CN115230466A - 具有致动器的踏板模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有致动器的踏板模块(10)，该踏板模块具有：机电致动器(32)；基体(12)，该基体具有内空间(14)和在内空间(14)中的踏板机构(16)，踏板机构具有复位单元(18)；以及致动板(20)，其中基体(12)和致动板(20)相互连接，使得致动板(20)可旋转地安装在基体(12)上。此外，踏板模块(10)具有耦合元件(24)，该耦合元件具有第一端(26)和第二端(28)，其中耦合元件(24)在第一端(26)的区域中与踏板机构(16)操作性连接、且在第二端(28)的区域中处于与致动板(20)操作性连接。为了提出一种具有致动器(32)的踏板模块(10)，该踏板模块具有简单、成本有效且低维护的构造，并且此外确保可容易使用的触觉信号的生成，规定耦合元件(24)具有腔(30)，机电致动器(32)布置在该腔中。

Description

具有致动器的踏板模块

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年4月22日提交德国专利商标局的、申请号为102021110352.5的德国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种具有机电致动器(electromechanical actuator)的踏板模块(pedal module)。

背景技术

从DE 25 55 429已知一种用于在机动车辆中以触觉方式通知二进制警告信号的方法。此外，公开了一种相应的踏板装置，该踏板装置具有安装在弹簧上的踏板板件(pedalplate)。机电振动器用作弹簧上的反支承件(counter bearing)，所述振动器通过受测量值影响的限值元件(limit value element)为可控制的。如果测量值超过预设的限值，则触觉信号通过弹簧从振动器传递到踏板板件。

此外，从DE 10 2011 081 071 A1已知一种具有踏板板件的加速器踏板单元，该踏板板件在其顶部上具有踏面(tread)并且在背部上具有杠杆。踏板板件可枢转地安装在支承装置中。公开了在踏板板件的背部上、靠近杠杆的用于电磁体的接收装置，该接收装置具有柱塞。电磁体可以被致动，使得分配给电磁体的铁磁柱塞周期性地与踏板板件的背部接触。由此可以将有形的撞击(knocking)或敲击(ticking)传递给踏板板件。

此外，从DE 27 54 813已知一种油门踏板(gas pedal)，该油门踏板在第一端处可旋转地安装至固定就位的轴承座(bearing block)。此外，在第二端的区域中，油门踏板具有由软磁材料制成的弯曲杆。该杆以其自由端插入到线圈中，该杆与该线圈一起形成小型振动器。此外，用于监测运行参数的传感单元被分配给线圈，该传感单元能够相应地额外地致动小型振动器的振动。

最后，从DE 100 26 048 C2已知另一种油门踏板，该油门踏板在油门踏板本身中包括用于以触觉方式发信号的振动装置。该振动装置连接至油门踏板壳体并被油门踏板壳体完全封闭。该振动装置通过电缆连接至外部控制单元，该外部控制单元专门设计为触发触觉信号。该电缆简单地从油门踏板壳体中布置出来。

一些已知的油门踏板或加速器踏板具有复杂和/或容易出错的构造。致动器和/或其连接装置通常(例如在更换的情况下)很难免受外部影响、并且导致高成本(包括由于其复杂布置而导致的高成本)。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种具有致动器的踏板模块，该踏板模块具有简单、成本有效和低维护的构造，并且还确保可容易使用的触觉信号的生成。

本发明通过根据本发明的一实施例方案的踏板模块来解决该目的。本发明进一步提供了一些有利的实施方案。

根据本发明的踏板模块包括基体(base body)，该基体进而具有内空间，并且在该内空间中，该基体具有踏板机构，该踏板机构具有复位单元。基体不受形状的限制，由此可以进行多种设计，使得踏板模块可以被相应地灵活地使用。在本发明的范围内，基体相应地跨越内空间。此外，在预期使用的范围内，基体特别地固定就位并且不可移动地布置在车辆的脚空间中。不管基体是否具有例如用于引导电缆或其他设施通过的一个或多个开口或部分开放的外表面，在本发明的范围内，基体都可以跨越内空间。在本发明的范围内，除了复位单元之外，踏板机构可以被理解为例如踏板模块的内空间中的结构单元，该结构单元一方面以机械方式用于在踏板模块的致动时的触觉力进展(haptic force progression)(例如，滞后曲线)，踏板模块将在下面更详细地描述。另一方面，与传感器系统互操作、进而影响耦合到踏板模块的装置(例如，车辆发动机等)的参数的设备也可以理解为属于本发明范围内的踏板机构。因此，电影响可以例如借助于控制信号的输出来进行。

