DE10221241A1

DE10221241A1 - Steering device for a motor vehicle steered by a steer-by-wire device has a steering wheel, an electric drive and a device for generating a steering haptic device to act on the steering wheel

Info

Publication number: DE10221241A1
Application number: DE2002121241
Authority: DE
Inventors: Tobias Bruegge
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-27

Abstract

A device (4) for supplying section modulus to counteract active movement in a steering wheel (2) has a braking device (10) adjusted by an electrically triggered actuator (11) regarding its braking effect. The actuator supplies required section modulus indirectly and acts on a liquid cycle to change its viscosity or on a liquid cycle to change an active cross section of flow level.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für ein mittels eines Steer-by- Wire-Konzeptes zu lenkendes Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad und mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer auf das Lenkrad wirkenden Lenkhaptik, umfassend einen elektrischen Antrieb. The invention relates to a steering device for a by means of a steer-by Wire concept of a motor vehicle to be steered with a steering wheel and with a device for generating an acting on the steering wheel Steering feel, comprising an electric drive.

Es sind Lenkeinrichtungen zum Lenken von Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen im Gegensatz zu herkömmlichen Lenkeinrichtungen eine mechanische Zwangskopplung zwischen einer Bewegung des von einem Fahrer bewegten Lenkrads und den gelenkten Rädern des Kraftfahrzeuges einem sogenannten Steer-by-Wire-Konzept gewichen ist. Bei diesen Steer- by-Wire-Lenkkonzepten wird mittels einem oder mehrerer Lenkwinkelsensoren die aktuelle Drehwinkelstellung des Lenkrades erfaßt. In Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Lenkrades werden Aktoren, beispielsweise Elektromotoren oder ein hydraulisches System angesteuert, um entsprechend dem erfaßten Lenkwinkel bzw. der durchgeführten Lenkradbewegung die gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges in die entsprechende Stellung zu bringen. Diese Lenkeinrichtungen verfügen ferner über eine Einrichtung zum Erzeugen einer Lenkhaptik. Diese auf das Lenkrad einwirkende Einrichtung dient dem Zweck, dem Fahrer bei einer Betätigung des Lenkrades das ihm von herkömmlichen Lenkeinrichtungen, deren Lenkräder mechanisch zwangsgekoppelt mit den gelenkten Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden sind, zu vermitteln. Eine solche Lenkhaptikeinrichtung ist aus EP 0 447 626 A2 bekannt. Als aktiv ansteuerbares Element zum Bereitstellen der jeweils benötigten lenkhaptischen Rückmeldung dient beim Gegenstand dieses Dokumentes ein herkömmlicher Gleichstrommotor, der mittels eines Schneckengetriebes auf eine dem Lenkrad zugeordnete Lenkspindel einwirkt. Der Elektromotor und das Getriebe erstrecken sich radial zur Lenkspindel und sind daher unterhalb des Armaturenbrettes des Kraftfahrzeuges angeordnet. Mit dem Elektromotor kann zum Erzeugen der benötigten Lenkhaptik die Lenkspindel mit einem der Lenkbewegung entgegenwirkenden Gegenmoment beaufschlagt oder auch aktiv, etwa zum Unterstützen einer Rückdrehbewegung des Lenkrades in die Geradeausstellung, angetrieben werden. Steering devices for steering motor vehicles are known at which in contrast to conventional steering devices mechanical forced coupling between a movement of a driver moving steering wheel and the steered wheels of the motor vehicle has given way to a so-called steer-by-wire concept. With these steer- by-wire steering concepts is achieved using one or more Steering angle sensors detects the current angle of rotation position of the steering wheel. In Depending on the angle of rotation of the steering wheel, actuators, for example controlled electric motors or a hydraulic system, to correspond to the detected steering angle or the carried out Steering wheel movement the steered wheels of the motor vehicle in the to bring appropriate position. These steering devices also have via a device for generating a steering feel. This on that Steering wheel acting device serves the purpose of providing the driver with a Actuation of the steering wheel that of conventional Steering devices whose steering wheels are mechanically positively coupled to the steered Wheels of the motor vehicle are connected to convey. Such Steering haptic device is known from EP 0 447 626 A2. As active controllable element for providing the required steering haptic Feedback serves as the subject of this document conventional DC motor, which is connected to a worm gear acts on the steering wheel associated steering spindle. The electric motor and that Gearboxes extend radially to the steering spindle and are therefore below the dashboard of the motor vehicle arranged. With the Electric motor can use the steering spindle to generate the required steering feel a counter torque counteracting the steering movement acted upon or also active, for example to support a reverse rotation the steering wheel into the straight-ahead position.

Aus DE 195 39 101 C1 ist eine weitere Lenkeinrichtung bekannt geworden, die neben dem getrieblich auf die Lenkspindel einwirkenden Elektromotor eine Rückstelleinrichtung umfaßt, mit der das Lenkrad den Gegebenheiten der gelenkten Räder entsprechend nach einer Kurvenfahrt in seine Geradeausstellung zurückgebracht wird. Diese Rückstelleinrichtung verwendet eine Druckfeder, die beim Durchführen der Lenkbewegung durch ein auf einem Kulissenstein mit einer schiefen Ebene geführtes Widerlagerelement gespannt wird und deren gespeicherte Energie zum Rückstellen des Lenkrades wieder freigesetzt wird. Bei der Rückstellfeder handelt es sich um eine Spiralfeder, die die Lenkspindel konzentrisch umgibt. Die aus diesem Dokument bekannte Lenkeinrichtung ist ebenfalls unterhalb des Armaturenbrettes eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Bei dieser vorbekannten Lenkeinrichtung dient der Einsatz der separaten Rückstelleinrichtung, um eine verbesserte, das Lenkrad rückstellende Lenkhaptik zu erzeugen, verglichen mit solchen Lenkeinrichtungen, bei denen die das Lenkrad rückstellende Lenkhaptik durch einen getrieblich untersetzten Elektromotor bereitgestellt wird. Another steering device is known from DE 195 39 101 C1 become, in addition to the gear acting on the steering spindle Electric motor includes a reset device with which the steering wheel Conditions of the steered wheels accordingly after cornering in his straight-ahead position is brought back. This reset device uses a compression spring when performing the steering movement through a guided one on a sliding block with an inclined plane Abutment element is tensioned and their stored energy for Resetting the steering wheel is released again. With the return spring it is a spiral spring that concentrically concentrates the steering shaft surrounds. The steering device known from this document is also arranged below the dashboard of a motor vehicle. at this known steering device is used to use the separate Reset device to an improved, the steering wheel resetting To produce steering feel compared to such steering devices which the steering haptic resetting the steering wheel by a gear geared electric motor is provided.

