具有累進式力反饋的離合器踏板單元的製作方法
2023-10-18 10:13:54
本發明涉及一種用於車輛的離合器系統。本發明尤其涉及一種用於電操縱的離合器系統的離合器踏板單元。
背景技術：
在現代車輛中，越來越多地使用電控離合器系統來取代當前的液壓離合器系統或機械離合器系統。這意味著，例如在發動機與變速器之間的動力流不是通過液壓系統來接合或偏轉，而是例如可以使用用於離合器操縱的電運行的促動器。
這在燃料消耗方面或在駕駛舒適性方面可以具有優點，因為離合器可以通過人員、例如由車輛的駕駛員可控地被操縱並且例如可以按照被操縱的踏板的當前位置來執行接合過程。這些位置信息例如可以通過位置傳感器來提供，位置傳感器安裝在踏板上，並且藉助合適的、且在現有技術中公開的測量方法獲取踏板例如相對於殼體的位置，並且該位置可以作為電信號供促動器的控制器使用。公開的方法例如是霍爾傳感器或基於電位計的系統。
文獻EP 2 253 861 A2公開了這樣一種也被稱為「線控離合器」的電控離合器系統。
技術實現要素：
本發明出於如下認知，即在傳統的離合器系統中，車輛的駕駛員在操縱離合器踏板時通常例如在腳上感知到反作用力或反作用力矩，因為踏板例如通過彈簧機構自動地被壓回到其初始位置或靜止位置中。
然而，通過機械或液壓離合器原理，由於力學或由於通過液壓液體引起的效果，在傳統離合器系統中產生一定的、與踏板偏轉相關的踏板力矩或踏板力反饋特徵。換言之，往往在踏板偏轉時產生累進式的、非線性的反饋力矩，對於傳統的車輛離合器，該反饋力矩的特徵可以被許多人視為典型的或通常的情況。這裡，「累進式」在踏板線性偏轉情況下應被理解為最初相比於線性變化而言力矩超比例地(überproportional)增大，該力矩隨後以相比於線性變化而言較小的增大而達到最大值。
本發明的實施方式可以有利地實現由傳統的離合器系統已知或熟悉的反饋特性，而沒有與離合器踏板單元的位置傳感器的不利的相互作用，這可以改善離合器踏板單元的操作舒適性。通過與傳動的系統相比減少機械部件還可以減小摩擦和磨損。
後面說明的本發明出於如下考慮。電操縱的離合器系統，即所謂的電控離合器系統(e-Clutch-System)或線控離合器系統(Clutch-by-wire-System)，尤其對於操縱方面，基於原則上不同於傳統離合器系統的其它技術原理。因此，電控離合器系統通常具有用於控制離合器系統的位置傳感器。通過取消傳統的液壓操縱機構或機械操縱機構並且通過電傳感器和電促動器轉換成間接的離合器操縱(線控離合器)，通常也取消了典型的、對於車輛駕駛員已知且熟悉的、離合器踏板單元上的反饋特性。為了向駕駛員提供更高的操作舒適性，希望，在使用電操縱的離合器系統時，也儘可能好地模擬駕駛員熟悉的、離合器踏板單元的累進式反饋。在此，應使在獲取踏板當前位置或當前偏轉的位置傳感器與反饋機構之間的相互作用最小化，以便例如不使測量值失真。
因此，提出一種用於車輛電操縱離合器系統的離合器踏板單元，該離合器踏板單元具有殼體以及踏板，該踏板在靜止位置與操縱最終位置之間繞踏板擺動軸線能擺動地被安裝在殼體上。操縱最終位置可以這樣理解，使得踏板基本上位於可能的偏轉路程的端部上，即踏板在通常表述中被稱為「踩到底」。在此，離合器可以具有基本上完全打開的狀態或者位於它的最終位置中。離合器踏板單元還具有位置傳感器，該位置傳感器構造用於，依據踏板相對於殼體的角度位置來產生電控制信號。例如，這可以是例如安裝在殼體上且通過電接觸來提供電控制信號的電位計或霍爾傳感器，該電控制信號可以傳遞給其它控制系統和促動器，用以後續處理。
