CN1826568A - 用于机动车辆的加速踏板 - Google Patents

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Abstract

提供一种加速踏板组件，其可在促动时在踏板力－响应上提供滞后作用。加速踏板组件包括壳体(32)；细长踏板臂(22)，其在一端终止于形成有弯曲制动面(42)的可旋转制动鼓(29)内；具有与制动面(42)基本互补弯曲接触面(70)的制动衬块(44)；和偏压弹簧装置(46)，其可操作设于踏板臂(22)和制动衬块(44)之间。踏板臂(22)可旋转地安装到壳体(32)，使得弯曲制动面(42)可随踏板移动而旋转。制动衬块(44)形成有主枢轴线，且其可枢转式安装以与制动面(42)摩擦接合。偏压弹簧(46)可用于推压制动衬块(44)接触面(70)与制动鼓(29)制动面(42)摩擦接合。

Description

用于机动车辆的加速踏板
技术领域
本发明涉及一种踏板机构。该踏板尤其可以是车辆中的加速踏板。
本申请要求享有于2003年5月29日提交的美国临时申请No.60/474135的优先权，该申请通过引用整体地结合于本文中。
发明背景
机动车加速踏板通常通过拉线连接到发动机燃料子系统上，该拉线一般称为鲍顿拉线。当加速踏板设计不同时，典型的复位弹簧和拉线摩擦力能为机动车驾驶者产生共同的能被接受的触觉反应。例如，鲍顿拉线和它的护套之间的摩擦力可减少驾驶者所需的脚部压力并保持一定的节气门位置。同样地，摩擦力可防止由驾驶者所感觉到的路面颠簸直接影响到节气门位置。
人们正努力以更完全的电子式传感器驱动方法来取代传统的机械式拉线驱动节气门系统。在完全的电子式方法中，用位置传感器来读取加速踏板的位置，并将相应的位置信号用于节气门控制器。基于传感器的方法特别适合于电子控制系统，在电子控制系统中，加速踏板的位置是用于发动机控制的多个变量中的一个变量。
虽然这种电子油门控制(drive-by-wire)构造在技术上是实用的，但是驾驶者一般更喜欢传统的拉线驱动式节气门系统的感觉，即触觉反应。因此设计者们试图以可仿效拉线驱动或加速踏板所带来的触觉反应的机构来解决这种偏爱。例如，Wortmann等人的美国专利No.6360631公开了一种加速踏板，该加速踏板具有能提供滞后效应的柱塞组件。
在这点上，现有技术中的系统不是太昂贵就是不能充分地仿效传统加速踏板所带来的触觉反应。因此，现在仍需要一种成本效益好、具有基于拉线系统的感觉的电子式加速踏板组件。
发明内容
加速踏板组件包括：壳体；细长踏板臂，其在一端终止于形成有弯曲制动面的可旋转制动鼓内；具有与制动面基本互补的弯曲接触面的制动衬块；以及偏压弹簧装置，其可操作设置于踏板臂和制动衬块之间。该踏板臂可旋转地安装到壳体上，使得弯曲制动面可随踏板移动而在怠速位置和节气门打开位置之间旋转。制动衬块形成有主枢轴线，且其可枢转式安装以用于与制动面摩擦接合。偏压弹簧可用于推压制动衬块的接触面与制动鼓的制动面摩擦接合。
在优选实施例中，该踏板臂带有磁体，霍耳效应位置传感器紧固到壳体上，其可响应磁体的运动以用于提供代表踏板位移的电信号。
参考说明书、附图和权利要求，这些和其它的目的、特征及优点将更明显。
附图说明
图1是本发明加速踏板组件的立体分解图。
图2是图1中所示加速踏板组件的放大截面图。
图3是显示了脚踏板和霍耳效应位置传感器的加速踏板组件的截面图。
图4是根据本发明的加速踏板组件的放大的侧视截面图。
图5是加速踏板组件的制动衬块部分的立体图。
图6是加速踏板组件的制动衬块的侧面图。
图7是加速踏板组件的制动衬块的俯视图。
图8A至图8D是显示了根据本发明的加速踏板组件的操作情况的简化的力-位移曲线图。
图9A至图9C是显示了根据本发明的加速踏板的可调节触觉反应的作用力曲线。
优选实施例的详细描述
本发明可包含许多种不同形式的实施例，本说明书和附图仅示例性地公开了本发明的优选形式。然而，本发明并不仅仅限于所介绍的实施例。本发明的范围由所附的权利要求所界定。
