CN102892614A - 用于机动车的加速踏板单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的加速踏板单元，其中一通过相应的操纵力带来的、踏板逆复位弹簧的复位力相对于其初始位置的位置变化致使动力源的驱动力提高，在操纵力减弱时复位弹簧的复位力使踏板朝向其初始位置的方向返回，其中，一能从外部控制的机电式致动器被设置成能够在踏板上作用一附加复位力。本发明提出一种产生踏板特性曲线的滞回的滞回装置（13、15），其中，所述滞回与机电式致动器的附加复位力（F_附加）无关。在此，该装置（13、15）设计成摩擦部件（13）和与该摩擦部件（13）共同作用的摩擦面（15），其中所述摩擦面（13）与踏板（11）连接，而所述摩擦部件（15）与在踏板（11）和机电式致动器之间的力流相脱耦。

Description

用于机动车的加速踏板单元

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的加速踏板单元，其中一通过相应的操纵力带来的、踏板逆复位弹簧的复位力相对于其初始位置的位置变化致使动力源的驱动力提高，在操纵力减弱时复位弹簧的复位力使踏板朝向其初始位置的方向返回，其中，一能从外部控制的机电式致动器被设置成能够在踏板上作用一附加复位力。

背景技术

在现代机动车中通常存在如下问题，车辆驾驶员被提供了许多机动车信息。通过声学和光学信号对车辆驾驶员的这些过度刺激导致（其注意力）偏离交通情况。因此车辆驾驶员倾向于，不理会或忽略这些信号或者车辆驾驶员不能再将这些信号与其原因匹配。上述类型的加速踏板单元避免了光学和声学系统的所有缺陷：它是一种适合用于纵向动态功能（距离信息、速度限制和速度调节）和用于指示出危险提示的人机接口。

加速踏板的被动的踏板特性曲线一般具有滞回。由WO2005/105508A1已知一种用于产生踏板特性曲线的方法和装置。在该已知的装置中建议，通过机电式致动器产生该滞回。但是为此在每次操纵加速踏板时必需控制电磁的致动器，另一方面必需在通过电磁致动器产生附加的复位力时必需计算叠加调节。

发明内容

由此本发明的目的在于，这样改进开头所述类型的加速踏板单元，使被动的踏板特性曲线的力与电磁致动器的力不相互影响。

按照本发明这个目的通过具有权利要求1特征部分特征的装置实现。在此提出一种用于产生踏板特性曲线的滞回的滞回装置，其中，所述滞回与机电式致动器的附加复位力无关。

在从属权利要求中给出有利的改进方案。

在本发明内容的一种有利改进方案中规定，滞回装置设计成摩擦部件和与该摩擦部件共同作用的摩擦面，其中所述摩擦面与踏板连接，而所述摩擦部件与在踏板和机电式致动器之间的力流相脱耦。

在另一有利的改进方案中，所述摩擦部件布置成能围绕一与摩擦面的轴线并行/平行的轴线运动。为此所述摩擦部件布置成能围绕一销轴摆动，其中所述销轴固定在加速踏板单元的外壳中。

在第一备选方案中，所述机电式致动器设计成线性的升降电磁装置/起重磁铁，该升降电磁装置的顶杆顶靠在突起状的凸轮上，其中所述凸轮能由踏板借助传递部件操纵。

一个有利的改进方案规定，突起状的凸轮载有至少一个其运动能由传感器获得/测出/求得的磁体。

在第二备选实施例中，所述机电式致动器设计成可调式电机，该可调式电机使一扭簧相对于一支撑销预紧，其中与踏板连接的杆臂顶靠在支撑销上。

一个有利的改进方案规定，所述杆臂载有至少一个其运动能由传感器获得的磁体。

在第三备选实施例中，所述机电式致动器设计成可逆式电机，在该可逆式电机的电机轴上设有一预紧的带件，该带件一方面通过预紧的弹簧与加速踏板单元的外壳连接，另一方面与凸轮连接，其中该凸轮能由踏板借助于传递部件操纵。

