CN102439530A - 用于机动车的紧凑的踏板系统 - Google Patents

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CN102439530A CN2010800211746A CN201080021174A CN102439530A CN 102439530 A CN102439530 A CN 102439530A CN 2010800211746 A CN2010800211746 A CN 2010800211746A CN 201080021174 A CN201080021174 A CN 201080021174A CN 102439530 A CN102439530 A CN 102439530A
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F·德鲁斯
J·巴姆勒
T·勃兰特
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Abstract

本发明涉及一种具有力复位装置的踏板系统，踏板系统基本包括：踏板臂(1)，踏板臂具有踏板回位弹簧(2)，踏板回位弹簧可将踏板臂(1)移动到踏板臂(1)的零位(PN)；电动机(4)，电动机能围绕转动中心(M)枢转并且可在通电的状态下给踏板臂(1)施加一沿踏板臂(1)的零位(PN)方向的复位力(F)；电机回位弹簧(8)，电机回位弹簧用于使电动机(4)朝向电动机(4)的零位(MN)方向复位；以及控制单元(10)，控制单元用于控制电动机(4)。电动机包括转子(11)和定子(12)，其中定子(12)布置在电动机(4)的轴(13)上、位于转子(11)与驱动带轮(6)之间。

Description

用于机动车的紧凑的踏板系统
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于机动车的紧凑的踏板系统。
背景技术
在汽车工业中存在一种趋势：在考虑行驶可靠性、行驶舒适性以及行驶效率的情况下来对车辆驾驶员进行辅助。对此的示例为具有速度控制功能/巡航控制功能的系统或车道保持系统。在这种情况下，根据测得的车辆参数和环境参数来辅助性地影响机动车的行驶行为。为此所须施加的力大部分由机电系统——如电动机——提供。
例如，在影响速度时，所谓的力反馈系统尤其同时地起到速度调节器、速度限制器的作用，以及在给定的速度值被超出时起到报警装置的作用。在这种情况下，一附加的复位力与由驾驶员的脚施加到油门踏板/加速踏板上的用于增大速度的力相对抗。所述附加的复位力的大小可取决于偏离速度期望值的大小。
从EP 0 617 674 B1已知了一这样的装置。该用于控制电机功率、尤其是机动车电机功率的装置包括用于对力进行调节的伺服电机，以用于将一受控的复位力通过机械连接装置施加到由驾驶员直接致动的功率调节机构上、例如施加到油门踏板上。这种通过机械连接装置传递的力由一弹簧产生，该弹簧被配设于一三点式机构(Dreieckspunktmechanismus)，在该三点式机构中，电机使力的分量——该力的分量作用到伺服电机的输出机构上——变化。
这种用于控制车辆速度的装置包括大量的独立构件，这些构件在组装以及相互调节方面必然成本高。通过应用复杂的偏转机构来产生作用在踏板上的复位力。因此，这种装置的制造和校准的成本是非常高的。
从DE 10 2004 025 829 B4已知了一种力反馈装置，其中，借助包括定子和转子的扭矩电机产生复位力。该转子构造成盘形并借助偏心地布置在转子上的挺杆元件(Stoesselelement)与踏板臂耦合，使得该挺杆元件仅抵靠踏板臂、并且可在转子转动时在该踏板臂上仅沿着与踏板臂的致动方向相反的方向施加一复位力。
这种装置的缺点在于，当通过转子将复位力施加到踏板臂上时，一较大的弯矩直接作用在转子轴上。由此，在定子与转子之间的气隙通常是变化的，并且扭矩电机的致动能力被不利地影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种使用在机动车中的简单的、具有少量构件的、紧凑的以及特别是坚固耐用的踏板系统，使得不仅材料和制造的成本低而且所需的安装空间小，并且确保了高的功能可靠性。
根据本发明，所述目的通过权利要求1的特征而实现。有利的改进方案是以直接或间接的方式引用权利要求1的权利要求的主题。
