具有定位设备的踏板装置的制作方法

本发明涉及特别是用于机动车的踏板装置，该踏板装置具有用于由用户操纵功能的操纵元件以及用于将操纵元件定位在第一位置和第二位置中的定位设备。本发明还涉及这种踏板装置在机动车中的应用。

背景技术：

1、在机动车、例如载客车辆或载货车辆中，使用踏板装置，利用该踏板装置，作为用户的驾驶员可以加速或制动机动车或车辆。为此，在车辆的搁脚空间中设置作为踏板装置的制动踏板以便制动，并且设置作为踏板装置的加速踏板或油门踏板以便加速。制动踏板和油门踏板借助踏板杆从形成搁脚空间的底部表面突出。横向于踏板杆分别布置踏板蹬踏面。用户根据需要用其脚对相应的踏板蹬踏面施加压力，并由此使踏板蹬踏面和与其耦合的踏板杆从起始位置运动到工作位置。由此，用与制动踏板耦合的车辆制动系统实现了制动功能，并且用与油门踏板耦合的车辆驱动器实现了加速功能。当用户松开时，踏板蹬踏面借助踏板杆和弹性的支撑件从工作位置又推回到起始位置。

2、对车辆的改进方案提供了用于设计这种踏板装置的新的可行方案。也提出了新的要求。这些改进方案例如是线控制动系统，其中踏板与制动器之间的耦合通过纯电子的信号传递进行，还例如自动驾驶和电驱动的车辆。

3、本发明基于的目的是，提供运行安全的踏板装置，利用该踏板装置可以在机动车中提供功能、特别是制动功能或加速功能。

技术实现思路

1、根据本发明，提供了特别是用于机动车的踏板装置，该踏板装置具有用于由用户操纵功能的操纵元件以及用于将该操纵元件定位在第一位置和第二位置中的定位设备。在此，操纵元件的第一位置与借助操纵元件的环绕件形成的表面齐平或者位于该表面的下方或者略微位于该表面的上方，并且与第一位置相比，操纵元件的第二位置，位于借助操纵元件的环绕件形成的表面的更上方。

2、根据本发明，所述操纵元件设置用于，当车辆的用户想要实现特定的功能时，该用户操作或操纵该操纵元件。所述功能优选地是制动功能或加速功能。特别优选的是，制动功能和加速功能由仅一个操纵元件提供。特别地，为此操纵元件在车辆的靠前的底部区域处布置在车辆的驾驶员侧的搁脚空间中。在此，操纵元件在其环绕件中或其环绕件区域中被表面或环绕件表面包围。操纵元件布置成在第一位置中相对于该表面齐平或低于该表面或略微高于该表面，并且在第二位置中高于该表面或者与第一位置相比更加高于该表面。操纵元件的第二位置是用户可以操作该操纵元件的位置，并且因此代表其起始位置。在该第二位置中，用户可以用其脚接触作为踏板的操纵元件并对其施加压力。由此将操纵元件朝环绕件表面的方向推入到工作位置中，从而调用车辆中的功能。与此相对，操纵元件的第一位置是静止位置，在该静止位置中操纵元件布置成与环绕件表面齐平或低于、特别是略微低于或略微高于环绕件表面。由此，包围操纵元件的空间具有更多的位置。特别地，在此该空间是车辆的驾驶员侧的搁脚空间，该搁脚空间的靠前区域更加宽敞。此外，在这样的静止位置中，用户的脚不会与操纵元件卡住。特别优选的是，在此将操纵元件布置成与环绕件表面齐平。由此提供了没有台阶的平坦的表面，该表面可以保持得特别整齐。此外优选的是，将操纵元件布置成在第一位置中略微或稍高于环绕件表面。由此提供小的突出部，用户根据该突出部可很好地看到要操作的操纵元件所在的位置，而没有卡住的风险。与第一位置相比，操纵元件在第二位置中更加高于环绕件表面并且因此布置得更显著地或更大程度地突出。

3、为了切换操纵元件的位置，设置了与操纵元件耦合的定位设备。该定位设备被适配成根据需要将操纵元件带到第一位置和第二位置中。附加地优选的是，根据需要在操纵元件的第一位置和第二位置之间设置至少一个中间位置。

4、此外，根据本发明，将操纵元件有利地设计为块形。由此提供了实心的踏板块，其具有稳定的支承面并且具有特别好的传力效果。当用户蹬踏到该块形的操纵元件上时，由此施加的力分布在块上并且特别广泛地传递至与该操纵元件耦合的传递设备和调整设备。