Dem aus den beiden zitierten Dokumenten vorbekannten Stand der Technik ist gemein, dass diese nicht unbeträchtlichen Einbauraum benötigen. Auch wenn dieser grundsätzlich bei herkömmlichen Kraftfahrzeugkonstruktionen unter dem Armaturenbrett zur Verfügung steht, besteht dennoch der Wunsch, nach einer Lenkhaptikeinrichtung, die einen geringeren Einbauraum benötigt. The state of the art known from the two cited documents Technology is common that this not inconsiderable installation space need. Even if this is basically the case with conventional Motor vehicle structures are available under the dashboard nevertheless, the desire for a steering haptic device that one requires less installation space.

Aus US 4 771 846 A ist eine weitere Lenkeinrichtung bekannt. Der Lenkeinrichtung zugeordnet ist eine elektromagnetisch steuerbare Bremse zum Bereitstellen eines einer aktiven Lenkbewegung entgegenwirkenden Widerstands- bzw. Gegenmomentes. Damit soll erreicht werden, dass dem Fahrer in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fahrzustand ein unterschiedlicher haptischer Lenkwiderstand simuliert wird. Diese Bremseinrichtung umfaßt einen Elektromagneten, mit einem ringförmigen Eisenkern, an dessen Stirnseite ein ferromagnetisches Gegenstück geführt ist. Der Eisenkern ist feststehend bezüglich einer Drehbewegung des Lenkrades, während das Gegenstück eine Drehbewegung des Lenkrades mitmacht. Beide Gegenstände - Eisenkern und Gegenstück - stehen miteinander in Berührung. Durch unterschiedliche Bestromung des Magneten wirken unterschiedliche magnetische Haltekräfte auf das ferromagnetische Gegenstück, so dass auf diese Weise das gewünschte Gegenmoment bereitgestellt wird. A further steering device is known from US 4,771,846 A. The An electromagnetically controllable brake is assigned to the steering device for providing a counteracting an active steering movement Resistance or counter moment. This is to achieve that the driver depending on the respective driving condition different haptic steering resistance is simulated. This Braking device comprises an electromagnet, with an annular Iron core, on the end face of which a ferromagnetic counterpart is guided. The iron core is fixed with respect to a rotational movement of the Steering wheel while the counterpart rotates the steering wheel participates. Both objects - iron core and counterpart - stand in touch with each other. By different energization of the magnet different magnetic holding forces act on the ferromagnetic counterpart, so that the desired Counter moment is provided.

Nachteilig ist bei diesem vorbekannten Stand der Technik jedoch, dass mit dieser Lenkhaptikeinrichtung allein ein eine aktive Lenkbewegung entgegenstehendes Widerstandsmoment erzeugbar ist. Ferner ist von Nachteil, dass die beiden miteinander zusammenwirkenden Elemente - Eisenkern des Magneten und Gegenstück - reibend aneinander grenzen. Dieses verursacht zum einen Reibgeräusche und zum anderem unterliegen die reibend aneinandergrenzenden Elemente einen Verschleiß. A disadvantage of this prior art is that with this steering haptic device alone an active steering movement opposing section modulus can be generated. Furthermore, from Disadvantage that the two interacting elements - Iron core of the magnet and counterpart - rub against each other. This causes friction noise on the one hand and on the other the frictionally adjoining elements are subject to wear.

Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte, gattungsgemäße Lenkeinrichtung dergestalt weiterzubilden, dass mit dieser eine Lenkhaptik erzeugbar ist, die den Lenkgewohnheiten herkömmlicher Lenkeinrichtungen mit einer Zwangskopplung zwischen Lenkrad und gelenkten Räder entspricht oder zumindest sehr nahe kommt. The invention lies on the basis of the prior art discussed therefore based on the task of a generic type To further develop the steering device in such a way that it has a steering feel is generated, the steering habits more conventional Steering devices with a positive coupling between the steering wheel and the steered wheels corresponds or at least comes very close.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Einrichtung zum Bereitstellen eines einer aktiven Lenkbewegung des Lenkrades entgegenwirkenden Widerstandsmomentes eine mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors bezüglich ihrer Bremswirkung einstellbare Bremseinrichtung zugeordnet ist, durch deren Aktor das benötigte Widerstandsmoment mittelbar bereitgestellt wird, indem dieser auf eine Flüssigkeit zum Verändern ihrer Viskosität oder auf einen Flüssigkeitskreislauf zum Verändern der wirksamen Strömungsquerschnittsfläche, jeweils die eigentliche Bremsarbeit übernehmend, einwirkt. This object is achieved in that the Device for providing an active steering movement of the steering wheel counteracting moment of resistance one by means of an electrical controllable actuator adjustable with regard to their braking effect Brake device is assigned, by the actuator the required Resistance moment is provided indirectly by this on a Liquid to change its viscosity or on a liquid circuit to change the effective flow cross-sectional area, each taking over the actual braking work, acts.

