具有累进式力反馈的离合器踏板单元的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的离合器系统。本发明尤其涉及一种用于电操纵的离合器系统的离合器踏板单元。

背景技术：

在现代车辆中，越来越多地使用电控离合器系统来取代当前的液压离合器系统或机械离合器系统。这意味着，例如在发动机与变速器之间的动力流不是通过液压系统来接合或偏转，而是例如可以使用用于离合器操纵的电运行的促动器。

这在燃料消耗方面或在驾驶舒适性方面可以具有优点，因为离合器可以通过人员、例如由车辆的驾驶员可控地被操纵并且例如可以按照被操纵的踏板的当前位置来执行接合过程。这些位置信息例如可以通过位置传感器来提供，位置传感器安装在踏板上，并且借助合适的、且在现有技术中公开的测量方法获取踏板例如相对于壳体的位置，并且该位置可以作为电信号供促动器的控制器使用。公开的方法例如是霍尔传感器或基于电位计的系统。

文献EP 2 253 861 A2公开了这样一种也被称为“线控离合器”的电控离合器系统。

技术实现要素：

本发明出于如下认知，即在传统的离合器系统中，车辆的驾驶员在操纵离合器踏板时通常例如在脚上感知到反作用力或反作用力矩，因为踏板例如通过弹簧机构自动地被压回到其初始位置或静止位置中。

然而，通过机械或液压离合器原理，由于力学或由于通过液压液体引起的效果，在传统离合器系统中产生一定的、与踏板偏转相关的踏板力矩或踏板力反馈特征。换言之，往往在踏板偏转时产生累进式的、非线性的反馈力矩，对于传统的车辆离合器，该反馈力矩的特征可以被许多人视为典型的或通常的情况。这里，“累进式”在踏板线性偏转情况下应被理解为最初相比于线性变化而言力矩超比例地(überproportional)增大，该力矩随后以相比于线性变化而言较小的增大而达到最大值。

本发明的实施方式可以有利地实现由传统的离合器系统已知或熟悉的反馈特性，而没有与离合器踏板单元的位置传感器的不利的相互作用，这可以改善离合器踏板单元的操作舒适性。通过与传动的系统相比减少机械部件还可以减小摩擦和磨损。

后面说明的本发明出于如下考虑。电操纵的离合器系统，即所谓的电控离合器系统(e-Clutch-System)或线控离合器系统(Clutch-by-wire-System)，尤其对于操纵方面，基于原则上不同于传统离合器系统的其它技术原理。因此，电控离合器系统通常具有用于控制离合器系统的位置传感器。通过取消传统的液压操纵机构或机械操纵机构并且通过电传感器和电促动器转换成间接的离合器操纵(线控离合器)，通常也取消了典型的、对于车辆驾驶员已知且熟悉的、离合器踏板单元上的反馈特性。为了向驾驶员提供更高的操作舒适性，希望，在使用电操纵的离合器系统时，也尽可能好地模拟驾驶员熟悉的、离合器踏板单元的累进式反馈。在此，应使在获取踏板当前位置或当前偏转的位置传感器与反馈机构之间的相互作用最小化，以便例如不使测量值失真。

因此，提出一种用于车辆电操纵离合器系统的离合器踏板单元，该离合器踏板单元具有壳体以及踏板，该踏板在静止位置与操纵最终位置之间绕踏板摆动轴线能摆动地被安装在壳体上。操纵最终位置可以这样理解，使得踏板基本上位于可能的偏转路程的端部上，即踏板在通常表述中被称为“踩到底”。在此，离合器可以具有基本上完全打开的状态或者位于它的最终位置中。离合器踏板单元还具有位置传感器，该位置传感器构造用于，依据踏板相对于壳体的角度位置来产生电控制信号。例如，这可以是例如安装在壳体上且通过电接触来提供电控制信号的电位计或霍尔传感器，该电控制信号可以传递给其它控制系统和促动器，用以后续处理。

