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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, auf ein Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung, auf ein entsprechendes Steuergerät und auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Das Wirkprinzip von magnetorheologischer Flüssigkeit (MRF) ist bekannt und wird bereits in Dämpfungssystemen verwendet. Die Umsetzung mit einem Scherprinzip mit Hilfe einer rotierenden Scheibe innerhalb einer mit magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Aufnahme mit definiertem Abstand ist bekannt. Die Umsetzung mit einem Keilprinzip mit Hilfe von Wälzkörpern und einem definierten Abstand, deren Bewegungsraum mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist, ist ebenfalls bekannt.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung und ein verbessertes Steuergerät gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Stellvorrichtung ermöglicht wird, die zwei Wirkbereiche aufweist, in denen magnetorheologisches Medium in einen Aktivierungszustand versetzbar ist, um einen Betätigungswiderstand der Stellvorrichtung auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen.
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Eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug weist einen Rotor, einen Stator, ein magnetorheologisches Medium, zumindest eine Spule, eine Mehrzahl von Wälzkörpern und eine Mehrzahl von Vorsprungselementen auf. Der Rotor ist mit einem Stellelement koppelbar. Der Rotor ist relativ zu dem Stator drehbar gelagert. Das magnetorheologische Medium ist in einem Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine geringe Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung des Rotors und in einem Aktivierungszustand eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors zu bewirken. Die zumindest eine Spule ist an dem Stator angeordnet. Die Spule ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der Spule ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei das Magnetfeld das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand versetzt. Die Wälzkörper sind in einem ersten Bereich der Stellvorrichtung in dem Zwischenraum angeordnet. Die Vorsprungselemente sind in einem zweiten Bereich der Stellvorrichtung in dem Zwischenraum angeordnet und ausgeformt, um bei einer Drehbewegung des Rotors relativ zu dem Stator eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium auszuüben, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich axial entlang einer Drehachse des Rotors voneinander beabstandet sind.
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Bei einer Stellvorrichtung kann es sich um eine Vorrichtung zum Bedienen einer beliebigen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs handeln. Die Stellvorrichtung kann als eine Bedienvorrichtung oder als eine Betätigungsvorrichtung bzw. ein Aktor ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine solche Bedienvorrichtung von einem Insassen des Fahrzeugs bedient werden. Unter einem Rotor kann ein bewegliches, rotierendes Teil der Vorrichtung verstanden werden. Unter einem Stator kann ein feststehendes, unbewegliches Teil der Vorrichtung verstanden werden. Der Stator kann innenliegend und der Rotor außenliegend angeordnet sein. Bei einem magnetorheologischen Medium kann es sich um ein heterogenes Stoffgemisch von magnetisch polarisierbaren Partikeln handeln. Das magnetorheologische Medium kann auch als magnetorheologische Flüssigkeit bezeichnet werden. Bei dem magnetorheologischen Medium kann es sich alternativ auch um ein Pulver handeln. Durch Anlegen des äußeren Magnetfelds können viskoelastische oder dynamisch-mechanische Eigenschaften des magnetorheologischen Mediums schnell und reversibel verändert werden. Beim Anlegen eines Magnetfeldes, hervorgerufen durch das Bestromen einer Spule, verfestigt sich das magnetorheologische Medium. Bei der Spule kann es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, das Windungen aufweist, um bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen. Unter Wälzkörpern können Rotationskörper in Form von Kugeln, Rollen, oder Tonnen verstanden werden. Die Wälzkörper können ausgeformt sein, um eine Keilbildung des magnetorheologischen Mediums in dessen Aktivierungszustand zu bewirken. Unter Vorsprungselementen können Elemente verstanden werden, die eine kammartige Kontur aufweisen, die in das magnetorheologische Medium eingreifen. Die Vorsprungselemente können ausgeformt sein, um bei einer Drehbewegung des Rotors relativ zu dem Stator eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium auszuüben.
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Der hier vorgestellte Ansatz, der auch als Stellelement mit variabler Haptik bezeichnet werden kann, ermöglicht insbesondere eine Kombination eines Keilprinzips und eines Scherprinzips in einem Aggregat zur Erzielung präziser Kraft-Weg-Verläufe unter vielfältigen Betriebsbedingungen kombiniert mit einer Ermöglichung eines breiten Momentenspektrums. Bei einem Keilprinzip kann der hier vorgestellte Ansatz bei hohen Betätigungsgeschwindigkeiten Zustände erreichen, die zu einem ausreichenden Aufbau der für die Generierung der Kräfte notwendigen Keile führen können. Dies kann Schwankungen der Betätigungskräfte vermindern bzw. verhindern. Bei einem Scherprinzip kann der hier vorgestellte Ansatz bei vergleichbarem Bauraum ein gleichwertiges Bremsmoment oder ein höheres Bremsmoment im Vergleich zum Keilprinzip erreichen.
