專利名稱：具有力反饋的操縱裝置的制作方法
具有力反饋的操縱裝置
說明
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于換檔變速器，例如用 于具有線控?fù)Q檔操縱機(jī)構(gòu)的變速器或自動(dòng)變速器的操縱裝置。
汽車的換檔變速器一般借助于布置在司機(jī)能伸手夠到的范圍中的操縱裝置來換 擋或控制。為此通常使用諸如變速桿或換檔桿的操縱元件，它們例如布置在汽車的前排 座椅之間或布置在駕駛室的其它區(qū)域中。
出于人體工程學(xué)和安全的原因，在此情況下尤其要求將可能的暫時(shí)不允許的換 擋狀態(tài)或者要求的換擋操作的過程以在操縱桿上的相應(yīng)的換擋阻力或鎖止的形式，以在 觸覺上可明顯感覺到的方式告知司機(jī)。只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)一種觸覺的換擋操作，如司 機(jī)對(duì)此例如從完全同步的機(jī)械式變速器中通過該變速器的與轉(zhuǎn)速和速度相關(guān)的同步鎖止 所了解和熟悉的那樣，或者也從自動(dòng)變速器的常規(guī)操作中通過它的定位鎖止和它的換擋 鎖止所知道和熟悉的那樣。
因此在任何情況下都要求在變速器操作時(shí)向司機(jī)傳達(dá)有關(guān)變速器的當(dāng)前的換擋 狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)或有關(guān)換擋結(jié)果的明確的觸覺反饋。
但是在對(duì)換檔變速器的電操縱或線控?fù)Q檔操縱的情況下，在乘客室中的操縱桿 和在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的汽車變速器之間不再存在機(jī)械的耦聯(lián)。在“線控?fù)Q檔”變速器情況 下，而是借助于電的或電子的信號(hào)將換擋指令從操縱裝置傳遞到汽車變速器并且接著通 常對(duì)變速器上的換擋指令實(shí)施電-液轉(zhuǎn)換。但是在變速器促動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱桿之間沒有機(jī) 械的連接，因此在此情況下導(dǎo)致變速器狀態(tài)、可能的變速器換擋鎖止或不允許的換擋指 令不再能夠直接地并且使司機(jī)可以感覺到地反作用于操縱桿的狀態(tài)。
因此在線控?fù)Q檔控制的變速器情況下，司機(jī)不能夠直接地依據(jù)在操縱桿上可感 覺到被閉鎖的一定的換擋位置來識(shí)別出變速桿位置、行駛速度級(jí)或換擋指令在瞬時(shí)的行 駛狀態(tài)中可能是不允許的并且因此也不應(yīng)該選取的情況。在線控?fù)Q檔操縱情況下，通過 變速器實(shí)際實(shí)施司機(jī)的換擋指令對(duì)操縱桿的反作用也很小，因此司機(jī)也不能在觸覺上感 覺到換擋操作的過程，如他對(duì)此例如在具有其定位鎖止和變速器同步鎖止的機(jī)械操縱的 變速器中所熟悉的那樣。
因此，為了在線控?fù)Q檔控制的變速器中實(shí)現(xiàn)要求的觸覺反饋，依據(jù)要被操作的 換檔變速器的狀態(tài)以及依據(jù)汽車上其它的狀態(tài)因素，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，汽車速度，離合 器位置等等，需要依據(jù)變速器狀態(tài)的不同情況主動(dòng)控制地限制、延遲或完全封鎖操縱桿 的運(yùn)動(dòng)。
只有采用這種方式，即使在線控?fù)Q檔控制的變速器情況下也能夠以觸覺上可感 覺到的方式例如告知在抓取操縱桿時(shí)的司機(jī)，由于當(dāng)前的汽車速度的原因或者由于換檔 變速器的瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的原因，他的換擋愿望是不允許的并且因此被禁止。由此也可以 避免在操縱桿上仍然可以輸入當(dāng)前不能夠由線控?fù)Q檔變速器轉(zhuǎn)換的換擋指令，該換擋指 令被變速器的電子單元識(shí)別并且由此沒有從操縱裝置傳遞到變速器上。
此外，如果司機(jī)在線控?fù)Q檔控制的變速器情況下也要獲得如在機(jī)械操縱的變速器情況下如例如在具有傳動(dòng)拉桿的手動(dòng)變速器情況下同樣的觸覺反饋，那么在操縱桿上 就需要一個(gè)這樣的促動(dòng)機(jī)構(gòu)，在手動(dòng)變速器中，由變速桿掛入各檔位在操縱桿上產(chǎn)生尤 其是依據(jù)轉(zhuǎn)速或速度可感覺到的相應(yīng)的反作用力變化。
