser des Lenkrades bzw. am Lenkradkranz bzw. an der Bedienstelle. Bedienkraft x Abstand zum Drehzentrum = Bediendrehmoment/Force Feedback).For example, the adhesion between the coupling components 2, 3 is increased if a stronger magnetic field is generated in the magnetic circuit and thus in the gap 6 with the electrical coil device 26. The relative mobility and the torque to be transmitted of the clutch components 2, 3 can be adjusted here from “freely rotatable” to “blocked” or from large slip to small slip. The blocking refers, for example, to the operating forces to be expected on the steering unit 301 or to the forces to be expected when supporting the steering unit 301 (operating forces = force at a certain diameter of the steering wheel or at the steering wheel rim or at the control point. Operating force x distance to the center of rotation = operating torque/force feedback).

Die Kupplungseinrichtung 1 ist bezüglich der Elektrospule (geringe Induktivität; Drahtquerschnitt...), des Magnetkreises (große Querschnitte, kurze Magnetkreislängen, gute Übergänge...), der verwendeten Werkstoffe (Werkstoffe mit sehr guter magnetischer Leitfähigkeit und geringem Restmagnetfeld...) und vom Wirkprinzip (radialer Übergang; > 50% Carbonyleisenpulver)und einer Boostschaltung dahingehend optimiert, dass Schaltzeiten < 50 ms (Millisekunden), bevorzugt < 20 ms und besonders bevorzugt < 10 ms, erreicht werden. Schaltzeit bedeutet: Zeit zwischen OFF-State (ausgeschaltet) bis zum Erreichen/Anliegen von 90% des maximal übertragbaren Momentes.The coupling device 1 is in terms of the electric coil (low inductance; wire cross section...), the magnetic circuit (large cross sections, short magnetic circuit lengths, good transitions...), the materials used (materials with very good magnetic conductivity and low residual magnetic field...) and optimized by the operating principle (radial transition; > 50% carbonyl iron powder) and a boost circuit in such a way that switching times <50 ms (milliseconds), preferably <20 ms and particularly preferably <10 ms, are achieved. Switching time means: Time between OFF state (switched off) until 90% of the maximum transferable torque is reached.

In dem hier gezeigten Beispiel ist die Kupplungseinrichtung 1 zwischen der Lenkeinheit 301 und der Antriebseinrichtung 302 im Kraftstrang 110 angeordnet. Die Lenkeinheit 301 ist über eine Lenkwelle 322 drehfest mit der Kupplungskomponente 3 verbunden. Die Kupplungskomponente 2 ist drehfest mit der Antriebseinrichtung 302 verbunden. So kann die Kupplungskomponente 2 beispielsweise durch den Antriebsmotor 312 aktiv gedreht werden.In the example shown here, the clutch device 1 is arranged between the steering unit 301 and the drive device 302 in the power train 110. The steering unit 301 is connected to the coupling component 3 in a rotationally fixed manner via a steering shaft 322. The coupling component 2 is connected to the drive device 302 in a rotationally fixed manner. For example, the clutch component 2 can be actively rotated by the drive motor 312.

Die Antriebseinrichtung 302 ist hier an einer Widerlagerstruktur 313 des Fahrzeugs 330 befestigt. Die Widerlagerstruktur 113 ist beispielsweise Teil einer Fahrzeugkarosserie. Dabei dient die Widerlagerstruktur 313 hier als eine Drehmomentabstützung 303 für die Antriebseinrichtung 302. Je nachdem, wie der Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 eingestellt ist, wird das von der Antriebseinrichtung 302 kommende Drehmoment vollständig oder zu einem bestimmten Anteil oder gar nicht auf die Lenkeinheit 101 übertragen.The drive device 302 is here attached to an abutment structure 313 of the vehicle 330. The abutment structure 113 is, for example, part of a vehicle body. The abutment structure 313 serves here as a torque support 303 for the drive device 302. Depending on how the adhesion between the coupling components 2, 3 is set, the torque coming from the drive device 302 is transferred completely or to a certain proportion or not at all to the steering unit 101 transferred.

Mit der Kupplungseinrichtung 1 kann eine manuelle Bewegung der Lenkeinheit 301 gezielt mit einem der Bewegung entgegen wirkenden Drehmoment bzw. Bremsmoment beaufschlagt werden. Dabei wird das Bremsmoment über den Kraftschluss zwischen den beiden Kupplungskomponenten 2, 3 eingestellt. Wenn die Lenkeinheit 301 zusammen mit der Kupplungskomponente 3 bewegt wird, stützt sich die Kupplungskomponente 2 an der Antriebseinrichtung 302 ab. Die Antriebseinrichtung 302 dient somit als Drehmomentabstützung 303 für die Kupplungseinrichtung 1.With the clutch device 1, a manual movement of the steering unit 301 can be specifically applied with a torque or braking torque that counteracts the movement. The braking torque is adjusted via the adhesion between the two clutch components 2, 3. When the steering unit 301 is moved together with the clutch component 3, the clutch component 2 is supported on the drive device 302. The drive device 302 thus serves as a torque support 303 for the clutch device 1.

