在車輛操縱元件上進行力模擬的設備，優選踏板力模擬器的制作方法

本發明涉及一種用于在車輛的操縱元件上進行力模擬的設備，優選在踏板力模擬器上，該踏板力模擬器提供關于規定的力-行程特性的觸覺反饋，其中，在殼體中可軸向運動地支承的移動元件與所述操縱元件連接。

背景技術：

在涉及線控離合器原理的離合器系統中，通過電動機操縱離合器，所述電動機在有些情況下由通過駕駛員操縱的離合器踏板來調節。然而，駕駛員應該在接合離合器和分離離合器時在踏板上感覺到相同的力-行程變化過程，如在傳統分離系統中感覺到的那樣。為了操控電動機需要關于踏板或踏板力模擬器的操縱行程的信息。在此，傳統分離系統的主動缸應該被可產生與傳統分離系統相同的、作用到離合器踏板上的力-行程變化過程的構件代替。尤其，在傳統分離系統的液壓主動缸中，在壓力室中測量分離系統的活塞的工作行程。在此，一個靶位于活塞上，并且傳感器位于壓力室外部。因為踏板力模擬器沒有壓力室，所以不可能進行這樣的行程測量。

技術實現要素：

本發明所基于的任務是，說明一種用于在車輛的操縱元件上進行力模擬的設備，在所述操縱元件中生成所述設備的移動元件的可靠行程測量。

根據本發明，該任務通過以下來解決，即存在用于確定移動元件位置的集成式行程測量單元，所述行程測量單元包括定位在殼體內部或在殼體外部固定于殼體上的傳感器，其中，在移動元件上固定了一個與傳感器作用連接的靶。這具有以下優點，即在行程測量單元集成到踏板力模擬器中時需要較少的單個部件并且出現較小的公差鏈。

在一變型方案中，行程測量單元構造為電阻式行程測量單元。這樣的電阻式行程測量單元可特別簡單且成本有利地布置在用于力模擬的設備上并且同時是耐用的，該電阻式行程測量單元因此適用于在車輛中使用。

在一構型方案中，電阻式行程測量單元構造為電位計，其中，在殼體內壁上安裝了構造為電阻元件的傳感器，其中，所述電阻元件在其兩個端部上能與電壓源連接，并且電滑動接觸部作為靶布置在移動元件上，所述電滑動接觸部與電阻元件機械接觸。因為這樣的電位計為分電壓器，所以由電位計輸出的電壓適合作為用于由移動元件走過的行程的特征。

替代地，也可以取代電位計而使用作為具有格雷代碼的增量式行程接收裝置的解決方案。

在一變型方案中，行程測量單元構造為感應式行程測量單元。因為在這樣的感應式行程測量單元情況下取消了在行程測量時的機械接觸，所以該感應式行程測量單元為用于確定移動元件位置的特別不敏感的裝置。

在一擴展方案中，感應式行程測量單元構造為沉入式芯線圈，所述沉入式芯線圈包括線圈和鐵磁芯，所述線圈沿著殼體內壁延伸并且固定在該內壁上，所述鐵磁芯作為靶定位在移動元件的一端側上，其中，線圈借助兩個端部與電壓源連接。這樣的沉入式芯線圈非常耐用并且允許可靠的行程測量。

在一替代方案中，感應式行程測量單元構造為差動變壓器或構造為渦流傳感器。

有利地，差動變壓器的線圈被鑄造到殼體中或由該殼體注塑包封，其中，線圈為了饋給和分析處理而直接在分析處理電子裝置上進行接觸。

在渦流傳感器情況下，導體固定在移動元件上。通過在傳感器中產生的高頻磁場，移動元件在運動時會產生渦流。通過渦流產生的阻抗變化用作移動元件位置的量度。因為在此涉及僅探測傳導材料的非接觸式測量方法，所以該測量方法對于污染是不敏感的并因此能被可靠使用。

在另一替代方案中，行程測量單元構造為靜磁式行程測量單元。該測量方法也非接觸式地工作并因此允許無磨損的行程測量。

在一變型方案中，永磁體作為靶布置在移動元件上，所述永磁體與定位在殼體內壁或外壁上的霍爾傳感器作用連接。因為霍爾傳感器能批量生產，所以在此涉及成本特別有利的構型方案。

在一實施方式中，霍爾傳感器或者在電路板上實施，或者實施為引線框架-ic。

在一構型方案中，傳感器集成到殼體中或固定在位于所述殼體外部上的單獨的測量單元殼體中。如果行程測量單元為單獨的測量單元殼體，所述測量單元殼體固定在用于力模擬的設備的殼體外部上，那么可以借助這些附加傳感器針對用于力模擬的不同設備使用本身存在的標準解決方案，這些設備可以在裝配時被簡單地布置。尤其在附加傳感器中公差鏈被減小，并且在維修服務的情況下能夠簡單地更換靶，在這些附加傳感器情況下靶固定在移動元件上。