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Die Vorsprungselemente können aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt sein. Die Vorsprungselemente können an dem Stator und zusätzlich oder alternativ an dem Rotor auf magnetisch entkoppelte Weise befestigt sein. Auf magnetisch entkoppelte Weise befestigt kann eine Befestigung mittels magnetisch nichtleitender Befestigungselemente bedeuten. Zwischen jeweils benachbarten Vorsprungselementen kann eine mit magnetorheologischem Medium gefüllte Lücke angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der magnetische Fluss des Magnetfeldes der zumindest eine Spule von Vorsprungselement zu Vorsprungselement geleitet werden kann, wobei die Lücken übersprungen werden, um ein hohes definiertes Haltemoment gegenüber einer Betätigung der Vorrichtung zu bewirken.
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Eine erste Teilmenge der Vorsprungselemente kann an dem Stator und eine zweite Teilmenge der Vorsprungselemente kann an dem Rotor angeordnet sein. Die Vorsprungselemente beider Teilmengen können abwechselnd ineinander greifen. Anders ausgedrückt können jeweils ein Vorsprungselement der ersten Teilmenge und ein benachbartes Vorsprungselement der zweiten Teilmenge ein sich wiederholendes Anordnungsschema repräsentieren. Dies bietet den Vorteil, dass die Vorsprungselemente in das magnetorheologische Medium ragen können, wobei eine Scherbelastung des Mediums bewirkt wird und somit die Widerstandscharakteristik vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Die Vorsprungselemente der ersten Teilmenge und der zweiten Teilmenge können radial oder axial bezüglich der Drehachse des Rotors abwechselnd angeordnet sein. Bei einer radial abwechselnden Anordnung erstrecken sich die Vorsprungselemente axial. Bei einer axial abwechselnden Anordnung erstrecken sich die Vorsprungselemente radial. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass je nach konkretem Anwendungsfall die Stellvorrichtung mit geeignet ausgerichteten Vorsprungselementen ausgeführt sein kann.
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Die Spule kann zwischen den Wälzkörpern und den Vorsprungselementen angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Bestromung der Spule das Magnetfeld sowohl auf das magnetorheologische Medium um die Wälzkörper als auch auf das magnetorheologische Medium zwischen den Vorsprungselemente wirken kann. Zudem kann die Stellvorrichtung mit reduzierter Komplexität, reduziertem Bauraumbedarf und reduzierter Anzahl von Bauteilen realisiert werden.
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Das Magnetfeld kann in dem ersten Bereich der Stellvorrichtung und in dem zweiten Bereich der Stellvorrichtung wirken. Dies bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors erzeugt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Stellvorrichtung eine weitere Spule aufweisen, die an dem Stator angeordnet ist. Die weitere Spule kann abhängig von einer Bestromung der weiteren Spule ein weiteres Magnetfeld erzeugen. Dabei kann das Magnetfeld in dem ersten Bereich der Stellvorrichtung wirken und kann das weitere Magnetfeld in dem zweiten Bereich der Stellvorrichtung wirken. Dies bietet den Vorteil, dass je eine Spule auf einen Bereich der Stellvorrichtung wirken kann. Somit kann das zumindest eine Magnetfeld je nach gewünschter Widerstandscharakteristik auf das magnetorheologische Medium in dem ersten Bereich und zusätzlich oder alternativ in dem zweiten Bereich wirken.
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Die Stellvorrichtung kann dabei einen Begrenzungsabschnitt zum Begrenzen eines magnetischen Flusses aufweisen. Der Begrenzungsabschnitt kann zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich der Stellvorrichtung in dem Rotor ausgeformt sein. Der Begrenzungsabschnitt kann aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgeformt sein oder als eine Engstelle im Rotor ausgeformt sein. Dies bietet den Vorteil, dass der magnetische Fluss jeder der Spulen lediglich in einem jeweiligen Bereich der Stellvorrichtung wirken kann und nicht auf den jeweils anderen Bereich überspringt.
