CN201302680Y - 踏板组件 - Google Patents

Abstract

一种用于安装在车辆底板上的踏板组件。该踏板组件包括壳体(32)和连接到该壳体的踏板臂(50)。摩擦产生组件(80)连接到所述踏板臂。传感器(200)连接到摩擦产生组件。该传感器响应于踏板臂的移动来提供表示踏板臂位移的电信号。

Description

踏板组件

相关和共同未决申请的交叉引用

本申请要求于2006年2月2日提交的名为“在底板上安装的踏板和传感器组件(Floor Mounted Pedal and Sensor Assembly)”、申请号为No.60/764,693的美国临时专利申请的申请日的优先权，该申请的内容全部明确地引入本文作为参考。

技术领域

本实用新型涉及一种踏板机构，特别地，该踏板可以是车辆上的加速踏板。

背景技术

机动车加速踏板通常是通过拉线连接到发动机燃料子系统，这种拉线一般是鲍登拉线。当加速踏板设计变化时，典型的复位弹簧与拉线摩擦力一起产生对机动车驾驶员来说普通的和可接受的触觉反应。例如，在鲍登拉线与其护套之间的摩擦力还降低了驾驶员为保持规定的节气门位置所需的脚部压力。同样地，摩擦力防止了由驾驶员所感知的道路颠簸直接影响节气门位置。

人们正努力以更完全的电子、传感器驱动方法来取代机械式拉线驱动的节气门系统。运用全电子化方法，通过位置传感器识别加速踏板的位置，且使得相应的位置信号可用于节气门控制。基于传感器的方法特别适合于电子控制系统，在该电子控制系统中，加速踏板的位置是用于发动机控制的几种变量之一。

虽然这类电缆驱动结构在技术上是可行的，但是驾驶员一般更喜欢传统的拉线驱动的节气门系统的感觉，也就是触觉反应。因此设计者们试图通过模仿拉线驱动的加速踏板的触觉反应的机构来满足这种偏好。例如，由Wortmann等人发明的美国专利No.6,360,631指出了一种使用柱塞组件来提供滞后效应的加速踏板。

在这方面，现有技术系统不是过于昂贵就是不能充分地模仿传统加速踏板的触觉反应。因此，仍然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

本实用新型的目的是提供一种踏板组件，这种踏板组件具有更好的成本效益并且可以实现传统的拉线驱动的节气门系统的触觉反应。

在一个实施例中，本实用新型提供一种踏板组件。该踏板组件包括壳体和连接到该壳体的踏板臂。摩擦产生组件与踏板臂相连接。传感器连接到摩擦产生组件。传感器响应于踏板臂的运动从而提供表示踏板位移的电信号。

在另一个实施例中，本实用新型提供一种踏板组件。该踏板组件包括壳体和连接到该壳体的踏板臂。第一臂连接到踏板臂。第二臂连接到磁体组件。制动衬块连接于该第一臂和第二臂之间。位置传感器与该壳体相连接并放置在磁体组件附近。该传感器响应于踏板臂的运动从而产生表示踏板位移的电信号。

根据本发明的踏板组件和现有技术相比具有更好的成本效益。同时，传统的拉线驱动的节气门系统的触觉反应也可以实现。

参考说明书、附图和权利要求书，本实用新型的这些及其它的目的、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是本实用新型的加速踏板组件的分解等距视图。

图2A是图1所示的踏板处于无压状态的加速踏板组件的放大装配剖视图。

图2B是图1所示的踏板处于受压状态的加速踏板组件的放大装配剖视图。

图3是图1所示的加速踏板组件在去掉盖子时的装配等距视图。

图4是磁体组件的等距视图。

图5是制动衬块的等距视图。

图6是显示制动衬块与制动面接合的加速踏板组件的剖视图。

图7是磁体的俯视图。

图8是磁体的侧视图。

图9是磁体的仰视图。

图10是磁体的另一个侧视图。

图11是磁体的等距视图。

具体实施方式

本实用新型可包含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实用新型的几种形式。然而本实用新型并不仅仅限于如所描述的实施例。本实用新型的范围由所附的权利要求确定。