请参阅图1，根据本发明的非接触型加速踏板组件20包括壳体32、可旋转地安装于壳体32上的踏板臂22、制动衬块44和偏压弹簧装置46。踏板臂22也可以称为“踏板梁”或“踏板杆”。同样的，制动衬块44也可以称为“主体(body)”或“制动杆”。踏板臂22具有处于一端的脚垫27，其相对的近端26终止于具有弯曲凸起的制动(或阻碍)面42的制动鼓部分29处。踏板臂22有靠近于汽车前端的前侧部28和靠近驾驶者和汽车后端的后侧部30。脚垫27可以和踏板杆22为一整体或者在下端24铰接并可在其连接处旋转。加速臂22上的制动面42优选具有从开口40的中心延伸出的半径为R1的圆形弯曲部。制动面还可构思为非圆形的弯曲部。在所示的优选实施例中，面42是弯曲的、凸起的且具有恒定的曲率半径。在备选实施例中，面42可具有变化的曲率半径。
踏板臂22可经由通过制动鼓29的轴绕壳体32枢轴转动，使得制动鼓29和它的制动面42可随着踏板臂22的运动而旋转。弹簧装置46可朝怠速位置偏压踏板臂22。制动衬块44定位成可在一端容纳弹簧装置46，而在另一端可接触制动鼓29。制动衬块44可枢轴转动地安装于壳体32上，使得当压下踏板臂22时，接触面70可抑制制动面42的运动。
踏板臂22承载有用于产生磁场的磁体部件80，紧固于壳体32内的冗余霍耳效应传感器92A和92B可侦测到该磁场。磁体80和传感器92可共同作用来提供表示踏板位置的信号。
应当理解，带磁体的霍耳效应传感器代表了许多可用来测量踏板臂22相对于壳体32位置的传感器装置，其包括其它的光、机械、电、磁和化学式装置。特别可构思出的是接触式可变电阻位置传感器。
在如图所示的优选实施例中，壳体32也可作为用于踏板臂22的安装端26和用于传感器92的基座。踏板臂22的近端26通过轴34可枢轴转动地连接到壳体32上。更具体地说，踏板臂22的制动鼓部分29包括用于容纳轴34的开口40，同时壳体32包括具有相应开口39A和39B的中空部分37，以同样用于容纳轴34。轴34在其端部缩小，支承轴颈19可在该端部将轴34套起来。
除接触面70以外，制动衬块44的其它特征包括较平坦的顶部52、底部54，大致平坦的前面56和圆形的背面58，其中，该底部54由在脊部110交叉的两个平面114和112组成。
制动衬块44还具有相对的耳轴60A和60B(也叫着承力外伸支架或凸缘)，其限定了位于弹簧装置46和接触面70之间的主要枢轴线。制动衬块44的接触面70位于该枢轴线的一侧，而枢轴线的另一侧上设有用于容纳偏压弹簧46的一端的环形承窝104。
接触面70与制动面42大致互补。在如图所示的优选实施例中，接触面70是弯曲的且是具有基本恒定曲率半径的凹面。在备选实施例中，制动面具有可变化的曲率半径。接触面70和制动面42之间的摩擦接合会磨损任一个面。接触面42的形状适合于降低或调节磨损。
请参阅图2至图6，壳体32设有用于滑动地容纳耳轴60A和60B的颊板66。耳轴60A和60B为U形，且具有弧状部分62和线形部分64。制动衬块44可利用耳轴60A和60B在颊板66处枢转。
当踏板臂22沿第一方向72(加速)运动或沿第二方向74(减速)运动时，施加于弹簧46上的力Fs相应地增加或减少。制动衬块44可响应于弹簧力Fs而移动。
当踏板臂22沿怠速/减速位置(方向74)运动时，制动面42和接触面70间的阻碍作用会朝向使耳轴60A和60B高于颊板66的位置推压制动衬块44。在图4中显示了假想的耳轴位置的变化。尽管图4描述了假想的耳轴位置的变化以帮助理解本发明，但是制动衬块44的运动没有明显的显示。当踏板臂22降低(方向72)时，制动面42和接触面70间的阻碍作用可将制动衬块44进一步拖至中空部分37。制动衬块44的滑行运动是逐步地且能描述成为“楔进”效果，该效果可以增加或减少将接触面70向制动面42推压的力。需要这种基于方向的滞后，因为其与传统的机械连接式加速踏板的感觉相接近。
当臂22上的踏板力增加时，随着制动面42的向前旋转(图4中方向120)，接触面70上产生的摩擦力会将制动衬块44在颊板66上向前推压。制动衬块44的这种向前推压作用同样会将颊板66上的耳轴60A和60B向低处推压，使得可相对地降低接触面70与制动面42之间的垂直接触力。