如例如由DE19848191A1獲知，在現(xiàn)有技術(shù)中人們?cè)噲D在換檔變速器的操縱元 件中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的觸覺，其中為操縱元件配設(shè)可電子控制的汽車元件或運(yùn)動(dòng)減震器，它由 控制裝置這樣地控制，使得在司機(jī)操作該操縱元件時(shí)可以在操縱元件上模擬隨著換檔變 速器中相應(yīng)的狀態(tài)改變產(chǎn)生的反作用力。
但是這種由現(xiàn)有技術(shù)已知的具有可電子控制的運(yùn)動(dòng)減震器的操縱裝置的缺陷在 于，按照該文獻(xiàn)的教導(dǎo)，運(yùn)動(dòng)減震器作為附加的組件必須安置在操縱桿的區(qū)域中或操縱 裝置的殼體中。這導(dǎo)致附加的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性并且需要單獨(dú)的安裝空間，對(duì)于用于現(xiàn)代汽車 變速器的不斷變小的操縱裝置來說常常不能夠提供這種空間。此外，按照該文獻(xiàn)的教 導(dǎo)，也是由該文獻(xiàn)已知的反作用的產(chǎn)生需要一個(gè)促動(dòng)器式驅(qū)動(dòng)裝置，它導(dǎo)致不是微小的 能量消耗并且需要附加的空間。
在這個(gè)背景下，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有用于觸覺模擬的力反饋裝置的操 縱裝置，尤其是用于換檔變速器的電的或電子的線控?fù)Q檔操縱，由此可以克服現(xiàn)有技術(shù) 的所述缺陷。在此情況下，操縱裝置尤其應(yīng)該是節(jié)省空間、結(jié)構(gòu)簡單并且因此是成本有 利的。此外，應(yīng)該能夠可靠并且逼真地模擬機(jī)械定位卡鎖的操縱桿的觸覺。
這個(gè)任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1的特征的操縱裝置解決。
優(yōu)選的實(shí)施形式是從屬權(quán)利要求的主題。
以本身已知的方式，按照本發(fā)明的操縱裝置包括底座殼體以及操縱元件，例如 操縱桿，其中操縱元件可以圍繞布置在底座殼體上的支承部位轉(zhuǎn)動(dòng)或樞轉(zhuǎn)。以同樣本身 已知的方式，操縱裝置還包括一個(gè)力反饋裝置，它包括作用在操縱桿上的，可電子控制 地調(diào)節(jié)的元件，用于產(chǎn)生反作用力，其中該反作用力元件包括一種具有可控制地改變的 粘度的流體。
但是按照本發(fā)明，操縱裝置的特征在于，反作用力元件通過操縱元件的支承部 位(軸承點(diǎn))的一個(gè)用該流體填充的支承間隙(軸承間隙)形成。
以這種方式可以取消在現(xiàn)有技術(shù)中的以可控制的減震器裝置形式作為單獨(dú)的部 件所要求的反作用力元件，或可以以極其節(jié)省結(jié)構(gòu)空間的方式將反作用力元件的功能集 成到例如操縱桿的活節(jié)中。成本、設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和用于具有力反饋的操縱裝置所需要的 安裝空間由此可以通過本發(fā)明得到顯著降低。
首先，只要能夠?qū)崿F(xiàn)用于獲得反作用力元件所需要的、流體填充的支承間隙， 本發(fā)明可以與操縱元件的活節(jié)在結(jié)構(gòu)上是如何設(shè)計(jì)的或在操縱裝置的底座中是如何布置 的情況無關(guān)地實(shí)現(xiàn)。但是，按照本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式，操縱元件的支承部 位通過一個(gè)具有活節(jié)球和球襯套的萬向球節(jié)形成，其中用流體填充的支承間隙通過活節(jié) 球和球襯套的表面限定。在此情況下，最好使萬向球節(jié)的活節(jié)球與操縱元件連接并且球 襯套與操縱裝置的底座殼體連接。