参照图1-6，根据本实用新型的非接触式加速踏板组件20包括壳体32和可转动地安装在壳体32上的踏板臂50。壳体32可以容纳所述踏板组件的零件。壳体32一般将被安装到机动车的底板上。壳体32可以由模压塑料制成。壳体32可以包括安装点33A、33B和33C。

壳体32可以包括几个腔体。这些腔体包括制动衬块腔体34、换低档腔体35、磁体腔体36和连接器腔体37。壳体32具有端部32A、32B，上壁38，下壁39和槽31。壁40将腔体34和35分隔开。壁41将腔体34和36隔开。壁42将腔体36和37隔开。壳体32具有T形铰链槽44。

将这些腔体封盖的盖子260可以盖住壳体32。盖子260具有与壳体32上的孔264相咬合的突出部262。校准销266从盖子260伸出并适配到壳体32上的孔268中。盖子260还具有从盖子260伸出的圆半V形部分270(图6)。该部分270具有制动面272。

踏板臂50具有足垫51和位于一端的T形铰链槽52。足垫51适合于机动车驾驶员用脚踏压。踏板臂50此外还有伸出的球窝54、凸出部55和脊57。活动铰链60具有T形端部61和62。该铰链60可以由柔性材料如橡胶或塑料制成。端部61保持在铰链槽52中，端部62保持在铰链槽44中。铰链60将踏板臂50保持在壳体32上并且允许踏板臂50弯曲并绕旋转轴65枢转。

换低档装置300可以被安装到换低档腔体35中。换低档装置300可包括按钮310。当踏板臂50被充分压下时按钮310与凸出部55发生接触。在踏板臂50被压下的某一点，换低挡装置300向踏板压力提供一增强的阻力。

换低档装置300的使用与结构的细节参见美国专利第6,418,813号、题名为“踏板换低档机构(Kickdown Mechanism for a Pedal)”。该专利的内容以参考的方式全部引入本文中。

具有弯曲的凸起制动(或阻碍)面72的圆半鼓形部分70被安装到腔体34的壁38上。制动面72可以具有一曲率。制动面72可以是半V形。也可以考虑非圆曲率用于制动面。在一个实施例中，面72是弯曲的、凸起的且有基本恒定的曲率半径。在另一实施例中，面72具有变化的曲率半径。制动面72和272可以从能产生所需的摩擦系数的材料中选择。

特别参考图5和图6，制动或摩擦产生组件80包括安装在臂90和臂100之间的制动衬块81。制动衬块81带有在该制动衬块两端伸出的球窝82、84和接触面86。制动衬块81具有接触面86，该接触面包括面87、88和89。接触面86靠近制动面72安装，并且当踏板臂50被压下时，与制动面72抵靠。接触面86可以有部分的V形。接触面86的V形部分与制动面72和272相接触。面88与制动面272相接触，并且面72与接触面87相接触。当盖子260被安装到壳体32上后，制动面272和面72的半V形部分彼此相邻地定位且形成完整的V形。

臂90包括位于一端的球窝接头92和位于另一端的球窝接头94。球窝接头92可枢转地保持在窝54中。球窝接头94可枢转地保持在窝82中。这些球窝接头和窝使所述臂90枢转和旋转。球窝接头通过将所述球窝接头滑进窝中进行装配。

臂100包括位于一端的球窝接头102和位于另一端的球窝接头104。球窝接头102可枢转地保持在窝84中。球窝接头104可枢转地保持在窝112中。这些球窝接头和窝允许臂100枢转和旋转。