离合器踏板单元还具有反馈弹簧元件，该反馈弹簧元件这样用来产生向踏板静止位置方向作用到踏板上的反馈力矩。换言之，该反馈力矩至少部分相应于在离合器踏板单元上的、车辆驾驶员感知的反作用压力。该反馈弹簧元件以第一端部能摆动地支撑在壳体上，并且以第二端部能摆动地在踏板摆动轴线之外布置在踏板上，使得在操纵踏板时，第二端部通过反馈弹簧元件的压缩朝第一端部运动，并且在此，反馈弹簧元件实施绕它在壳体上的第一端部的摆动运动。换言之，在操纵踏板处于摆动运动时，反馈弹簧元件被挤压或压缩。同时，由于踏板转动和第一端部能摆动地固定在壳体上，通过反馈弹簧元件第二端部的弧形运动实现沿踏板摆动轴线方向的翻转运动或摆动运动。

反馈弹簧元件这样实施并且它的第一和第二端部这样布置，使得在操纵最终位置中，反馈弹簧元件的纵轴线几乎与在第一端部与踏板摆动轴线之间的连接线平行。在此，离合器踏板单元可以这样构成，即在操纵最终位置中，反馈弹簧元件的纵轴线和在第一端部与踏板摆动轴线之间的连接线仍未达到平行位置。在此，反馈弹簧元件的纵轴线穿过反馈弹簧元件的第一和第二端部来延伸。换言之，这里充分利用这样的效果，使得在踏板继续偏转时，由压缩的反馈弹簧元件发出的力逐渐增大地朝向踏板在踏板摆动轴线上的转动中心点方向作用。

因此，在这种情况下，而踏板的静止位置方向作用越来越小的反馈力矩，车辆驾驶员在不存在其它回位机构的情况下也会感受到越来越小的反压力。结果，产生相对于踏板偏转首先增大的反馈力矩，该力矩在踏板继续偏转时则又减小直至操作最终位置。可以给出这样的实施方式，在该实施方式中，无法到达并且因而也无法超过也被称作死点的、刚好平行的位置。

这是因为，通过应用转矩关系M＝R x F(M为转矩，R为杠杆臂，F为弹簧力)，在操纵最终位置中，杠杆臂为零或至少大约为零，并且由此，转矩或者反馈力矩同样为零。相反，在静止位置中，反馈弹簧元件的弹簧力为零或大约为零，使得在静止位置中，反馈力矩也为零或几乎为零。离合器踏板单元可以这样构成，使得该离合器踏板单元即使在操纵最终位置中，也无法到达并且因而也无法超过也被视作死点的交叉点布置。

术语“几乎”与表述“几乎平行”相关地在这里应描述一个角度范围，在该范围中，反馈力矩相对它之前的最大值明显减小或在完全平行位置中甚至为零，从而实现了非线性的反馈特性。“几乎平行”的位置可以是反馈弹簧元件纵轴线和所述连接线的平行位置周围例如正/负10度的角度范围。在一个实施例中，该角度范围描述正/负5度的平行位置。在另一实施例中，该角度范围是正/负3度的平行位置。

在具有反馈弹簧元件的已知解决方案中，弹簧元件通常用于，通过使用反馈弹簧元件的弹簧力附加产生向操纵最终位置方向的力矩，在操纵离合器系统时来支持驾驶员或操作者。这种反馈弹簧元件在操纵踏板时首先超过死点。在此，死点可以视为反馈弹簧元件的纵轴线和上述连接线的平行位置。与之相反，这里无法到达并且因此也无法超过死点，并且因此，死点在它的工作原理上有根本区别。

在此，壳体可以完全闭合地或部分打开地实施，并且反馈弹簧元件可以被容纳在壳体内部。这可以实现紧凑且节省空间的结构。

踏板可以理解为杠杆机构，该杠杆机构允许，通过例如用脚操作，产生足够的力矩用于踏板运动并且用于产生相应的调节量或控制量。反馈弹簧元件可以具有带有不同弹簧特性曲线的不同类型弹性弹簧元件。属于此的例如可以有扭转弹簧、弯曲弹簧、空气弹簧、气压弹簧和其它类型。