離合器踏板單元還具有反饋彈簧元件，該反饋彈簧元件這樣用來產生向踏板靜止位置方向作用到踏板上的反饋力矩。換言之，該反饋力矩至少部分相應於在離合器踏板單元上的、車輛駕駛員感知的反作用壓力。該反饋彈簧元件以第一端部能擺動地支撐在殼體上，並且以第二端部能擺動地在踏板擺動軸線之外布置在踏板上，使得在操縱踏板時，第二端部通過反饋彈簧元件的壓縮朝第一端部運動，並且在此，反饋彈簧元件實施繞它在殼體上的第一端部的擺動運動。換言之，在操縱踏板處於擺動運動時，反饋彈簧元件被擠壓或壓縮。同時，由於踏板轉動和第一端部能擺動地固定在殼體上，通過反饋彈簧元件第二端部的弧形運動實現沿踏板擺動軸線方向的翻轉運動或擺動運動。
反饋彈簧元件這樣實施並且它的第一和第二端部這樣布置，使得在操縱最終位置中，反饋彈簧元件的縱軸線幾乎與在第一端部與踏板擺動軸線之間的連接線平行。在此，離合器踏板單元可以這樣構成，即在操縱最終位置中，反饋彈簧元件的縱軸線和在第一端部與踏板擺動軸線之間的連接線仍未達到平行位置。在此，反饋彈簧元件的縱軸線穿過反饋彈簧元件的第一和第二端部來延伸。換言之，這裡充分利用這樣的效果，使得在踏板繼續偏轉時，由壓縮的反饋彈簧元件發出的力逐漸增大地朝向踏板在踏板擺動軸線上的轉動中心點方向作用。
因此，在這種情況下，而踏板的靜止位置方向作用越來越小的反饋力矩，車輛駕駛員在不存在其它回位機構的情況下也會感受到越來越小的反壓力。結果，產生相對於踏板偏轉首先增大的反饋力矩，該力矩在踏板繼續偏轉時則又減小直至操作最終位置。可以給出這樣的實施方式，在該實施方式中，無法到達並且因而也無法超過也被稱作死點的、剛好平行的位置。
這是因為，通過應用轉矩關係M＝R x F(M為轉矩，R為槓桿臂，F為彈簧力)，在操縱最終位置中，槓桿臂為零或至少大約為零，並且由此，轉矩或者反饋力矩同樣為零。相反，在靜止位置中，反饋彈簧元件的彈簧力為零或大約為零，使得在靜止位置中，反饋力矩也為零或幾乎為零。離合器踏板單元可以這樣構成，使得該離合器踏板單元即使在操縱最終位置中，也無法到達並且因而也無法超過也被視作死點的交叉點布置。
術語「幾乎」與表述「幾乎平行」相關地在這裡應描述一個角度範圍，在該範圍中，反饋力矩相對它之前的最大值明顯減小或在完全平行位置中甚至為零，從而實現了非線性的反饋特性。「幾乎平行」的位置可以是反饋彈簧元件縱軸線和所述連接線的平行位置周圍例如正/負10度的角度範圍。在一個實施例中，該角度範圍描述正/負5度的平行位置。在另一實施例中，該角度範圍是正/負3度的平行位置。
在具有反饋彈簧元件的已知解決方案中，彈簧元件通常用於，通過使用反饋彈簧元件的彈簧力附加產生向操縱最終位置方向的力矩，在操縱離合器系統時來支持駕駛員或操作者。這種反饋彈簧元件在操縱踏板時首先超過死點。在此，死點可以視為反饋彈簧元件的縱軸線和上述連接線的平行位置。與之相反，這裡無法到達並且因此也無法超過死點，並且因此，死點在它的工作原理上有根本區別。
在此，殼體可以完全閉合地或部分打開地實施，並且反饋彈簧元件可以被容納在殼體內部。這可以實現緊湊且節省空間的結構。
踏板可以理解為槓桿機構，該槓桿機構允許，通過例如用腳操作，產生足夠的力矩用於踏板運動並且用於產生相應的調節量或控制量。反饋彈簧元件可以具有帶有不同彈簧特性曲線的不同類型彈性彈簧元件。屬於此的例如可以有扭轉彈簧、彎曲彈簧、空氣彈簧、氣壓彈簧和其它類型。
