JP2017515068A

JP2017515068A - 車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適にはペダルシミュレータ、および電気的なクラッチシステムを操作する装置

Info

Publication number: JP2017515068A
Application number: JP2016565323A
Authority: JP
Inventors: エマヌエレフィオリーニフランチェスコ; ホンゼルマンゼバスティアン; バスラーマヌエル
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2017-06-08
Also published as: DE112015002075A5; EP3137349A1; WO2015165450A1

Abstract

本発明は、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータであって、ピストンシリンダユニット（５，１２）を備え、ピストン（５）がピストンロッド（４）を介して操作要素（３）と接続されており、操作要素（３）はピストン（５）をシリンダ（１４）内で軸方向に動かす、シミュレーション装置に関する。車両運転手が、液圧式の操作システムの場合と同一の力を触知する装置において、シリンダは、所定の媒体により充填されており、ピストンは、少なくとも１つの連続的な開口（１７，１８）を有し、かつ／または、少なくとも１つの溝（１５，１６）が、シリンダの内壁に接して延在しており、開口および／または溝を通って、媒体は、操作要素の操作時に、ピストンの移動方向にみてピストンの前方に位置する第１の作業室（１９）から、ピストンに後置された第２の作業室（２０）に流れる。

Description

本発明は、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータであって、ピストンシリンダユニットを備え、ピストンがピストンロッドを介して操作要素と接続されており、操作要素はピストンをシリンダ内で軸方向に動かす、シミュレーション装置、および電気的なクラッチシステムを操作する装置に関する。

独国特許出願公開第１０２０１１０１６２３９号明細書（DE 10 2011 016 239 A1）において、電子的な信号伝達装置を有する車両制動装置に用いられるペダル踏力シミュレータが公知であり、このペダル踏力シミュレータでは、車両運転手の踏力に依存する制動トルクの制御は、特に電気液圧式または電気機械式のシステムにより行われ、その際、ペダル踏力シミュレータが、車両運転手にとって通常の制動感覚を形成する。ペダル踏力シミュレータは、空圧式に作動するピストンシリンダユニットを有し、ピストンシリンダユニットのピストンは、制御可能な弁を有する圧縮チャンバを画定し、圧縮方向とは逆向きに、少なくとも１つの第１のばね要素により、ピストンに力が掛けられる。また、ペダル踏力シミュレータは、ピストンロッドを介して、車両ブレーキペダルと結合されていて、ピストンロッドが、車両ブレーキペダルの操作中にピストンシリンダユニットに対して相対的な角度変化を行う。この角度の可動性は、ペダル踏力シミュレータの構造に高い要求を課している。

独国特許出願公開第１０２０１００６１４３９号明細書（DE 10 2010 061 439 A1）は、自動車に用いられる制動システムを開示している。この制動システムでは、車両運転手により操作可能なブレーキペダルが、ストロークに依存する反力または戻し力を生成するペダルシミュレータと結合されている。ブレーキペダルの位置は、センサにより検出され、センサのセンサ信号が、評価のための制御機器に送られる。ブレーキペダルの位置に応じて、制御機器は、駆動制御ユニットおよびブレーキ制御装置に対する制御信号を形成するので、これにより生成される発電ブレーキ部分が、摩擦ブレーキ部分とともに、制動トルク、またはブレーキペダルの位置に対応する制動作用を形成する。同時に、ペダルシミュレータは、制御機器により制御され、ブレーキペダルに、専ら液圧式の制動装置によるブレーキの場合のようなペダル感覚を運転手に与える反力または戻し力が作用する、つまりストローク−力関係が生じる。

