具有外部反饋彈簧元件的離合器踏板單元的制作方法

本發明涉及一種用于機動車的離合器系統。本發明尤其涉及一種用于電操縱的離合器系統的離合器踏板單元。

背景技術：

在現代機動車中，越來越多地使用電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：并不通過液壓系統來耦合或脫耦力流(例如發動機與變速器之間的力流)，而是例如可以使用電驅動的促動器來操縱離合器。

這在燃料消耗方面或在駕駛舒適性方面可以是有利的，因為所述離合器可以通過人、例如機動車的駕駛員以可控的方式來操縱并且例如可以根據被操縱的踏板的當前位置來實施耦合過程。這些位置信息例如可以通過位置傳感器來提供，該位置傳感器安裝在踏板上并且借助合適的且在現有技術中公知的測量方法獲知踏板的例如相對于殼體的位置并且可將所述位置作為電信號供促動器的控制器使用。已知的方法例如是霍爾發送器或基于電位器的系統。

由EP 2 253 861 A2公知這樣的電離合器系統，其也被稱為“線控離合器”。

技術實現要素：

本發明從下述認知出發，即，在傳統的離合器系統中，機動車的駕駛員在操縱離合器踏板時典型地例如在腳上感知到反作用力或反作用力矩，這是因為踏板例如通過彈簧機構被自動地壓回到其初始位置或靜止位置中。

然而通過機械離合器原理或液壓離合器原理，在傳統的離合器系統中由于機械作用和/或由于通過液壓液引起的效果而得到踏板力矩或踏板力的取決于踏板偏轉的、確定的反饋特征。換而言之，經常在踏板偏轉時得到累進的(progressive)、非線性的反饋力矩，對于常規的或傳統的機動車離合器來說，所述反饋力矩的特征可以被許多機動車駕駛員視為是典型的或習慣的。

本發明的實施方式可以有利地在不與離合器踏板單元的位置傳感器發生不利相互作用的情況下實現由傳統的離合器系統已知或熟知的離合器特性，這尤其可以改善操作舒適性。通過很大程度上取消傳統離合器系統的機械部件(例如牽引索或液壓管路)，還可以減小摩擦和磨損。此外，使得能在不必(例如在殼體中)實施結構上的顯著改變的情況下對已有的離合器踏板單元進行改裝。

此外，下面描述的發明尤其出于下述考慮。電操縱的離合器系統，也就是所謂的電離合器系統(e-Clutch-System)或線控離合器系統(Clutch-by-wire-System)，尤其在操縱方面以原則上不同于傳統離合器系統的其他技術原理為基礎。因此，電離合器系統通常具有用于控制離合器系統的位置傳感器。由于取消傳統的液壓操縱機構或機械操縱機構并且轉換成通過電傳感器和電促動器進行間接的離合器操縱(線控離合器)，所以對于機動車駕駛員已知且熟知的、離合器踏板單元上的典型反饋特性大多也取消。更確切地說，由于當前的構造而出現經常呈線性的反饋特性。為了向駕駛員提供更高的操作舒適性，期望的是，在使用電操縱的離合器系統時盡可能好地模擬離合器踏板單元的為駕駛員熟知的累進反饋。在這里，“累進”應被理解為在踏板線性偏轉的情況下在開始時力矩與線性變化相比超比例地(überproportional)上升，該力矩隨后以與線性變化相比較小的增加達到最大值。

在此，應使對踏板的當前位置或當前偏轉進行感測的位置傳感器與反饋機構之間的相互作用最小化，以便例如測量值不失真。此外，在特定的情況下可能需要的是，對已裝入的、用于電操縱離合器系統的離合器踏板單元在事后這樣進行改變，使得能以可接受的成本耗費和工作耗費產生傳統的、已知的反饋特性。

