JP2018533093A - 車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータ - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、ハウジング（１０）と、ハウジング（１０）内において軸方向で変位可能であり、ピストンロッド（３０）を介して操作要素に結合されているピストン（２０）と、少なくとも一部、特に全体がハウジング（１０）内に配置されているばね要素（４０）と、を備える、力シミュレーション用の装置に関する。本発明によると、ピストン（２０）は、変化する横断面を有し、操作要素による操作時、ばね要素（４０）内に係合し、ばね要素（４０）には、ピストン（２０）と相互作用関係にあるロール体（７０，８０）が配置されており、かつばね要素（４０）は、少なくとも第１および第２のばね部分（５０，６０）からなり、第１および第２のばね部分（５０，６０）は、互いに結合されている。

Description

本発明は、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、ハウジングと、ハウジング内において軸方向で変位可能であり、ピストンロッドを介して操作要素に結合されているピストンと、少なくとも一部、特に全体がハウジング内に配置されているばね要素と、を備える力シミュレーション用の装置に関する。

クラッチペダルとクラッチとの間に直接的な機械的または液圧的な接続関係が存在しない操作システムが公知である。このような操作システムでは、ペダルまたはペダル力シミュレータ内に設けられたセンサが、ペダルの操作を検知し、相応してクラッチのレリーズまたはエンゲージを制御する。レリーズのために必要なクラッチペダルの操作力は、クラッチからの逆向きの力がないことに基づいて、もはや存在しない。このクラッチ操作に運転者が違和感を覚えることがないように、クラッチペダルの操作時の力の経過をシミュレートしなければならない。これは、クラッチペダルに作用するいわゆるペダル力シミュレータによって実現される。

本件出願時には未公開のDE 10 2015 215 961.2において、操作要素、例えばクラッチペダルにおける力シミュレーション用の装置であって、軸方向で変位可能なピストンが内部に収められたハウジングを備える装置が知られている。ピストンは、変化する横断面を有するスライドガイド機構構成部材（Ｋｕｌｉｓｓｅｎｂａｕｔｅｉｌ）を有し、スライドガイド機構構成部材は、同じくハウジング内に配置されているばね要素内に押し込まれる。代替的に、ばね要素の方が、横断面が変化する輪郭を有し、この横断面が変化する輪郭内に、ピストン構成部材が、場合によってはピストン構成部材に取り付けられたロールとともに、押し込まれる。この場合、ピストン構成部材は、変化する横断面を有しない。スライドガイド機構構成部材またはばね要素の横断面変化により、力の経過またはペダル力特性線をシミュレート可能である。ばね要素は、この装置では一体に形成されており、製造に際し、高いレベルの精度および品質を必要とする。特にばね要素は、フライス加工により製造される。この製造は、手間を要し、高価である。

本発明の課題は、従来技術において知られる欠点が克服される、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置を提供することである。

本発明によると、上記課題は、請求項１に記載の力シミュレーション用の装置によって解決される。有利な構成は、従属請求項からもたらされる。

上記課題は、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、ハウジングと、ハウジング内において軸方向で変位可能なピストンであって、ピストンロッドを介して操作要素に結合されているピストンと、少なくとも一部、特に全体がハウジング内に配置されているばね要素と、を備える力シミュレーション用の装置によって解決される。本発明によると、ピストンが、変化する横断面を有し、操作要素による操作時、ばね要素内に係合し、ばね要素には、ピストンと相互作用関係にあるロール体が配置されており、ばね要素は、少なくとも第１および第２のばね部分からなり、第１および第２のばね部分は、互いに結合されている。

ばね部分間の結合は、形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）および／または力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）を介して実施可能である。素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）を介して結合を形成することも可能である。

