机电耦合单元
技术领域
本发明涉及一种特别是用于实现操纵元件与针对汽车的门或盖(特别是前盖)的锁或抓钩的机械耦合或去耦的机电耦合单元。
背景技术
车用前盖锁原则上已为人所知并且传统上通过操纵布置在汽车的乘客室中的操纵元件来机械打开。电动车辆的传统上位于前部的离合器发动机舱因不设内燃机而用作前行李箱，在电动车辆的前行李箱中还可布置有另一操纵元件，以协助被困在前行李箱中的人员将前盖解锁。
发明内容
本发明的目的是，为了提高汽车中的人员以及处于汽车周围的交通参与者的安全性，而将操纵元件与前盖锁和/或抓钩可选地机械式分离。
本发明用以达成上述目的的解决方案为一种具有权利要求1的特征的机电耦合单元。本发明的耦合单元包括：可旋转支承的输入元件，所述输入元件具有驱动区段，在所述驱动区段上可设有机械驱动构件，且具有从动区段；可旋转支承的输出元件，所述输出元件具有驱动区段和从动区段，在所述从动区段上可设有机械从动构件；和可调节的耦合元件，其用来使得所述输入元件的从动区段与所述输出元件的驱动区段可选地相耦合或去耦。
通过该可调节的耦合元件就能可选地打开或闭合耦合单元，从而能够在特定的条件下，特别是在预定的车速范围内，将用来解锁前盖的操纵元件与前盖锁和/或抓钩机械式分离，借此可靠地避免前盖在行驶期间发生危及交通安全的开启，或者例如在汽车静止时确保前盖的可解锁性。当然，该耦合单元不仅能用来将前盖锁和/或抓钩机械解锁，而且能用来将后盖锁或侧门锁机械去耦。
本发明的有利构建方案参阅从属权利要求、说明书和附图。
根据结构特别紧凑的一种实施方式，所述输入元件的旋转轴与所述输出元件的旋转轴重合。
另一有助于实现紧凑结构的方案是：所述耦合元件可旋转支承在所述输出元件上。所述耦合元件的旋转轴优选与所述输出元件的旋转轴间隔一定距离。
为了对耦合单元进行电气控制，优选设有用于调节所述耦合元件的耦合单元马达，特别是电动马达。该耦合单元马达优选不仅用来调节耦合元件，其还使得输出元件发生扭转，从而使其对该机械从动构件施加作用力。亦即，该耦合单元具备双重功能，其不仅能够打开或闭合耦合单元，而且能够实现从动构件的伺服驱动。
根据另一实施方式，在所述耦合元件与所述耦合单元马达之间设有用于控制所述耦合元件的控制元件。所述控制元件优选可旋转支承。有助于实现紧凑结构的方案是：所述控制元件的旋转轴与所述输入元件和/或输出元件的旋转轴重合。
为了驱动控制元件，所述控制元件形成蜗轮区段，所述蜗轮区段与可被所述耦合单元马达驱动的蜗杆卡合。有助于实现紧凑结构的方案是：所述蜗杆直接设置在所述耦合单元马达的输出轴上。
有利地，所述蜗杆与所述蜗轮区段所形成的所述传动装置是非自锁式的。此举有利于例如通过复位弹簧将控制元件复位至静止位置。
所述耦合元件在所述控制元件的静止位置中优选处于耦合位置，在所述耦合位置中，所述输入元件可与所述输出元件相耦合。这样就能例如在掉电情况下确保耦合单元处于闭合状态下，该闭合状态实现前盖锁的机械解锁。
根据另一实施方式，通过所述控制元件从其静止位置沿第一旋转方向进行扭转，所述耦合元件可被调节至去耦位置，在所述去耦位置中，所述输入元件与所述输出元件无法耦合。这样就能通过对耦合单元马达进行相应控制来以电气方式将耦合单元打开。
优选还能实现伺服打开功能，以便例如以电气方式将与耦合单元连接的前盖锁打开。为此，所述输出元件可通过所述控制元件从其静止位置沿第二旋转方向的扭转而进行扭转，以便对所述从动构件施加作用力。具体而言，所述控制元件在其沿所述第二旋转方向扭转过程中带动所述耦合元件从而对所述输出元件施加转矩。
