用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备

摘要

本发明涉及一种用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，优选踏板模拟器，所述踏板模拟器通过规定的力‑行程特性提供触觉反馈，所述设备包括活塞‑缸单元(5、12)，其中，活塞(5)通过活塞杆(4)与使所述活塞(5)在所述缸(12)的内部抵抗复位力地轴向运动的操纵元件(3)连接。在车辆使用者传送式地得到与在液压操纵装置中一样的感觉的设备中，所述活塞(5)压抵多件式弹性组件(13,14,15)，所述组件根据所述活塞(5)走过的行程产生针对所述活塞(5)的复位力或推力。

权利要求

1.用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，该设备为踏板模拟器，所述踏板模拟器通过规定的力-行程特性提供触觉反馈，所述设备包括活塞-缸单元，其中，活塞(5)通过活塞杆(4)与使所述活塞(5)在所述缸(12)内部抵抗复位力地轴向运动的所述操纵元件(3)连接，其特征为，所述活塞(5)压抵多件式弹性组件，所述组件根据所述活塞(5)走过的行程产生针对所述活塞(5)的复位力或推力；所述多件式弹性组件构造成弹簧装置，所述弹簧装置具有用于提供复位力的第一弹簧元件(13)和第三弹簧元件(15)，而在空间上布置在所述第一弹簧元件(13)和所述第三弹簧元件(15)之间的第二弹簧元件(14)调节针对所述活塞(5)的推力。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征为，所述第一弹簧元件(13)、所述第二弹簧元件(14)和所述第三弹簧元件(15)相对于所述活塞(5)的运动方向径向扩展，其中，靠近所述缸(12)布置的所述第一弹簧元件(13)在松弛状态下沿轴向方向直接贴靠在所述活塞(5)上，而所述第二弹簧元件(14)和所述第三弹簧元件(15)在松弛状态下沿轴向方向与所述活塞(5)的推进装置(16)间隔开地被定位。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征为，所述第二弹簧元件(14)与触发机构(18)连接，所述触发机构在所述第二弹簧(14)的松弛状态下与所述第三弹簧元件(15)间隔开地被构造。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征为，所述触发机构(18)包括卡锁机构(23)，在所述活塞(5)的规定推进运动之后，在所述第二弹簧元件(14)被操纵的状态下，所述推进装置(16)嵌入所述卡锁机构中并且操纵所述第三弹簧元件(15)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征为，所述推进装置(16)杆形地被构造，在所述推进装置的面向所述第二弹簧元件(14)的端部上构造了用于所述触发机构(18)的头形的嵌入元件(17)。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征为，所述头形的嵌入元件(17)具有用于将压力传递到所述触发机构(18)上的止挡(20)，所述止挡操纵所述触发机构(18)的所述卡锁机构(23)。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征为，所述推进装置(16)的所述头形的嵌入元件(17)在所述第二弹簧元件(14)的触发状态下支持所述第二弹簧元件(14)的拉力到所述活塞杆(4)上的传递。

8.用于操纵电离合器系统的装置，在所述电离合器系统中，操纵元件(3)与用于在所述操纵元件(3)上进行力模拟的设备(2)连接，其中，所述操纵元件(3)的位置由传感器单元(6)检测并且以电的形式转送给与离合器(10)处于作用连接中的控制单元(8)，其特征为，根据上述权利要求1至7中任一项构造用于力模拟的所述设备(2)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征为，所述控制单元(8)具有构造成促动器的用于操控所述离合器(10)的功率单元，所述功率单元与所述离合器(10)机械或液压或气动地耦合。

说明书

用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，优选踏板模拟器。该踏板模拟器通过规定的力-行程特性提供触觉反馈，该设备包括活塞-缸单元以及用于操纵电离合器系统的装置，其中，活塞通过活塞杆与使活塞在缸内抵抗复位力地轴向运动的操纵元件连接。