本发明描述了一种使用在机动车中的紧凑的踏板系统，该踏板系统具有壳体和集成在该壳体中的力复位装置。尤其通过使电动机通电而在踏板臂上朝向该踏板臂的零位/起始位置的方向产生一附加的复位力。该电动机包括定子和布置在一轴上的转子。另外，在该电动机的轴上布置有驱动带轮(Antriebsscheibe)，该驱动带轮可借助以偏心的方式布置在该驱动带轮上的驱动辊将一复位力施加到踏板臂上。特别地，定子布置在电动机的轴上、位于转子与驱动带轮之间。其优点在于，当踏板臂上的复位力通过驱动带轮施加到轴上时，弯矩对转子的影响被减小，因为转子布置在定子的与驱动带轮相对的一侧上。基于这种布置方式，定子与转子之间的气隙没有变化，并且电动机的致动能力未受到影响。
因为径向轴承——轴借助于该径向轴承支承在定子上——尽可能延伸经过定子的整个长度，当一复位力施加到踏板臂上时，可补偿比较大的通过所述轴作用到电动机上的径向力。该径向轴承构造为例如塑料滑动轴承并且压紧在定子中。
为了将驾驶员要求转化成速度，踏板臂能围绕一转动中心枢转，更确切地说是从踏板臂的零位(其意味着车辆电机的转速是空载转速)枢转至该踏板臂的终止位置(其表示满负载/节气门全开)。一踏板回位弹簧如此地布置在踏板臂上，使得将该踏板臂压到其零位，也就是说如果车辆驾驶员使脚离开踏板臂，则车辆电机被强制地以空载转速转动。电动机能围绕一转动中心从该电动机的零位枢转至该电动机的终止位置。踏板臂的转动中心和电动机的转动中心也可以是相同的。一电机回位弹簧如此地布置在电动机上，使得该电动机的驱动带轮也通过驱动辊将踏板臂压向该踏板臂的零位方向，尤其是在电动机未被通电时。踏板回位弹簧和电机回位弹簧可构成为线性(运动)的弹簧、例如螺旋弹簧或构成为转动(运动)的弹簧、例如扭簧或螺旋扭力弹簧。在此，弹簧的一个末端通常与壳体固定连接。弹簧的另一末端作用到踏板臂上或驱动带轮上。对于由弹簧的各自的零位和终止位置确定的角度范围，电机回位弹簧的角度范围不仅在零位处而且在终止位置处都大于踏板回位弹簧的角度范围，这确保了驱动带轮在任何时刻都通过驱动辊抵靠在踏板臂上，也就是说，驱动带轮总是被预偏压，至少在电动机未通电的状态下如此。为了尤其通过集成在踏板系统中的控制单元来致动电动机，有利的是，总是通过相应的传感器来探测踏板臂和电动机的各自角位置。
优选的是，踏板系统的磁滞元件由位于踏板臂的转动中心处的滑动衬套(Gleitbuchse)来形成。滑动衬套的功能尤其也可通过踏板臂材料和轴材料——该踏板臂布置在该轴上——的适当的材料匹配而实现。这些材料匹配可在限定的摩擦表面的整个边缘上隆起，例如各自延伸超过120°。这些隆起的表面不仅可设在踏板臂上而且可设在壳体上。
在一些情况中，需要车辆驾驶员必须克服由于电动机通电而使踏板臂受到的整个复位力，特别是在危险状况中——如与前面行驶车辆的间隔距离太小时，以用于例如启动超车过程。为此目的，踏板系统可具有过载离合器。优选的是，这种过载离合器作为打滑离合器布置在驱动带轮与转子之间。在此，例如在打滑离合器中通过弹簧组施加一轴向力，该轴向力在正常状态下大于车辆驾驶员的脚在踏板臂上的致动力。为了能够超越/克服该(轴向)力，打滑离合器以能自由转动的方式布置在电动机的轴上。通常，电动机本身也可被超控/超驰/过载(uebertreten)而不会受到损坏。
在电动机由于故障、例如过热而受阻/中断的情况中，在电动机上，可在踏板系统中布置一紧急事故装置，在电动机受阻时，车辆驾驶员可借助该紧急事故装置克服踏板臂上的复位力。这种紧急事故装置例如可通过驱动带轮上的齿部以及可与该齿部啮合的、位于电动机的轴的外表面上并位于驱动带轮区域中的对应齿部来实现。在正常状态下，力从电动机经过这些相互啮合的齿部传递到踏板臂上。在紧急情况中，该齿部通过超控/超驰控制而被损坏并且通过电动机取消踏板臂上的复位力。这种紧急事故装置可以特别适用在基于空间考虑而必须放弃过载离合器的踏板系统中。
