用于检测驾驶员需求的设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于检测驾驶员需求的设备，该设备尤其替代了车辆中的常规致动踏板。


背景技术：

2.脚致动踏板在机动车辆中传统上用作与车辆相互作用并且特别是用于调节发动机功率、用于制动或用于联接变速器的装置。这种踏板不仅通过其位置向车辆部件发送期望值，而且还向驾驶员的脚提供反馈力。在制动踏板的情况下，踏板行为通常由已经建立的制动压力产生。这不适用于较新的车辆系统，在较新的车辆系统中，驾驶员需求根据“通过线路”原则以电子方式传输。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是以可靠且节省安装空间的方式实现对驾驶员需求的电子检测。
4.该问题通过一种用于检测驾驶员需求的设备来解决，该设备输出纯电子致动信号并且具有致动表面，特别是用于用户的脚的致动表面，该致动表面可沿着致动方向移位以产生致动信号。提供了沿着致动方向一个接一个布置的至少两个压缩体，每个压缩体具有一个弹性元件和一个刚性元件，所述弹性元件和所述刚性元件沿着致动方向一个接一个地布置，使得当致动表面受到致动力作用时，一个刚性元件作用在一个弹性元件上。此外，提供了一种传感器系统，其信号允许对致动表面的移位进行推断并且可用于产生致动信号。
5.该设备代替车辆的搁脚空间(footwell)中的典型踏板，并且出于所有意图和目的，被用作踏板模拟器，特别是用作制动踏板、加速踏板甚至离合器踏板的替代品。
6.该设备可以高度紧凑地形成，使得该设备只需要少量的安装空间，并且如果需要，还可以隐藏在车辆的搁脚空间中。
7.由于至少两个压缩体的串联布置，产生了冗余，这使得能够可靠且足够精确地检测致动需求，从而在压缩体中的一者发生故障的情况下也能够产生致动信号。
8.与典型踏板的通常情况一样，用户以与期望致动强度相适应的力作用在致动表面上。在制动踏板的示例中，这意味着例如在致动表面上的轻微压力(例如，仅轻微触摸)导致仅引起小制动扭矩的致动信号，而有力的下压(其对应于在完全施加制动器时通过常规制动踏板的推动)产生要求最大制动扭矩的致动信号。
9.由于弹性元件和刚性元件的组合，可以对致动力实现这种分辨率，这使得能够精确地传输力并且还能够对致动力的检测进行微调。
10.弹性元件还确保了致动表面的移位运动的阻尼，这对于用户来说是自然的，并且向用户提供关于致动力的反馈。此外，弹性元件还为致动表面提供恢复力。如果用户将脚从致动表面移开并因此结束致动信号的产生，则弹性元件使致动表面返回到其中性起始位置。
11.由于该设备可以被简单地设计成使得致动表面是纯线性可移位的，因此可以省去可旋转布置，这减少了机械可移动部件的数量和所需的安装空间。
12.该设备仅需要吸收用户施加的致动力，但不需要以机械形式传输该致动力，因此该设备不需要被设计成承受高负载。特别地，由于在设备和待操作的车辆部件之间没有提供直接机械或液压连接，因此不需要或不可能通过脚在致动表面上的压力直接建立足够的制动压力。
13.压缩体的力-移位特性曲线是可预先确定的，从而整个设备的力-移位特性曲线可以以足够的精度容易地确定，以获得具有足够分辨率的致动信号。
14.在一个优选变型中，压缩体的刚性元件均具有沿着致动方向突出的轮廓，当力被施加到致动表面上时，每个轮廓穿入相邻弹性元件。
15.该轮廓例如由沿着致动方向突出的多个单独突起形成。这些突起尤其在纵向截面上具有朝向突起的自由端渐缩的形状，例如拱形形状或圆顶形状。
16.当轮廓在非致动状态下靠在特定弹性元件上而没有预加载或只有轻微预加载时，可以实现压缩体的两阶段力-移位特性曲线。在第一阶段中，轮廓穿入弹性元件，这需要较低的力，而在第二阶段中，刚性元件靠在弹性元件上而没有进一步运动间隙，从而存在准流体状态，并且需要较大的力来产生进一步移位。