Durch die serielle Einbindung der Kupplungseinrichtung 1 in den Kraftstrang 310 kann eine besonders präzise bzw. feinfühlige Haptik für die Lenkung umgesetzt werden. Zum einen kann die Kupplungseinrichtung 1 das Antriebsmoment der Antriebseinrichtung 302 so in den Kraftstrang 310 einkuppeln, dass es für eine aktive Bewegung bzw. als Gegenmoment an der Lenkeinheit 301 zur Verfügung steht. Zum anderen kann die Kupplungseinrichtung 1 das oft sehr grobe Regelverhalten der Antriebseinrichtung 302 gezielt kompensieren und z. B. mit eigenen Bremsmomenten überlagern. Das ist erheblich wirtschaftlicher und zugleich zuverlässiger als der Einsatz von Motoren mit feinerem Regelverhalten. Zugleich bietet die serielle Schaltung eine konstruktiv unaufwendige und sehr ausfallsichere Einbindung des Antriebsmoments der Antriebseinrichtung 302 in den Kraftstrang 310.By serially integrating the coupling device 1 into the power train 310, a particularly precise or sensitive feel for the steering can be implemented. On the one hand, the coupling device 1 can couple the drive torque of the drive device 302 into the power train 310 in such a way that it is available for an active movement or as a counter-torque on the steering unit 301. On the other hand, the clutch device 1 can specifically compensate for the often very rough control behavior of the drive device 302 and z. B. overlay with your own braking torques. This is significantly more economical and at the same time more reliable than using motors with finer control behavior. At the same time, the serial circuit offers a structurally simple and very fail-safe integration of the drive torque of the drive device 302 into the power train 310.

Wenn die Kupplungskomponenten 2, 3 mit dem maximalen Kraftschluss gekoppelt sind, hängt das mögliche Bremsmoment also auch von der Drehmomentabstützung 303 der Antriebseinrichtung 302 ab. Diese Drehmomentabstützung 303 hängt wiederum von dem Drehmoment ab, welches der Antriebsmotor 312 aufbringen kann. Bei einem abgeschalteten Antriebsmotor 312 bzw. bei einem Störfall entspricht die Drehmomentabstützung 303 dann beispielsweise einem Grundmoment des Antriebsmotors 312. Das ist an sich zuverlässig und zufriedenstellend.If the clutch components 2, 3 are coupled with the maximum adhesion, the possible braking torque also depends on the torque support 303 of the drive device 302. This torque support 303 in turn depends on the torque that the drive motor 312 can generate. When the drive motor 312 is switched off or in the event of a fault, the torque support 303 then corresponds, for example, to a basic torque of the drive motor 312. This is reliable and satisfactory in itself.

Um eine besonders starke und noch zuverlässigere Drehmomentabstützung 303 für die Kupplungseinrichtung 1 bereitzustellen, kann die hier gezeigte Lenkvorgabeeinrichtung 300 in einer Weiterbildung mit einer selbsthemmenden Getriebeeinrichtung 304 ausgestattet werden. Die Getriebeeinrichtung 304 ist beispielsweise Teil der Antriebseinrichtung 302 und zwischen dem Antriebsmotor 312 und der Kupplungseinrichtung 1 geschaltet. Eine solche selbsthemmende Getriebeeinrichtung 304 wird mit Bezug zu den nachfolgenden Figuren näher vorgestellt.In order to provide a particularly strong and even more reliable torque support 303 for the clutch device 1, the steering control device 300 shown here can be equipped with a self-locking gear device 304 in a further development. The transmission device 304 is, for example, part of the drive device 302 and connected between the drive motor 312 and the clutch device 1. Such a self-locking gear device 304 is presented in more detail with reference to the following figures.

Die selbsthemmende Getriebeeinrichtung 304 kann ein Drehmoment von dem Antriebsmotor 312 aufnehmen und an die Kupplungskomponente 2 weitergeben. Allerdings kann die Getriebeeinrichtung 304 nicht das von der Kupplungskomponente 2 kommende Drehmoment an den Antriebsmotor 312 weitergeben und diesen dadurch bewegen.The self-locking gear device 304 can absorb torque from the drive motor 312 and pass it on to the clutch component 2. However, the transmission device 304 cannot pass on the torque coming from the clutch component 2 to the drive motor 312 and thereby move it.

Die Lenkvorgabeeinrichtung 300 kann hier mit einer Störfallsicherung 305 ausgestattet sein, sodass die Lenkeinheit 301 im Störfall nicht blockiert ist und auch nicht widerstandslos bewegt werden kann. Eine solche Störfallsicherung 305 kann auch bei den anderen hier gezeigten Ausgestaltungen der Lenkvorgabeeinrichtung 300 vorgesehen sein.The steering specification device 300 can here be equipped with a fault protection device 305, so that the steering unit 301 is not blocked in the event of a fault and cannot be moved without resistance. Such an accident protection 305 can also be provided in the other embodiments of the steering specification device 300 shown here.

Die hier gezeigte Lenkvorgabeeinrichtung 300 ist mit verschiedenen Ausgestaltungen der Störfallsicherung 305 ausgestattet, welche alternativ oder auch ergänzend zueinander vorgesehen sein können. Beispielsweise werden die Kupplungskomponenten 2, 3 im Störfall mittels eines Sicherungsbolzen 315 mechanisch miteinander gekoppelt. Zur Bewegung der Lenkeinheit 101 muss dann beispielsweise das Grundmoment des Antriebsmotors 312 aufgebracht werden. Dann ist insbesondere keine selbsthemmende Getriebeeinrichtung 304 vorgesehen.The steering specification device 300 shown here is equipped with various configurations of the malfunction protection 305, which can be provided alternatively or in addition to one another. For example, in the event of a fault, the coupling components 2, 3 are mechanically coupled to one another by means of a securing bolt 315. To move the steering unit 101, the basic torque of the drive motor 312, for example, must then be applied. Then, in particular, no self-locking gear device 304 is provided.