在所有备选实施例中规定，所述附加的复位力限制踏板的最大行程、在踏板上产生力脉冲或振动。

附图说明

下面借助于附图中的实施例详细解释本发明。附图中：

图1示出按照本发明的加速踏板单元的第一实施例的剖视图；

图2示出图1的加速踏板单元的局部剖开的俯视图；

图3示出踏板特性曲线；

图4示出图1第一实施例的另一剖视图；

图5示出按照本发明的加速踏板单元的第二实施例的三维图；

图6a，6b示出从图5选出的两个加速踏板单元部件的局部视图；

图7示出图5的加速踏板单元的另一局部视图；

图8a，8b示出在图7中所示的部件的分解图；

图9示出按照本发明的加速踏板单元的第三实施例的剖视图；

图10示出图9所示加速踏板单元的另一剖视图；

图11示出用于表示所有实施例的工作原理的踏板特性曲线。

具体实施方式

在图1中示出用于机动车的加速踏板单元1。当车辆驾驶员踩踏加速踏板单元1的踏板11并且由于其相应的脚操纵力而抵抗复位力F_复带来踏板11相对于初始位置的位置变化时，这使机动车驱动动力源的驱动力增加。在此，机动车的驱动动力源是通过内燃发动机实现、还是通过一个或多个电机实现、还是通过上述发动机与电机的组合实现，是无关紧要的。如果车辆驾驶员从踏板11抬起脚，则复位力F_复使踏板11朝向其初始位置返回。这个复位力F_复由在这里未示出的复位弹簧产生。在图1所示的加速踏板单元中，在需要时可以在踏板11上产生附加的复位力F_复。由此车辆驾驶员得到一触觉信息。因此，例如可以通过在低效的发动机转速下使附加的复位力F_复提高、进而使踏板感觉变硬，从而使机动车持续经济地、节省燃料地运行。另一方面可以限制踏板11的最大行程S，如同下面还要详细解释的那样。此外其它可以传递给车辆驾驶员的触觉信息包括安全性危险的信息，如与前面行驶的机动车间的距离不足。

如果向下压踏板11，则它围绕其转动轴线转动。踏板11致动一传递部件10，该传递部件又与一突起状的凸轮3连接。通过传递部件10将踏板11的力传递给凸轮3，使凸轮围绕轴线B转动。机电式致动器在本实施例中设计成升降电磁装置18，它必要时接合到突起状的凸轮3上：升降电磁装置18的磁体顶杆7顶靠在凸轮3的接触面6上并且可以沿着升降电磁装置18的轴线A运动。因为磁体顶杆7只顶靠在接触面6上，所以升降电磁装置18只能在踏板11复位方向上产生力。升降电磁装置18不能对踏板11产生比车辆驾驶员利用其脚力设定出的（操纵）更剧烈的操纵。也就是说，它仅在复位方向上通过附加的复位力F_复起作用。在操纵踏板11时，凸轮3与一磁体5共同地围绕轴线B转动。在图2中示出的传感器16与一控制单元17连接，该传感器借助于与凸轮3共同运动的磁体5获得踏板11的位置。如果希望产生一附加的复位力F_复，则另一控制单元12给升降电磁装置18发送一电信号。升降电磁装置18非整流的（nicht-kommutierter）、具有规定的行程S的直接驱动装置，它包括磁体顶杆7和用于提供洛伦茨力的静止线圈。升降电磁装置18可以借助于控制单元12的电信号这样被驱动，使附加的复位力F_复能以在踏板11上的振动或力脉冲的形式被车辆驾驶员感觉到。根据上述的附加复位力F_复的力形式的大量功能，也可以调整附加复位力F_复的大小或者限制踏板11的最大行程S。如图1所示，当凸轮3顶靠在止挡部2上时，达到了踏板11的最大行程S。在达到这个最大可能行程S之前，可以通过升降电磁装置18的相应大小的复位力F_复来限制踏板11的行程S。于是使车辆驾驶员在踏板11上感觉到一只有在更耗力的情况下才能越过的力阈值。通过这种方式限制踏板11的最大可能行程S。这个功能可以用于，将车辆驾驶员引导到节能的行驶方式。

下面借助于图3来解释加速踏板单元1必需的特性曲线。在横坐标上标出踏板11的行程S，其中通过凸轮3与接触面2之间的接触规定的最大可能行程S位于横坐标的100%处。纵坐标表示踏板11上的复位力F_复或附加复位力F_附加。为了提高机动车的速度，车辆驾驶员对踏板11施加一力。随着踏板11转过的角度的增加，机动车的速度提高。为了使车辆驾驶员获得他对速度实施控制的感觉，随着踏板角度的增加或随着踏板行程的增加踏板11提高反作用于车辆驾驶员脚上的复位力F_复。在常见的踏板结构中这个复位力F_复通过复位弹簧和滞回弹簧产生。如果由车辆驾驶员施加在踏板11上的力与由复位弹簧和滞回弹簧产生的复位力F_复相平衡，则——尤其在平路上——使车辆驾驶员获得他以保持不变的速度向前运动的感觉。