在另一實施方式中，霍爾傳感器定位在引線框架組件中，所述引線框架組件集成在殼體上或在測量單元殼體中與傳感器電子裝置共同布置在電路板上。兩個變型方案可以實施為附加傳感器或可以集成到用于力模擬的設備的殼體中。尤其，當霍爾傳感器定位在殼體外壁上并因此作為附加解決方案被使用時，能夠在裝配傳感器時實現簡單操作。

在一變型方案中，行程測量單元構造為光學式或電容式行程測量單元。

在一替代方案中，為了轉換移動元件的直線運動，在該移動元件上布置了作為靶的齒條，根據直線運動實施旋轉運動的一齒輪與所述齒條嚙合，所述旋轉運動通過布置在殼體中或殼體上的非接觸式旋轉傳感器來探測。通過可能的傳動比，在需要時可以在該變型方案中改善傳感器的分辨率和精度。

附圖說明

本發明允許多種實施方式。應該根據在說明書附圖中示出的附圖進一步闡釋這些實施方式中的多個。

附圖示出：

圖1車輛的線控離合器系統的原理圖，

圖2具有電阻式行程測量單元的踏板力模擬器的實施例，

圖3具有感應式行程測量單元的踏板力模擬器的實施例，

圖4具有靜磁式行程測量單元的踏板力模擬器的實施例，

圖5具有渦流傳感器的踏板力模擬器的實施例，

圖6具有渦流傳感器的踏板力模擬器的另外的實施例，

圖7具有光學行程測量單元的踏板力模擬器的實施例，

圖8具有光學行程測量單元的踏板力模擬器的另一實施例，

圖9具有平移-旋轉-行程測量單元的踏板力模擬器的實施例，

圖10具有作為附加傳感器的行程測量單元的根據本發明的踏板力模擬器的實施例，

圖11具有作為附加傳感器的行程測量單元的踏板力模擬器的另一實施例，

具體實施方式

在圖1中示出離合器系統1的原理圖，在該離合器系統中，離合器2通過線控離合器系統(clutch-by-wire-system)來操縱。在這樣的系統中，將要由駕駛員操縱的油門踏板3與踏板力模擬器4連接，在所述踏板力模擬器上布置了傳感器5，所述傳感器將踏板力模擬器4的移動傳送到電動機6的控制單元上。在此，電動機6根據由該傳感器5測量出的行程變化通過例如液壓的路段7操控離合器2。

在圖2中示出一個針對踏板力模擬器4的實施例，該踏板力模擬器為用于在油門踏板3上進行力模擬的設備并且構造有電阻式行程測量單元8。在此，踏板力模擬器4包括殼體9，移動元件10可軸向運動地支承在所述殼體中，并且所述移動元件通過未進一步示出的連接元件與活塞桿11連接。在殼體9中，例如可以是活塞的移動元件10被多個螺旋彈簧12包圍。這些螺旋彈簧12貼靠在殼體底部13上并且在操縱移動元件10時被壓緊或被放松。殼體9在面向螺旋彈簧12的端部上具有凸出部14，電位計安置在所述凸出部中。電位計是電阻元件15，所述電阻元件在殼體9內部的底部槽口16的壁上延伸，并且所述電阻元件的兩個端部17，18從殼體9中被引出并且與未進一步示出的操控和分析處理單元、例如控制器具或本地微控制器連接。在配合到底部槽口16中的移動元件10的端側上固定了電滑動接觸部19，所述電滑動接觸部根據移動元件10的位置而定地機械地接觸到電阻元件15上，由此產生分電壓，并且由控制器具在電阻元件15上截取的電壓被評價為用于移動元件10的位置的量度。

在圖3中示出一替代方案，這里，取代電位計而布置了沉入式芯線圈20。在該感應式測量方法中，線圈21沿著殼體9的底部槽口16的內壁延伸并且借助同樣在殼體9外部的兩個端部22、23與操控和分析處理單元連接。在移動元件10的端側上布置了軸向延伸的鐵磁芯24，所述鐵磁芯在位置改變時沉入線圈21中或從該線圈中被拉回。因為磁場由于鐵磁芯24的沉入會改變，并且線圈21上的電壓因此也改變，所以這里電壓也被分析處理為用于移動單元10的位置的量度。沉入式芯線圈優選差動地被實施，以便補償測量不準確性。

在圖4中示出踏板力模擬器4的靜磁式行程測量單元25。在此，沿軸向方向具有南-北定向并且構造為靶的永磁體26布置在移動元件10的端側上。在移動元件10運動時，永磁體26從霍爾傳感器27旁經過，所述霍爾傳感器探測磁場，并因此探測移動元件的位置，并且將該位置輸出到控制器具上。

