CN109153375B - 踏板力模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种踏板力模拟装置（1），其具有：壳体（3），能够操纵的压力活塞（4）以能够轴向移动的方式在所述壳体中得到了支承；以及至少两个螺旋弹簧（5、6、7），所述螺旋弹簧彼此平行地布置在所述压力活塞（4）的端面（13）与所述壳体（3）的轴向止挡（9）之间。在此规定，在所述螺旋弹簧（5、6、7）与所述轴向止挡（9）之间并且/或者在所述螺旋弹簧（5、6、7）与所述压力活塞（4）之间分别插入了至少一个碟形弹簧（10、11）。

Description

踏板力模拟装置

技术领域

本发明涉及一种踏板力模拟装置，其具有：壳体，能够操纵的压力活塞以能够轴向移动的方式在所述壳体中得到了支承；以及至少两个螺旋弹簧，所述螺旋弹簧彼此平行地布置在所述压力活塞的端面与所述壳体的轴向止挡之间。

此外，本发明涉及一种具有这样的踏板力模拟装置的车辆、尤其是机动车。

背景技术

开头所提到的类型的踏板力模拟装置从现有技术中为人所知。这些踏板力模拟装置通常用在具有电子的制动系统、所谓的线控制动的制动系统的车辆中。在此，所述踏板力模拟装置在通过车辆的驾驶员操纵制动踏板时模拟或者产生作用于所述制动踏板的复位力。所产生的复位力在此模拟制动踏板力感觉，对驾驶员来说通过对于具有常规的液压的制动系统的车辆的驾驶来说知道所述制动踏板力感觉。US 6,347,518 B1说明了一种具有三个彼此平行地布置的螺旋弹簧的踏板力模拟装置，所述螺旋弹簧布置在能够轴向移动的压力活塞的端面与所述踏板力模拟装置的壳体的轴向止挡之间。在操纵所述制动踏板时来如此移动所述压力活塞，使得其对第一螺旋弹簧进行压缩或者挤压，其中在使所述压力活塞进一步偏移之后一起对所述第一螺旋弹簧和所述第二螺旋弹簧进行压缩并且在使所述压力活塞进一步偏移之后一起对所述第一螺旋弹簧、所述第二螺旋弹簧和第三螺旋弹簧进行压缩。根据同时被压缩的螺旋弹簧来产生合成的复位力，所述合成的复位力阻止对于所述制动踏板的进一步的操纵并且由此模拟所述制动踏板力感觉。US 7,357,465 B2公开了另一种踏板力模拟装置。

发明内容

按照本发明，在所述螺旋弹簧与所述轴向止挡之间并且/或者在所述螺旋弹簧与所述压力活塞之间分别插入至少一个碟形弹簧。所述按本发明的踏板力模拟装置具有以下优点：所述碟形弹簧能够容易地制造、需要少的结构空间并且能够用高的压力来加载。一般而言，所述碟形弹簧以具有小的轴向的伸展的截锥的形式来构成，因而其能够节省位置空间地布置在所述踏板力模拟装置的壳体中。此外，它通常具有高的机械的预应力，从而在用高的压力加载时所述碟形弹簧仅仅稍许偏移并且同时产生高的复位力。由至少一个螺旋弹簧和至少一个碟形弹簧构成的弹簧装置由此提供以下可行方案，即：比如如果所述螺旋弹簧已经完全通过所述压力活塞挤压并且产生最大的复位力，那就通过所述碟形弹簧产生额外的复位力。这尤其在下述制动过程中改进了制动踏板力感觉，在所述制动过程中通过驾驶员用大的力来操纵有待制动的车辆的制动踏板。

按照本发明的一种优选的改进方案来规定，至少一个另外的碟形弹簧安放在所述至少一个碟形弹簧上，使得所述碟形弹簧形成堆叠的碟形弹簧装置，其中所述碟形弹簧和所述至少一个另外的碟形弹簧彼此平行地并且/或者对称地定向。在这种情况下优点是，借助于至少两个上下叠放的碟形弹簧的组合能够调节所述碟形弹簧的合成的弹簧硬度。因此，碟形弹簧根据作用于其的力、尤其是压力可以弹性变形的程度越小，该碟形弹簧就越硬。如果两个碟形弹簧平行地安放在彼此上面，那么它们就同一方向地上下分层地布置。在此，上面的碟形弹簧以其侧面优选贴靠在处于其下面的碟形弹簧的侧面上。两个如此彼此平行地布置的碟形弹簧比如具有比一个单个的碟形弹簧大的弹簧硬度。如果一个碟形弹簧与另一个碟形弹簧对称地布置，那么所述碟形弹簧就反向地上下分层地布置。两个如此彼此对称地布置的碟形弹簧在总体上具有比一个单个的碟形弹簧小的弹簧硬度。如果向一个单个的碟形弹簧和两个彼此对称地布置的碟形弹簧加载相同的压力，那么使所述对称地布置的碟形弹簧偏移的幅度就大于所述单个的碟形弹簧。通过所述碟形弹簧的布置，由此能够预先给定不同的弹簧硬度或者具有不同的斜率的弹簧特性曲线。为了将机械的摩擦降低到最低限度，平行地堆叠的并且平行地定向的碟形弹簧在其侧面上优选具有润滑材料、比如润滑油。