踏板11的特性曲线6’、6”示出复位力F_复变化与踏板行程S的关系。在图3中出发的特性曲线6’代表速度提高。初始的反作用力在踏板行程S下等于零，在常规的踏板结构中出发的特性曲线6’的斜度由对复位弹簧和滞回弹簧的选择所决定。如果车辆驾驶员想要降低机动车速度，他减小在踏板11上的力。一旦踏板转动方向反转到减小踏板行程S的方向上，则在已知的系统中将滞回弹簧断开，例如通过松开相应的弹簧来实现。这时，踏板11作用于车辆驾驶员脚上的复位力F_复降低了滞回弹簧所产生的量。复位力F_复在踏板角度反向时的这个减小通过所谓的滞回跃变9表示。这时返回的特性曲线6”的反作用力唯一地通过前面所述的复位弹簧施加。车辆驾驶员在希望降低速度时减小在踏板11上的力。通过复位弹簧施加的复位力F_复的作用是，使踏板11与车辆驾驶员的脚保持接触并且使车辆驾驶员获得如下感觉：他主动地在更低速度的方向上对机动车实施了控制。附加的复位力F_附加在图3中示例地以力峰值表示，它表示出在向下压踏板11时对于车辆驾驶员的力阈值。

而在本加速踏板单元1中与常见的踏板结构不同，由滞回装置产生踏板特性曲线的滞回，其中这个滞回与升降电磁装置18的附加复位力F_附加无关。该必须的滞回通过图4所示的滞回装置产生。在此发明构思是，滞回与升降电磁装置18的附加复位力F_附加无关。滞回装置在图4所示的实施例中设计成摩擦部件13和一与摩擦部件13共同作用的摩擦面15。摩擦面15与突起状的凸轮3固定连接并且相对于凸轮3的转动轴线B位于径向上。摩擦面15通过与凸轮3的固定连接而（与该凸轮）共同地围绕转动轴线B转动。因为凸轮3通过传递部件10与踏板11连接，所以施加在摩擦面15上的摩擦力被传递到踏板11的运动上，即，这个摩擦力对踏板11的运动实施衰减。摩擦部件13与摩擦面15共同作用，该摩擦部件支承成可绕一销轴14摆动。销轴14的转动轴线C与凸轮3的转动轴线B彼此平行地间隔开。销轴14固定在外壳19中。一扭簧4将摩擦部件13压向摩擦面15并且在与踏板11共同转动的摩擦面15运动时产生一摩擦力。由此，产生踏板特性曲线的滞回。比较图1与图4表明，与机电式致动器的附加复位力F_附加无关地产生滞回：用于产生滞回的摩擦面15和摩擦部件13不设置在升降电磁装置18与凸轮3之间的力流中，而是与该力流并行、因此与通过升降电磁装置18产生的附加复位力F_附加无关。在此，另外重要的是，滞回保持恒定，与升降电磁装置18是否被驱动无关。因此，在滞回特性与升降电磁装置18是被激活还是不被激无关地保持相同的情况下，加速踏板单元1使车辆驾驶员获得更好的感觉。

另外由图1可见，扭簧4挂入凸轮3中并且通过凸轮3的转动而被张紧。扭簧4的另一端部顶靠在摩擦部件13上并且将该摩擦部件压在摩擦面15上。通过凸轮3的转动使扭簧4被进一步张紧并且使摩擦部件13被更强烈地压在摩擦面15上。如同借助于图3已经解释的那样，出发的与返回的特性曲线之间的滞回跃变由如下方式产生：在操纵方向上引起摩擦损失并因此在向下压踏板11时与脚操纵力相加，而在松开踏板11时摩擦损失恰好起反作用。

借助于图5至8解释在挂式的加速踏板单元1中的滞回装置。与借助图1至4所示的竖式的加速踏板单元中相同的部件配有相同的附图标记。图5所示的加速踏板单元1同样能够产生附加的复位力F_附加，以使车辆驾驶员获得触觉信息。为了使车辆驾驶员获得这种触觉信息，由加速踏板单元1的控制单元12对机动车内的一外部控制单元的电信号进行应用。