根据另一实施方式，设有复位弹簧，特别是支腿弹簧，反向于其复位力地，所述控制元件沿所述第一和/或第二旋转方向进行扭转。复位弹簧的作用在于，当耦合单元马达例如在掉电情况下有意或意外停用时，控制元件可复位至其静止位置且耦合单元进入闭合状态。
所述驱动构件和所述从动构件优选指的是鲍登线，其中原则上也可以采用其他机械连接构件，如推杆、链条或绳子。
附图说明
下面参照附图结合一个可行实施方式对本发明进行纯粹为例示性的说明。其中：
图1为本发明的用于控制针对汽车前盖的锁的系统的示意图；
图2A为图1的系统的机电耦合单元在闭合状态下的透视图；
图2B为图2A的耦合单元的侧视图；
图2C为图2A的耦合单元的俯视图；
图2D为图2A的耦合单元的俯视图，其中未示出耦合单元马达和控制元件；
图3为图2A的耦合单元的俯视图，其中未示出耦合单元马达和控制元件，并且包含在耦合单元的闭合状态下扭转5°的输入元件；
图4为图2A的耦合单元的俯视图，其中未示出耦合单元马达和控制元件，并且包含在耦合单元的闭合状态下扭转55°的输入元件；
图5A为图2A的耦合单元在打开状态下的俯视图；
图5B为图2A的耦合单元的俯视图，其中未示出耦合单元马达和控制元件，并且包含在耦合单元的打开状态下扭转略高于5°的输入元件；
图6为图2A的耦合单元的俯视图，其中未示出耦合单元马达和控制元件，并且包含在耦合单元的打开状态下扭转55°的输入元件，以及
图7为图2A的耦合单元在实施伺服打开功能情况下的俯视图。
具体实施方式
图1示出汽车10，在此为电动车辆，具有前盖12，所述前盖将汽车10的前行李箱遮盖。为了将前盖12锁定，设有已为人所知的锁14，其在本实施例中布置在汽车10的车身的正面上，并且具有用于将设于前盖12上的锁扣保持在前盖12的闭合位置中的旋转锁闩。锁14可配备有自动关闭装置。此外，设有抓钩18，用于将锁扣捕捉在前盖12的抬升后的安全位置中，为了释放被捕捉的锁扣，可从汽车10的正面手动地将该抓钩卸下。在本实施例中，抓钩18是与锁14相邻。但作为替代方案，该抓钩也可以整合在锁14中。
为了将锁14打开，在汽车10的乘客室中设有第一操纵元件20，其例如构建为按钮或者杠杆。此外，在前行李箱中设有第二操纵元件22，其用于将锁14打开以及将抓钩18卸至释放锁扣14的位置。这个第二操纵元件22也可以构建为按钮或杠杆。
第一操纵元件20和第二操纵元件22是各自借助鲍登线24或26与分线器28连接。
分线器28是借助鲍登线30与第一机电耦合单元32连接，所述耦合单元在输出侧借助鲍登线34与锁14、确切言之与用于将旋转锁闩锁止的止动爪连接。第一耦合单元32用于实现分线器28以及第一及第二操纵元件20、22与锁14的机械耦合或去耦，下文还将对此进行更加详细的说明。
第二操纵元件22不仅借助鲍登线26与分线器28连接，也借助另一鲍登线36与另一机电耦合单元38连接，该另一耦合单元的结构与第一耦合单元32相同。第二耦合单元38是在输出侧借助鲍登线40与抓钩18连接，并且能够实现第二操纵元件22与抓钩18的耦合或者去耦。
