具有固有的安全力反饋的操縱桿的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種控制元件，特別是操縱桿，其包括；殼體；圍繞轉動點可樞轉地支 承在殼體中的操作桿；和復位單元，用于提供使操作桿從偏轉狀態復位到中間狀態的復位 轉矩。
【背景技術】
[0002] 該種控制元件主要用于對載貨車輛、機器、載貨車輛的工作性能或工程機械和輔 助設備的控制。本發明意義下的控制元件是指例如供油量調節桿、加速踏板和特別是操縱 桿。該種操縱桿配屬于電控制系統。相比于W前的機械控制系統，該種電控制系統不會向 用戶給出機械系統的任何反饋。因此公知的是為操縱桿配設力反饋，該種力反饋一般是通 過將電動機的轉矩經由傳動機構禪合到操縱桿的操作桿上來實現。然而該種結構的缺點在 于；即使在沒有工作人員操作的情況下，操縱桿也可能會例如由于力反饋控制器的故障而 偏轉離開其空擋位置（Ruhelage，靜止位置）。該種故障會導致機器或車輛自動運動，該是 相當危險的。在機動車領域中，該種力反饋技術方案已經公知地用于油口，在此同樣必須絕 對確保油口不會由于錯誤而自動使車輛加速。但是與油口不同的是，操縱桿關于其空擋位 置具有至少兩個偏轉方向。因此已知的用于油口的技術方案不能轉移到操縱桿上。因此， 用于操縱桿的力反饋可W在任何情況下使操縱桿偏轉離開中間位置，當發生錯誤時，如果 操作人員放開操縱桿，操縱桿必須能夠繼續地自動返回中間位置。另外，即使在力反饋系統 出現錯誤時，操縱桿應該能夠保持繼續使用，從而不損害車輛或機器的可用性。
[0003] 例如用于各種模擬器的功能的力反饋在市場上被W廣泛使用的價格售出，特別是 用于電腦游戲的操縱桿。從結構上說，力反饋通常通過直接作用于軸上并通過控制技術引 起所要求的觸覺反饋的電機來實現轉換。但是，由于該種應用不會直接導致對使用者的傷 害，因此系統中的故障在此是可接受的，并且能夠容易地進行更換。在借助所謂的有線飛行 系統（Fly-by-Wire-Systemen，飛行控制系統）運行的飛機中，基于在力反饋系統發生故障 時的高安全風險，通常附加地設有帶有機械傳輸的備用控制器。在航空技術中，也將力反饋 稱為人工感覺。
[0004] 所有該些已知裝置的共同之處在于：它們不能保證消除操縱桿的自主運動或者僅 通過對力反饋系統的電子控制器件的冗余監控就可W非常可靠地避免該種自主運動。但是 力反饋系統的故障不可能被完全排除，并且有可能在操縱桿的自主運動中被察覺。
[0005] 即使能夠通過電子設備的冗余監控來防止操縱桿的自主運動，但是當組件失靈時 仍然可能造成操縱桿的功能損失。該又會導致操縱桿在被使用人員放開之后不能自主地返 回其中間位置，中間位置在大多數應用中都是安全的狀態。雖然該種情況也可W通過電子 監控設備本身來識別，但是其仍然會極大地限制操縱桿的可用性，并因此限制了被其所控 制的系統的可用性，并對用戶的可接受性造成負面影響。
【發明內容】
[0006] 因此本發明的目的是提出一種前述類型的控制元件，該控制元件提供一種觸覺的 力反饋，該種力反饋是固有的、安全的。
[0007] 根據本發明的目的通過一種控制元件來實現，該控制元件包括與復位單元有效連 接的執行單元，在此，執行單元被設計用于有限制地調整復位轉矩，在此，在下調整邊界時， 復位轉矩在偏轉狀態下大于零。復位轉矩在所有根據要求將要轉到中間狀態的偏轉狀態下 都是正的，從而使得操作桿在被使用人員松開之后能夠自動返回中間狀態并保持在那里。 由于對于偏轉的且已被松開的控制元件來說，始終存在復位轉矩并且不存在偏轉轉矩，因 此只存在朝向操作桿的空擋位置方向的轉矩。由此可W有利地確保控制元件表現為類似于 通過彈黃復位的、純被動的操縱桿。如果根據本發明的控制元件被松開，則其將自動返回空 擋位置。即使在驅動器或電子設備發生故障時，控制元件也不可能自動地離開空擋位置。