对于挂式踏板，踏板11与踏板杆31连接。如果向下压踏板11，则该踏板使与踏板11连接的杆臂26围绕其转动轴线D转动。转动轴线D通过一主轴24形成。由此杆26与磁体25共同地围绕转动轴线D转动。与控制单元12连接的传感器借助于与杆臂26共同转动的磁体25获得踏板11的位置。杆臂26顶靠在支撑销22上，该支撑销的位置在图5中双重地示出，用于表明踏板单元1的运动。当加速踏板单元1希望产生一附加的复位力F_附加时，控制单元12控制电机23并且支撑销22与电机23的电机轴28共同地执行部分运动。当电机23运行时，电机轴28开始转动并且通过支撑销22的运动使杆臂26运动。通过这种方式增强车辆驾驶员可在踏板11上感觉到的复位力。根据加速踏板单元1的许多功能，可以对这个附加复位力进行修改并且电机23可以产生警示性的振动或矩形的力脉冲。在此已经证实两个相互衔接的矩形力脉冲是特别有效的。

在图6a和6b中也示出加速踏板1的两个操纵位置。为了检测出踏板位置，杆臂26带有一磁体25，该磁体的运动由一传感器27检测。磁体25与设计成磁场传感器的传感器27共同作用。作为磁场传感器可以考虑霍尔元件或者磁阻（magnetoresistives）元件。出于冗余性的考虑，传感器27具有两个检测元件。如图6a和6b所示，传感器27被集成到控制单元12中，即，不需要在控制单元12与传感器27之间的分开的信号传递，因为传感器27已经设置在控制单元12的电路板29上了。

在图7中示出用于产生与电机23无关地施加的滞回的装置：摩擦面15与杆臂26固定连接。与摩擦面15共同作用的摩擦部件13支承成可围绕轴线C摆动。在轴线C上设置有一销轴，它固定在外壳中并且支承该摩擦部件13。摩擦部件13被弹簧30相对于摩擦面15预紧。因为摩擦面15与杆臂固定连接，所以摩擦面15上的摩擦力同样作用于杆臂上并由此作用于踏板11上。如同已经借助于图1至4的实施例解释的那样，在图5至8的实施例中用于产生滞回的装置也与从电机23经未示出的扭簧到支撑销22的力流相脱耦。摩擦面15和摩擦部件13形式的（滞回）产生装置与该力流并联。

在图8a和8b中示出加速踏板单元1的重要的装配步骤：将杆臂26压在主轴24上——连带踏板杆31和具有摩擦面15的部件一起。主轴24为了压上部件的固定坐置而具有粗糙化的表面。在此粗糙化的表面由与纵轴线D并行延伸的、小的纵向槽实现。由此，使上述的部件不能相对转动并且通过这个装配可以实现特别小的误差。

在图9和10中示出加速踏板单元1的另一实施例。已经在前面的实施例中描述过的部件仍然具有相同的附图标记。加速踏板单元1在此以下面的形式工作：如果向下压踏板11，也是使传递部件10被操纵并且突起状的凸轮3开始围绕其转动轴线B转动。为了产生附加的复位力F_附加而驱动电机33。在电机33的电机轴34上套接有一带轮35，该带轮在其外周面上具有槽，在所述槽中导引带件36。带件36一方面固定在凸轮3上，而另一方面通过弹簧37固定在外壳38上。通过向下压踏板11使凸轮3转动，开始牵引借助于弹簧37张紧在电机轴34上的带件36。通过控制电机33牵引在带件36上并且将力以这种方式传递到凸轮3上，使传递部件10和踏板11送回到其初始位置。换言之，可以调整附加的复位力F_附加。如上所述，这个附加的复位力F_附加可以以振动或矩形力脉冲的形式产生。此外，可以通过适合的附加的复位力F_附加来限制踏板11的最大可能行程S。

用于产生与电机33的力产生无关的滞回的装置仍然设计成摩擦部件13和与摩擦部件13共同作用的摩擦面15。摩擦面15与突起状的凸轮3固定连接。摩擦面15通过与凸轮3的固定连接而共同地围绕转动轴线B转动。摩擦部件13与摩擦面15共同作用，摩擦部件支承成可围绕轴线C摆动。转动轴线C与凸轮3的转动轴线B平行地彼此间隔开。因为凸轮3通过传递部件10与踏板11连接，所以施加在摩擦面15上的摩擦力被传递到踏板11的运动上，即，这种摩擦力对踏板11的运动进行衰减。扭簧32将摩擦部件13压在摩擦面15上并且在与踏板11共同转动的摩擦面15运动时产生一摩擦力。

如上所述，重要的是，与电机33的附加复位力F_附加无关地产生滞回。这一点通过如下方式实现：摩擦面15和摩擦部件13与在电机33和踏板11之间的力流相脱耦。摩擦面15和摩擦部件13与该力流并行、因此与通过电机33产生的附加复位力F_附加无关。另外重要的是，使滞回保持恒定。也就是说，滞回具有与电机33被驱动与否无关的恒定的特性曲线。滞回特性与电机33是被激活还是不被激活无关地保持不变。

