Die Erfindung betrifft eine Drehsteuereinrichtung für ein Fahrzeug, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche, die dazu ausgelegt ist, sich hinsichtlich eines Gehäuses der Einrichtung um eine Drehachse der Einrichtung herum zu drehen, ferner eine Sensoreinheit zum Überwachen der Ausrichtung und/oder der Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche hinsichtlich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zum Übermitteln von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Ausgabe durch die Verarbeitungseinheit auf Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit erzeugt wird, wobei die Drehsteuereinrichtung ferner einen magnetorheologischen Aktor umfasst, wobei der magnetorheologische Aktor ein Drehelement umfasst, das mechanisch mit der Benutzerschnittstellenoberfläche verbunden ist und zum Interagieren mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit des magnetorheologischen Aktors dient, und wobei der magnetorheologische Aktor eine Baugruppe zum Erzeugen und/oder Beeinflussen von Eigenschaften eines Magnetfelds, das auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, umfasst, so dass der magnetorheologische Aktor zum Modulieren einer Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse dient.

Haptische Schnittstellen zur Steuerung sind zum Beispiel aus der europäischen Patentveröffentlichung EP2065614A1 bekannt, bei der eine Baugruppe zum Beeinflussen von Eigenschaften eines Magnetfelds zum Zweck des Modulierens des Drehmomenttransfers zwischen einem Drehelement und einem Gehäuse der haptischen Schnittstelle offenbart ist.

Derartige Steuereinrichtungen, die auf magnetorheologischen Aktoren basieren, sind auf eine große Vielfalt von Weisen in der Lage, Auswahlen vorzunehmen und Steuersignale zu erstellen. Bei manchen Steueranwendungen, insbesondere in einem Fahrzeug, wo Betriebsmodi mit einer derartigen Einrichtung ausgewählt werden können, besteht jedoch die Notwendigkeit, die Auswahlfähigkeiten der Einrichtung zu beschränken, um zu verhindern, dass ein Benutzer Befehle eingibt, die für das ge- steuerte System oder die gesteuerte Maschine destruktiv sein können. In Fahrzeugen kann der Mangel derartiger Beschränkungen sogar zu lebensgefährlichen Situationen führen.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Einführung einer Drehsteuereinrichtung, die sicherer betrieben werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Drehsteuereinrichtung erzielt, die durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs definiert ist. Die abhängigen Ansprüche und die Beschreibung definieren vorteilhafte Ausführungsformen des Systems.

Die Aufgabe wird daher durch eine Drehsteuereinrichtung für ein Fahrzeug erzielt, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche, die dazu ausgelegt ist, sich hinsichtlich eines Gehäuses der Einrichtung um eine Drehachse der Einrichtung herum zu drehen, ferner eine Sensoreinheit zum Überwachen der Ausrichtung und/oder der Drehbewegung der Benutzerschnittstellenoberfläche hinsichtlich des Gehäuses, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zum Übermitteln von Steuersignalen gemäß einer Ausgabe von der Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Ausgabe durch die Verarbeitungseinheit auf Basis von Sensordaten von der Sensoreinheit erzeugt wird, wobei die Drehsteuereinrichtung ferner einen magne- torheologischen Aktor umfasst, wobei der magnetorheologische Aktor ein Drehelement umfasst, das mechanisch mit der Benutzerschnittstellenoberfläche verbunden ist und zum Interagieren mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit des magne- torheologischen Aktors dient, und wobei der magnetorheologische Aktor eine Baugruppe zum Erzeugen und/oder Beeinflussen von Eigenschaften eines Magnetfelds, das auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, umfasst, so dass der magnetorheologische Aktor zum Modulieren einer Drehmomentübertragung zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse dient, wobei der Aktor dazu ausgelegt ist, die Eigenschaften des Magnetfelds gemäß Fahrzeugstatussignalen, die durch die Einrichtung über die Kommunikationsschnittstelle empfangen werden, und auf Basis der Sensordaten von der Sensoreinheit, die eine gegenwärtige Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche und/oder einer Drehbewegung der Be- nutzerschnittstellenoberfläche von einer ersten Ausrichtung zu einer zweiten Ausrichtung angeben, zu erzeugen und/oder zu beeinflussen.

