(57)【要約】  本発明は、車両の操作要素（３）に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータ（２）であって、ピストンシリンダユニット（５，１４）を備え、ピストン（５）が、ピストンロッド（４）を介して、操作要素（３）と接続されており、操作要素（３）は、ピストン（５）をシリンダ（１４）内で軸方向に動かす、力シミュレーション装置に関する。車両使用者に、液圧式のクラッチ操作ユニットの場合と同一の感覚が伝達されて与えられる装置において、シリンダ（１４）内に、略円形の抵抗要素（１５）が、半径方向に突出しており、抵抗要素（１５）は、シリンダ（１４）を２つの中空室（１６，１７）に分割し、両方の中空室（１６，１７）は、所定の媒体により充填されており、抵抗要素（１５）は、可変の直径を有する開口（１８）を有し、直径は、操作要素（３）の操作速度に依存して変化し、これにより媒体が、可変の体積で、ピストン（５）により、第１の中空室（１６）から第２の中空室（１７）に押圧される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータであって、
ピストン（５）がピストンロッド（４）を介して操作要素（３）と接続されており、該操作要素（３）は前記ピストン（５）をシリンダ（１４）内で軸方向に動かす、ピストンシリンダユニット（５，１４）を備え、
前記シリンダ（１４）内に、略円形の抵抗要素（１５）が、半径方向で突出しており、該抵抗要素（１５）は、前記シリンダ（１４）を、２つの中空室（１６，１７）に分割し、両方の前記中空室（１６，１７）は、所定の媒体により充填されており、前記抵抗要素（１５）は、可変の直径を有する開口（１８）を有し、該直径は、前記操作要素（３）の操作速度に依存して変化し、これにより前記媒体が、可変の体積で、前記ピストン（５）により、第１の中空室（１６）から第２の中空室（１７）に押圧されることを特徴とする、力シミュレーション装置。
【請求項２】
前記抵抗要素（１５）は、前記開口（１８）の直径を調整するための、前記開口（１８）を包囲する膨張可能な画定部（２４）を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
膨張可能な前記画定部（２４）は、ダイヤフラム（２５）として構成されており、該ダイヤフラム（２５）は、液体により充填されるチャンバ（２６）を包囲し、該チャンバ（２６）は、前記抵抗要素（１５）に接してまたは前記抵抗要素（１５）を通って案内された液体管路（２７）を介して、前記操作要素（３）の操作速度に依存して、液体により充填可能である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
液体制御装置（１１）により制御される調整部材（１２）が、前記操作速度に依存して、液体を前記チャンバ（２６）に圧送し、これにより、前記ダイヤフラム（２５）の膨張量が変化可能であり、ひいては前記抵抗要素（１５）の前記開口（１８）の直径の拡径または減径が調整可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記液体制御ユニット（１１）は、前記シリンダ（１４）の外側に配置されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記シリンダ（１４）の、前記ピストン（５）とは反対の側で、前記第２の中空室（１７）内に分離ピストン（１９）が位置決めされており、該分離ピストン（１９）は、ばね要素（２０）を介して、前記シリンダ（１４）の内壁（２１）に作用する、請求項１から５までの少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記第１の中空室（１６）と前記第２の中空室（１７）とは、前記シリンダ（１４）の外側に配置された圧力制御弁（２２）を介して互いに接続されており、該圧力制御弁（２２）は、好適には非圧縮性の媒体が前記第２の中空室（１７）から前記第１の中空室（１６）に流れるときに開き、前記媒体が前記第１の中空室（１６）から前記第２の中空室（１７）に流れるときに閉じる、請求項１から６までの少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記ピストンロッド（４）および前記シリンダ（１４）は、少なくとも部分的に戻しばね（２３）と結合されている、請求項１から７までの少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
