JP6526055B2 - 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 - Google Patents

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、作業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、操作要素は作業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と同時に、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、シリンダ内に、略円形の抵抗要素が半径方向きに突出しており、抵抗要素は、シリンダを２つの中空室に分割し、両方の中空室は、所定の媒体で充填されており、作業ピストンの端面側に取り付けられた二次ピストンは、操作要素の位置に依存して、抵抗要素により形成された開口に入り込み、媒体が、二次ピストンと抵抗要素との間において可変の体積で、作業ピストンにより、第１の中空室から第２の中空室に押圧さ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、自動車使用者の足または手に作用する力が、作業ピストンが進行した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。抵抗要素とは、以下、媒体に対して機械式の抵抗を形成する、媒体に突出する突起状の要素と解されるべきである。

好適には、二次ピストンは、作業ピストンよりも小さな直径を有し、抵抗要素に向けて先細りになっている。このような二次ピストンの先細りになる直径と、抵抗要素と二次ピストンとの間を通って流れる媒体とにより、操作要素において車両使用者により触知可能な力の差が生成される。

１つの実施の態様によれば、二次ピストンの表面は、長手方向延伸部分において正弦波状に構成されている。このピストン輪郭により、力の差を細かく変化させることが可能である。というのも、抵抗要素と抵抗要素の開口に入り込む二次ピストンとの間に形成される円環により、媒体の体積が可変の幅で常に変化するので、円環の調整される幅に応じて、これに対応する媒体の体積が抵抗要素を通過することができるからである。この構成により、力−ストローク特性曲線の細かい調整が保証される。

１つの態様によれば、抵抗要素の開口は、一定の横断面を有する。この場合、抵抗要素と抵抗要素の開口に入り込む二次ピストンとの間で、専ら二次ピストンの表面形状によって力を確実に変化させることができる。

別の実施の態様によれば、媒体は、非圧縮性である。好適には、非圧縮性の媒体は、液圧液体であり、液圧液体は、抵抗要素と二次ピストンとにより形成された円環の間を通って押圧される。液圧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じることのできる反力が生成される。

媒体の非圧縮性の特性を鑑みると、シリンダの、作業ピストンとは反対の側で、第２の中空室に分離ピストンが位置決めされており、分離ピストンは、ばね要素を介してシリンダの内壁に作用する。これにより、非圧縮性の媒体が作用すると、分離ピストンの位置が後退し、そうして媒体の、第１の中空室に押し退けられる体積に対する空間が形成されることが保証される。この媒体が再び第１の中空室に流れ戻ると、ばね要素は、分離ピストンをその初期位置に押圧する。

別の１つの態様によれば、第１の中空室と第２の中空室とは、シリンダの外側に配置された圧力制御弁を介して互いに接続されており、圧力制御弁は、媒体が第２の中空室から第１の中空室に流れるときに開き、媒体が第１の中空室から第２の中空室に流れるときに閉じる。この圧力制御弁により、車両使用者による操作要素の操作時に、媒体が専ら、操作要素の位置に応じて抵抗要素と二次ピストンとにより形成される円環を通って、第１の中空室から第２の中空室に流れることが保証される。これにより、これに対応する車両使用者の触覚が制御される。

別の１つの態様によれば、ピストンロッドおよびシリンダは、少なくとも部分的に戻しばねと結合されているので、車両使用者による操作要素の操作が弱まると、操作要素は、再び元の位置に戻ることができる。

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素子により検出され、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って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作業ピストン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。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、シリンダ内壁に接して周面側で案内されている。

作業ピストン５の端面に、二次ピストン１４が取り付けられており、この二次ピストン１４は、シリンダ１２の内室を２つの中空室１６，１７に分割する抵抗要素１５に向けて先細りになっている。同時に、二次ピストン１４の表面構造は、その長手方向延伸部分で、正弦波状に構成されている。この場合、作業ピストン５は、シリンダ１２の第１の中空室１６内で動く。