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Die Wälzkörper und die Vorsprungselemente können dabei zwischen der Spule und der weiteren Spule angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die Magnetfelder der Spulen zuverlässig auf die jeweiligen Wirkbereiche einwirken können, ohne einander gegenseitig zu beeinflussen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Stellvorrichtung eine erste Steuerspule und eine zweite Steuerspule aufweisen. Die erste Steuerspule und die zweite Steuerspule können an dem Stator angeordnet sein. Die Spule kann zwischen der ersten Steuerspule und der zweiten Steuerspule angeordnet sein. Dabei können die Wälzkörper zwischen der ersten Steuerspule und der Spule angeordnet sein Die Vorsprungselemente können zwischen der zweiten Steuerspule und der Spule angeordnet sein. Hierbei kann die Spule auch als Leistungsspule bezeichnet werden.
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Die erste Steuerspule kann ausgebildet sein, um abhängig von einer Bestromung der ersten Steuerspule ein erstes Steuermagnetfeld zu erzeugen. Die zweite Steuerspule kann ausgebildet sein, um abhängig von einer Bestromung der zweiten Steuerspule ein zweites Steuermagnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld der Spule kann durch das erste Steuermagnetfeld und zusätzlich oder alternativ das zweite Steuermagnetfeld beeinflussbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Magnetfeld durch mindestens ein Steuermagnetfeld derart beeinflusst werden kann, um selektiv auf mindestens einen der Bereiche der Stellvorrichtung zu wirken.
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Abhängig von einer Bestromungsart der Spule, der ersten Steuerspule und der zweiten Steuerspule können das Magnetfeld, das erste Steuermagnetfeld und das zweite Steuermagnetfeld zu veränderbaren Anteilen auf den ersten Bereich und den zweiten Bereich wirken. So kann auf einfache und zuverlässige Weise die Widerstandscharakteristik je nach Bedarf eingestellt werden.
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Ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform der hier genannten Stellvorrichtung weist einen Schritt des Bestromens der zumindest einen Spule und einen Schritt des Deaktivierens der zumindest einen Spule auf. Im Schritt des Bestromens der zumindest einen Spule wird das Magnetfeld erzeugt, um das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand zu versetzen. Im Schritt des Deaktivierens der zumindest einen Spule wird das Magnetfeld deaktiviert, um das magnetorheologische Medium in den Ruhezustand zu versetzen.
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Die geringe Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium einer Drehbewegung des Rotors einen geringen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein geringes Bremsmoment auf den Rotor ausübt. Dadurch braucht der Bediener nur ein geringes Drehmoment auf das Stellelement auszuüben, um das Stellelement verdrehen zu können. Das Stellelement fühlt sich beispielsweise leichtgängig an. Die hohe Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium der Drehbewegung des Rotors einen im Vergleich zum geringen Drehwiderstand hohen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein hohes Bremsmoment auf den Rotor ausübt. Dadurch muss der Bediener ein hohes Drehmoment auf das Stellelement ausüben, um das Stellelement verdrehen zu können. Das Stellelement fühlt sich beispielsweise schwergängig an. Der hohe Drehwiderstand kann auch so groß sein, dass das Stellelement gesperrt ist.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergerätes umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Stellvorrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100 für ein Fahrzeug. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine beliebige Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs zu Stellen. Beispielsweise kann die Stellvorrichtung 100 durch einen Insassen des Fahrzeugs manuell betätigt werden, z. B. über ein Stellelement. Die Stellvorrichtung 100 weist einen Rotor 105, einen Stator 110, ein magnetorheologisches Medium 115, eine Spule 120, eine Mehrzahl von Wälzkörpern 125 und eine Mehrzahl von Vorsprungselementen 130 auf. In 1 ist auch eine Drehachse 135 des Rotors 105 dargestellt. In 1 ist lediglich eine Hälfte der Stellvorrichtung 100 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt.
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Der Rotor 105 ist mit einem Stellelement koppelbar. Der Rotor 105 ist relativ zu dem Stator 110 drehbar gelagert. Der Rotor 105 ist außenliegend angeordnet, der Stator 110 ist innenliegend angeordnet. Das magnetorheologische Medium 115 ist in einem Zwischenraum 140 zwischen dem Rotor 105 und dem Stator 110 angeordnet. Das magnetorheologische Medium 115 ist ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine geringe Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung des Rotors 105 zu bewirken und in einem Aktivierungszustand eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors 110 zu bewirken.
