DE102022109052A1

DE102022109052A1 - Lenkvorgabeeinrichtung zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept und Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorgabeeinrichtung

Info

Publication number: DE102022109052A1
Application number: DE102022109052.3A
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
Also published as: WO2023198759A1

Abstract

Lenkvorgabeeinrichtung (300) zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept, umfassend eine bewegbare Lenkeinheit (301) und eine Antriebseinrichtung (302) zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit (301) wirkenden Drehmoments. Eine Störfallsicherung (305) dient dazu, dass die Lenkeinheit (301) bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (302) weder blockiert ist noch widerstandslos bewegt werden kann. Die Störfallsicherung (305) umfasst eine von der Antriebseinrichtung (302) unabhängige Bremseinrichtung (1), deren maximales Bremsmoment kleiner als ein maximales Drehmoment der Antriebseinrichtung (302) ist. Die Störfallsicherung (305) ist dazu geeignet und ausgebildet, bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (302) die Bremseinrichtung (1) zu betätigen und dadurch die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mit einem gezielten Bremsmoment, sogenanntes Störfallbremsmoment, zu bremsen (300).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorgabeeinrichtung zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept. Die Lenkvorgabeeinrichtung umfasst wenigstens eine bewegbare Lenkeinheit und wenigstens eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit wirkenden Drehmoments.
An solche Lenkvorgabeeinrichtungen werden hohe Anforderungen gestellt. So werden beispielsweise präzise Lenkrückmeldungen und ein spielfreies bzw. ruckfreies Lenkverhalten besonders um die Mittellage sowie ein insgesamt sehr leichtgängiges harmonisches Lenkverhalten gefordert. Zudem muss die Lenkeinrichtung hohe Drehmomente bereitstellen bzw. der manuellen Lenkbewegung entgegen stellen können (das Drehmoment entspricht dann einem Bremsmoment). Das ist z. B. zur Darstellung von Endanschlägen, für das Abstützen beim Aussteigen oder als Gegenmoment bei sehr schnellen Verdrehungen bzw. Lenkbewegungen.
Daher 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 (Nm) und kurzzeitig passive Bremsmomente bis 25 Nm.
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. Der Direktantrieb dient dabei zum Rückstellen des Lenkrads nach einer Kurvenfahrt. Zum Aufbringen eines aktiven Gegenmoments einer durch den Fahrer ausgeübten Lenkbewegung ist die magnetorheologische Bremseinrichtung vorgesehen. Diese soll einen geringen Stromverbrauch aufweisen und ein sehr hohes Gegenmoment ohne eine übermäßige Erwärmung bereitstellen können.
Eine weitere Anforderung an Lenkvorgabeeinrichtungen betrifft die Sicherheit bei einem Störfall und beispielsweise bei einem Stromausfall oder einem Ausfall der Komponenten zur Erzeugung des Drehmoments (Failsafefall). Dadurch, dass der Lenkbewegung kein Drehmoment mehr entgegengesetzt wird, geht die Lenkung sehr leicht und es wird beim Lenken kein Widerstand mehr verspürt.
Zum Beispiel nimmt bei einem plötzlichen Ausfall eines Elektromotors beim Einlenken in eine Kurve das der manuellen Lenkbewegung entgegenwirkende Drehmoment im Lenkstrang schlagartig ab. Dadurch kann es zu einer unbeabsichtigten Vorgabe eines starken Lenkeinschlags über das Lenkrad (Überlenken) kommen. Es ergibt sich ein sehr gefährlicher Fahrzustand, welcher durch den Fahrer bzw. die Fahrerin wieder korrigiert werden muss. Das kann sogar zum Verlust der Beherrschung des Fahrzeugs führen, wenn der Fahrer in z. B. einer kurvigen Bergstrecke entweder in die Gegenfahrbahn oder über den Fahrbahnrand hinaus überlenkt. Die bekannten Lenksysteme, mit denen solche Fehler abgefangen werden können (redundanter Aufbau), sind in der Regel sehr komplex aufgebaut, bauraum- und sehr kostenintensiv.
Wenn die Lenkeinheit generell (mechanisch) schwergängig ausgelegt wird (= hohes Grundmoment) ist eine haptisch einwandfreie Regelbarkeit im Normalbetrieb (aktives Rückstellen...) nicht mehr möglich. Nur sehr leichtgängige Lenkeinheiten (bevorzugt < 0,1 Nm Grundmoment sämtlicher Steer-by-Wire Lenkkomponenten) ermöglichen haptisch anspruchsvolle und harmonische Lenkbewegungen.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lenkvorgabeeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Lenkvorgabeeinrichtung auch bei einem Störfall eine hohe Sicherheit bieten und zugleich konstruktiv und bauraumtechnisch unaufwendig umsetzbar und wirtschaftlich herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkvorgabeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand von Anspruch 24. 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.
Die erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung dient zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept. Die Lenkvorgabeeinrichtung kann z. B. zum Steuern eines Fahrzeugs oder zum Steuern einer Simulatoreinrichtung oder einer Computersimulation (z. B. Gaming) dienen. Die Lenkvorgabeeinrichtung umfasst wenigstens eine bewegbare Lenkeinheit und wenigstens eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit wirkenden Drehmoments. Die Lenkvorgabeeinrichtung umfasst wenigstens eine Störfallsicherung. Die Störfallsicherung dient dazu, dass die Lenkeinheit einem Störfall die Antriebseinrichtung weder blockiert ist noch widerstandslos bewegt werden kann. Dabei umfasst die Störfallsicherung wenigstens eine von der Antriebseinrichtung unabhängige Bremseinrichtung. Das maximale Bremsmoment der Bremseinrichtung ist kleiner (oder gleich) als ein maximales Drehmoment der Antriebseinrichtung. Dabei ist die Störfallsicherung dazu geeignet und ausgebildet, bei einem Störfall der Antriebseinrichtung die Bremseinrichtung zu betätigen und dadurch (mittels der Bremseinrichtung) die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mit einem gezielten Bremsmoment (nachfolgend als Störfallbremsmoment bezeichnet) zu bremsen.
Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Störfallsicherung mit ihrer von der Antriebseinrichtung unabhängigen Bremseinrichtung. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Auslegung des maximalen Bremsmoments der Bremseinrichtung. Das ermöglicht eine sehr zuverlässige und zugleich besonders unaufwendig umsetzbare Absicherung bei Störfällen. Durch das in der Höhe beschränkte Bremsmoment wird der Gefahr entgegengewirkt, dass die Bremseinrichtung bei einem Störfall der Antriebseinrichtung selbst auch zu einer kritischen Fehlerquelle wird und beispielsweise die Bewegbarkeit (Verdrehung) der Lenkeinheit blockiert oder zu stark bremst.
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 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.
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.
Besonders bevorzugt beträgt das maximale Bremsmoment der Bremseinrichtung weniger als 6 Nm. Vorzugsweise liegt das maximale Bremsmoment zwischen 0,1 Nm und 6 Nm. Insbesondere beträgt das maximale Bremsmoment weniger als 4 Nm und vorzugsweise weniger als 3,8 Nm. Insbesondere liegt das maximale Bremsmoment zwischen 1 Nm und 6 Nm und vorzugsweise zwischen 1,5 Nm und 3,8 Nm. Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass das maximale Bremsmoment maximal 3,8 Nm und vorzugsweise maximal 3,6 Nm und besonders bevorzugt maximal 3,5 Nm beträgt. Solche Auslegungen des maximalen Bremsmoments erlauben im Störfall einen spürbaren Widerstand und ermöglichen dennoch eine leichtgängige Bewegbarkeit zum sicheren Lenken.
Insbesondere sind das maximale Bremsmoment und das Störfallbremsmoment auf die Größe der Lenkeinheit (insbesondere Durchmessers eines Lenkrads und/oder Steuerrads und/oder Spannweite eines Lenkers) abgestimmt. Je nach Lenkraddurchmesser können die notwendigen oder maximalen Bremsmomente variieren, welche sich für den Nutzer haptisch gut anfühlen bzw. sicherheitstechnisch akzeptabel sind. Größere Lenkraddurchmesser benötigen höhere Bremsmomente. Die Tangentialkräfte des Bedieners (Bedienkräfte) am Durchmesser der Lenkeinrichtung (Angriffspunkt am Lenkradkranz) sind hierbei maßgebend. Bei 3,5 Nm Bremsmoment und einem Durchmesser von 330 mm der Lenkvorgabeeinrichtung ergeben sich Tangentialkräfte (die den Bedienkräften des Benutzers entgegenwirken) 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 Bremsmomente zulässig bzw. haptisch möglich sind (z.B. Tangential-/Bedienkraft = 21 N; Lenkraddurchmesser = 500 mm. Daraus folgt, dass ca. 5,25 Nm als maximales Bremsmoment möglich sind).