ばね要素を本発明のように構成したことで、ばね部分は個々に製造可能である。これにより製造が簡単になり、コストが低下する。

ピストンは、好ましくはピストン要素と、変化する横断面を有する外側輪郭を有するスライドガイド機構構成部材とを有し、ばね要素には、運動時に支持され、スライドガイド機構構成部材の外側輪郭に沿って転動する２つのロール体が配置されている。有利には、スライドガイド機構構成部材の外側輪郭は、略中央に最大の横断面を有する。横断面の変化によって、最大の横断面がどの位置に配置されているかによって、まず増加し、その後再び減少する反力が形成される。これにより、運転者には、触覚的にクラッチを操作しているという感覚が伝えられる。

一実施形態では、ばね要素は、堅固にハウジング内に位置決めされている。これにより、ピストンが動いたときに、ばね要素がその所定の位置から動かないことが保証され、これにより、高い信頼性をもって力特性線を模擬することが保証されている。しかし、これとは異なり、ピストンがハウジングに固定され、ばね要素が操作要素に結合されていてもよく、この場合、ばね要素は、運転用ペダルによる操作時、ピストンに向かって押される。

一変化形態では、両ロール体が反転する（ｇｅｇｅｎｌａｅｕｆｉｇ）ように形成されている。これにより、ロール体自体がロックしてしまわないようになっている。ロール体は、特にニードルスリーブ、ロールまたはその他の形態のベアリングとして形成されている。好ましくは、ばね要素の、ロール体を支持する腕は、互いに略平行に延びている。これにより、ロール体の転動性が促進され、かつ、ばね要素の腕が互いに離間または接近するように移動することで、ロール体が噛んで動かなくなってしまうことが確実に阻止される。

好ましい一形態では、ばね部分は、ロール体が配置されているそれぞれ１つの第１の端部と、それぞれ１つの第２の端部とを有し、第２の端部において、ばね部分は、互いに結合されている。

好ましくは、２つのばね部分間にスペーサが配置されている。スペーサの設計により、両ばね部分間の間隔を個別に調整可能である。

好ましくは、２つのばね部分とスペーサとは、第２の端部の領域でピン状の結合手段を介して互いに位置合わせされ、かつ互いに固定されている。このためにばね部分は、第２の端部の領域に収容部、特に孔を有している。スペーサも、特に貫通孔を有している。

別の好ましい実施形態では、ピン状の結合手段は、ボルトの形態で形成されており、ボルトは、２つのばね部分およびスペーサを貫いて係合し、ボルトは、外側から少なくとも１つの固定要素により止められている。その際、ボルトは、特にピストンロッドの中心軸線に対して略垂直に配置されており、スペーサおよびばね部分の収容部または孔を完全に貫いて係合する。ボルトの端部は、ばね部分の半径方向外側において突出し、この領域で少なくとも１つの固定要素により止められる。特に２つの固定要素が設けられており、固定要素は、ボルトの端部をばね部分の第２の端部の領域で止める。その際、固定要素は、特に力結合および／または形状結合を介してボルトの端部に結合されている。したがって、固定要素とピン状の結合手段との間で、例えばねじ結合、プレス結合または接着結合等の各種結合形態が可能である。ピン状の結合手段および固定要素は、特に完全にハウジング内に配置されている。

別の実施形態では、ばね要素は、軸方向でキャップ状またはＵ字形の閉鎖要素により保持される。その際、キャップ状の閉鎖要素は、特にハウジングの、ピストンロッドとは反対側において、力結合および／または形状結合を介してハウジングに結合される。このとき、固定要素は、好ましくは直接、キャップ状の閉鎖要素に当接する。さらに閉鎖要素には、略中央に開口が設けられている。この開口は、キャップを他の方法で固定することができる場合は、省略可能である。

別の好ましい実施形態では、ばね要素の２つのばね部分は、互いに略同一に形成されている。好ましくは、ばね部分は打ち抜かれる。これにより、製造が簡単になり、より低コストなものとすることができる。特に好ましくは、ばね要素は板ばねである。