17.当以这种方式设计两个压缩体时，可以实现渐进力-移位特性曲线，这也允许灵敏地检测到低致动力和致动表面的小运动，而高致动力可以在没有过度行程的情况下实现。
18.在突起穿入特定弹性元件的过程中，设备的反作用力行为由弹性元件的材料特性以及突起的数量和形状决定。在完全穿入之后，弹性元件充当准流体反作用盘。然后，力与距离的关系仅由弹性元件的压缩性确定。在突起完全浸入弹性元件之后，力-距离关系基本上是线性的。
19.该设备通常优选地具有非线性力-移位特性曲线，这可以通过刚性元件和弹性元件的特性容易地预定义。这对于能够容易地针对车辆制造商的不同要求进行调整也是有用的。
20.刚性元件的尺寸应如此稳定，以至于即使在用户可施加的最大致动力下，刚性元件也不会发生显著程度的变形。
21.弹性元件优选为盘形的。弹性元件可以例如由任何合适的聚合物材料制成。
22.例如，可以通过弹性元件的厚度、刚度和弹性以及通过刚性元件的上述轮廓的数量、形状、特别是横截面和长度来进行调整。
23.两个压缩体在其阻尼和弹簧特性方面可以不同，以便能够更精细地调节设备的整体力-移位特性曲线。
24.刚性元件和弹性元件有利地以这样的方式配置，即，它们尽可能地自动防故障(fail-safe)和经济高效。
25.代替单个力-移位特性曲线，也可以使用整个特性图，整个特性图还包括例如环境温度、老化过程或其它参数的影响，并且其通过实验确定或模拟被预先确定。这些数据优选地可检索地存储在控制单元中。
26.由于它们的设计，压缩体可以提供无噪声终点，当弹性元件的压缩性被用户可施加的力耗尽时达到该终点。因此，不需要其它部件来形成终点止动件。
27.为了吸收致动力，离致动表面最远的弹性元件优选地靠在设备的刚性后壁上，使得致动力可以通过设备的后壁被引入到刚性车辆部件中。以这种方式，还提供了与用户的脚力相反的力。
28.为此，当设备被设计为安装在车辆的搁脚空间中的隔板上时是有利的。结果，即使该设备总体上是盒形的，致动表面也可以容易地倾斜对准，从而得到用户熟悉的车辆踏板的致动表面的布置。
29.在这种情况下，安装很容易，例如，通过螺栓连接。只需将电源和数据电缆敷设到要启动的特定部件或车辆中指定的控制单元。无需通向发动机舱的贯穿口。
30.为了检测致动表面的移位运动，传感器系统优选地包括两个移位传感器，它们检测刚性元件沿着致动方向的运动。两个移位传感器的使用允许产生冗余，以增加设备的操作可靠性，从而例如如果移位传感器中的一者或压缩体中的一者发生故障，也可以确保车辆的进一步操作。
31.例如，信号发送器被布置在每个刚性元件处，信号发送器与设备的壳体处的移位传感器相互作用，使得刚性元件的运动是可检测的，该运动形成致动表面的运动的直接量度。移位传感器可以基于任何合适的原理，并且可以是例如霍尔传感器，但是也可以是电容传感器或电感传感器。
32.使用两个移位传感器能够检测致动表面的绝对行程以及由两个刚性元件覆盖的移位距离之间的运动差，这也可以用于产生致动信号。
33.传感器系统尤其除了移位传感器之外还可以包括压力传感器，由于致动表面的致动而产生的力作用在压力传感器上，这样，该压力传感器也输送致动力的度量，该致动力主要在移位传感器发生故障的情况下用以产生致动信号，或者在正常操作中用于检查移位传感器的测量信号的合理性。压力传感器是提高冗余度的一种经济有效的措施。
34.压力传感器可以例如被嵌入到弹性元件中的一者中。被封装在弹性元件中的准流体状态占优势，使得压力传感器处存在与致动力成比例的压力。
35.除了移位传感器的信号和可能的压力传感器的信号之外，当然还可以收集其它合适的数据，除了设备的力-移位特性曲线之外，控制单元还可以考虑这些数据，以便产生致动信号。
36.优选地，如果需要，控制单元对从传感器系统传送的数据进行合理性检查(如果需要，结合其它参数进行这种检查)，以便检测可能的干扰并适当地调整所产生的致动信号。