与正常温度相比较，在外界温度低的情况下，电动机中以及踏板臂中的摩擦损耗增大。为了避免这种摩擦的增大，电动机可以一定的时间间隔短暂地被通电，其中这些时间间隔可被任意地规定或由控制单元来规定。如果在紧急状况中、例如在交通事故中，车辆驾驶员的脚在满负载运行时失去了与踏板臂的接触，则基于安全考虑必须确保踏板臂在预定的时间内移动到其零位，以使电机转速迅速地下降至空载转速。在正常情况下，踏板回位弹簧和电机回位弹簧将踏板臂足够快速地压到该踏板臂的零位。在踏板臂的一些实施方式中，电机回位弹簧被设计得比较弱，以用于尤其实现多种的踏板特征曲线。在踏板回位弹簧的功能出现故障——例如由于损坏——时，电机回位弹簧自身太弱了，以至于不能将踏板臂在预定的时间内移动到零位。在这种情况下，必须通过一独立的监控元件来监控踏板回位弹簧的功能。这例如可以简单的方式通过机械的压力开关来实现，在正常情况下，踏板回位弹簧的一末端持续地将压力施加到该压力开关上。如果踏板回位弹簧损坏，则压力开关向车辆驾驶员发出一相应的警报信号或者向控制单元发出一信号，以借助电动机在踏板臂上施加必需的附加的复位力。
为了简单起见，电机回位弹簧可设计为布置在定子与驱动带轮之间的螺旋扭力弹簧。该螺旋扭力弹簧的转动中心和驱动带轮的转动中心可位于电动机的轴的轴线上。在此，该螺旋扭力弹簧的一支脚优选与壳体固定连接或耦接在壳体上，而另一支脚压在驱动带轮上。
例如，无刷直流电机可应作电动机。为了可应用结构尺寸小且功耗少的直流电机，通常附加地使用了自锁传动装置以增大力，其优点在于，在通过直流电机实现给定的复位力之后，该直流电机可进入无电流的状态并且通过传动装置的自锁功能来维持该复位力。自锁传动装置有利地布置在驱动带轮与转子之间，并与电动机的轴固定连接以传递力。在这种情况下，驱动带轮以可自由转动的方式支承在电动机的轴上。电机回位弹簧的一末端作用于驱动带轮上，该电机回位弹簧的另一末端与自锁传动装置固定连接。由此，电机回位弹簧的预偏压可沿电动机的朝向零位的方向以及朝向终止位置的方向在最小值与最大值之间变化。
附图说明
从下面借助附图描述的本发明的多个实施例给出本发明的其它的优点和特征。其中：
图1示出具有踏板臂、电动机和控制单元的踏板臂系统，
图2示出根据现有技术的定子与转子的布置方式，
图3示出根据本发明的定子与转子的布置方式，
图4示出踏板臂位于其零位中的踏板臂系统，
图5示出踏板臂位于其终止位置中的踏板臂系统，
图6示出踏板臂系统的三维视图，以及
图7示出一踏板臂系统，其中能看到踏板回位弹簧区域的细节和转子的局部区域的细节。
具体实施方式
图1示出了一用于调节速度的紧凑的踏板系统，其中在壳体3中集成有一力复位装置。该踏板系统大致包括一用于将驾驶员的要求转化成速度的踏板臂1。作为力复位装置的另一部件的电动机4、尤其是扭矩电机可在被通电的状态下给踏板臂1施加一沿着减小速度的方向的复位力。在电动机4上布置有一能转动的驱动带轮6，该驱动带轮6可借助驱动辊7或其它合适的装置、例如滑动的任意形状的表面给踏板臂1施加复位力。用于控制电动机4的控制单元10同样集成在壳体3中。
电动机4大致包括定子12和转子11，该转子与能在定子12中转动的轴13相连接。图2和图3各自示出电动机4的所述部件的基本布置方式。图2示出了根据DE 10 2004 025 829 B4的电动机4。在电动机4通电时将复位力施加到踏板臂1上的驱动辊7直接安装在转子11上。作用于踏板臂1上的力又导致产生一作为弯矩作用于轴13上的、沿着垂直于轴13的轴线的方向的扭矩。由此，转子11与定子12之间的气隙可变化并且电动机4的致动能力可被削弱。
图3示出了根据本发明的电动机4的部件的布置方式。定子12布置在轴13上、位于转子11与驱动带轮之间。在电动机4通电时将复位力施加到踏板臂1上的驱动辊7在此布置在驱动带轮上，例如旋入或压入驱动带轮中。与图2中示出的布置方式相比较，在(本发明的)这种情况中，通常地，在施加复位力时作用于电动机4的轴13上的弯矩对转子11与定子12之间的气隙的影响明显地减小。因此，在所述布置方式中，即使是在复位力较大的情况下也确保了电动机4的性能。
图4示出了踏板臂1位于其零位PN中的踏板系统。也就是说，车辆驾驶员的脚没有在踏板臂1上施加沿着增大速度的方向的力，且车辆的电机以空载转速转动。踏板臂1能围绕转动中心P枢转，更确切地说能从零位PN枢转至终止位置PE，换成电机转速就是说从空载至满负载。在这种情况下，螺旋扭力弹簧作为踏板回位弹簧2布置在踏板臂1的转动中心P处，使得踏板臂1被该螺旋扭力弹簧强迫至踏板臂的零位PN。可选地，线性作用的弹簧也能考虑作为尤其处于转动中心P之外的踏板回位弹簧2。电动机4能围绕该电动机的转动中心M枢转，更确切地说能从该电动机的终止位置ME枢转至该电动机的零位MN。在所描述的情况中，踏板臂1的转动中心P的位置与电动机4的转动中心M的位置是分开的。然而，其中两个转动中心P和M重合的踏板系统也是完全可行的。