好ましくは、ピストンロッドの外側に、かつ少なくとも一部ハウジングの外側に、蓄力手段、特に圧縮ばねの形態の蓄力手段が設けられている。蓄力手段は、好ましくは、一方では、ピストンロッドに取り付けられた支持要素に支持されるか、または直接ピストンロッドに支持されるとともに、ハウジング内に設けられた収容部に支持される。支持要素の結合は、形状結合、力結合または素材結合を介して実施可能である。好ましくは、支持要素は、ピストンロッドと一体に形成されていてもよい。その際、収容部の直径は、圧縮ばねの最大の直径と略同じ大きさである。圧縮ばねまたは蓄力手段をハウジング外に配置したことは、ペダル力シミュレータの内部により多くのスペースを板ばねのために形成することができ、これにより、板ばねをより強いものにすることができるという利点を有する。圧縮ばねは、ピストンロッドに結合、特に直接結合されている。

本発明の上記課題は、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、ハウジングと、ハウジング内において軸方向で変位可能なピストンであって、ピストンロッドを介して操作要素に結合されているピストンと、少なくとも一部、特に全体がハウジング内に配置されているばね要素と、を備える力シミュレーション用の装置において、ばね要素の内側輪郭が、変化する横断面を有し、ピストンには、ばね要素の内側輪郭と相互作用関係にあるロール体が配置されており、かつばね要素は、少なくとも第１および第２のばね部分からなり、第１および第２のばね部分は、形状結合および／または力結合を介して互いに結合されている、力シミュレーション用の装置によっても解決することができる。

以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

従来技術による力シミュレーション用の装置の断面図である。 本発明に係る力シミュレーション用の装置の断面図である。 図２に示した力シミュレーション用の装置内に配置するばね要素の断面図である。

図１は、本件出願時には未公開の従来技術において知られている力シミュレーション用の装置を示している。この装置は、ハウジング１を備えており、ハウジング１内では、ピストン２が軸方向で変位可能である。ピストン２は、ピストンロッド３を介して操作要素、例えばクラッチペダルに結合されている。半径方向でピストンロッドの外側には、ベローズの形態の汚損防止手段５が設けられている。汚損防止手段５は、ピストンロッド３とハウジング１とに固定されて、異物粒子がシリンダ内部に侵入するのを阻止する。ピストンロッド３は、符号を付して詳細に示すことはしないピストンロッドヘッドを有し、ピストンロッドヘッドは、ピストン２のジョイントソケット内で支持されている。ピストン２は、ピストン要素とスライドガイド機構構成部材とからなっており、ピストン要素とスライドガイド機構構成部材とは、互いに結合されている。スライドガイド機構構成部材は、変化する横断面を有し、操作要素が操作されると、軸方向でばね要素４内に押し込まれる。

ばね要素４は、フォーク状に形成されており、２つのばね腕を有する。図１から看取可能であるように、ばね要素４は、一体に形成されており、ゆえに製造に手間を要し、かつ高価である。各ばね腕には、ロール体７，８が１つずつ取り付けられており、ピストン２は、軸方向で移動する際、ロール体７，８上を転がるようにして移動する。さらに装置内では、ばね１３がピストン２とハウジング１とに支持されている。操作要素を操作すると、ばね１３と、ピストン２またはスライドガイド機構構成部材の変化する横断面とにより、運転者がクラッチペダルを操作したときに液圧式のレリーズシステムであれば感じたであろう力特性線に略相当する力特性線が形成される。

図２は、特に一体に形成されるハウジング１０を備える力シミュレーション用の装置を示している。しかし、装置をより組み立てし易いものとすべく、ハウジング１０を複数の部分、例えば２つの部分から形成することも可能である。シリンダ状のハウジング１０は、好ましくはプラスチックから形成されている。しかし、ハウジング１０を金属から製造することも可能である。