本発明の根底を成す課題は、通常の液圧式の装置の場合と同一の感覚を車両運転手に伝える同時に、それにもかかわらず簡単に製造可能である、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、シリンダが所定の媒体により充填されており、ピストンが少なくとも１つの連続的な開口を有し、かつ／または、少なくとも１つの溝がシリンダの内壁に接して延在しており、開口および／または溝を通って、媒体が、操作要素の操作時に、ピストンの移動方向にみてピストンの前方に位置する第１の作業室から、ピストンに後置された第２の作業室に流れることによって解決される。この利点によれば、非液圧式の操作システムであっても、特に純粋に電気式の車両クラッチシステムであっても、通常の液圧式の操作システムの場合と同一の感覚を車両使用者に伝えることにある。この場合、力のシミュレーション装置は、力−ストローク特性曲線をシミュレートし、その際、操作要素を介して、車両使用者の足または手に作用する力が、抵抗要素を成すピストンが進行するストロークに依存して生成される。力シミュレーション装置の大きさは、液圧式のクラッチ操作システムにおけるマスタシリンダの大きさに相当するので、自動車における所要スペースにさらなる要求が課されず、したがって、踏力シミュレータは、マスタシリンダの代わりに自動車の同一箇所に組み付けることができる。

好適には、ピストンに、軸方向に延在する連続的な２つの開口が形成されており、開口は、ピストン軸線を中心に対称に配置されている。これにより、媒体によってピストンに伝達される力が均等にピストンに作用し、これにより、シリンダ内におけるピストンの、安定したほぼ垂直の案内が可能であることが保証される。

１つの実施の形態によれば、開口の直径は、一定に形成されている。この場合、開口の直径は、ピストンを通って第１の作業室から第２の作業室に進入することができる、媒体の体積を特定する。追加的に、この体積ひいては操作要素において感知可能な力が、ピストンに設けられた開口の数により調整される。

１つの態様によれば、少なくとも１つの溝は、シリンダの内壁に接して、シリンダの長手方向に延在しており、溝を通って、媒体が、ピストンの傍を通って第１の作業室から第２の作業室に流れる。少なくとも１つの溝は、単独でまたはピストンに設けられた開口と協働して、操作要素において車両使用者により感知される力の差の細かい調整を可能にする。

力の差の変動性は、シリンダの内壁の周面において、複数の溝が均等な間隔を置いて分配されることにより、高められる。

別の１つの実施の態様によれば、溝は、それぞれ異なる長さおよび／またはそれぞれ異なる軸方向位置を有し、これにより、所望の力の差を、操作要素が進行したストロークにわたって、極めて細かく調整することができる。ごくわずかな液体が溝を通って、ピストンの傍を通り第１の作業室から第２の作業室に達するとき、より大きな力が発生し、これに対して、操作要素の位置に依存するピストンの位置に基づいて、シリンダの内壁に設けられた多数の溝が解放されるとき、小さな力が調整され、これにより、第１の作業室と第２の作業室との間で体積を交換するために大きな表面積が解放される。

それぞれ異なる通流横断面を形成するために、溝の形状は、追加的に横断面および／または幅および／または高さに関して種々異なる。

別の１つの実施の態様によれば、媒体は、非圧縮性の液体として構成されている。好適には、非圧縮性の媒体は、液圧液体であり、液圧液体は、ピストンを通って第１の中空室から第２の中空室に押圧される。液体の非圧縮性の特性に基づいて、操作要素、好適にはアクセルペダルにおいて車両使用者が確実に感知可能である反力が生成される。

本発明の改良態様は、操作要素が、操作要素に加わる力のシミュレーション装置と結合されており、操作要素の位置がセンサユニットにより検出され、電気的に制御ユニットに転送され、制御ユニットは、クラッチと作用接続されている、電気的なクラッチシステムを操作する装置に関する。この場合、力のシミュレーション装置は、この保護権利出願に記述されている複数の特徴の少なくとも１つに基づいて構成されている。その利点は、電気式のクラッチシステムの場合に、操作要素において、液圧式または空圧式のクラッチシステムの場合と全く同一の力が車両使用者により知覚されることにある。

