具有固有的安全力反馈的操纵杆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种控制元件，特别是操纵杆，其包括；壳体；围绕转动点可枢转地支 承在壳体中的操作杆；和复位单元，用于提供使操作杆从偏转状态复位到中间状态的复位 转矩。
【背景技术】
[0002] 该种控制元件主要用于对载货车辆、机器、载货车辆的工作性能或工程机械和辅 助设备的控制。本发明意义下的控制元件是指例如供油量调节杆、加速踏板和特别是操纵 杆。该种操纵杆配属于电控制系统。相比于W前的机械控制系统，该种电控制系统不会向 用户给出机械系统的任何反馈。因此公知的是为操纵杆配设力反馈，该种力反馈一般是通 过将电动机的转矩经由传动机构禪合到操纵杆的操作杆上来实现。然而该种结构的缺点在 于；即使在没有工作人员操作的情况下，操纵杆也可能会例如由于力反馈控制器的故障而 偏转离开其空挡位置（Ruhelage，静止位置）。该种故障会导致机器或车辆自动运动，该是 相当危险的。在机动车领域中，该种力反馈技术方案已经公知地用于油口，在此同样必须绝 对确保油口不会由于错误而自动使车辆加速。但是与油口不同的是，操纵杆关于其空挡位 置具有至少两个偏转方向。因此已知的用于油口的技术方案不能转移到操纵杆上。因此， 用于操纵杆的力反馈可W在任何情况下使操纵杆偏转离开中间位置，当发生错误时，如果 操作人员放开操纵杆，操纵杆必须能够继续地自动返回中间位置。另外，即使在力反馈系统 出现错误时，操纵杆应该能够保持继续使用，从而不损害车辆或机器的可用性。
[0003] 例如用于各种模拟器的功能的力反馈在市场上被W广泛使用的价格售出，特别是 用于电脑游戏的操纵杆。从结构上说，力反馈通常通过直接作用于轴上并通过控制技术引 起所要求的触觉反馈的电机来实现转换。但是，由于该种应用不会直接导致对使用者的伤 害，因此系统中的故障在此是可接受的，并且能够容易地进行更换。在借助所谓的有线飞行 系统（Fly-by-Wire-Systemen，飞行控制系统）运行的飞机中，基于在力反馈系统发生故障 时的高安全风险，通常附加地设有带有机械传输的备用控制器。在航空技术中，也将力反馈 称为人工感觉。
[0004] 所有该些已知装置的共同之处在于：它们不能保证消除操纵杆的自主运动或者仅 通过对力反馈系统的电子控制器件的冗余监控就可W非常可靠地避免该种自主运动。但是 力反馈系统的故障不可能被完全排除，并且有可能在操纵杆的自主运动中被察觉。
[0005] 即使能够通过电子设备的冗余监控来防止操纵杆的自主运动，但是当组件失灵时 仍然可能造成操纵杆的功能损失。该又会导致操纵杆在被使用人员放开之后不能自主地返 回其中间位置，中间位置在大多数应用中都是安全的状态。虽然该种情况也可W通过电子 监控设备本身来识别，但是其仍然会极大地限制操纵杆的可用性，并因此限制了被其所控 制的系统的可用性，并对用户的可接受性造成负面影响。
【发明内容】
[0006] 因此本发明的目的是提出一种前述类型的控制元件，该控制元件提供一种触觉的 力反馈，该种力反馈是固有的、安全的。
[0007] 根据本发明的目的通过一种控制元件来实现，该控制元件包括与复位单元有效连 接的执行单元，在此，执行单元被设计用于有限制地调整复位转矩，在此，在下调整边界时， 复位转矩在偏转状态下大于零。复位转矩在所有根据要求将要转到中间状态的偏转状态下 都是正的，从而使得操作杆在被使用人员松开之后能够自动返回中间状态并保持在那里。 由于对于偏转的且已被松开的控制元件来说，始终存在复位转矩并且不存在偏转转矩，因 此只存在朝向操作杆的空挡位置方向的转矩。由此可W有利地确保控制元件表现为类似于 通过弹黃复位的、纯被动的操纵杆。如果根据本发明的控制元件被松开，则其将自动返回空 挡位置。即使在驱动器或电子设备发生故障时，控制元件也不可能自动地离开空挡位置。