一电机回位弹簧8在电动机4上如此地布置：特别是在电动机4未通电的情况下，电动机4的驱动带轮6也经由驱动辊7将踏板臂1朝向该踏板臂的零位PN的方向迫压。在这种情况下，这里踏板回位弹簧2或者电机回位弹簧8的一个末端至少在弹簧的迫压方向上总是与壳体3固定连接。在此，电机回位弹簧8的一个末端耦接在壳体3的销15上。踏板回位弹簧2的另一末端作用于踏板臂1上，和/或电机回位弹簧8的另一末端作用于驱动带轮上。对于由弹簧2、8的各自的零位MN、PN和终止位置ME、PE确定的角度范围而言，电机回位弹簧8的不仅在零位MN时的角度范围而且在终止位置ME时的角度范围都大于踏板回位弹簧2的角度范围。这也在图4和图5中各自通过沿MN和ME方向的箭头被表明。由此，确保了驱动带轮6在任何时候都通过驱动辊7抵靠踏板臂1。也就是说，使电机回位弹簧8总是被预偏压，至少在电动机4未通电的情况下是如此。
为了尤其通过集成在踏板系统中的控制单元10来致动电动机4，有利的是，踏板臂1的角位置和电动机4的角位置各自通过对应的传感器、例如霍尔传感器来探测。但在附图中未示出对应的传感器。
图5与图4相对应，具有的一个不同之处在于踏板臂1位于其终止位置PE中。但是未到达电动机4的终止位置ME，这也通过在ME方向上的箭头被表明。也就是说，通过相应地使电动机4通电，有可能使电动机4朝向其终止位置的方向进一步运动并因此从踏板臂1脱开。
图6示出踏板臂系统的三维视图。在此，例如具有自锁传动装置的无刷直流电机被用作电动机4。该自锁传动装置以未示出的方式布置在驱动带轮6与转子11之间并且与轴13固定连接。在这种情况中，驱动带轮6以能自由转动的方式支承在轴13上。电机回位弹簧8的一个末端作用于驱动带轮6上。自锁传动装置借助销15将复位力施加到电机回位弹簧8的另一末端上。由此，电机回位弹簧8的预偏压可沿电动机4的零位MN方向以及沿终止位置ME方向在最小值与最大值之间进行变化。
接口9包括与功率电子技术有关的供电部件，因此包括电动机4的供电部件并且通过CAN总线在控制单元与踏板系统外部的外围设备之间交换信号。出于安全考虑，未示出的第二接口专门被保留用于传输踏板臂1角位置的传感器信号。
图7从踏板臂1相对的一侧示出图6的踏板系统，其中特别能看到踏板回位弹簧2区域的细节和转子11的局部区域的细节。踏板回位弹簧2的一个末端压在构成压力开关的监控元件14上。压力开关14中的电路可被断开或闭合。当踏板回位弹簧2出现故障时——例如由于该弹簧损坏，压力开关14可触发一可警告车辆驾驶员的信号，或者可发出一信号至控制单元10以通过电动机4施加一附加的复位力并由此相应地预偏压电机回位弹簧8。
由此，确保了在紧急状况、例如交通事故中，当车辆驾驶员的脚失去了与踏板臂的接触时——尤其是在满负载行驶的情形下，踏板臂1在规定的时间内移动到其零位PN，以使电机转速迅速下降至空载转速。通常，踏板回位弹簧2和电机回位弹簧8可将踏板臂1充分快速地压回至该踏板臂的零位。然而，在踏板系统的一些实施方式中，电机回位弹簧8被设计成比较弱，以用于例如可实现多种踏板特征曲线。当踏板回位弹簧2功能出现故障时——例如由于损坏，电机回位弹簧8可能弱到不能单独地将踏板臂1在规定的时间内移动到零位PN。
附图标记列表
1 踏板臂
2 踏板回位弹簧
3 壳体
4 电动机
5 滑动轴承
6 驱动带轮
7 驱动辊
8 电机回位弹簧
9 接口
10控制单元
11转子
12定子
13电动机的轴
14监控元件
15销
M   电动机的转动中心
MN  电动机的零位
ME  电动机的终止位置
P   踏板臂的转动中心
PN  踏板臂的零位
PE  踏板臂的终止位置

Claims (13)

1.一种在机动车中用于调节速度的紧凑的踏板系统，所述踏板系统具有集成在壳体(3)中的力复位装置，所述踏板系统包括
-踏板臂(1)，所述踏板臂用于将驾驶员要求转换成速度，其中所述踏板臂(1)能围绕转动中心(P)从所述踏板臂(1)的零位(PN)枢转至所述踏板臂(1)的终止位置(PE)，
-踏板回位弹簧(2)，所述踏板回位弹簧能将踏板臂(1)移动到其零位(PN)，
-电动机(4)，所述电动机能围绕转动中心(M)从所述电动机(4)的零位(MN)枢转至所述电动机(4)的终止位置(ME)，并且能在通电状态下给所述踏板臂(1)施加一朝向所述踏板臂(1)的零位(PN)方向的复位力(F)，其中对于所述踏板臂(1)和所述电动机(4)而言，从终止位置(PE)、(ME)至零位(PN)、(MN)的各自的转动方向是相同的，