臂100通过球窝接头104和窝112与磁体座120相连接。磁体组件140包括磁体座120和磁体150。磁体150产生能被霍尔效应传感器230检测到的可变磁场。磁体150和传感器230共同作用来提供表示踏板位移的电信号。

磁体座120包括端部121、122，外表面123，内表面124，腔体125和环形槽126。腔体125内设有多个槽127。磁体150被安装在腔体125内。窝112被安装到端部121上。

一对同心卷簧160和170被安装到磁体座120周围和腔体39内。弹簧170设置在弹簧160内。弹簧160和170在壁41和磁体座120之间被压缩。弹簧160和170的一端保持在槽126中。弹簧160和170将磁体座偏压向端部32B并且也使踏板臂50从壳体32上移开。两个弹簧由于冗余性的原因而被使用。如果一个弹簧出现故障，另一个将仍可工作。提供这种冗余是为了增加可靠性，允许一个弹簧出现故障或者变弱而不会破坏偏压功能。有冗余的弹簧且每个弹簧各自都能够使踏板臂返回到其怠速位置是有用的。也可以使用其它类型的弹簧，如片簧或者扭力弹簧等。

磁体150可以是如图7-11所示的双极性锥形磁体。磁体150具有四个磁体部分152、153、154和155。磁体部分152和155带有N极，磁体部分153和154带有S极。所述磁体部分带有斜坡以致在这些磁体部分之间形成了菱形气隙157。有斜坡的磁体部分在气隙157中产生磁通密度可变的磁场。磁体150还具有槽158、159和中心开口160。磁体150还具有背面162、突出部164和孔165。磁体150可以由模制铁素体制成。磁体150的使用和结构的细节参见美国专利第6,211,668号，题名为“具有相对的锥形磁铁的磁定位传感器(Magnetic Position Sensor Having OpposedTapered Magnets)”，该专利的内容在这里全部引入作为参考。

特别参考图4，一对磁场导体或钢磁极片170和172可以安装在磁体150的各侧。磁极片170和172帮助引导磁体150产生的磁通。

磁极片170和172有凹槽174。突出部164在安装后延伸穿过凹槽174。当将磁体150放入腔体125内时，突出部164滑进槽127并引导磁体150。磁场导体170和172为磁通提供从磁体的一个磁极到另一磁极的低阻抗通路。

参看图1-3，传感器组件200安装在壳体32上靠近磁体组件140的位置并与磁体组件140相互作用。传感器组件200包括带有附属连接器212的印刷电路板部分210。该连接器212可以具有终端214用于接受连接到机动车上的发动机控制器的线束连接器插头(未示出)。连接器212可具有凸缘216，凸缘216可通过超声波焊接到壳体32上来将该连接器保持在壳体上。

电路板210带有霍耳效应传感器230。霍尔传感器230对踏板臂位移与相应的制动衬块80和磁体组件140的运动引起的磁通变化作出响应。更具体地说，印刷电路板210有延伸进入气隙157的一端211。霍耳效应传感器230朝向该端211安装。霍耳效应传感器230测量由磁体152-155产生的并通过气隙157的变化磁通量。

霍耳效应传感器230通过电路板210可操作地连接到连接器212，以用于向发动机控制器或者计算机提供电信号。可以使用一个以上的霍尔传感器。两个传感器允许对两个霍耳效应传感器之间的读数进行对比并随之修正错误。此外如果一个传感器出现故障，每个传感器都可以作为另一个的备用。

来自传感器组件200的电信号具有将由磁体150的位移表示的脚踏板50的位移转化为指定的速度/加速命令的作用，这种命令被传达给例如由Kikkawa等人的美国专利第5,524,589和由Matsumoto等人发明的美国专利第6,073,610中所示和记载的电控模块，上述专利在这里特别引入作为参考。

踏板臂50可以有预先设定的操作限制，其形式为怠速、返回位置挡块和压低、节气门打开位置挡块。当踏板臂50被完全压下时，脊57靠压在壳体32的侧面38上从而限制臂50的移动。当踏板臂50被完全释放时，磁体座120靠压在壳体32的壁42上从而限制臂50的移动。