特别优选地规定，相应的碟形弹簧具有金属、金属的合金和/或塑料。由此有利地保证，所述碟形弹簧由在机械上有负荷能力的并且能够弹性地变形的、具有高的使用寿命的材料制成。合适的材料比如是弹簧钢。优选所述材料具有额外的特性、比如耐蚀性和/或高的热稳定性。

按照本发明的一种优选的改进方案来规定，在所述螺旋弹簧的松弛的状态中或者在所述压力活塞的未被操纵的状态中所述螺旋弹簧中的至少一个螺旋弹簧在轴向上相对于所述压力活塞的端面并且/或者相对于所述轴向止挡隔开地布置。在这种情况下优点是，在操纵所述压力活塞时先后对所述螺旋弹簧进行压缩并且由此明显地影响所述弹簧特性曲线。尤其在此合成的弹簧硬度取决于所述螺旋弹簧的轴向的长度和弹簧常数。所述弹簧常数能够是恒定的并且/或者可变的。如果比如通过所述压力活塞使一个唯一的具有恒定的弹簧常数的螺旋弹簧偏移，那么所述压力活塞用来向所述螺旋弹簧挤压的压力就与所述偏移成比例。如果随后使同样具有恒定的弹簧常数的第二螺旋弹簧偏移，那么相应的弹簧常数就自下述时刻起叠加，在所述时刻一起使所述第一和第二螺旋弹簧偏移。压力与偏移之间的关系（Verlauf）有别于仅仅一个偏移的螺旋弹簧的成比例的关系。由螺旋弹簧和碟形弹簧构成的组合由此能够产生任意的弹簧硬度或者得到任意的弹簧特性曲线、比如渐进的弹簧特性曲线。

特别优选规定，所述螺旋弹簧彼此同轴地布置。这方面的优点是，所述螺旋弹簧在所述踏板力模拟装置的壳体中的布置特别节省位置空间。为此优选如此选择所述螺旋弹簧的直径，使得相应相邻的螺旋弹簧自由地并且相对于彼此以能够预先给定的径向的间距来布置。作为替代方案，如此选择所述螺旋弹簧的直径，使得同轴地布置在里面的螺旋弹簧的外直径和同轴地布置在外面的螺旋弹簧的内直径至少部分地沿着轴向的方向重叠。这比如保证，还在通过所述压力活塞向所述外面的螺旋弹簧本身加载压力之前，就已经以里面的较长的螺旋弹簧的小的偏移同时使外面的较短的螺旋弹簧偏移。

按照本发明的一种优选的改进方案来规定，相应彼此同轴地布置的螺旋弹簧相反地盘绕。由此保证，在操纵所述螺旋弹簧时避免所述螺旋弹簧缠绕在一起。这尤其提高了其使用寿命并且保证了所述踏板力模拟装置的按规定的运行。

优选规定，所述压力活塞的端面具有至少一个在轴向上伸出的、尤其环状的止挡阶梯，所述止挡阶梯被分配给在轴向上隔开地布置的螺旋弹簧。由此产生以下优点：降低了所述压力活塞的下述偏移，自所述偏移起所述压力活塞向至少两个具有不同的长度的螺旋弹簧加载压力。由此能够实现这一点，即：已经从所述压力活塞的小的偏移中产生大的弹簧硬度。也能够设置相应一样长的螺旋弹簧、但是设置不一样长的止挡阶梯，从而在这种情况下能够先后操纵各个螺旋弹簧。所述止挡阶梯的轴向的长度至少基本上相当于所述压力活塞的端面相对于相应的在轴向上隔开的螺旋弹簧的间距。作为替代方案，能够将所述一个或多个止挡阶梯布置在所述轴向止挡上。