Ein Fahrzeugstatussignal kann zum Beispiel Informationen bezüglich der Geschwindigkeit und des Betriebsmodus des Fahrzeugs enthalten. Wenn ein Straßenfahrzeug mit einem Getriebemodul zum Transferieren eines Drehmoments von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs entlang der Antriebskette zu den Rädern eines Fahrzeugs mit einer hohen Geschwindigkeit in eine Vorwärtsrichtung fährt, würde es für das Getriebemodul verheerend sein, wenn ein Betriebsmodus zum Fahren in eine Rückwärtsrichtung implementiert wird. Die Drehsteuereinrichtung kann daher dementsprechend derartige Informationen berücksichtigen, wenn sie den MRF-Aktor ansteuert. Vorteilhafterweise, mit der wie oben definierten Drehsteuereinrichtung, kann ein Betreiber oder Benutzer des Fahrzeugs die Benutzerschnittstellenoberfläche in dieser Situation nicht zu einer Ausrichtung zum Auswählen eines Rückwärts-Betriebsmodus drehen.

Eine Position der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf die Platzierung der Benutzerschnittstellenoberfläche innerhalb einer Ebene, die räumlich vom Gehäuse der Einrichtung um einen spezifizierten Abstand versetzt ist. Eine Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche im Sinne der Erfindung bezieht sich auf eine Drehverschiebung der Benutzerschnittstellenoberfläche um einen spezifischen Drehungsgrad hinsichtlich einer anfänglichen Einstellung der Benutzerschnittstellenoberfläche bezüglich des Gehäuses um die Drehachse der Einrichtung herum.

Die magnetorheologische Flüssigkeit definiert das Verhalten der Drehsteuereinrichtung. Zu diesem Zweck wird eine Spannung, mit der die Baugruppe versorgt wird, variiert, um ein umgebendes Magnetfeld zu induzieren, das die Viskosität der Flüssigkeit ändert. In Abhängigkeit vom Magnetfeld, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften des Magnetfelds, wie etwa Intensität und/oder Richtung, kann die MRF zwischen einem flüssigen und einem festen Zustand variieren, der sehr genau gesteuert werden kann. In einem flüssigen Zustand überträgt die MRF wenig bis zu kein Drehmoment zwischen dem Drehelement und dem Gehäuse. Wenn sich die Viskosität jedoch erhöht und die Flüssigkeit sich einem festen Zustand nähert, erhö- hen sich die Scherkräfte in der Flüssigkeit und zwischen der Flüssigkeit und dem Drehelement sowie zwischen der Flüssigkeit und dem Gehäuse oder einer Komponente, die fest am Gehäuse angebracht ist. Dies führt zu einem erhöhten Drehmomenttransfer zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche und dem Gehäuse.

Die Einrichtung kann zum Auswählen eines Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet werden, was zum Beispiel ein Vorwärtsantrieb-Betriebsmodus ist, bei dem Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs übertragen wird, um das Fahrzeug in eine Vorwärtsrichtung anzutreiben, ein Rückwärtsgangantrieb-Betriebsmodus, bei dem Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs übertragen wird, um das Fahrzeug in eine Rückwärtsrichtung anzutreiben, ein Neutral-Betriebsmodus, bei dem kein Drehmoment von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs übertragen wird, ein Parken-Betriebsmodus, bei dem eine Drehmomentübertragungseinheit, die an der Antriebseinheit des Fahrzeugs angebracht ist, mechanisch geblockt wird, oder ein anderer Betriebsmodus.

Wenn eine Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche beim Nichtvorhandensein einer von einer externen Quelle an die Einrichtung angelegten Kraft konstant bleibt, dann kann diese Position und/oder Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche als eine stabile Position bezeichnet werden. Andererseits kann, wenn die Benutzerschnittstellenoberfläche nicht in einer bestimmten Position oder Ausrichtung bleibt, weil zum Beispiel ein Mechanismus der Einrichtung intern eine Kraft anlegt, diese Position und/oder Ausrichtung dann als nicht stabil bezeichnet werden.

Eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeugs im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel die Auswahl eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, Lenken, Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeugs sein. Eine Nicht-Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs kann zum Beispiel eine Navigation oder Steuerung einer Multimedia-Schnittstelle sein.

Ein Kommunikationsweg im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel eine Festverdrahtung zum Übertragen von Daten, wie etwa ein Datenbus, und/oder ein drahtloser Datenübertragungskanal sein. In vielen modernen Straßenfahrzeugen ist ein CAN- Datenbus eine bevorzugte Art des Kommunikationswegs.