壳体32用安装点33A、33B和33C通过紧固件或者卡扣装置可固定到发动机的底板上。根据本实用新型的踏板组件也可用于安装到发动机舱壁或踏板架上，对壳体设计进行较少的改动，通过可调或非可调的盒式踏板定位支架进行安装。进行安装。

操作

现在参考图2A和2B，踏板臂50可以在第一方向310(加速)上或另一方向312(减速)上移动。图2A示出了处于未压下状态的踏板臂50，图2B示出了处于完全压下状态的踏板臂50。当踏板臂50被压下并在方向310上移动时，臂90向下移动并推动制动衬块81的接触面86与两制动面72和272进行增强的摩擦接触(最好参见图6)。当踏板被压下时，制动面86与接触面72和272之间的阻碍作用被踩着踏板臂50的人感知为增强的力或阻力。

当踏板臂50沿方向310移动时，臂100由于被连接到制动衬块81上所以也进行移动。臂100的移动使磁体座120在腔体36内沿方向320直线地运动。端部121将从腔体36中移动(图2A)，并经过壁41到腔体34中(图2B)。当磁体座120沿方向320移动时，弹簧160和170被压缩。磁体座120的移动使磁体150相对于固定就位的霍耳效应装置230移动。磁体150的移动使穿过霍尔效应装置230的通量场在大小和极性上发生改变。这种在磁通大小和极性上的变化会被霍耳效应装置230检测到。该霍耳效应装置230产生与磁通大小和极性成比例的电信号。这种电信号在终端214被提供给发动机控制器。

当踏板臂50进一步在方向310上移动时，凸出部55接触到换低档装置300的按钮317并推动该按钮317使换低档装置300中的弹簧发生压缩。当踏板被压下时，按钮310的移动被踩着踏板臂50的人感知为力或者阻力的进一步增加。图2B示出了踏板臂50现被完全压下。

当在臂50上的踏板力减小时，踏板臂50沿方向312移动。压缩的弹簧160和170减压并沿方向322推压制动衬块81和磁体座。在制动面86与接触面72、272之间所产生的阻力减缓踏板臂50沿312方向的移动并能被踩着踏板臂50的人感觉到。在踏板臂50上的力进一步减小导致弹簧160和170被完全松开并且磁体座120抵靠在壁42上。这个位置对应于图2A所示的发动机怠速状态。

踏板臂50的压力作用导致由接触面72和272施加到制动面86上的法向力增大。表面72、272和表面86之间的摩擦力由动摩擦系数乘以法向力确定。当法向力随着施加给踏板臂上的力增大而增大时，摩擦力相应地增大。驾驶员的脚在踏板臂50上感觉到这种增大。当踏板被压下时这种摩擦力与所施加的力互为反作用，当踏板返回其怠速位置时这种摩擦力减去弹簧力。

应注意到虽然磁体和霍耳效应传感器被用于探测踏板的位置，但是也可以使用其它类型的传感器，如线性或旋转电阻位置传感器、电容式传感器和电感式传感器等。

在不背离本实用新型的新颖性的精神和范围的前提下，可以对上述实施例进行多种变化和修改。应该理解本实用新型并不受所提供的具体结构和细节的限制。这些修改当然为所附权利要求的范围所覆盖。

Claims (22)

1.一种踏板组件，包括壳体和连接到所述壳体的踏板臂，其特征在于，第一臂连接到所述踏板臂并且第二臂连接到磁体组件；制动衬块连接在所述第一臂与第二臂之间；位置传感器连接到所述壳体并放置在所述磁体组件内，该传感器响应于踏板臂的移动从而提供表示踏板位移的电信号。