按照本发明的一种优选的改进方案，设置了对所述压力活塞的朝轴向止挡的运动进行限制的止挡。在这种情况下优点是，所述螺旋弹簧和所述碟形弹簧根据所述止挡的位置只能有限制地压缩并且由此能够设定最大的弹簧行程。由此，比如避免所述螺旋弹簧和/或至少一个碟形弹簧的完全的压缩。所述止挡优选作为止挡圈沿着所述踏板力模拟装置的壳体的壳体内壁来布置，使得所述压力活塞、尤其是其外直径在达到所述止挡圈的偏移之后与所述止挡圈接触。所述止挡额外地优选以能够沿着轴向的方向移动的方式得到了支承。这比如能够通过所述止挡与所述壳体的螺纹连接来实现，其中至少两个螺丝孔沿着轴向的方向隔开地布置在所述壳体的壳体壁上，以用于将所述止挡圈在所述壳体的内部布置在不同的位置上。作为替代方案，所述止挡与所述壳体内壁一体地构成或者比如材料锁合地、尤其是通过钎焊、熔焊或者粘接被固定在所述壳体内壁上。

特别优选规定，所述压力活塞作为止挡具有在中心处从其端面上沿着轴向的的方向延伸的棒，该棒限制所述压力活塞的沿着轴向的方向的运动。在这种情况下优点是，所述棒在所述壳体的内部由于其中心的布置而需要少的结构空间。优选所述棒同轴地穿过所述螺旋弹簧来延伸，使得所述螺旋弹簧在所述棒上得到导引。这保证了所述螺旋弹簧装置的较高的稳定性。优选如此选择所述棒的直径，从而在所述棒与所述得到导引的螺旋弹簧的内直径之间存在径向的间距，因而将所述棒与所述螺旋弹簧之间的机械的摩擦降低到最低限度。作为补充方案或者替代方案，所述碟形弹簧具有用于接纳所述棒的至少一个部分的空隙，使得所述棒能够与所述壳体的轴向止挡相接触。所述空隙的直径优选至少基本上相当于所述棒的直径。

所述按本发明的用于车辆、尤其是机动车的制动系统的特征在于踏板力模拟装置。由此产生已经提到的优点。另外的优点和优选的特征从前面所作的描述中并且从优选实施例中得出。

附图说明

下面要借助于附图对本发明进行详细解释。为此：

唯一的附图以简化的侧视图示出了按照一种实施例的踏板力模拟装置。

具体实施方式

唯一的附图示出了在这里未示出的车辆2的、具有壳体3的踏板力模拟装置1，所述壳体具有能够操纵的能够轴向移动的压力活塞4、第一螺旋弹簧5、第二螺旋弹簧6、第三螺旋弹簧7和碟形弹簧装置8。所述碟形弹簧装置8被插入在所述螺旋弹簧5、6、7与布置在所述壳体2的底部上的轴向止挡9之间。

所述碟形弹簧装置8具有第一碟形弹簧10和第二碟形弹簧11，其中所述第二碟形弹簧11平行地安放在所述第一碟形弹簧10上。在所述第二碟形弹簧11上布置了尤其金属的并且能够沿着轴向的方向移动的支承垫片12。这个支承垫片一方面向所述螺旋弹簧5、6、7提供支撑面，另一方面它保证将通过所述压力活塞4施加到所述螺旋弹簧5、6、7上的压力均匀地传递到所述碟形弹簧装置8上。

所述螺旋弹簧5、6、7彼此同轴地布置并且相应地具有不同的长度、直径并且按照所述实施例具有不同的恒定的弹簧常数，其中作为替代方案所述螺旋弹簧5、6、7中的至少一个螺旋弹簧能够具有可变的弹簧常数。最长的螺旋弹簧5被预紧在所述压力活塞4的端面13与所述支承垫片12之间，而所述螺旋弹簧6、7则在轴向上相对于所述压力活塞4的端面13隔开地布置。为了在对所述螺旋弹簧5、6、7进行压缩或者解压时避免缠绕在一起，所述螺旋弹簧6与所述螺旋弹簧5相反地盘绕并且所述螺旋弹簧7与所述螺旋弹簧6相反地盘绕。

所述压力活塞4的端面13具有拥有端面17的第一止挡阶梯15和拥有端面18的第二止挡阶梯16。在此，所述尤其环状的止挡阶梯15被分配给其在轴向上隔开的螺旋弹簧6并且所述尤其环状的止挡阶梯16被分配给其在轴向上隔开的螺旋弹簧7。