背景技术

[0002] 由DE 10 2011 016 239 A1已知一种用于具有电子信号传递的车辆制动器的踏板力模拟器，在该车辆制动器中，与车辆驾驶员的脚力有关的制动力矩输出尤其借助电子液压或电子机械系统来进行，其中，踏板力模拟器产生对于车辆驾驶员来说习惯的制动感觉。踏板力模拟器包括气动工作的活塞-缸单元，其活塞限界具有能操控的阀的压缩室并且逆着压缩方向地借助至少一个第一弹簧元件以力加载活塞以及通过活塞杆与车辆制动踏板这样作用连接，使得活塞杆在操纵车辆制动踏板期间经历相对于活塞-缸单元的角度改变。
该角度运动性对踏板力模拟器的设计提出了高要求。

[0003] DE 10 2010 061 439 A1公开了一种用于机动车的制动系统，在该制动系统中，能由车辆驾驶员操纵的制动踏板与用于产生与行程有关的反向力或者说复位力的踏板模拟器连接。制动踏板的位置由传感器检测，传感器的传感器信号向用于分析处理的控制器输送。相应于制动踏板的位置，控制器产生用于驱动控制单元和制动控制装置的控制信号，使得由此产生的发电式制动部分与摩擦制动部分一起产生相应于制动踏板位置的制动力矩或者说制动作用。同时，控制器这样操控踏板模拟器，使得反向力或者说复位力作用到制动踏板上，产生行程-力相关性，该行程-力相关性将如在仅通过液压制动器进行制动时那样的踏板感觉提供给驾驶员。

发明内容

[0004] 本发明所基于的任务在于，说明一种用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，该设备向车辆驾驶员传送与在正常液压器件情况下一样的感觉，并且尽管如此能简单地制造该设备。

[0005] 根据本发明这样解决该任务：活塞压抵多件式弹性组件，该组件根据活塞走过的行程产生针对活塞的复位力或推力。这具有这样的优点，即在非液压操纵系统、尤其纯电的车辆离合器系统中也会向车辆使用者传送与在正常液压操纵系统中一样的感觉。在此，用于力模拟的设备模拟力-行程特性曲线，其中，根据由活塞走过的行程引起通过操纵系统施加在车辆使用者的脚上或手上的力。在此，用于力模拟的设备的尺寸相应于液压离合器操纵系统中的主动缸的尺寸，使得对机动车中的空间需求不提出进一步要求，因此，力模拟器能够代替主动缸地安装在机动车中的同一部位上。

[0006] 有利地，多件式弹性组件构造成弹簧装置，该弹簧装置具有用于提供复位力的第一和第三弹簧元件，而在空间上布置在第一和第三弹簧元件之间的第二弹簧元件调节针对活塞的推力。由于存在针对活塞提供不同力的弹簧元件，由踏板力模拟器输出的特性曲线能够更好地匹配于这样的特性曲线：车辆驾驶员在正常的液压器件情况下会触觉地感知到该特性曲线。通过复位力和推力(拉力)之间的转换产生对于车辆使用者来说能明显感觉到的力差别。

[0007] 在一个构型中，第一、第二和第三弹簧元件相对于活塞的运动方向径向扩展，其中，靠近缸布置的第一弹簧元件在松弛状态下沿轴向方向直接贴靠在活塞上，而第二和第三弹簧元件在松弛状态下沿轴向方向与活塞的推进装置间隔开地定位。通过这三个弹簧元件的该径向相互嵌套，需要特别小的安装空间用于踏板模拟器。此外，该构型确保踏板模拟器的力-行程特性曲线的非常灵敏的调节。

[0008] 在一个实施方式中，第二弹簧元件与触发机构连接，该触发机构在第二弹簧的松弛状态下与第三弹簧元件间隔开地抵抗活塞地切换到在活塞上作用拉力的状态。推力确保在由车辆使用者使用的操纵元件上的力减小的感觉，因此，与引起力-行程特性曲线上升的压力相比模拟减小的力-行程特性曲线。

[0009] 在一个变型方案中，触发机构包括卡锁机构，在活塞的规定推进运动之后，在第二弹簧元件被操纵的状态下，推进装置嵌入该卡锁机构中并且操纵第三弹簧元件。借助这样的卡锁机构能够简单地从第二弹簧元件的拉力切换成由第三弹簧元件提供的压力。因为卡锁机构这样布置在触发机构中，使得活塞的推进元件必须通过操纵装置才能走过规定的行程，以便到达卡锁机构，所以存在足够的时间，在该时间中车辆使用者会感知到操纵元件上的减小的力。