在一种实施方式中，在操纵最终位置中，纵轴线与连接线之间的角度相对于第一端部为负0.1度至负10度(-0.1°……-10°)，意即，该角度在-0.1°与-10°之间的范围内。在另一实施例中，该角度为负0.1度至负5度(-0.1°……-5°)。在另一实施例中，该角度为负0.1度至负3度(范围，在其中该角度为-0.1°至-3°之间的范围)。换言之，踏板在以“负号”标示的负角度情况下没有这样大程度地偏转或摆动，使得到达纵轴线与连接线的平行位置，而是，当踏板从静止位置沿操纵最终位置方向运动时，操纵最终位置和可能的踏板最终位置在到达平行位(死点位)之前位于例如负0.1度至负10度的范围内。这可以具有这样的优点，即在操纵最终位置中，留有小的、作用到踏板上的、用于将踏板引导回到静止位置上的回位力矩。在实施例中，踏板偏转通过止挡部或挡块被限制，使得踏板超出操纵最终位置的继续运动是不可能的。这可以用于提高离合器踏板单元的安全性。

在一种实施方式中，离合器踏板单元还具有回位弹簧元件，该回位弹簧元件支撑在壳体上并且在压缩状态中将回位力矩向静止位置方向施加到踏板上。在此，回位力矩和反馈力矩叠加成踏板的总力矩。回位弹簧元件同样可以具有不同类型的、带有不同弹簧特性曲线的弹性弹簧元件。例如可以是扭转弹簧、弯曲弹簧、空气弹簧、气压弹簧和其它类型。另一优点可以在于，通过两个弹簧元件的弹簧特性曲线的叠加产生在踏板上能由驾驶员感知的总力矩的变化，该总力矩可以接近传统离合器系统的总力矩。

在一种实施方式中，弹簧元件，即反馈弹簧元件和/或回位弹簧元件，在它的布置方面这样选择，使得总力矩相对于踏板的转动行程具有累进式变化过程。这例如可以意味着，在操纵踏板并且踏板假定进行均匀的角度运动时，在该行程上，总力矩首先超比例地增大至最大值，例如以指数变化过程增大。根据实施例，总力矩相对于踏板的转动行程具有这样的变化过程，该变化过程的图形对应开口向下的抛物线，其中，总力矩首先增大至最大值并且随后又以类似的方式减小。这种累进式变化过程的优点可以在于，总力矩的变化过程可以非常接近传统液压或机械离合器或者离合器系统的总力矩变化过程，这可以提高操作舒适性或驾驶舒适性。

在本发明的一种实施方式中，反馈弹簧元件布置在壳体中。由此，可以以有利的方式实现节省空间的紧凑结构。此外，反馈弹簧元件通过其在壳体内部的位置更好地被保护以防外部影响，例如污物。

在一种实施方式中，在踏板的转轴上可以布置用于尤其通过人员操纵踏板的操纵腿以及回位腿和反馈腿。在此，回位腿贴靠在回位弹簧元件上并且反馈腿贴靠在反馈弹簧元件的第二端部上。这些腿以有利的方式提供这样的可能性，使得将弹簧元件安装到对此合适的位置上，从而弹簧元件不必仅在操纵腿上作用。在此，这些腿相互抗扭地布置在踏板上，使得回位力矩和反馈力矩在踏板上叠加并且形成总力矩。各个腿的长度可以这样布置，使得提供用于各个弹簧元件压缩所需的力。换言之，选择足够大的杠杆臂，以便可以在引入力时压缩弹簧元件。通过使用所述两个腿，离合器踏板单元可以特别紧凑且节省空间地构造。此外，这些腿可以布置在壳体中并且与弹簧元件一起被更好地保护，以防损伤和污物。由此，有利地提高了可靠性和使用寿命。

在一种有利的实施方式中，回位腿和反馈腿沿它们的纵方向从踏板的转动中心点处径向延伸地布置在踏板摆动轴线上。换言之，回位腿和反馈腿相互独立地作用在踏板的转动中心点上。这可以具有紧凑结构和小的壳体尺寸的优点。在实施例中，操纵腿、回位腿和反馈腿绕踏板摆动轴线呈星状地布置。在此，回位腿和反馈腿可以是两个相互分开或者说空间上相互间隔的腿。