這個(gè)實(shí)施形式具有特別的優(yōu)點(diǎn)，即原則上可以實(shí)現(xiàn)操縱元件的任意的運(yùn)動(dòng)或換 擋模式。換言之，通過僅僅一個(gè)惟一的、這樣地集成到操縱元件的萬向球節(jié)中的反作用 力元件就可以不僅沿著一個(gè)操縱方向(一維)，而且沿著任意的操縱方向(二維)模擬機(jī)械式操縱桿的觸覺。
以這種方式，尤其是對(duì)于變速桿或換檔變速器的換檔桿的區(qū)域，可以在這種操 縱元件中在純軟件方面上實(shí)現(xiàn)任意的換擋模式或可自由編程地模仿其觸覺。由此同一個(gè) 操縱裝置可以為司機(jī)選擇地提供具有多個(gè)并排布置的換檔叉軸撥塊凹槽的常規(guī)變速器操 縱的觸覺，或者也提供具有主要沿著一個(gè)換檔叉軸撥塊凹槽布置的換檔桿位置的自動(dòng)變 速器的換檔桿的觸覺。依據(jù)司機(jī)偏好的不同情況，操縱元件由此也可以以純軟件的方式 例如在換擋變速器和自動(dòng)變速器之間往返切換。其它任意的換擋模式如例如點(diǎn)動(dòng)操縱/ 步進(jìn)切換或無級(jí)切換也可以以這種方式實(shí)現(xiàn)。
為此僅僅在實(shí)時(shí)中確定操縱元件或換檔桿的位置和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向，并且依據(jù) 這兩個(gè)值這樣地控制反作用力元件即用流體填充的萬向球節(jié)，使得為操縱者形成機(jī)械的 變速滑槽的印象或操縱元件的與此相應(yīng)的受限制的運(yùn)動(dòng)性的印象。如果操縱者使操縱元 件沿著一個(gè)允許的方向(即例如沿著常規(guī)變速器操縱的被模擬的換檔叉軸撥塊凹槽之一 的方向)運(yùn)動(dòng)，那么萬向球節(jié)被如此地控制，使得沒有產(chǎn)生或者僅僅產(chǎn)生很小的反作用 力，而試圖在允許的方向的橫向上運(yùn)動(dòng)時(shí)通過所述控制立即在萬向球節(jié)中產(chǎn)生相應(yīng)較大 的反作用力。同樣，在沿著(模擬的)換檔叉軸撥塊凹槽之一的允許的運(yùn)動(dòng)期間對(duì)機(jī)械 變換桿或換檔桿的鎖定的模擬可以這樣地實(shí)施，即在使操縱元件運(yùn)動(dòng)時(shí)以觸覺的方式告 知操縱者不同的鎖定臺(tái)階或鎖定位置。這樣，例如也可以在汽車自動(dòng)變速器情況下靈活 地實(shí)現(xiàn)取決于行駛狀態(tài)的換檔桿鎖止，而不必為此在換檔桿的區(qū)域中設(shè)置專門的機(jī)械的 鎖止裝置。
除了通過對(duì)操縱元件的閉鎖或通過在操縱元件的活節(jié)中產(chǎn)生大的反作用力來阻 止操縱元件的不允許的運(yùn)動(dòng)以外，替代地，也可以這樣地控制反作用力元件，使得在開 始進(jìn)行不允許的運(yùn)動(dòng)情況下實(shí)施操縱元件的一種可感覺到的脈動(dòng)(振動(dòng))。這樣，由此以 在觸覺上可感覺到的方式告知操縱者他的操作愿望在當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)下不能夠?qū)嵤?，?他正試圖在使操縱元件在一個(gè)不允許的方向上運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明首先可以與以何種方式和通過何種物理效應(yīng)實(shí)施流體的粘度的改變無關(guān) 地實(shí)現(xiàn)。因此，例如可以想到(但這絕不是惟一的)使用一種電流變的流體(電流變 液)，它的粘度可以依據(jù)施加的電場而被改變。
但是，按照本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式，使用一種磁流變流體(磁流變 液)。在此情況下，在萬向球節(jié)的區(qū)域中布置一個(gè)用于在萬向球節(jié)的支承間隙中產(chǎn)生磁場 的線圈裝置。使用磁流變流體和線圈裝置的有利之處在于可以基于磁流變?cè)硖貏e簡單 地和可靠地產(chǎn)生希望的變化的反作用力。