好適には、制御ユニットは、アクチュエータとして構成された、クラッチを制御する出力ユニットを有し、出力ユニットは、クラッチと機械的、液圧的または空圧的に連結されている。したがって、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置は、任意の構成の操作要素に使用可能である。

本発明は、多数の実施の態様を許容する。そのうちの１つを、描画された複数の図面に基づいて詳説する。

電気液圧式のクラッチ操作システムの原理図である。図１による電気液圧式のクラッチ操作システムのペダルシミュレータの１つの実施の態様を示す。

同一の構成には、同一の符号を付して示してある。

図１には、クラッチバイワイヤシステムとも称される、電気液圧式のクラッチ操作システムの原理図が示されている。電気液圧式のクラッチ操作システム１は、ペダルシミュレータ２を有する。ペダルシミュレータ２は、機械的にクラッチペダル３と結合されている。クラッチペダル３は、ピストンロッド４を介して、ペダルシミュレータ２内に軸方向可動に支持されたピストン５を操作する。ピストン５の動きは、ストロークセンサユニット６により検出される。ストロークセンサユニット６は、ペダルシミュレータ２と結合されていて、好適にはペダルシミュレータ２に組み込まれている。電気線路７を介して、ストロークセンサユニット６は、制御兼出力ユニット８と接続されている。電子制御装置の他に、制御兼出力ユニット８は、アクチュエータを有する。アクチュエータは、別の路９を介して、クラッチ１０を制御する。この路９は、本態様では、液圧管路として構成されている。ただし、クラッチ１０の制御は、代替的に空圧式または機械式に行ってもよい。

図２には、ペダルシミュレータ２の１つの実施の態様において、どのようにしてペダルシミュレータ２が図１によるクラッチ操作システム１に使用されるのかが示されている。クラッチペダル３は、接続部１１を介して、ピストンロッド４に取り付けられている。シリンダ１２内で、ピストン５が、ピストンロッド４を介して、クラッチペダル３の位置に依存して軸方向に移動させられる。シリンダ１２は、一方の端部で、案内要素１３、たとえばシールまたは壁開口を有する。シールまたは壁開口において、ピストンロッド４は軸方向に支持されている。ピストンロッド４の前端部で、ピストン５がピストンロッド４と結合されていて、シリンダ１２のシリンダ内壁１４に接して周面側で案内されている。シリンダ１２の内壁１４の周面において、シリンダ１２の長手方向に沿って、複数の溝１５，１６が延在しており、溝１５，１６は、軸方向でそれぞれ異なる長さで分配されている。この場合、溝の横断面だけではなく高さや幅も異なっている。このような異なるジオメトリにより、シリンダ内側は、種々の通流横断面を有する。

ピストン５は、ピストンロッド４に対して対称に、それぞれ１つの開口１７，１８を有する。開口１７，１８は、連続的に形成されていて、図示されていないピストン軸線に対して軸方向に配向されている。ピストン５の移動方向に第１の作業室１９が形成されていて、ピストン５に後置されて第２の作業室２０が形成されている。ピストンロッド４およびシリンダ１２の周りには、部分的に戻しばね２１が配置されている。

記述されているペダルシミュレータ２は、以下のように機能する。クラッチペダル３の操作時に、ペダル運動が、接続部１１を介して、これに対応するピストンロッド４の送り運動に変換される。この場合、一方では、戻しばね２１が圧縮されて緊張され、これにより、戻し反力が生成される。さらに、ピストンロッド４に取り付けられたピストン５は、位置固定に支持されたシリンダ１２内でシリンダ１２に対して前進させられる。これにより、大小の大きさの液圧液体の体積が、抵抗要素を形成するピストン５の開口１７，１８を通って、第１の作業室１９から第２の作業室２０に押し退けられる。シリンダ１２内で、ピストン５が、少なくとも１つの溝１５，１６がシリンダ１２の内壁に形成された位置を占めると、液圧液体が、追加的に少なくとも１つの溝１５，１６を通って、ピストン５の傍を通り第１の作業室１９から第２の作業室２０に流れる。クラッチペダル３において車両使用者により感知可能な所望の減衰特性が、シリンダ１２の内周において均等に分配された、横断面、幅および高さなどの、溝１５，１６のジオメトリ（幾何学形状）により設定される。

