CN100335322C - 操作杆的比例调节机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人力致动的操作杆(例如手刹杆或踏板)的比例调节机构，特别适用于机动车辆中，其包括支架(2)、操作杆臂(20)以及用于在支架(2)上旋转安装操作杆臂(20)的转轴(15)，其中转轴(15)可重新定位地安装于操作杆臂(20)并且可重新定位地安装于支架(2)。此外，比例调节机构包括用于相对于操作杆臂(20)重新定位转轴(15)的第一调节装置(19、20)以及用于相对于支架(2)重新定位转轴(15)的第二调节装置(22、23)。

Description

操作杆的比例调节机构
技术领域
本发明涉及一种用于操作杆的比例调节机构，其用于改变由所述杆传递的力以及行程(way)。本发明特别地涉及一种用于机动车辆的人力致动的操作杆，例如具有可调杠杆比的手刹杆或者踏板的比例调节机构。
背景技术
在机械学的许多领域，例如在机械工程或者机动车辆构造中，存在对一根杆进行调整使其可以具有各种致动力和致动行程的问题。这可能是由人力致动的操作杆必须可由不同力量的人致动而引起。在这方面，会希望根据不同的驾驶者来调节机动车辆内的手刹杆所需要的致动力。强壮的驾驶者也许想要一个短的致动行程因而具有相应大的力，而无力的驾驶者也许想要一个较长的致动行程因而具有较小的力。
现有技术描述了在致动时能改变相应杠杆比的人力致动的操作杆。GB 1,092,314描述了一种用于手刹的可变比例的杠杆机构，其使用一个杠杆臂机构以在行程的初始部分产生一个具有小输出力的大输出运动，而在行程的结束部分产生一个大的输出力。这意味着操作杆的杠杆臂在行程中发生了改变。US 3,727,418示出了相反的效果。其中，行程的初始部分有一个大的输出力而行程的结束部分有一个小的输出力。然而这些操作杆并没有把杠杆比的调节显示给使用者。
同样地，当操作杆是由脚进行人力致动的机动车辆踏板时，也期望能对致动力和致动行程进行调节。
在现有技术中描述了许多用于根据驾驶者调节踏板的不同方案。例如DE 199 23 697 A1和DE 200 22 852 U1描述了可以根据不同的驾驶者对踏板进行调节的可调踏板。其中，踏板杠杆臂的延伸使得踏板沿朝着驾驶者的方向的对角线方向向下延伸。由这些方案可以显见，在调节后杠杆比变化很大。在针对小体形驾驶者所做的调节中，踏板具有长的杠杆臂，从而在长致动行程和相应的较小力下进行致动。
因此，在这些情况中希望杠杆比能保持大致恒定。同时希望在踏板致动中小体形和大体形的驾驶者都具有相同的致动行程以及相同的致动力。
在US 3,646,830或JP 59 180 713 A中描述了另外一些具有可变杠杆比的踏板，其中在踏板的行程中杠杆比发生改变。在这些文献中，当增大致动即踏板的行程时杠杆比变大。
因此，本发明所基于的问题包括提供一种改良了的人力致动的操作杆，其中杠杆比相对于使用者是可调的。一方面，希望有一种常规的操作杆，其中杠杆比相对于使用者可调。另一方面，希望有一种操作杆，其在根据不同体形的使用者对操作杆进行了几何调整以后，对所有的使用者都提供相同的杠杆比。
发明内容
依据本发明，通过一种用于操作杆的比例调节机构解决了本发明所基于的问题。
用于人力致动的操作杆的比例调节机构，特别适用于机动车辆，其包括一个支架、一个操作杆臂以及一个用于在支架上旋转地安装操作杆臂的转轴，其中转轴可重新定位地安装于操作杆臂上且可重新定位地安装于支架上。此外，比例调节机构包括用于相对于操作杆臂而重新定位转轴的第一调节装置以及用于相对于支架而重新定位转轴的第二调节装置。