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，支承部位(如前已述)也是通過萬向球節(jié) 形成。但是此時(shí)線圈裝置被設(shè)置用于產(chǎn)生至少兩個(gè)可相互獨(dú)立地控制的磁場，其中兩個(gè) 可相互獨(dú)立地控制的磁場具有基本上相互垂直的磁場方向。設(shè)計(jì)成萬向球節(jié)的反作用力 元件與兩個(gè)可相互獨(dú)立地控制的、沿著不同的空間方向定向的磁場的組合的有利之處在 于，這樣可以對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)方向同時(shí)產(chǎn)生不同的反作用力。因此，操縱元件或換檔桿 例如可以沿著(虛擬的)變速滑槽被平穩(wěn)地導(dǎo)向，而同時(shí)可以通過桿上的相應(yīng)的，較高的 側(cè)反作用力阻止在變速滑槽在橫向上的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
取代使用多個(gè)可相互獨(dú)立地控制的用于不同的運(yùn)動(dòng)方向的磁場，也可以采用純機(jī)械的方式，例如通過一個(gè)變速滑槽，阻止操縱元件沿著不允許的方向(即例如在一個(gè) 換檔叉軸撥塊凹槽的橫向上)的運(yùn)動(dòng)可能性。在這種情況下，反作用力元件主要負(fù)責(zé)產(chǎn) 生通常的鎖止定位力或換檔力的變化，以及必要時(shí)用于封鎖瞬時(shí)不允許的桿位置。
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，操縱裝置的特征在于，力反饋裝置此外 包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)的(電動(dòng)的)促動(dòng)器。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，以這種方式不僅可以在操縱元 件上產(chǎn)生反作用力，而且也可以附加地以主動(dòng)致動(dòng)的方式使操縱元件運(yùn)動(dòng)。后者尤其是 在以下情況下非常重要，即當(dāng)操縱者在一個(gè)與(虛擬)定位位置之一不對(duì)應(yīng)于的位置上松 開操縱元件時(shí)；或當(dāng)應(yīng)該使操縱元件，例如在借助于Auto-P自動(dòng)地掛入停車鎖止器中的 情況下，跟蹤變速器的被改變的換擋狀態(tài)時(shí)。
在此情況下，力反饋裝置的可調(diào)節(jié)的反作用力元件，例如在使用控制特性曲線 簇下，最好被設(shè)置用于產(chǎn)生抵抗操縱者施加的手作用力的反作用力。相反，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 促動(dòng)器，也依據(jù)控制特性曲線簇，最好被設(shè)置用于僅僅使操縱桿進(jìn)行致動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這樣， 由此在汽車元件和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器之間發(fā)生一種限定的任務(wù)分配，使得操縱元件上的 反作用力只通過汽車元件產(chǎn)生并且操縱元件的致動(dòng)運(yùn)動(dòng)只通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器產(chǎn)生。
與前面所述的現(xiàn)有技術(shù)不同，促動(dòng)器由此在力反饋的意義上不是用于產(chǎn)生反作 用力(因?yàn)榘凑毡景l(fā)明反作用力的產(chǎn)生按照借助于桿支座(軸承)中的反作用力元件進(jìn) 行)，而是只用于使操縱桿(在很大程度上無作用力的情況下)主動(dòng)致動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。
以這種方式可以特別逼真地和實(shí)際上完全地模擬和模仿機(jī)械的操縱桿的觸覺。 尤其是通過可調(diào)節(jié)的汽車元件與促動(dòng)器的組合也可以在實(shí)際不存在一個(gè)這種機(jī)械的定位 器的情況下完全逼真地模仿操縱元件的機(jī)械的定位器的觸覺。在此情況下，可調(diào)節(jié)的汽 車元件專門用于產(chǎn)生操縱元件的定位器的逼真的反作用力(或汽車變速器的反作用力)， 而促動(dòng)器專門負(fù)責(zé)一旦操縱桿被松開，或一旦操縱者不再在操縱桿上施加值得注意的力 時(shí)產(chǎn)生操縱桿在虛擬的定位滑槽的凹部中的逼真的彈回。