第一及第二耦合单元32、38例如借助电线44、46与汽车10的汽车控制系统42进行通信，并被汽车控制系统42控制。具体而言，对耦合单元32、38的控制是根据汽车10的车速并且如下进行：一旦汽车10停止，即车速为0km/h，两个耦合单元32、38便立即闭合。在此状态下，第一操纵元件20是与锁14机械连接，从而能够从乘客室出发通过对第一操纵元件20的操纵将锁14机械式打开。相应地，第二操纵元件22也与锁14以及与抓钩18机械连接，使得被围在行李箱中的人员能够通过操纵第二操纵元件22将前盖12机械式打开。
一旦汽车10发生运动，第二耦合单元38便立即打开，亦即，第二操纵元件22与抓钩18机械式分离。第一耦合单元32则继续保持闭合。在车速低于例如5km/h的阈值的情况下，一直维持此状态。这样一来，在缓慢行驶的情况下通过对操纵元件20、22进行操纵尽管尚且能够将锁14打开，但不将抓钩18卸下，从而确保无论如何都通过抓钩18将锁扣捕捉，且前盖12即使在锁14打开的情况下也不会超出其安全位置翻开。
在车速到达或超出阈值的情况下，才除第二耦合单元38以外也将第一耦合单元32打开，使得在较快行驶的情况下，两个操纵元件20、22均与锁14以及与抓钩18机械式分离，故既无法从乘客室出发通过第一操纵元件20，也无法从行李箱出发通过第二操纵元件22将前盖12打开。
耦合单元32的打开和闭合是借助耦合单元马达72进行，还将结合图2至图7对此进行更加详细的说明。为了对耦合单元马达72进行控制，设有耦合单元控制系统，其在本实施例中整合在耦合单元32中并且借助电线44与车辆控制系统42连接。作为替代方案，也可以将耦合单元控制系统整合至车辆控制系统42，并且通过电线44直接控制耦合单元马达。
正如下文还将更加详细地说明的那样，第一耦合单元32是如此构建，使得借助耦合单元马达72也能够对导向鲍登线34的锁14施加牵引，从而将锁14打开。亦即，这样便能以电气方式将锁14打开，即实现伺服打开功能。
第一耦合单元32通过电线44从车辆控制系统42获得的打开信号例如可通过操纵第一操纵元件20触发，所述第一操纵元件为此借助信号线48与车辆控制系统42连接。第二操纵元件22也通过信号线50与车辆控制系统42连接，从而触发锁14的伺服打开。
第二耦合单元38采用与第一耦合单元32相同的构建方案，并且如上文述及的那样通过电线46与车辆控制系统42连接，故第二耦合单元38能够在从车辆控制系统42获得对应的打开信号后以电气方式将抓钩18卸至释放锁扣的位置。
为了确保完全以电气方式实现前盖12从行李箱的解锁，对第二操纵元件22的操纵不仅激活第一耦合单元32来将锁14打开，也激活第二耦合单元38来将抓钩18卸下。其中，对第二操纵元件22的一次操纵已足以将两个耦合单元32、38激活。但也可以先将第一耦合单元32激活和将锁14打开，并且需要对第二操纵元件22进行再次操纵，从而也将第二耦合单元38激活和将抓钩18卸下。
作为替代方案，在行李箱中可以设有不同的操纵元件，用以将锁14打开和将抓钩18卸下。
当然，前盖12的这种完全解锁原则上也可以通过对第一操纵元件20的一次或多次操纵触发。此外，也可以在乘客室中设有不同的操纵元件，需要对这些操纵元件进行操纵，从而一方面将锁14打开，另一方面将抓钩18卸下。
此外可以理解的是，为了进行维护，维护机械师能够直接访问车辆控制系统42，并以电气方式触发锁14的打开和/或抓钩18的卸下。
此外需要指出的是，出于安全原因，类似于前文所述的前盖12的机械式解锁，当汽车10以达到或超出例如5km/h的阈值的车速运动时，即使是在对前盖12进行电气式解锁的情况下，也通过车辆控制系统42防止锁14的打开和抓钩18的卸下，以及，只要汽车未停止，便一直通过车辆控制系统42至少防止抓钩18的电气式卸下。