在圖5中示出踏板力模擬器4的另一實施例，在該實施例中，行程測量單元構造為渦流傳感器。在移動元件10的端側上，可導電材料28布置為靶，在該靶中，通過由渦流傳感器29產生的高頻磁場來產生渦流，其中，根據與布置在踏板力模擬器4的殼體9的端部上的渦流傳感器29的間距而定地在該渦流傳感器中引起阻抗改變。線圈上的渦流電阻根據靶與渦流傳感器29之間的不同軸向間距而不同，并因此是用于移動元件10的位置的量度。

在圖6中示出的一替代方案中，布置在移動元件10的端側上的永磁體30在踏板力模擬器4的縱向延伸部中楔形地構造。在此，渦流傳感器29布置在殼體9的底部槽口16的縱側面上。在移動元件10移動時，楔形構造的永磁體30與固定安裝的渦流傳感器29的徑向間距會改變，由此，在渦流傳感器29的線圈中也產生阻抗改變，并且由于楔形永磁體30與渦流傳感器29的徑向間距會輸出相應的行程信息。

在圖7和8中，踏板力模擬器4構造有光學行程測量單元。該光學行程測量單元包括發送光學信號并且根據圖7布置在殼體底部13上的發送/接收單元31。定位在移動元件10的端面上的靶構造為將由發送/接收單元31發出的光送回該發送/接收單元的反射器32。發送/接收單元31包括未進一步示出的分析處理電子裝置，所述分析處理電子裝置實施光學信號的傳送時間測量，并且從中推斷出移動元件10的實時位置。

與圖7不同，在圖8中，布置在移動元件10的端側上的反射器33在踏板力模擬器4的軸向延伸部中楔形地構造，其中，發送/接收單元31在殼體9的底部槽口16上在外部位于縱側面上。在該布置中，發送/接收單元31與反射器33之間的徑向間距會改變。由此產生的光學信號傳送時間差被用作用于移動元件10的位置的量度。

在圖9中示出具有測量單元的踏板力模擬器4的實施例，在該實施例中，移動元件10的直線運動被轉換成旋轉運動。在此，在移動元件10的端側上沿軸向方向布置了齒條34，在移動元件10移動時，支承在軸35上的齒輪36通過所述齒條被置于旋轉運動中。該旋轉運動通過根據磁性或感應測量原理工作的非接觸式旋轉傳感器37來探測，其中，齒輪的、在旋轉運動中走過的增量數為用于移動元件10的位置的量度。

在此，在實施例中示出的解決方案不僅可以用作集成在踏板力模擬器4的殼體9中的解決方案，而且也可以用作所謂的附加傳感器，如在圖10和11中以靜磁式行程測量單元25為例示出的那樣的附加傳感器。即使存在這些附加傳感器情況下，永磁體26在任何情況下也布置在移動元件10的端側上。在此，霍爾傳感器27與傳感器電子裝置38共同位于電路板39上，所述霍爾傳感器、傳感器電子裝置和電路板在殼體9外部定位在殼體9上的具有引線框架的傳感器殼體中、該傳感器殼體同時包括向外引出的插頭40。在此，傳感器殼體平行于殼體9的底部槽口16地布置，永磁體26在所述殼體中運動。

在圖11中示出的替代方案中，附加傳感器在殼體9外部布置在踏板力模擬器4的殼體9的殼體底部13上并且包括用于永磁體26的運動腔41。在此，移動元件10的端側穿過踏板力模擬器4的殼體9的殼體底部13向外引出并且使永磁體26在平行于霍爾傳感器27延伸的運動腔41中運動。因此，永磁體26位于踏板力模擬器4的外部并且被螺旋彈簧42預緊，該螺旋彈簧在不存在移動時使移動元件10復位到初始位置中的。運動腔41與霍爾傳感器共同構成單獨的測量單元殼體43，所述測量單元殼體可作為附加傳感器被簡單地裝配。

附圖標記列表

1離合器系統

2離合器

3油門踏板

4踏板力模擬器

5傳感器

6電動機

7液壓路段

8電阻式行程測量單元

9殼體

10移動元件

11活塞桿

12螺旋彈簧

13殼體底部

14凸出部

15電阻元件

16底部槽口

17電阻元件端部

18電阻元件端部

19滑動接觸部

20沉入式芯線圈

21線圈

22線圈端部

23線圈端部

24鐵磁芯

25靜磁式行程測量單元

26永磁體

27霍爾傳感器

28傳導材料

29渦流傳感器

30永磁體

31發送/接收單元

32反射器

33反射器

34齒條

35軸

36齒輪

37旋轉傳感器

38傳感器電子裝置

39電路板

40插頭

41運動腔

42螺旋彈簧

43測量單元殼體