操作要素（３）が、該操作要素（３）に加わる力のシミュレーション装置（２）と結合されており、前記操作要素（３）の位置が、センサユニット（６）により検出され、電気的に制御ユニット（８）に転送され、該制御ユニット（８）は、クラッチ（１０）と作用接続されている、電気的なクラッチシステムを操作する装置であって、
前記力シミュレーション装置（２）は、請求項１から８までの少なくともいずれか１項に基づいて構成されていることを特徴とする、電気的なクラッチシステムを操作する装置。
【請求項１０】
前記制御ユニット（８）は、液圧式の調整部材（１２）を制御する液体制御ユニット（１１）を介して、抵抗要素（１５）の膨張可能な画定部（２４）と接続されている、請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置、好適には所定の力−ストローク特性に関する触覚応答を形成するペダルシミュレータであって、ピストンシリンダユニットを備え、ピストンがピストンロッドを介して操作要素と接続されており、操作要素はピストンをシリンダ内で軸方向に動かす、力シミュレーション装置、および電気的なクラッチシステムを操作する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２０１１０１６２３９号明細書（DE 10 2011 016 239 A1）において、電子的な信号伝達装置を有する車両制動装置に用いられるペダル踏力シミュレータが公知であり、このペダル踏力シミュレータでは、車両運転手の踏力に依存する制動トルクの制御が、特に電気液圧式または電気機械式のシステムにより行われ、その際、ペダル踏力シミュレータが、車両運転手にとって通常の制動感覚を形成する。ペダル踏力シミュレータは、空圧式に作動するピストンシリンダユニットを有し、ピストンシリンダユニットのピストンは、制御可能な弁を有する圧縮チャンバを画定し、圧縮方向とは逆向きに、少なくとも１つの第１のばね要素により、ピストンに力が掛けられる。また、ペダル踏力シミュレータは、ピストンロッドを介して車両ブレーキペダルと結合されていて、ピストンロッドが、車両ブレーキペダルの操作中にピストンシリンダユニットに対して相対的な角度変化を行う。この角度の可動性は、ペダル踏力シミュレータの構造に高い要求を課している。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１００６１４３９号明細書（DE 10 2010 061 439 A1）は、自動車に用いられる制動システムを開示している。この制動システムでは、車両運転手により操作可能なブレーキペダルが、ストロークに依存する反力または戻し力を生成するペダルシミュレータと結合されている。ブレーキペダルの位置は、センサにより検出され、センサのセンサ信号が、評価のための制御機器に送られる。ブレーキペダルの位置に応じて、制御機器は、駆動制御ユニットおよびブレーキ制御ユニットに対する制御信号を形成するので、これにより生成される発電ブレーキ部分が、摩擦ブレーキ部分とともに、制動トルク、またはブレーキペダルの位置に対応する制動作用を形成する。同時に、ペダルシミュレータは、制御機器により制御され、ブレーキペダルに、専ら液圧式の制動装置によるブレーキの場合のようなペダル感覚を運転手に与える反力または戻し力が作用する、つまりストローク−力関係が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の根底を成す課題は、通常の液圧式の装置の場合と同一の感覚を車両運転手に伝えると同時に、それにもかかわらず簡単に製造可能である、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、シリンダ内に、略円形の抵抗要素が半径方向に突出しており、抵抗要素は、シリンダを２つの中空室に分割し、両方の中空室は、所定の媒体により充填されており、抵抗要素は、可変の直径を有する開口を有し、直径は、操作要素の操作速度に依存して変化し、これにより媒体が、可変の体積圧で、ピストンにより、第１の中空室から第２の中空室に押圧されることによって解決される。