CN114008556A - 踏板操作单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及踏板操作单元(100)，该踏板操作单元具有制动踏板(102)和复位机构，该制动踏板安装成能够围绕第一枢轴(106)枢转，其中，该复位机构设计成当该制动踏板(102)偏转离开其休止位置时在该制动踏板的休止位置的方向上对该制动踏板(102)施加复位力。该复位机构具有至少一个第一复位装置(110)和至少一个第二复位装置(112)。根据本发明，在该制动踏板(102)围绕该第一枢轴(106)的枢转运动的第一角度范围内，特别是专门由该第一复位装置(110)实现该复位力的增大，并且在该制动踏板(102)围绕该第一枢轴(106)的枢转运动的第二角度范围内，特别是专门由该第二复位装置(112)实现该复位力的增大。

Description

踏板操作单元
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的踏板操作单元。
背景技术
现有技术中已知的踏板操作单元通常液压地连接到制动踏板模拟器，其中制动踏板模拟器模拟车辆驾驶员在制动踏板被操作时所期望的踏板感觉。在具有这种踏板操作单元的制动系统的正常操作中，制动踏板与车轮制动器本身之间没有直接的液压连接。相反，车轮制动器中的来源于踏板操作单元的操作的制动压力由压力供应装置(通常是机电的)结合对应液压阀回路产生。
在液压回落水平上，踏板单元与车轮制动器之间的直接液压连接可以通过液压制动系统或对应阀回路的适当控制来建立，因此能够至少部分补偿压力供应装置的故障。
然而，对于现代车辆体系结构来说，纯“线控驱动”解决方案变得越来越重要，在该解决方案中，踏板操作单元与液压制动系统之间不再有任何液压连接。然而，与此同时，这种踏板操作单元应继续给予车辆驾驶员液压制动系统的感觉。
发明内容
因此，本发明的基本目的是提供一种踏板操作单元，在没有与制动系统的液压连接的情况下，当踏板被操作时，该踏板操作单元给予车辆驾驶员与制动操作相关联的习惯感觉。
此目的由如权利要求1所述的踏板操作单元来实现。从属权利要求涉及有利的实施例。
在第一方面中，本发明涉及一种踏板操作单元，该踏板操作单元具有制动踏板和复位机构，该制动踏板安装成能够围绕第一枢轴枢转，其中，该复位机构设计成当制动踏板偏转离开其休止位置时在制动踏板的休止位置的方向上对制动踏板施加复位力，其中复位机构具有至少一个第一复位装置和至少一个第二复位装置。根据本发明，此处提出，在制动踏板围绕第一枢轴的枢转运动的第一角度范围内，特别是专门由第一复位装置实现复位力的增大，并且在制动踏板围绕第一枢轴的枢转运动的第二角度范围内，特别是专门由第二复位装置实现复位力的增大。
在这种情况下，制动踏板在其休止位置的方向上的复位力优选地随着偏转程度而连续增大。
根据本发明的踏板操作单元的优点在于，不与实际制动系统的液压连接使得该踏板操作单元能够自由地定位在车辆的搁脚空间中。可以去除车辆的搁脚空间与通常布置有制动系统的压力供应装置的发动机舱之间的连接，因为控制制动系统所需的信号可以以其他方式传输。
在优选实施例中，第一复位装置包括扭簧。此处，优选地，扭簧设计成使得扭簧具有第一弹簧支腿和第二弹簧支腿，其中，当第一弹簧支腿与第二弹簧支腿之间的角度从弹簧支腿的休止位置相对于彼此改变时，扭簧在弹簧支腿的休止位置的方向上对弹簧支腿施加复位力。
根据另一优选实施例，第二复位装置包括螺旋弹簧和至少一个弹性元件、特别是弹性体。
具有纯机械复位装置的这种踏板操作单元的优点在于，由于去除了液压部件，该踏板操作单元完全免维护且无磨损，尤其是因为不需要密封元件。
根据优选实施例，由第二复位装置引起的复位力的增大在第一力范围内仅由螺旋弹簧实现，并且在第二力范围内由螺旋弹簧和弹性元件实现。在这种情况下，第一力范围的力值优选比第二力范围的小。