在一種實施方式中，在操縱最終位置中，縱軸線與連接線之間的角度相對於第一端部為負0.1度至負10度(-0.1°……-10°)，意即，該角度在-0.1°與-10°之間的範圍內。在另一實施例中，該角度為負0.1度至負5度(-0.1°……-5°)。在另一實施例中，該角度為負0.1度至負3度(範圍，在其中該角度為-0.1°至-3°之間的範圍)。換言之，踏板在以「負號」標示的負角度情況下沒有這樣大程度地偏轉或擺動，使得到達縱軸線與連接線的平行位置，而是，當踏板從靜止位置沿操縱最終位置方向運動時，操縱最終位置和可能的踏板最終位置在到達平行位(死點位)之前位於例如負0.1度至負10度的範圍內。這可以具有這樣的優點，即在操縱最終位置中，留有小的、作用到踏板上的、用於將踏板引導回到靜止位置上的回位力矩。在實施例中，踏板偏轉通過止擋部或擋塊被限制，使得踏板超出操縱最終位置的繼續運動是不可能的。這可以用於提高離合器踏板單元的安全性。
在一種實施方式中，離合器踏板單元還具有回位彈簧元件，該回位彈簧元件支撐在殼體上並且在壓縮狀態中將回位力矩向靜止位置方向施加到踏板上。在此，回位力矩和反饋力矩疊加成踏板的總力矩。回位彈簧元件同樣可以具有不同類型的、帶有不同彈簧特性曲線的彈性彈簧元件。例如可以是扭轉彈簧、彎曲彈簧、空氣彈簧、氣壓彈簧和其它類型。另一優點可以在於，通過兩個彈簧元件的彈簧特性曲線的疊加產生在踏板上能由駕駛員感知的總力矩的變化，該總力矩可以接近傳統離合器系統的總力矩。
在一種實施方式中，彈簧元件，即反饋彈簧元件和/或回位彈簧元件，在它的布置方面這樣選擇，使得總力矩相對於踏板的轉動行程具有累進式變化過程。這例如可以意味著，在操縱踏板並且踏板假定進行均勻的角度運動時，在該行程上，總力矩首先超比例地增大至最大值，例如以指數變化過程增大。根據實施例，總力矩相對於踏板的轉動行程具有這樣的變化過程，該變化過程的圖形對應開口向下的拋物線，其中，總力矩首先增大至最大值並且隨後又以類似的方式減小。這種累進式變化過程的優點可以在於，總力矩的變化過程可以非常接近傳統液壓或機械離合器或者離合器系統的總力矩變化過程，這可以提高操作舒適性或駕駛舒適性。
在本發明的一種實施方式中，反饋彈簧元件布置在殼體中。由此，可以以有利的方式實現節省空間的緊湊結構。此外，反饋彈簧元件通過其在殼體內部的位置更好地被保護以防外部影響，例如汙物。
在一種實施方式中，在踏板的轉軸上可以布置用於尤其通過人員操縱踏板的操縱腿以及回位腿和反饋腿。在此，回位腿貼靠在回位彈簧元件上並且反饋腿貼靠在反饋彈簧元件的第二端部上。這些腿以有利的方式提供這樣的可能性，使得將彈簧元件安裝到對此合適的位置上，從而彈簧元件不必僅在操縱腿上作用。在此，這些腿相互抗扭地布置在踏板上，使得回位力矩和反饋力矩在踏板上疊加並且形成總力矩。各個腿的長度可以這樣布置，使得提供用於各個彈簧元件壓縮所需的力。換言之，選擇足夠大的槓桿臂，以便可以在引入力時壓縮彈簧元件。通過使用所述兩個腿，離合器踏板單元可以特別緊湊且節省空間地構造。此外，這些腿可以布置在殼體中並且與彈簧元件一起被更好地保護，以防損傷和汙物。由此，有利地提高了可靠性和使用壽命。
在一種有利的實施方式中，回位腿和反饋腿沿它們的縱方向從踏板的轉動中心點處徑向延伸地布置在踏板擺動軸線上。換言之，回位腿和反饋腿相互獨立地作用在踏板的轉動中心點上。這可以具有緊湊結構和小的殼體尺寸的優點。在實施例中，操縱腿、回位腿和反饋腿繞踏板擺動軸線呈星狀地布置。在此，回位腿和反饋腿可以是兩個相互分開或者說空間上相互間隔的腿。