ハウジング１０内には、ピストン２０が設けられている。ピストン２０は、好ましくはピストン要素とスライドガイド機構構成部材とからなる。スライドガイド機構構成部材は、変化する横断面を有する。ピストン２０は、特に完全に金属から形成されている。しかし、ピストン２０の一部または全体を別の材料、例えばプラスチックから製造することも可能である。ピストン要素は、スライドガイド機構構成部材に形状結合および／または素材結合および／または力結合を介して結合されている。特にピストン要素は、ねじ結合を介してスライドガイド機構構成部材に結合される。しかし、ピストン要素とスライドガイド機構構成部材とを一体にまたはワンピースに形成することも可能である。

ピストン要素は、好ましくは円柱状に形成されており、好ましくは両端面の略中央に開口を有している。スライドガイド機構構成部材との結合に用いられる開口は、特に段付き孔として構成されている。ピストン要素の他の開口は、ピストンロッド３０との結合に用いられる。符号Ｍを付した装置の中心軸線は、軸方向でピストンロッド３０を通って延びている。

ピストンロッド３０は、ピストンロッドヘッドを有し、ピストンロッドヘッドは、ピストン要素とともに配置されるまたはピストン要素に接して配置されるジョイントソケット内に相互作用関係にある。ピストンロッド３０は、金属またはプラスチックから形成することができる。ピストンロッドヘッドの領域における摩耗を最小化すべく、ピストンロッド３０は、コーティングまたは低摩耗の収容部分を有していてもよい。

ピストン２０、特にピストン要素は、半径方向の拡張部により、ハウジング内壁に設けられた段部に軸方向で止められる。これにより、ハウジング内壁に設けられた段部は、軸方向ａでのピストン２０用のストッパとして用いられる。

さらにハウジング１０は、ピストンロッド３０側の端部に、ハウジング内壁に設けられた別の段部により形成される第２のストッパ面を有している。第２のストッパ面は、蓄力手段１３０を支持するために用いられる。蓄力手段１３０は、特に圧縮ばねの形態で形成されている。ピストンロッド３０には、支持要素１４０が力結合および／または形状結合および／または素材結合を介して取り付けられる。特に支持要素１４０は、雌ねじ山を有し、支持要素１４０の雌ねじ山は、ピストンロッド３０の雄ねじ山と相互作用関係にある。軸方向で止めるために、支持要素１４０を所定の位置に保つ特にナットまたはこれに類するものが設けられている。支持要素は、同じく半径方向の拡張部により形成されるストッパ面を蓄力手段１３０のために有している。ピストンロッド３０の半径方向外側には、好ましくは、粒子の侵入を阻止する汚損防止手段、例えば弾性的なベローズの形態の汚損防止手段が設けられていてもよい。この汚損防止手段（図示せず）は、ピストンロッド３０および／または支持要素１４０ならびにハウジング１０に固定されることができる。

これにより、クラッチペダルの形態の操作要素が操作されると、ピストンロッドは、軸方向ａで移動する。これにより、支持要素１４０と、ハウジング１０内に設けられたストッパ面との間に配置される蓄力手段１３０は、圧縮される。運転者は、操作方向とは逆向きに方向付けられた反力を感じる。ピストンロッド３０の軸方向の操作により、ピストン２０は、同じく軸方向で移動する。これにより、ピストン２０、具体的にはピストンのスライドガイド機構構成部材は、ハウジング１０内に配置されるばね要素４０内に移動する。

ばね要素４０は、少なくとも２つのばね部分５０，６０を有している。ばね部分５０，６０は、特に金属から形成され、打ち抜きにより製造されている。ばね部分５０，６０は、それぞれ、第１の端部５０．１，６０．１と、第２の端部５０．２，６０．２とを有している。ばね部分５０，６０は、ばね部分５０，６０の第１の端部５０．１，６０．１の領域に、ロール体７０，８０を有している。ロール体７０，８０は、ピストン２０に支持されるように、ばね部分５０，６０の内側に取り付けられる。ばね部分５０，６０の第２の端部５０．２，６０．２の領域では、各ばね部分５０，６０内に、孔の形態の収容部が設けられている。半径方向でばね部分５０，６０間には、スペーサ９０が配置されている。