Alternativ oder auch zusätzlich kann die Störfallsicherung 305 eine Permanentmagneteinrichtung 325 umfassen. Diese erzeugt mit einem Permanentmagneten ein Magnetfeld im Spalt 5. Dadurch wird das Medium 6 so beeinflusst, dass die Bewegbarkeit der Kupplungskomponenten 2, 3 mit einem definierten Drehmoment abgebremst ist. Im Normalbetrieb wird das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung 325 dann durch ein entsprechendes Magnetfeld der Spuleneinrichtung 26 überlagert und abgeschwächt oder sogar eliminiert. Zusätzlich oder alternativ zu einem Permanentmagneten kann die Permanentmagneteinrichtung 325 auch durch eine Remanenzeinrichtung bereitgestellt werden. Diese kann ein Bauteil so magnetisieren, dass das Bauteil auch ohne weitere Stromzufuhr ein Magnetfeld bereitstellt.Alternatively or additionally, the malfunction protection 305 can comprise a permanent magnet device 325. This creates a magnetic field in the gap 5 using a permanent magnet. This influences the medium 6 in such a way that the mobility of the coupling components 2, 3 is braked with a defined torque. During normal operation, the magnetic field of the permanent magnet device 325 is then superimposed and weakened or even eliminated by a corresponding magnetic field of the coil device 26. In addition or as an alternative to a permanent magnet, the permanent magnet device 325 can also be provided by a remanence device. This can magnetize a component in such a way that the component provides a magnetic field even without any additional power supply.

Alternativ oder zusätzlich kann die Störfallsicherung 305 einen elektrischen Energiespeicher 335 aufweisen, welche eine Energieversorgung der Kupplungseinrichtung 1 und beispielsweise deren Spuleneinrichtung 26 im Störfall gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich kann der Energiespeicher 335 auch die Energie für die Remanenzeinrichtung oder für einen Aktor für den Sicherungsbolzen 315 bereitstellen.Alternatively or additionally, the malfunction protection 305 can have an electrical energy storage 335, which ensures an energy supply to the coupling device 1 and, for example, its coil device 26 in the event of a malfunction. Alternatively or additionally, the energy storage 335 can also provide the energy for the remanence device or for an actuator for the securing bolt 315.

Vorzugsweise sind die Komponenten der Kupplungseinrichtung 1, durch welche sich das Magnetfeld im Betrieb erstreckt, aus einem Material mit guter magnetischer Leitfähigkeit und einem besonders geringen Restfeld (nahe Null) und insbesondere mit keinem Restfeld gefertigt (keinem Restmagnetismus - es bleibt kein Magnetismus im Magnetkreis zurück). Beispielsweise werden dazu Siliziumstahl und/oder eine weichmagnetische Kobalt-EisenLegierungen (wie z. B. Vacoflux, eine 17 %ige oder 49 %ige Kobalt-Eisen-Legierung) eingesetzt. Diese Werkstoffe können in fester bzw. massiver Form oder in Pulverform (z. B. zum Sintern) eingesetzt werden.Preferably, the components of the coupling device 1, through which the magnetic field extends during operation, are made of a material with good magnetic conductivity and a particularly low residual field (near zero) and in particular with no residual field (no residual magnetism - no magnetism remains in the magnetic circuit ). For example, silicon steel and/or a soft magnetic cobalt-iron alloy (such as Vacoflux, a 17% or 49% cobalt-iron alloy) are used. These materials can be used in solid or solid form or in powder form (e.g. for sintering).

Die Lenkvorgabeeinrichtung 300 kann hier mit einer Lenkungssperre 306 ausgestattet sein, welche als Ausstiegshilfe ausgebildet ist. So kann sich eine Person beim Aussteigen oder auch beim Einsteigen an der Lenkeinheit 301 abstützen. Eine solche Lenkungssperre 306 kann auch in den nachfolgend beschriebenen Ausführungen vorgesehen sein.The steering control device 300 can be equipped here with a steering lock 306, which is designed as an exit aid. This means that a person can support themselves on the steering unit 301 when getting out or getting in. Such a steering lock 306 can also be provided in the embodiments described below.

Beispielsweise umfasst die Lenkungssperre 306 eine Blockiereinrichtung 316. Die Blockiereinrichtung 116 ist an einer hier nicht näher gezeigten Tragstruktur des Fahrzeugs 330 befestigt und kann von dort die Bewegbarkeit der Lenkeinheit 301 formschlüssig blockieren. So wirkt die Lenkungssperre 306 unabhängig von der Kupplungseinrichtung 1.For example, the steering lock 306 includes a blocking device 316. The blocking device 116 is attached to a support structure of the vehicle 330, not shown here, and from there can positively block the mobility of the steering unit 301. The steering lock 306 works independently of the clutch device 1.

Die Lenkungssperre 306 kann aber auch durch die Kupplungseinrichtung 1 bereitgestellt werden. Dazu kann diese beispielsweise ein Drehmoment von mehr als 25 Newtonmeter übertragen. Die Lenkungssperre 306 kann auch durch die zuvor beschriebene Störfallsicherung 305 bereitgestellt werden.The steering lock 306 can also be provided by the clutch device 1. For example, this can transmit a torque of more than 25 Newton meters. The steering lock 306 can also be provided by the previously described malfunction protection 305.

Die 2 zeigt eine besonders kompakte Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300 mit einer selbsthemmenden Getriebeeinrichtung 304 mit einem Antriebsglied 314 und einem Abtriebsglied 324. Die Kupplungskomponenten 2, 3 sind hier koaxial zueinander angeordnet. Dabei ist die radial äußere Kupplungskomponente 2 drehfest mit dem Abtriebsglied 324 gekoppelt. Der wesentliche Grundaufbau der Kupplungseinrichtung 1 ist hier vorzugsweise so wie mit Bezug zur 1 beschrieben.The 2 shows a particularly compact version of the steering control device 300 with a self-locking gear device 304 with a drive member 314 and an output member 324. The coupling components 2, 3 are arranged here coaxially to one another. The radially outer coupling component 2 is coupled to the output member 324 in a rotationally fixed manner. The essential basic structure of the coupling device 1 is here preferably as with reference to 1 described.