5、优选地，操纵元件以没有底部空隙的方式从环绕件表面进入到第二位置中并且在那里以没有底部空隙的方式定位。特别地，为此将作为踏板块的块状的操纵元件设计成可从环绕件表面移出。由此在事故、更确切地说碰撞事故时不会有物件滑落到操纵元件之下。还防止了与操纵元件卡住。除了提高安全性之外，搁脚空间还可以轻松地保持清洁。

6、根据本发明，操纵元件及其环绕件有利地由柔性的表面元件覆盖，使得当将操纵元件定位到第二位置中时，柔性的表面元件借助操纵元件从由操纵元件的环绕件形成的表面向外运动。由此，柔性的表面元件在操纵元件的区域中从表面凸出。操纵元件在此在柔性的表面元件下方贴靠在表面元件处，并且与表面元件一起位于环绕件表面上方的第二位置中。与此相对，在第一位置，操纵元件及其环绕件由表面元件覆盖，使得操纵元件及其环绕件彼此齐平。提供了没有突出部的平坦的表面。在此，优选地在平坦的面中在操纵元件的区域中将可看见的标记施加到表面元件处。这样用户更容易地识别要操纵的面、更确切地说操纵区域位于何处。替代地，将操纵元件分别布置成略微低于或高于其环绕件，并且与环绕件一起被表面元件覆盖。由此提供具有小的凹部或仅轻微突出的突出部作为识别特征。

7、特别地，柔性的表面元件具有可见侧和与可见侧对置的内侧，该内侧位于操纵元件及其环绕件处。由此在第一位置中提供了基本上平坦的可见侧，并且在第二位置中提供了具有如下结构的可见侧，在该结构中，在操纵元件的区域中操纵区域从环绕件表面凸出。

8、因此，当借助定位设备将操纵元件定位到第二位置中时，操纵元件与表面元件从环绕件表面凸出。由此定位设备、与其耦合的操纵元件以及柔性的表面元件充当可运动的表面，该表面从原本平坦的表面凸出。这样的表面也称为变形的表面。

9、利用这样的变形的表面，即使在第二位置中，也提供了从环绕件表面凸出的操纵区域，该操纵区域设计得特别紧凑。特别地，借助覆盖操纵元件的表面元件，任何物体都不能进入操纵元件的区域下方、卡在那里并阻塞操纵元件。还可以防止夹住用户的敞口鞋的鞋底或用户的脚。因此，与已知的踏板装置相比，根据本发明的踏板装置在其安全性方面得到改进。

10、优选地，将柔性的表面元件设计成具有纺织材料和/或橡胶类的材料。由此实现了特别好的可变形性以及对处于其相应位置的操纵元件的适应性。

11、根据本发明有利的是，将定位设备适配成一旦相关联的模式被激活，就将操纵元件带入到第二位置中。在此，所述模式优选地是用户直接或借助柔性的表面元件接触操纵元件的情况。特别地，在此当用户到达操纵元件的附近时或识别到相应的身体姿态时已激活该模式。由此，操纵元件提前就已进入到第二位置中并因此进入到对要执行的工作所需的起始位置中。然后可以特别快速地触发相关联的功能。

12、特别优选地，对于具有自动驾驶功能的车辆，相关联的模式是驾驶员想要自己操纵车辆或者由于系统应该接管控制的激活模式。在该激活模式中，操纵元件处于第二位置中并且可以由驾驶员根据需要进行操纵。与此相对，在禁用模式或自动模式中，操纵元件布置在位于环绕件表面的高度处的第一位置中。由此操纵元件设计成在禁用模式中是不可看见的，并且在激活模式中从环绕件变形出来。通过这种方式设计，以吸引人的设计和特别高的安全标准提供了具有大量空间且没有烦人的踏板的特别舒适的搁脚空间。尤其是随着行驶中自动化比重的增加，驾驶员对这方面的要求也在增长。此外，通过激活移出的表面提供了触觉反馈，利用该触觉反馈，可能想要或需要在极为短暂的时间内接管控制的驾驶员获得了其施加的力的感觉，该力将被转化到执行器件中。