37.如果提供了多于两个压缩体，则可选地在每个刚性元件处设置移位传感器，在部分故障的情况下，该移位传感器产生更好的致动信号，或者在发挥完全功能性的情况下改进合理性检查。
附图说明
38.以下将参考附图基于示例性实施方式更详细地描述本发明，其中：
39.图1示出了根据本发明的用于检测用于致动车辆部件的驾驶员需求的设备的示意性截面图；以及
40.图2示出了图1中的设备的力-移位特性曲线的示意表示。
具体实施方式
41.图1示出了用于检测驾驶员需求的设备10，在这种情况下，设备10用于检测致动力f，用户用他/她的脚将该致动力f施加到设备10上，并且该致动力f是车辆部件将被致动的程度的量度。
42.在该示例中，设备10是踏板模拟器，并且特别地替代常规制动踏板，然而可选地也替代加速踏板或离合器踏板。
43.设备10产生纯电子致动信号，该纯电子致动信号包括关于车辆部件的致动强度的驾驶员需求，并且该纯电子致动信号被传输(未显示)至车辆部件处的控制单元12(如图1所示)或车辆中的更高级控制单元。
44.用户的脚作用在致动表面14上，该致动表面形成在致动垫16的前侧上。这对应于常规踏板的控制表面。在这种情况下，致动垫16和致动表面14由用于常规车辆踏板的常规材料制成。
45.致动表面14在一侧界定了设备10的大致盒形壳体18，该壳体总体上固定地连接到车辆，在这种情况下具体地连接到该车辆的隔板20。为此，壳体18的刚性后壁22用螺栓联接在隔板20处。此处，没有在隔板20中提供通向车辆发动机舱的用于贯穿布设电缆或液压管路的贯穿口(breakthrough)。
46.由于隔板20在搁脚空间中倾斜地延伸，致动表面14在此也是倾斜的，这对应于车辆中的踏板的通常布置。
47.两个压缩体24、26被布置在壳体18中，压缩体24和26沿着致动方向r一个接一个地布置在后壁22和致动垫16之间。可选地，另外的压缩体可以与两个压缩体24、26成排设置。
48.压缩体24、26中的每个分别包括刚性元件28、30和弹性元件32、34，其中，每个刚性元件28和30被布置成比弹性元件32和34更靠近致动垫16。
49.致动表面14以及刚性元件28、30和弹性元件32可沿着致动方向r相对于壳体18在朝向后壁22的方向上移位。设备10不再具有其它机械运动的可能性。
50.在这种情况下，刚性元件28、30和弹性元件32、34是板状或盘状的。
51.刚性元件28、30被设计成即使在施加的最大致动力f下也发生微不足道地或可被忽视的变形。然而，弹性元件32、34由可变形弹性材料制成，例如，在压缩时屈服并提供弹性恢复力的合适弹性体。
52.所施加的致动力f通过致动表面14、第一压缩体24的刚性元件28和弹性元件32传输到第二压缩体26的刚性元件30和弹性元件34，并且从那里被传输到后壁22和隔板20上。隔板20和后壁22提供反作用力。
53.致动表面14沿着致动方向r的移位运动由传感器系统的两个移位传感器36、38检测，每个移位传感器分别与信号发送器40、42相互作用，每个信号发送器分别被固定地布置在刚性元件28、30处。移位传感器36、38可以以任何合适的方式设计，并且例如是电容传感器或电感传感器或霍尔传感器。
54.在这种情况下，移位传感器36、38被布置在壳体18一侧的电路板44上。
55.除了两个移位传感器36、38之外，这里还设置压力传感器46，压力传感器被嵌入第二压缩体26的弹性元件34中。
56.刚性元件28、30均在其朝向特定弹性元件32、34的一侧上具有沿着致动方向r突出
的轮廓48，该轮廓48被设计成使得轮廓48能够穿入特定弹性元件32、34。
57.在这里所示的示例中，轮廓48是分布在刚性元件28、30的表面上的多个单独突起，并且在纵向截面中是拱形形状的或圆顶形状的。
58.两个刚性元件28、30的轮廓48被设计成相同的或不同的。
59.在图1所示的中性无载荷状态下，轮廓48的自由端在没有预加载或仅具有轻微预加载的情况下靠在弹性元件32、34上，而不会显著地被压入弹性元件32和34中。