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Die Spule 120 ist an dem Stator 110 angeordnet. Die Spule 120 ist teilweise von dem magnetorheologischen Medium 115 umgeben. Die Spule 120 ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der Spule 120 ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld versetzt das magnetorheologische Medium 115 von einem Ruhezustand, der in Abwesenheit des Magnetfeldes vorliegt, in den Aktivierungszustand. Der Rotor 105 ist in diesem Aktivierungszustand kaum oder schwer drehbar.
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Die Wälzkörper 125 sind in einem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 in dem Zwischenraum 140 angeordnet und von dem magnetorheologischen Medium 115 umgeben. Die Wälzkörper 125 sind aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt. Die Wälzkörper 125 sind rotativ zu der Drehachse 135 des Rotors 105 gelagert. Die Wälzkörper 125 sind ausgeformt, um bei einer Drehbewegung des Rotors 105 relativ zu dem Stator 110 eine Keilbildung des magnetorheologischen Mediums 115 in dessen Aktivierungszustand zu bewirken.
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Die Vorsprungselemente 130 sind in einem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 in dem Zwischenraum 140 angeordnet. Der erste Bereich 145 und der zweite Bereich 150 sind axial entlang der Drehachse 135 des Rotors 105 voneinander beabstandet. Die Vorsprungselemente 130 sind aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt. Die Vorsprungselemente 130 sind an dem Stator 110 und/oder dem Rotor 105 auf magnetisch entkoppelte Weise befestigt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine erste Teilmenge der Vorsprungselemente 130 an dem Stator 110 und eine zweite Teilmenge der Vorsprungselemente 130 an dem Rotor angeordnet, wobei die Vorsprungselemente 130 beider Teilmengen abwechselnd ineinander greifen. Genauer gesagt ist eine erste Teilmenge der Vorsprungselemente 130 an der Spule 120 angeordnet. Eine zweite Teilmenge der Vorsprungselemente 130 ist an einem Barriereelement 155 angeordnet. Die Vorsprungselemente 130 beider Teilmengen greifen abwechselnd ineinander. Die Vorsprungselemente 130 der ersten Teilmenge und der zweiten Teilmenge sind radial bezüglich der Drehachse 135 des Rotors 105 abwechselnd angeordnet. Alternativ können die Vorsprungselemente 130 der ersten Teilmenge und der zweiten Teilmenge axial bezüglich der Drehachse 135 des Rotors 105 abwechselnd angeordnet sein. Die Vorsprungselemente 130 sind ausgeformt, um bei einer Drehbewegung des Rotors 105 relativ zu dem Stator 110 eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium 115 auszuüben.
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Der Zwischenraum 140 erstreckt sich in dem ersten Bereich 145 und in dem zweiten Bereich 150 sowie entlang der Spule 120. Der Zwischenraum 140 ist an zwei Seiten von magnetisch nichtleitenden Barriereelementen 155 abgedichtet. Die Barriereelemente 155 sind mit dem Rotor 105 verbunden. Die Barriereelemente 155 sind ausgeformt, um ein Austreten des magnetorheologischen Mediums 115 aus dem Zwischenraum 140 in eine Umgebung der Stellvorrichtung 100 zu verhindern. Zwischen dem Stator 110 und den Barriereelementen 155 sind Dichtelemente 160 angeordnet, welche als Dichtringe ausgeformt sein können. Die Barriereelemente 155 und die Dichtelemente 160 sind ausgebildet, um den Rotor 105 relativ zu dem Stator 110 zu lagern.
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Die Spule 120 ist zwischen den Wälzkörpern 125 und den Vorsprungselementen 130 angeordnet. Das Magnetfeld wirkt bei einer Bestromung der Spule 120 in dem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 und in dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100. Bei einer Bestromung der Spule 120 durchströmt ein magnetischer Fluss des Magnetfeldes die Wälzkörper 125 und die Vorsprungselemente 130. Dabei durchläuft der magnetische Fluss das in dem Zwischenraum 140 angeordnete magnetorheologische Medium 115. Das durch die Bestromung der Spule 120 entstehende Magnetfeld versetzt das magnetorheologische Medium 115 von einem Ruhezustand in einen Aktivierungszustand. Der Aktivierungszustand bewirkt eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors 105. In dem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 bewirkt das Magnetfeld, dass die Wälzkörper 125 eine Keilbildung des magnetorheologischen Mediums 115 bewirken oder zumindest unterstützen. In dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 bewirkt das Magnetfeld, dass die Vorsprungselemente 130 eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium 115 ausüben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100 für ein Fahrzeug. Die Stellvorrichtung 100 ist ähnlich zu der anhand von 1 beschriebenen Stellvorrichtung ausgeführt. Genauer gesagt entspricht die in 2 dargestellte Stellvorrichtung 100 der Stellvorrichtung aus 1 mit Ausnahme dessen, dass die Stellvorrichtung 100 eine weitere Spule 200, einen Begrenzungsabschnitt 205 und ein Trägerelement 210 aufweist. Die Barriereelemente 155 sind in 2 aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt. In 2 ist lediglich eine Hälfte der Stellvorrichtung 100 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt.