优选如此选择所述止挡阶梯15的轴向的长度，使得所述止挡阶梯15的端面17和为其分配的螺旋弹簧6相对于彼此具有能够预先给定的间距，其中所述端面17相对于所述螺旋弹簧6的间距用x₁来表示。同样，优选如此选择所述止挡阶梯16的轴向的长度，使得所述止挡阶梯16的端面18和为其分配的螺旋弹簧7相对于彼此具有能够预先给定的间距，其中所述端面18相对于所述螺旋弹簧7的间距用x₂来表示，其中所述间距x₂优选大于所述间距x₁。所述止挡阶梯15、16保证，降低所述压力活塞4的下述轴向的偏移，自所述轴向的偏移起所述压力活塞4同时向所述三个螺旋弹簧5、6、7加载压力。由此，能够实现这一点，即：从所述压力活塞4的小的偏移中就已经产生大的弹簧硬度。

所述压力活塞4具有棒14，该棒在中心处从所述压力活塞4的端面13朝所述轴向止挡9的方向穿过所述螺旋弹簧5来延伸并且限制所述压力活塞4的沿着轴向的方向的运动。为了所述棒14能够与所述壳体3的轴向止挡9共同作用，所述碟形弹簧装置8、尤其是所述碟形弹簧10、11和所述支承垫片12分别具有中心的空隙或者内直径，所述中心的空隙或者内直径至少基本上相当于所述棒14的直径。

在用力操纵所述车辆2的制动踏板19时，所述压力活塞4进行偏移并且向所述螺旋弹簧5加载压力，由此所述螺旋弹簧被压缩。所述用来操纵制动踏板19的力越大，所述压力就变得越大，所述压力借助于所述压力活塞4作用于所述螺旋弹簧5。因为所述螺旋弹簧5具有恒定的弹簧常数，所以所述螺旋弹簧的偏移首先与所述压力成比例。

一旦所述压力活塞4的偏移越过所述间距x₁，那就一起对所述第一螺旋弹簧5和所述第二螺旋弹簧6进行压缩。所述螺旋弹簧5、6的弹簧常数如此叠加，使得所产生的弹簧硬度增加，因而只能用比以以往向仅仅一个螺旋弹簧5施加的压力大的压力来产生所述螺旋弹簧的进一步的偏移。

如果随后所述压力活塞4通过所述偏移越过所述间距x₂，那就一起对所述第一螺旋弹簧5、所述第二螺旋弹簧6和所述第三螺旋弹簧7进行压缩。所产生的弹簧硬度再次增加。

在对所述第一螺旋弹簧5进行压缩时，通过所述压力活塞4施加的压力也已经作用于所述碟形弹簧装置8。但是，优选所述碟形弹簧10、11如此被预紧，从而只有在所述压力如此之大以至于对所有三个螺旋弹簧5、6、7进行压缩才使所述碟形弹簧10、11偏移。所述压力活塞4的进一步的最小的偏移现在要求所述压力活塞的4的、作用于所述螺旋弹簧5、6、7和所述碟形弹簧8的最大的压力。这引起以下结果，即：只有在接近所述制动踏板19的端部止挡时最大的复位力才反作用于所述制动踏板19并且由此如其相当于具有常规的液压的制动系统的车辆的制动踏板力感觉那样来模拟制动踏板力感觉。

作为所述棒14的替代方案，能够设置对所述压力活塞4的运动进行限制的止挡22，所述止挡以止挡圈的形式布置在所述壳体3的壳体内壁上。在此，所述止挡22借助于螺纹连接装置23被固定在所述壳体3上并且比如通过借助于另一个螺纹连接装置24进行的固定优选以能够沿着轴向的方向移动的方式来布置。

作为替代方案，能够构造无阶梯15、16的压力活塞4。由此扩大所述间距x₁和x₂，从而在所述压力活塞4的较大的偏移之后才开始一起对所述螺旋弹簧5、6、7进行压缩。也能够将所述螺旋弹簧5、6、7构造得一样长，其中在所述压力活塞4偏移时一起对所述螺旋弹簧5、6、7进行压缩。

能够额外地在与所述碟形弹簧11对称的情况下将至少一个、在这里未示出的第三碟形弹簧布置在所述碟形弹簧11上。由此能够对所产生的弹簧硬度或者弹簧特性曲线进行调整。不仅所述至少一个第三碟形弹簧而且所述碟形弹簧10、11都优选由金属、金属的合金和/或塑料制成。