60.如果在致动表面14上施加致动力f，则根据轮廓48的设计和弹性元件32、34的材料特性，轮廓48随着力f的增加而逐渐地被压入弹性元件32和34中。随着刚性元件28、30的移位增加，进一步沿致动方向r使致动表面14移位所需的力增加。相应的渐进力-移位特性曲线如图2所示。
61.为了表达驾驶员需求，用户用他/她的脚压在致动表面14上，并且由于施加的致动力f，使刚性元件28、30沿着致动方向r在朝向后壁22的方向上移位。刚性元件28、30处的信号发送器40、42的运动由移位传感器36、38检测。此外，压力传感器46检测到压力增加。
62.这些数据被传输到控制单元12。移位传感器36、38和压力传感器46(如有必要)的信号可以推断出致动表面14的移位，并且控制单元12使用这些数据产生致动信号。为此，使用压缩体24、26的已知的力-移位特性曲线或已知的多维力-移位特征图，并且如果需要，还使用其它合适的参数。致动信号被传输至待致动的车辆部件。
63.为了产生致动信号，组合两个移位传感器36、38的移位信号，其中，可以单独地或组合地(特别是两个移位测量结果的差异)使用数据，以便推断所施加的致动力f并检查测量数据的合理性。
64.在移位传感器36、38中的一者或压缩体24、26中的一者发生故障的情况下也可以产生致动信号，为此仅使用剩余移位传感器36和38的信号。
65.例如，在第一压缩体24发生故障的情况下，第二压缩体的刚性元件30的行程可以由移位传感器38检测。
66.在第二压缩体26的弹性元件34发生故障的情况下，刚性元件28、30的移位仍然可以由两个移位传感器36、38检测，因为刚性元件30受到弹性元件32的作用。此外，刚性元件30直接作用于压力传感器46，从而产生显著压力信号，从该压力信号可以导出致动信号。
67.例如，压缩体24、26中的变化可以从对行程差的观察中导出。
68.为此，控制单元12被设计用于检测和解释此类情况，并适当地调整致动信号的生成。
69.在从图1所示的中性起始位置致动设备10期间，轮廓48在移位运动开始时初始地穿入特定弹性元件32、34，这只需要相对较小的力(参见图2中的区域a)。
70.一旦轮廓48完全穿入特定弹性元件32、34，并且因此刚性元件28、30通过其整个表面分别以平面方式抵靠弹性元件32、34，特定弹性单元32、34就以准流体(quasi fluid)方式工作。此时，所需的压缩力显著增加。
71.在该示例中，设备10被设计成使得在第二压缩体26的刚性元件30的轮廓48完全穿入弹性元件34之前，刚性元件28处的轮廓48就已经完全穿入第一压缩体24的弹性元件32。该区域在图2中用b标记。
72.图2中的区域c的开始表征致动表面14的移位点，在该移位点处，第二压缩体26的
刚性元件30的轮廓48已经完全穿入弹性元件34。在该区域中，进一步使致动表面14移位所需的致动力f显著增加。
73.总体而言，设备10的力-移位特性曲线被设计为渐进的，其中，初始时，低致动力f导致致动表面14的相对较大移位，并且随着移位继续，需要越来越大的致动力f以使致动表面沿着致动方向r进一步移位。
74.以这种方式，还自动产生运动终点，在该终点处，用户的最大脚力也不再足以进一步压缩。因此，不提供可能导致噪声产生的刚性止动件。
75.如果致动力f下降，则弹性元件32、34的弹性特性提供将刚性元件28、30和致动表面14移动回到中性起始位置所需的恢复力。
76.致动表面14的最大行程以及因此移位传感器36、38的检测路径的最大行程被选择为如此之大，以致于即使致动表面14的微小移位(即，微小的有意致动信号)也很容易被检测到。
77.压缩体24、26的特性(特别是弹性元件32、34的材料特性和厚度以及形成轮廓48的突起的数量、形状和长度)决定了力-移位特性曲线。因此，它们的改变使得能够调整力-移位特性曲线。