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Die weitere Spule 200 ist an dem Stator 110 angeordnet. Die weitere Spule 200 ist teilweise von dem magnetorheologischen Medium 115 umgeben. Die weitere Spule 200 ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der weiteren Spule 200 ein weiteres Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld der Spule 120 wirkt in dem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100. Das weitere Magnetfeld der weiteren Spule 200 wirkt in dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100.
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Der Begrenzungsabschnitt 205 ist ausgebildet, um den magnetischen Fluss des Magnetfeldes und/oder des weiteren Magnetfeldes zu begrenzen. Der Begrenzungsabschnitt 205 ist zwischen dem ersten Bereich 145 und dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 in dem Rotor 105 ausgeformt. Der Begrenzungsabschnitt 205 ist aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgeformt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Begrenzungsabschnitt 205 als Engstelle im Rotor 105 ausgeformt sein.
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Das Trägerelement 210 ist zwischen dem ersten Bereich 145 und dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 auf Höhe des Begrenzungsabschnittes 205 angeordnet. Dabei ist das Trägerelement 210 zwischen den Wälzkörpern 125 und den Vorsprungselementen 130 angeordnet. Das Trägerelement 210 ist aus einem magnetisch nichtleitenden Material ausgeformt. Das Trägerelement 210 ist mit dem Rotor 105 verbunden. Eine erste Teilmenge der Vorsprungselemente 130 ist an dem Trägerelement 210 angeordnet. Eine zweite Teilmenge der Vorsprungselemente 130 ist an der weiteren Spule 200 angeordnet. Die Vorsprungselemente 130 beider Teilmengen greifen abwechselnd ineinander.
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Die Wälzkörper 125 und die Vorsprungselemente 130 sind zwischen der Spule 120 und der weiteren Spule 200 angeordnet. Dabei sind die Wälzkörper 125 zwischen der Spule 120 und den Vorsprungselementen 130 angeordnet und sind die Vorsprungselemente 130 zwischen den Wälzkörpern 125 und der weiteren Spule 200 angeordnet. Genauer gesagt sind die Wälzkörper 125 zwischen der Spule 120 und dem Trägerelement 210 angeordnet. Die Vorsprungselemente 130 sind zwischen der weiteren Spule 200 und dem Trägerelement 210 angeordnet.
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Die Spule 120 ist zwischen einem ersten der Barriereelemente 155 und den Wälzkörpern 125 angeordnet. Das Magnetfeld wirkt bei einer Bestromung der Spule 120 in dem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100. Die weitere Spule 200 ist zwischen einem zweiten der Barriereelemente 155 und den Vorsprungselementen 130 angeordnet. Das weitere Magnetfeld wirkt bei einer Bestromung der weiteren Spule 200 in dem zweiten Bereich 150.
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Bei einer Bestromung der Spule 120 durchströmt ein magnetischer Fluss des Magnetfeldes die Wälzkörper 125. Dabei durchläuft der magnetische Fluss das in dem Zwischenraum 140 angeordnete magnetorheologische Medium 115. Das durch die Bestromung der Spule 120 entstehende Magnetfeld versetzt das magnetorheologische Medium 115 von einem Ruhezustand in einen Aktivierungszustand. Der Aktivierungszustand bewirkt eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors 105. In dem ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 bewirkt das Magnetfeld, dass die Wälzkörper 125 eine Keilbildung des magnetorheologischen Mediums 115 bewirken oder zumindest unterstützen.
