用于车辆的加速踏板 |
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申请号 | CN200780008582.6 | 申请日 | 2007-01-26 | 公开(公告)号 | CN101401053B | 公开(公告)日 | 2013-06-05 |
申请人 | CTS公司; | 发明人 | A·坎贝尔; | ||||
摘要 | 本 发明 提供一种 踏板 组件(20),其可当驱动时在踏板 力 -响应上提供滞后效应。该踏板组件包括壳体(32)和具有端部的踏板臂(22)。所述端部具有限定出 制动 面的可旋转 制动鼓 。踏板臂可旋转地安装在壳体上。杆从第二端部延伸出来。制动衬 块 被壳体夹持住并且具有与制动面大体上互补的 接触 面。制动衬块适合于与制动面相接合。 偏压 弹簧 装置设置在所述杆和制动衬块之间,用于推压制动衬块的接触面与制动鼓的制动面摩擦接合。 传感器 (80)与踏板臂连接以检测踏板臂的 位置 。 | ||||||
权利要求 | 1.一种踏板组件,包括: |
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说明书全文 | 用于车辆的加速踏板技术领域[0001] 本发明涉及一种踏板机构。该踏板尤其可以是车辆中的加速踏板。 [0002] 相关和同时待审申请的交叉引用 [0003] 本申请是于2004年5月27日提交的,题名为《用于机动车的加速踏板》(“Accelerator Pedal For Motorized Vehicle”)的美国专利申请(申请号10/854,837)的部分连续申请案。 [0004] 本申请同时还要求于2006年2月2日提交的美国临时专利申请No.60/764,594申请日的优先权,上述专利的内容通过引用明确地结合于本文作为参考。 背景技术[0005] 机动车辆加速踏板通常是通过拉线连接到发动机燃料子系统,该拉线一般称为鲍登拉线。当加速踏板设计变化时,典型的复位弹簧和拉线摩擦力能为机动车辆驾驶者产生普通的和可被接受的触觉反应。例如,鲍登拉线和其护套之间的摩擦力还减小了驾驶员保持一给定的节气门位置所需的足部压力。同样地,摩擦力防止由驾驶者所感觉到的道路颠簸直接影响节气门位置。 [0006] 人们正努力采用更完全的电子式传感器驱动方法来取代机械式拉线驱动节气门系统。在完全电子化的方法中,加速踏板的位置由位置传感器读出,并将相应的位置信号用于节气门控制。基于传感器的方法特别适合于电子控制系统,在该电子控制系统中,加速踏板的位置是用于发动机控制的几个变量之一。 [0007] 尽管这种电控结构在技术上是可行的,但驾驶者通常更喜欢传统的拉线驱动节气门系统的感觉,即触觉反应。设计者因此试图通过模仿拉线驱动加速踏板的触觉反应的机构来满足这种偏好。例如,Wortmann等人的美国专利No.6,360,631公开了一种具有能提供滞后效应的柱塞组件的加速踏板。 [0008] 在这方面,现有技术中的系统不是太昂贵就是不能有效地仿效传统的加速踏板所带来的触觉反应。因此,依然需要一种成本效益好、具有基于拉线系统的感觉的电子式加速踏板组件。 发明内容[0009] 在一个实施例中,本发明提供一种踏板组件。该踏板组件包括壳体和具有端部的踏板臂。该端部具有限定出制动面的可旋转制动鼓。踏板臂可旋转地安装在所述壳体上。杆从第二端延伸出来。制动衬块被壳体夹持住,并且该制动衬块具有与制动面大体上互补的接触面。制动衬块适合于与制动面相接合。一种偏压弹簧装置置于杠杆和制动衬块之间用于推压制动衬块的接触面和制动鼓的制动面摩擦接合。连接到踏板臂的传感器用于检测踏板臂的位置。 附图说明[0011] 图1是本发明的加速踏板组件的装配等距视图。 [0012] 图2本发明的加速踏板组件的另一装配等距视图。 [0013] 图3是图1中的加速踏板组件的分解等距视图。 [0014] 图4是图1中的加速踏板组件的另一分解等距视图。 [0015] 图5是图1中的加速踏板组件的放大的截面图,示出了制动面的细节。 [0016] 图6是图1中的加速踏板组件的放大的截面图,示出了制动面和制动衬块的细节。 [0017] 图7是图1中的加速踏板组件的剖视图。 [0018] 图8是加速踏板组件的制动衬块的等距视图。 [0019] 图9是加速踏板组件的制动衬块的另一等距视图。 [0020] 图10是图1的局部剖视图,示出了安装在壳体中的制动衬块。 [0021] 图11是图1的局部剖视图,示出了安装在壳体中的制动衬块。 [0022] 图12是踏板臂、制动衬块和弹簧的等距视图。 [0023] 图13是图1的局部剖视图,示出了低速档杆。 [0024] 图14是显示了根据本发明的加速踏板的触觉响应的作用力曲线图。 具体实施方式[0025] 本发明可包含多种不同形式的实施例,本说明书和附图仅示例性地公开本发明的几种形式。然而,本发明不受所描述的实施例限制。本发明的范围由所附的权利要求所限定。 [0026] 参看图1至4,根据本发明的一种非接触型加速踏板组件20包括壳体32,可旋转地安装在壳体32上的踏板臂22,制动衬块44和偏压弹簧装置46。踏板臂22也可以称为“踏板梁”或“踏板杆”。同样,制动衬块44也可被称为“主体”或“制动杆”。踏板臂22具有端部22A和22B。足垫27位置朝向端部22A。踏板臂端部22B具有制动鼓部分29,其呈现出弯曲的、W形制动面(或阻力面)42(最好参见图5和图6)。制动鼓部分29还具有凸起的中心脊43。杆210从与制动鼓部分29邻接的踏板臂端部22B延伸出来。 [0027] 壳体32具有传感器部分82和摩擦机构部分37。传感器80安装在传感器部分82中,并且摩擦生成机构270安装在摩擦机构部分37中。 [0028] 踏板臂22具有靠近汽车前部的前侧面28和靠近驾驶者和汽车后部的后侧面30。足垫27可以与踏板杆22一体制成,或者在它与踏板臂22的连接点处铰接和旋转。踏板臂22具有开口40。加速踏板臂22的制动面42包括限定出W形的制动面42A、42B、42C和 42D。在其他实施例中,面42可以具有其他的形状。 [0029] 踏板臂22利用通过制动鼓29的连接轴绕壳体32枢转,从而该制动鼓29及其接触面42随踏板臂22运动而旋转。弹簧装置46朝怠速位置偏压踏板臂22。制动衬块44定位成在一端容纳弹簧装置46并且在另一端接触制动鼓29。制动衬块44可枢转地安装在壳体32上,这样,当压下踏板臂22时,接触面70抵靠在制动面42上。 [0030] 踏板臂22连接到传感器部分82内的传感器组件80上,用于产生表示踏板位移的信号。传感器组件80可以是接触可变电阻位置传感器。也可以使用其它类型的传感器,例如光学、机械、电、磁和化学装置。 [0031] 如图所示的一个实施例中,壳体32也作为用于踏板臂22的安装端部22B以及传感器80的基座。踏板臂22的近端部22B通过轴34枢转地连接到壳体32上。更具体地说,踏板臂22的制动鼓部分29包括用于容纳轴34的开口40,而壳体32具有摩擦生成腔体或部分37,该腔体或部分37具有同样用于容纳轴34的相应的开口39A和39B。轴34可以压入配合到开口40内。轴34在其端部缩小,并在该端部处由安装在开口39A和39B中的轴承轴颈19套住并支撑。盖220安装在壳体32上,并且盖住轴34和轴承19的一端。 [0032] 现在转向图8和图9,除接触面70外,制动衬块44的其他特征还包括顶部230,底部231、按钮232、脊110以及端部233和234。 [0033] 接触面70为W形并且位于端部234。接触面70包括接触面70A、70B、70C和70D,这些接触面形成W形。在其他实施例中,接触面70可以有其他形状。接触面70A至70D与制动面42A至42D相配合形成摩擦生成机构270。 [0034] 制动衬块44还具有相对的耳轴60A和60B(也称作外伸支架或凸缘),来限定位于弹簧装置46和接触面70之间的主要枢转轴238。制动衬块44的接触面70位于该枢转轴的一侧,而旋转轴的另一侧设有用于容纳偏压弹簧47的一端的环形承窝104。 [0035] 制动衬块44具有朝向端部233布置的阶式法兰240、241和242。孔244穿过法兰242。偏压弹簧装置46包括偏压弹簧46A和46B。弹簧46A的直径大于弹簧46B的直径。 弹簧46A与46B同轴布置并且弹簧46B位于弹簧46A内侧。弹簧46A和46B提供了冗余,这种冗余使得在其中一个弹簧失效的情况下,另一个弹簧可以起作用。弹簧46A的一端越过法兰241并且靠在法兰240上。