根据本发明的踏板模块还包括致动板(actuation plate)，其中基体和致动板彼此连接，使得致动板可旋转地安装在基体上。通常，将踏板模块提供为用于由用户进行脚致动的控制元件。在本发明范围内的致动板尤其可以理解为扁平组件，该扁平组件具有用于放置用户的脚的顶部和面向基体的背部。致动板尤其可以包括端部(end section)，通过该端部，致动板可旋转地安装在基体上。这可以例如以致动板与基体的铰链式连接的形式、或者不管怎样通过额外的单独的连接元件(例如膜铰链等)来实现。

此外，根据本发明的踏板模块包括耦合元件，该耦合元件本身具有第一端和第二端，其中，耦合元件在第一端的区域中与踏板机构操作性连接(operative connection)、且在第二端的区域中与致动板操作性连接。在本发明的范围内，耦合元件可以设计为单件或多件，例如由金属或塑料制成。该材料尤其满足对机械耐久性的要求。耦合元件还可以具有例如圆形、但也可以具有矩形的横截面。在前面提到的端处，耦合元件可以包括分别相同或不同的用于紧固到致动板或踏板机构的工具。还可以想到，紧固或连接以材料配合而不是形状配合或力配合的形式进行。在本发明的范围内，耦合元件在前面提到的背部面向的区域中连接到致动板。

在本发明的范围内，耦合元件可以理解为踏板模块的一部分，通过该部分，致动板的致动、尤其是通过用户的脚进行的致动，被传递到踏板机构。因此，操作性连接也可以相应地理解为意味着致动板和踏板机构不仅通过耦合元件间接地彼此接触，而且还是脉冲耦合的或操作性耦合的。因此，当致动板被致动时，耦合元件将相应的脉冲或相应的运动传导至踏板机构。在致动板未被致动的踏板模块的静止位置中，耦合元件可以将致动板保持在相对于基体的最大偏转中。该最大偏转可以理解为有效范围，即可以最大移位致动板的范围。该有效范围也称为踏板角度范围(pedal angle range)。在本发明的范围内，复位单元由此例如以这样的方式在踏板机构上施加恒定的力，该力促使致动板借助于耦合元件而使其自身远离基体。复位单元由此可以在致动发生之后使致动板返回到先前提到的静止位置。

由于摩擦和阻尼，由踏板机构生成的致动的上述力进展基本上是明显的。踏板机构因此安装在例如摩擦组件等上，使得踏板机构在通过耦合元件传递的致动的范围内施加对致动的阻力。相应的阻力可以是线性的，但也可以在整个过程中调整为滞后曲线。所有这些都尤其旨在在致动踏板模块时给用户提供显著的触觉感觉。

根据本发明的踏板模块的特征在于，耦合元件具有腔，机电致动器布置在该腔中。

例如尤其适合于将电信号转换为机械运动或触觉信号的各种组件单元可以理解为致动器。在本发明的范围内，这样的组件单元可以代表例如具有布置在轴上的不平衡装置(imbalance)的电动机、或具有柱塞的电磁体。例如，这些适合于生成振动、撞击或敲击等形式的触觉信号。

耦合元件例如可以设计为圆形或矩形的管。在这种情况下，例如，于是将腔连续地设计。然而，在本发明的范围内还可以想到，耦合元件包括与其横截面无关的腔，该腔在第一端和/或第二端的区域中至少部分地封闭。相应地，例如，可以想到以多部件的方式实施耦合元件，该耦合元件具有在上述两端的区域中封闭的腔，以便由此简化致动器在腔中的布置。