在本发明的一种实施方式中，回位弹簧元件在壳体上和/或在踏板上的固定点的和/或回位弹簧元件的第一端部在壳体上的和/或回位弹簧元件的第二端部在踏板上的位置是能改变的。这可以具有这样的优点，即可以影响在踏板行程上的总力矩变化过程，并且必要时可以依据踏板的角度运动调整确定的、由人员来优选的总力矩变化过程。这可以由此实现，即通过能调节的悬挂机构从壳体外侧借助工具、徒手或还借助促动器可改变固定点的位置。

在一种实施方式中，反馈弹簧元件具有两个相互组合的弹簧元件。优点可以在于，由此可以实现离合器踏板单元的提高的安全性，因为，在一个弹簧元件故障时，例如弹簧材料断裂，第二弹簧元件可以提供回位力矩或反馈力矩。例如，在两个弹簧元中的一个故障时，在踏板上的对应力矩发生改变并且在维持基本功能的情况下发出一个弹簧元件故障的信号。

在一种实施方式中，弹簧元件是两个同心布置的螺旋弹簧元件。在此，例如周长较小的螺旋弹簧可以布置在周长较大的第二螺旋弹簧的内部区域中，并且用相应的导向机构加以稳定。这可以允许两个弹簧元件的节省空间的布置。

在一种实施方式中，反馈弹簧元件的第二端部在操纵最终位置中具有止挡部，从而阻止踏板沿操纵方向超出操纵最终位置运动。这可以具有这样的优点，使得反馈弹簧元件不会继续旋转到不希望的区域中，在该区域上，产生沿踏板操纵方向的力矩。

附图说明

下面参考附图详细描述了本发明的实施例。附图和说明书都不被视为对本发明的限制。其中：

图1示出根据本发明的离合器踏板系统的、作为反馈力矩和回位力矩之和的总力矩M变化过程的实施例；

图2示出根据本发明的、具有静止位置和操纵最终位置的离合器踏板单元的总力矩变化过程的另一实施例；

图3A和3B在两个空间视图中示出根据本发明的、具有位置传感器的离合器踏板单元；

图4示出具有根据本发明的离合器踏板单元，该离合器踏板单元具有打开的、带有静止位置中的踏板的壳体；

图5示出具有根据本发明的离合器踏板单元，该离合器踏板单元具有打开的、带有操纵位置中的踏板的壳体。

附图仅是示意性的并且不是遵守比例的。原则上，相同或相似的部件配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以简化曲线图示出根据本发明离合器踏板单元10的与踏板行程s有关的总力矩M的变化过程的实施例。在图中，以力矩轴16描绘出在踏板上的、关于水平轴或者说踏板行程轴18的力矩M。反馈弹簧元件的特性曲线20示出，在踏板行程s上，反馈弹簧元件的反馈力矩首先增大并且在最大值之后又减小。与之相反，这里例如，回位弹簧元件的特性曲线22线性上升。由这两条特性曲线20、22的叠加产生总力矩的特性曲线12。在考察踏板法向力而非总力矩时，产生类似的特征。

在图2中示出根据本发明的离合器踏板单元10的总力矩特性曲线12的另一实施例。与在图1中一样，这里同样描绘关于踏板行程轴18的力矩轴16。在行程s(min)处的踏板静止位置中产生总力矩的最小值M(min)。即例如，当不操纵踏板并且踏板位于静止位置中时，在踏板上有最小力矩M(min)，该力矩将未被操纵的踏板保持在静止位置中并且可以这样防止无意的摆动。为此，该踏板具有止挡部，该止挡部防止踏板向回运动超过静止位置。当操纵该踏板时，所述总力矩12表现为特性曲线示出那样。总力矩首先到达最大值M(max)并且随后，在行程点s(max)时到达它的操纵最终位置。这里，例如可以借助机械止挡部(参见图5)或运动限位件来防止踏板继续运动。在该操纵最终位置中，在踏板上作用有具有量值M(max)的总力矩。在该位置s(max)之后的虚线区域应仅表明当没有机械止挡部时的总力矩的理论推导。在图的零点与踏板行程s(max)之间的区域中，该离合器可以首先部分接合或者动力流可以是有作用。最迟在操纵最终位置s(max)时，该离合器是打开的。这里示出的变化过程在其特征方面大约对应传统的离合器系统的变化过程并且产生对于操纵者来说熟悉的反馈特性。