弹簧46B的一端越过法兰242并且靠在法兰241上。 [0036] 接触面70大体上与制动面42互补。在一个实施例中,接触面70是弯曲的并且为W形,而且具有大体上恒定的曲率半径。在其他实施例中,制动面具有可变的曲率半径和其他的形状。接触面70和制动面42之间的摩擦接合会对任一面造成磨损。接触面42的形状适合于减少或适应磨损。 [0037] 现参看图1至图7,壳体32设有间隔开的槽66,用于滑动地容纳耳轴60A和60B。耳轴60A和60B大体上呈圆柱形。制动衬块44可绕位于槽66和67中的耳轴60A和60B枢转。 [0038] 当制动衬块44安装在耳轴60A和60B内时,脊110可以接触腔体37中的壳体32的一部分248。脊110和部分248可以形成第二枢转轴250,制动衬块44可绕该第二枢转轴枢转或摆动。 [0039] 踏板臂22包括从踏板臂端部22B延伸出的杆210。杆210包括底部211,平基部260,圆形法兰262和另一个圆形法兰264。弹簧46A的一个端部靠在基部260上并且弹簧 46B的一个端部靠在法兰262上。因此,偏压弹簧装置46位于杆210和制动衬块44之间。 弹簧装置46包括两个同心定向的冗余卷簧46A和46B,一个弹簧安置在另一个弹簧内部。 提供这种冗余是为了提高可靠性,当一个弹簧失效或松弛时不会破坏偏压功能。具有冗余的弹簧且每个弹簧各自都可以使踏板臂22返回至其怠速位置是有益的。 [0040] 当踏板臂22沿第一方向72(加速)或另一个方向74(减速)运动时,压缩弹簧46中的力FS分别增大或减小。制动衬块44的可响应于弹簧力FS而移动。 [0041] 当踏板臂22向怠速/减速位置(方向74)运动时,制动面42和接触面70之间生成的阻力会将制动衬块44推向使耳轴60A和60B在槽66和67内略微向外移动的位置。制动衬块44位置上的变化可能不是肉眼可察觉的。当踏板臂22被压下时(方向72),制动面42和接触面70之间产生的阻力可将制动衬块44进一步拖入腔体37中,并且使耳轴 60A和60B在槽66和67中略微向内移动。制动衬块44的滑行运动是逐步的并且可描述为“楔入”效果,这种效果可增大或减小将接触面70向制动面42推压的力。这种基于方向的滞后效应是希望得到的,因为这与传统的机械连接式加速踏板的感觉相接近。 [0042] 当踏板臂22上的踏板力增大时,随着制动面42向前(图7中的方向120)旋转,接触面70上产生的摩擦力将制动衬块44在槽66和67上向内推压。制动衬块44的这种向前推压作用同样会将耳轴60A和60B推入槽66和67中,使得可相对降低接触面70和制动面42之间的法向接触力。 [0043] 应注意的是,W形的制动面42和接触面70比单纯的直面提供了更大的区域以产生增大的摩擦力。 [0044] 当踏板臂22上的踏板力减小时,就会产生相反的效果,即制动衬块44和制动面42之间的摩擦阻力将制动衬块44从耳轴60A和60B(方向121,图7)向外推压。制动衬块14的这种向后推压作用会将耳轴60A和60B从槽66和67向外推压,使得制动面42和接触面70之间的法向接触力可相对增大。当踏板臂22上的踏板力减小时,会出现相对较大的接触力,以允许驾驶者用比移动踏板臂加速所需的踏板力更小的踏板力来保持节气门的位置。 [0045] 同样是为了提高可靠性,制动衬块44设有冗余的枢转(或摆动)结构。除了由耳轴60A和60B所限定的主要枢转轴238外,制动衬块44还限定出脊110,该脊形成第二枢转轴250。 [0046] 当组装时,脊110与部分248并列放置并且可形成第二枢转轴250,在该第二枢转轴上制动衬块44可以枢转或摆动。由脊110和部分248所提供的第二旋转轴是根据本发明的加速踏板的特征,以允许提供主旋转轴的结构件即耳轴60A和60B以及槽66和67发生故障。如果这些特征的结构受到损坏,制动衬块44的枢转动作可以在脊110处发生。 [0047] 参考图10至图13,踏板臂22具有预设的转动限制,其形式为,在怠速的、返回位置挡块500和压下的、节气门打开位置挡块520。节气门打开位置挡块520包括从踏板臂22的每个侧面向外延伸的踏板臂柱525和壳体32上的挡壁530。当踏板臂22被完全压下时,踏板臂柱525停靠在挡壁530上,因此限制了踏板臂22的向前运动。