如同已经借助于图1表明的那样，扭簧32挂入凸轮3中并且通过凸轮3的转动而被张紧。扭簧32的另一端部顶靠在摩擦部件13上并且将它压在摩擦面15上。通过凸轮3转动使扭簧32被进一步张紧并且将摩擦部件13更强烈地压在摩擦面15上。

借助于图11再一次解释所述实施例的工作原理。在图11所示的踏板特性曲线中，相对于踏板11的行程S画出了复位力F_复。出发的被动踏板特性曲线6’、滞回跃变9以及返回的踏板特性曲线6”已借助于图3解释过。通过所述的加速踏板单元1可以产生一附加的复位力F_附加，该附加的复位力用于给车辆驾驶员传递信息或者将车辆驾驶员引导到经济的行驶方式。机电式致动器18、23、33被激活且产生附加的复位力F_附加的范围以附图标记8表示。在此情况下重要的是，这个激活范围可以在整个横坐标上移动。也就是说，对于从踏板0%至100%的每个行程S都可以产生振动、力阈值或矩形力脉冲形式的附加复位力F_附加。同样地，对于踏板11的每个位置都能够通过一力阈值来限制行程S。

附图标记清单

1加速踏板单元

2接触面

3突起状的凸轮

4扭簧

5磁体

6‘、6”被动的踏板特征曲线

7磁顶杆

8激活范围

9磁滞跃变

10传递部件

11踏板

12控制单元

13摩擦部件

14销轴

15摩擦面

16传感器

17控制单元

18升降电磁装置

19外壳

20

21

22支撑销

23电机

24主轴

25磁体

26杆臂

27传感器

28电机轴

29电路板

30弹簧

31踏板杆

32扭簧

33电机

34电机轴

35带轮

36带件

37弹簧

38外壳

A升降电磁装置18的轴线

B凸轮2的转动轴线

C摩擦部件13的转动轴线

D杆臂26的转动轴线

Claims (10)

1.一种用于机动车的加速踏板单元（1），其中一通过相应的操纵力带来的、踏板（11）逆复位弹簧（16）的复位力相对于其初始位置的位置变化致使动力源的驱动力提高，在操纵力减弱时复位弹簧（16）的复位力使踏板（11）朝向其初始位置的方向返回，其中，一能从外部控制的机电式致动器（18）被设置成能够在踏板（11）上作用一附加复位力（F_附加），其特征在于，设有用于产生踏板特性曲线的滞回的滞回装置（13、15），其中，所述滞回与机电式致动器（18、23、33）的附加复位力（F_附加）无关。

2.根据权利要求1所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述滞回装置（13、15）设计成摩擦部件（13）和与该摩擦部件（13）共同作用的摩擦面（15），其中所述摩擦面（15）与踏板（11）连接，而所述摩擦部件（13）与在踏板（11）和机电式致动器（18、23、33）之间的力流相脱耦。

3.根据权利要求1或2所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述摩擦部件（13）布置成能围绕一与摩擦面（15）的轴线（B）并行的轴线（C）运动。

4.根据权利要求3所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述摩擦部件（13）布置成能围绕一销轴（14）摆动，其中所述销轴（14）固定在加速踏板单元（1）的外壳（16）中。

5.根据上述权利要求中任一项所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述机电式致动器设计成线性的升降电磁装置（18），该升降电磁装置的顶杆（7）顶靠在突起状的凸轮（3）上，其中所述凸轮（3）能由踏板（11）借助传递部件（10）操纵。

6.根据权利要求5所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述突起状的凸轮（3）载有至少一个其运动能由传感器（16）获得的磁体（5）。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述机电式致动器设计成可调式电机（23），该可调式电机使一扭簧（37）相对于一支撑销（22）预紧，其中与踏板（11）连接的杆臂（26）顶靠在支撑销（22）上。

8.根据权利要求7所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述杆臂（26）载有至少一个其运动能由传感器（16）获得的磁体（25）。

9.根据权利要求2至4中任一项所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述机电式致动器设计成可逆式电机（33），在该可逆式电机的电机轴（34）上设有一预紧的带件（36），该带件一方面通过预紧的弹簧（47）与加速踏板单元（1）的外壳（38）连接，另一方面与凸轮（3）连接，其中该凸轮（3）能由踏板（11）借助于传递部件（10）操纵。

10.根据上述权利要求中任一项所述的加速踏板单元（1），其特征在于，所述附加复位力（F_附加）限制踏板（11）的最大行程（S）、在踏板（11）上产生力脉冲或振动。

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