發明優點

因此，提出了一種用于機動車的電操縱的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，該踏板以能在靜止位置與操縱終點位置之間關于踏板擺動軸線擺動的方式安裝在殼體中，并且該踏板具有操縱腿，該操縱腿例如還可以從殼體中伸出。在此，殼體例如可以布置在機動車的腳部空間中并且針對外部影響例如污物或機械影響保護離合器踏板單元的機械機構和內部。操縱終點位置可以如此理解，即，踏板基本上位于可能的偏轉位移的終點處，也就是說踏板在常用語言表述中被描述為“踩到底”。在此，離合器可以具有基本上完全打開的狀態或者說位于其終點位置上。

所述踏板的操縱腿可以是例如15cm至30cm長的腿，該腿設計用于以腳部來操縱。在此，“靜止位置”可以理解為在踏板未被操縱的狀態中的初始位置，該未被操縱的狀態可以相應于離合器的耦合狀態。而相對地，操縱終點位置相應于離合器的脫耦狀態，在該脫耦狀態中，例如變速器與發動機之間的力流中斷。在此，例如通過操縱者腳部的力，可以將踏板的操縱腿保持在操縱終點位置中。“踏板擺動軸線”可以理解為下述擺動軸線或轉動軸線，踏板繞其擺動或轉動并且其例如可以橫向于踏板的操縱方向延伸。踏板的擺動軸線例如可以延伸穿過殼體。

所述離合器踏板單元還具有位置傳感器，該位置傳感器構型用于根據踏板相對于殼體的角度位置生成電控制信號。換而言之，該位置傳感器對操縱的程度或踏板相對于殼體的擺動進行探測，并且例如可以將離合器偏轉的程度通過相應的電控制參數傳遞給后置的控制單元或用于機械操縱離合器的促動器。

所述離合器踏板單元還具有長形的反饋彈簧元件，其實施成用于生成作用到踏板上的、朝踏板的靜止位置方向的反饋力矩。這意味著，例如在操縱者的腳上可以感知反作用力或反作用力矩，所述反作用力矩使踏板的操縱腿朝其靜止位置的方向返回。反饋彈簧元件的第一端部在殼體之外以能擺動的方式支撐在踏板操縱腿上，并且反饋彈簧元件的第二端部以能擺動的方式支撐在殼體的外側上，從而在踏板從靜止位置運動到操縱終點位置時，反饋彈簧元件沿著其縱軸線被壓縮并且在此實施繞其在殼體上的第二端部的擺動運動。在此，所述縱軸線延伸穿過反饋彈簧元件的第一和第二端部。在此，反饋彈簧元件也可以相對于其在操縱腿上的第一端部擺動。

在此，以能擺動的方式安裝例如可以通過鉸接、合適的接收機構或類似的在現有技術中已知的解決方案來實現。在此，以能擺動的方式安裝以下述方式來實現，即，反饋彈簧元件的擺動在踏板的靜止位置與操縱終點位置之間的整個踏板位移范圍內得到支持。操縱腿上的和殼體上的端部的位置以下述方式來選擇，即，在踏板的操縱終點位置中，反饋彈簧元件的縱軸線緊鄰踏板擺動軸線。在此，離合器踏板單元可以以下述方式來構造，即，在操縱終點位置中反饋彈簧元件的縱軸線仍未與踏板擺動軸線相交，也就是說仍未超過反饋彈簧元件的死點。“緊鄰踏板擺動軸線”可以理解為與上述的交點位置有很小的偏差，在該偏差的情況下，僅生成最小的且對于操縱者來說幾乎感知不到的反饋力矩或者說踏板力矩。這例如可以意味著：“緊鄰踏板擺動軸線”意味著，在該區域中，反饋彈簧元件生成小于最大反饋力矩的10％的反饋力矩。根據另一示例，該值為最大反饋力矩的5％。

在此，術語“緊鄰”可以意味著，從反饋彈簧元件的第一端部出發，與縱軸線的交點位置的最大偏差為負5度。在另外的示例中，從反饋彈簧元件的第一端部出發，相對于縱軸線與踏板擺動軸線的交點位置的偏差為正/負10度。