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Bei einer Bestromung der weiteren Spule 200 durchströmt ein weiterer magnetischer Fluss des weiteren Magnetfeldes die Vorsprungselemente 130. Dabei durchläuft der weitere magnetische Fluss das in dem Zwischenraum 140 angeordnete magnetorheologische Medium 115. Das durch die Bestromung der weiteren Spule 200 entstehende weitere Magnetfeld versetzt das magnetorheologische Medium 115 von einem Ruhezustand in einen Aktivierungszustand. Der Aktivierungszustand bewirkt eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Rotors 105. In dem zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 bewirkt das weitere Magnetfeld, dass die Vorsprungselemente 130 eine Scherbelastung auf das in den Aktivierungszustand versetzte magnetorheologische Medium 115 ausüben.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100 für ein Fahrzeug. Die Stellvorrichtung 100 ist ähnlich zu der anhand von 1 oder 2 beschriebenen Stellvorrichtung ausgeführt. Genauer gesagt entspricht die in 3 dargestellte Stellvorrichtung 100 der Stellvorrichtung aus 1 mit Ausnahme dessen, dass die Stellvorrichtung 100 eine erste Steuerspule 300, eine zweite Steuerspule 305 und ein Trägerelement 210 wie jenes aus 2 aufweist. Die Barriereelemente 155 sind wie in 2 auch in 3 aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt. In 3 ist lediglich eine Hälfte der Stellvorrichtung 100 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt.
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Die erste Steuerspule 300 und die zweite Steuerspule 305 sind an dem Stator 110 angeordnet. Die Spule 120 ist zwischen der ersten Steuerspule 300 und der zweiten Steuerspule 305 angeordnet. Die Wälzkörper 125 sind zwischen der ersten Steuerspule 300 und der Spule 120 angeordnet. Die Vorsprungselemente 130 sind zwischen der zweiten Steuerspule 305 und der Spule 120 angeordnet. Das Trägerelement 210 ist zwischen der Spule 120 und den Vorsprungselementen 130 angeordnet.
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Die erste Steuerspule 300 ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der ersten Steuerspule 300 ein erstes Steuermagnetfeld zu erzeugen. Die zweite Steuerspule 305 ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der zweiten Steuerspule 305 ein zweites Steuermagnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld der Spule 120 ist durch das erste Steuermagnetfeld und/oder durch das zweite Steuermagnetfeld beeinflussbar. Abhängig von einer Bestromungsart der Spule 120, der ersten Steuerspule 300 und der zweiten Steuerspule 305 wirken das Magnetfeld, das erste Steuermagnetfeld und das zweite Steuermagnetfeld zu veränderbaren Anteilen auf den ersten Bereich 145 und den zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100.
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Wird lediglich die Spule 120 bestromt, verläuft das Magnetfeld beispielsweise durch den Rotor 105 und den Stator 110, ohne dabei durch das magnetorheologische Medium 115 zu fließen. Das magnetorheologische Medium 115 verbleibt demnach in einem Ruhezustand, der eine geringe Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung des Rotors 105 bewirkt.
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Bei einer Bestromung der Spule 120 und der ersten Steuerspule 300 wirken das Magnetfeld und das erste Steuermagnetfeld auf den ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100. Dabei ist die erste Steuerspule 300 insbesondere gegenläufig zu der Spule 120 bestromt. Dadurch wird das magnetorheologische Medium 115 im ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 in einen Aktivierungszustand versetzt, da der magnetische Fluss des Magnetfeldes und der magnetische Fluss des ersten Steuermagnetfeldes durch das magnetorheologische Medium 115 und durch die Wälzkörper 125 fließen. Dies bewirkt eine Keilbildung des magnetorheologischen Mediums 115.
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Bei einer Bestromung der Spule 120 und der zweiten Steuerspule 305 wirken das Magnetfeld und das zweite Steuermagnetfeld auf den zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100. Dabei ist die zweite Steuerspule 305 insbesondere gegenläufig zu der Spule 120 bestromt. Dadurch wird das magnetorheologische Medium 115 im zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 in einen Aktivierungszustand versetzt, da der magnetische Fluss des Magnetfeldes und der magnetische Fluss des zweiten Steuermagnetfeldes durch das magnetorheologische Medium 115 und durch die Vorsprungselemente 130 fließen. Zusätzlich üben die Vorsprungselemente 130 eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium 115 aus.