[0010] 在另一构型中，推进装置类似杆形地构造并且在其面向第二弹簧元件的端部上构造了类似头形的嵌入元件用于第二弹簧元件的触发机构。固定在活塞上的推进装置的该类似杆形构型允许对布置在第一弹簧元件内部的第二和第三弹簧元件进行操纵，由此优化地利用缸内的现有安装空间。

[0011] 在另一变型方案中，类似头形的嵌入元件具有用于将压力传递到触发机构上的止挡，该止挡操纵第二弹簧元件的触发机构的卡锁机构。因此确保了，第二弹簧元件实际上在走过确定的行程之后才由活塞操纵。

[0012] 此外设置，推进装置的类似头形的嵌入元件在第二弹簧元件的触发状态下支持第二弹簧元件的拉力到活塞杆上的传递。因此保证车辆使用者借助呈车辆踏板形式的操纵元件实际上感知到力减小。

[0013] 本发明的扩展构型涉及一种用于操纵电离合器系统的装置，在该电离合器系统中，操纵元件与用于在操纵元件上进行力模拟的设备连接，其中，操纵元件的位置由传感器单元检测并且以电的形式转送给与离合器处于作用连接中的控制单元。在此，根据在该专利权申请中解释的特征中的至少一个构造该用于力模拟的设备。这具有这样的优点，即在电离合器系统情况下，在操纵元件上车辆使用者感知到与在液压或气动离合器系统情况下刚好一样的力。

[0014] 有利地，控制单元具有构造成促动器的、用于操控离合器的功率单元，该功率单元与离合器机械或液压或气动地耦合。因此，该用于力模拟的设备能在任一操纵元件形式的车辆操纵元件上被使用。

附图说明

[0015] 本发明允许多个实施方式。根据在图中示出的附图详细阐述本发明实施方式。附图示出

[0016] 图1电子液压离合器操纵系统的原理图，

[0017] 图2用于根据图1的电子液压离合器操纵系统的踏板模拟器的实施例，[0018] 图3根据图2的踏板模拟器的触发机构的实施例，

[0019] 图4根据图3的触发机构的卡锁机构的实施例。

[0020] 相同的特征用相同的参考标记标明。

具体实施方式

[0021] 在图1中示出电子液压离合器操纵系统1的原理图，该电子液压离合器操纵系统也称为线控离合器系统。电子液压离合器操纵系统包括与离合器踏板3机械连接的踏板模拟器2。离合器踏板3通过活塞杆4操纵在踏板模拟器2中能轴向运动地支承的活塞5。通过行程传感器单元6探测活塞5的运动，该行程传感器单元与踏板模拟器2连接并且优选集成在该踏板模拟器中。行程传感器单元6通过电线路7与控制和功率单元8连接。除了控制电子装置外，控制和功率单元8还包括通过另一线路9操控离合器10的促动器。线路9在现有情况下构造成液压线路。但是，离合器10的操控也能够替代地气动或机械地进行。

[0022] 在图2中示出踏板模拟器2的实施例，该踏板模拟器被用在根据图1的离合器操纵系统1中。离合器踏板3通过接头11固定在离合器杆4上。在缸12内部，活塞5通过离合器杆4根据离合器踏板3的位置轴向运动。在此，缸12的内室包括弹簧系统，该弹簧系统由三个弹簧元件13、14、15组成，它们围绕活塞5的运动轴线径向扩展并且沿缸12的轴向方向延伸。在此，靠近缸壁地构造在缸12内部的第一弹簧元件13在松弛的状态下贴靠在活塞5上。在第一弹簧元件13内部构造了第二弹簧元件14，该第二弹簧元件轴向仅延伸第一弹簧元件13的一半。在第二弹簧元件14内部又布置了第三弹簧元件15，该第三弹簧元件在松弛的状态下近似地仅达到第二弹簧元件14轴向尺寸的一半。

[0023] 在活塞5上布置了构造成杆的推进装置16，该杆在背离活塞5的端部上具有类似头形的嵌入元件17。该嵌入元件17在第一弹簧元件13压缩在一起的状态下操纵与第二弹簧元件14连接的触发机构18，该第一弹簧元件给活塞5施加压力。在图3中进一步示出这样的触发机构18。在此，布置在第二弹簧元件14的弹簧端部上的触发机构18具有止挡19，推进装置16的类似头形的嵌入元件17在活塞5走过相应行程之后作用到该止挡上。