在本發明的一種實施方式中，回位彈簧元件在殼體上和/或在踏板上的固定點的和/或回位彈簧元件的第一端部在殼體上的和/或回位彈簧元件的第二端部在踏板上的位置是能改變的。這可以具有這樣的優點，即可以影響在踏板行程上的總力矩變化過程，並且必要時可以依據踏板的角度運動調整確定的、由人員來優選的總力矩變化過程。這可以由此實現，即通過能調節的懸掛機構從殼體外側藉助工具、徒手或還藉助促動器可改變固定點的位置。
在一種實施方式中，反饋彈簧元件具有兩個相互組合的彈簧元件。優點可以在於，由此可以實現離合器踏板單元的提高的安全性，因為，在一個彈簧元件故障時，例如彈簧材料斷裂，第二彈簧元件可以提供回位力矩或反饋力矩。例如，在兩個彈簧元中的一個故障時，在踏板上的對應力矩發生改變並且在維持基本功能的情況下發出一個彈簧元件故障的信號。
在一種實施方式中，彈簧元件是兩個同心布置的螺旋彈簧元件。在此，例如周長較小的螺旋彈簧可以布置在周長較大的第二螺旋彈簧的內部區域中，並且用相應的導向機構加以穩定。這可以允許兩個彈簧元件的節省空間的布置。
在一種實施方式中，反饋彈簧元件的第二端部在操縱最終位置中具有止擋部，從而阻止踏板沿操縱方向超出操縱最終位置運動。這可以具有這樣的優點，使得反饋彈簧元件不會繼續旋轉到不希望的區域中，在該區域上，產生沿踏板操縱方向的力矩。
附圖說明
下面參考附圖詳細描述了本發明的實施例。附圖和說明書都不被視為對本發明的限制。其中：
圖1示出根據本發明的離合器踏板系統的、作為反饋力矩和回位力矩之和的總力矩M變化過程的實施例；
圖2示出根據本發明的、具有靜止位置和操縱最終位置的離合器踏板單元的總力矩變化過程的另一實施例；
圖3A和3B在兩個空間視圖中示出根據本發明的、具有位置傳感器的離合器踏板單元；
圖4示出具有根據本發明的離合器踏板單元，該離合器踏板單元具有打開的、帶有靜止位置中的踏板的殼體；
圖5示出具有根據本發明的離合器踏板單元，該離合器踏板單元具有打開的、帶有操縱位置中的踏板的殼體。
附圖僅是示意性的並且不是遵守比例的。原則上，相同或相似的部件配有相同的附圖標記。
具體實施方式
圖1以簡化曲線圖示出根據本發明離合器踏板單元10的與踏板行程s有關的總力矩M的變化過程的實施例。在圖中，以力矩軸16描繪出在踏板上的、關於水平軸或者說踏板行程軸18的力矩M。反饋彈簧元件的特性曲線20示出，在踏板行程s上，反饋彈簧元件的反饋力矩首先增大並且在最大值之後又減小。與之相反，這裡例如，回位彈簧元件的特性曲線22線性上升。由這兩條特性曲線20、22的疊加產生總力矩的特性曲線12。在考察踏板法向力而非總力矩時，產生類似的特徵。
在圖2中示出根據本發明的離合器踏板單元10的總力矩特性曲線12的另一實施例。與在圖1中一樣，這裡同樣描繪關於踏板行程軸18的力矩軸16。在行程s(min)處的踏板靜止位置中產生總力矩的最小值M(min)。即例如，當不操縱踏板並且踏板位於靜止位置中時，在踏板上有最小力矩M(min)，該力矩將未被操縱的踏板保持在靜止位置中並且可以這樣防止無意的擺動。為此，該踏板具有止擋部，該止擋部防止踏板向回運動超過靜止位置。當操縱該踏板時，所述總力矩12表現為特性曲線示出那樣。總力矩首先到達最大值M(max)並且隨後，在行程點s(max)時到達它的操縱最終位置。這裡，例如可以藉助機械止擋部(參見圖5)或運動限位件來防止踏板繼續運動。在該操縱最終位置中，在踏板上作用有具有量值M(max)的總力矩。在該位置s(max)之後的虛線區域應僅表明當沒有機械止擋部時的總力矩的理論推導。在圖的零點與踏板行程s(max)之間的區域中，該離合器可以首先部分接合或者動力流可以是有作用。最遲在操縱最終位置s(max)時，該離合器是打開的。這裡示出的變化過程在其特徵方面大約對應傳統的離合器系統的變化過程並且產生對於操縱者來說熟悉的反饋特性。