在一種實施方式中，在操縱終點位置中，縱軸線和“反饋彈簧元件的第一端部與踏板擺動軸線之間的連接線”之間的角度在從負0.1度至負10度(-0.1°......-10°)的范圍內，其中，所述角度從反饋彈簧元件的第一端部出發。

在經常也被稱為死點的位置中，反饋彈簧元件的縱軸線與踏板擺動軸線相交，在所述位置中，反饋彈簧元件不向踏板上施加任何反饋力矩，這是因為反饋彈簧元件的復位力直接作用到位置固定的踏板擺動軸線上并從而不產生轉矩。其原因在于，在應用轉矩關系式M＝R×F的情況下(M為轉矩，R為杠桿臂，F為彈簧力)，在上述位置中，杠桿臂為零，由此轉矩同樣為零。離合器踏板單元可以以下述方式構造，即，其沒有到并從而也沒有超過也被稱為死點的交點布置處，即使在操縱終點位置中也是如此。

在一種實施方式中，反饋彈簧元件以能松開的方式安裝在踏板上和/或殼體上。這可以具有下述優點，即，已安裝的反饋彈簧元件由于其在外部位于殼體上或踏板上而可以又被移除。例如可以以這種方式實現的是，可以使用并且可以根據用戶期望來安裝具有不同特性曲線的反饋彈簧元件。反過來，根據一種示例也可以實現的是，將反饋彈簧元件事后安裝到離合器踏板單元上，這尤其通過反饋彈簧元件定位在殼體之外而可以實現。在此，例如可以在踏板上安裝固定裝置，該固定裝置以能擺動的方式接收反饋彈簧元件的第一端部，以及在已安裝的殼體的外側上設置合適的固定或接收。“能松開”可以理解為所有以下用于固定的解決方式：所述方式允許用可接受的耗費將反饋彈簧元件以可逆方式安裝或再松開。

在一種實施方式中，離合器踏板單元還具有復位彈簧元件，該復位彈簧元件產生朝踏板的靜止位置方向的復位力矩。在此，復位力矩和反饋力矩疊加成踏板的總力矩。換而言之，與反饋彈簧元件無關地設置有另外的彈簧元件，其例如布置在殼體中并且設置用于使踏板復位和運動回到靜止位置中。在一種示例中，復位彈簧元件可以由多個彈簧的組合構成，這些彈簧并聯地或串聯地相互耦合。復位彈簧元件與反饋彈簧元件的組合有利地可以影響總力矩關于踏板擺動位移的特征或變化，從而在對彈簧元件進行符合目的的選擇和確定尺寸的情況下，可以確定期望的總力矩特征并從而可確定離合器踏板單元的反饋特性。

在一種實施方式中，反饋彈簧元件具有非線性的和/或累進的彈簧特性曲線。這意味著，在踏板線性變化地偏轉時，反饋力矩累進地、即例如相對于踏板偏轉超比例地上升或根據另外的示例呈指數上升。這也可以意味著，反饋力矩的上升率隨著踏板偏轉而改變，因此可以實現反饋力矩的很個體化的變化。在一種示例中，反饋彈簧元件的彈簧特性曲線以下述方式構型，即，其相當于傳統離合器系統的彈簧特性曲線的特征。根據一種示例，在到達最大值之后，反饋力矩在踏板繼續擺動的情況下又降低。

在一種實施方式中，反饋彈簧元件具有引導柱，具有不同彈簧常數的兩個串聯耦合的螺旋彈簧以相互同軸的方式繞該引導柱的周邊來布置，以及以能在反饋彈簧元件的縱向上運動的方式布置在該引導柱上。在此，引導柱例如是柱形地成形的銷或類似物，其外圓周小于螺旋彈簧的內圓周，從而引導柱可以布置在螺旋彈簧的內部區域中。除了柱形形狀之外，也可設想其他有角的或另外的橫截面形狀，所述橫截面形狀允許螺旋彈簧的縱向運動和壓縮。其優點可以在于，可以節省位置地實施對螺旋彈簧的穩定引導。