這在以下方面也是有利的，即可以實(shí)現(xiàn)用于促動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱桿的觸覺模擬的最 小的能量消耗，并且同時(shí)可以使促動(dòng)器的尺寸最小。因?yàn)榕c現(xiàn)有技術(shù)不同，促動(dòng)器現(xiàn)在 僅僅用于產(chǎn)生操縱桿的運(yùn)動(dòng)，但不用于在操縱桿上產(chǎn)生值得注意的反作用力，因?yàn)橛糜?抵抗操縱者施加的操縱力的全部反作用力實(shí)際上可以只由可控制的汽車元件產(chǎn)生。
但是一旦操縱者不再對(duì)桿施加值得一提的操作力或?qū)U松開，則可以通過控制 機(jī)構(gòu)和通過存儲(chǔ)的特征曲線將致動(dòng)控制立即相應(yīng)地從汽車元件轉(zhuǎn)換到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器 上，并且可以借助于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器模擬操縱桿落回到變速器或操縱裝置的(實(shí)際上 完全不存在的)定位滑槽的下一個(gè)凹部中的情況。產(chǎn)生在操縱桿落回到虛擬的定位滑槽 的凹部中的情況下必要時(shí)要求的制動(dòng)力以及直到使操縱桿停止時(shí)要求的運(yùn)動(dòng)阻尼在此情 況下可以相應(yīng)地也由汽車元件承擔(dān)。
由此例如也可以為操縱桿配備一個(gè)可變的定位器，其中不僅定位器的硬度 (Haerte),而且定位凹部的數(shù)量以及它們之間的間距可以自由改變地調(diào)整，并且僅僅通過 軟件，或借助于選擇用于控制反作用力元件和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器的相應(yīng)的特征曲線來調(diào) 離iF. ο
例如因此不僅定位點(diǎn)的數(shù)量而且它們的間距和硬度都可以從軟件方面上在考慮 相應(yīng)的使用者或司機(jī)偏好下進(jìn)行調(diào)整。不僅定位器的力-行程分布，而且例如用于變6速器或自動(dòng)變速器的換擋桿觸覺的特征都可以以這種方式從純軟件方面上自由編程地形 成。借助于存儲(chǔ)的特性曲線簇，此時(shí)或者對(duì)用于產(chǎn)生反作用力的汽車元件(只要使用者 施加手作用力到桿上)或者對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器(一旦使用者不再在桿上施加值得一提的 手作用力并且桿由此要返回到一個(gè)它的定位位置上)進(jìn)行一個(gè)相應(yīng)的控制。
以這種方式甚至可以依據(jù)愿望或偏好為司機(jī)一方面提供機(jī)械式操作的變速器的 觸覺，和另一方面提供自動(dòng)變速器的觸覺或無級(jí)變速的觸覺。
但是，也可以由促動(dòng)器主動(dòng)地電機(jī)驅(qū)動(dòng)地協(xié)助反作用力元件產(chǎn)生作用力。在這 種情況下，由此促動(dòng)器不僅負(fù)責(zé)操縱元件的自動(dòng)的運(yùn)動(dòng)(即例如用于換檔桿逼真地退回 到其定位位置上)，而且負(fù)責(zé)協(xié)助產(chǎn)生反作用力，例如用于定位器的觸覺模擬，或用于必 須封鎖當(dāng)前不允許的換檔桿位置的情況。
本發(fā)明可以與促動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置的方式無關(guān)地實(shí)施。但是，按照一個(gè)優(yōu) 選實(shí)施形式，操縱裝置的促動(dòng)器是一種電伺服變速器馬達(dá)或是一種伺服線性執(zhí)行器。由 此實(shí)現(xiàn)一種節(jié)省空間的、穩(wěn)固的并且成本有利的結(jié)構(gòu)。由于促動(dòng)器只負(fù)責(zé)用于使操縱桿 運(yùn)動(dòng)到或致動(dòng)地返回到定位滑槽的(虛擬的)凹部中，而產(chǎn)生反作用力的任務(wù)可以完全 由受控制的汽車元件承擔(dān)，因此與現(xiàn)有技術(shù)不同，此外還可以使用較小的和較輕的促動(dòng)ο