13、根据本发明进一步有利的是，设置用于检测操纵元件的接触和/或朝操纵元件的方向的运动的检测设备，以激活相关联的模式。在此，驾驶员直接接触操纵元件或者借助表面元件在其覆盖操纵元件的操纵区域处间接接触操纵元件。优选地，检测设备设计成具有摄像机传感器，其借助图像识别来识别操纵元件是否被接触或者用户是否接近操纵元件。此外优选的是，检测设备设计成具有用于识别用户接近操纵元件的接近传感器。由此，在用户距离操纵元件特定距离时就可以开启激活模式并且将操纵元件带入到第二位置中。特别优选的是，将检测设备设计成具有电容传感器。由此特别是可以在表面元件或操纵元件上确定类似于电容式接触屏的电容。此外优选的是，以制造技术上方便的方式将检测设备设计成具有压力传感器，其检测用户施加到操纵元件上的压力。特别优选的是，检测设备是所提及的传感器的组合或者所提及的传感器的一部分。由此可以特别地根据需求来设计检测设备。

14、此外，根据本发明有利的是，将定位设备设计成具有气动式的设备。优选地，为此设置气动式的执行器，其特别是具有体积可变的气垫。成本低廉的是，在此气垫优选地为空气气垫。借助这种气垫根据其体积变化使操纵元件相应地运动。在此有利的是，可以在行程和速度方面非常精确地控制这种运动。由此可以非常精确且平稳地、没有急冲运动地产生使操纵元件运动到第二位置中的移出运动以及运动到第一位置中的收回运动。此外，如果相应地安装了所需的泵，气垫或执行器处的这些运动就几乎悄无声息地进行。此外，气动式的执行器本身需要的结构空间非常小，这有利于搁脚空间中的活动自由度。附加地，气动式的执行器优选地同时用作压力传感器，该压力传感器用于需要由用户施加在操纵元件上的压力。如果气垫或执行器被填充或鼓入气体，则操纵元件或踏板移出并可被操作。在此，通过执行器中的空气压力上升，必要时通过补偿体积，可以特别精确地探测作用在踏板上的压力。此外，还保留了操作的触觉感觉，如同经典的踏板。由此提供了非常紧凑、稳健且成本低廉的执行器-传感器-系统。

15、特别有利的是，将气动式的设备设计成具有对抗性的双作用执行器。为此，设置了彼此上下重叠的两个气垫，其中一个气垫总是通过适当的支承(lagerung)而鼓胀，而另一个气垫包含相应较少的气体。特别地，在此另一个气垫基本上是空的。如果对初始时为空的气垫填充气体，则空的气垫的体积增加，而初始鼓胀的气垫的体积减小。如果体积减小的气垫被分配给操纵元件，则操纵元件重新收回到第一位置中。为了移出，体积减小的气垫被填充气体、体积再次增大并由此将操纵元件移动到第二位置中。优选地，在此气体不直接从一个气垫泵送到另一气垫中，而是特别优选地通过泵进入到相应的气垫中。然后气体通过相关联的阀从已填充的气垫泄露出来。利用这种对抗性的双作用执行器原理，操纵元件可以受控、紧凑、稳健、成本低廉且安静的方式进入到相应的位置中。

16、此外根据本发明有利的是，定位设备设计成具有机电式的设备，其优选地具有伺服马达。由此相关构件的位置可以以机械的方式使用电马达作为调节机构根据需要且高效地改变，使得将操纵元件交替地带入到相应的位置中。

17、此外根据本发明，优选地将定位设备设计成具有电磁式的设备或电磁式的执行器。由此定位设备特别容易控制，同时需要非常小的结构空间。

18、此外，根据本发明，将定位设备有利地更加节省空间地设计成具有执行器材料、优选地具有形状记忆材料。这样的材料优选地是形状记忆合金(fgl，shape memory alloy，sma)。这是在两种不同晶体结构中出现的特殊金属。两种晶体结构之间的相变优选地借助温度变化并且特别优选地借助机械应力进行。由此实现了即使在严重变形的情况下也能变形回到其先前的形状的变形。优选地，在此形状记忆材料借助温度变化和/或磁场使操纵元件或踏板或板表面成形。

19、根据本发明有利的是，由此将定位设备设计成具有热和/或磁控制的设备。在此，随着形状记忆材料的温度升高可以实现称为奥氏体的高温相，随着温度降低可以实现称为马氏体的低温相。在马氏体相内可能存在两种晶体结构，其通过加热以及随后的冷却相互转变(奥氏体-马氏体转变)。除了这种可热激发的形状记忆合金之外，还可以使用可磁激发的形状记忆合金，其中由于外部磁场而发生形状变化。这种磁式的形状记忆合金在英文中被称为magnetic shape memory alloy(msma)。