此外需要注意的是，在不为耦合单元的耦合单元马达72施加电流的情况下，耦合单元32、38处于其闭合状态下，故例如在掉电情况下，确保前盖12无论如何都能机械式解锁。
为使车辆控制系统42能够询问锁14的打开状态，锁14也借助电线52与车辆控制系统42连接。
下面对机电耦合单元32、38进行更加详细的说明，其中在图2至图7中仅示出第一耦合单元32。第二耦合单元38采用相同的构建方案。
耦合单元32包括以可围绕第一旋转轴54旋转的方式支承的具有驱动区段58的输入元件56，在该驱动区段上设有机械驱动构件，在本实施例中为来自分线器28的鲍登线30。此外，输入元件56包括从动区段60，其从第一旋转轴54出发背离驱动区段58延伸，故输入元件56一定程度上形成双臂杆。
与输入元件56相邻，还以可围绕第一旋转轴54扭转的方式设有输出元件62。输出元件62包括从动区段64，在该从动区段上设有第一机械从动构件，在本实施例中为从耦合单元32导引至锁14的鲍登线34。此外，输出元件62包括驱动区段66，其布置在从动区段64与第一旋转轴54之间，故输出元件62的驱动区段66和从动区段64形成杠杆臂。
在本实施例中，除第一机械从动构件以外，在输出元件62上，并且是在第一旋转轴54的与从动区段64相对的一侧上，设有同样以鲍登线的形式构建的第二机械从动构件67。但这个第二从动构件67是可选的，并且例如用于同步于锁14将另一个锁打开和/或将抓钩卸下。
在驱动区段66上，以可围绕与第一旋转轴54间隔一定距离的第二旋转轴70旋转的方式支承有止动爪状的耦合元件68。耦合元件68位于输入元件56的平面中，并可在耦合位置(图2)与去耦位置(图5)之间扭转，在该耦合位置中，耦合元件与输入元件56卡合且输入元件56能够将转矩施加至输出元件62，在该去耦位置中，耦合元件68与输入元件56无法卡合，且输入元件56故而无法将转矩施加至输出元件62。
为了调节耦合元件68，设有在此构建为电动马达的耦合单元马达72，其被已述及的、在图中未绘示的马达控制系统控制，该马达控制系统又与车辆控制系统42连接。耦合单元马达72具有输出轴74，在所述输出轴上设有蜗杆76。蜗杆76如此与构建在控制元件80上的用于控制耦合元件68的蜗轮区段78卡合，使得蜗杆76与涡轮区段78形成非自锁的蜗轮蜗杆传动装置。
控制元件80是以与输入元件56相邻的方式布置在输入元件56的背离输出元件62的一侧上，并且以可围绕第一旋转轴54旋转的方式支承，从而能够通过耦合单元马达72的相应控制沿第一旋转方向(在图2C至图7中为逆时针方向)或者沿第二旋转方向(在图2C至图7中为顺时针方向)扭转。其中，控制元件80从静止位置出发既沿第一旋转方向也沿反向于支腿弹簧82的复位力的第二旋转方向进行扭转。这样一来，当耦合单元马达72被去激活时，例如在汽车10静止的情况下或者在掉电情况下，支腿弹簧82和非自锁的蜗轮蜗杆传动装置确保控制元件80总是处于其静止位置(图2)。
在控制元件80处于其静止位置中的情况下，耦合元件68处于其耦合位置中，且耦合单元32闭合。在此状态下，施加至驱动构件、即施加至来自分线器28的鲍登线30的牵引力引起输入元件56的扭转，所述扭转被通过耦合元件68传递至输出元件62，所述输出元件将牵引力施加至安设在该输出元件上的从动构件、即施加至导向锁14的鲍登线34(图3和图4)。