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，反作用力元件和/或促動(dòng)器也用于產(chǎn)生 振動(dòng)。這樣，可以將可感覺到的振動(dòng)，或者以借助于促動(dòng)器的主動(dòng)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的形式，或 者，一旦操縱者試圖引入一個(gè)不允許的運(yùn)動(dòng)，作為被動(dòng)的脈動(dòng)以反作用力元件的一種快 速周期性波動(dòng)的阻尼特征的形式，引導(dǎo)到操縱元件中。如果試圖在汽車的瞬時(shí)行駛狀態(tài) 下或在汽車變速器的瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)施不允許的換擋操作時(shí)，由此例如可以警告操縱 者或司機(jī)。
以下依據(jù)只示出了一些實(shí)施例的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖所示


圖1是具有按照現(xiàn)有技術(shù)的萬向球節(jié)的操縱桿的部分剖視的示意圖；和
圖2是按照本發(fā)明的操縱裝置的一個(gè)實(shí)施形式的作用原理的示意剖視圖，包括 可調(diào)節(jié)的汽車元件和促動(dòng)器。
圖1首先示出了一個(gè)已知的具有按照現(xiàn)有技術(shù)的萬向球節(jié)的操縱桿1。尤其可以 看到，操縱桿1具有一個(gè)包括活節(jié)球3以及球襯套4的萬向球節(jié)。操縱桿1由此可以在 它的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)在各個(gè)方向上圍繞萬向球節(jié)樞轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn))。
圖2以非常示意的原理圖示出了按照本發(fā)明的操縱裝置的一個(gè)基本上對(duì)應(yīng)于圖1 的萬向球節(jié)的萬向球節(jié)。
首先在圖2中也可以看到一個(gè)在此處僅僅部分地(在它的下部區(qū)域中或活節(jié)區(qū)域 中)示出的操縱桿1。操縱桿1也借助于一個(gè)以萬向球節(jié)形式構(gòu)造的承座(軸承)與操縱 裝置的一個(gè)(在此處沒有示出的)底座連接。按照?qǐng)D2的萬向球節(jié)此時(shí)首先包括布置在 操縱桿1上的活節(jié)球3以及與(沒有示出的)底座連接的球襯套4。
圖2的視圖此外按照本發(fā)明還包括一個(gè)可控制的反作用力元件2，以及此外一個(gè) 作用在操縱桿1上的促動(dòng)器10。在活節(jié)球3的外表面和球襯套4的內(nèi)表面之間在此情況 下設(shè)有萬向球節(jié)的一個(gè)支承間隙5。支承間隙5在圖2示出的實(shí)施例中用磁流變流體5充 填。磁流變流體5設(shè)計(jì)成使得它的粘度可以依據(jù)作用在流體5上的磁場強(qiáng)度改變。
為了產(chǎn)生用于改變磁流變流體5的粘度所需要的磁場，在也是如活節(jié)球3—樣最 好由塑料制成的球襯套4的區(qū)域中布置有勵(lì)磁線圈裝置6，以便不阻礙磁場的擴(kuò)展。通過 將電流引入勵(lì)磁線圈裝置6的接頭7中，由此可以在支承間隙或流體5的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生在寬 的范圍內(nèi)變化的磁場。這樣，可以例如通過在軟件方面上的控制在寬的限度上可改變地 以及實(shí)時(shí)地控制萬向球節(jié)的機(jī)械阻尼，其中借助于勵(lì)磁線圈裝置6的磁場在低粘度(活節(jié) 球3或操縱桿2的易活動(dòng)性)和高粘度或幾乎固定(活節(jié)球3的高運(yùn)動(dòng)阻力或?qū)Σ倏v桿2 的封鎖)之間調(diào)整流體5。
為了保護(hù)磁流變流體5，萬向球節(jié)在操縱桿2的兩個(gè)通口的區(qū)域中分別設(shè)有一個(gè) 彈性的防塵波紋套8。為了通過操縱裝置的電子控制裝置確定操縱桿2的實(shí)際位置，此外 設(shè)有傳感器裝置，其在圖2中作為電路板9示意說明地示出。
在圖2示出的操縱裝置的實(shí)施形式中，除了借助于磁流變流體5形成的反作用力 元件2以外，還設(shè)有促動(dòng)器10。促動(dòng)器10用于操縱桿2的受軟件控制的、主動(dòng)致動(dòng)的運(yùn) 動(dòng)。借助于促動(dòng)器10可以將操縱桿1尤其是自動(dòng)地移動(dòng)到一定的桿位上，例如在Auto-P 的情況下，即在離開汽車時(shí)自動(dòng)地掛入停車鎖止器中的情況。