[0024] 所描述的踏板模拟器2如下工作：在操纵踏板模拟器2时，第一弹簧元件13首先通过活塞杆4和活塞5预紧。所述第一弹簧元件13施加压力到活塞5上。因此，车辆使用者在操纵离合器踏板时在离合器踏板3上感觉到的力线性增大。

[0025] 为了使通过踏板模拟器2模拟出的力-行程特性曲线能够近似于真实的力-行程特性曲线，必须针对离合器踏板3的相应于活塞5的规定行程的一确定行程重新降低操纵力。该离合器踏板特性典型地被称为回落(drop-off)并且包括作用在离合器踏板3上的力的下降。为了实现上述情况，沿与车辆使用者的脚力相同方向作用的反力反作用于第一弹簧元件13的逐渐增大的压力。为此目的，推进装置16用类似头形的嵌入元件17在活塞5的规定行程点进入触发机构18中，该触发机构由第二弹簧元件14居中地保持。在活塞5沿第二弹簧元件14方向的运动方面这样选择类似头形的嵌入元件17的形状，使得该形状能够容易地穿入触发机构18中。类似头形的嵌入元件17具有止挡20，压力通过该止挡被施加到触发机构18上。通过推进装置16的类似头形的嵌入元件17的该止挡20，位于触发机构中的卡锁机构23被松开，因此第二弹簧元件14被激活。通过激活第二弹簧元件14，该第二弹簧元件在推进装置16上施加拉力。用于在踏板模拟器2的行程-力特性曲线中的力下降的力由构造成拉力弹簧的该第二弹簧元件14产生。

[0026] 在此这样构型类似头形的嵌入元件17，使得在第二弹簧元件14的触发状态下联系触发机构18的对应几何形状地传递相应的拉力并且类似头形的嵌入元件17不会从杆形的推进装置16中跳出。类似头形的嵌入元件17也能够相应地在背侧较陡地构型，以便能够接收要作用的拉力。

[0027] 在离合器分离运动继续进行中，也就是说在由车辆使用者进一步操纵离合器踏板3时，通过触发机构18操纵构造成压力弹簧的另一个第三弹簧元件15，以便在行程末期给力-行程特性曲线提供特征性上升。

[0028] 在起拉力弹簧作用的第二弹簧元件14被重新拉紧之前，沿离合器接合方向首先使构造成压力弹簧的第三弹簧元件15松弛。针对力-行程特性曲线的相应行程点存在用于触发机构18的端部止挡21，在该行程点上仅还希望下降的特性曲线。如果触发机构18撞到该端部止挡21上并且活塞杆4继续沿接合方向移动，那么第二弹簧元件14又通过触发机构18与壳体22锁紧。如果第二弹簧元件14通过触发机构18被锁紧，那么推进装置16的类似头形的嵌入元件17被释放并且能够继续借助构造成压力弹簧的第一弹簧元件13在现在仅还下降的力-行程特性曲线上沿接合方向运动。

[0029] 所描述的踏板模拟器2被设置成用于非液压操纵系统，尤其纯电的车辆离合系统。但是，该踏板模拟器也能够替代地被用于任意其它操纵系统，例如制动系统，这些操纵系统也能够替代踏板地具有任意其它操纵元件。

[0030] 参考标记列表

[0031] 1 离合器操纵系统

[0032] 2 踏板模拟器

[0033] 3 离合器踏板

[0034] 4 活塞杆

[0035] 5 活塞

[0036] 6 行程传感器单元

[0037] 7 电线路

[0038] 8 控制和功率单元

[0039] 9 线路

[0040] 10 离合器

[0041] 11 接头

[0042] 12 缸

[0043] 13 弹簧元件

[0044] 14 弹簧元件

[0045] 15 弹簧元件

[0046] 16 推进装置

[0047] 17 嵌入元件

[0048] 18 触发机构

[0049] 19 止挡

[0050] 20 止挡

[0051] 21 端部止挡

[0052] 22 壳体

[0053] 23 卡锁机构