Bei der beanspruchten Lenkeinrichtung dient ein als Aktor dienender Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Direktantrieb zum Bereitstellen eines auf das Lenkrad einwirkenden Drehmomentes. Über diese Einrichtung läßt sich eine Lenkradrückstellung nach einer Kurvenfahrt oder auch eine Übertragung von Fahrbahnunebenheiten von den gelenkten Rädern auf das Lenkrad simulieren. Teil dieser Lenkeinrichtung ist ferner eine Bremseinrichtung, durch deren Aktor das benötigte Widerstands- bzw. Gegenmoment mittelbar auf das Lenkrad einwirkend bereitgestellt wird. Der Aktor ist elektrisch ansteuerbar, so dass auf diese Weise unterschiedliche Widerstandsmomente bereitgestellt werden können. Der Aktor selbst wirkt auf eine Flüssigkeit zum Verändern ihrer Viskosität oder auf einen Flüssigkeitskreislauf zum Verändern der wirksamen Strömungsquerschnittsfläche ein. Somit arbeitet eine solche Bremseinrichtung verschleißfrei. Besonderer Vorteil einer solchen Bremseinrichtung ist jedoch, dass der Aktor nicht unmittelbar auf die Lenkbewegung einwirkend vorgesehen ist, sondern dieser lediglich zur Beeinflussung einer zum Betrieb in der Bremse wirksamen Größe ausgelegt ist. Folglich kann eine wirksame Bremsung bzw. die Bereitstellung eines wirksamen Widerstandsmomentes mit nur einem sehr geringen Strombedarf bereitgestellt werden, da das Widerstandsmoment nicht unmittelbar von dem Aktor bereitgestellt wird. Der Aktor ist beispielsweise ein Elektromagnet, der etwa auf eine rheologische Flüssigkeit einwirkt. Entsprechend der Bestromung des Elektromagneten, der zweckmäßigerweise als Ringmagnet ausgelegt ist, ändert sich die Viskosität der Flüssigkeit. Eine an die Lenkbewegung des Lenkrades gekoppelte Bremsscheibe greift ein in diese Flüssigkeit und wird von dieser entsprechend der jeweils eingestellten Viskosität mehr oder weniger gebremst. In einer weiteren Ausgestaltung wirkt der Aktor ein, um in einem hydraulischen System, ebenfalls als Elektromagnet ausgelegt, als Stellglied die wirksame Strömungsquerschnittsfläche einzustellen. Der in diesem Fall eingesetzte Elektromagnet betätigt somit ein Durchflußregelventil, welches die eigentliche Bremsarbeit übernimmt. Der hydraulische Kreislauf kann beispielsweise in Gang gesetzt werden durch zwei miteinander im Eingriff stehende Förderzahnräder, die in den hydraulischen Kreislauf eingeschaltet sind. Eines der beiden Förderzahnräder ist an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, den hydraulischen Kreislauf zumindest abschnittsweise in einem flexiblen Schlauch zu führen, auf dessen Oberseite eine oder mehrere Quetschglieder, zweckmäßigerweise als drehbare Rollen ausgebildet, entlang geführt sind, durch die ein Transport der in dem Schlauch enthaltenen Hydraulikflüssigkeit bewirkt wird. Bei Vorsehen eines hydraulischen Kreislaufs im Rahmen der Bremseinrichtung kann der geförderte Durchfluß genutzt werden, um daraus den Drehwinkelbetrag und somit die Drehwinkelstellung des Lenkrades zu ermitteln. Dieses kann beispielsweise mittels einer Durchflußmeßeinrichtung erfolgen, die in diesem Falle als Lenkwinkelsensor ausgewertet wird. In the claimed steering device, one serving as an actuator is used Drive, for example an electric motor or a direct drive for Providing a torque acting on the steering wheel. About these Device can be a steering wheel reset after cornering or a transfer of bumps from the road simulate steered wheels on the steering wheel. Is part of this steering device furthermore a braking device, by means of the actuator of which the required Resistance or counter torque acting indirectly on the steering wheel provided. The actuator can be controlled electrically, so in this way different moments of resistance can be provided. The Actuator itself acts on a liquid to change its viscosity or on a fluid circuit to change the effective Flow cross-sectional area. Such a braking device thus works wear. However, a particular advantage of such a braking device is that the actuator does not act directly on the steering movement is provided, but only to influence one for operation in the brake effective size is designed. Consequently, an effective one Braking or providing an effective Resistance moment with only a very low power requirement can be provided, since that Resistance moment is not provided directly by the actuator. The actuator is, for example, an electromagnet that points to a rheological fluid. According to the energization of the Electromagnet, which is expediently designed as a ring magnet, changes the viscosity of the liquid. One to the steering movement of the steering wheel coupled brake disc engages in this liquid and is from this more or less according to the viscosity set braked. In a further embodiment, the actuator acts to in a hydraulic system, also designed as an electromagnet, as Actuator to set the effective flow cross-sectional area. The in in this case, the electromagnet actuates a Flow control valve, which takes over the actual braking work. The hydraulic Circulation can be started by two, for example intermeshing feed gears in the hydraulic Circuit are switched on. One of the two feed gears is on the Coupled rotary motion of the steering wheel. In a further embodiment the hydraulic circuit is provided at least in sections to guide a flexible hose, on the top one or several squeeze members, expediently designed as rotatable rollers, are guided along, through which a transport of the in the hose contained hydraulic fluid is effected. If a hydraulic is provided Circuit within the framework of the braking device can be funded Flow can be used to get the amount of rotation angle and thus the Determine the angle of rotation of the steering wheel. This can for example by means of a flow measuring device, which in this case as Steering angle sensor is evaluated.