促動(dòng)器10此外可以用于支持對(duì)換檔桿定位卡鎖的觸覺的特別逼真的模仿。在此 情況下，由在萬向球節(jié)3，4中的磁流變流體5形成的反作用力元件2用于模擬在操縱中 由機(jī)械定位裝置產(chǎn)生的反作用力，而促動(dòng)器10模擬在松開操縱桿2時(shí)操縱桿2實(shí)際退回 到定位裝置的相應(yīng)的中間位置上的情況。
反作用力元件2因此負(fù)責(zé)模擬通過定位裝置產(chǎn)生的或在變速器中形成的反作用 力，必要時(shí)直到用于在不允許的換擋指令情況下封鎖操縱桿2，或在操縱桿的不允許的運(yùn) 動(dòng)情況下產(chǎn)生相應(yīng)的脈動(dòng)(振動(dòng))。相反，促動(dòng)器10最好在操縱桿1必須運(yùn)動(dòng)時(shí)才作用， 而沒有由使用者或司機(jī)在操縱桿1上施加值得注意的力。尤其是當(dāng)桿2被松開時(shí)，而它 還沒有精確地處于一(虛擬的)定位位置上時(shí)，就是這種情況。在這種情況下，促動(dòng)器 10通過操縱裝置的電子控制裝置被這樣地控制，使得操縱桿1借助于促動(dòng)器10退回到相 應(yīng)的，虛擬的定位位置的中部。這樣，為操縱者或司機(jī)精確地展示被機(jī)械定位的操縱桿 的特性，盡管實(shí)際上并不存在機(jī)械的定位器。
此外，如果由于某些原因而在操縱桿2的換擋位置和在變速器中的實(shí)際的換擋 狀態(tài)之間出現(xiàn)不一致時(shí)，促動(dòng)器10也可以用于將操縱桿1導(dǎo)入到正確的換擋位置中。這 種情況例如當(dāng)在變速器中通過AutO-P自動(dòng)地掛入停車鎖止器時(shí)，例如在拔出點(diǎn)火鑰匙 時(shí)或者在離開汽車時(shí)如果司機(jī)忘記手動(dòng)地掛入停車鎖止器的情況下，出現(xiàn)。在這種情況 下，操縱桿1通過促動(dòng)器10自動(dòng)地進(jìn)入停車鎖止位置，從而對(duì)于司機(jī)來說，在返回汽車 時(shí)，即使換檔桿先前被司機(jī)放置在一個(gè)行駛檔位上，換檔桿位置也與在變速器中自動(dòng)地 掛入的停車鎖止器相一致。
在圖2中示出的實(shí)施形式也適合于說明單穩(wěn)定的操縱桿的觸覺。在這種情況 下，汽車元件1和促動(dòng)器10的組合一方面也用于逼真地模擬模仿在操縱裝置或變速器中 的定位卡鎖和必要時(shí)換擋鎖止或換擋阻力。另一方面，在這種情況下，促動(dòng)器10也可以 用于在將操縱桿1從中央位置中偏轉(zhuǎn)出來之后和在松開之后再引回到從中央位置，如這 與一種機(jī)械的、單穩(wěn)定的操縱桿的特性相對(duì)應(yīng)的那樣。
兩個(gè)元件，即反作用力元件2和促動(dòng)器10，合并起來并且通過一個(gè)共同的電子控制裝置控制，由此可以以純軟件方式在極高的程度上逼真地模擬幾乎任意的換檔桿的 鎖止或換擋模式。
由此在結(jié)果上很清楚，通過本發(fā)明提供了一種具有力反饋的、尤其是線控?fù)Q檔 操縱的換檔變速器的操縱裝置，它可以以很小的結(jié)構(gòu)費(fèi)用實(shí)現(xiàn)為司機(jī)展示被機(jī)械定位的 操縱桿的特性，盡管并不存在一個(gè)機(jī)械的定位器。此外該虛擬的定位器不僅在定位點(diǎn)的 數(shù)量上和間距上而且在定位卡鎖的強(qiáng)度(硬度)上都是可以自由地控制改變的，或者可以 將可感覺到的脈動(dòng)作為反饋引入操縱元件中由此可使得以純軟件的方式在大的范圍上改 變用于換檔變速器的操縱裝置的觸覺和運(yùn)動(dòng)特性并且與使用者的偏好相適應(yīng)。甚至可以 例如在自動(dòng)變速器變速桿和傳統(tǒng)變速器的變速桿之間實(shí)現(xiàn)操縱裝置的觸覺的純軟件控制 的轉(zhuǎn)換。
因此本發(fā)明為改善結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)和成本效應(yīng)、人體工學(xué)和操縱舒適性做出了重 要貢獻(xiàn)，尤其是在汽車變速器操縱領(lǐng)域中苛求的應(yīng)用中；并且由此也是在通過軟件取代 復(fù)雜的機(jī)械部件的道路上的又一個(gè)重要的進(jìn)步。
附圖標(biāo)記表
1操縱桿