Die Benutzerschnittstellenoberfläche oder der Drehknopf im Sinne der Erfindung kann die Außenfläche einer ringförmigen und/oder halbschalenförmigen Struktur umfassen, die einem Betreiber, d.h. Benutzer, des Fahrzeugs zugänglich ist. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann ferner eine unter der Außenfläche der Benutzerschnittstellenoberfläche liegende Konstruktion umfassen.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Einrichtung derart ausgelegt, dass, wenn die Fahrzeugstatussignale über die Kommunikationsschnittstelle empfangen werden, diese zur Verarbeitungseinheit umgeleitet werden, und dass die Verarbeitungseinheit zum Ausführen eines Vergleichs der in den Fahrzeugstatussignalen enthaltenen Informationen mit einem Satz von vorbestimmten Werten von Parametern, die in einer Speichereinheit der Einrichtung gespeichert sind, ausgelegt ist, und dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, Befehlssignale zur Baugruppe gemäß den Ergebnissen des Vergleichs auszugeben.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt, Informationen, die in einem Fahrzeugstatussignal enthalten sind, das einen gegenwärtigen Geschwindigkeitswert des Fahrzeugs angibt, mit einem vorbestimmten Wert eines Geschwindigkeitsschwellenparameters, der in einem Speicher der Einrichtung gespeichert ist, zu vergleichen, und, wenn der Geschwindigkeitswert den Schwellenwert überschreitet, die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, Befehlssignale zur Baugruppe auszugeben, so dass die Baugruppe die Eigenschaften des Magnetfelds derart beeinflusst, dass eine Drehung der Benutzeroberflächenschnittstelle von der ersten Ausrichtung zur zweiten Ausrichtung verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt, Befehlssignale zur Baugruppe auszugeben, so dass die Baugruppe die Eigenschaften des Magnetfelds derart beeinflusst, dass eine Drehung der Benutzerschnittstellenoberfläche von der ersten Ausrichtung zur zwei- ten Ausrichtung basierend auf einer gegenwärtigen Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt, Befehlssignale zur Baugruppe auszugeben, so dass die Baugruppe die Eigenschaften des Magnetfelds derart beeinflusst, dass eine Drehung der Benutzeroberflächenschnittstelle von der ersten Ausrichtung zur zweiten Ausrichtung basierend auf einem gegenwärtigen Betriebsmodus des Fahrzeugs verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt, Befehlssignale zur Baugruppe auszugeben, so dass die Baugruppe die Eigenschaften des Magnetfelds derart beeinflusst, dass eine Drehung der Benutzeroberflächenschnittstelle von der ersten Ausrichtung zur zweiten Ausrichtung basierend auf Daten, die in einem Speicher der Einrichtung gespeichert sind, bezüglich des Steuersignals, das von der Kommunikationsschnittstelle unmittelbar zuvor übermittelt wird, verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung ist die Einrichtung dazu ausgelegt, Steuersignale zum Auswählen von Betriebsmodi des Fahrzeugs zu übermitteln.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung, wenn die Einrichtung ein Fahrzeugstatussignal empfängt, das angibt, dass das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit über einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle in einer Vorwärtsrichtung fährt, insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einem Vorwärtsantrieb-Betriebsmodus befindet, gibt die Verarbeitungseinheit Befehlssignale zur Baugruppe aus, so dass die Benutzerschnittstellenoberfläche daran gehindert wird, zu einer zweiten Ausrichtung zum Auswählen eines Rückwärtsantrieb-Betriebsmodus gedreht zu werden, und/oder die Verarbeitungseinheit Sensordaten, die angeben, dass die Benutzerschnittstellenoberfläche trotz der über den Aktor bereitgestellten Inhibition zu einer Ausrichtung zum Auswählen eines Rückwärts-Betriebsmodus gedreht worden ist, aktiv ignoriert. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung, wenn die Einrichtung ein Fahrzeugstatussignal empfängt, das angibt, dass das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit über einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle in einer Rückwärtsrichtung fährt, insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einem Rückwärtsantrieb-Betriebsmodus befindet, gibt die Verarbeitungseinheit Befehlssignale zur Baugruppe aus, so dass die Benutzerschnittstellenoberfläche daran gehindert wird, zu einer Ausrichtung zum Auswählen eines Vorwärtsantrieb-Betriebsmodus gedreht zu werden, und/oder die Verarbeitungseinheit Sensordaten, die angeben, dass die Benutzerschnittstellenoberfläche trotz der über den Aktor bereitgestellten Inhibition zu einer Ausrichtung zum Auswählen eines Vorwärts-Betriebsmodus gedreht worden ist, aktiv ignoriert.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird als nächstes ausführlich unter Bezugnahme auf die folgende Figur erläutert. Diese zeigt:

Figur 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung.