需要指出的是，即使在耦合元件68与输入元件56以压紧配合的方式卡合，并且特别是如图4所示，施加至从动构件、即施加至来自分线器28的鲍登线30的牵引力引起输入元件56的最大程度扭转的情况下，耦合单元马达72也总是能够将耦合元件68调节至其去耦位置。这样便能随时将耦合单元32打开，特别是即使在持续地牵引从动构件、即来自分线器28的鲍登线30的情况下。
耦合元件68形成传动销84，其在耦合元件68的背离第二旋转轴70的末端的区域内伸入控制元件80的平面。控制元件80形成偏转区段86和针对传动销84的传动钩88。
其中，偏转区段86是如下布置：该偏转区段在控制元件80沿第一旋转方向的扭转过程中与传动销84卡合，且耦合元件68扭转进入其去耦位置，从而能够将输入元件56与输出元件62相互分离以及将耦合单元32打开(图5A和图5B)。在此状态下，施加至驱动构件、即施加至来自分线器28的鲍登线30的牵引力引起输入元件56的空行程，输出元件62和安设在该输出元件上的从动构件、即导向锁14的鲍登线34不一起运动(图6)。
更确切言之，被调节至去耦位置的耦合元件68在输入元件56沿第一旋转方向扭转的过程中移入输入元件56的凹口89，在例如由于对驱动构件、即对来自分线器28的鲍登线30施加持续的牵引，使得输入元件56处于其扭转后的位置中的情况下，耦合元件在所述凹口中被一直保持在去耦位置中。为了避免耦合单元马达72的过热，在此情形下可以将耦合单元72关断。
传动钩88是如下布置：该传动钩在控制元件80沿第二旋转方向的扭转过程中与传动销84卡合，并且大体朝向第二旋转轴70带动耦合元件68，使得输出元件62围绕第一旋转轴54扭转，并且对从动构件、即导向锁14的鲍登线34施加牵引(图7)。亦即，控制元件80的经耦合单元马达72触发的沿第二旋转方向的扭转引起锁14的伺服打开，而无需为此对驱动构件、即来自分线器28的鲍登线30施加牵引。
此外，输入元件56形成切换区段90，在该切换区段的区域内布置有与马达控制系统和/或车辆控制系统42连接的微动开关92，只要输入元件56处于其静止位置中(图2)，该微动开关便不被操纵，且一旦输入元件56因对驱动构件的牵引而沿第二旋转方向、在图2中即沿顺时针方向进行程度为预定的旋转角、例如5°的旋转角的扭转，且输入元件56的从动区段64与耦合元件68卡合，该微动开关便立即被操纵。例如可以将微动开关92的通断信号用于通过控制元件80沿第一旋转方向、在图2中即沿逆时针方向的扭转将耦合元件68卸下并送入其去耦位置，借此防止将对驱动构件的牵引传递至从动构件、即导向锁14的鲍登线34，进而防止锁14的意外打开。
附图标记表
10 汽车
12 前盖
14 锁
18 抓钩
20 操纵元件
22 操纵元件
24 鲍登线
26 鲍登线
28 分线器
30 鲍登线
32 耦合单元
34 鲍登线
36 鲍登线
38 耦合单元
40 鲍登线
42 车辆控制系统
44 电线
46 电线
48 信号线
50 信号线
52 电线
54 第一旋转轴
56 输入元件
58 驱动区段
60 从动区段
62 输出元件
64 从动区段
66 驱动区段
67 从动构件
68 耦合元件
70 第二旋转轴
72 耦合单元马达
74 输出轴
76 蜗杆
78 蜗轮区段
80 控制元件
82 支腿弹簧
84 传动销
86 偏转区段
88 传动钩
89 凹口
90 通断区段
92 微动开关