Die Getriebeeinrichtung 304 ist hier ein Schneckengetriebe 334. Das Antriebsglied 314 ist als Schneckenwelle 354 ausgebildet und wird direkt vom Antriebsmotor 312 angetrieben. Dazu ist die Schneckenwelle 354 beispielsweise fest mit einer (Rotor-) Welle des Antriebsmotors 312 verbunden oder als solche ausgebildet. Das Abtriebsglied 324 ist als Schneckenrad 344 ausgebildet und kämmt in der Schneckenwelle 354.The gear device 304 here is a worm gear 334. The drive member 314 is designed as a worm shaft 354 and is driven directly by the drive motor 312. For this purpose, the worm shaft 354 is, for example, firmly connected to a (rotor) shaft of the drive motor 312 or designed as such. The output member 324 is designed as a worm wheel 344 and meshes in the worm shaft 354.

Der Antriebsmotor 312 ist zur Drehmomentabstützung 303 an der Widerlagerstruktur 313 befestigt. Das Schneckenrad 344 ist hier mit der Kupplungskomponente 2 drehfest verbunden. Dadurch kann der Antriebsmotor 312 die Kupplungskomponente 2 aktiv drehen. Die Kupplungskomponente 3 ist drehfest mit der Lenkeinheit 101 verbunden. Durch die Selbsthemmung ist die Kupplungskomponente 2 hier sozusagen drehfest am Schneckengetriebe 334 abgestützt, wenn ein Drehmoment aus der Richtung der Lenkeinheit 301 eingeleitet wird. Der Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 wird dann so eingestellt, dass die Lenkeinheit 301 mit einem gewünschten Bremsmoment gebremst wird oder dass an der Lenkeinheit 301 ein gewünschtes Antriebsmoment anliegt.The drive motor 312 is for torque support 303 on the abutment structure 313 attached. The worm wheel 344 is here connected to the coupling component 2 in a rotationally fixed manner. This allows the drive motor 312 to actively rotate the clutch component 2. The clutch component 3 is connected to the steering unit 101 in a rotationally fixed manner. Due to the self-locking, the coupling component 2 is, so to speak, supported in a rotationally fixed manner on the worm gear 334 when a torque is introduced from the direction of the steering unit 301. The adhesion between the clutch components 2, 3 is then adjusted so that the steering unit 301 is braked with a desired braking torque or that a desired drive torque is applied to the steering unit 301.

In der 3 ist eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Lenkvorgabeeinrichtung 300 gezeigt, welche besonders wenig Bauraum benötigt. Dazu ist die radial äußere Kupplungskomponente 2 hier als Schneckenrad 344 ausgebildet oder koaxial innen vom Schneckenrad 344 angeordnet. Das ermöglicht eine besonders kompakte bzw. kurze Ausführung des Kraftstrangs 310.In the 3 an embodiment of the previously described steering specification device 300 is shown, which requires particularly little installation space. For this purpose, the radially outer coupling component 2 is designed here as a worm wheel 344 or is arranged coaxially inside the worm wheel 344. This enables a particularly compact or short design of the power train 310.

Die in der 4 gezeigte Lenkvorgabeeinrichtung 300 ist mit einer Antriebseinrichtung 302 mit zwei Antriebsmotoren 312 ausgestattet. Für beide Antriebsmotoren 312 ist hier eine Drehmomentabstützung 303 vorgesehen, beispielsweise die Widerlagerstruktur 313. Den Antriebsmotoren 312 ist jeweils ein Antriebsglied 314 zugeordnet, welches hier als Schneckenwelle 354 ausgebildet ist. Beide Antriebsglieder 314 treiben hier dasselbe Abtriebsglied 324 an, welches als Schneckenrad 144 ausgebildet ist. Die radial äußere Kupplungskomponente 2 ist als das Schneckenrad 344 ausgebildet oder radial innen davon angeordnet.The ones in the 4 Steering control device 300 shown is equipped with a drive device 302 with two drive motors 312. A torque support 303 is provided here for both drive motors 312, for example the abutment structure 313. A drive member 314 is assigned to each of the drive motors 312, which is designed here as a worm shaft 354. Both drive members 314 drive the same output member 324, which is designed as a worm wheel 144. The radially outer clutch component 2 is designed as the worm wheel 344 or is arranged radially inside thereof.

Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung 300, bei welcher die Kupplungseinrichtung 1 an einer anderen Position im Kraftstrang 310 seriell geschaltet ist, als es zuvor beschrieben wurde. Die Antriebseinrichtung 302 ist hier sowohl funktionell als auch räumlich zwischen der Kupplungseinrichtung 1 und der Lenkeinheit 301 im Kraftstrang angeordnet. Dabei ist die Kupplungskomponente 2 zur Drehmomentabstützung 303 drehfest an der Widerlagerstruktur 313 befestigt. Eine Drehmomentmesseinheit könnte das Reaktionsmoment zwischen der Kupplungskomponente 2 und der der Drehmomentabstützung 303 messen (z. B. Dehnmessstreifen, Drehmomentsensor...) .The 5 shows a steering specification device 300 according to the invention, in which the clutch device 1 is connected in series at a different position in the power train 310 than was previously described. The drive device 302 is arranged here both functionally and spatially between the clutch device 1 and the steering unit 301 in the power train. The coupling component 2 is attached to the abutment structure 313 in a rotationally fixed manner for torque support 303. A torque measuring unit could measure the reaction torque between the clutch component 2 and the torque support 303 (e.g. strain gauges, torque sensor...).