Als Antrieb zum Antreiben des Lenkrades ist es zweckmäßig, einen Direktantrieb einzusetzen. Durch Einsatz eines solchen Antriebes ist es zum einen möglich, diesen unmittelbar auf das Lenkrad einwirkend anzuordnen. Daher sind zusätzliche Aggregate, beispielsweise Getriebe grundsätzlich nicht benötigt. Bei einer solchen, das Lenkrad direkt antreibenden Konfiguration ist die Lenkhaptik besonders wirkungsvoll, insbesondere da die Kopplung zwischen dem Direktantrieb und dem Lenkrad spielfrei realisiert sein kann. Die konzentrische Anordnung eines solchen Direktantriebes zur Drehachse des Lenkrades unterstützt ferner die Forderung, nur einen möglichst geringen Einbauraum zum Unterbringen der Lenkeinrichtung zu benötigen. Ein solcher Direktantrieb läßt sich in das Lenkrad integrieren, dergestalt, dass beispielsweise der Stator des Direktantriebes kraftfahrzeugseitig festgelegt ist, etwa an der Frontseite des Armaturenbrettes. Durch den Rotor des Direktantriebes ist das Lenkrad unmittelbar angetrieben. As a drive for driving the steering wheel, it is useful to Direct drive. By using such a drive it is one possible, this acting directly on the steering wheel to arrange. That is why there are additional units, such as gears basically not needed. In such a case, the steering wheel drives directly Configuration, the steering feel is particularly effective, especially since the coupling between the direct drive and the steering wheel is free of play can be realized. The concentric arrangement of such Direct drive to the axis of rotation of the steering wheel also supports the requirement, only the smallest possible installation space to accommodate the Need steering device. Such a direct drive can be in the steering wheel integrate in such a way that, for example, the stator of the direct drive is determined on the motor vehicle side, for example on the front of the Dashboard. The steering wheel is direct thanks to the rotor of the direct drive driven.

Der Rotor eines solchen Direktantriebes sitzt zweckmäßigerweise auf einer Hohlwelle. Diese Anordnung hat zum einen zum Vorteil, dass aufgrund des dadurch bedingten radialen Abstandes der Komponenten des Direktantriebes - Rotor und Stator - zur Drehachse ein hohes Drehmoment auf das Lenkrad einwirken bzw. auch ein hohes Gegenmoment bei sehr flacher Bauweise realisiert werden kann. Ferner kann der durch den Direktantrieb eingeschlossene Raum genutzt werden, um in diesem Raum ein oder mehrere weitere Module der Lenkeinrichtung, beispielsweise einen Lenkwinkelsensor anzuordnen. The rotor of such a direct drive expediently sits on a hollow shaft. On the one hand, this arrangement has the advantage that due to the resulting radial distance between the components of the Direct drive - rotor and stator - a high to the axis of rotation Torque on the steering wheel or a high counter torque very flat design can be realized. Furthermore, the by Direct drive enclosed space can be used to move in that space one or more further modules of the steering device, for example to arrange a steering angle sensor.

Als bürstenloser Permanentmagnetmotor wird zweckmäßigerweise ein drei-phasiger Synchronmotor mit Permanenterregung eingesetzt. A is expediently used as a brushless permanent magnet motor three-phase synchronous motor with permanent excitation.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Lenkeinrichtung ferner eine verschleißfreie Bremse umfaßt, durch die ein einer Lenkbewegung entgegenwirkendes Widerstandsmoment aufgebracht werden kann. Diese Bremseinrichtung kann ebenfalls innerhalb des durch den Direktantrieb eingeschlossenen Raumes angeordnet sein. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt letztendlich darin, dass mit geringerem Strombedarf ein wirkungsvolles Gegenmoment darstellbar ist. Als verschleißfreie Bremsen können beispielsweise hydraulische oder auch rheologische Bremsen eingesetzt sein. In an expedient embodiment it is provided that the Steering device further comprises a wear-free brake through which a Steering movement counteracting moment of resistance applied can be. This braking device can also within the the direct drive enclosed space can be arranged. The advantage Such an embodiment ultimately lies in the fact that with less Effective counter torque can be represented. As Wear-free brakes can be hydraulic or, for example rheological brakes.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: The invention is based on exemplary embodiments below Described with reference to the accompanying figures. Show it:

Fig. 1 eine schematisiert dargestellte Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a schematically illustrated steering device for a motor vehicle according to a first embodiment,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a sectional view through a steering device for a motor vehicle according to a further embodiment,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Lenkeinrichtung der Fig. 2 und Fig. 3 is a plan view of the steering device of Fig. 2 and

Fig. 4 eine schematisierte Darstellung einer Bremseinrichtung für eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Fig. 4 is a schematic representation of a braking device for a steering device for a motor vehicle.

Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Lenkeinrichtung für ein mittels eines Steer-by-Wire-Konzeptes zu lenkenden Kraftfahrzeuges. Die Lenkeinrichtung 1 umfaßt ein Lenkrad 2, das drehfest auf einer Stellwelle 3 angeordnet ist. Eine Drehbewegung des Lenkrades 2 hat somit eine entsprechende Drehbewegung der Stellwelle 3 zur Folge. Die Lenkeinrichtung 1 verfügt über eine Einrichtung 4 zum Erzeugen einer Lenkhaptik, um durch diese Einrichtung einem Fahrer bei einer Betätigung des Lenkrades eine herkömmlichen Lenkeinrichtungen entsprechende haptische Rückmeldung des durchgeführten Lenkvorganges zu vermitteln. Die Lenkhaptikeinrichtung 4 umfaßt einen Direktantrieb 5, aufgebaut als drei-phasiger Synchronmotor mit Permanenterregung. Der Stator S des Direktantriebes 5 ist an einer Statorplatte 6 befestigt. Die Statorplatte 6 ist - wie durch die symbolisiert dargestellten Schrauben 7, 7' dargestellt - an der Frontseite eines nicht näher dargestellten Armaturenbrettes festgelegt. Der Rotor R des Direktantriebes 5 ist drehfest über eine Hohlwelle 8 mit der Stellwelle 3 verbunden. Aus der beschriebenen Anordnung des Direktantriebes 5 wird deutlich, dass bei einer Bestromung des Direktantriebes 5 unmittelbar ein Moment auf die Stellwelle 3 und somit auf das Lenkrad 2 ausübbar ist. Fig. 1 shows an overall steering device identified by the reference numeral 1 a by means of a steer-by-wire concept to be steered motor vehicle. The steering device 1 comprises a steering wheel 2 , which is arranged in a rotationally fixed manner on an adjusting shaft 3 . A rotary movement of the steering wheel 2 thus results in a corresponding rotary movement of the control shaft 3 . The steering device 1 has a device 4 for generating a steering haptic, in order to convey a conventional steering device corresponding haptic feedback of the steering process carried out to a driver when the steering wheel is actuated. The steering haptic device 4 comprises a direct drive 5 , constructed as a three-phase synchronous motor with permanent excitation. The stator S of the direct drive 5 is attached to a stator plate 6 . The stator plate 6 is - as shown by the symbolized screws 7 , 7 '- fixed to the front of a dashboard, not shown. The rotor R of the direct drive 5 is connected to the actuating shaft 3 in a rotationally fixed manner via a hollow shaft 8 . It is clear from the arrangement of the direct drive 5 described that when the direct drive 5 is energized, a moment can be exerted directly on the actuating shaft 3 and thus on the steering wheel 2 .

An die Drehbewegung der Hohlwelle 8 gekoppelt ist ferner das Geberelement 9 eines Lenkwinkelsensors. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind aus Informationsredundanzgründen zwei Lenkwinkelsensoren eingesetzt. The encoder element 9 of a steering angle sensor is also coupled to the rotary movement of the hollow shaft 8 . In the illustrated embodiment, two steering angle sensors are used for reasons of information redundancy.

Angeordnet in dem durch den Rotor R des Direktantriebes 5 eingeschlossenen Raum ist eine Bremseinrichtung 10, durch die einer aktiven Lenkbewegung ein Gegenmoment entsprechend der benötigten lenkhaptischen Rückmeldung entgegengesetzt werden kann. Bei der Bremseinrichtung 10 handelt es sich um eine verschleißfreie rheologische Bremse mit einem elektrisch ansteuerbaren Ringmagneten 11, der - eingesetzt in ein Gehäuse 12 - statorseitig festgelegt ist. In einen U-förmig ausgebildeten, konzentrisch radial innenseitig zu dem Ringmagneten 11 angeordnet, befindet sich ein Flüssigkeitsspalt 13, in dem eine rheologische Flüssigkeit eingebracht ist. Die rheologische Flüssigkeit ändert in Abhängigkeit von der Bestromung des Ringmagneten 11 ihre Viskosität. In die rheologische Flüssigkeit eintauchend ist ferner eine Bremsscheibe 14 vorgesehen, auf die die Reibung der rheologischen Flüssigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Viskosität einwirkt. Arranged in the space enclosed by the rotor R of the direct drive 5 is a braking device 10 , by means of which an active steering movement can be countered by a counter-torque in accordance with the required steering-haptic feedback. The braking device 10 is a wear-free rheological brake with an electrically controllable ring magnet 11 , which - inserted into a housing 12 - is fixed on the stator side. A liquid gap 13 , in which a rheological liquid is introduced, is located in a U-shaped, concentrically arranged radially on the inside to the ring magnet 11 . The rheological fluid changes its viscosity depending on the energization of the ring magnet 11 . Immersed in the rheological fluid, a brake disc 14 is also provided, on which the friction of the rheological fluid acts as a function of the respective viscosity.

Mit dem Direktantrieb 5 ist mit hoher Präzision und insbesondere hohem Drehmoment spielfrei ein aktives Drehmoment auf das Lenkrad 2 ausübbar, wie es beispielsweise zum Rückstellen des Lenkrades 2 nach einer Kurvenfahrt gewünscht wird. Gewünscht ist eine solche Lenkhaptik ebenfalls bei Fahrten auf unebenem Untergrund, bei denen bei herkömmlichen Lenkeinrichtungen mit einer Zwangskopplung zwischen einer Drehbewegung des Lenkrades und der Stellung der gelenkten Räder ein Drehmoment von den Rädern auf das Lenkrad ausgeübt wird. Zum Aufbringen eines aktiven Gegenmomentes einer durch den Fahrer ausgeübten aktiven Lenkbewegung dient die Bremseinrichtung 10, die mit sehr geringem Stromverbrauch und insbesondere ohne eine übermäßige Erwärmung ein sehr hohes Gegenmoment bereitstellen kann. With the direct drive 5 , an active torque can be exerted on the steering wheel 2 with high precision and in particular high torque without play, as is desired, for example, for resetting the steering wheel 2 after cornering. Such a steering feel is also desirable when driving on uneven surfaces, in which, in conventional steering devices with a forced coupling between a rotary movement of the steering wheel and the position of the steered wheels, a torque is exerted by the wheels on the steering wheel. The braking device 10 , which can provide a very high counter torque with very low power consumption and in particular without excessive heating, is used to apply an active counter torque of an active steering movement exercised by the driver.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lenkeinrichtung 1 Teil des Lenkrades 2, da das Lenkrad 2 zusammen mit der Lenkhaptikeinrichtung 1 und mit dem Lenkwinkelsensor insgesamt am Armaturenbrett befestigbar und ebenfalls auch von diesem entfernbar ist. In the illustrated embodiment, the steering device 1 is part of the steering wheel 2 , since the steering wheel 2 together with the steering haptic device 1 and with the steering angle sensor as a whole can be fastened to the dashboard and can also be removed therefrom.