Günstigerweise beträgt eine durch die Bremseinrichtung hervorgerufene maximale Tangentialkraft an der Lenkvorgabeeinrichtung (und insbesondere an der Lenkeinheit), die einer Bedienkraft eines Benutzers an einem Angriffspunkt der Lenkeinheit entgegenwirkt, weniger als 30 N und vorzugweise maximal 20 N. Die maximale Tangentialkraft entspricht dem maximalen Bremsmoment multipliziert mit einem Abstand (des Angriffspunkts) von einer Drehachse der Lenkeinheit.
Möglich ist auch, dass das maximale Bremsmoment der Bremseinrichtung nur einen Bruchteil des von der Antriebseinrichtung maximal bereitstellbaren Drehmoments entspricht. Insbesondere beträgt das maximale Bremsmoment weniger als die Hälfte und bevorzugt weniger als ein Drittel und besonders bevorzugt weniger als ein Viertel des maximalen Drehmoments der Antriebseinrichtung. Das maximale Bremsmoment kann auch weniger als ein Fünftel oder ein Sechstel oder ein Achtel des maximalen Drehmoments der Antriebseinrichtung betragen.
Vorzugsweise entspricht das maximale Bremsmoment dem Störfallbremsmoment. Mit anderen Worten, das Störfallbremsmoment ist gleich dem maximalen Bremsmoment. Insbesondere entspricht das maximale Bremsmoment dem Störfallbremsmoment, sodass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mittels der Bremseinrichtung bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (vorzugsweise ausschließlich) mit dem maximalen Bremsmoment gebremst wird bzw. bremsbar ist. Das ermöglicht eine besonders unaufwendige und zugleich sehr sichere Störfallsicherung. Das Störfallbremsmoment kann auch geringer als das maximale Bremsmoment ausgelegt sein.
Vorzugsweise kann die Bremseinrichtung technisch bedingt kein Bremsmoment aufbringen, welches höher als das maximale Bremsmoment ist. Das bietet den Vorteil, dass es auch bei einer nicht ordnungsgemäß funktionierenden Bremseinrichtung nicht zu einem zu starken Abbremsen oder gar zu einem Blockieren der Lenkeinheit kommen kann.
Insbesondere kann dadurch auch bei einer Störung der Bremseinrichtung das maximale Bremsmoment nicht überschritten werden. Insbesondere ist die Bremseinrichtung konstruktiv so ausgelegt, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit nicht stärker als mit dem maximalen Bremsmoment gebremst werden kann. Insbesondere kann die Bremseinrichtung die Bewegbarkeit der Lenkeinheit nicht blockieren. Insbesondere ist die Bremseinrichtung so ausgebildet, dass sie auch bei einer gestörten oder falschen Ansteuerung kein höheres Bremsmoment als das maximale Bremsmoment einstellen kann. Dazu ist die Bremse beispielsweise so ausgebildet, wie es nachfolgend näher beschrieben wird (beispielsweise ist eine magnetische Sättigung des Magnetkreises vorgesehen). Durch eine angepasste konstruktive Auslegung der Bremseinrichtung hinsichtlich des maximalen Bremsmomentes kann auf länderspezifische oder regional unterschiedliche Anforderungen und Vorgaben eingegangen werden.
Die Bremseinrichtung weist vorzugsweise ein fest vorgegebenes Störfallbremsmoment auf. Insbesondere ist das Störfallbremsmoment technisch bzw. konstruktiv bedingt vorgegeben. Insbesondere ist das Störfallbremsmoment konstant. Insbesondere ist das Störfallbremsmoment nicht einstellbar ausgebildet. Mit anderen Worten, bei einem Störfall bremst die Bremseinrichtung immer mit einem fest vorgegebenen und insbesondere konstanten Bremsmoment. Dadurch kann auch bei Ausfall einer Ansteuerung der Bremseinrichtung immer noch ein geeignetes Störfallbremsmoment zum Abbremsen der Lenkeinheit bereitgestellt werden. In solchen Ausgestaltungen entspricht das Störfallbremsmoment insbesondere dem maximalen Bremsmoment oder liegt darunter.
Möglich und vorteilhaft ist aber auch, dass die Bremseinrichtung so ausgebildet ist, dass das Störfallbremsmoment einstellbar ist. Vorzugsweise kann aber auch dann technisch bedingt kein höheres Störfallbremsmoment als das maximale Bremsmoment eingestellt werden.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mittels der Bremseinrichtung entweder nur mit dem Störfallbremsmoment oder gar nicht bremsbar ist. Auch das bietet eine besonders zuverlässige und zugleich unaufwendige Störfallsicherung. Insbesondere kann die Bremseinrichtung in einem gebremsten Schaltzustand nur das Störfallbremsmoment aufbringen. Wenn die Bremseinrichtung die Bewegbarkeit der Lenkeinheit gar nicht bremst, liegt insbesondere nur ein Grundmoment der Bremseinrichtung und insbesondere kein aktives Bremsmoment vor. Hierbei ist ein möglichst geringes Grundmoment der Bremseinrichtung von großer Wichtigkeit, damit im Normalbetrieb ein feinfühliges Lenken möglich und die Regelbarkeit der Antriebseinrichtung gut funktionieren kann (Open/Closed Loop Systeme). Ideal sind hierbei Grunddrehmomente von < 0,1 Nm, bevorzugt < 0,05 Nm und besonders bevorzugt von < 0,02 Nm. Das Grundmoment der Bremseinrichtung könnte auch als Leerlaufmoment der Bremseinrichtung in einem ungebremsten Schaltzustand der Bremseinrichtung bezeichnet werden.
Wenn die Störfallsicherung bei einem Störfall die Bremseinrichtung betätigt, bremst die Bremseinrichtung die Bewegbarkeit der Lenkeinheit vorzugsweise ausschließlich mit dem Störfallbremsmoment. Möglich ist aber auch, dass die Bremseinrichtung im Störfall unterschiedliche Bremsmomente aufbringen kann. Beispielsweise sind die Bremsmomente in Abhängigkeit des Störfalls und/oder der für den aktuellen Fahrzustand benötigten Lenkbedingungen einstellbar.
Vorzugsweise ist die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mittels der Bremseinrichtung ausschließlich bei einem Störfall bremsbar. Vorzugsweise ist die Bewegbarkeit der Lenkeinheit im Normalbetrieb nicht mittels der Bremseinrichtung bremsbar. Das ermöglicht ein besonders hohes Maß an Sicherheit und eine sehr robuste und zugleich kostengünstige Umsetzung der Störfallsicherung. Insbesondere ist die Bremseinrichtung im Normalbetrieb wenigstens zeitweise und vorzugsweise immer in einem ungebremsten Schaltzustand. Insbesondere befindet sich die Bremseinrichtung ausschließlich im Störfall in einem gebremsten Schaltzustand. Insbesondere wird die Bremseinrichtung nur im Störfall von der Störfallsicherung betätigt.
In einer alternativen und ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung kann die Bremseinrichtung aber auch im Normalbetrieb ein Bremsmoment bereitstellen. Dann ist die Bremseinrichtung auch im Normalbetrieb wenigstens zeitweise in einem gebremsten Schaltzustand. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mittels der Bremseinrichtung im Normalbetrieb ausschließlich mit dem Störfallbremsmoment bremsbar ist. Wenn eine Betätigung der Bremseinrichtung im Normalbetrieb vorgesehen ist, bremst die Bremseinrichtung vorzugsweise ausschließlich mit dem Störfallbremsmoment. So kann die Bremseinrichtung beispielsweise zur Unterstützung der Antriebseinrichtung im Normalbetrieb eingesetzt werden. Zugleich ist diese Funktionserweiterung besonders sicher, da auch im Normalbetrieb nur mit dem Störfallbremsmoment gebremst werden kann.
Möglich ist aber auch, dass die Bremseinrichtung im Normalbetrieb die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mit einem definierten Bremsmoment bremst, welches sich vom Störfallbremsmoment unterscheidet und/oder welches (insbesondere stufenlos) einstellbar ist. Insbesondere ist das einstellbare Bremsmoment dabei nicht größer als das maximale Bremsmoment.
Insbesondere ist die Bremseinrichtung zwischen einem gebremsten und einem ungebremsten Schaltzustand umschaltbar. Insbesondere ist die Bremseinrichtung nur zwischen einem (einzigen) gebremsten und einem (einzigen) ungebremsten Schaltzustand umschaltbar. Das bietet eine einfache und zugleich sehr robuste und verlässliche Störfallsicherung. Insbesondere wird die Bewegbarkeit der Lenkeinheit im ungebremsten Schaltzustand nicht durch das Bremsmoment der Bremseinrichtung gebremst. Insbesondere wird die Bewegbarkeit der Lenkeinheit im gebremsten Schaltzustand mit dem Bremsmoment der Bremseinrichtung gebremst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung muss die Bremseinrichtung aktiv insbesondere unter (ständigem) Einsatz von zugeführter und/oder gespeicherter Energie im ungebremsten Schaltzustand gehalten werden. Insbesondere geht die Bremseinrichtung ohne Einsatz von zugeführter und/oder gespeicherter Energie (selbstständig) in den gebremsten Schaltzustand über. Dadurch kann das Störfallbremsmoment auch dann aufgebracht werden, wenn beispielsweise ein Stromausfall vorliegt.