在一種實施方式中，第一和第二螺旋彈簧通過環耦合，該環同軸地且以能在反饋彈簧元件的縱向上運動的方式布置在引導柱上。環在這里可以具有下述優點：可以實現兩個螺旋彈簧的沿縱向的、在機械上穩定的相互耦合，并且同時使得能實現在引導柱上的縱向運動或移動。此外，必要時可以補償兩個螺旋彈簧的大小差別或形狀差別，用以更好的耦合。

在一種實施方式中，反饋彈簧元件的引導柱沿縱向或者說沿縱軸線的方向具有用于所述環的止擋部，該止擋部以下述方式來構型和布置，即，在壓縮反饋彈簧元件時在具有較小彈簧常數的螺旋彈簧達到限定的壓縮的情況下，阻止環的進一步軸向運動或者說環沿縱向的進一步運動，并從而阻止具有較小彈簧常數的螺旋彈簧被進一步壓縮。換言之，止擋部可以確定較弱螺旋彈簧的最大壓縮，從而在反饋彈簧元件被進一步壓縮時僅對具有較大彈簧常數的螺旋彈簧進行壓縮。這可以具有下述優點，即，在僅對具有較大彈簧常數的另一螺旋彈簧進行壓縮之前，具有較小彈簧常數的螺旋彈簧不必被置于達到最大壓縮。此外，可以以這種方式影響反饋彈簧元件的彈簧特性曲線。

在本發明的一種實施方式中，止擋部的位置在縱向上或者說在反饋彈簧元件的引導柱的縱軸線的方向上是能調整的。換而言之，可以通過機械解決方案使止擋部在引導柱的受限長度上移動或固定在那里，并且可選地還可以再松開。以這種方式有利地可以影響反饋特征或者說反饋彈簧元件的特性曲線。

在一種實施方式中，踏板能以其操縱腿從靜止位置擺動超過操縱終點位置。這意味著，產生朝操縱方向起作用的力矩，其例如抵抗復位彈簧元件的復位力矩并從而例如可產生減小的總力矩。但是在此可以對超過死點進行強限制，使得反饋彈簧元件的縱軸線在操縱終點位置中還緊鄰踏板擺動軸線。

根據一種實施方式，復位彈簧元件具有兩個并聯連接的、相互同軸地布置的螺旋彈簧，這兩個螺旋彈簧具有不同彈簧常數。出于可靠性原因，這樣的組合可以是有利的，這是因為在一個彈簧失靈、例如斷裂時，對應的另一個彈簧還可以產生復位力矩并從而可以使踏板運動回到靜止位置中，盡管該復位力矩較小。

在一種實施方式中，在踏板的踏板擺動軸線上布置有貼靠在復位彈簧元件上的復位腿。這可以允許操縱功能和復位功能的更好的空間布置。在一種實施方式中，操縱腿和復位腿在它們各自的縱向上從踏板擺動軸線徑向延伸地布置。也就是說，操縱腿和復位腿是兩個不同的、分別從踏板擺動軸線突出的腿。這可以具有下述優點，即，復位彈簧元件可以布置在踏板擺動軸線附近，這可以允許更緊湊的結構形式。由此可以將這樣的復位彈簧元件布置在離合器踏板單元的殼體中或單獨的殼體中，這可以針對環境影響或污物提供更好的保護，由此可以實現更長的使用壽命。

附圖說明

在后面參考附圖詳細描述本發明的實施例。附圖和說明書都不應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總力矩M的變化的示例，該總力矩M是反饋力矩和復位力矩之和；