从而，操作杆臂绕转轴旋转。因此，可以对操作杆进行调节，使得输入力F1和输出力F2(它们作用在臂上)的杠杆臂之间的比例可以改变，其中在转轴的重新定位前后，力F1和F2施加在相同的位置上。
力F1和F2的比例为其商或者比率。在一个操作杆中，该比例取决于施力点和旋转点的几何条件。在我们的例子中，所述比例为力F1和F2的力线到转轴的距离之间的商，所述转轴确定了操作杆臂的旋转轴线。通过重新定位转轴，到力F1和F2的力线的距离变化。从而，此距离的商也变化。这导致操作杆杠杆比的变化。
优选地，第一调节装置和第二调节装置是可调的，使得在重新定位转轴时，操作杆臂相对于支架的位置不变。因为操作杆臂相对于固定支撑件的位置不变，位于操作杆臂上的施力点不变。特别地，例如手刹杆的手柄则总是位于相同的位置。此外，例如踏板底脚的位置不变。
优选地，通过所述第一调节装置对转轴所进行的重新定位与通过所述第二调节装置对转轴所进行的重新定位方向相反。
优选地，同时致动第一调节装置和第二调节装置。因此，在调节过程中操作杆臂可能不会相对于支架移动。可以在调节过程中直接地获得任意中间的调节位置。
优选地，第一调节装置安装于操作杆臂上。进一步优选地，第二调节装置安装于支架上。因此，只有操作杆的转轴而非操作杆本身相对于支架移位。如果致动操作杆臂，则第一调节装置将至少部分地与操作杆臂一起移动。
优选地，操作杆臂包括一个细长的导引部，而支架包括一个细长的导引部，使得转轴可以重新定位地安装。因此，转轴的位置可以相对于操作杆臂以及支架而改变。
优选地，第一调节装置包括一个臂轴(该臂轴支撑于操作杆臂内)以及第一凸轮板，第一凸轮板连接到臂轴以及转轴，因此，由第一凸轮板的旋转导致转轴相对于操作杆臂的重新定位。
优选地，第二调节装置包括一个支撑销(其连接到支架)以及第二凸轮板，所述第二凸轮板连接到支撑销和转轴，从而，由第二凸轮板的旋转导致转轴相对于支架的重新定位。
优选地，第一凸轮板包括第一凸轮槽，转轴延伸穿过所述第一凸轮槽，且第二凸轮板包括第二凸轮槽，支撑销延伸穿过第一凸轮槽。
优选地，转轴连接于第二凸轮板且可滑动地设置穿过第一凸轮槽，因此，转轴与两个调节装置功能连接。
使用细长的槽和凸轮板是使所述轴在细长的槽内移位的一种可能非常坚固的且很少需要维修的方式。还有，当通过扭转连接而把两个凸轮板连接到一个轴线时，可以提供一个非常简单的平行导引。此外，通过旋转运动来致动凸轮板是有利的，因为所述旋转运动可以很容易地由电动马达或手轮实现。
凸轮槽的形式由旋转轴线的移位/重新定位的长度决定。凸轮槽可以具有不同的形状，然而优选地，第一和第二凸轮槽具有相同的形状和长度。在此，应该注意，第一和第二凸轮板可以不同的方向装入操作杆中，虽然它们的形状完全相同。
优选地，在转轴的调节过程中，第一和第二凸轮板旋转相同的转角，以保持操作杆臂相对于支架的位置。
优选地，通过电动马达或者人力实现对第一和/或第二凸轮板的驱动。
优选地，通过一个齿轮传动装置、轴杆传动装置、凸轮传动装置、链条传动装置、皮带传动装置、V形皮带传动装置、挠性轴、或者所述传动装置的结合来驱动第一和/或第二凸轮板。
优选地，操作杆是手刹杆的一部分。在本发明的另一个优选实施例中，操作杆是一踏板优选为机动车辆踏板的一部分。
踏板可以优选为一个可以根据使用者对其尺寸进行调节而且可以对操作杆进行调节的踏板，从而，不管使用者进行了何等的几何调节，踏板的致动力和致动行程保持不变。在此，致动状态(即踏板的致动感觉)保持恒定，其与几何调节无关。
在另一个实施例中，踏板还可以优选为一个可以根据使用者对其尺寸进行调节而且可以对操作杆进行调节的踏板，从而，也可以根据使用者调节致动力。在此，致动状态(即踏板的致动感觉)可以改变。可以调节踏板使其具有更柔和或者更有力的致动感觉。
优选地，转轴与踏板的几何调节装置无关。这意味着所述几何调节与杠杆臂的调节无关。换句话说，例如可以根据使用者而调节踏板的距离，而与其致动感觉无关。