以这种方式，通过两个复位装置的相互作用，可以实现具有一定力-偏转特性的复位力，该力-偏转特性模拟了具有由制动踏板直接致动的车轮制动器的液压制动系统的行为。通过相对弱的扭簧，可以产生一定特性，该特性最初仅随着操作行程略微上升，并且在常规液压制动器的情况下，对应于车轮制动器的释放间隙(即，摩擦垫与制动盘之间的初始间隙)首先被越过的操作范围。在释放间隙已被越过之后，如果制动器被进一步致动，由于制动衬块的压缩和车轮制动器(例如，制动卡钳)的进一步变形，复位力指数地上升。这个范围可以通过螺旋弹簧和弹性元件的组合来有效地模拟。
根据优选实施例，弹性元件布置在螺旋弹簧内，从而允许较紧凑的整体构造。
特别是，根据另一优选实施例，第二复位装置是弹簧支柱的形式，该弹簧支柱根据另一实施例具有两个弹簧板，螺旋弹簧布置在这两个弹簧板之间。
为了将弹性元件布置在这种弹簧支柱中，另一实施例设想弹性元件是环形或管状设计。通过弹性元件的这种设计，弹性元件可以优选地布置在螺旋弹簧内和弹簧支柱的弹簧板之间，从而能够实现紧凑的整体构造。
在这种情况下，由第二复位装置引起的复位力的增大优选地在第一力范围内仅由螺旋弹簧实现，并且在第二力范围内由螺旋弹簧和弹性元件实现。在这种情况下，第一力范围的力值优选比第二力范围的小。
根据另一实施例，设想的是，制动踏板铰接在杆上，该杆安装成能够围绕第二枢轴枢转，并且当制动踏板枢转离开其休止位置时，该杆同样围绕第二枢轴枢转离开其休止位置。根据另一实施例，设想的是，复位机构设计成当制动踏板偏转离开其休止位置时对杆施加复位力。踏板的铰接的这种实施例的优点在于，踏板的枢转轴线可以独立于复位机构来选择，从而确保踏板的铰接的较大自由度，并因此较好地适应于车辆中的组装情形。
在这种情况下，第一枢轴和第二枢轴优选地彼此平行对齐，从而简化了杆的运动与制动踏板的运动的耦合。
为了在制动踏板被操作时铰接作为第一复位装置的扭簧，根据另一实施例，设想的是，杆具有驱动元件，该驱动元件设计成接合在扭簧的第一弹簧支腿上。驱动元件可以是例如销，该销平行于杆的枢轴对齐并从杆突出。销优选通过材料结合而连接到杆或与杆形成一体。
作为扭簧的支座，根据另一实施例，设想的是，扭簧的第二弹簧支腿支撑在可枢转地安装的弹簧盘上。根据优选实施例，弹簧盘安装成能够围绕第二枢轴枢转。根据另一实施例，扭簧还安装在第二枢轴上。
为了确保弹簧盘可以充当扭簧的支座，根据另一实施例，设想的是，第二复位装置通过第一端铰接在弹簧盘上。根据优选实施例，第二复位装置在弹簧盘上的铰接点与第二枢轴间隔开。因此，当弹簧盘受到扭簧的第一扭矩时，第二复位装置在弹簧盘上施加与第一扭矩相反的第二扭矩，从而防止弹簧盘围绕第二枢轴旋转。因此，当制动踏板被操作时，复位力最初仅由扭簧提供。
根据另一实施例，还设想的是，弹簧盘具有径向突出部，其中在杆已枢转所限定的枢转角度之后，杆的驱动元件与径向突出部接合。从驱动元件撞击径向突出部的时刻起，制动踏板的任何进一步运动仅受到来自弹簧支柱的形式的第二复位装置的对应复位力，从而从此时刻起导致复位力的显著增大。通过径向突出部的位置，相应地可以指定在制动踏板的枢转运动的什么范围内哪个复位装置对制动踏板施加反作用力，因此能够选择性地调整结构的力-偏转特性。由于从第一复位装置到第二复位装置的直接过渡，力-偏转特性此处没有任何不连续性。
根据另一实施例，还设想的是，踏板操作单元具有壳体，其中第二复位装置通过第二端固定在壳体上。因此，壳体充当第二复位装置的支座，并且因此当制动踏板被操作时，第二复位装置被压缩在弹簧盘与壳体之间。
根据另一实施例，壳体还用于固定枢轴，因为第一枢轴和/或第二枢轴安装在壳体中。
根据另一实施例，还设想的是，在壳体上布置有止动元件，该止动元件限制杆在由复位机构产生的复位力的方向上的运动。因此，止动元件限定了制动踏板的零位置。此处，止动元件可以是销形设计，并且优选地通过材料结合连接到壳体，或者与壳体一体地形成。