作为替代方案或者补充方案，能够将在这里未示出的另一个具有支承垫片的碟形弹簧装置布置在所述螺旋弹簧5、6、7与所述压力活塞4之间。为此，所述压力活塞的端面13优选构造为没有止挡阶梯15、16，以用于保证所述另一个碟形弹簧装置更好地安放在所述压力活塞4上。所述螺旋弹簧5在此优选被预紧在所述另一个碟形弹簧装置与所述轴向止挡9之间或者被预紧在所述另一个碟形弹簧装置与所述碟形弹簧装置8之间，从而通过所述螺旋弹簧5将所述另一个碟形弹簧装置传力锁合地压紧到所述压力活塞4上。也能够将所述另一个碟形弹簧装置形状锁合地或者材料锁合地固定在所述压力活塞4上。

优选所述压力活塞4在所述壳体3的壳体内壁与所述压力活塞4的外侧面之间具有径向的空隙20，在该径向的空隙中布置了密封圈21。所述密封圈21优选有弹性地被预紧在所述壳体3的壳体内壁与所述空隙20的、和壳体内壁对置的壁侧之间。

所描述的实施方式能够任意地彼此组合并且不局限于所提到的实施例。通过所描述的踏板力模拟装置1，能够实现任意的弹簧特性曲线或者弹簧硬度，以用于产生与所述液压的制动相符的制动踏板力感觉。尤其在端部止挡区域中，在所述制动踏板19以及由此所述压力活塞4差不多完全偏移时，能够在所述制动踏板19上产生高的最终力或者复位力并且改进所述制动踏板力感觉。所述踏板力模拟装置1比如能够用在所有电液的制动系统中，所述电液的制动系统能够部分地或者完全地用“线控制动”的制动系统来运行。

Claims (10)

1.踏板力模拟装置（1），其具有：壳体（3），能够操纵的压力活塞（4）以能够轴向移动的方式在所述壳体中得到了支承；以及至少两个螺旋弹簧（5、6、7），所述螺旋弹簧彼此平行地布置在所述压力活塞（4）的端面（13）与所述壳体（3）的轴向止挡（9）之间，其特征在于，在所述螺旋弹簧（5、6、7）与所述轴向止挡（9）之间并且/或者在所述螺旋弹簧（5、6、7）与所述压力活塞（4）之间分别插入了至少一个碟形弹簧（10、11），从而使得在所述至少一个碟形弹簧与所述螺旋弹簧之间存在物理接触，其中为了在对所述至少两个螺旋弹簧进行压缩或者解压时避免缠绕在一起，所述螺旋弹簧中的一个螺旋弹簧与所述螺旋弹簧中的另一个螺旋弹簧以相反方向盘绕，并且其中所述至少两个螺旋弹簧包括三个螺旋弹簧，其中最长的螺旋弹簧具有最小的直径，并且其中具有最小的直径的最长的螺旋弹簧与螺旋弹簧中的具有最大的直径的螺旋弹簧以相同方向盘绕。

2.按权利要求1所述的踏板力模拟装置，其特征在于，在所述至少一个碟形弹簧（10、11）上安放着至少一个另外的碟形弹簧（10、11），使得所述碟形弹簧（10、11）形成堆叠的碟形弹簧装置（8），其中所述碟形弹簧（10、11）和所述至少一个另外的碟形弹簧（10、11）彼此平行地并且/或者对称地定向。

3.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于，所述碟形弹簧（10、11）具有金属、金属的合金和/或塑料。

4.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于，在所述螺旋弹簧（5、6、7）的松弛的状态中或者在所述压力活塞（4）的未被操纵的状态中，所述螺旋弹簧（5、6、7）中的至少一个螺旋弹簧在轴向上相对于所述压力活塞（4）的端面（13）并且/或者相对于所述轴向止挡（9）隔开地布置。

5.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于，所述螺旋弹簧（5、6、7）彼此同轴地布置。

6.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于，所述压力活塞（4）的端面（13）具有至少一个在轴向上伸出的止挡阶梯（15、16），所述止挡阶梯被分配给所述在轴向上隔开地布置的螺旋弹簧（6、7）。

7.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于对所述压力活塞（4）的朝所述轴向止挡（9）的方向的运动进行限制的止挡（22）。

8.按权利要求1或2所述的踏板力模拟装置，其特征在于，所述压力活塞（4）作为止挡具有在中心处从其端面（13）上沿着轴向的方向延伸的棒（14），该棒限制所述压力活塞（4）的沿着轴向的方向的运动。

9.用于车辆的制动系统，其特征在于按权利要求1到8中任一项所述的踏板力模拟装置（1）。

10.根据权利要求9所述的制动系统，其特征在于，所述车辆是机动车。

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