优选地，使用共同的致动装置以根据使用者对踏板进行调节并且致动第一和第二调节装置。
在另一个实施例中，使用至少两个致动装置以根据使用者对踏板进行调节并且致动第一和第二调节装置，其中，通过一个控制电子器件对致动装置进行控制。
优选地，将至少两个所述踏板设置成一个踏板单元，其中可以共同地驱动操作杆的第一和第二调节装置以共同地进行调节。
优选地，仅使用单个共同的致动装置来致动踏板单元的踏板的第一和第二调节装置。
由从属权利要求导出本发明其它的优选实施例。
附图说明
下文将参照附图对本发明的优选实施例加以描述。其中显示了：
图1为根据本发明的操作杆的一个优选实施例的侧视图，其中操作杆被调节成具有较短的杆臂；
图2为图1所示操作杆优选实施例的侧视图，其中操作杆被调节成具有较长的杆臂；
图3为图1所示的操作杆优选实施例的三维分解视图；
图4为一可调操作杆的调整机构的三维视图，其中没有示出操作杆；
图5为本发明一个优选实施例的踏板的三维视图；
图6为踏板形式的本发明另一个优选实施例的侧视图，其相对于驾驶者可几何调整；
图7为图6所示的踏板在致动时的侧视图。
具体实施方式
本优选实施例描述了一个依据本发明的特别用于人力致动的操作杆，其杠杆比可变。一方面，此使得根据单独的使用者而调节操作杆的比例成为可能，而在另一方面，如果已经根据使用者对操作杆进行了几何调节，则操作杆的比例可以保持恒定。
在图1至4中显示了本发明的操作杆的第一实施例。该操作杆实质上由一个操作杆臂20构成，其通过一个转轴15可枢转地支撑于固定支撑件2中。在操作杆臂20上设置有一个第一施力点14，一个输入力F1在这里输入操作杆臂20；并且设置有一个第二施力点16，一个输出或者反作用的力F2在这里输入操作杆臂20。可以在所示的施力点处施加撕力和压力以及扭矩。在图1和2中，用附图标记14和16处的箭头来代表力F1和F2。
施力点14和16代表了位于臂的任意位置处的任意数量的点，在这里可以有不同的力施加于操作杆臂20。为了便于解释，在此假设力F1和F2为沿图1和2所示方向的压力。输入力F1(位于附图标记14处)可以是例如由驾驶者的脚传递到制动踏板上的压力。在制动踏板的例子中，输出力F2(位于附图标记16处)将是通过制动踏板传递到主制动缸的力。
在图1所示的例子中，与输入力F1相比较，输出力F2关于转轴15的杠杆作用的杠杆臂较短。若为了方便假设转轴15不承受扭矩且由摩擦等所导致的损失很小，这将导致输出力F2的大小将超出输入力F1的大小。输入力F1的大小与其相应的杠杆作用的杠杆臂相乘的结果等于输出力F2的大小与其相应的杠杆作用的杠杆臂相乘的结果。
力F1和F2的杠杆臂由转轴15的对称轴线与力矢量的假想延长线之间的最短距离所限定。
如上所述，力F1和F2之间的比例为其商或者比率。在本实施例中，此比例为力F1和F2的力的作用线到转轴15的距离(相应的杠杆臂)之间的商，转轴15限定了操作杆臂20的旋转轴线。重新定位转轴15会改变到力F1和F2的力的作用线的距离。从而，该距离的商也改变了，这导致操作杆杠杆比的变化。
与图1相比较，图2显示了一个操作杆，其中转轴15向上移位。因此，与此转轴相关的输出力F2的杠杆臂以及输入力F1的杠杆臂增加相同量。由于输出力F2的大小与力F1和F2的杠杆臂之间的比率成正比，这导致图2中的输出力F2小于图1中的输出力F2。假设传入操作杆臂20的输入力F1相同。因此，转轴15的移位导致力F1和F2之间转换比的变化。
从图1和2中可以看到，相对于固定支撑件2，操作杆臂20的绝对位置保持不变。这通过转轴15在固定支撑件的一个细长的导引部18内以及在所述臂的一个细长的导引部17内的移位来实现。在该实施例中，细长导引部设置为细长孔。因此，操作杆臂20不得不沿其纵向支撑。这通过第一调节装置19、21来实现，其优选地包括一个臂轴19和第一凸轮板21。臂轴19可旋转地安装在操作杆臂20内，且其方向与转轴15相同。