根据本发明的踏板模块具有增加的机械负载能力以及简单的构造。致动器在其布置方面被设计为免受外部机械影响，并且还免受污染物影响。此外，通过根据本发明的致动器在耦合元件内的特殊布置实现了触觉信号传递的增强效果。与具有致动器的已知踏板模块相比，根据本发明的踏板模块是有利的。

如上所述，根据本发明，耦合元件在其第一端的区域中连接到踏板机构，该踏板机构布置在基体的内空间中。相应地，耦合元件可以例如借助于进入开口等而穿过基体突出。

在这种情况下，直接从内空间进入耦合元件中的腔可以是有利的，例如，用以将管线等放置在腔中，而不使管线与基体的周围环境接触。因此，根据优选的实施方案，内空间和腔借助于耦合元件的第一端的区域中的开口而彼此接触。

如前所建议，上述开口尤其具有将至少供应管线等从腔直接引导在内空间中的目的。然而，该开口也可以具有其他尺寸。例如，可以想到，该开口甚至大到足以使致动器本身通过该开口进入腔中。这种布置的优点尤其在于：避免了布置在踏板模块中的与机电致动器的功能相关的所有组件与周围环境之间的接触。根据进一步优选的实施方案，机电致动器包括电接触引线(electrical contact lead)，该电接触引线因此穿过耦合元件中的开口延伸到基体的内空间中。相应地，电接触导线一方面用于致动器的供电，另一方面也用于电信号传递。致动器也可以例如通过这样的接触引线连接到控制或调节单元，该控制或调节单元被特别设计为用于对致动器的针对性致动。

根据进一步优选的实施方案，耦合元件中的腔占耦合元件在踏板机构与致动板之间的纵向延伸的40％以上(more than，即，大于或多于)、优选50％以上、尤其优选60％以上。从技术角度来看，这特别具有以下优点：空心型材比实心型材具有更大的断裂强度。此外，触觉信号通过耦合元件向致动板的传递，在到达用户的信号的强度方面，除了材料特性之外，还取决于腔的尺寸。除了例如在第一端和第二端的区域中、即在与致动板和踏板机构的连接区域中的实心设计之外，可以通过腔的有意设计而对耦合元件的具有较高断裂强度的中央部的设计施加影响。

此外，为了尽可能密集地向用户或驾驶员传递触觉信号，将致动器布置在致动板附近可以是有利的。致动器离致动板越远，相应的信号脉冲能量损失可以越大。根据进一步优选的实施方案，机电致动器布置在耦合元件中最靠近致动板的位置处。将触觉信号传递到致动板尤其具有与安全相关的优点。因此，例如，当用户、例如配备有踏板模块的车辆的驾驶员将要意识到危险或不当行为等时，可以具体地致动本类型的致动器。具体地，致动器的致动可以有利的这些因素可以超越允许的行驶时间或速度、障碍物或有故障组件等。

替代地，可以有利的是：增加致动器的安全性，且从而将耦合元件的基本上中空的实施方案的上述优点置于背景中，例如，当相应的踏板模块将要例如在工业车辆中使用时。众所周知，在这种情况下，较高的机械负载作用在耦合元件上。根据进一步优选的实施方案，耦合元件因此设计为基本上实心的并且机电致动器被封装在耦合元件中。这可以例如通过使这种情况下的腔以类似隔间的方式(compartment-like manner)从外部可接近来实现。耦合元件的基本上实心的形成可以额外地具有较高的飞轮质量和直接的脉冲传递的优点。

如前文所述，耦合元件具有的完全基本目的尤其是将致动板的致动传递到踏板机构。因此，为了直接和无损地设计该传递，可以有利的是：耦合元件例如具有低阻尼。根据进一步优选的实施方案，耦合装置因此被设计为刚性的。然而，可以想到，在其他构造中，耦合元件被设计为例如至少部分弹性的、或伸缩性的等。

