CN102123894B - 用于测量车辆制动设备的操纵力的连接元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连接元件(1)，该连接元件将制动踏板(2)与车辆制动设备的制动力放大器(3)连接。本发明建议，在连接元件(1)的踏板杆(4)和活塞杆(12)之间布置螺旋压力弹簧(7)作为第一弹簧元件(6)以及有橡胶弹性的反应盘(10)作为第二弹簧元件(11)，它们基于其前后的布置情况而串联。基于反应盘(10)的较高的并且优选随着载荷上升的弹簧刚度，所述连接元件(1)具有递增的弹簧特性曲线。只要踏板杆(4)朝反应盘(10)碰撞，所述螺旋压力弹簧(7)和反应盘(10)就平行并且串联地起作用，使得整个弹簧特性曲线的递增进一步增加。

Description

用于测量车辆制动设备的操纵力的连接元件

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的用于测量车辆制动设备的操纵力的连接元件。

背景技术

液压的车辆制动设备具有连接元件，该连接元件通常称为踏板杆或者活塞杆，该连接元件将车辆制动设备的操作元件与车辆制动设备的输入端元件进行连接。该操作元件是在其上将操纵力导入车辆制动设备中的元件或部件。在常规的车辆制动设备中，该操作元件是(脚)制动踏板，或者尤其在脚踏车中是(手)制动杆。常规的液压的车辆制动设备的输入端元件是主制动缸的所谓的初级活塞或者杆式活塞，其通过连接元件，也就是踏板杆或活塞杆与制动踏板或者制动杆连接。该连接元件将操纵力，也就是施加到制动踏板或制动杆上的肌肉力传递到输入端元件上，也就是例如主制动缸的初级活塞或者杆式活塞上。然而本发明不限制于所谓的踏板杆或者活塞杆作为连接元件，而是普遍地指向一种传递施加到车辆制动设备上的操纵力的连接元件。

在许多公开文件中提到了测量车辆制动设备的操纵力，其中通常谈及力传感器或者类似装置，而没有解释其构造和工作方式。主题为电磁的制动力放大器的公开文件DE 103 27 553 A1例如公开了布置在活塞杆中的力传感器。

类似的是公开文件DE 199 36 433 A1，其主题是电磁的制动力放大器并且具有力-电压转换器，该力-电压转换器布置在踏板杆和位于踏板杆的延长线上的活塞杆之间。

公开文件DE 103 18 850 A1的主题是具有液压的制动力放大器的车辆制动设备。其具有主制动缸，该主制动缸的初级活塞或杆式活塞在其面对制动踏板的背侧上由外部能量源进行液压的压力加载。所述主制动缸具有踏板行程模拟装置，该踏板行程模拟装置包括模拟弹簧。该踏板行程模拟装置尽可能符合实际地模拟踏板力/行程特性，如常规的具有或者没有制动力放大器的液压的车辆制动设备所具有的特性一样，由此，驾驶员具有习惯的踏板感觉。也就是已知的车辆制动设备的主制动缸没有刚性的活塞杆，而是具有由于模拟弹簧而在加载力时弹性变短的踏板杆或活塞杆。没有公开测量操纵力，取而代之，测量了末端的踏板杆或活塞杆的行程，也就是踏板行程。

公开文件DE 100 57 557 A1公开了一种电磁的制动力放大器，其中在踏板杆和布置在踏板杆的延长部分中的活塞杆之间布置了力传感器。此外，为了进行舒适的操作而在踏板杆和活塞杆之间布置了反应盘。通过其布置情况，所述反应盘与力传感器成排布置。

发明内容

按本发明的具有权利要求1所述特征的用于测量车辆制动设备的操纵力的连接元件具有带有递增的弹簧特性曲线的弹簧弹性以及用于测量连接元件的通过施加到连接元件上的操纵力引起的形变的形变测量装置。所述连接元件本身可以是有弹簧弹性的，或者具有一个或者多个弹簧元件。如果操纵力施加到按本发明的连接元件上，那么其弹性变形，尤其变短。用所述形变测量装置测量连接元件的形变，例如其缩短。这是操纵力的尺度，其中由于连接元件的递增的弹簧特性曲线，在连接元件的变形和作用到连接元件上的操纵力之间没有线性关系。