臂轴19与第一凸轮板21连接，且臂轴19与第一凸轮板21一起旋转。第一凸轮板21设置有第一凸轮槽21a，转轴15穿过该凸轮槽延伸。枢转第一凸轮板21导致转轴15相对于操作杆臂20移位。
相对于固定支撑件2，转轴15通过第二调节装置22、23移位。第二调节装置22、23包括第二凸轮板22和至少一个支撑销23。转轴15与第二凸轮板22连接使转轴15与第二凸轮板22一起旋转。第二凸轮板22还包括第二凸轮槽22a，支撑销23伸入其中，支撑销23与支撑件2固定连接。当枢转第二凸轮板22时，可以相对于固定支撑件2而连续地调节转轴15的位置。
在该配置中，可以同时地枢转第一和第二凸轮板21、22，使得一方面转轴15可以在细长的导引部17和18内移位，在此导引部设置为细长孔，而在另一方面，相对于支撑件2，操作杆臂20的位置不变。当缩短杠杆臂时，从转轴15到臂轴19的距离增大；当增大杠杆臂时，从转轴15到臂轴19的距离减小。
由于第一和第二凸轮板21、22暂时彼此独立转动，第一和第二凸轮板21、22也可以转动不同的量，使得操作杆臂20的位置相对于支架2发生改变。从而所施加力的相应杠杆臂也发生改变。
第一和第二凸轮槽21a、22a优选具有相同的形状，使得第一和第二凸轮板21、22的相同旋转导致转轴15的相同移位。如图1和2所示，第一和第二凸轮板21、22具有相同的形状但是交错地安装于操作杆内。
优选地，凸轮板21、22的90°的旋转足以使转轴15以需要的量而重新定位。不过，如果需要的话，也可以有一个较小或者较大的转角。
为了移位转轴15，可以使用与上述凸轮板不同的装置。转轴15可以例如通过合适的柄杆装置或者轴驱动机构而移位。
不同的塑料材料或者金属可以用作操作杆的所有构件的材料。优选地，转轴15、臂轴19以及销23由钢制成。固定支撑件2优选地也可以由金属板制成。特别优选地，操作杆臂20以及凸轮板21和22由塑料制成，尤其是玻璃纤维强化塑料。
如图3和4所示，凸轮板21和22都设置为一式二份。凸轮板21设置于固定支撑件2之内并且凸轮板22设置在固定支撑件2之外，在该实施例中，固定支撑件2为盒状。
为了调节操作杆，可以驱动第一凸轮板21和第二凸轮板22。优选地，这通过电动马达来实现。然而，也可以人力驱动。其中，可以通过任意的一种传动装置来驱动凸轮板21、22。优选地，通过一个齿轮传动装置、轴杆传动装置、凸轮传动装置、链条传动装置、皮带传动装置、或V形皮带传动装置、挠性轴、或者所述传动装置的组合来驱动凸轮板21、22。其中，马达和传动装置可以使得两个凸轮板21、22同时移动。然而，也可以为每对凸轮板21、22都设置一个传动装置和一个马达。然后可以进行独立的调节，从而，如果需要的话，可以改变杆20的长度。
图5显示了本发明的另一个优选实施例，其中操作杆是踏板的一部分，该踏板优选地为机动车辆的踏板。在该实施例和手刹杆的实施例中，由驾驶者所施加的制动行程和制动力可以通过可调操作杆进行独立的调节。在图5所示的实施例中，操作杆臂20对应于踏板的臂，而输入力F1的施力点14对应于踏板的踏脚件。
如图6和7所示，若使用相对于使用者的乘坐位置可调的踏板来代替图5所示的常规踏板，则得到另一实施例。
图6和7所示的踏板除了杆臂的调节之外，其也是几何可调的。在该实施例中，踏板的操作杆臂实质上由三个部件组成，即子踏板1、定位构件8和踏板底脚(pedal foot)4。子踏板1可枢转地安装在比例调节机构的转轴15上。踏板底脚4通过一个细长的导引部可滑移地设置于子踏板1上。定位构件8可枢转地安装在子踏板1上且可滑移地安装于踏板底脚4上。通过致动定位构件8或者踏板底脚4，在定位构件8枢转时，踏板底脚4相对于子踏板1滑移。必须致动的构件(例如制动缸)连接到子踏板1。