如前文所述，由于所述致动板可旋转地安装在基体上，所以致动板上的每个控制点在致动期间在圆形路径上移动。这也相应地适用于例如耦合元件的第二端，该第二端与致动板操作性连接。因此，如果耦合元件与致动板或与基体的连接类型被设计成使得耦合元件不对抗致动从而阻碍致动或甚至阻止致动，则相应地是有利的。根据进一步优选的实施方案，耦合元件因此铰接到致动板和/或踏板机构。如果耦合元件铰接到致动板和/或踏板机构，则有可能的是耦合元件分别相对致动板或踏板机构定向的角度在致动期间相应地适应调整。相应地，铰接的连接类型在现有技术中是已知的。

可以进一步有利的是：传递到踏板机构的致动板的致动也被直接转换成电信号。使用这样的信号，如上所述，尤其可以控制分配给踏板的装置的参数。踏板模块由此可以用作例如机动车辆或卡车等中的油门踏板。根据另一优选的实施方案，踏板机构具有致动杠杆(actuation lever)，其中耦合元件在其第一端的区域中与致动杠杆操作性连接。致动杠杆尤其可以可转动地安装在转动中心处，其中该转动中心优选地布置在致动杠杆的背离与耦合元件的连接区域的一端的区域中。致动杠杆与耦合元件的第一端的连接因此优选地远离旋转中心，以便借助于致动而在旋转中心上施加杠杆作用。

如上所述，用于生成致动用的力进展的工具例如可以布置在旋转中心的区域中，以便为用户改善致动的触觉感觉。进一步可能的是：在致动杠杆中布置传感器或芯片等，该传感器或芯片等与布置在内空间中的检测单元相互作用。然后，于是在致动期间，例如，芯片相对于检测单元的位置发生改变，使得作为结果，可以得出关于致动程度的结论。然后，致动程度可以被转换成相应可变的电控制信号，并且如上所述地用于例如影响装置(例如耦合到踏板模块的发动机)的参数。进一步可能的是：旋转中心的轴线进而与换能器耦合，并且生成关于旋转程度的相应的电控制信号。

复位单元可以布置在内空间中，使得复位单元从与致动方向相反的方向将恒定的复位力施加到致动杠杆。于是，复位单元可以例如设计为弹簧，特别是冗余设计的双弹簧或设计为其他设计的蓄力器(force store)。这里，这种蓄力器优选为弹性元件，该弹性元件以变形响应于压力并且在其被再次卸载时在相反方向上释放基本上存储的压力。

如上所述，用于信息或警告用户的优选的触觉信号尤其是振动或撞击/敲击。在这种情况下，振动可以具有优势，例如更容易感知以及传递性更好。根据进一步优选的实施方案，机电致动器因此被设计为振动元件。可以想到使用能够发出振动以及触觉信号两者的组合致动器。电磁体与柱塞的组合尤其被称为撞击致动器或敲击致动器。

附图说明

下面参照附图解释本发明的示例性实施方案。附图示出：

图1以横向截面视图示出了处于静止位置的根据本发明的具有致动器的踏板模块；

图2示出了处于致动位置的根据图1的根据本发明的踏板模块。

具体实施方式

图1示出了踏板模块10的示意性构造，踏板模块10具有壳体12和致动板20。致动板20在膜铰链22处可旋转地安装到壳体12。壳体12跨越内空间14，在内空间14中布置有围绕旋转轴线A安装的致动杠杆16、和作用在致动杠杆上的安装的复位弹簧18。在旋转轴线A的区域中，致动杠杆16连接到控制单元(此处未示出)，该控制单元用于输出控制信号。

如图1进一步所示，复位弹簧18在致动板20的方向上不断地向致动杠杆16施加复位力R。致动板20具有顶部23和底部25，其中将顶部23设置为用于放置用户的脚并且相应地用于通过借助致动力B向顶部23施加压力来致动踏板模块10。在底部25处，致动板20借助连接接头28连接到耦合元件24。如图1进一步所示，耦合元件24在其另一端处在连接区域26内连接到致动杠杆16。如上所述，致动杠杆16恒定地加载有复位力R，但是致动杠杆16在致动板20的方向上的运动受到壳体12的限制。