Beispielsweise bremst die Bremseinrichtung aufgrund von gespeicherter mechanischer Energie (z. B. Federspeicher) oder magnetischer Energie (z. B. Magnetfeld eines Permanentmagneten oder magnetisierbarer Bauteile der Bremseinrichtung). Durch zugeführte Energie (z. B. Strom für eine elektrische Spuleneinrichtung) oder weitere gespeicherte Energie (z. B. Druckspeicher) wird die Bremse im ungebremsten Schaltzustand gehalten. Bei Wegfall der gespeicherten oder zugeführten Energie geht die Bremseinrichtung dann von selbst in den gebremsten Schaltzustand über. Um die Bremse wieder in ungebremsten Schaltzustand zu überführen, muss dann beispielsweise ein Druckspeicher aufgeladen oder ein Magnetfeld durch ein anderes Magnetfeld einer elektrischen Spuleneinrichtung überlagert werden.
Die Energie kann beispielsweise in einem Permanentmagneten und/oder einem magnetisierten Werkstoff der Bremseinrichtung und/oder in einem Federspeicher und/oder einem Druckspeicher oder dergleichen gespeichert werden. Die Energie kann beispielsweise elektrisch und/oder magnetisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch oder dergleichen zugeführt werden.
Vorzugsweise ist eine Versorgung der Bremseinrichtung mit der zugeführten und/oder gespeicherten Energie im Normalbetrieb gezielt veränderbar. Insbesondere ist mittels der veränderten Energieversorgung ein im Normalbetrieb vorgesehenes Bremsmoment einstellbar. Dadurch kann die Lenkeinheit auch im Normalbetrieb gezielt gebremst werden, ohne die Zuverlässigkeit der Störfallsicherung ungünstig zu beeinflussen. Beispielsweise kann die gespeicherte Energie teilweise oder ganz abgelassen werden, um die Lenkeinheit im Normalbetrieb zu bremsen. Möglich ist auch, dass im Normalbetrieb gezielt weniger Energie zugeführt wird, um ein bestimmtes Bremsmoment zu erzeugen. Beispielsweise kann durch die reduzierte Energiezufuhr ein Magnetfeld eines Permanentmagneten weniger stark reduziert werden, sodass die Bremseinrichtung die Bewegbarkeit der Lenkeinheit abbremst.
Insbesondere kann durch Stoppen der Energiezufuhr und/oder durch Entladen der gespeicherten Energie die Bewegbarkeit der Lenkeinheit abgebremst werden. Insbesondere ist die Störfallsicherung dazu geeignet und ausgebildet, bei einem Störfall die Energiezufuhr zu unterbrechen und/oder die gespeicherte Energie zu entladen und dadurch die Bremseinrichtung in den gebremsten Schaltzustand zu überführen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt die Bremseinrichtung ohne Energiezufuhr im ungebremsten Schaltzustand vor. Insbesondere ist die Bremseinrichtung (nur) unter (ständiger) Zufuhr von Energie vom ungebremsten in den gebremsten Schaltzustand umschaltbar. Insbesondere muss die Bremseinrichtung aktiv unter Einsatz von Energie in den gebremsten Schaltzustand überführt werden. Besonders bevorzugt ist die dazu notwendige Energie in der Störfallsicherung gespeichert. Eine solche Ausführung ist besonders sicher, da die Störfallsicherung nicht auf Energie von außen angewiesen ist. Insbesondere ist die Störfallsicherung dazu geeignet und ausgebildet, die gespeicherte Energie zur Betätigung der Bremseinrichtung einzusetzen. Insbesondere umfasst die Störfallsicherung wenigstens ein Speichermittel für die Energie.
Es ist möglich, dass die Energiezufuhr gezielt veränderbar ist, um ein im Normalbetrieb vorgesehenes Bremsmoment einzustellen. Insbesondere wird dann auch im Normalbetrieb der Bremseinrichtung Energie zugeführt, sodass diese ein definiertes Bremsmoment und vorzugsweise das Störfallbremsmoment und/oder ein (stufenlos) einstellbares Bremsmoment aufbringen kann.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist die Bremseinrichtung magnetorheologisch ausgebildet. Insbesondere umfasst die Bremseinrichtung wenigstens zwei Bremskomponenten. Insbesondere ist wenigstens eine der Bremskomponenten durch die Lenkeinheit drehbar. Insbesondere ist wenigstens eine andere der Bremskomponenten drehfest abgestützt (z. B. an der Antriebseinrichtung oder fahrzeugseitig). Insbesondere ist zwischen den Bremskomponenten wenigstens ein Spalt ausgebildet. Insbesondere ist der Spalt wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt. Insbesondere ist das Medium mittels wenigstens einer Felderzeugungseinrichtung gezielt beeinflussbar. Durch eine solche magnetorheologische Bremseinrichtung können die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders gut genutzt werden.
Insbesondere ist das magnetorheologischen Medium mittels der Felderzeugungseinrichtung gezielt beeinflussbar, um die Bewegbarkeit der Bremskomponenten relativ zueinander einstellen zu können. Insbesondere ist das Medium mittels der Felderzeugungseinrichtung so beeinflussbar, dass die Bewegbarkeit der Bremskomponente mit einem bestimmten Drehmoment beaufschlagt werden kann. Das Drehmoment kann auch null sein. Insbesondere wird durch die Beeinflussung der Bewegbarkeit der Bremskomponenten auch die Bewegbarkeit der Lenkeinheit beeinflusst. Insbesondere wird durch das Bremsen der Bremskomponenten auch die Lenkeinheit gebremst. Die Lenkvorgabeeinrichtung kann wenigstens ein Getriebemittel umfassen, welches dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bewegung der Lenkeinheit in eine Drehbewegung einer der Bremskomponenten umzusetzen.
Die Felderzeugungseinrichtung dient insbesondere zur Erzeugung eines Magnetfelds. Insbesondere erstreckt sich das Magnetfeld wenigstens durch den Spalt und wenigstens abschnittsweise durch die den Spalt umgebenen Bereiche der Bremskomponenten.
Insbesondere entspricht das Magnetfeld einem Magnetkreis oder ist Teil eines solchen. Der Magnetkreis ist insbesondere ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses innerhalb der Bremseinrichtung. Die Felderzeugungseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung und/oder wenigstens eine Permanentmagneteinrichtung. Die Permanentmagneteinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens einen magnetisierbaren Werkstoff. Insbesondere kann ein Werkstoff der Bremskomponenten magnetisierbar sein und die Permanentmagneteinrichtung bereitstellen. Insbesondere umfasst die Bremseinrichtung wenigstens einen Magnetkreis oder kann einen solchen bereitstellen.
Insbesondere weist die Bremseinrichtung während der Bereitstellung des Störfallbremsmoments (bzw. im gebremsten Schaltzustand) wenigstens abschnittsweise eine magnetische Sättigung insbesondere eines Magnetkreises auf. Ein magnetischer Kreis ist insbesondere ein geschlossener Pfad eines magnetischen Flusses. Wird ein ferromagnetischer Körper magnetisiert, so steigen die magnetischen Kräfte zunächst proportional zur Stärke des magnetisierenden Feldes an. Irgendwann jedoch wird eine Sättigung erreicht und die magnetischen Kräfte steigen kaum bis gar nicht mehr an. Die Sättigungsmagnetisierung ist die maximal mögliche Magnetisierung eines Materials. Insbesondere ist die magnetische Sättigung so ausgelegt, dass das maximale Bremsmoment auch dann nicht überschritten werden kann, wenn die Felderzeugungseinrichtung aufgrund einer Störung ein Magnetfeld bereitstellt, welches stärker als ein vorgesehenes Magnetfeld ist. So kann die Bremseinrichtung sicher und einfach kein Bremsmoment erzeugen, welches größer als das maximale Bremsmoment ist.
Beispielsweise könnte eine elektrische Spuleneinrichtung aufgrund einer Störung mit einer höheren Stromstärke oder Spannung als vorgesehen betrieben werden. Durch die magnetische Sättigung im Magnetkreis oder einem Teil des Magnetkreises ergibt sich kein höheres Bremsmoment und es kommt auch in einem solchen Fall nicht zu einem zu starken Abbremsen der Lenkeinheit. Die magnetische Sättigung kann durch gezielte Materialwahl des Magnetkreises (Materialtyp, Querschnitte, Form) oder/und dem Volumenanteil des magnetorheologischen Mediums (z. B. Carbonyleisen) definiert werden. Insbesondere liegt die magnetische Sättigung wenigstens in den den Spalt umgebenen Abschnitten der Bremskomponenten vor.