記述されているペダルシミュレータ２は、非液圧式の操作システム、特に純粋に電気式の車両クラッチシステムに用いることを想定している。ただし、代替的に、ペダルの代わりに他の任意の操作要素を有することもできる、たとえばブレーキシステムなどの他の任意の操作システムに使用されてもよい。

１電気的なクラッチ操作システム
２ペダルシミュレータ
３クラッチペダル
４ピストンロッド
５ピストン
６ストロークセンサユニット
７電気線路
８制御兼出力ユニット
９路
１０クラッチ
１１接続部
１２シリンダ
１３案内要素
１４シリンダの内壁
１５溝
１６溝
１７開口
１８開口
１９第１の作業室
２０第２の作業室
２１戻しばね

Claims

車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータであって、
ピストン（５）がピストンロッド（４）を介して操作要素（３）と接続されており、該操作要素（３）は前記ピストン（５）をシリンダ（１２）内で軸方向に動かす、ピストンシリンダユニット（５，１２）を備え、
前記シリンダ（１２）は、所定の媒体により充填されており、前記ピストン（５）が、少なくとも１つの連続的な開口（１７，１８）を有し、かつ／または、少なくとも１つの溝（１５，１６）が、前記シリンダ（１２）の内壁（１４）に接して延在しており、前記開口（１７，１８）および／または前記溝（１５，１６）を通って、前記媒体は、前記操作要素（３）の操作時に、前記ピストン（５）の移動方向にみて前記ピストン（５）の前方に位置する第１の作業室（１９）から、前記ピストン（５）に後置された第２の作業室（２０）に流れることを特徴とする、力シミュレーション装置。
前記ピストン（５）に、軸方向に延在する連続的な２つの開口（１７，１８）が形成されており、該開口（１７，１８）は、ピストン軸線を中心に対称に配置されている、請求項１記載の装置。
前記開口（１７，１８）の直径は、一定に形成されている、請求項１または２記載の装置。
少なくとも１つの前記溝（１５，１６）は、前記シリンダ（１２）の前記内壁（１４）に接して前記シリンダ（１２）の長手方向に延在しており、該溝（１５，１６）を通って、前記媒体が、前記ピストン（５）の傍を通って前記第１の作業室（１９）から前記第２の作業室（２０）に流れる、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
複数の前記溝（１５，１６）は、前記シリンダ（１２）の前記内壁（１４）の周面において、均等な間隔を置いて分配されている、請求項４記載の装置。
前記溝（１５，１６）は、それぞれ異なる長さおよび／またはそれぞれ異なる軸方向位置を有する、請求項４または５記載の装置。
前記溝（１５，１６）の形状は、横断面および／または幅および／または高さに関して種々異なる、請求項４から６までのいずれか１項記載の装置。
前記媒体は、非圧縮性の液体として構成されている、請求項１から７までの少なくともいずれか１項記載の装置。
操作要素（３）が、該操作要素（３）に加わる力のシミュレーション装置（２）と結合されており、前記操作要素（３）の位置がセンサユニット（６）により検出され、電気的に制御ユニット（８）に転送され、該制御ユニット（８）は、クラッチ（１０）と作用接続されている、電気的なクラッチシステムを操作する装置であって、
前記力シミュレーション装置（２）は、請求項１から８までの少なくともいずれか１項に基づいて構成されていることを特徴とする、電気的なクラッチシステムを操作する装置。
前記制御ユニット（８）は、アクチュエータとして構成された、前記クラッチを制御する出力ユニットを有し、該出力ユニットは、前記クラッチ（１０）と機械的、液圧的または空圧的に連結されている、請求項９記載の装置。