在图1中，耦合元件24基本上布置在致动板20与致动杠杆16或壳体12之间的内空间14的外部。踏板模块10在此处未被致动并且处于静止位置。相应地，在静止位置中，致动板20在所有点处都具有到壳体12的最大距离。由于安装在膜铰链22处，致动板20与壳体12之间跨越一个角度，该角度在静止位置中与踏板角度范围P相关。踏板角度范围P表示致动板20或踏板模块10本身的最大致动路径。

相反，根据图2的图示展示了最大致动的踏板模块10的情况。复位弹簧18在此处被最大程度地压缩。耦合元件24主要位于内空间14内部。此外，踏板角度范围P被完全利用。

如图1和图2所示，耦合元件24包括腔30。具有电接触引线36的振动电机32被布置为腔30中的致动器。振动电机32一方面通过接触引线36而被供应电力，另一方面通过控制单元(未示出)而被致动。振动电机32布置在腔30中最靠近致动板20的位置处。此处，振动电机32例如被胶合到耦合元件24中。

上述踏板模块10作为加速器踏板安装在机动车辆(此处未更加详细示出)中。踏板模块10或振动电机32可以分别由车辆的电子设备致动。尤其可以执行振动电机32的致动的事件例如是超速、技术缺陷、燃料不足或黑冰警告等。此外，振动电机32被设计成被激励成各种振动模式。因此，简单的周期性振动例如可以指示超过速度，而变化的振动例如可以指示燃料的严重不足。可以例如以与针对智能手机类似的方式使用振动电机32的各种振动模式的基本激励或使用。

附图标记清单

10 踏板模块

12 壳体

14 内空间

16 致动杠杆

18 复位弹簧

20 致动板

22 膜铰链

23 顶部

24 耦合元件

25 底部

26 连接区域

28 连接接头

30 腔

32 振动电机

34 开口

36 电接触引线

A 旋转轴线

B 致动力

P 踏板角度范围

R 复位力

Claims (10)

1.一种踏板模块(10)，所述踏板模块具有：

-机电致动器(32)；

-基体(12)，所述基体具有内空间(14)和在所述内空间(14)中的踏板机构(16)，所述踏板机构具有复位单元(18)；

-致动板(20)，其中，所述基体(12)和所述致动板(20)相互连接，使得所述致动板(20)可旋转地安装在所述基体(12)上；

-耦合元件(24)，所述耦合元件具有第一端(26)和第二端(28)，其中，所述耦合元件(24)在所述第一端(26)的区域中与所述踏板机构(16)操作性连接、且在所述第二端(28)的区域中与所述致动板(20)操作性连接，

其特征在于，

-所述耦合元件(24)具有腔(30)，所述机电致动器(32)布置在所述腔中。

2.根据权利要求1所述的踏板模块，其特征在于，所述内空间(14)和所述腔(30)借助于所述耦合元件(24)的所述第一端(26)的区域中的开口而彼此接触。

3.根据权利要求2所述的踏板模块，其特征在于，所述机电致动器(32)具有电接触引线(36)，所述电接触引线穿过所述耦合元件(24)中的所述开口延伸到所述基体(12)的所述内空间(14)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述耦合元件(24)中的所述腔(30)占所述耦合元件(24)在所述踏板机构(16)与所述致动板(20)之间的纵向延伸的40％以上、优选50％以上、尤其优选60％以上。

5.根据权利要求4所述的踏板模块，其特征在于，所述机电致动器(32)布置在所述腔(30)中的最靠近所述致动板(20)的位置处。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述耦合元件(24)设计为基本上实心的，并且所述机电致动器(32)被封装在所述耦合元件(24)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述耦合元件(24)被设计为刚性的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述耦合元件(24)被铰接到所述致动板(20)和/或所述踏板机构(16)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述踏板机构(16)具有致动杠杆，其中，所述耦合元件(24)在其第一端(26)的区域中与所述致动杠杆操作性连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的踏板模块，其特征在于，所述机电致动器(32)被设计为振动元件。

Images