当臂22上的踏板力减少时，会产生相反的作用：制动衬块44和制动面42间的阻碍力会将颊板66上的制动衬块44向后推压(图4中方向121)。制动衬块44的这种向后推压作用会将颊板66上的耳轴60A和60B向高处推压，使得可相对地增加制动面42与接触面70之间的垂向接触力。随着臂22上的踏板力的减少，会出现较高的接触力，这可允许驾驶者用比移动踏板臂用于加速所需的踏板力更少的踏板力来保持预定的节气门位置。
偏压弹簧装置46位于踏板臂22上的中空部分106(图3)和制动衬块44上的承窝104之间。弹簧装置46包括两个同心定向的冗余盘簧46A和46B，一个弹簧紧贴着另一个。提供这种冗余是为了增加可靠性，以便允许一个弹簧失效或衰退而不会破坏偏压功能。优选的是具有冗余的弹簧且每个弹簧各自都可以使踏板臂22返回至其怠速位置。
为了提高可靠性，制动衬块44还设有冗余枢转(或摇摆)结构。除了由耳轴60A和60B限定的主枢轴线外，制动衬块44还限定有脊部110，该脊部110形成了第二枢轴线，如图6中所最佳显示。当组装时，脊部110与壳体32所限定的脊面47相并列(juxtapose)。脊部110是由两个大致平面部分112和114交叉而形成。脊部11O处的枢轴线与由耳轴60A，60B和颊板60所限定的主枢轴线大致平行且间隔开来。
由脊部110和脊面47所限定的第二枢轴线是根据本发明的加速踏板的优选特征，以允许提供有主枢轴线的结构件、即耳轴60A，60B和颊板66发生故障。在车辆的有效使用期间，耳轴60A，60B和颊板66会出现材料松弛，应力和/或其它类型的老化变化。如果这些特征受到损害，制动衬块44的旋转动作可以在脊部110处发生。
踏板臂22具有预设的转动限制，其形式为，在侧部30上的怠速、返回位置挡块33和在侧部28上的压低、节气门打开位置挡块36。当踏板臂22完全压低时，挡块36会靠在壳体32上的部分98上，进而限制向前的移动。挡块36可以是弹性的或刚性的。相对侧部30上的挡块33可接触壳体32的唇部35。
壳体32可经由紧固器通过安装孔38固定到壁上。根据本发明的踏板组件适合于发动机舱壁安装或踏板架安装，其通过可调整或不可调整的盒式踏板定位支架进行安装。
磁体组件80具有相对的扇形部分81A，81B和主体部分87，该主体部分87保持于延伸自制动鼓部分29的两个尖端分叉的塑料夹86内。组件80优选具有两个主要元件：特定成形的单片磁体82和一对(钢的)磁通导体84A，84B。单片磁体82具有四个交互的(或叉排的)磁极：北、南、北、南，如图2中所最佳显示的，它们总体上以参考标号82A，82B，82C，82D标识。每个磁极82A，82B，82C，82D均与主体部分87整体式形成，且被空气间隙89(图1)和88(图3)所分开。磁通通过磁通量导体84从一个磁极流向其他磁极，像电荷在火花塞上击穿间隙一样。零高斯点大致位于空气间隙88处
磁场导体84A和84B位于磁体82的外部，它们可作为磁体82的结构式机械支撑部，且可在功能上作为磁体发射磁通量的电磁分界线。磁场导体84可提供低阻抗，以用于磁通从磁体组件80的一个磁极(例如82A)到达另一磁极(例如82B)。
如图2所最佳显示的，安装于壳体32上的传感器组件90可与磁体组件80相互作用。传感器组件90包括容纳于相对的磁体部分81A和81B之间的间隙89内的电路板部分94和用于容纳布线线束插头的连接器插座91。
电路板94带有一对霍耳效应传感器92A和92B。霍耳效应传感器92可响应由踏板杆位移、制动鼓部分29和磁体组件80的相应旋转所感应出的的磁通量变化。更具体地说，霍耳效应传感器92可测量通过磁极82A和82B的磁通量。霍耳效应传感器92通过电路板94与连接器91可操作地相连，以用于向节气门电子控制装置提供信号。仅需要一个霍耳效应传感器92，但采用两个可以允许比较两个霍耳效应传感器82的读取数据进而进行错误纠正。另外如果一个传感器失效，每一个传感器都可以作为另一个的备品。
来自传感器装置90的电信号具有将脚踏板27的位移，其可由磁体82的位移来指示，转化为指令式速度/加速度信号的作用，该信号可与电子控制模块相连通，Kikkawa等人的美国专利No.5524589和Matsumoto等人的美国专利No.6073610对此进行了显示和介绍，上述专利通过引用结合到本文中。