圖2示出根據本發明的離合器踏板單元的總力矩的變化的示例，該離合器踏板單元具有靜止位置和操縱終點位置；

圖3A和3B以兩個空間視圖示出根據本發明的離合器踏板單元，所述離合器踏板單元具有外部的反饋彈簧元件；

圖4示出據本發明的離合器踏板單元，其具有打開的殼體和處于靜止位置中的踏板；

圖5示出據本發明的離合器踏板單元，其具有打開的殼體和處于操縱終點位置中的踏板。

附圖僅是示意性的并且不是按比例尺繪制的。原則上，相同或相似的部件配設有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1示出根據本發明的離合器踏板單元10的總力矩M的變化的示例，該總力矩為反饋力矩與復位力矩的疊加。為此，以踏板位移s為橫軸14在縱軸12上描繪出總力矩M。示例性地示出反饋彈簧元件的特性曲線16。在此，在踏板位移s增加時，反饋力矩首先上升并且在踏板進一步運動時在最大反饋力矩之后又下降。在一個示例中，反饋彈簧元件的特性曲線16可與橫軸14相交，這意味著反饋力矩例如在靜止位置和/或操縱終點位置中可為零。

在此，根據上述的轉矩關系式M＝R×F，在靜止位置中，反饋彈簧元件松弛并從而具有力F＝0，由此反饋力矩與杠桿臂無關地同樣為零。而在操縱終點位置中，杠桿臂可以為R＝0，從而反饋力矩為零，與施加到被壓縮的反饋彈簧元件上的力無關。

還示出了復位彈簧元件的線性的特性曲線18。在這里，線性的變化應僅用作示例，也可設想其他變化。通過將兩個彈簧元件(反饋彈簧元件和復位彈簧元件)借助一個踏板耦合，通過兩個特性曲線16、18的疊加得到作用到該踏板上的總力矩M的特性曲線20。因此，通過對這些彈簧元件和它們的彈簧特性曲線16、18進行符合目的的選擇和確定尺寸，可以影響總力矩M的特性曲線20的變化。

在圖中以虛線針對超過操縱終點位置s(max)的踏板位置(僅是假設的)描繪總力矩和反饋力矩的變化。在這種情況下，會超過反饋彈簧元件的死點并且反饋彈簧元件會施加朝操縱方向的、也就是抵抗復位彈簧元件的力矩。

圖2示出根據本發明的離合器踏板單元10的總力矩M的變化的另一示例，該離合器踏板單元在s(min)處具有靜止位置并且在s(max)處具有操縱終點位置。如圖1那樣，在這里也關于橫軸14上的踏板位移s在縱軸12上描繪總力矩M。在靜止位置s(min)中，最小總力矩M(min)作用到踏板上，當未操縱踏板時，該最小總力矩例如將踏板穩定地保持在靜止位置中。為此，踏板例如具有機械止擋部，其防止踏板往回運動超過靜止位置。如果操縱踏板，則踏板位移s增大并且總力矩M首先線性上升。在踏板位移s線性增加時，從累進點22起顯示出總力矩M的累進特性。換言之，總力矩相對于踏板的偏轉超比例地上升，以便隨后尤其由于反饋彈簧元件的特征而又下降。

直至在踏板的操縱終點位置中達到最大踏板位移s(max)為止，總力矩M首先上升直至最大值M(max)，以便隨后在操縱終點位置s(max)中下降到值M(smax)。在該位置中，例如發動機與變速器之間的力流會由于離合器的脫耦狀態而中斷。緊接著的以虛線示出的區域應表明，在位于位置s(max)處的有意義的踏板最大偏轉之后，在按假設繼續偏轉時力矩會陡升。在一個示例中，力流也可在到達操縱終點位置之前，例如在從s(Min)到s(Max)延伸的踏板位移s的約三分之二或五分之四或六分之五時，就已中斷。在一個示例中，示出的變化相應于傳統的離合器系統的反饋特征。

在圖3A中示出根據本發明的離合器踏板單元10的第一空間視圖。該離合器踏板單元具有殼體，在該殼體中，關于踏板擺動軸線26以能擺動的方式安裝有踏板28。踏板28具有操縱腿30，該操縱腿從殼體24中伸出。根據圖3B中的視圖，在殼體24上在側面安裝有位置傳感器32，該位置傳感器根據踏板28相對于殼體24的角度位置生成電控制信號。為此，在位置傳感器32上設置有電觸頭34，以便將信號傳送給后置的控制系統或促動器(未示出)。長形的反饋彈簧元件36在殼體24之外以下述方式安裝，即，該反饋彈簧元件以第一端部38以能擺動的方式支撐在踏板28的操縱腿30上并且以第二端部40同樣以能擺動的方式支撐在殼體24的外側上。所述支撐不必一定在殼體24本身上發生，而是根據示例也可以在與殼體24剛性連接的構件、例如車輛地板或類似構件上實現。