在这种情况下，优选地，壳体设计成使得壳体完全封闭踏板操作单元的其他部件，并且因此该机械结构的所有移动部分都布置在壳体内。以这种方式，可以避免进入到机构中的物体对制动踏板的阻塞。
为了通过踏板操作单元检测制动请求，根据另一实施例，还设想的是，踏板操作单元具有至少一个传感器装置，该至少一个传感器装置设计成检测制动踏板偏转离开其休止位置的程度。根据另一实施例，出于此目的，设想的是，传感器装置设计成确定杆相对于其休止位置围绕第二枢轴的旋转角度。根据旋转角度进而可以直接推断驾驶员的制动需求。
为了检测杆围绕第二枢轴的旋转角度，根据另一实施例，设想的是，传感器装置布置在第二枢轴上。
根据另一实施例，还设想的是，踏板操作单元具有至少一个力传感器，其中，力传感器设计成检测作用在制动踏板上的力。此处特别优选的是，力传感器直接布置在制动踏板中，例如，直接布置在脚踏板内或者布置在脚踏板上的橡胶覆盖物下方，从而能够直接确定作用在制动踏板上的力，即，无需踏板操作单元中存在的任何杆和枢转机构的有效力的任何预先偏转。
特别是当力传感器直接布置在制动踏板中时使用这种力传感器的优点在于，当踏板机构的机械失灵阻止制动踏板枢转离开休止位置时，仍然可以检测踏板操作单元的致动。
与用于检测制动踏板的线性位移的传感器(行程传感器)和用于检测踏板机构的杆臂的枢转角度的传感器(角度传感器)相结合，这种力传感器的使用特别有利。通过对操作行程、操作角度和操作力的检测值的联合考虑，可以检查在踏板操作单元操作的情形下获取的各条信息相对于彼此的可信度，因此使得能够检测传感器的失灵或踏板机构的故障。因此，例如，复位装置中的一个或两个复位装置的失灵可能导致行程传感器和角度传感器连续指示踏板操作单元的最大致动，即使车辆司机没有致动踏板也是如此，这是由于复位力的缺乏以及制动踏板不再返回到其休止位置的事实。然而，通过同时确定作用在制动踏板上的操作力，将可以可靠地检测到这种故障，因为在制动踏板的最大偏转的情况下将检测不到操作力，这将清楚地指示踏板机构的失灵。
通过组合信息，如果操作力、操作行程和操作角度的信号的相关性偏离期望值，则还可以检测踏板操作单元的元件上的磨损。也可以例如根据踏板操作期间获取的信号之间的时间偏移来检测踏板机构的元件的卡住。例如，相对于所确定的操作力而确定的操作行程的时间延迟将指示卡住，并因此指示踏板机构的增大的起步扭矩。
总之，根据上述实施例之一的踏板操作单元可以具有以下优点：
-踏板操作单元可以自由地定位在车辆的搁脚空间中，
-搁脚空间与制动踏板后面的发动机舱之间的连接可以被去除，因为控制制动系统所需的信号可以以其他方式传输，
-踏板操作单元是免维护的，因为它不含有任何流体，
-踏板操作单元是无磨损的，因为没有密封元件，
-不需要精密部件，并且因此踏板操作单元可以以低成本生产，
-封闭构造是可能的，并且因此不会发生踏板的阻塞，
-关于传感器的选择和传感器的定位，该踏板操作单元可以以灵活方式进行适配，
-踏板特性可以通过改变复位装置以简单的方式适配，
-集成橡胶弹簧允许了紧凑的构造，
-由于弹簧元件的串联连接，所产生的踏板特性没有任何不连续性，
-专用模块化构造是可能的。
附图说明
以下基于附图更详细地解释本发明的优选的实施例。在附图中：
图1示出了踏板操作单元的分解视图，
图2示出了设计为弹簧支柱的第二复位装置的细节，
图3示出了第一复位装置与第二复位装置之间的交叉部的详细视图，
图4示出了踏板操作单元的透视图，
图5示出了踏板操作单元的正面截面视图，以及
图6示出了踏板操作单元的侧向截面视图。
在下文中，相似或相同的特征由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了具有制动踏板102的踏板操作单元100的分解视图，该制动踏板102安装成能够围绕第一枢轴106枢转。在所展示的示例中，制动踏板102是覆盖有橡胶的脚踏板。制动踏板102由驾驶员操作。杆104围绕第二枢轴108的旋转由此起始。在这种情况下，力传感器131布置在制动踏板102上，特别是在制动踏板102的脚踏板的橡胶的正下方，所述传感器设计成检测作用在制动踏板102上的操作力。
