用于检测驾驶员需求的设备的制作方法

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：

1、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。

22、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。

23、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。

24、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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、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。

29、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。

30、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。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。