[0008] 根据本发明已证实特别有利的是；在上调整边界时，复位转矩小于可由使用人员 施加的、用于使操作杆偏转的偏转转矩。由此可W确保控制元件在驱动器或电子设备发生 故障或失灵时还能够通过使用人员偏转，从而使得本应借助控制元件加W控制的系统能够 被继续使用。优选复位转矩在偏转状态下为O.OOlNm至10.ONm。特别是当操作杆处于最大 偏转时，最大复位转矩为4.ONm或6.ONm。
[0009] 根据本发明，下调整边界或上调整边界或该两个调整边界优选借助于结构性措施 来机械地实现。非常有利的是，不再必须对根据本发明的力反馈系统进行电子监控，甚至在 需要时保持冗余的监控。
[0010] 根据本发明，复位单元具有柔性元件OJachgiebigkeitselement，弹性元件），在 此，将执行单元设计用于调整柔性元件的复位特性。因此，执行单元将受到复位单元的 诉求（Streben)的影响，使操作杆返回中间状态，当然为了不损害操作杆的固有的安全 复位，该只是在调整边界极限内部进行。在上述所定义的调整框架内，执行单元能够将 使用者的各种触觉反馈输送到操作杆中。例如，根据本发明的控制元件能够使特性曲线 个性化，根据运行状态在各种特性曲线形状之间进行切换，并且普遍地将系统状态接入 (Zug如glichmachen)用户的触觉感知。用户不必再视觉地接收该种被接入的信息，该 通常能够减轻用户的负担并使用户能够更好地专注于其首要任务。例如，公知的系统状态 包括操作杆的偏转度，达到系统的负荷极限或者报警。优选将柔性元件设置在操作杆和生 成力反馈的执行机构之间。复位单元可W具有一个或多个柔性元件。
[0011]根据本发明，柔性元件具有压力弹黃或拉力弹黃或气体活塞（Gasko化en)或 磁体。柔性元件特别是指W下器件：盘黃（Spiralfeder)、螺旋扭力弹黃、螺旋弹黃 (Sc虹aubenfeder)、板黃、扭转弹黃、气动弹黃、气压弹黃、弹性体弹黃或磁性相斥部 (magnetischeAbstoPung)。在执行单元与柔性元件之间可W设置用于传输执行单元的调 整距离的传动元件。如果其他的柔性元件与控制元件的其他组件是兼容的，根据本发明当 然也可W考虑该些柔性元件。
[0012] 根据本发明已证实特别有利的是；复位单元具有连杆（Kulisse)和用于探测 (油tastendes，触碰）连杆的探测元件（Tastelement)，在此，将执行单元设计用于根据数 量和/或方向来调整探测元件对连杆的按压力。特别是在操纵杆中，连杆-探测元件组合 是普遍公知的、被经常使用的且已证明是成功的。根据本发明，执行单元与该种已被成功证 明的连杆-探测元件组合有效连接，从而能够将附加的反馈输送到操作杆中，并进一步改 进该种已被成功证明的组合。探测元件具有球形件或漉形件或凸轮。
[0013] 替代地，根据本发明将复位单元设计为具有两个磁体，在此，将执行单元设计用于 根据数量和/或方向来调整在该些磁体之间起作用的磁力，W影响复位单元的复位转矩。
[0014]在根据本发明的另一种可选的实施方式中，复位单元具有线性链，将线性链的一 端固定在壳体上，并将线性链的另一端固定在操作杆上，并且该线性链包括柔性元件，在 此，将执行单元设计用于调整柔性元件的预紧，W影响复位单元的复位转矩。
[0015]根据本发明已证实特别有利的是；将执行单元设计用于提供固有的有限调节距 离。执行单元的该种对于调节距离的结构性限制可W确保；作用于操作杆上的转矩始终是 在任何情况下都在安全的最小值与安全的最大值之间运动的复位转矩，并且操作杆能够自 动地返回空档状态并在其偏转时不受限制。如果没有执行单元的调整，操作杆有可能自动 地运动离开中间状态。
[0016] 替代地或附加地，除了固有的有限调节距离之外，控制元件还具有用于限制执行 单元的调节距离