递增的弹簧特性曲线意味着，连接元件的弹簧刚度随着连接元件的变形的增加而变大。该弹簧刚度也称作弹簧刚性，在弹簧刚度恒定时(这里没有给出！)，也常用弹簧常数这个称呼。在操纵力较小时，弹簧刚度也就小于在操纵力较大时的弹簧刚度。按本发明的连接元件的弹簧特性曲线可以是连续的，也可以是不连续的。在后一种情况下，弹簧特性曲线包括具有从一个区域到另一区域变得陡峭的弹簧特性曲线的线性区域，所述区域在拐点上相互过渡。也可以考虑弹簧特性曲线的逐级的上升。在不连续的曲线中，所述弹簧特性曲线具有至少两个带有不同的弹簧刚度的区域。恒定的弹簧刚度意味着具有恒定斜率的笔直的弹簧特性曲线，该弹簧特性曲线的斜率是弹簧刚度，也就是力关于变形或者说弹簧行程的变化。

由于递增的弹簧特性曲线，按本发明的有弹簧弹性的连接元件在操纵力较小时具有在力变化时较大的形变。由此提高了测量信号的分辨率，也就是形变测量的信号品质。这对于制动力调节来说是有利的，因为一方面在操纵力较小时力的变化通常同样是很小的，并且在道路交通中进行的制动绝大部分是用较小的直至中等的操纵力来进行的。

在操纵力较大时，按本发明的连接元件由于其递增的弹簧特性曲线而变得更硬，在力改变时的形变变得更小。由此，在操纵力较大时，制动踏板或者制动杆必须进一步运动的操作行程变得更短。

由于按本发明的连接元件的在操纵力更小时较小的弹簧刚度，避免了由于制动力放大器的惯性而反作用到制动踏板或者制动杆上。

从属权利要求的主题是在权利要求1中说明的本发明的有利的设计方案和改进方案。本发明的其它特征从结合权利要求和附图对实施方式所作的以下描述中获得。各个特征能够单个地或者多个地以任意组合在本发明的实施方式中实现。

附图说明

下面根据附图中示出的实施方式对本发明进行解释。其中：

图1是按本发明的连接元件的示意图；并且

图2是图1中的连接元件的弹簧特性曲线。

附图作为简化的示意图用于解释以及用于理解本发明。

具体实施方式

在图1中示出的按本发明的连接元件1将制动踏板2或者其它操作元件与制动力放大器3的输入端连接或者与此外没有示出的车辆制动设备的其它输入端元件连接。该输入端元件例如也可以是主制动缸的这里没有示出的初级活塞或者杆式活塞。所述连接元件1具有踏板杆4，该踏板杆铰接地与制动踏板2连接。该踏板杆4大约在其纵向中间具有盘状物5，该盘状物与踏板杆4是固定的、例如一体的。所述连接元件1将操纵力从制动踏板2传递到制动力放大器3上。

与所述踏板杆4同轴地布置第一弹簧元件6，该弹簧元件支撑在盘状物5上。在本发明的示出的以及所描述的实施方式中，所述第一弹簧元件6构造成螺旋压力弹簧7，该弹簧的无效圈位于踏板杆4的盘状物5上。

所述螺旋压力弹簧7的另一无效圈位于孔盘8上，该孔盘通常也可以称为中间件。该孔盘8在两个端侧上具有柱形的下沉部分，螺旋压力弹簧7位于孔盘8的面对其的下沉部分9的基部上。所述孔盘8同样与形成弹簧元件6的螺旋压力弹簧7以及踏板杆4同轴地布置。