その利点は、非液圧式の操作システムであっても、特に純粋に電気式の車両クラッチシステムであっても、通常の液圧式の操作システムの場合と同一の感覚が車両運転手に伝えられることにある。この場合、力のシミュレーション装置は、力−ストローク特性曲線をシミュレートし、その際、操作要素を介して、車両使用者の足または手に作用する力が、ピストンが進行したストロークに依存して生成される。特に、力は、操作速度と進行したストロークとに依存して特定される、抵抗要素の直径により特定される。そうして、開口が比較的小さく、ピストンにより押し退けられる液体の体積がゆっくりにしか第１の中空室から第２の中空室へ移動しないときには、大きな力が要求される。これとは異なり、開口が大きい場合に液体の体積が高い速度で両方の中空室の間を移動するときには、小さな力が作用する。この場合、力のシミュレーション装置の大きさは、液圧式のクラッチ操作システムにおけるマスタシリンダの大きさに相当するので、自動車における所要スペースにさらなる要求が課されず、したがって、踏力シミュレータは、マスタシリンダの代わりに自動車の同一箇所に組み付けることができる。抵抗要素とは、以下、媒体に対して機械式の抵抗を形成する、媒体に突出する突出部と解されるべきである。
【０００６】
好適には、抵抗要素は、開口の直径を調整するための、開口を包囲する膨張可能な画定部を有する。膨張可能なこの画定部により、直径は、操作速度と操作要素のストロークとに依存して、拡径または減径することができ、これにより、直径の大きさに応じて、開口を通って流れる媒体によって、操作要素において車両運転手により触知可能な力の差が生成される。
【０００７】
１つの態様によれば、膨張可能な画定部はダイヤフラムとして構成されており、ダイヤフラムは、液体により充填されるチャンバを包囲し、チャンバは、抵抗要素に接してまたは抵抗要素を通って案内された液体管路を介して、操作要素の操作速度に依存して、液体により充填される。このような、ダイヤフラムとしての膨張可能な画定部の構成は、特に簡単に製造可能であり、ダイヤフラムにより包囲されるチャンバを充填する液体は、そのチャンバ内の体積を簡単に制御可能である。
【０００８】
１つの態様によれば、液体制御ユニットにより制御される調整部材が、操作速度に依存して液体をチャンバに圧送し、これにより、ダイヤフラムの膨張量が変化し、したがって抵抗要素の開口の直径の拡径または減径が調整可能である。操作要素が進行したストロークおよび／または操作要素の操作速度によりチャンバ内の液体の体積が制御可能である液体制御ユニットによって、ダイヤフラムの膨張量、ひいては抵抗要素の開口の直径の大きさが特に細かく調整可能である。
【０００９】
好適には、液体制御ユニットは、シリンダの外側に配置されている。これにより、力のシミュレーション装置の構造サイズが液圧式の操作装置のマスタシリンダの構造サイズを超過しないこと、および液体制御ユニットを自動車における任意の位置に配置できることが保証される。
【００１０】
別の１つの態様によれば、シリンダの、ピストンとは反対の側で、第２の中空室に分離ピストンが位置決めされており、分離ピストンは、ばね要素を介して、シリンダの内壁に作用する。これにより、非圧縮性の媒体が作用するとき、分離ピストンの位置が後退し、そうして媒体の、第１の中空室に押し退けられる体積に対する空間が第２の中空室に形成されることが保証される。媒体が再び第１の中空室に流れ戻ると、ばね要素は、分離ピストンをその初期位置に押圧する。
【００１１】
好適には、非圧縮性の媒体は液圧液体であり、液圧液体は、ピストンにより、第１の中空室から第２の中空室に押圧される。液圧液体の非圧縮性の特性に基づいて、操作要素、好適にはアクセルペダルにおいて車両運転手が確実に感じることのできる反力が生成される。
【００１２】
別の１つの態様によれば、第１の中空室と第２の中空室とは、シリンダの外側に配置された圧力制御弁を介して互いに接続されており、圧力制御弁は、好適には非圧縮性の媒体が第２の中空室から第１の中空室に流れるときに開き、媒体が第１の中空室から第２の中空室に流れるときに閉じる。この圧力制御弁により、車両使用者による操作要素の操作時に媒体が専ら抵抗要素の開口を通って流れることが保証される。これにより、車両運転手の、これに対応する触覚が調整される。
【００１３】
別の１つの態様によれば、ピストンロッドおよびシリンダは、少なくとも部分的に戻しばねと結合されているので、車両使用者による操作要素の操作が弱まると、操作要素は再びその元の位置に戻ることができる。