スペーサ９０の構成によって、ばね部分５０，６０間の間隔を調整可能である。スペーサ９０は、略中央に同じく貫通孔の形態の収容部を有している。ばね部分５０，６０とスペーサ９０とは、ピン状の結合手段１００、特にボルトの形態の結合手段１００を介して互いに結合され、互いに位置合わせされる。

ピン状の結合手段１００は、２つの端部を有し、両端部は、それぞればね部分５０，６０の半径方向外側において突出している。ピン状の結合手段１００の端部には、固定要素１１０，１２０が設けられており、固定要素１１０，１２０は、ばね部分５０，６０およびスペーサ９０を半径方向で止めている。

ハウジング内壁は、ハウジング１０の、ピストンロッド３０とは反対側の端面に、別の段部を有しており、この別の段部は、固定要素１１０，１２０のためのストッパとして用いられる。さらに、キャップ状の閉鎖要素１５０が設けられ、閉鎖要素１５０は、固定要素１１０，１２０に直接当接し、ハウジング１０を閉鎖する。キャップ状の閉鎖要素１５０は、略Ｕ字形に形成されており、ハウジングを半径方向でも軸方向でも少なくとも部分的に包囲する。閉鎖要素１５０とハウジング１０との間の固定は、好ましくは力結合および／または形状結合を介して実施される。したがって、閉鎖要素１５０をハウジング１０にねじ止めすることも可能である。

ペダル力シミュレータの組み立ては、以下のように行われる。

まず、下位構成群を組み立てる。すなわち、ピストン要素とスライドガイド機構構成部材とを互いに結合する。ピストンロッド３０と支持要素１４０との間の結合を行う。

また、ばね部分５０，６０にロール体７０，８０を設けるとともに、スペーサ９０およびピン状の結合手段１００を介してばね部分５０，６０の位置を互いに調整し、そして固定要素１１０，１２０を用いて互いに結合する。

第１の組み立て工程において、ピストン２０をハウジング１０内に導入し、ピストン２０の半径方向の拡張部をハウジング内壁に設けられたストッパに当接させる。蓄力手段１３０を、ハウジング１０内に設けられたストッパ面に当接させ、ピストンロッド３０を支持体１４０とともに蓄力手段１３０の半径方向内側に、ピストンロッドヘッドがピストン２０の開口内で止められるまで押し込む。

第２の組み立て工程において、ばね要素４０をピン状の結合手段１００とともにハウジング１０内に押し込み、固定要素１１０，１２０を、ハウジング内壁に設けられた別のストッパに当接させる。最後にハウジング１０と閉鎖要素１５０とを結合する。

図２ａは、図２に示した力シミュレーション用の装置のばね要素４０の詳細を示している。ロール体７０，８０が、ばね部分５０，６０の第１の端部５０．１，６０．１の領域に配置されており、半径方向内方を向いていることが看取可能である。操作時、ピストン２０のスライドガイド機構構成部材は、ばね要素４０内に押し込まれる。それゆえ、ロール体７０，８０は、スライドガイド機構構成部材の表面と当接することになる。スライドガイド機構構成部材の変化する横断面、特に略中央の横断面拡大により、結果として、少なくとも短時間、ペダル操作力とは逆向きに方向付けられた高められた反力が生じる。スライドガイド機構構成部材により生じる反力は、蓄力手段１３０により生じる反力に加えられ、これにより所望の力特性線を運転者のためにシミュレートする。