Vorzugsweise umfasst die Störfallsicherung wenigstens einen elektrischen Energiespeicher zur Energieversorgung der Bremseinrichtung im Störfall. Insbesondere stellt der Energiespeicher wenigstens die Energie für die Felderzeugungseinrichtung zur Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums bereit. Insbesondere kann mit der Energie des Energiespeichers wenigstens das Störfallbremsmoment erzeugt werden. Insbesondere stellt der Energiespeicher die Energie für den Betrieb einer elektrischen Spuleneinrichtung (insbesondere Erzeugung einer magnetischen Flussdichte) bereit. So kann beispielsweise auch bei einem Stromausfall oder bei einer Leitungsunterbrechung zuverlässig gebremst werden und das Fahrzeug sicher auf den Pannenstreifen oder in die Werkstatt gefahren werden. Der Energiespeicher kann wenigstens eine Kondensatoreinrichtung und/oder wenigstens einen Akku und/oder wenigstens eine Batterie umfassen.
Insbesondere ist der Energiespeicher (wenigstens teilweise) innerhalb der Bremseinrichtung angeordnet. Bevorzugt ist der Energiespeicher innerhalb eines Gehäuses der Bremseinrichtung angeordnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Störfallsicherung wenigstens eine Permanentmagneteinrichtung. Insbesondere stellt die Permanentmagneteinrichtung wenigstens ein definiertes Magnetfeld bereit. Insbesondere wird mit dem Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung die Bewegbarkeit der Bremskomponenten so beeinflusst, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit mit dem Störfallbremsmoment abbremsbar ist. Vorzugsweise ist das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung im Normalbetrieb durch eine elektrische Spuleneinrichtung reduzierbar. Insbesondere wird dazu mittels der Spuleneinrichtung ein definiertes Magnetfeld erzeugt, welches dem Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung entgegen gerichtet ist. Insbesondere ist das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung derart reduzierbar, dass sich die Bremseinrichtung im ungebremsten Schaltzustand befindet. Insbesondere ist das Magnetfeld so weit reduzierbar, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit nicht mehr gebremst ist. Insbesondere weist die Bremseinrichtung dabei nur noch ihr Grundmoment auf.
Wenn die Bremseinrichtung auch im Normalbetrieb zum Bremsen vorgesehen ist, kann mit der Spuleneinrichtung das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung auch im Normalbetrieb soweit reduziert werden, dass das jeweils gewünschte Bremsmoment vorliegt. Insbesondere wird das von der Permanentmagneteinrichtung erzeugte Magnetfeld im Magnetkreis mittels dem von der elektrischen Spuleneinrichtung erzeugten (gegenläufigem) Magnetfeld reduziert oder aufgehoben.
Die Permanentmagneteinrichtung kann durch eine Remanenzeinrichtung bereitgestellt werden oder wenigstens eine solche umfassen. Insbesondere ist die Remanenzeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens ein Bauteil der Bremseinrichtung gezielt zu magnetisieren, sodass dieses Bauteil dann ein Magnetfeld bereitstellt (in der Art eines schaltbaren Permanentmagneten). Insbesondere kann das Bauteil auch wieder entmagnetisiert werden (insbesondere durch eine elektrische Spuleneinrichtung).
Die Lenkvorgabeeinrichtung kann wenigstens eine Steuereinrichtung umfassen, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung im Normalbetrieb zur Unterstützung der Antriebseinrichtung zu aktivieren. Dadurch entspricht das auf die Lenkeinheit wirkende Drehmoment insbesondere einer Summe des Drehmoments der Antriebseinrichtung und des Bremsmoments der Bremseinrichtung. Dabei ist das Bremsmoment der Bremseinrichtung insbesondere das Störfallbremsmoment und/oder das maximale Bremsmoment. Das Drehmoment der Antriebseinrichtung kann dabei auch null betragen. Das dabei eingesetzte Bremsmoment der Bremseinrichtung kann auch (insbesondere stufenlos) einstellbar sein. So kann die Antriebseinrichtung entsprechend kleiner und somit leichter und kompakter dimensioniert werden.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Unterstützung zur Erzeugung eines Endanschlags und/oder zur Bereitstellung einer Ausstiegshilfe und/oder während eines Auslenkens der Lenkeinheit aus einer Neutralstellung und/oder beim schnellen Lenken (Ausweichmanöver) zu aktivieren. In solchen Situationen bietet die Unterstützung besonders viele Vorteile.
Insbesondere entspricht das zur Unterstützung dienende Bremsmoment dem Störfallbremsmoment und besonders bevorzugt dem fest vorgegebenen Störfallbremsmoment. Möglich und vorteilhaft ist auch, dass das zur Unterstützung dienende Bremsmoment einstellbar und vorzugsweise stufenlos einstellbar ist.
Die Steuereinrichtung kann dazu geeignet und ausgebildet sein, das zur Unterstützung vorgesehene Bremsmoment in Abhängigkeit einer Position der Lenkeinheit und/oder eines Bewegungsparameters der Lenkeinheit und/oder eines Betriebszustands des Fahrzeugs und/oder abhängig von Sensorsignalen und/oder Informationen/Befehlen einer Steuereinheit und/oder Kräfte an der Spurstange und/oder virtuellen Kräften bei einem virtuellen Fahrzeug (Gamingfahrzeug/Gaminganwendung) einzustellen. Insbesondere kann das Bremsmoment so eingestellt werden, dass es sich mit dem aktuellen Drehmoment der Antriebseinrichtung zu einem gewünschten Soll-Drehmoment ergänzt.
Insbesondere ist das zur Unterstützung dienende Bremsmoment dadurch einstellbar, dass der Bremseinrichtung nur ein definierter Teil der Energie zugeführt wird, welche zum Wechseln von einem gebremsten in einem ungebremsten Schaltzustand nötig ist. Beispielsweise kann das dadurch erfolgen, dass das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung im Normalbetrieb durch die elektrische Spuleneinrichtung nur soweit reduziert wird, dass das zur Unterstützung benötigte Bremsmoment bestehen bleibt.
Das magnetorheologische Medium umfasst vorzugsweise wenigstens ein metallisches Pulver. Insbesondere weist das metallische Pulver einen Volumenanteil von 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 aufgenommen sein. Besonders bevorzugt ist das metallische Pulver mit einer Beschichtung ausgestattet. Durch den Einsatz eines solchen Mediums kann ein besonders geringes Grundmoment erzielt werden. Zugleich kann aufgrund des hohen Volumenanteils ein besonders hohes maximales Bremsmoment erzielt werden. Zudem kann ein solches Medium bei den für die Lenkeinrichtung zu erwartenden Temperaturen mit gleich bleibenden Eigenschaften eingesetzt werden. Das metallische Pulver ist vorzugsweise als Carbonyleisenpulver (reines Eisen) ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Möglich sind auch andere magnetorheologisch ansprechbare Pulver. Alternativ kann das Trägermedium eine Flüssigkeit, z. B. Öl, sein, in der das metallische Pulver zur Ausbildung des magnetorheologischen Mediums aufgenommen ist.
Die Lenkvorgabeeinrichtung kann in einer Ausgestaltung wenigstens zwei Bremseinrichtungen umfassen. Insbesondere ist wenigstens eine erste der wenigstens zwei Bremseinrichtungen (ausschließlich) für die Störfallsicherung vorgesehen. Insbesondere ist wenigstens eine zweite der wenigstens zwei Bremseinrichtungen (ausschließlich) zum Bremsen der Bewegbarkeit der Lenkeinheit im Normalbetrieb und/oder zur Unterstützung der Antriebseinrichtung im Normalbetrieb vorgesehen. Mit der zweiten Bremseinrichtung kann z. B. ein erhöhtes Bremsmoment für Endanschläge (Endanschlagsmoment; maximal möglicher Lenkwinkel oder maximale Lenkwinkelvorgabe) erzeugt werden. Dadurch kann eine besonders präzise und gezielt steuerbare Haptik für die Lenkbewegungen bereitgestellt werden. Zugleich können die Sicherheitsanforderungen besonders unaufwendig und wirtschaftlich umgesetzt werden.
Insbesondere hat die zweite Bremseinrichtung ein maximales Bremsmoment, welches ebenfalls geringer als das maximale Drehmoment der Antriebseinrichtung ist. Vorzugsweise hat die zweite Bremseinrichtung ein Bremsmoment, welches kleiner 6 Nm, bevorzugt weniger als 4 Nm und insbesondere maximal 3,6 Nm oder 3,5 Nm beträgt. Insbesondere ist die zweite Bremseinrichtung in Bezug auf das Bremsmoment so ausgebildet, wie es für die erste Bremseinrichtung beschrieben ist. So kann es auch bei einer Störung der zweiten Bremseinrichtung nicht zu einem zu starken Abbremsen oder gar Blockieren der Lenkeinheit kommen.