円環状に、たとえば絞り（オリフィスまたはチョーク）として形成されていて、シリンダ１２の内側に取り付けられた抵抗要素１５は、一定の直径を有する開口１８を有し、クラッチペダル３の運動時、開口に二次ピストン１４が進入する。シリンダ１２の、作業ピストン５に対して反対の側には、分離ピストン１９が、第２の中空室１７に配置されている。分離ピストン１９は、同様に摺動式に軸方向可動に支持されていて、内ばね２０を介してシリンダ１２の内壁２２に作用する。

中空室１６，１７は、液圧液体により充填されている。抵抗要素１５を迂回しシリンダ１２の外側に配置された圧力制御弁２２が、中空室１６，１７を互いに接続し、圧力制御弁２２は、液圧液体が第１の中空室１６から作業ピストン５により第２の中空室１７に押圧されるときに閉じるように配置されている。この圧力制御弁２２は、液圧液体が第２の中空室１７から第１の中空室１６に流れ戻るときに開く。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２３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、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２３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に取り付けられた作業ピストン５は、二次ピストン１４とともに、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。二次ピストン１４は、抵抗要素１５の開口１８に作用し、これにより、抵抗要素１５と二次ピストン１４の外側輪郭との間に円環が形成され、円環は、二次ピストン１４の位置に応じてその幅が変化する。これにより、液圧液体の大小の大きさの体積が、二次ピストン１４の外側輪郭に沿って、第１の中空室１６から開口１８を通って第２の中空室１７に押し退けられる。同時に、作業ピストン５を介して押し退けられる液体の体積は、分離ピストン１９の移動を惹起する。分離ピストン１９は、内側に位置するばね２０に対して押圧され、第１の中空室１６において押し退けられる液圧液体の体積が、第２の中空室１７に供給される。

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。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ができる、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対しても使用してよい。

１ 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 作業ピストン
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 液圧管路
１０ クラッチ
１１ 接続部
１２ シリンダ
１３ 案内要素
１４ 二次ピストン
１５ 抵抗要素
１６ 中空室
１７ 中空室
１８ 開口
１９ 分離ピストン
２０ 内ばね
２１ 内壁
２２ 圧力制御弁
２３ 戻しばね

Claims (10)

1. 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、
   作業ピストン（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）は前記作業ピストン（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）内に、略円形の抵抗要素（１５）が半径方向に突出しており、該抵抗要素（１５）は、前記シリンダ（１２）を２つの中空室（１６，１７）に分割し、両方の前記中空室（１６，１７）は、所定の媒体で充填されており、前記作業ピストン（５）の端面側に配置された二次ピストン（１４）が、前記操作要素（３）の位置に依存して、前記抵抗要素（１５）により形成された開口（１８）に入り込み、前記媒体が、前記二次ピストン（１４）と前記抵抗要素（１５）との間において可変の体積で、前記作業ピストン（５）により、第１の中空室（１６）から第２の中空室（１７）に押圧されることを特徴とする、力シミュレーション装置。
2. 前記二次ピストン（１４）は、前記作業ピストン（５）よりも小さな直径を有し、前記抵抗要素（１５）に向けて先細りになっている、請求項１記載の装置。
3. 前記二次ピストン（１４）の表面は、長手方向延伸部分において正弦波状に構成されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記抵抗要素（１５）の前記開口（１８）は、一定の直径を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記媒体は、非圧縮性である、請求項１から４までの少なくともいずれか１項記載の装置。
6. 前記シリンダ（１２）の、前記作業ピストン（５）とは反対の側で、前記第２の中空室（１７）に分離ピストン（１９）が位置決めされており、該分離ピストン（１９）は、ばね要素（２０）を介して前記シリンダ（１２）の内壁（２１）に作用する、請求項５記載の装置。
7. 前記第１の中空室（１６）と前記第２の中空室（１７）とは、前記シリンダ（１２）の外側に配置された圧力制御弁（２２）を介して互いに接続されており、該圧力制御弁（２２）は、前記媒体が前記第２の中空室（１７）から前記第１の中空室（１６）に流れるときに開き、前記媒体が前記第１の中空室（１６）から前記第２の中空室（１７）に流れるときに閉じる、請求項１から６までの少なくともいずれか１項記載の装置。
8. 前記ピストンロッド（４）および前記シリンダ（１２）は、少なくとも部分的に戻しばね（２３）と結合されている、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。
9. 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。
10. 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（１０）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。

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