Die Kupplungskomponente 3 dient hier als Drehmomentabstützung 303 für die Antriebseinrichtung 302. Der Antriebsmotor 312 der Antriebseinrichtung 302 ist mit der Lenkeinheit 301 fest gekoppelt und treibt diese an. Beispielsweise ist der Antriebsmotor 312 mit seinem Stator an der Lenkeinheit 301 und mit seinem Rotor an der Kupplungskomponente 3 befestigt. Die Antriebseinrichtung 302 wird hier im Wesentlichen durch den Antriebsmotor 312 bereitgestellt. Die Antriebseinrichtung 302 kann aber auch mit einer z. B. selbsthemmenden Getriebeeinrichtung 304 ausgestattet sein. Die Funktionsweise ist dann beispielsweise analog zu der in der 6 gezeigten Funktionsweise.The clutch component 3 serves here as a torque support 303 for the drive device 302. The drive motor 312 of the drive device 302 is firmly coupled to the steering unit 301 and drives it. For example, the drive motor 312 is attached with its stator to the steering unit 301 and with its rotor to the clutch component 3. The drive device 302 is essentially provided here by the drive motor 312. The drive device 302 can also be equipped with a z. B. self-locking gear device 304. The functionality is then, for example, analogous to that in 6 functionality shown.

Die 6 zeigt eine sehr kompakte Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300. Die grundsätzliche Verschaltung des Kraftstrangs 310 ist hier analog zu der in der 5 gezeigten Verschaltung. Die Antriebseinrichtung 302 ist zwischen Kupplungseinrichtung 1 und Lenkeinheit 301 im Kraftstrang 310 angeordnet.The 6 shows a very compact version of the steering control device 300. The basic connection of the power train 310 is analogous to that in the 5 circuit shown. The drive device 302 is arranged between the clutch device 1 and the steering unit 301 in the power train 310.

Die radial innere Kupplungskomponente 3 dient hier als Drehmomentabstützung 303 und ist an der Widerlagerstruktur 313 angebunden. Dazu ist die Kupplungskomponente 3 beispielsweise über eine Stummelachse an der Widerlagerstruktur 313 befestigt.The radially inner coupling component 3 serves here as a torque support 303 and is connected to the abutment structure 313. For this purpose, the coupling component 3 is attached to the abutment structure 313, for example via a stub axle.

Die radial äußere Kupplungskomponente 2 ist als Schneckenrad 344 ausgebildet oder radial innerhalb eines solchen angeordnet. Der Antriebsmotor 312 ist an der Lenkeinheit 301 befestigt und treibt eine Schneckenwelle 354 an, welche in dem Schneckenrad 344 kämmt.The radially outer clutch component 2 is designed as a worm wheel 344 or is arranged radially within one. The drive motor 312 is attached to the steering unit 301 and drives a worm shaft 354, which meshes in the worm wheel 344.

Wenn die Lenkeinheit 301 durch den Antriebsmotor 312 angetrieben wird, dreht sie sich hier relativ zur Kupplungskomponente 2. Ist der Antriebsmotor 312 inaktiv, verhindert die selbsthemmende Getriebeeinrichtung 304 eine Drehbewegung der Kupplungskomponente 2 und des Schneckenrads 344 relativ zur Lenkeinheit 301. Das Bremsmoment kann dann allein mit der Kupplungseinrichtung 1 erzeugt werden.When the steering unit 301 is driven by the drive motor 312, it rotates relative to the clutch component 2. If the drive motor 312 is inactive, the self-locking gear device 304 prevents a rotational movement of the clutch component 2 and the worm wheel 344 relative to the steering unit 301. The braking torque can then alone can be generated with the coupling device 1.

Die Lenkeinheit 101 stellt hier einen Aufnahmeraum 321 bereit, in welchem die Antriebseinrichtung 302 mitsamt des Antriebsmotors 312 und der Getriebeeinrichtung 304 untergebracht ist. Zudem ist die radial äußere Kupplungskomponente 2 vollständig im Aufnahmeraum 321 angeordnet. Die radial innere Kupplungskomponente 3 ist hier teilweise im Aufnahmeraum 321 untergebracht. In einer vorteilhaften Ausführung kann die Kupplungskomponente 3 auch vollständig im Aufnahmeraum 321 angeordnet sein.The steering unit 101 here provides a receiving space 321 in which the drive device 302 together with the drive motor 312 and the gear device 304 is accommodated. In addition, the radially outer coupling component 2 is arranged completely in the receiving space 321. The radially inner coupling component 3 is here partially housed in the receiving space 321. In an advantageous embodiment, the coupling component 3 can also be arranged completely in the receiving space 321.

Bei der in der 7 gezeigten Lenkvorgabeeinrichtung 300 kann die Lenkeinheit 301 während eines autonomen Fahrbetriebs eingefahren werden. Dazu ist die Lenkwelle 322 hier als formschlüssige Schiebewelle ausgebildet, bei der beispielsweise zwei Wellenteile teleskopartig ineinandergeschoben werden können.At the in the 7 Steering control device 300 shown can be used to retract the steering unit 301 during autonomous driving. For this purpose, the steering shaft 322 is designed here as a positive sliding shaft, in which, for example, two shaft parts can be telescopically pushed into one another.