In einer möglichen Ausführungsvariante kann die erste Bremseinheit ein maximales Bremsmoment von weniger als 2 Nm und die zweite Bremseinheit ein maximales Bremsmoment von ebenfalls weniger als 2 Nm aufweisen. Somit kann es nicht zu einem starken Abbremsen oder gar Blockieren der Lenkeinheit kommen, wenn beide Bremsen im Eingriff sind. Für den Nutzer ist aber ein klarer Unterschied im Lenkgefühl erkennbar, ob nur mit einer der ersten und zweiten Bremseinrichtungen oder mit beiden Bremseinrichtungen gleichzeitig gebremst wird. So können z.B. Endanschläge haptisch klar dargestellt werden.
Insbesondere ist die zweite Bremseinrichtung bei einem Störfall im ungebremsten Schaltzustand. Die zweite Bremseinrichtung kann aber auch für die Störfallsicherung bereitstehen. Insbesondere ist die Störfallsicherung dazu geeignet und ausgebildet, wahlweise eine der wenigstens zwei Bremseinrichtungen im Störfall zu betätigen. Eine solche Redundanz bietet eine besonders hohe Sicherheit.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Lenkvorgabeeinrichtung, wie sie vorzugsweise zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Verfahren so ausgestaltet, dass die hier beschriebene Lenkvorgabeeinrichtung danach betrieben werden kann.
Die Anmelderin behält sich vor, ein Lenksystem zu beanspruchen, welches eine Lenkvorgabeeinrichtung und eine Aktuatoreinrichtung umfasst. Die Aktuatoreinrichtung dient insbesondere zur Umsetzung einer mit der Lenkeinheit ausgeführten Lenkbewegung in eine Fahrzeugbewegung. Insbesondere sind die Lenkeinheit und die Aktuatoreinrichtung nur nach dem Steer-by-Wire-Konzept wirkverbunden.
Die Lenkvorgabeeinrichtung kann auch zum Steuern einer Simulatoreinrichtung oder einer Computer-Simulation (z. B. in der Art eines Computerspiels oder zum Erlernen einer Fähigkeit) eingesetzt werden. Die Anmelderin behält sich vor, eine Lenkvorgabeeinrichtung zum Steuern einer Simulatoreinrichtung oder einer Computer-Simulation zu beanspruchen. Dabei ist die Lenkvorgabeeinrichtung insbesondere so ausgebildet, wie es zuvor für die erfindungsgemäße Lenkvorgabeeinrichtung beschrieben wurde.
Die Bremseinrichtung kann als eine mechanische, hydraulische, pneumatische, elektrische, magnetische und/oder elektromagnetische Bremse ausgebildet sein. Die Bremseinrichtung kann als eine Reibbremse ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Insbesondere kann durch die Auswahl der Reibkraft das maximale Bremsmoment bzw. das Störfallbremsmoment bzw. eingestellt werden.
Die Bremseinrichtung kann wenigstens einen Energiespeicher umfassen, welche die zum Aufbringen des Störfallbremsmoments notwendige Energie bereitstellt. Die Bremseinrichtung kann einen mechanischen, hydraulischen, pneumatischen, elektrischen, magnetischen und/oder elektromagnetischen Energiespeicher umfassen. Beispielsweise kann eine (mechanische) Feder, ein Druckspeicher, ein Akku, eine Batterie und/oder ein Kondensator oder dergleichen vorgesehen sein. Es ist möglich, dass durch die Auswahl des Energiespeichers das Störfallbremsmoment bzw. das maximale Bremsmoment einstellbar ist.
Die Antriebseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Antriebsmotor. Die Antriebseinrichtung ist insbesondere steuerbar ausgebildet, sodass das Drehmoment eingestellt werden kann. Unter einem maximalen Drehmoment der Antriebseinrichtung wird insbesondere ein Drehmoment verstanden, welches die Antriebseinrichtung in einem bestimmungsgemäßen Betrieb maximal bereitstellen kann. Insbesondere ist das maximale Bremsmoment kleiner als ein maximal von der Bremseinrichtung und der Antriebseinrichtung gemeinsam erzeugbares Drehmoment.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Störfall der Antriebseinrichtung insbesondere verstanden, dass die Antriebseinrichtung kein Drehmoment mehr erzeugen kann. Bei einem Störfall fällt die Antriebseinrichtung insbesondere aus. Beispielsweise ist eine Energiezufuhr oder eine Ansteuerung der Antriebseinrichtung unterbrochen oder ein Antriebsmotor ist defekt oder kann nicht mehr aktiviert werden. Insbesondere wäre die Lenkeinheit bei einem Störfall widerstandslos bewegbar, wenn keine Störfallsicherung vorgesehen wäre.
Insbesondere bringt die Bremseinrichtung im Normalbetrieb kein Bremsmoment auf. Insbesondere bringt die Bremseinrichtung im Normalbetrieb nur ein Grundmoment auf. Vorzugsweise ist das Grundmoment der Bremseinrichtung 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. Insbesondere ist das Grundmoment der Bremseinrichtung kleiner als 1 Nm und vorzugsweise kleiner als 0,5 Nm und besonders bevorzugt nahe null.
Vorzugsweise ist eine Schaltzeit der Bremseinrichtung kleiner als 10 ms. Unter einer Schaltzeit wird insbesondere die Zeit zwischen einem inaktiven Zustand (kein Bremsmoment; insbesondere kein Magnetfeld im Magnetkreis) und einem aktiven Zustand, bei dem wenigstens 90% des maximal übertragbaren Bremsmomentes bereitstehen.
Insbesondere umfasst die Lenkvorgabeeinrichtung wenigstens eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die hier beschriebenen (verfahrensartigen) Schritte mit den hier beschriebenen Mitteln auszuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung mit den Komponenten der Lenkvorgabeeinrichtung und insbesondere mit der Störfallsicherung, der Antriebseinrichtung, der Bremseinrichtung und/oder einer Sensoreinrichtung wirkverbunden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
Darin zeigen:

1 eine rein schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorgabeeinrichtung;
2 eine rein schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Lenkvorgabeeinrichtung; und
3 eine rein schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Lenkvorgabeeinrichtung.

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.
Die Bewegung bzw. Stellung der Lenkeinheit 301 wird hier mit einer Sensoreinrichtung 70 und beispielsweise mit einem Drehwinkelsensor erfasst. In Abhängigkeit eines Sensorsignals der Sensoreinrichtung 70 wird die Lenkbewegung dann mit der Aktuatoreinrichtung 307 entsprechend umgesetzt.
Die Lenkvorgabeeinrichtung 300 umfasst eine Antriebseinrichtung 302 mit einem elektrischen Antriebsmotor 312, welche über eine Lenkwelle 322 mit der Lenkeinheit 301 verbunden ist. Damit wird ein auf die Lenkeinheit 301 wirkendes Drehmoment erzeugt, sodass die Lenkeinheit 301 aktiv nach rechts oder links gedreht werden kann. Mit der Antriebseinrichtung 302 können zudem Kräfte simuliert werden, wie sie z. B. bei einer mechanischen Lenkung an der Lenkeinheit 301 spürbar wären. Dazu wird z. B. ein auf die Lenkeinheit 301 wirkendes Drehmoment (sog. passives Drehmoment) erzeugt, welches der manuellen Bewegung entgegenwirkt.
Die Lenkvorgabeeinrichtung 300 ist mit einer Störfallsicherung 305 ausgestattet, sodass die Lenkeinheit 301 z. B. bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung 302 nicht widerstandslos bewegt werden kann. Dazu weist die Störfallsicherung 305 eine von der Antriebseinrichtung 302 unabhängige Bremseinrichtung 1 auf, welche die Bewegbarkeit der Lenkeinheit 301 mit einem gezielten Bremsmoment, dem sogenannten Störfallbremsmoment, bremsen kann. Die Bremseinrichtung 1 ist hier an den Antriebsmotor 312 der Antriebseinrichtung 302 angeflanscht. Der Antriebsmotor 312 ist hier an einer fahrzeugseitigen Tragstruktur befestigt.
Die hier gezeigte Störfallsicherung 305 kann nicht nur verhindern, dass die Lenkeinheit 301 widerstandslos bewegt werden kann. Sie kann auch besonders zuverlässig gewährleisten, dass die Lenkeinheit 301 beim Ausfall der Antriebseinrichtung 302 nicht blockiert wird. Dazu weist die Bremseinrichtung 1 ein maximales Bremsmoment auf, welches gezielt kleiner als das maximale Drehmoment der Antriebseinrichtung 302 ist.