【００１４】
本発明の改良態様は、操作要素が、操作要素に加わる力のシミュレーション装置と結合されており、操作要素の位置が、センサユニットにより検出され、電気的に制御ユニットに転送され、制御ユニットは、クラッチと作用接続されている、電気的なクラッチシステムを操作する装置に関する。この場合、力シミュレーション装置は、この保護権利出願に記述されている複数の特徴の少なくとも１つに基づいて構成されている。その利点は、電気式のクラッチシステムの場合に、操作要素において、液圧式または空圧式のクラッチシステムの場合と全く同一の力が車両運転手によって知覚されることにある。
【００１５】
好適には、制御ユニットは、調整部材を制御する液体制御ユニットを介して、抵抗要素の膨張可能な画定部と接続されている。この接続により、操作要素の操作圧に依存する膨張可能な画定部の確実な膨張量が調整される。
【００１６】
好適には、制御ユニットは、アクチュエータとして構成された、クラッチを制御する出力ユニットを有し、出力ユニットは、クラッチと機械的、液圧的または空圧的に連結されている。したがって、車両の操作要素に加わる力のシミュレーション装置は、任意の構成の操作要素に使用可能である。
【００１７】
本発明は、多数の実施の態様を許容する。そのうちの１つを、描画された複数の図面に基づいて詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電気液圧式のクラッチ操作システムの原理図である。
【図２】図１による電気液圧式のクラッチ操作システムのペダルシミュレータの１つの実施の態様を示す。
【図３】抵抗要素の膨張可能な画定部の１つの実施の態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
同一の特徴には、同一の符号を付して示してある。
【００２０】
図１には、クラッチバイワイヤシステムとも称される、電気液圧式のクラッチ操作システムの原理図が示されている。電気液圧式のクラッチ操作システム１は、ペダルシミュレータ２を有する。ペダルシミュレータ２は、機械的にクラッチペダル３と結合されている。クラッチペダル３は、ピストンロッド４を介して、ペダルシミュレータ２内に軸方向可動に支持されたピストン５を操作する。ピストン５の動きは、ストロークセンサユニット６により検出される。ストロークセンサユニット６は、ペダルシミュレータ２と結合されていて、好適にはペダルシミュレータ２に組み込まれている。電気線路７を介して、ストロークセンサユニット６は、制御兼出力ユニット８と接続されている。制御兼出力ユニット８は、電子制御装置の他に、アクチュエータを有する。アクチュエータは、別の路９を介して、クラッチ１０を制御する。この路９は、本態様では、液圧管路として構成されている。クラッチ１０の制御は、代替的に空圧式または機械式に行ってもよい。さらに、制御兼出力ユニット８は、電気的に液体制御ユニット１１と接続されている。液体制御ユニット１１は、ペダルシミュレータ２に通じる調整部材１２を制御する。
【００２１】
図２には、ペダルシミュレータ２の１つの実施の態様において、どのようにしてペダルシミュレータ２が図１によるクラッチ操作システム１に使用されるのかが示されている。クラッチペダル３は、接続部１３を介して、ピストンロッド４に取り付けられている。シリンダ１４内で、ピストン５が、ピストンロッド４を介して、クラッチペダル３の位置に依存して軸方向に移動させられる。シリンダ１４は一方の端部で、案内要素、たとえばシールまたは壁開口を有する。シールまたは壁開口において、ピストンロッド４は軸方向に支持されている。ピストンロッド４の前端部で、ピストン５が、ピストンロッド４と結合されていて、シリンダ内壁に接して周面側で案内されている。このシリンダ１４には、ほぼ中央に、円形の抵抗要素１５が配置されている。抵抗要素１５は、シリンダ１４の内室を２つの中空室１６，１７に分割する。ピストン５は、シリンダ１４の第１の中空室１６内で軸方向に移動する。抵抗要素１５は、開口１８を有する。この開口１８は、可変の直径を有し、直径は、クラッチペダル３の操作時に変化させられる。シリンダ１４の、ピストン５に対して反対の側には、分離ピストン１９が、第２の中空室１７に配置されている。分離ピストン１９は、同様に摺動式に軸方向可動にシリンダ１４に支持されていて、内ばね２０を介して、シリンダ１４の内壁２１に作用する。