先の実施例は、車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、ハウジングと、ハウジング内において軸方向で変位可能なピストンであって、ピストンロッドを介して操作要素に結合されているピストンと、少なくとも一部、特に全体がハウジング内に配置されているばね要素と、を備え、ピストンは、変化する横断面を有し、操作要素による操作時、ばね要素内に係合し、ばね要素には、ピストンと相互作用関係にあるロール体が配置されており、かつ、ばね要素は、少なくとも第１および第２のばね部分からなり、第１および第２のばね部分は、形状結合および／または力結合を介して互いに結合されている、力シミュレーション用の装置に関する。

１，１０ ハウジング
２，２０ ピストン
３，３０ ピストンロッド
５ 汚損防止手段
４，４０ ばね要素
５０，６０ ばね部分
５０．１，６０．１ 第１の端部
５０．２，６０．２ 第２の端部
７，７０ ロール体
８，８０ ロール体
９０ スペーサ
１００ ピン状の結合手段
１１０ 固定要素
１２０ 固定要素
１３，１３０ 蓄力手段
１４０ 支持要素
１５０ 閉鎖要素
Ｍ 中心軸線
ａ 軸方向
ｒ 半径方向

Claims (10)

1. 車両の操作要素における力シミュレーション用の装置、特にペダル力シミュレータであって、
   ハウジング（１０）と、
   前記ハウジング（１０）内において軸方向で変位可能なピストン（２０）であって、ピストンロッド（３０）を介して前記操作要素に結合されているピストン（２０）と、
   少なくとも一部、特に全体が前記ハウジング（１０）内に配置されているばね要素（４０）と、
   を備える力シミュレーション用の装置において、
   前記ピストン（２０）は、変化する横断面を有し、前記操作要素による操作時、前記ばね要素（４０）内に係合し、
   前記ばね要素（４０）には、前記ピストン（２０）と相互作用関係にあるロール体（７０，８０）が配置されており、
   前記ばね要素（４０）は、少なくとも第１および第２のばね部分（５０，６０）からなり、前記第１および第２のばね部分（５０，６０）は、互いに結合されている
   ことを特徴とする力シミュレーション用の装置。
2. 前記ばね部分（５０，６０）は、前記ロール体（７０，８０）が配置されているそれぞれ１つの第１の端部（５０．１，６０．１）と、それぞれ１つの第２の端部（５０．２，６０．２）とを有し、前記ばね部分（５０，６０）は、前記第２の端部（５０．２，６０．２）において、互いに結合されていることを特徴とする、請求項１記載の力シミュレーション用の装置。
3. ２つの前記ばね部分（５０，６０）間にスペーサ（９０）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の力シミュレーション用の装置。
4. ２つの前記ばね部分（５０，６０）と前記スペーサ（９０）とは、前記第２の端部（５０．２，６０．２）の領域でピン状の結合手段（１００）を介して互いに位置合わせされ、かつ互いに固定されていることを特徴とする、請求項３記載の力シミュレーション用の装置。
5. 前記ピン状の結合手段（１００）は、ボルトの形態で２つの前記ばね部分（５０，６０）および前記スペーサ（９０）を貫いて係合し、外側から少なくとも１つの固定要素（１１０，１２０）により止められていることを特徴とする、請求項４記載の力シミュレーション用の装置。
6. ２つの前記ばね部分（５０，６０）は、略同一に形成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の力シミュレーション用の装置。
7. 前記ばね部分（５０，６０）は、打ち抜かれていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の力シミュレーション用の装置。
8. 前記ピストンロッド（３０）の外側に、かつ少なくとも一部前記ハウジング（１０）の外側に、特に圧縮ばねの形態である蓄力手段（１３０）が設けられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の力シミュレーション用の装置。
9. 前記蓄力手段（１３０）は、前記ピストンロッド（３０）、または前記ピストンロッド（３０）に配置される支持要素（１４０）と、前記ハウジング（１０）とに支持されていることを特徴とする、請求項８記載の力シミュレーション用の装置。
10. 前記ばね要素（４０）は、板ばねであることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の力シミュレーション用の装置。

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