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Bei einer Bestromung der Spule 120, der ersten Steuerspule 300 und der zweiten Steuerspule 305 wirken das Magnetfeld, das erste Steuermagnetfeld und das zweite Steuermagnetfeld im ersten Bereich 145 und im zweiten Bereich 150 auf das magnetorheologische Medium 115. Dabei sind die erste Steuerspule 300 und die zweite Steuerspule 305 gegenläufig zu der Spule 120 bestromt. Das magnetorheologische Medium 115 wird in einen Aktivierungszustand versetzt. Im ersten Bereich 145 der Stellvorrichtung 100 wirken das Magnetfeld und das erste Steuermagnetfeld auf das magnetorheologische Medium 115, da der magnetische Fluss des Magnetfeldes und der magnetische Fluss des ersten Steuermagnetfeldes durch das magnetorheologische Medium 115 und durch die Wälzkörper 125 fließen. Im zweiten Bereich 150 der Stellvorrichtung 100 wirken das Magnetfeld und das zweite Steuermagnetfeld auf das magnetorheologische Medium 115, da der magnetische Fluss des Magnetfeldes und der magnetische Fluss des zweiten Steuermagnetfeldes durch das magnetorheologische Medium 115 und durch die Vorsprungselemente 130 fließen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die Stellvorrichtung 100 aus 1 oder eine ähnliche Stellvorrichtung. Gezeigt ist die auch in 1 beschriebene Bestromung der Spule 120 der Stellvorrichtung 100.
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Die Stellvorrichtung 100 weist ein Steuergerät 400 und einen Versorgungsanschluss 405 auf. Ferner ist die Spule 120 gezeigt. Der Versorgungsanschluss 405 ist ausgebildet, um elektrische Energie einzuspeisen, um die Spule 120 zu betreiben. Das Steuergerät 400 ist signalübertragungsfähig mit dem Versorgungsanschluss 405 verbunden. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 410 zum Bewirken der Bestromung an den Versorgungsanschluss 405 auszugeben. Der Versorgungsanschluss 405 ist ausgebildet, um für die Bestromung der Spule 120 ansprechend auf das Steuersignal 410 elektrische Energie an die Spule 120 bereitzustellen.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die Stellvorrichtung 100 aus 2 oder eine ähnliche Stellvorrichtung. Gezeigt ist die auch in 2 beschriebene Bestromung der Spule 120 und der weiteren Spule 200 der Stellvorrichtung 100.
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Die Stellvorrichtung 100 weist ein Steuergerät 400, einen Versorgungsanschluss 405 und eine Schalteinrichtung 500 auf. Ferner sind die Spule 120 und die weitere Spule 200 gezeigt.
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Der Versorgungsanschluss 405 ist ausgebildet, um elektrische Energie einzuspeisen, um die Spulen 120, 200 zu betreiben bzw. zu bestromen. Das Steuergerät 400 ist signalübertragungsfähig mit der Schalteinrichtung 500 verbunden. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 410 zum Bewirken der Bestromung der Spule 120 an die Schalteinrichtung 500 auszugeben. Die Schalteinrichtung 500 ist ausgebildet, um für die Bestromung der Spule 120 ansprechend auf das Steuersignal 410 elektrische Energie an die Spule 120 bereitzustellen.
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Ferner ist das Steuergerät 400 ausgebildet, um ein weiteres Steuersignal 505 zum Bewirken der weiteren Bestromung der weiteren Spule 200 an die Schalteinrichtung 500 auszugeben. Die Schalteinrichtung 500 ist ausgebildet, um für die weitere Bestromung der Spule 200 ansprechend auf das weitere Steuersignal 505 elektrische Energie an die weitere Spule 200 bereitzustellen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die Stellvorrichtung 100 aus 3 oder eine ähnliche Stellvorrichtung. Gezeigt ist die auch in 3 beschriebene Bestromung der Spule 120, der ersten Steuerspule 300 und der zweiten Steuerspule 305 der Stellvorrichtung 100.
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Die Stellvorrichtung 100 weist ein Steuergerät 400, einen Versorgungsanschluss 405 und eine Schalteinrichtung 500 auf. Ferner sind die Spule 120, die erste Steuerspule 300 und die zweite Steuerspule 305 gezeigt.
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Der Versorgungsanschluss 405 ist ausgebildet, um elektrische Energie einzuspeisen, um die Spule 120, die erste Steuerspule 300 und die zweite Steuerspule 305 zu betreiben bzw. zu bestromen. Das Steuergerät 400 ist signalübertragungsfähig mit der Schalteinrichtung 500 verbunden. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 410 zum Bewirken der Bestromung der Spule 120 an die Schalteinrichtung 500 auszugeben. Die Schalteinrichtung 500 ist ausgebildet, um für die Bestromung der Spule 120 ansprechend auf das Steuersignal 410 elektrische Energie an die Spule 120 bereitzustellen.