20、作为形状记忆合金，优选地使用镍钛合金(niti、镍钛诺)，特别优选地使用镍钛铜合金(niticu)。这些合金具有特别好的形状记忆。在此，对于奥氏体-马氏体转变相关的转变温度取决于各金属彼此之间的数量比。根据需要，通过改变数量比、更确切地说化学计量在室温下产生伪弹性特性或伪塑性特性。

21、此外优选的是，使用铜锌合金(cuzn)、铜锌铝合金(cuznal)和/或铜铝镍合金(cualni)作为形状记忆合金。这些合金成本特别低廉。还可以使用铁镍铝合金(fenial)、铁锰硅合金(femnsi)和/或锌金铜合金(znaucu)。

22、特别优选的是，使用形状记忆聚合物(fgp、shape-memory polymers、smp)作为形状记忆材料。这些聚合物由于其导热率低而具有特别短的转变时间。优选地，在此借助加热到相关的转变温度之上来激发形状记忆聚合物。所述形状记忆聚合物特别优选地是通过特定波长的光来激发的聚合物。特别地，使用侧链上具有肉桂酸基团的丙烯酸丁酯作为这种聚合物。这些肉桂酸基团在特定波长的紫外线下交联，从而固定形状。该交联可以用另一波长的照射来消除，从而使其恢复到原来的形状。根据本发明有利的是，通过这种形状记忆聚合物，该定位设备具有光诱导控制的设备。由此可以特别快速且节能地控制定位设备。

23、此外，根据本发明有利的是，将定位设备设计成具有磁流体动力式控制的设备。为此，已有利地证明，在室温下为液态的金属合金或液态金属，特别是gainsn(镓、铟、锡)特别合适。当压力施加到操纵元件上并且因此压缩液态金属时，液态金属的电导率发生变化。因此，液态金属优选地同时用作传感器。优选地，为此将定位设备设计成具有磁流体动力式的液态金属执行器，其中借助对液态金属的电操控来控制压力。特别地，在此借助可不同地操控的多种单独的面元件来形成柔性的面，在这些面元件中将至少一个单独的面元件用作操纵元件。

24、这种磁流体动力式的设备可以电的方式触发，由此使液态金属沿一个方向运动，并且由此在面上施加压力。优选地使用串联连接来增加压力。特别优选地，设置多个单独的元件，这些元件特别地被设计为小的销面。这些多个元件共同形成操纵元件或踏板，并且可以根据需要进行不同的操控。借助各元件的不同且依次增加的移出高度，平坦的踏板变成倾斜的踏板。优选地，在此这些元件由柔性的表面元件覆盖，或者特别稳定地用支撑板覆盖。

25、根据本发明优选的是，需要由操纵元件操纵的功能是制动功能。由此即使穿着敞口鞋，例如人字拖，也能实现特别安全的制动。尤其是在紧急制动的情况下，这种制动踏板的安全性显著提高。此外，还实现了已经提到的其他优点。

26、此外，根据本发明优选的是，需要由操纵元件操纵的功能是加速功能。由此同样实现了特别安全的加速。利用这样的加速踏板，此外也实现了已经提到的优点。

27、极为有利的是，需要由操纵元件操纵的功能根据需要是制动功能和加速功能。由此提供了一种踏板装置，使用该踏板装置仅需一个踏板即可制动和加速。尤其是在电动车辆中未来将只设置一个踏板装置，通过该踏板装置经由能量回收进行加速和制动。在此，借助释放操纵元件经由能量回收来触发制动过程。紧急制动可优选地通过驾驶员施加的非常大的压力来识别，而与此相对地对于加速只需要很小的压力。特别优选的是，驾驶员施加到操纵元件上的并且由相应的传感器件测量的作用力在此借助线控制动设备传递到相应的执行器件、例如制动器或加速设备。此外，优选地提供紧急制动辅助作为另一驾驶功能，利用其可以实现将冗余的自动紧急制动作为附加的安全方面。此外，特别优选的是，设置第二个根据本发明的变形的操纵元件，其可以作为紧急制动器来操纵。

28、本发明还涉及这种踏板装置在机动车中的应用，优选地作为制动踏板和/或加速踏板。在此，踏板在没有下陷部的情况下且仅在必要时才从车辆搁脚空间的底部面移出，由此实现了驾驶时特别高的安全性。附加地，在搁脚空间也有充足的可用空间，利用该搁脚空间为用户的双腿提供相应大的活动自由度。还满足极简设计的要求，通过该设计可以避免驾驶车辆时可能带来危险的偏转。