-驱动带轮(6)，所述驱动带轮借助轴(13)与所述电动机(4)相连接、并借助以偏心的方式布置在所述驱动带轮(6)上的驱动辊(7)将复位力施加到所述踏板臂(1)上，其中，当所述复位力(F)被施加到所述踏板臂(1)上时，所述驱动辊(7)仅抵靠所述踏板臂(1)，
-电机回位弹簧(8)，所述电机回位弹簧用于使所述电动机(4)朝向所述电动机(4)的零位(MN)方向复位，
-控制单元(10)，所述控制单元用于控制所述电动机(4)，
其特征在于，
所述电动机(4)包括转子(11)和定子(12)，其中，所述定子(12)布置在所述电动机(4)的所述轴(13)上、位于所述转子(11)与所述驱动带轮(6)之间。
2.根据权利要求1所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，所述轴(13)借助径向轴承支承在所述定子(12)中，其中，所述径向轴承基本上延伸经过所述定子(12)的整个长度，以用于在复位力被施加到所述踏板臂(1)上时能尽可能多地吸收由所述轴造成的径向力。
3.根据权利要求1或2所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，当所述电动机(4)未被通电时，所述踏板回位弹簧(2)和所述电机回位弹簧(8)沿所述踏板臂(1)的零位(PN)方向迫压所述踏板臂(1)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，在所述踏板臂(1)的转动中心(P)处布置有一滑动衬套(5)以作为磁滞元件。
5.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，在所述电动机(4)上布置有过载离合器，车辆驾驶员借助所述过载离合器能超越复位力。
6.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，在所述电动机(4)上布置有紧急事故装置，在所述电动机受阻时车辆驾驶员能借助所述紧急事故装置来克服复位力。
7.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，在外界温度低的情况下，所述电动机(4)能以由所述控制单元(10)给定的时间间隔或任意的时间间隔短时间地通电，由此能补偿由低的外界温度造成的所述电动机(4)中的增大的摩擦损耗以及所述踏板臂(1)中的增大的摩擦损耗。
8.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，所述踏板臂(1)的转动中心(P)和所述电动机(4)的转动中心(M)是相同的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，通过所述踏板臂(1)上的踏板传感器能探测所述踏板臂(1)的角位置，而通过所述电动机(4)上的电机传感器能探测所述电动机(4)的角位置。
10.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，在所述踏板回位弹簧(2)上布置有监控元件(14)，通过所述监控元件能监控所述踏板回位弹簧(2)的功能。
11.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，所述电机回位弹簧(8)构造为螺旋扭力弹簧、并布置在所述驱动带轮(6)与所述定子(12)之间。
12.根据上述权利要求中任一项所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，所述电动机(4)构造为具有自锁的传动装置的无刷直流电机，其中所述自锁的传动装置布置在所述转子(11)与所述驱动带轮(6)之间。
13.根据权利要求12所述的紧凑的踏板系统，其特征在于，所述驱动带轮(6)以可转动的方式支承在所述轴(13)上，所述驱动带轮(6)借助所述电机回位弹簧(8)与所述电动机(4)的所述自锁的传动装置相连接。
CN2010800211746A 2009-05-15 2010-05-05 用于机动车的紧凑的踏板系统 Pending CN102439530A (zh)

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