在圖4中示出了根據本發明的離合器踏板單元10的一個示例，其中，踏板28與其操縱腿30位于靜止位置s(min)中。殼體24在這里在側面被打開地示出，以便使內置的部件可見。在殼體24內示出復位彈簧元件44，該復位彈簧元件以一個端部支撐在殼體24上并且以另一個端部支撐在踏板28的復位腿42上，并且實施用于將與踏板操縱方向相反的復位力矩施加到踏板28上。在這里示出的實施方案變型中，復位彈簧元件44具有兩個并聯連接的、相互同軸地布置的螺旋彈簧，也就是內部的螺旋彈簧46和外部的螺旋彈簧48。這可以提高離合器踏板單元10的可靠性，因為所述螺旋彈簧46、48中的一個的斷裂或損壞不會立即導致失去復位力矩。

反饋彈簧元件36在殼體24之外以其第一端部38以能擺動的方式安裝在操縱腿30上。為此，在操縱腿30上安裝有連接塊50，該連接塊將第一端部38以能擺動的方式機械固定在操縱腿30上，并且用于以可運動的方式接收反饋彈簧元件36的第一端部38。第二端部40以能擺動的方式支撐在殼體24的外側上。當踏板28從靜止位置運動到操縱終點位置時，反饋彈簧元件36沿著其縱軸向52被壓縮并且在此實施繞其在殼體24上的第二端部40的擺動運動以及繞其在操縱腿30上的第一端部38的擺動運動。

反饋彈簧元件36具有第一彈簧元件54和第二彈簧元件56，它們相互串聯地布置在引導柱58上，從而可以實現沿著縱軸線52壓縮反饋彈簧元件36。第一彈簧元件54和第二彈簧元件在這里示例性地實施為螺旋彈簧。這兩個螺旋彈簧54、56通過環60相互耦合，該環能在縱軸線52的方向上運動地布置在引導柱58上。在一個示例中，環60可以沿縱向具有止擋部(未示出)，該止擋部限界例如具有較小彈簧常數的第一螺旋彈簧54的壓縮。在環60到達這樣的止擋部之后，在踏板28沿著操縱方向繼續運動時僅還有第二螺旋彈簧56或者說第二彈簧元件被壓縮。由此，由兩個彈簧元件54、56構成的總力矩的特性曲線改變。

在圖5中示出了根據本發明的離合器踏板單元10，其中，與圖4不同的是，踏板28在操縱終點位置s(max)(參見圖2)中被示出。反饋彈簧元件36的縱軸線52在此仍未與踏板擺動軸線26相交。所示的部件相應于圖4中的部件，其中，反饋彈簧元件36被進一步壓縮。環60在這里到達引導柱58上的止擋部(未示出)。反饋彈簧元件36已實施繞其在殼體上的第二端部40的擺動運動并且現在在操縱終點位置s(max)中以下述方式布置，即，反饋彈簧元件36的縱軸線52幾乎與踏板擺動軸線26相交。在該情況下，僅還由反饋彈簧元件36產生作用到踏板上的最小反饋力矩，這是因為杠桿臂R幾乎為零，從而根據力矩關系式M＝R×F，力矩也幾乎為零，并且例如操縱者幾乎感知不到。

最后要指出的是，“包括”并不排除其他元件或步驟，并且，“一個”不排除多個。此外要指出的是，參考上述實施例中的一個所描述的特征或步驟也可以與上述實施例中的其他實施例的其他特征或步驟相結合地使用。權利要求中的附圖標記不要視為限制。