Die Antriebseinrichtung 302 und die Kupplungseinrichtung 1 sind hier innerhalb bzw. unterhalb einer Cockpitstruktur 340 angeordnet, in welcher auch die Instrumententafel 320 angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung 302 und die Kupplungseinrichtung 1 liegen in Vorwärtsfahrtrichtung vor und teilweise unterhalb der Instrumententafel 320. Beispielsweise sind die Antriebseinrichtung 302 die Kupplungseinrichtung 1 dazu im Bereich einer Spritzwand 323 angeordnet. Die Spritzwand 323 kann als Widerlagerstruktur 313 dienen.The drive device 302 and the coupling device 1 are arranged here within or below a cockpit structure 340, in which the instrument panel 320 is also arranged. The drive device 302 and the coupling device 1 are located in the forward direction of travel and partially below the instrument panel 320. For example, the drive device 302 and the coupling device 1 are arranged in the area of a bulkhead 323. The bulkhead 323 can serve as an abutment structure 313.

Dadurch sind diese so weit von der Lenkeinheit 101 beabstandet, dass sich ausreichend Raum für das Einfahren der Lenkeinheit 301 im autonomen Fahrbetrieb ergibt. Zudem kann die Lenkeinheit 301 bei einem Unfall besonders sicher vom Fahrersitz weggezogen werden, da die Antriebseinrichtung 302 und die Kupplungseinrichtung 1 nicht mitbewegt werden müssen.As a result, they are spaced so far from the steering unit 101 that there is sufficient space for the steering unit 301 to retract in autonomous driving mode. In addition, the steering unit 301 can be pulled away from the driver's seat particularly safely in the event of an accident, since the drive device 302 and the coupling device 1 do not have to be moved.

Die 8 zeigt eine Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300, bei welcher der Antriebsmotor 312 an der Widerlagerstruktur 313 befestigt ist und die Kupplungskomponente 2 direkt antreibt. Zum Beispiel ist auf der Kupplungskomponente 2 eine Außenverzahnung aufgebracht und der Antriebsmotor 312 weist ein passendes Zahnrad auf. Der Antriebsmotor 312 kann hier mit oder ohne Untersetzung sein. Es können auch zwei oder mehrere Antriebsmotoren 312 verwendet werden (Redundanz; Gleichteile für höheres Drehmoment).The 8th shows an embodiment of the steering control device 300, in which the drive motor 312 is attached to the abutment structure 313 and drives the clutch component 2 directly. For example, external teeth are applied to the clutch component 2 and the drive motor 312 has a matching gear. The drive motor 312 can be with or without reduction here. Two or more drive motors 312 can also be used (redundancy; identical parts for higher torque).

Die 9 zeigt eine Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300, deren grundsätzlicher Aufbau analog zu der in der 8 gezeigten Lenkvorgabeeinrichtung 300 ist. Allerdings treibt der Antriebsmotor 312 hier die Kupplungskomponente 2 über einen Riementrieb mit einem Riemen 332 an. Alternativ zum Riementrieb kann auch eine andere Art Getriebe vorgesehen sein. Die andere Kupplungskomponente 3 wirkt hier direkt auf die Lenkwelle 322.The 9 shows an embodiment of the steering control device 300, the basic structure of which is analogous to that in the 8th steering specification device 300 shown is. However, the drive motor 312 here drives the clutch component 2 via a belt drive with a belt 332. As an alternative to the belt drive, another type of transmission can also be provided. The other clutch component 3 acts directly on the steering shaft 322.

Die Kupplungseinrichtung 1 wird bei den hier gezeigten Lenkvorgabeeinrichtungen 300 z. B. so angesteuert, dass der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 302 und der Lenkeinheit 301 verändert werden kann, während die Antriebseinrichtung 302 die Lenkeinheit 301 aktiv bewegt oder während die Antriebseinrichtung 302 aktiv gegen eine manuelle Bewegung drückt. So wird das Antriebsmoment des Antriebsmotors 312 besonders sanft ein- oder ausgekuppelt und kann zugleich auch gezielt variiert werden. Insgesamt kann das Lenkverhalten erheblich präziser und schneller beeinflusst werden.The clutch device 1 is used in the steering control devices 300 shown here, for example. B. controlled so that the power flow between the drive device 302 and the steering unit 301 can be changed while the drive device 302 actively moves the steering unit 301 or while the drive device 302 actively pushes against a manual movement. The drive torque of the drive motor 312 is engaged or disengaged particularly gently and can also be varied in a targeted manner at the same time. Overall, the steering behavior can be influenced much more precisely and quickly.

Der Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 302 und der Lenkeinheit 301 kann auch verändert werden, während die Antriebseinrichtung 302 mit der selbsthemmenden Getriebeeinrichtung 304 das Drehmoment einer manuellen Bewegung der Lenkeinheit 301 abstützt. So kann die Lenkeinheit 301 stärker oder schwächer abgebremst werden, ohne dass der Antriebsmotor 312 aktiv sein muss. Das spart Energie.The power flow between the drive device 302 and the steering unit 301 can also be changed while the drive device 302 with the self-locking gear device 304 supports the torque of a manual movement of the steering unit 301. The steering unit 301 can thus be braked more or less without the drive motor 312 having to be active. This saves energy.

Für eine besondere Lenkpräzision und zur Einsparung von Energie stellt die Kupplungseinrichtung 1 den Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 302 und der Lenkeinheit 301 erst dann her, wenn der Antriebsmotor 312 eine Mindestdrehzahl erreicht hat. z. B. wird der Antriebsmotor 312 ohne Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 (also bei geöffneter Kupplung) angefahren. Nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird dann der Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 langsam erhöht oder auch umgehend auf einen Maximalwert eingestellt.For particular steering precision and to save energy, the clutch device 1 only establishes the power flow between the drive device 302 and the steering unit 301 when the drive motor 312 has reached a minimum speed. e.g. B. the drive motor 312 is started without a frictional connection between the clutch components 2, 3 (i.e. with the clutch open). After reaching a certain speed, the adhesion between the clutch components 2, 3 is then slowly increased or immediately set to a maximum value.