图3A和图3B分别示出根据本发明离合器踏板单元10的不同视图，该离合器踏板单元具有踏板26、踏板26的操纵腿28和闭合的壳体24。在该壳体24的外侧上，在踏板摆动轴线30的区域中布置位置传感器32，该位置传感器这样构造，用于获取踏板26的操纵腿28相对于壳体24的角度位置。该位置传感器32的接触部34可以实现将由位置传感器32产生的电控制信号继续传送给后置系统、例如传送给促动器。

在图4中示出了根据本发明离合器踏板单元10的侧视图，该离合器踏板单元具有打开的壳体24和处于静止位置的踏板26。该离合器踏板单元10具有踏板26，该踏板具有操纵腿28、回位腿36和反馈腿38。在该回位腿36与壳体24的壁之间布置回位弹簧元件40，该回位弹簧元件在张紧状态中，产生向踏板26的静止位置方向的回位力矩。

通过所述回位弹簧元件产生作用到踏板26上的回位力矩，该回位弹簧元件40可以例如使踏板26稳定在这里示出的静止位置中。在壳体24的下部区域中布置反馈弹簧元件42，该反馈弹簧元件以第一端部44能摆动地支撑在壳体24上并且以第二端部46能摆动地贴靠在反馈腿38上。该反馈弹簧元件42具有纵轴线52。此外，为了阐明原理，在第一端部44与踏板摆动轴线30之间示出连接线54。该连接线在这里与纵轴线52成一角度地倾斜。该反馈弹簧元件42具有外部螺旋弹簧48，该螺旋弹簧在其内部区域中具有同心布置的内部螺旋弹簧50。这两个螺旋弹簧48、50通过导向系统机械上被稳定并且相互组合，从而两个弹簧特性曲线并联地叠加。具有不同弹簧特性曲线的所述两个螺旋弹簧48、50的并联例如可以产生这两个螺旋弹簧48、50的确定的总弹簧特征。当其中一个螺旋弹簧48、50损坏时，在弹簧力可能改变的情况下可以维持反馈弹簧元件42的基本功能。

在图5中示出根据本发明离合器踏板单元10的侧视图，该离合器踏板单元具有打开的壳体24和处于操纵最终位置的踏板26。该示出的元件相应图4中的元件，然而，该踏板26位于它的操纵最终位置中。在此，该回位弹簧元件40通过该回位腿36的按压被压缩并且产生经回位腿36作用到该踏板26上的回位力矩。机械止挡部56限制踏板26在操纵最终位置中的偏转。该反馈弹簧元件42通过关于它在壳体24上的第一端部44的摆动运动目前这样定向，使得它的纵轴线52基本上平行于或者说它的纵向延伸部直接临近第一端部44与踏板摆动轴线30之间的连接线54。根据这里示出的实施例，“基本上”意味着相对于平行位置仅几度的角度。在该平行位置中，反馈弹簧元件42的弹簧力经反馈腿38大约沿踏板的径向方向作用到相对于壳体24固定布置的踏板摆动轴线30上，使得该反馈弹簧元件42因此仅产生沿踏板26圆周方向的、较小的力矩。

需补充指出，术语“具有”、“包括”等并不排除其它元件或步骤并且术语“一个”不排除多数。另外应指出，参考上述实施例中的一个所说明的特征或步骤也可以与其它上述实施例的其它特征或步骤组合使用。在权利要求中的附图标记并不视为对保护范围的限制。