请参阅图2和图3，本发明的一个特征是接触面70和耳轴部分62的优选圆形轮廓可以同心或偏心地对齐。在图4中显示了标号R1和R2的同心对齐，这样，当踏板臂22上升或下降促动时，会在面42和表面70之间施加更一致的力FN。如图2所示的偏心对齐将增加滞后效应。特别地，面70轮廓迹线的圆心沿向后方向74远离发动机舱壁。
该偏心对齐的效果是脚垫27的降低可导致接触面70对制动面42所施加的法向力FN增加。面70和面42间的摩擦力Ff由动态摩擦系数乘以法向力FN确定。当法向力FN随着施加于脚垫27上的力Fa的增加而增加时，摩擦力Ff相应地增加。驾驶者可在脚垫27处在他的/她的脚上感觉到这种增加。踏板臂朝前72或朝后74的推压决定了摩擦力Ff是沿面70的两个方向中的哪一个方向。当踏板臂压低时，摩擦力Ff与施加力Fa互为反作用，当踏板臂返回朝向其怠速位置时，摩擦力Ff减去弹簧力Fs。
图8A，8B，8C，8D包括一组力示意图，其显示了由根据本发明的加速踏板组件所提供的基于方向的促动力滞后的情况。在图8A到图8D中，Y轴表示驱动踏板臂所需要的脚踏板力Fa，以牛顿(N)为单位。X轴表示脚垫27的位移量。路径150表示开始压低踏板臂22所需要的踏板力。路径152表示踏板臂22在初位移后继续朝机械式行程挡块，也就是挡块36和面98的连接处移动所需要的踏板力的较小的增加量。路径154表示在踏板臂22开始朝怠速位置移动前脚踏板力的减少量。该非移动区域允许驾驶者减少脚踏板力而保持同样的加速踏板位置。在路径156上，随着力水平的减少，加速踏板组件20处于运动中。
图8A，8B，8C，8D结合了表现根据本发明加速踏板选定特征的力-位移的简化示意图。图8A的示意部分显示了用于路径150的加速踏板装置20在初始压低时的状态。图8B显示了当增加踏板力以带来较大踏板位移时，用于路径152的装置20的状态。图8C显示了当踏板力减小而踏板臂没有运动时，用于路径154的装置20的状态。最后，图8D显示了当允许踏板臂22返回至怠速位置时，用于路径156的装置20的状态。
图8A到8D描述了根据本发明的踏板操作的完整促动周期，其从零踏板压力点也就是怠速位置开始到完全压低位置处，然后再次返回至无踏板压力的怠速位置。然而该操作曲线的形状还可应用于加速踏板从周期中间起动和停止。例如，当将加速踏板压低到中间位置时，驾驶者仍然可以在减少脚踏板力时从非移动区域受益。
图9A到9C是附加力示意图，其显示了由根据本发明的加速踏板组件所提供的基于方向的促动力滞后的情况。图9A是图8A至图8D的力示意图的再现，以用于与图9B和图9C并列显示。
与图9A所介绍的加速踏板组件相比较，图9B中的加速踏板组件提供了更大的非移动区域154，也就是增加了滞后效应。在优选实施例中，在踏板臂22开始朝怠速位置移动前，踏板力可减少40％到50％。图9C是用于加速踏板的操作响应，其需要较大地增加脚踏板力以驱动踏板臂。换句话说，图9C介绍了根据本发明的具有相对“较僵硬”触觉的加速踏板。
在不背离本发明新型性特征的精神和范围的前提下，可以对上述实施例进行各种变化和修改。应该理解本发明并不为所提供的具体结构和细节所限制。这些修改当然地为所附权利要求的范围所覆盖。

Claims (21)

1.一种加速踏板组件包括：
壳体；
细长踏板臂，其在一端终止于形成有弯曲制动面的可旋转制动鼓内，且可旋转地安装到壳体上，所述踏板臂可在怠速位置和节气门打开位置之间运动；
具有与所述制动面基本互补的弯曲接触面的制动衬块，其可旋转地安装以用于与制动面摩擦接合，并形成有主枢轴线；和
偏压弹簧装置，其可操作设置于所述踏板臂和制动衬块之间以用于推压所述制动衬块的接触面与制动鼓的制动面摩擦接合。
2.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述接触面具有基本恒定的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有相对的耳轴，所述耳轴形成有用于制动衬块的主枢轴线，其中，所述壳体上设有用于可滑动地容纳耳轴的间隔颊板。
4.根据权利要求3所述的加速踏板组件，其特征在于，所述耳轴基本为U形。
5.根据权利要求3所述的加速踏板组件，其特征在于，每个耳轴均具有弧状部分。