【００２２】
中空室１６，１７は、液圧液体により充填されている。抵抗要素１５を迂回しシリンダ１４の外側に配置された圧力制御弁２２が、中空室１６，１７を互いに接続しており、圧力制御弁２２は、液圧液体が第１の中空室１６からピストン５によって第２の中空室１７に押圧されるときに閉じるように配置されている。この圧力制御弁２２は、液圧液体が第２の中空室１７から第１の中空室１６に流れ戻るときに開く。ピストンロッド４およびシリンダ１４の周りには、部分的に戻しばね２３が配置されている。
【００２３】
抵抗要素１５が、図３に詳しく示されている。図３において、抵抗要素１５は、柔軟な画定部２４を有する。画定部２４は、チャンバ２６を包囲するダイヤフラム２５から成る。チャンバ２６の内側に、他の液体、好適には液圧液体が配置されており、この液体は、調整部材１２から液体管路２７を介してチャンバ２６に圧送される。調整部材１２は、液体制御ユニット１１により制御される。液体制御ユニット１１は、たとえばモータであり、これに対して調整部材１２は、好適にはピストンとして構成されている。
【００２４】
記述されているペダルシミュレータは、以下のように機能する。クラッチペダル３の操作時、ペダル運動が、接続部１３を介して、これに対応するピストンロッド４の送り運動に変換される。この場合、一方では、戻しばね２３が圧縮されて緊張され、これにより、戻し反力が生成される。さらに、ピストンロッド４に取り付けられたピストン５は、位置固定に支持されたシリンダ１４内でシリンダ１４に対して前進させられる。制御兼出力ユニット８は、所定の距離を操作要素３が進行する時間の長さから、液体制御ユニット１１に出力される操作速度を特定する。液体制御ユニット１１により発信される調整命令に基づいて、調整部材１２は、クラッチペダル３の操作速度に依存して、液体をチャンバ２６に圧送し、開口１８の最適な狭窄量を調節する、ダイヤフラム２５の膨張を惹起する。しかしてこの場合、液圧液体が狭窄部分に沿って流れる。狭窄は、第１の液圧液体が通流する体積の低減ひいては開口１８の狭窄部分の寸法の低減、およびシリンダ１４の内側における、通流量に依存する圧力特性の変化をもたらす。開口１８の可変の横断面を実現可能にする膨張可能な画定部２４を有する抵抗要素１５は、代替的に、絞り（Iris）を介して可変の横断面を有するように構成されてもよく、この絞りは、たとえば電気式、空圧式または圧電式の調整モータにより制御することができる。
【００２５】
開口１８の変化する直径に基づいて、大小の大きさの体積の液圧液体が、開口１８を通って第１の中空室１６から第２の中空室１７に押し退けられる。同時に、ピストン５を介して押し退けられる液体の体積が、分離ピストン１９の移動を引き起こす。分離ピストン１９は、内側に位置するばね２０に対して押圧され、第１の中空室１６に押し退けられる液圧液体の体積が、第２の中空室１７に供給される。
【００２６】
記述されているペダルシミュレータ２は、非液圧式の操作システム、特に純粋に電気式の車両クラッチシステムに用いることを想定している。ただし、代替的に、ペダルの代わりに別の任意の操作要素を有することができる、たとえばブレーキシステムなどの別の任意の操作システムに対しても使用してよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  電気液圧式のクラッチ操作システム
２  ペダルシミュレータ
３  クラッチペダル
４  ピストンロッド
５  ピストン
６  ストロークセンサユニット
７  電気線路
８  制御兼出力ユニット
９  路
１０  クラッチ
１１  液体制御ユニット
１２  調整部材
１３  接続部
１４  シリンダ
１５  抵抗要素
１６  第１の中空室
１７  第２の中空室
１８  開口
１９  分離ピストン
２０  内ばね
２１  内壁
２２  圧力制御弁
２３  戻しばね
２４  柔軟な画定部
２５  ダイヤフラム
２６  チャンバ
２７  液体管路
【図１】
2017520445.tif 000003
【図２】
2017520445.tif 000004
【図３】
2017520445.tif 000005
【国際調査報告】
2017520445.tif 000006
2017520445.tif 000007
2017520445.tif 000008
2017520445.tif 000009