踏板操作单元100的期望的力-位移特性通过作为第一复位装置的扭簧110和作为第二复位装置的弹簧支柱112的串联连接来实现。首先，杆104的驱动元件114压在扭簧110的第一弹簧支腿116上。例如，这可以在图3a中清楚地看到。第二弹簧支腿134支撑在弹簧盘120上，该弹簧盘120安装成能够围绕第二枢轴108枢转。此外，弹簧支柱112的一端铰接在弹簧盘120上，其中对应铰接点136与第二枢轴108间隔开。因此，弹簧支柱112将弹簧盘120驱动到其休止位置。此处，休止位置由布置在壳体128上的止动元件138限定。在这种情况下，销形止动元件138可以通过例如材料结合而连接到壳体128，或者可以与壳体128一体地形成。
在制动踏板102的某行程以及杆104围绕第一枢轴106的对应旋转之后，驱动元件114与弹簧盘120上的突出部118接合，结果是力直接从驱动元件114传递到弹簧盘120。扭簧110于是不再有助于增大所产生的复位力。从此处起，只有弹簧支柱112处于接合状态。
在图2中详细展示了弹簧支柱112。为了给出朝向制动踏板102的操作行程的终点的前进所需的特性，管状弹性元件122(优选为弹性体)插入在弹簧支柱112中，并且布置在弹簧支柱112的螺旋弹簧124内。螺旋弹簧进而被轴向夹持在两个弹簧板140和142之间。随着弹簧支柱的压缩增加，弹性元件122在某程度的压缩后被弹簧支柱112的圆柱体126压缩。
为了检测制动踏板102由于制动踏板102的操作而离开其休止位置的偏转，行程传感器130和角度传感器132作为传感器装置布置在踏板操作单元100的壳体128上，所述传感器检测枢轴中的一个枢轴(优选第二枢轴108)的旋转，或者以某种方式通过机构铰接在杆104上，以使得可以检测杆104的线性位移。因此检测到的电信号接着可以被转换成制动踏板102的对应操作行程，并因此转换成驾驶员制动需求。于是，可以根据检测到的驾驶员制动需求来控制布置有踏板操作单元100的车辆制动系统。
上述踏板操作单元100在图4、图5和图6中以组装状态再次展示在各视图中。
总之，本发明的概念基于无液压流体的机械踏板操作单元的设计。踏板感觉的模拟是通过连接弹簧以给出制动踏板惯用的力-位移特性来实现的。

Claims (17)

1.一种踏板操作单元(100)，该踏板操作单元具有制动踏板(102)和复位机构，该制动踏板安装成能够围绕第一枢轴(106)枢转，其中，该复位机构设计成：当该制动踏板(102)偏转离开其休止位置时，该复位机构在该制动踏板的休止位置的方向上对该制动踏板(102)施加复位力，
其中，该复位机构具有至少一个第一复位装置(110)和至少一个第二复位装置(112)，
其特征在于，在该制动踏板(102)围绕该第一枢轴(106)的枢转运动的第一角度范围内，特别是专门由该第一复位装置(110)实现该复位力的增大，并且在该制动踏板(102)围绕该第一枢轴(106)的枢转运动的第二角度范围内，特别是专门由该第二复位装置(112)实现该复位力的增大。
2.如权利要求1所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该第一复位装置(110)包括扭簧(110)。
3.如权利要求2所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该扭簧(110)具有第一弹簧支腿(116)和第二弹簧支腿(134)，其中，当该第一弹簧支腿(116)与该第二弹簧支腿(134)之间的角度从这些弹簧支腿(116，134)的休止位置相对于彼此改变时，该扭簧(110)在这些弹簧支腿(116，134)的休止位置的方向上对这些弹簧支腿(116，134)施加复位力。