圖3A和圖3B分別示出根據本發明離合器踏板單元10的不同視圖，該離合器踏板單元具有踏板26、踏板26的操縱腿28和閉合的殼體24。在該殼體24的外側上，在踏板擺動軸線30的區域中布置位置傳感器32，該位置傳感器這樣構造，用於獲取踏板26的操縱腿28相對於殼體24的角度位置。該位置傳感器32的接觸部34可以實現將由位置傳感器32產生的電控制信號繼續傳送給後置系統、例如傳送給促動器。
在圖4中示出了根據本發明離合器踏板單元10的側視圖，該離合器踏板單元具有打開的殼體24和處於靜止位置的踏板26。該離合器踏板單元10具有踏板26，該踏板具有操縱腿28、回位腿36和反饋腿38。在該回位腿36與殼體24的壁之間布置回位彈簧元件40，該回位彈簧元件在張緊狀態中，產生向踏板26的靜止位置方向的回位力矩。
通過所述回位彈簧元件產生作用到踏板26上的回位力矩，該回位彈簧元件40可以例如使踏板26穩定在這裡示出的靜止位置中。在殼體24的下部區域中布置反饋彈簧元件42，該反饋彈簧元件以第一端部44能擺動地支撐在殼體24上並且以第二端部46能擺動地貼靠在反饋腿38上。該反饋彈簧元件42具有縱軸線52。此外，為了闡明原理，在第一端部44與踏板擺動軸線30之間示出連接線54。該連接線在這裡與縱軸線52成一角度地傾斜。該反饋彈簧元件42具有外部螺旋彈簧48，該螺旋彈簧在其內部區域中具有同心布置的內部螺旋彈簧50。這兩個螺旋彈簧48、50通過導向系統機械上被穩定並且相互組合，從而兩個彈簧特性曲線並聯地疊加。具有不同彈簧特性曲線的所述兩個螺旋彈簧48、50的並聯例如可以產生這兩個螺旋彈簧48、50的確定的總彈簧特徵。當其中一個螺旋彈簧48、50損壞時，在彈簧力可能改變的情況下可以維持反饋彈簧元件42的基本功能。
在圖5中示出根據本發明離合器踏板單元10的側視圖，該離合器踏板單元具有打開的殼體24和處於操縱最終位置的踏板26。該示出的元件相應圖4中的元件，然而，該踏板26位於它的操縱最終位置中。在此，該回位彈簧元件40通過該回位腿36的按壓被壓縮並且產生經回位腿36作用到該踏板26上的回位力矩。機械止擋部56限制踏板26在操縱最終位置中的偏轉。該反饋彈簧元件42通過關於它在殼體24上的第一端部44的擺動運動目前這樣定向，使得它的縱軸線52基本上平行於或者說它的縱向延伸部直接臨近第一端部44與踏板擺動軸線30之間的連接線54。根據這裡示出的實施例，「基本上」意味著相對於平行位置僅幾度的角度。在該平行位置中，反饋彈簧元件42的彈簧力經反饋腿38大約沿踏板的徑向方向作用到相對於殼體24固定布置的踏板擺動軸線30上，使得該反饋彈簧元件42因此僅產生沿踏板26圓周方向的、較小的力矩。
需補充指出，術語「具有」、「包括」等並不排除其它元件或步驟並且術語「一個」不排除多數。另外應指出，參考上述實施例中的一個所說明的特徵或步驟也可以與其它上述實施例的其它特徵或步驟組合使用。在權利要求中的附圖標記並不視為對保護範圍的限制。