在本申请人的另一个专利申请中，详细地描述了这样的一个几何可调的踏板。
应该注意，在该实施例中，比例调节机构与用于几何调节的机构独立。特别地，转轴15独立于用于对踏板进行几何调节的装置。
在对这样的一个踏板几何调节的过程中，操作杆臂通常发生改变。因此，也改变了例如用于致动制动器的致动力和致动行程。因此，一个体形小的驾驶者(调节其制动踏板使之较长)必须对踏板的底脚件施加一个较大的致动行程，以产生与短踏板的短致动行程情况下相同的制动力。此效应可以通过一个依据本发明的可调操作杆来补偿。因此，不管使用者进行怎样的几何调节，踏板的致动力和致动行程(致动感觉)是不变的。
在另一方面，特别希望对踏板的致动力和致动行程(致动感觉)进行调节。在该情况下，可以使用比例调节机构来执行这样的一个功能。然后可以调节踏板以获得更加柔和或者有力的致动感觉。
优选地，同时进行踏板的几何调节以及杠杆作用的杠杆臂的调节。可以在使用合适的传动装置时使用一个共同的致动装置(例如一个电动马达)。然而，当然也可以对每个可能的调节使用单独的致动装置。然后，可以独立于驾驶者的调节而对杠杆作用的杠杆臂进行调节。然而，如果此时必须进行对致动力和致动行程的补偿，则必须通过一个控制电子器件对致动装置进行控制，从而使得对踏板的每一个期望位置都可以选择适当的补偿位置。
图7显示了在踏板的致动期间子踏板1如何绕转轴15旋转，子踏板1在此处对应于操作杆臂20。也可以看到在致动期间第一调节装置19、21与子踏板1或操作杆臂20一起旋转。
在本发明的另一实施例中，至少两个踏板组成一个踏板单元，其中，共同驱动该踏板的不同操作杆的调节装置以均匀调节。优选地，使用了单个共同调节构件，例如一个具有传动装置的马达。
附图标记列表
1子踏板
2固定支撑件
4踏板底脚
8定位构件
14第一施力点
15转轴
16第二施力点
17臂的细长导引部
18固定支撑件的细长导引部
19臂轴
20操作杆臂
21第一凸轮板
21a第一凸轮槽
22第二凸轮板
22a第二凸轮槽
23支撑销

Claims (20)

1.一种用于人力致动的操作杆的比例调节机构，包括：
a.支架(2)；
b.操作杆臂(20)；
c.转轴(15)，用于在支架(2)上旋转地安装操作杆臂(20)，其中该转轴(15)可重新定位地安装于操作杆臂(20)且可重新定位地安装于支架(2)；
d.第一调节装置(19、21)，用于相对于操作杆臂(20)重新定位转轴(15)；以及
e.第二调节装置(22、23)，用于相对于支架(2)重新定位转轴(15)，其特征在于
f.操作杆臂(20)包括一个细长的导引部(17)，而支架(2)包括一个细长的导引部(18)，用于转轴(15)的可重新定位地安装，
g.所述第一调节装置(19、21)包括一个支撑于操作杆臂(20)内的臂轴(19)以及连接到臂轴(19)和转轴(15)的第一凸轮板(21)，从而由第一凸轮板(21)的调节旋转导致转轴(15)相对于操作杆臂(20)的重新定位，以及
h.所述第二调节装置(22、23)包括一个连接到支架(2)的支撑销(23)以及连接到支撑销(23)和转轴(15)的第二凸轮板(22)，从而由第二凸轮板(22)的调节旋转导致转轴(15)相对于支架(2)的重新定位。
2.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，第一调节装置(19、21)以及第二调节装置(22、23)是可调的，使得在转轴(15)重新定位时，操作杆臂(20)相对于支架(2)的位置不变。