Figur 1 stellt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehsteuereinrichtung 1 dar, die eine Benutzerschnittstellenoberfläche 3 aufweist, die durch einen Benutzer oder Betreiber eines Fahrzeugs bewegt und gedreht werden kann. Die Benutzerschnittstellenoberfläche kann um eine Drehachse 7 der Einrichtung 1 herum zu verschiedenen Ausrichtungen gedreht werden, zum Beispiel zum Auswählen von Betriebsmodi eines Fahrzeugs. Die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 kann des Weiteren durch einen Benutzer oder Betreiber des Fahrzeugs zwischen einer ersten, zweiten und dritten Position P1 , P2, P3 bewegt werden.

Die Einrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 5, das zumindest teilweise eine Verarbeitungseinheit 1 1 einschließt, die auf einem Substrat 15, das eine Leiterplatte ist, befestigt ist. Die Verarbeitungseinheit 1 1 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 13 verbunden. Über die Kommunikationsschnittstelle 13 können Signale, wie etwa Steuersignale Ts, übermittelt und empfangen werden. Insbesondere kann die Kommunikationsschnittstelle 13 Fahrzeugstatussignale empfangen. Die Fahrzeugstatussignale können zur Verarbeitungseinheit 1 1 weitergeleitet werden, wo die in diesen Signalen enthaltenen Informationen berücksichtigt werden können, wenn Befehlssignale zum Steuern des Verhaltens der Baugruppe erstellt werden.

Die Verarbeitungseinheit 1 1 ist ferner mit einer Sensoreinheit 9 verbunden, die zum Überwachen der Drehbewegung und/oder der Ausrichtung der Benutzerschnittstellenoberfläche hinsichtlich des Gehäuses 5 dient. Die Sensoreinheit 9 übermittelt Sensordaten Ds zur Verarbeitungseinheit 1 1 und auf Basis dieser Sensordaten Ds kann die Verarbeitungseinheit 1 1 Steuersignale zum Übermitteln über die Kommunikationsschnittstelle 13 erzeugen.

Die Einrichtung umfasst ferner eine Baugruppe 17 zum Erzeugen und Beeinflussen eines Magnetfelds in einer Kammer 19 des Gehäuses 5. Die Kammer enthält eine magnetorheologische Flüssigkeit 21 , auch als MRF bekannt. Ein Drehelement 23 ist teilweise innerhalb der Kammer positioniert. Das Drehelement 23 ist mechanisch mit der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 verbunden und dreht sich mit der Drehung der Schnittstelle 3.

Entsprechend von Änderungen in Eigenschaften des Magnetfelds, die durch die Baugruppe 17 bewirkt werden, wie etwa Feldstärke und -richtung, variiert die magnetorheologische Flüssigkeit 21 sozusagen in der Viskosität. Daher überträgt die Flüssigkeit auf entsprechende Weise mehr oder weniger Drehmoment zwischen der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 und dem Gehäuse 5 der Einrichtung 1 . Dies wird durch Scherkräfte in der Flüssigkeit und zwischen der Flüssigkeit und der Kammerwand verursacht. Da das Gehäuse 5 der Einrichtung allgemein fest im Fahrzeug befestigt ist, kann in Betracht gezogen werden, dass die Baugruppe eine Art Verzögerungskraft, die auf die Benutzerschnittstellenoberfläche 3 einwirkt, moduliert. Derartige Systeme, die eine MRF 21 in einer Kammer 19, Drehelemente 23 und Baugruppen 17 zum Beeinflussen des Magnetfelds in der Kammer 19 umfassen, werden häufig als MRF-Aktoren bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit 1 1 ist dazu ausgelegt, Be- fehlssignale zum Steuern der Baugruppe 17 auszugeben. Die Baugruppe 17 kann zum Beispiel durch eine Steuerung auf dem Substrat 15, die der Baugruppe 17 einen pulsweitenmodulierten (PWM) Strom oder eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung gemäß den Befehlssignalen von der Verarbeitungseinheit 1 1 zuführt, angetrieben werden.

Die Einrichtung umfasst ferner einen Servoaktor 25, der am Drehelement 23 eingreift und daher ein Drehmoment an der Benutzerschnittstellenoberfläche 3 anwenden kann.

Bezuqszeichen

I Drehsteuereinrichtung

3 Benutzerschnittstellenoberfläche

5 Gehäuse

7 Drehachse

9 Sensoreinheit

I I Verarbeitungseinheit

13 Kommunikationsschnittstelle

15 Substrat/PCB

17 Baugruppe zum Erzeugen/Beeinflussen eines Magnetfelds

19 Kammer

21 magnetorheologische Flüssigkeit

23 Drehelement

25 Servoaktor

X1 erste Richtung

X2 zweite Richtung

P1 erste Position

P2 zweite Position

P3 dritte Position