Zudem kann der Kraftfluss mit der Kupplungseinrichtung 1 so geregelt werden, dass Drehmomentschwankungen und Drehzahlwelligkeiten des Antriebsmotors 312 ausgeglichen werden. Dazu kann der Kraftschluss zwischen den beiden Kupplungskomponenten 2, 3 bei laufendem Antriebsmotor 312 stufenlos erhöht und erniedrigt werden, sodass das übertragbare Drehmoment gezielt angepasst und Schwankungen ausgeglichen werden kann.In addition, the power flow with the clutch device 1 can be regulated so that torque fluctuations and speed ripples of the drive motor 312 are compensated for. For this purpose, the adhesion between the two clutch components 2, 3 can be continuously increased and decreased while the drive motor 312 is running, so that the transferable torque can be adjusted in a targeted manner and fluctuations can be compensated for.

Bei aktivem Antriebsmotor 312 kann z. B. der maximale Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 eingestellt werden und somit das maximal übertragbare Drehmoment an die Lenkeinheit 101 weitergeben werden. Bei laufendem Antriebsmotor 312 kann der Kraftschluss zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 auch erheblich zügiger getrennt werden, als es mit einer Drehzahlanpassung des Antriebsmotors 312 möglich wäre.When the drive motor 312 is active, e.g. B. the maximum adhesion between the clutch components 2, 3 can be set and thus the maximum transferable torque will be passed on to the steering unit 101. When the drive motor 312 is running, the adhesion between the clutch components 2, 3 can also be separated considerably more quickly than would be possible by adjusting the speed of the drive motor 312.

Zudem kann durch gezieltes Verändern des Kraftschlusses zwischen den Kupplungskomponenten 2, 3 ein haptisches Feedback erzeugt werden. Das Feedback ist z. B. als eine Vibration am Lenkrad spürbar. Dadurch kann der Fahrer beispielsweise auf eine ungünstige Fahrweise, eine Gefahrensituation oder eine erkannte Müdigkeit oder dergleichen hingewiesen werden.In addition, haptic feedback can be generated by specifically changing the adhesion between the coupling components 2, 3. The feedback is e.g. B. noticeable as a vibration on the steering wheel. In this way, the driver can be informed, for example, of an unfavorable driving style, a dangerous situation or detected tiredness or the like.

Die Strom- und Signalzufuhr zur Kupplungseinrichtung kann über Kabel, Schleifringe, Wickelfedern, Funk oder induktiv sein, ohne darauf beschränkt zu sein.The power and signal supply to the clutch device can be via cable, slip rings, coil springs, radio or inductive, but is not limited to this.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11: Magnetorheologische KupplungseinrichtungMagnetorheological coupling device
2,32.3: KupplungskomponenteCoupling component
55: Spaltgap
66: Mediummedium
2626: SpuleKitchen sink
7070: SensoreinrichtungSensor device
300300: LenkvorgabeeinrichtungSteering specification device
301301: LenkeinheitSteering unit
302302: AntriebseinrichtungDrive device
303303: DrehmomentabstützungTorque support
304304: GetriebeeinrichtungTransmission device
305305: StörfallsicherungAccident protection
306306: LenkungssperreSteering lock
307307: AktuatoreinrichtungActuator device
310310: Kraftstrangpower line
311311: Lenkradsteering wheel
312312: Antriebsmotordrive motor
313313: WiderlagerstrukturAbutment structure
314314: AntriebsgliedDrive member
315315: Sicherungsbolzensafety bolt
316316: BlockiereinrichtungBlocking device
320320: Instrumententafeldashboard
321321: AufnahmeraumRecording room
322322: LenkwelleSteering shaft
323323: SpritzwandSplash wall
324324: Abtriebsgliedoutput member
325325: PermanentmagneteinrichtungPermanent magnet device
330330: Fahrzeugvehicle
331331: SteuerhornControl horn
332332: Riemenbelt
334334: Schneckengetriebeworm gear
335335: EnergiespeicherEnergy storage
340340: CockpitstrukturCockpit structure
344344: Schneckenradworm wheel
354354: Schneckenwelleworm shaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10221241 A1 [0011]
EP 2021085570 [0068]

Claims

Steering specification device (300) for specifying a steering movement according to the steer-by-wire concept, comprising at least one power train (310) with at least one movable steering unit (301), in particular steering wheel (311), and at least one drive device (302) with at least one Drive motor (312) for generating a torque acting on the steering unit (301), characterized in that the power train (310) comprises at least one controllable magnetorheological clutch device (1) with at least two clutch components (2, 3) that can be rotated relative to one another and that the clutch device (1) is connected in series to the drive device (302) in the power train (310) and that a torque that can be transmitted between the drive device (302) and the steering unit (301) can be changed in a targeted manner by means of the coupling device (1).

Steering specification device (300) according to the preceding claim, wherein the steering unit (301) can only be moved together with at least one of the at least two coupling components (2, 3).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the steering unit (301) is actively movable by means of the drive device (302) and wherein the drive device (302) generates a torque for this purpose and the torque transmitted to the steering unit (301) by means of the clutch device (1) is adjustable.

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein a manual movement of the steering unit (301) can be subjected to a torque that counteracts the movement and wherein the torque can be adjusted by means of the coupling device (1) and wherein the drive device (302) acts as a torque support (303) is used for the coupling device (1).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the drive device (302) comprises at least one gear device (304) which can be driven by the drive motor (312) and wherein the gear device (304) is designed to be self-locking, so that the gear device (304) has a torque of can receive and pass on the drive motor (312), but cannot move the drive motor (312).