2反作用力元件
3活節(jié)球
4球襯套
5支承間隙，磁流變流體
6勵(lì)磁線圈裝置
7電接頭
8防塵波紋套
9位置傳感器裝置
10促動(dòng)器
權(quán)利要求
1.操縱裝置，尤其是用于選擇線控?fù)Q檔式換檔變速器的換檔級(jí)，所述操縱裝置包括 底座殼體以及可轉(zhuǎn)動(dòng)地或可樞轉(zhuǎn)地支承在至少一個(gè)支承部位(3，4)中的、具有位置傳感 器裝置(9)的、機(jī)械的操縱元件(1)，尤其是操縱桿(1)，以及力反饋裝置，其中力反饋 裝置包括作用在操縱桿(1)上的可調(diào)節(jié)的反作用力元件0)，反作用力元件(2)包括一 種具有可以控制地改變的粘度的流體(5)，其特征在于，反作用力元件( 通過操縱元件 (1)的支承部位(3，4)的一個(gè)用該流體填充的支承間隙(5)形成。
2.按照權(quán)利要求1所述的操縱裝置，其特征在于，支承部位通過具有活節(jié)球C3)和球 襯套⑷的萬向球節(jié)形成。
3.按照權(quán)利要求2所述的操縱裝置，其特征在于，活節(jié)球(3)與操縱元件(1)連接和 球襯套(4)與操縱裝置的底座殼體連接。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的操縱裝置，其特征在于，具有可以控制地改變的粘 度的流體( 是一種磁流變流體，其中在支承部位(3，4)的區(qū)域中布置有線圈裝置(6)， 用于在支承部位(3，4)的支承間隙(5)中產(chǎn)生磁場。
5.按照權(quán)利要求4所述的操縱裝置，其特征在于，支承部位通過應(yīng)該萬向球節(jié)(3， 4)形成，其中線圈裝置(6)被設(shè)置用于產(chǎn)生至少兩個(gè)可相互獨(dú)立控制的、具有基本上相 互垂直的磁場方向的磁場。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的操縱裝置，其特征在于，力反饋裝置包括一個(gè)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器(10)。
7.按照權(quán)利要求6所述的操縱裝置，其特征在于，可調(diào)節(jié)的反作用力元件(2)被設(shè)置 用于依據(jù)一個(gè)控制特性曲線簇產(chǎn)生反作用力，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)的促動(dòng)器(10)被設(shè)置用于依據(jù) 該特性曲線簇使操縱桿(1)進(jìn)行致動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的操縱裝置，其特征在于，所述促動(dòng)器(10)是電伺服變 速馬達(dá)。
9.按照權(quán)利要求6至8之一所述的操縱裝置，其特征在于，反作用力元件(2)和/或 促動(dòng)器(10)被設(shè)置用于產(chǎn)生振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操縱裝置，尤其是用于線控?fù)Q擋式操縱的換擋變速器。操縱裝置包括一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地或可樞轉(zhuǎn)地支承在一個(gè)支承部位(3，4)中的并且具有位置傳感器裝置(9)的操縱元件(1)以及一個(gè)產(chǎn)生力反饋的裝置。力反饋裝置包括作用在操縱元件(1)上的、可調(diào)節(jié)的反作用力元件(2)，其中反作用力元件(2)包括一種具有可控制地改變的粘度的流體(5)。按照本發(fā)明，操縱裝置的特征在于，反作用力元件(2)通過操縱元件(1)的支承部位(3，4)的一個(gè)用該流體填充的支承間隙(5)形成。本發(fā)明能夠以節(jié)省空間的方式將力反饋裝置的反作用力元件組合到例如操縱桿的活節(jié)中。通過本發(fā)明可以顯著減小具有力反饋的操縱裝置的成本、設(shè)計(jì)復(fù)雜性和安裝空間的需求?？梢詫?shí)施對(duì)機(jī)械操縱桿的觸覺的逼真模擬。
文檔編號(hào)F16H59/02GK102027268SQ200980117419
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者A·吉費(fèi)爾, L·拉克 申請(qǐng)人:Zf腓特烈港股份公司