Das maximale Bremsmoment der Bremseinrichtung 1 beträgt hier 3,5 Nm oder weniger. Dabei entspricht das maximale Bremsmoment auch dem Störfallbremsmoment. Das Störfallbremsmoment ist z. B. fest vorgegeben und nicht einstellbar bzw. verstellbar. Bei einem Störfall der Antriebseinrichtung 302 betätigt die Störfallsicherung 305 die Bremseinrichtung 1, sodass diese von einem ungebremsten in einen gebremsten Schaltzustand wechselt und die Lenkeinheit 301 dann mit dem Störfallbremsmoment von 3,5 Nm bremst.
Bei einem maximalen Bremsmoment von 3,5 Nm oder weniger kann die Lenkeinheit ohne Probleme manuell bedient werden. Bei Bremsmomenten über 3,5 Nm sind in der Regel weitere technische Normen zu erfüllen, die wiederum erhöhte Anforderungen an den Fehlerfall der Bremseinrichtung 1 stellen. Dies kann mit der hier vorgestellten Bremseinrichtung 1, die in ihrer maximalen Bremswirkung auf den genannten Bereich begrenzt ist, verhindert werden. Die hier gezeigte Bremseinrichtung 1 kann stets mit normalen Muskelkräften sicher überdreht werden.
Die Bremseinrichtung 1 ist hier rein beispielhaft als eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ausgebildet. Sie umfasst zwei relativ zueinander drehbare Bremskomponenten 2, 3, zwischen denen ein umlaufender Spalt 5 ausgebildet ist. In dem Spalt 5 ist ein magnetorheologisches Medium 6 angeordnet. Das Medium 6 kann mittels einer Felderzeugungseinrichtung 16 gezielt beeinflusst werden. Dazu wird mit der Felderzeugungseinrichtung 16 ein Magnetfeld erzeugt, welches auf das Medium 6 einwirkt. Durch das Magnetfeld wird das Medium 6 beeinflusst, wodurch wiederum die Bewegbarkeit der Bremskomponenten 2, 3 beeinflusst wird.
Beispielsweise wird die Bewegbarkeit umso stärker gebremst, je stärker das Magnetfeld im Spalt 6 ist. Dabei kann die relative Bewegbarkeit der Bremskomponenten 2, 3 hier so gebremst werden, dass sie frei (mit dem Grundmoment) gedreht werden können oder mit dem maximalen Bremsmoment gebremst werden. Dieser Vorgang ist beliebig oft reproduzierbar, geräuschlos und verschleißfrei.
In der hier gezeigten Ausführung ist die Störfallsicherung 305 mit einer Permanentmagneteinrichtung 325 ausgestattet. Diese erzeugt z. B. mit einem Permanentmagneten ein Magnetfeld im Spalt 5. Dadurch wird das Medium 6 so beeinflusst, dass die Bewegbarkeit der Bremskomponenten 2, 3 (und somit auch die Lenkeinheit 301) mit dem Störfallbremsmoment abgebremst wird. Dadurch nimmt die Bremseinrichtung 1 von sich aus automatisch den gebremsten Schaltzustand an. Für den Normalbetrieb muss die Bremseinrichtung 1 dann aktiv unter Energiezufuhr im ungebremsten Schaltzustand gehalten werden.
Im Normalbetrieb wird das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung 325 durch ein entsprechendes Magnetfeld überlagert und (im Wesentlichen) eliminiert. Das Magnetfeld zur Überlagerung wird hier durch eine elektrische Spuleneinrichtung 26 erzeugt. Für den ungebremsten Schaltzustand muss der Spuleneinrichtung 26 Strom zugeführt werden. Wenn ein Störfall eintritt, wird die Spuleneinrichtung 26 abgeschaltet und die Lenkeinheit 301 wird automatisch mit dem Störfallbremsmoment gebremst. Die elektrische Spuleneinheit samt Magnetkreis und Wirkprinzip sind auf minimalen Leistungs-/Energiebedarf optimiert und ausgelegt, sodass im Störfall wenig Leistung benötigt wird, vorzugsweise weniger als 10 Watt, besonders bevorzugt weniger als 1 Watt.
Zusätzlich oder alternativ zu einem Permanentmagneten kann die Permanentmagneteinrichtung 325 auch durch eine Remanenzeinrichtung bereitgestellt werden. Diese kann ein Bauteil der Bremseinrichtung 1 so magnetisieren, dass das Bauteil auch ohne weitere Stromzufuhr ein Magnetfeld bereitstellt (z.B. AlNiCo). Zur Magnetisierung des Bauteils wird hier z. B. die Spuleneinrichtung 26 eingesetzt. Auch das Magnetfeld zur Überlagerung im Normalbetrieb wird hier durch die Spuleneinrichtung 26 erzeugt.
Die hier gezeigte Störfallsicherung 305 kann auch so ausgebildet sein, dass die Bremseinrichtung 1 im ungebremsten Schaltzustand vorliegt, wenn keine Energiezufuhr erfolgt. Dazu wird im Normalbetrieb kein Magnetfeld erzeugt und die Bremskomponenten 2, 3 sind, abgesehen von einem Grund- oder Leerlaufmoment, frei relativ zueinander drehbar. Im Störfall wird dann mittels der Spuleneinrichtung 26 ein Magnetfeld erzeugt, sodass die Lenkeinheit 301 mit dem Störfallbremsmoment gebremst wird.
Die im Störfall für die Spuleneinrichtung 26 benötigte Energie wird hier in einem elektrischen Energiespeicher 335 der Störfallsicherung 305 gespeichert. Dieser kann innerhalb oder außerhalb der Bremseinrichtung 1 angeordnet sein und umfasst z. B. einen Akku, Kondensator oder eine Batterie oder eine Kombination daraus. Bevorzugt ist der in den Figuren aus darstellerischen Gründen nur schematisch dargestellte Energiespeicher 335 innerhalb, d. h. im Gehäuse der Bremseinrichtung 1 angeordnet, sodass keine Kabel oder Verbindungen zwischen dem Energiespeicher 335 und der Bremseinrichtung 1 außerhalb vom Gehäuse liegen. So kann das Bremsmoment unabhängig von einer fahrzeugeigenen Hauptstromversorgung erzeugt werden (Speicherkapazität z. B. 20h).
Vorzugsweise sind die Komponenten der Bremseinrichtung 1, durch welche sich das Magnetfeld im Betrieb erstreckt (Magnetkreis), aus einem Material mit einem besonders geringen Restfeld (nahe null) und insbesondere mit keinem Restfeld (keinem Restmagnetismus - es bleibt kein Magnetismus im Magnetkreis zurück) gefertigt. Beispielsweise werden dazu Siliziumstahl und/oder weichmagnetische Kobalt-Eisen-Legierungen (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.
Die hier gezeigte Bremseinrichtung 1 hat den besonderen Vorteil, dass sie das Störfallbremsmoment von 3,5 Nm (bzw. ihr maximales Bremsmoment) technisch bedingt nicht überschreiten kann. Auch bei einer Bestromung mit einer Stromstärke über der Nennstromstärke (im Fehlerfall) beträgt das Bremsmoment keinesfalls mehr als das maximale Bremsmoment. Denn die durch die Spuleneinrichtung 26 magnetisierbaren Bauteile befinden sich im Zustand der magnetischen Sättigung, wenn das maximale Bremsmoment erzeugt wird. Auch bei der Ausführung mit der Permanentmagneteinrichtung 325 kann das maximale Bremsmoment nicht überschritten werden.
Die Bremseinrichtung 1 kann in einer vorteilhaften Ausführungsform ausschließlich bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung 302 mit dem vordefinierten, insbesondere konstanten, Störfallbremsmoment bzw. maximalen Bremsmoment wirken. Dabei kann die Bremseinrichtung 1 zwischen den Schaltzuständen „ungebremst“ und „gebremst“ (Bestromung der Spuleneinrichtung 26 mit konstantem Strom mit dem entsprechenden Störfallbremsmoment im Resultat) umgeschaltet werden. Im Normalbetrieb ist die Bremseinrichtung 1 nicht aktiviert und bringt somit, abgesehen von einer ev. konstruktionsbedingten Grundreibung (= Grundmoment), kein Bremsmoment in die Lenkwelle 322 ein.