Der Übersicht halber sind die notwendigen elektrischen Verbindungen und weiteren Komponenten zum Realisieren des Steer-by-Wire-Konzeptes in Fig. 1 und den folgenden Figuren nicht dargestellt. For the sake of clarity, the necessary electrical connections and further components for realizing the steer-by-wire concept are not shown in FIG. 1 and the following figures.

Eine weitere Lenkeinrichtung 15, die konzentrisch eine Stellwelle 16 umgebend angeordnet ist, ist in Fig. 2 abgebildet. Mit der Stellwelle 16 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise ein Lenkrad verbunden. Als Antrieb der Lenkeinrichtung 15 dient gleichfalls ein Direktantrieb 17. An dem Rotor R des Direktantriebes 17 sind mehrere Rollen 18 zur Stellwelle 16 weisend drehbar gelagert. Die Rollen 18 wirken ein auf einen Schlauchabschnitt 19, in dem eine hydraulische Flüssigkeit enthalten ist. Der Schlauchabschnitt 19 stützt sich an einem statorseitig gehaltenem Widerlager 20 ab. Durch die Rollen 18 wird der flexible Schlauchabschnitt 19 zusammengequetscht, so dass bei einer Drehung des Rotors R, bedingt durch eine Drehung des Lenkrades und somit der Stellwelle 16, die in dem Schlauchabschnitt 19 befindliche hydraulische Flüssigkeit entsprechend der Drehbewegung gefördert wird. Diese Einrichtung ist eingesetzt als Bremseinrichtung zum Bereitstellen eines einer Lenkbewegung entgegenwirkenden Widerstandsmomentes. Der Aufbau der insgesamt mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichneten Bremseinrichtung ist auch in der Darstellung der Fig. 3 erkennbar. Der Schlauchabschnitt 19 erstreckt sich über einen Bereich von etwas mehr als 180° und liegt in diesem Bereich an dem Widerlager 20 an. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Rollen 18 vorgesehen, die den Schlauchabschnitt 19 im Bereich des Widerlagers 20 verquetschen. Der Schlauchabschnitt 19 ist Teil eines hydraulischen Kreislaufs, der durch einen Abschnitt 22, die beiden Schlauchenden verbindend, gebildet ist. In den Abschnitt 22 eingeschaltet ist ein elektromagnetisches Stellglied 23, mit dem die wirksame Strömungsquerschnittsfläche im Bereich des Abschnittes 22 eingestellt werden kann. In Abhängigkeit von der Stellung des elektromagnetischen Stellgliedes 23 ist ein größerer oder kleinerer Strömungsquerschnitt gebildet, so dass dementsprechend ein kleineres oder größeres Widerstandsmoment einer Drehbewegung des Lenkrades entgegengesetzt werden kann. In den hydraulischen Kreislauf eingeschaltet ist ferner eine Durchströmungsmeßeinrichtung 24, mit dem die Durchströmungsrate erfaßt wird. Mit dem Durchströmungsmesser 24 ist somit unmittelbar eine Aussage bezüglich der Lenkwinkelstellung und des Lenkwinkeldrehbetrages ermittelbar. Aus Fig. 3 wird ferner deutlich, dass durch Verquetschen des Schlauchabschnittes 19 durch die mehreren Rollen 18 bei einer Bewegung des Rotors R die in dem hydraulischen Kreislauf, gebildet durch den Schlauchabschnitt 19 und den Abschnitt 22, befindliche Flüssigkeit transportiert wird. Another steering device 15 , which is arranged concentrically around an adjusting shaft 16 , is shown in FIG. 2. A steering wheel is connected to the adjusting shaft 16 in a manner not shown in detail. A direct drive 17 also serves to drive the steering device 15 . On the rotor R of the direct drive 17 , a plurality of rollers 18 are rotatably mounted facing the adjusting shaft 16 . The rollers 18 act on a hose section 19 , in which a hydraulic fluid is contained. The hose section 19 is supported on an abutment 20 held on the stator side. The flexible hose section 19 is squeezed together by the rollers 18 , so that when the rotor R rotates, due to a rotation of the steering wheel and thus the actuating shaft 16 , the hydraulic fluid located in the hose section 19 is conveyed in accordance with the rotary movement. This device is used as a braking device for providing a moment of resistance counteracting a steering movement. The structure of the braking device, identified overall by reference numeral 21 , can also be seen in the illustration in FIG. 3. The hose section 19 extends over a region of somewhat more than 180 ° and lies against the abutment 20 in this region. In the illustrated embodiment, numerous rollers 18 are provided which squeeze the hose section 19 in the area of the abutment 20 . The hose section 19 is part of a hydraulic circuit which is formed by a section 22 connecting the two hose ends. In the section 22 is turned on, an electromagnetic actuator 23, by which the effective flow cross-sectional area can be set in the range of the portion of the 22nd Depending on the position of the electromagnetic actuator 23 , a larger or smaller flow cross section is formed, so that a smaller or larger section modulus can accordingly be opposed to a rotational movement of the steering wheel. A flow measuring device 24 is also connected to the hydraulic circuit and is used to measure the flow rate. With the flow meter 24 , a statement regarding the steering angle position and the steering angle rotation amount can thus be determined directly. It is also clear from FIG. 3 that by squeezing the hose section 19 through the plurality of rollers 18 when the rotor R moves, the liquid in the hydraulic circuit formed by the hose section 19 and the section 22 is transported.