6.根据权利要求3所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有与主枢轴线间隔开的第二枢轴线。
7.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有平行于主枢轴线但与其间隔开的第二枢轴线，其中，所述第二枢轴线通过将所述制动衬块上的脊部与壳体所限定的脊面相并列而形成。
8.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有相对的耳轴，其中，所述壳体设有间隔颊板，以用于容纳耳轴进而形成主枢轴接触部。
9.根据权利要求8所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有第二枢轴接触部，所述第二枢轴接触部通过将所述制动衬块上的脊部与壳体所限定的脊面相并列而形成。
10.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述加速踏板组件进一步包括紧固到所述壳体上的位置传感器，其可响应所述踏板臂的运动，以用于提供代表踏板位移的电信号。
11.根据权利要求10所述的加速踏板组件，其特征在于，所述踏板臂带有磁体，且所述位置传感器是霍耳效应传感器。
12.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块形成有主枢轴线，制动衬块的接触面位于主枢轴线的一侧上，所述制动衬块上还设有用于容纳偏压弹簧一端的承窝，所述承窝相对于主枢轴线位于所述接触面的对面。
13.根据权利要求1所述的加速踏板组件，其特征在于，所述踏板臂可旋转地安装到壳体上以用于在其内进行有限的旋转。
14.根据权利要求13所述的加速踏板组件，其特征在于，所述踏板臂设有至少一个挡块，其可在预定的旋转极限处邻接所述壳体。
15.根据权利要求13所述的加速踏板组件，其特征在于，所述踏板臂设有一对挡块，每一个挡块均可在预定的旋转极限处邻接所述壳体。
16.一种加速踏板组件，其包括：
设有用于容纳相对耳轴的间隔颊板的壳体；
可旋转地安装于壳体上的细长踏板臂；
与所述细长踏板臂一体并形成有凸起制动面的可旋转制动鼓；
形成有与所述制动面基本互补的凹陷接触面的制动衬块，其可旋转地安装以用于与制动面摩擦接合，所述制动衬块设有相对的耳轴，其形成了用于制动衬块的主枢轴线；和
偏压弹簧装置，其可操作安装于所述踏板臂和制动衬块之间，当压低所述踏板臂时，所述偏压弹簧装置可用于推压所述制动衬块的接触面与制动鼓的制动面以增加摩擦的方式接合，当踏板臂没有压下时，所述弹簧装置可用于使踏板杆返回到静止位置。
17.一种加速踏板组件，其包括：
壳体；
细长踏板臂，其具有可在所述壳体上枢转的近端，所述近端带有可响应于所述随踏板臂的运动而旋转的曲面；
具有制动面的制动杆，其可促动以将所述制动面与曲面相接触；和
处于压缩状态的复位弹簧，其紧固于所述踏板臂和制动杆之间，以用于响应所述踏板臂的运动来促动所述制动杆。
18.根据权利要求17所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动衬块设有相对的耳轴，所述耳轴形成有用于制动衬块的主枢轴线，其中，所述壳体上设有用于可滑动地容纳耳轴的间隔颊板。
19.根据权利要求17所述的加速踏板组件，其特征在于，所述制动杆包括一对冗余摇摆结构。
20.根据权利要求17所述的加速踏板组件，其特征在于，所述对冗余摇摆结构中的第一个为一对相对的耳轴，它们形成了用于制动衬块的主枢轴线，所述对冗余摇摆结构中的第二个由所述制动衬块上的脊部所形成。
21.一种加速踏板组件，其包括：
基座；
细长踏板杆，其在一端终止于形成有弯曲制动面的可旋转制动鼓内，且可旋转地安装到所述基座上；
具有与所述制动面基本互补的接触面的制动衬块，其可枢转地安装以用于与制动面摩擦接合，并形成有主枢轴线；和
偏压弹簧装置，其可操作设置于所述踏板杆和制动衬块之间，当压低所述踏板杆时，所述偏压弹簧装置可用于推压所述制动衬块的接触面与制动鼓的制动面以增加摩擦的方式接合。
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