Steering control device (300) according to the preceding claim, wherein the transmission device (304) has at least one drive member (314) driven by the drive motor (312), preferably a worm shaft (354), and at least one output member (324) driven by the drive member (314), preferably includes a worm wheel (344), and wherein the drive member (314) and the drive motor (312) cannot be driven by the output member (324) due to the self-locking.

Steering control device (300) according to the preceding claim, wherein at least one of the at least two coupling components (2, 3) is coupled in a rotationally fixed manner to the output member (324) and is preferably designed as a worm wheel (344) or is at least partially arranged radially inside of the worm wheel (344). is.

Steering control device (300) according to one of the two preceding claims, wherein the coupling components (2, 3) are arranged at least in sections coaxially with one another and wherein the radially outer coupling component (2, 3) is coupled in a rotationally fixed manner to the output member (324).

Steering specification device (300) according to one of the three preceding claims, wherein the drive device (302) comprises at least two drive motors (312), wherein the drive motors (312) are each assigned a drive member (314) and wherein the drive members (314) have the same output member (324 ).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the coupling device (1) is arranged between the steering unit (301) and the drive device (302) in the power train (310).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein one of the coupling components (2, 3) is connected in a rotationally fixed manner to the steering unit (301) and wherein another of the coupling components (2, 3) can be driven by the drive device (302) and wherein the Drive device (302) for torque support (303) is connected on the vehicle side.

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the drive device (302) is arranged between the clutch device (1) and the steering unit (301) in the power train (310).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein one of the coupling components (2, 3) is connected to the vehicle side for torque support (303) and wherein another of the clutch components (2, 3) is designed as a torque support (303) for the drive device (302).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the steering unit (301) provides at least one receiving space (321) and wherein the drive device (302) and the coupling device (1) are at least partially arranged in the receiving space (321).

Steering control device (300) according to one of the preceding claims, wherein the drive device (302) and the coupling device (1) are arranged at least partially spaced apart from the steering unit (301), so that in the operational installation position they are below and / or in the intended forward direction of travel in front of an instrument panel ( 320) of a vehicle (330) to be steered can be arranged.

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein the steering unit (301) is designed to be retractable at least for autonomous driving operation.

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, comprising at least one malfunction protection (305), which is suitable and designed to apply a targeted torque to the mobility of the steering unit (301) at least in the event of a malfunction of the clutch device (1), so that the Steering unit (301) is neither blocked nor can be moved without resistance.

Steering specification device (300) according to the preceding claim, wherein the fault protection (305) mechanically couples the clutch components (2, 3) to one another in the event of a fault, so that a minimum friction occurs between the clutch components (2, 3) and / or the clutch components (2, 3) are connected in a rotationally fixed manner.

Steering specification device (300) according to one of the two preceding claims, wherein the malfunction protection (305) comprises at least one permanent magnet device (325), the magnetic field of which brakes the mobility of the clutch components (2, 3) with a defined torque and wherein the magnetic field of the permanent magnet device (325) can be reduced and/or amplified in normal operation by an electrical coil device (26).

Steering specification device (300) according to one of the three preceding claims, wherein the malfunction protection (305) comprises at least one electrical energy storage (335) for supplying energy to the clutch device (1) in the event of an accident and wherein the energy storage (335) at least provides the energy for an electrical coil device (26 ) for influencing a magnetorheological medium (6).

Steering specification device (300) according to the previous claim, wherein the energy storage (355) is arranged within the clutch device (1).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, comprising at least one controllable steering lock (306) for blocking the mobility of the steering unit (301), the steering lock (306) being designed as an exit aid.

Steering control device (300) according to the preceding claim, wherein the steering lock (306) is provided by the clutch device (1) and wherein the clutch device (1) can transmit a torque of more than 25 Nm for this purpose.

Steering specification device (300) according to one of the two preceding claims, wherein the steering lock (306) comprises a blocking device (316) and wherein the blocking device (316) is suitable and designed to ensure the mobility of the steering unit (301) independently of the coupling device (1). to block.

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, comprising an actuator device (307) for converting a steering movement carried out with the steering unit (301) into a vehicle movement, the steering unit (301) and the actuator device (307) in normal operation only after the steering by-Wire concept are effectively connected.

Steering control device (300) according to one of the preceding claims, wherein at least one gap (5) which is at least partially filled with a magnetorheological medium (6) is formed between the coupling components (2, 3) and wherein the medium (6) is formed by means of at least one of one Electric coil device (26) generated magnetic field can be specifically influenced in order to adjust the mobility of the coupling components (2, 3).

Steering specification device (300) according to one of the preceding claims, wherein a switching time of the clutch device (1) is less than 10 ms.

Steering control device (300) according to one of the preceding claims, wherein a reason torque of the coupling device (1) is less than 0.1 Nm.

Method for operating a steering specification device (100) according to one of the preceding claims, wherein a torque (so-called force flow) that can be transmitted between the drive device (302) and the steering unit (301) is changed with the clutch device (1), while the drive device (302). Steering unit (301) actively moves and / or while the drive device (302) supports the torque of a manual movement of the steering unit (301).

Method according to the preceding claim, wherein the coupling device (1) enables the flow of force between the drive device (302) and the steering unit (301) only after a start-up phase of the drive device (302) and preferably only when a minimum speed has been reached.

Method for operating a steering specification device (100) according to one of the two preceding claims, wherein the coupling device (1) regulates the flow of force between the drive device (302) and the steering unit (301) so that torque fluctuations and / or a speed ripple of the drive device (302) be at least partially offset.