Fig. 4 zeigt eine weitere Bremseinrichtung 25 für eine Lenkeinrichtung zum Bereitstellen eines einer Lenkbewegung entgegenwirkenden Widerstandsmomentes. Die Bremseinrichtung 25 ist ebenfalls hydraulisch arbeitend ausgelegt und umfaßt einen Kreislauf 26, in den zwei Förderzahnräder 27, 27' eingeschaltet sind. Das Förderzahnrad 27 ist drehfest mit der Stellwelle verbunden. Bei einer Betätigung der Stellwelle wird durch die beiden Zahnräder 27, 27' die in dem Kreislauf 26 befindliche hydraulische Flüssigkeit gefördert. Teil der Bremseinrichtung 25 ist ferner ein elektromagnetisches Stellglied 28, mit dem die wirksame Strömungsquerschnittsfläche innerhalb des Kreislaufes 26 eingestellt werden kann. Durch die Einstellung der wirksamen Strömungsquerschnittsfläche ist ein größeres oder kleineres Widerstandsmoment aufbringbar. FIG. 4 shows a further braking device 25 for a steering device for providing a resistance moment that counteracts a steering movement. The braking device 25 is also designed to operate hydraulically and comprises a circuit 26 in which two feed gears 27 , 27 'are switched on. The conveyor gear 27 is rotatably connected to the actuating shaft. When the actuating shaft is actuated, the hydraulic fluid in the circuit 26 is conveyed by the two gear wheels 27 , 27 '. Part of the braking device 25 is also an electromagnetic actuator 28 , with which the effective flow cross-sectional area within the circuit 26 can be adjusted. A larger or smaller section modulus can be applied by setting the effective flow cross-sectional area.

Mit geringem Strombedarf ist durch die in den Figuren beispielhaft aufgezeigten Bremseinrichtungen auch ein Widerstandsmoment aufbringbar, durch das eine weitere Drehbewegung des Lenkrades blockiert ist. Das Lenkrad braucht dann keine weiteren Anschläge zur Begrenzung einer maximalen Lenkbewegung aufzuweisen. With low power requirements is exemplified by those in the figures shown braking devices can also be applied a section modulus, by which a further rotation of the steering wheel is blocked. The The steering wheel then needs no further stops to limit one to have maximum steering movement.

Die beschriebenen Lenkeinrichtungen eignen sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise grundsätzlich auch zur Anordnung an anderen Elementen und nicht notwendigerweise am Armaturenbrett. Ein solches anderes Element kann beispielsweise ein etwa von der Fahrertür her ausschwenkbarer Arm sein. In diesem Fall kann der Raum unter dem Armaturenbrett - falls überhaupt vor dem Fahrer vorhanden - auch verglast sein, ohne dass dieser Raum wie beim vorbekannten Stand der Technik durch notwendige Einrichtungen der Lenkeinrichtung verbaut wäre. Bezugszeichenliste 1 Lenkeinrichtung
2 Lenkrad
3 Stellwelle
4 Lenkhaptikeinrichtung
5 Direktantrieb
6 Statorplatte
7, 7' Schraube
8 Hohlwelle
9 Geberelement
10 Bremseinrichtung
11 Ringmagnet
12 Gehäuse
13 Flüssigkeitsspalt
14 Bremsscheibe
15 Lenkeinrichtung
16 Stellwelle
17 Direktantrieb
18 Rollen
19 Schlauchabschnitt
20 Widerlager
21 Bremseinrichtung
22 Abschnitt
23 elektromagnetisches Stellglied
24 Durchströmungsmeßeinrichtung
25 Bremseinrichtung
26 Kreislauf
27, 27' Förderzahnräder
28 elektromagnetisches Stellglied
R Rotor
S Stator
Due to their compact design, the steering devices described are in principle also suitable for arrangement on other elements and not necessarily on the dashboard. Such another element can be, for example, an arm that can be swung out from the driver's door. In this case, the space under the dashboard - if present at all in front of the driver - can also be glazed without this space being obstructed by necessary steering device devices, as in the prior art. LIST OF REFERENCES 1 steering device
2 steering wheel
3 control shaft
4 steering haptic device
5 direct drive
6 stator plate
7 , 7 'screw
8 hollow shaft
9 encoder element
10 braking device
11 ring magnet
12 housing
13 liquid gap
14 brake disc
15 steering device
16 adjusting shaft
17 direct drive
18 rolls
19 hose section
20 abutments
21 braking device
22 section
23 electromagnetic actuator
24 flow measuring device
25 braking device
26 cycle
27 , 27 'conveyor gears
28 electromagnetic actuator
R rotor
S stator