3.如权利要求1或2所述的比例调节机构，其中，通过所述第一调节装置(19、21)对转轴(15)所进行的重新定位与通过所述第二调节装置(22、23)对转轴(15)所进行的重新定位方向相反。
4.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，所述第一调节装置(19、21)和所述第二调节装置(22、23)被同时致动。
5.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，第一凸轮板(21)包括转轴(15)延伸穿过的第一凸轮槽(21a)，而第二凸轮板(22)包括支撑销(23)延伸穿过的第二凸轮槽(22a)。
6.如权利要求5所述的比例调节机构，其中，所述转轴(15)连接到所述第二凸轮板(22)且被可滑动地设置穿过所述第一凸轮槽(21a)，从而转轴(15)功能性地连接于两个调节装置(19、21、22、23)。
7.如权利要求5所述的比例调节机构，其中，第一和第二凸轮槽(21a、22a)大体上具有相同的形状和长度。
8.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，在转轴(15)的调节过程中，第一和第二凸轮板(21、22)以相同的转角旋转。
9.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，第一凸轮板(21)和/或第二凸轮板(22)由电动机驱动。
10.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，第一凸轮板(21)和/或第二凸轮板(22)由人力驱动。
11.如权利要求9或10所述的比例调节机构，其中，第一凸轮板(21)和/或第二凸轮板(22)或者由齿轮传动装置、轴杆传动装置、凸轮传动装置、链条传动装置、皮带传动装置、V形皮带传动装置、挠性轴驱动或者由所述传动装置的一个组合驱动。
12.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，该比例调节机构是一手刹杆的一部分。
13.如权利要求1所述的比例调节机构，其中，该比例调节机构是一踏板，优选为机动车辆踏板的一部分。
14.如权利要求13所述的比例调节机构，其中该踏板为一个可以根据使用者对其尺寸进行调节而且可以调节操作杆的踏板，从而，不管针对使用者进行了何等的几何调节，踏板的致动力和致动行程保持不变。
15.如权利要求13所述的比例调节机构，其中，该踏板为一个可以根据使用者对其尺寸进行调节而且可以调节操作杆的踏板，从而，可以根据使用者对其致动力进行调节。
16.如权利要求14或15所述的比例调节机构，其中，转轴(15)与所述踏板的几何调节装置相互独立。
17.如权利要求13所述的比例调节机构，其中，使用共同的致动装置以根据使用者对踏板进行几何调节以及致动第一调节装置(19、21)和第二调节装置(22、23)。
18.如权利要求13所述的比例调节机构，其中，使用至少两个致动装置以根据使用者对踏板进行几何调节以及致动第一调节装置(19、21)和第二调节装置(22、23)，其中，通过一个控制电子器件对致动装置进行控制。
19.如权利要求13所述的比例调节机构，其中，将至少两个所述的踏板设置成一个踏板单元，其中可以共同地驱动操作杆的第一调节装置(19、21)和第二调节装置(22、23)以共同地进行调节。
20.如权利要求19所述的比例调节机构，其中，只使用单个共同的致动装置用于致动第一调节装置(19、21)和第二调节装置(22、23)。
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