Die Lenkeinheit 301 kann im Störfall z. B. mit einem Bremsmoment der Bremseinrichtung 1 beaufschlagt werden, wenn die Lenkeinheit 301 ausgehend von einer Neutralstellung (Geradeausfahrt) in eine Drehrichtung hin zu einem der Endanschläge wirkt und in die Gegenrichtung bis zum Erreichen der Neutralstellung deaktiviert wird. Dadurch kann beim Auslenken der Lenkeinheit 301 aus der Neutralstellung ein, insbesondere konstantes, Bremsmoment wirken, während beim Zurücklenken in die Neutralstellung die Lenkeinheit 301 leichtgängig ist. Wird die Neutralstellung dann wiederum in die gegenüberliegende Drehrichtung verlassen, so wird das Bremsmoment aktiviert. Dadurch kann im Störfall eine rudimentäre Haptik bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform kann die Bremseinrichtung 1 zur Beeinflussung des Drehmomentenflusses in der Lenkwelle 322 auch in Kombination mit der Antriebseinrichtung 302 betrieben werden. Beispielsweise kann der Endanschlag und/oder die Ausstiegshilfe mit der Bremseinrichtung 1 zur Erhöhung des Drehmomentes eingesetzt werden. Die Antriebseinrichtung 302 kann entsprechend kleiner dimensioniert werden.
Es ist z. B. auch möglich, einen Gegenmomentanteil während des Auslenkens der Lenkeinheit 301 aus der Neutralstellung mittels der Bremseinrichtung 1 zu verwenden. Die Antriebseinrichtung 302 kann dann entsprechend kleiner dimensioniert werden.
Optional kann die Bremseinrichtung 1 ein zwischen dem Leerlaufmoment und dem maximalen Bremsmoment, insbesondere stufenlos, verstellbares Bremsmoment auf die Lenkeinheit 301 ausüben (im Normalbetrieb, beim Lenken). Dadurch kann die Betätigung spiel- und ruckfrei erfolgen, etc. Die Antriebseinrichtung 302 kann dann entsprechend kleiner dimensioniert werden.
Die Bremseinrichtung 1 kann sich die Lenkarbeit (Force-Feedback-Arbeit) auch mit der Antriebseinrichtung 302 bzw. einer Haupteinheit teilen (Momentenmanagement; Shared Torque; haptisch, sicherheitstechnisch und energetisch vorteilhafte Aufteilung/Verteilung des aktiven (z.B. Drehmoment der Antriebseinrichtung 302) und passiven (Bremsmoment der Bremseinrichtung 1) Drehmomentes). Wobei hierbei die Antriebseinrichtung 302 etwas stärker ausgelegt sein sollte, damit die Momentenanforderungen entsprechend erfüllt werden können.
Die 2 zeigt eine Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300 mit einer Bremseinrichtung 1, welche hier zwischen dem Antriebsmotor 312 der Antriebseinrichtung 302 und der Lenkeinheit 301 angeordnet ist.
In der 3 ist eine Ausführung der Lenkvorgabeeinrichtung 300 mit einer ersten und einer zweiten Bremseinrichtung 1, 10 gezeigt. Die erste Bremseinrichtung 1 dient für die Störfallsicherung 305 und ist wie zuvor beschrieben ausgebildet. Die zweite Bremseinrichtung 10 dient hier zur Unterstützung der Antriebseinrichtung 302 im Normalbetrieb. Auch die zweite Bremseinrichtung 10 weist ein maximales Bremsmoment von gleich oder weniger 3,5 Nm auf.
Im Störfall ist hier vorgesehen, dass die zweite Bremseinrichtung 10 im ungebremsten Schaltzustand ist und damit nur das Grundmoment aufweist. Die zweite Bremseinrichtung 10 kann aufgrund ihres maximalen Bremsmoments aber auch vorteilhaft als redundante Bremse im Störfall dienen.
Die Bremseinrichtungen 1, 10 können z. B. hintereinander geschaltet werden. Die Bremseinrichtungen 1, 10 können dann gemeinsam mit der Antriebseinrichtung 302 bzw. der Haupteinheit im Normalbetrieb das maximale passive Drehmoment aufbringen (Momentenmanagement). Die Bremseinrichtungen 1, 10 haben vorzugsweise den Hauptanteil daran.
Die zuvor beschriebenen Lenkvorgabeeinrichtungen 300 können mit einer Lenkungssperre 306 ausgestattet sein, welche die Bewegbarkeit der Lenkeinheit 301 mechanisch blockieren. So kann sich eine Person beim Aussteigen oder auch beim Einsteigen an der Lenkeinheit 301 abstützen. Beispielsweise umfasst die Lenkungssperre 306 einen Bolzen oder dergleichen, welcher an einer hier nicht näher gezeigten Tragstruktur des Fahrzeugs 330 befestigt ist und sich in die Lenkwelle 322 erstreckt.
Die zuvor beschriebenen Lenkvorgabeeinrichtungen 300 können alternativ zur magnetorheologischen Ausführung auch mit einer mechanischen Bremseinrichtung 1 für die Störfallsicherung 305 ausgestattet sein. Das kann z. B. eine federvorgespannte mechanische Bremse sein, die ein maximales Bremsmoment im oben angegebenen Bereich aufweist. Zum Beispiel ist eine Reibbremse vorgesehen, die im Normalbetrieb beispielsweise elektro-(magnetisch), hydraulisch oder pneumatisch gelüftet wird. Durch eine entsprechende Auswahl der Federn kann das Bremsmoment eingestellt werden.
Die hier vorgestellte Erfindung ermöglicht eine besonders sichere und zugleich robuste, platzsparende sowie kostengünstige Umsetzung von Anforderungen für Steer-by-Wire-Lenkungen. Die Sicherheitsvorschriften (z. B. ADAS; ASIL B bis D) sind für Force-Feedback-Einheiten, welche Drehmomente erzeugen (aktive Momente), die durch Muskelkraft nicht mehr (einfach) überwunden werden können, um ein Vieles schärfer als für solche Systeme, welche (nur) Bremsmomente (passive Momente) erzeugen und/oder ungefährlich manuell überdreht werden können.
Das hier beschriebene maximale Bremsmoment kann der Fahrer noch gut bzw. ungefährlich überdrehen. Dies heißt, wenn bei aktiver Störfallsicherung 305 3,5 Nm am Lenkrad anliegen, kann das Fahrzeug noch gut und sicher gelenkt werden. Der Fahrer erschrickt auch bei einem plötzlichen Ausfall nicht zu stark (= ungefährlich), wenn dieses Moment anliegt, da dieses nicht weit weg vom Drehmoment im Normalbetrieb ist. Ein plötzlicher Rückfall auf das Grundmoment (< 1 Nm bzw. < 0,1 Nm) würde zu einem Überlenken aufgrund der extremen Leichtgängigkeit führen.
Fällt die Antriebseinrichtung 302 aus, kann die Bremseinrichtung 1 eingreifen, welche konstruktiv so ausgelegt wird, dass diese bei voller Bestromung nur z. B. 3,5 Nm Bremsmoment liefert. Die Bremseinrichtung 1 geht dann vom Magnetkreis her in magnetische Sättigung. Somit führen auch (unvorhergesehene) sehr hohe (Failsafe-) Ströme in der Spuleneinrichtung 26 nicht zu mehr Bremsmoment.
Die Kettenbildung der (Carbonyleisen-) Partikel kann ohne Nachteile „überdreht“ werden. Wenn mehr als 3,5 Nm Drehmoment in die Lenkeinheit 301 eingebracht werden, kann dabei nichts beschädigt werden. Weder bis 3,5 Nm noch darüber kann es zum Blockieren oder Klemmen kommen, da immer zwischen den sich zueinander drehenden (metallischen massiven) Bremskomponenten 2, 3 die komplett frei bewegbaren Carbonyleisenpartikel liegen.
Wenn das Magnetfeld dann noch durch einen Stromspeicher (Batterie/Akku/Kondensator) erzeugt wird, bekommt man eine Rückfallebene, welche selbst bei Stromausfall der Hauptstromversorgung zuverlässig funktioniert. Die Bremseinrichtung 1 kann dann entweder Konstantstrom geben (= Konstantmoment) oder über eine kompakte Elektronik eine Kennlinie (z. B. Lookuptable) gesteuert werden. Hierfür kann sogar auf einen Sensor bzw. Drehgeber und auf einen Drehmomentsensor verzichtet werden. Somit ergibt sich eine sehr kostengünstige und robuste Rückfallebene im Failsafe-Fall.
Diese Lösung kann zudem im Normalbetrieb noch mit der Antriebseinrichtung 302 kombiniert werden, wodurch das Maximalmoment erhöht wird (z. B. 3,5 Nm Antriebsmotor plus 3,5 Nm Bremseinrichtung = 7 Nm Maximalmoment). Dies genügt in den meisten Fällen des Normalbetriebs.
Zudem kann die Störfallsicherung 305 mit ihrer Bremseinrichtung 1 eingreifen, wenn die Antriebseinrichtung 302 eine Fehlfunktion hat und zu stark oder/und gegen den Fahrerwunsch in eine (falsche) Richtung mit Drehmoment drehen würde. Die Bremseinrichtung 1 kann dann dagegenbremsen und z. B. verhindern, dass dem Fahrer die Lenkeinheit 301 aus der Hand gerissen wird oder der Lenkwunsch des Bedieners nachteilig verfälscht wird.
Die hier gezeigten Lenkvorgabeeinrichtungen 300 können 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.