Claims

1. Lenkeinrichtung für ein mittels eines Steer-by-Wire-Konzeptes zu lenkendes Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad (2) und mit einer Einrichtung (4, 15) zum Erzeugen einer auf das Lenkrad (2) wirkenden Lenkhaptik, umfassend einen elektrischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (4, 15) zum Bereitstellen eines einer aktiven Lenkbewegung des Lenkrades (2) entgegenwirkenden Widerstandsmomentes eine mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors (11, 23, 28) bezüglich ihrer Bremswirkung einstellbare Bremseinrichtung (10, 21, 25) zugeordnet ist, durch deren Aktor (11, 23, 28) das benötigte Widerstandsmoment mittelbar bereitgestellt wird, indem dieser auf eine Flüssigkeit zum Verändern ihrer Viskosität oder auf einen Flüssigkeitskreislauf zum Verändern der wirksamen Strömungsquerschnittsfläche, jeweils die eigentliche Bremsarbeit übernehmend, einwirkt. 1. Steering device for a motor vehicle to be steered by means of a steer-by-wire concept with a steering wheel ( 2 ) and with a device ( 4 , 15 ) for generating a steering haptic acting on the steering wheel ( 2 ), comprising an electric drive, thereby characterized in that the device ( 4 , 15 ) for providing a resistance moment which counteracts an active steering movement of the steering wheel ( 2 ) is assigned a braking device ( 10 , 21 , 25 ) which can be adjusted with respect to its braking action by means of an electrically controllable actuator ( 11 , 23 , 28 ) , the actuator ( 11 , 23 , 28 ) of which provides the required section modulus indirectly by acting on a liquid for changing its viscosity or on a liquid circuit for changing the effective flow cross-sectional area, each taking over the actual braking work.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (10) rheologisch arbeitend ausgelegt ist und einen an die Drehbewegung des Lenkrades (2) gekoppelte Bremsscheibe (14) konzentrisch umgebenden Ringmagneten (11) umfasst, wobei in einem Flüssigkeitsspalt (13) zwischen der Bremsscheibe (14) als Rotor und einem statorseitigen Gehäuse (12) zur Aufnahme des Ringmagneten (11) mit einer rheologischen Flüssigkeit gefüllt ist. 2. Steering device according to claim 1, characterized in that the braking device ( 10 ) is designed to work rheologically and comprises a brake disc ( 14 ) coupled to the rotary movement of the steering wheel ( 2 ) concentrically surrounding ring magnets ( 11 ), in a liquid gap ( 13 ) between the brake disc ( 14 ) as a rotor and a stator-side housing ( 12 ) for receiving the ring magnet ( 11 ) is filled with a rheological fluid.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (2) drehfest mit einer Stellwelle (3) verbunden ist, auf der die Bremsscheibe (14) ebenfalls drehfest angeordnet ist. 3. Steering device according to claim 2, characterized in that the steering wheel ( 2 ) is rotatably connected to an actuating shaft ( 3 ) on which the brake disc ( 14 ) is also arranged in a rotationally fixed manner.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf einen hydraulischen Kreislauf (26) einwirkende Aktor ein Elektromagnet (23, 28) ist. 4. Steering device according to claim 1, characterized in that the actuator acting on a hydraulic circuit ( 26 ) is an electromagnet ( 23 , 28 ).

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen der Flüssigkeit in dem hydraulischen Kreislauf (26) zwei in den Kreislauf (26) eingeschaltete, miteinander im Eingriff stehende Förderzahnräder (27, 27') vorgesehen sind, von denen eines an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt ist. 5. Steering device according to claim 4, characterized in that for moving the liquid in the hydraulic circuit ( 26 ) two in the circuit ( 26 ) switched on, intermeshing feed gears ( 27 , 27 ') are provided, one of which to the Rotational movement of the steering wheel is coupled.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskreislauf zumindest in einem Abschnitt durch einen flexiblen, auf einem Widerlager (20) gehaltenen Schlauch (19) gebildet ist, auf den ein oder mehrere, durch eine Drehbewegung des Lenkrades bewegte Quetschglieder (18) auf die äußere Oberfläche des Schlauches (19) zum Fördern der in dem Schlauch enthaltenen Flüssigkeit bei einer Drehbewegung des Lenkrades einwirken. 6. Steering device according to claim 4, characterized in that the liquid circuit is formed at least in one section by a flexible hose ( 19 ) held on an abutment ( 20 ) onto which one or more pinch members ( 18) moved by a rotary movement of the steering wheel ) act on the outer surface of the hose ( 19 ) to convey the liquid contained in the hose when the steering wheel rotates.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Quetschglieder drehbar gelagerte Rollen (18) sind. 7. Steering device according to claim 6, characterized in that the or the pinch members are rotatably mounted rollers ( 18 ).

8. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremseinrichtung (21) ferner eine in den hydraulischen Kreislauf eingeschaltete Durchflußmeßeinrichtung (24) als Lenkwinkelsensor zugeordnet ist. 8. Steering device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the braking device ( 21 ) is also associated with a flow meter ( 24 ) switched into the hydraulic circuit as a steering angle sensor.

9. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Aktor zum Erzeugen eines auf das Lenkrad (2) wirkenden Drehmomentes ein direkt das Lenkrad antreibender, bürstenloser Permanentmagnetmotor (5, 17) eingesetzt ist. 9. Steering device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a directly driving the steering wheel, brushless permanent magnet motor ( 5 , 17 ) is used as the electrical actuator for generating a torque acting on the steering wheel ( 2 ).

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der bürstenlose Permanentmagnetmotor ein 3-phasiger Synchronmotor mit Permanenterregung ist. 10. Steering device according to claim 9, characterized in that the brushless permanent magnet motor is a 3-phase Synchronous motor with permanent excitation.

11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) des Permanentmagnetmotors (5) auf einer Hohlwelle (8) sitzt. 11. Steering device according to claim 9 or 10, characterized in that the rotor (R) of the permanent magnet motor ( 5 ) sits on a hollow shaft ( 8 ).

12. Lenkeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetmotor (5) sowie die Bremseinrichtung (10) prinzipiell Teil des Lenkrades (2) sind und das Lenkrad (2) über eine den Stator (S) des Permanentmagnetmotors (5) tragende Statorplatte (6) kraftfahrzeugseitig befestigt ist. 12. Steering device according to claim 11, characterized in that the permanent magnet motor ( 5 ) and the braking device ( 10 ) are in principle part of the steering wheel ( 2 ) and the steering wheel ( 2 ) via a stator (S) of the permanent magnet motor ( 5 ) carrying stator plate ( 6 ) is attached to the motor vehicle.

13. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den von dem Rotor (R) bzw. seiner Hohlwelle (8) eingeschlossenen Raum des Permanentmagnetmotors (5) die Bremseinrichtung (10) angeordnet ist. 13. Steering device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the braking device ( 10 ) is arranged in the space of the permanent magnet motor ( 5 ) enclosed by the rotor (R) or its hollow shaft ( 8 ).