4.如权利要求2或3所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该制动踏板(102)铰接在杆(104)上，该杆安装成能够围绕第二枢轴(108)枢转，并且当该制动踏板(102)枢转离开其休止位置时，该杆同样围绕该第二枢轴(108)枢转离开其休止位置。
5.如权利要求4所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该杆(104)具有驱动元件(114)，该驱动元件设计成接合在该扭簧(112)的第一弹簧支腿(116)上。
6.如权利要求5所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该扭簧(110)的第二弹簧支腿(134)支撑在可枢转地安装的弹簧盘(120)上。
7.如权利要求6所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该弹簧盘(120)安装成能够围绕该第二枢轴(108)枢转。
8.如权利要求5至7中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该弹簧盘(120)具有径向突出部(118)，其中，在该杆(104)已枢转所限定的枢转角度之后，该杆(104)的驱动元件(114)与该径向突出部(118)接合。
9.如前述权利要求中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该第二复位装置(112)包括螺旋弹簧(124)和至少一个弹性元件(122)、特别是弹性体。
10.如权利要求9所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，由该第二复位装置(112)引起的该复位力的增大在第一力范围内仅由该螺旋弹簧(124)实现，并且在第二力范围内由该螺旋弹簧(124)和该弹性元件(122)实现。
11.如权利要求6或7和权利要求8至10中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该第二复位装置(112)通过第一端铰接在该弹簧盘(120)上。
12.如权利要求10所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该第二复位装置(112)在该弹簧盘(120)上的铰接点(136)与该第二枢轴(108)间隔开。
13.如前述权利要求中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该踏板操作单元(100)具有壳体(128)，其中，该第二复位装置(112)通过第二端固定在该壳体(128)上。
14.如权利要求4和13所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，在该壳体(128)上布置有止动元件(138)，该止动元件限制该杆(104)在由该复位机构产生的该复位力的方向上的运动。
15.如前述权利要求中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该踏板操作单元(100)具有至少一个传感器装置(130，132)，该至少一个传感器装置设计成检测该制动踏板(102)偏转离开其休止位置的程度。
16.如权利要求4和15所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该传感器装置(130，132)设计成确定该杆(104)相对于其休止位置围绕该第二枢轴(108)的旋转角度。
17.如前述权利要求中任一项所述的踏板操作单元(100)，其特征在于，该踏板操作单元(100)具有至少一个力传感器(131)，其中，该力传感器(131)设计成检测作用在该制动踏板(102)上的力。
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