挡块500和520可以是弹性的或刚性的。 [0048] 怠速位置挡板500包括踏板臂壁505和壳体壁510。当踏板臂22被放开时,踏板臂壁505停靠在壳体壁510上,并且不能再沿方向74(图7)移动。 [0050] 壳体32也具有传感器部分或腔体82。传感器组件80可以安装在传感器部分82中。传感器组件80可以包括开普顿(Kapton)柔性薄膜371,该柔性薄膜具有电阻条372和导体条374。薄膜371设置在传感器腔82内并且抵靠在壁375上。薄膜371的一端位于槽377中。终端383采用嵌模封装入壳体32中。终端将延伸进入连接器护罩320内并且可与线束连接。金属压力楔380压入配合于槽377内以实现导体条374和终端383之间的电连接。转子376压配合套在轴34上。转子376具有附在转子一端的电流接触器或电刷378。传感器盖381采用超声波焊接在壳体32上以封住传感器腔体82。操作中,转子376随轴34的移动而移动。轴34与踏板臂22连接。踏板臂22的移动使转子376和电流接触器378沿着电阻条372和导体条374移动。当接触器378移动时,施加给终端的电压将会改变大小。这称为电输出信号并且指示出踏板臂22的位置。传感器组件80操作和结构的其他细节在美国专利No.5,416,295和No.6,474,191中进行了详述,上述专利的内容通过引用纳入本文。 [0051] 当车辆驾驶者施压在踏板臂22上时,轴326旋转。当轴326旋转时,转子376转动,这引起电刷378沿着电阻条372和导体条374运动,从而使电子输出信号作为踏板位置的函数发生变化。 [0052] 线束(未示出)将安装在连接器保护罩320上并且与终端383相连接。该线束通常与发动机控制计算机相连接。该发动机控制计算机控制附连在节气门上的电动机,节气门安装在发动机进气口上。这样,踏板组件能够通过电子控制或电线控制安装在发动机上的节气门。这种类型的系统被称为电控系统。 [0053] 壳体32可进一步具有位于壳体32的侧面的换低档夹开口或腔体402。换低档夹400可以安装并被保持在腔体402中。换低档夹400可以包括突出的按钮404。踏板臂22也可以包括具有平壁部422的换低档杆420。换低档杆420从杆210沿着弹簧46的一侧延伸。 [0054] 换低档夹400操作和结构的其他细节在美国专利No.6,418,813,题名为《用于踏板的换低档机构》(“Kickdown Mechanism for a Pedal”)中进行了详述,上述专利的内容通过引用整体纳入本文。 [0055] 当踏板臂22靠近最大压下点时,平壁部422压在换低档夹400的按钮404上并与之接合。然后需要施加额外的力给踏板臂22以使按钮404向内移动进入换低档夹400。换低档夹为驾驶者提供了触觉反馈,使其得知踏板已经位于最大压下位置。踏板最大压下位置可以对应于全开的发动机节气门位置或可以用来为自动变速指明换低档位。 [0056] 当驾驶者从足垫27抬起他的脚时,加载的偏压弹簧装置46使踏板臂22绕着轴34旋转回复到其初始起动位置。该位置对应于怠速的发动机节气门位置。 [0057] 当足垫27被压下时,使接触面70对制动面42所施加的法向力FN增加。接触面70和制动面42之间的摩擦力Ff由动态摩擦系数乘以法向力FN确定。当法向力FN随着施加于足垫27的力Fa的增加而增加时,摩擦力Ff相应地增加。驾驶者可在足垫27处他/她的脚上感觉到这种力的增加。摩擦力Ff沿着面70的两个方向中的哪一个方向取决于踏板臂是朝前72还是朝后74推。当踏板被压下时,摩擦力Ff与施加的力Fa互为反作用,当踏板返回朝向其怠速位置时,摩擦力Ff从弹簧力FS中减去。 [0058] 本发明的踏板组件20可以具有基于方向的驱动力滞后效应。最初可能需要一个较大的力使踏板臂22开始运动,然后可需要一个较小的力保持踏板臂22的运动。 [0059] 踏板组件20可以进一步具有一个非移动区域,该非移动区允许驾驶者减小足踏板力而保持同样的加速踏板位置。 [0060] 图14示出了力相对于踏板臂位移变化的曲线图,表明了由本发明的加速踏板组件提供的基于方向的驱动力滞后效应。在一个实施例中,在踏板臂22开始移向怠速位置之前,踏板力可以降低40%至50%。 |