在所述孔盘8的背对螺旋压力弹簧7的下沉部分中布置了反应盘10。该反应盘10是有橡胶弹性的第二弹簧元件11，该弹簧元件具有比形成第一弹簧元件6的螺旋压力弹簧7更高的弹簧刚度，也就是说，该反应盘10比螺旋压力弹簧7更硬。该反应盘从孔盘8的下沉部分突出。形成第二弹簧元件11的反应盘10优选比形成第一弹簧元件6的螺旋压力弹簧7明显更硬，也就是具有明显更大的弹簧刚度。由橡胶或者弹性的合成材料制成的反应盘10没有恒定的，而是随着载荷和形变的增加而增加的弹簧刚度。所述反应盘10的弹簧刚度可以线性地、递增地或者递减地上升，其弹簧特性曲线也就是力关于形变的导数是上升的曲线。所述反应盘10的形变也可以理解为其弹性距离。该反应盘10也与孔盘8、螺旋压力弹簧7以及踏板杆4同轴布置。

在所述反应盘10的背对踏板杆4和螺旋压力弹簧7的端侧上布置了活塞杆12，该活塞杆在其面对反应盘10的端部上具有与其固定的、例如与其一体的盘状物13，活塞杆12以该盘状物位于反应盘10上。活塞杆12与制动力放大器3的输入端连接。该活塞杆12也与连接元件1的部件，也就是反应盘10、孔盘8、螺旋压力弹簧7以及踏板杆4同轴地布置。

所述连接元件1具有形变测量装置14，该形变测量装置包括距离传感器15，该距离传感器与踏板杆4的盘状物5连接并且测量踏板杆4的盘状物5与活塞杆12的盘状物13之间的距离。由此，用所述形变测量装置14能够测量形变，也就是连接元件1的长度变化。该测量在两个相互隔开的位置上进行，也就是在踏板杆4和活塞杆12的盘状物5、13上进行。该测量也就是在连接元件1的端部附近进行并且在其整个弹簧弹性上进行，两个弹簧元件6、11也就是螺旋压力弹簧7和反应盘10引起了这种弹簧弹性。由于在整个弹簧弹性上较大的测量长度，测量较大的形变也就是长度变化，由此，所述形变测量装置14具有较高的分辨率以及信号品质。所述踏板杆4和活塞杆12能够看作相对于弹簧元件6、11是刚性的，从而在连接元件1的隔开更远的位置上的距离测量不会提高测量的分辨率以及信号品质。作为替代方案，也可以在没有显著更硬的反应盘10的情况下仅仅在较软的第一弹簧元件6上用距离传感器16进行形变测量。由此，以仅仅可忽略的微小的程度降低信号品质，因为大部分的形变在较软的弹簧元件6上进行。

在通过踩踏制动踏板2来进行制动操作时，施加到制动踏板2上的肌肉力作为操纵力从制动踏板2通过连接元件1传递到制动力放大器3上。在此，所述连接元件1由于其由两个弹簧元件6、11引起的弹簧弹性而变短了。在操纵力较小时，形成第二弹簧元件11的反应盘10能够由于其较高的弹簧刚度而视作几乎刚性的，因此，其在操纵力较小时基本上仅仅使形成第一弹簧元件6的螺旋压力弹簧7变形。因此，连接元件1的在图2中示出的弹簧特性曲线在操纵力较小时近似直线；在操纵力较小时，连接元件1的整个弹簧刚度近似恒定。

如果操纵力变大，那么反应盘10也开始弹性变形。因为形成连接元件1的弹簧元件6、11的反应盘10和螺旋压力弹簧7串联，所以在操纵力上升时反应盘10变形的时候，连接元件1的整个弹簧刚度增加；该连接元件1由于其弹簧元件6、11的不同的弹簧刚度以及其串联方式而具有递增的弹簧特性曲线。如果反应盘10具有递增的弹簧特性曲线，那么连接元件1的整个弹簧特性曲线的递增增加。