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Ferner ist das Steuergerät 400 ausgebildet, um ein erstes Steuerspulensignal 600 zum Bewirken der Bestromung der ersten Steuerspule 300 an die Schalteinrichtung 500 auszugeben. Die Schalteinrichtung 500 ist ausgebildet, um für die Bestromung der ersten Steuerspule 300 ansprechend auf das erste Steuerspulensignal 600 elektrische Energie an die erste Steuerspule 300 bereitzustellen.
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Ferner ist das Steuergerät 400 ausgebildet, um ein zweites Steuerspulensignal 605 zum Bewirken der Bestromung der zweiten Steuerspule 305 an die Schalteinrichtung 500 auszugeben. Die Schalteinrichtung 500 ist ausgebildet, um für die Bestromung der zweiten Steuerspule 305 ansprechend auf das zweite Steuerspulensignal 605 elektrische Energie an die zweite Steuerspule 305 bereitzustellen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die in einer von 1 bis 6 beschriebene Stellvorrichtung 100 oder eine ähnliche Stellvorrichtung. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft an einem Lenkrad 700 eines Fahrzeugs angeordnet. An dem Rotor der Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft das Stellelement 705 starr angeordnet. Das Stellelement 705 ist von einem Insassen des Fahrzeugs manuell durch eine Drehbewegung 710 betätigbar, genauer gesagt drehbar. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist das Stellelement 705 Teil der Stellvorrichtung 100 oder mit der Stellvorrichtung 100 koppelbar.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Betreiben einer Stellvorrichtung. Die Stellvorrichtung entspricht oder ähnelt hierbei einer der in einer der 1 bis 7 beschriebenen Stellvorrichtungen.
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Das Verfahren 800 weist einen Schritt 805 des Bestromens und einen Schritt 810 des Deaktivierens auf. Im Schritt 805 des Bestromens wird zumindest eine Spule bestromt, um das Magnetfeld zu erzeugen, um das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand zu versetzen. Im Schritt 810 des Deaktivierens wird zumindest einen Spule deaktiviert, um das Magnetfeld zu deaktivieren, um das magnetorheologische Medium in den Ruhezustand zu versetzen.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren die bereits genannten Ausführungsbeispiele zusammengefasst kurz erläutert.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Verbindung der für das Keilprinzip notwendigen Elemente mit den für das Scherprinzip notwendigen Elementen in einem Aggregat entlang einer zentralen Achse, hier der Drehachse 135. Die für das Keilprinzip notwendigen Elemente sind die Wälzkörper 125, die Spule 120 und das magnetorheologische Medium 115. Die für das Scherprinzip notwendigen sind die Vorsprungselemente 130, die auch als Scheibe bezeichnet werden können, die Spule 120 und das magnetorheologische Medium.
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Die Spule 120 kann dabei gemeinsam für beide Subsysteme bzw. beide Bereiche 145 und 150 wirken oder es können separate Spulen 120 und 200 je Teilsystem vorgesehen sein. Gemeinsam ist die Ansteuerung der Spulen 120, 200, 300 und/oder 305 durch eine Steuereinheit bzw. Steuerelektronik, welche mit Hilfe einer geeigneten Software den Magnetfluss für jedes Teilsystem steuert, um durch die Kombination eine optimale Kraft-Weg-Kennlinie zu erzielen.
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Bezugszeichen
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- 100
- Stellvorrichtung
- 105
- Rotor
- 110
- Stator
- 115
- magnetorheologisches Medium
- 120
- Spule
- 125
- Wälzkörper
- 130
- Vorsprungselemente
- 135
- Drehachse
- 140
- Zwischenraum
- 145
- erster Bereich
- 150
- zweiter Bereich
- 155
- Barriereelement
- 160
- Dichtelement
- 200
- weitere Spule
- 205
- Begrenzungsabschnitt
- 210
- Trägerelement
- 300
- erste Steuerspule
- 305
- zweite Steuerspule
- 400
- Steuergerät
- 405
- Versorgungsanschluss
- 410
- Steuersignal
- 500
- Schalteinrichtung
- 505
- weiteres Steuersignal
- 600
- erstes Steuerspulensignal
- 605
- zweites Steuerspulensignal
- 700
- Lenkrad
- 705
- Stellelement
- 710
- Drehbewegung
- 800
- Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung
- 805
- Schritt des Bestromens
- 810
- Schritt des Deaktivierens