2.根据权利要求1所述的踏板组件，其特征在于，所述壳体具有制动面，并且该制动衬块具有与所述制动面互补的接触面，所述制动衬块适合与该制动面相接合。

3.根据权利要求1所述的踏板组件，其特征在于，在所述磁体组件和所述壳体之间设有弹簧装置，用于将所述踏板臂推动到静止位置上。

4.根据权利要求2所述的踏板组件，其特征在于，所述接触面呈V形。

5.根据权利要求2所述的踏板组件，其特征在于，所述制动面呈V形。

6.根据权利要求1所述的踏板组件，其特征在于，所述制动衬块通过球窝连接到所述臂中的至少一个臂上。

7.根据权利要求1所述的踏板组件，其特征在于，换低档装置连接到所述壳体上。

8.根据权利要求1所述的踏板组件，其特征在于，所述踏板臂通过铰链连接到所述壳体上。

9.一种踏板组件，包括壳体和连接到所述壳体的踏板臂，其特征在于，摩擦产生组件连接到该踏板臂并且传感器连接到所述摩擦产生组件，该传感器响应于踏板臂的移动来提供代表踏板位移的电信号。

10.根据权利要求9所述的踏板组件，其特征在于，所述摩擦产生组件包括带有接触面的制动衬块并且所述壳体具有制动面，当所述踏板被压下时该制动衬块适合与制动面接合。

11.根据权利要求10所述的踏板组件，其特征在于，所述制动衬块通过第一臂连接到该踏板臂。

12.根据权利要求9所述的踏板组件，其特征在于，所述传感器包括磁体组件和设置在该磁体组件附近的霍耳效应装置。

13.根据权利要求10所述的踏板组件，其特征在于，所述传感器包括磁体组件，该磁体组件连接到所述制动衬块。

14.根据权利要求13所述的踏板组件，其特征在于，第二臂将所述制动衬块连接到磁体组件。

15.根据权利要求13所述的踏板组件，其特征在于，在该磁体组件和壳体之间设有弹簧装置，从而将所述踏板臂推压到静止位置。

16.一种踏板组件，其包括用于容纳所述踏板组件的壳体装置和允许使用者压下所述踏板臂的踏板臂装置，该踏板臂装置连接到所述壳体装置上，其特征在于，当该踏板臂装置被压下时用于产生摩擦的制动装置与所述踏板臂装置相连；并且用于检测所述踏板臂装置位置的传感器装置与所述制动装置相连。

17.根据权利要求16所述的踏板组件，其特征在于，所述制动装置包括具有接触面的制动衬块，并且所述壳体装置具有制动面，当踏板被压下时该制动衬块适合与制动面相接合。

18.根据权利要求16所述的踏板组件，其特征在于，还包括连接在所述制动装置和传感器装置之间的第二臂装置。

19.根据权利要求16所述的踏板组件，其特征在于，还包括连接在所述制动装置和踏板臂装置之间的第一臂装置。

20.根据权利要求16所述的踏板装置踏板组件，其特征在于，所述传感器装置包括磁体组件和设置在该磁体组件附近的霍耳效应装置。

21.一种踏板组件，包括壳体和踏板臂，该踏板臂具有可移动的第一端部和可转动地连接到所述壳体上的第二端部，其特征在于，摩擦产生装置安装在壳体上并连接到踏板臂，用于改变移动所述第一端部所需力的大小；该摩擦产生装置包括具有V形接触面的制动衬块，所述壳体具有V形制动面，当所述踏板臂被压下时所述接触面适合与所述制动面接合；并且磁体组件安装在该壳体内并连接到所述摩擦产生装置，霍耳效应装置靠近所述磁体组件放置，弹簧安装在磁体组件周围的壳体内，传感器适合于检测踏板臂的位置并提供表示踏板臂位置的电信号。

22根据权利要求21所述的踏板组件，其特征在于，所述传感器和壳体之间设有弹簧以便将踏板臂推动到静止位置。

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