技术特征：
1.一种用于检测驾驶员需求的设备，所述设备输出纯电子致动信号并且具有致动表面(14)，特别是用于用户的脚的致动表面，所述致动表面能够沿着致动方向(r)移位以产生所述致动信号，其中，提供沿着所述致动方向(r)一个接一个地布置的至少两个压缩体(24、26)，各个压缩体均具有弹性元件(32、34)和刚性元件(28、30)，所述弹性元件和所述刚性元件沿着所述致动方向(r)一个接一个地布置，使得当所述致动表面(14)受到致动力(f)作用时，一个刚性元件(28、30)作用在一个弹性元件(32、34)上，并且所述设备具有传感器系统(36、38、46)，所述传感器系统的信号允许对所述致动表面(14)的移位进行推断，并且能够用于产生所述致动信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述刚性元件(28、30)均具有沿着所述致动方向(r)突出的轮廓(48)，当力被施加到所述致动表面(14)上时，每个轮廓(48)穿入相邻的所述弹性元件(32、34)。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述轮廓(48)由沿着所述致动方向(r)突出的多个单独突起形成。4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，突起在纵向截面中具有朝向自由端渐缩的形状，特别是拱形形状。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备(10)具有力-移位特性曲线，并且特别地，所述两个压缩体(24、26)在其阻尼和弹簧特性方面不同。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，离所述致动表面(14)最远的所述弹性元件(34)靠在所述设备(10)的刚性后壁(22)上。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备(10)被设计成安装在车辆的搁脚空间中的隔板(20)处，使得所述致动表面(14)倾斜地延伸。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备(10)模拟制动踏板、加速踏板或离合器踏板。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述传感器系统包括两个移位传感器(36、38)，所述移位传感器检测所述刚性元件(28、30)沿着所述致动方向(r)的运动。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述传感器系统包括压力传感器(46)，由于所述致动表面(14)的移位而产生的压力作用在所述压力传感器上。

技术总结
本发明涉及用于检测驾驶员需求的设备。该设备输出纯电子致动信号，该设备包括致动表面(14)，特别是用于用户的脚的致动表面，该致动表面(14)可沿着致动方向(R)移位，以产生致动信号。提供沿着致动方向(R)一个接一个地布置的至少两个压缩体(24、26)，每个压缩体具有一个弹性元件(32、34)和一个刚性元件(28、30)，它们沿着致动方向(R)一个接一个地布置，使得当致动表面(14)受到致动力(F)作用时，一个刚性元件(28、30)作用在一个弹性元件(32、34)上。此外，提供了传感器系统(36、38、40)，其信号允许对致动表面(14)的移位进行推断，并且可用于产生致动信号。生致动信号。生致动信号。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：采埃孚主动安全股份有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/9/25