Die Erläuterungen zu den 1 bis 3 beziehen sich beispielhaft auf die Anwendung bei PKWs. In anderen Anwendungsfällen, z. B. beim Einsatz in LKWs oder größeren Fahrzeugen, kann das Störfallbremsmoment höher ausgelegt sein, z. B. max. 6 Nm oder weniger. Abgesehen von dem bei LKWs optional höheren Wert des Störfallbremsmoments gelten die Erläuterungen zu den 1 bis 3 gleichermaßen auch für Anwendungsfälle mit einem Störfallbremsmoment, das mehr als 3,5 Nm (z. B. 6 Nm oder weniger) beträgt.
Bezugszeichenliste:

1: Bremseinrichtung
2,3: Bremskomponente
5: Spalt
6: Medium
10: Bremseinrichtung
16: Felderzeugungseinrichtung
26: Spuleneinrichtung
70: Sensoreinrichtung
300: Lenkvorgabeeinrichtung
301: Lenkeinheit
302: Antriebseinrichtung
305: Störfallsicherung
306: Lenkungssperre
307: Aktuatoreinrichtung
308: Steuereinrichtung
311: Lenkrad
312: Antriebsmotor
322: Lenkwelle
325: Permanentmagneteinrichtung
330: Fahrzeug
335: Energiespeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10221241 A1 [0004]

Claims

Lenkvorgabeeinrichtung (300) zum Vorgeben einer Lenkbewegung nach dem Steer-by-Wire-Konzept, umfassend wenigstens eine bewegbare Lenkeinheit (301), insbesondere Lenkrad (311), und wenigstens eine Antriebseinrichtung (302) zur Erzeugung eines auf die Lenkeinheit (301) wirkenden Drehmoments und wenigstens eine Störfallsicherung (305), welche dazu dient, dass die Lenkeinheit (301) bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (302) weder blockiert ist noch widerstandslos bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Störfallsicherung (305) wenigstens eine von der Antriebseinrichtung (302) unabhängige Bremseinrichtung (1) umfasst, deren maximales Bremsmoment kleiner als ein maximales Drehmoment der Antriebseinrichtung (302) ist und dass die Störfallsicherung (305) dazu geeignet und ausgebildet ist, bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (302) die Bremseinrichtung (1) zu betätigen und dadurch die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mit einem gezielten Bremsmoment, sogenanntes Störfallbremsmoment, zu bremsen.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das maximale Bremsmoment der Bremseinrichtung (1) weniger als 6 Nm, bevorzugt weniger als 4 Nm, und besonders bevorzugt maximal 3,5 Nm, beträgt.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine durch die Bremseinrichtung (1) hervorgerufene maximale Tangentialkraft an der Lenkvorgabeeinrichtung (300), die einer Bedienkraft eines Benutzers an einem Angriffspunkt der Lenkeinheit (301) entgegenwirkt, weniger als 30 N und vorzugweise maximal 20 N beträgt.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das maximale Bremsmoment dem Störfallbremsmoment entspricht, sodass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mittels der Bremseinrichtung (1) bei einem Störfall der Antriebseinrichtung (302) mit dem maximalen Bremsmoment gebremst wird.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Grundmoment der Bremseinrichtung (1) weniger als 0,1 Nm und vorzugweise weniger als 0,05 Nm beträgt.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) technisch bedingt kein Bremsmoment aufbringen kann, welches höher als das maximale Bremsmoment ist, sodass auch bei einer Störung der Bremseinrichtung (1) das maximale Bremsmoment nicht überschritten werden kann.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) ein fest vorgegebenes Störfallbremsmoment aufweist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mittels der Bremseinrichtung (1) entweder nur mit dem Störfallbremsmoment oder gar nicht bremsbar ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mittels der Bremseinrichtung (1) ausschließlich bei einem Störfall bremsbar ist und wobei die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) im Normalbetrieb nicht mittels der Bremseinrichtung (1) bremsbar ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) zwischen einem gebremsten und einem ungebremsten Schaltzustand umschaltbar ist und wobei die Bremseinrichtung (1) aktiv unter Einsatz von zugeführter und/oder gespeicherter Energie in dem ungebremsten Schaltzustand gehalten werden muss und wobei die Bremseinrichtung (1) ohne Einsatz von zugeführter und/oder gespeicherter Energie in den gebremsten Schaltzustand übergeht.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Versorgung der Bremseinrichtung (1) mit der zugeführten und/oder gespeicherten Energie im Normalbetrieb gezielt veränderbar ist und wobei mittels der veränderten Energieversorgung ein im Normalbetrieb vorgesehenes Bremsmoment einstellbar ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) ohne Energiezufuhr im ungebremsten Schaltzustand vorliegt und wobei die Bremseinrichtung (1) (nur) unter Zufuhr von Energie vom ungebremsten in den gebremsten Schaltzustand umschaltbar ist und wobei die dazu notwendige Energie in der Störfallsicherung (305) gespeichert ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) magnetorheologisch ausgebildet ist und wenigstens zwei Bremskomponenten (2, 3) umfasst, wobei wenigstens eine der Bremskomponenten (2, 3) durch die Lenkeinheit (301) drehbar ist und wobei wenigstens eine andere der Bremskomponenten (2, 3) drehfest abgestützt ist und wobei zwischen den Bremskomponenten (2, 3) wenigstens ein wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Spalt (5) ausgebildet ist und wobei das Medium (6) mittels wenigstens einer Felderzeugungseinrichtung (16) gezielt beeinflussbar ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bremseinrichtung (1) während der Bereitstellung des Störfallbremsmoments wenigstens abschnittsweise eine magnetische Sättigung aufweist und wobei die magnetische Sättigung so ausgelegt ist, dass das maximale Bremsmoment auch dann nicht überschritten werden kann, wenn die Felderzeugungseinrichtung (16) aufgrund einer Störung ein Magnetfeld bereitstellt, welches stärker als ein vorgesehenes Magnetfeld ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Störfallsicherung (305) wenigstens einen elektrischen Energiespeicher (335) zur Energieversorgung der Bremseinrichtung (1) im Störfall umfasst und wobei der Energiespeicher (335) wenigstens die Energie für die Felderzeugungseinrichtung (16) zur Beeinflussung des magnetorheologischen Mediums (6) bereitstellt, sodass das Störfallbremsmoment erzeugt werden kann.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Energiespeicher (335) für die Bremseinrichtung (1, 10) innerhalb eines Gehäuses der Bremseinrichtung (1, 10) liegt.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Störfallsicherung (305) wenigstens eine Permanentmagneteinrichtung (325) umfasst, deren Magnetfeld die Bewegbarkeit der Bremskomponenten (2, 3) so beeinflusst, dass die Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) mit dem Störfallbremsmoment abbremsbar ist und wobei das Magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung (325) im Normalbetrieb durch eine elektrische Spuleneinrichtung (26) reduzierbar ist, sodass sich die Bremseinrichtung (1) in einem ungebremsten Schaltzustand befindet.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Steuereinrichtung (308), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, die Bremseinrichtung (1) im Normalbetrieb zur Unterstützung der Antriebseinrichtung (302) zu aktivieren, sodass das auf die Lenkeinheit (301) wirkende Drehmoment einer Summe des Drehmoments der Antriebseinrichtung (302) und des Bremsmoments der Bremseinrichtung (1) entspricht.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Unterstützung zur Erzeugung eines Endanschlags und/oder zur Bereitstellung einer Ausstiegshilfe und/oder während eines Auslenkens der Lenkeinheit (301) aus einer Neutralstellung erfolgen kann.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das zur Unterstützung dienende Bremsmoment das fest vorgegebene Störfallbremsmoment ist oder wobei das zur Unterstützung dienende Bremsmoment einstellbar und vorzugsweise stufenlos einstellbar ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das zur Unterstützung dienende Bremsmoment dadurch einstellbar ist, dass der Bremseinrichtung (1) nur ein definierter Teil der Energie zugeführt wird, welche zum Wechseln von einem gebremsten in einen ungebremsten Schaltzustand nötig ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach Anspruch 13, wobei das magnetorheologische Medium (6) wenigstens ein metallisches Pulver umfasst und wobei das metallische Pulver einen Volumenanteil von wenigstens 50% und vorzugsweise wenigstens 60% aufweist und/oder wobei das metallische Pulver in einem gasförmigen oder keinem Trägermedium aufgenommen ist.
Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens zwei Bremseinrichtungen (1, 10), wobei wenigstens eine erste der wenigstens zwei Bremseinrichtungen (1, 10) für die Störfallsicherung (305) vorgesehen ist und wobei wenigstens eine zweite der wenigstens zwei Bremseinrichtungen (1, 10) zum Bremsen der Bewegbarkeit der Lenkeinheit (301) im Normalbetrieb dient.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorgabeeinrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.