[0008] 根據本發明已證實特別有利的是；在上調整邊界時，復位轉矩小于可由使用人員 施加的、用于使操作桿偏轉的偏轉轉矩。由此可W確保控制元件在驅動器或電子設備發生 故障或失靈時還能夠通過使用人員偏轉，從而使得本應借助控制元件加W控制的系統能夠 被繼續使用。優選復位轉矩在偏轉狀態下為O.OOlNm至10.ONm。特別是當操作桿處于最大 偏轉時，最大復位轉矩為4.ONm或6.ONm。
[0009] 根據本發明，下調整邊界或上調整邊界或該兩個調整邊界優選借助于結構性措施 來機械地實現。非常有利的是，不再必須對根據本發明的力反饋系統進行電子監控，甚至在 需要時保持冗余的監控。
[0010] 根據本發明，復位單元具有柔性元件OJachgiebigkeitselement，彈性元件），在 此，將執行單元設計用于調整柔性元件的復位特性。因此，執行單元將受到復位單元的 訴求（Streben)的影響，使操作桿返回中間狀態，當然為了不損害操作桿的固有的安全 復位，該只是在調整邊界極限內部進行。在上述所定義的調整框架內，執行單元能夠將 使用者的各種觸覺反饋輸送到操作桿中。例如，根據本發明的控制元件能夠使特性曲線 個性化，根據運行狀態在各種特性曲線形狀之間進行切換，并且普遍地將系統狀態接入 (Zug如glichmachen)用戶的觸覺感知。用戶不必再視覺地接收該種被接入的信息，該 通常能夠減輕用戶的負擔并使用戶能夠更好地專注于其首要任務。例如，公知的系統狀態 包括操作桿的偏轉度，達到系統的負荷極限或者報警。優選將柔性元件設置在操作桿和生 成力反饋的執行機構之間。復位單元可W具有一個或多個柔性元件。
[0011]根據本發明，柔性元件具有壓力彈黃或拉力彈黃或氣體活塞（Gasko化en)或 磁體。柔性元件特別是指W下器件：盤黃（Spiralfeder)、螺旋扭力彈黃、螺旋彈黃 (Sc虹aubenfeder)、板黃、扭轉彈黃、氣動彈黃、氣壓彈黃、彈性體彈黃或磁性相斥部 (magnetischeAbstoPung)。在執行單元與柔性元件之間可W設置用于傳輸執行單元的調 整距離的傳動元件。如果其他的柔性元件與控制元件的其他組件是兼容的，根據本發明當 然也可W考慮該些柔性元件。
[0012] 根據本發明已證實特別有利的是；復位單元具有連桿（Kulisse)和用于探測 (油tastendes，觸碰）連桿的探測元件（Tastelement)，在此，將執行單元設計用于根據數 量和/或方向來調整探測元件對連桿的按壓力。特別是在操縱桿中，連桿-探測元件組合 是普遍公知的、被經常使用的且已證明是成功的。根據本發明，執行單元與該種已被成功證 明的連桿-探測元件組合有效連接，從而能夠將附加的反饋輸送到操作桿中，并進一步改 進該種已被成功證明的組合。探測元件具有球形件或漉形件或凸輪。
[0013] 替代地，根據本發明將復位單元設計為具有兩個磁體，在此，將執行單元設計用于 根據數量和/或方向來調整在該些磁體之間起作用的磁力，W影響復位單元的復位轉矩。
[0014]在根據本發明的另一種可選的實施方式中，復位單元具有線性鏈，將線性鏈的一 端固定在殼體上，并將線性鏈的另一端固定在操作桿上，并且該線性鏈包括柔性元件，在 此，將執行單元設計用于調整柔性元件的預緊，W影響復位單元的復位轉矩。
[0015]根據本發明已證實特別有利的是；將執行單元設計用于提供固有的有限調節距 離。執行單元的該種對于調節距離的結構性限制可W確保；作用于操作桿上的轉矩始終是 在任何情況下都在安全的最小值與安全的最大值之間運動的復位轉矩，并且操作桿能夠自 動地返回空檔狀態并在其偏轉時不受限制。如果沒有執行單元的調整，操作桿有可能自動 地運動離開中間狀態。
[0016] 替代地或附加地，除了固有的有限調節距離之外，控制元件還具有用于限制執行 單元的調節距離