如果通过制动踏板2施加到连接元件1上的操纵力进一步提高，那么沿着反应盘的方向突出超过盘状物5的踏板杆4朝反应盘10碰撞，在所述盘状物5上支撑着螺旋压力弹簧7。从操纵力的这个大小开始，形成连接元件1的第一弹簧元件6的螺旋压力弹簧7由踏板杆4的盘状物5加载，并且形成连接元件1的第二弹簧元件11的反应盘10同时由踏板杆4加载。所述反应盘10由踏板杆4直接地(并且不仅仅间接地通过螺旋压力弹簧7)加载，由此并行地加载两个弹簧元件7、11，所述弹簧元件并行(并且串联)地作用。通过从操纵力的特定的大小开始所述两个弹簧元件6、11的这种并联，进一步提高了连接元件1的整个弹簧刚度。连接元件1的在图2中示出的整个弹簧特性曲线的递增继续上升。当反应盘10由踏板杆4在圆形表面上在其中间加载或者由孔盘8在圆环表面上在其边缘上加载时，该反应盘10的弹簧刚度改变了，因此，在踏板杆4还没有位于反应盘10上时，反应盘10的弹簧刚度在操纵力较大时不同于在操纵力较小直到中等时。

从踏板杆4和活塞杆12的两个盘状物5、13之间的距离的测量中，也就是从连接元件1的长度变化的测量中，可以在连接元件1的在图2中示出的整个弹簧特性曲线中求得操纵力，如其从距离传感器15导向图2的虚线所示。然而在这种情况下，对于制动力调节来说，不需要知道整个弹簧特性曲线，也可以用连接元件1的长度变化作为输入参数来进行调节或者控制。该输入参数在调节和控制技术中也称为参考变量或者额定值。作为替代方案，可以如所述的那样用距离传感器16测量踏板杆4的盘状物5与也称为中间件的孔盘8之间的距离。一次测量排除了其它冗余的测量。

Claims (7)

1.用于测量车辆制动设备的操纵力的连接元件，该连接元件将车辆制动设备的操作元件（2）与车辆制动设备的输入端元件连接并且将操纵力从操作元件（2）传递到输入端元件上，该连接元件具有：

形变测量装置（14、15、16），用该形变测量装置能够测量由操纵力引起的连接元件（1）的变形，

第一弹簧元件，其具有第一弹簧刚度，以及

第二弹簧元件，其具有第二弹簧刚度，

其中所述第一弹簧刚度与所述第二弹簧刚度是不同的，

其中所述第二弹簧元件具有橡胶弹性并且由反应盘形成，所述第二弹簧元件具有比所述第一弹簧元件高的弹簧刚度，其中所述反应盘具有不恒定的、随着载荷和形变的增加而增加的弹簧刚度，

其中第一和第二弹簧元件串联操作以便对所述操作元件和所述输入端元件在相反的方向上进行作用，并且

其中当所述连接元件的变形超过预定的值时所述第一弹簧元件和所述第二弹簧元件串联且并行地操作以便对所述操作元件和所述输入端元件在相反的方向上进行作用。

2.按权利要求1所述的连接元件，其特征在于，所述连接元件（1）具有至少一个带有不恒定的弹簧刚度的弹簧元件（11）。

3.按权利要求1所述的连接元件，其特征在于，在第一弹簧元件（6）的弹簧行程之后，第二弹簧元件（11）与第一弹簧元件（6）并行起作用。

4.按权利要求1所述的连接元件，其特征在于，在串联的第一弹簧元件（6）和第二弹簧元件（11）的弹簧行程之后，第一弹簧元件（6）和第二弹簧元件（11）并行作用。

5.按权利要求1所述的连接元件，其特征在于，所述形变测量装置（14、15、16）测量所述连接元件（1）的相互隔开的位置的距离变化。

6.按权利要求5所述的连接元件，其特征在于，所述形变测量装置（14、15）测量所述连接元件（1）的端部上或者端部附近的距离变化。

7.按权利要求5所述的连接元件，其特征在于，所述连接元件（1）具有串联的带有不同的弹簧刚度的弹簧元件（6、11），并且所述形变测量装置（14、16）测量具有较小的弹簧刚度的弹簧元件（6）的长度变化。