CN103419632A

CN103419632A - 一种主动反馈式汽车油门踏板装置

Info

Publication number: CN103419632A
Application number: CN2013103846154A
Authority: CN
Inventors: 李升波; 林庆峰; 赵芸辉; 成波; 徐少兵
Original assignee: Tsinghua University; Beihang University
Current assignee: Tsinghua University; Beihang University
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: CN103419632B

Abstract

本发明一种主动反馈式汽车油门踏板装置，属于汽车驾驶辅助系统技术领域；该装置主要由踏板支架、控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系构成；控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系均安装在踏板支架上；该控制电机－小齿轮轴系主要由控制电机、第一传动拨叉轴、第二传动拨叉轴、小齿轮组成；第一传动拨叉轴固定安装在控制电机的输出轴上；第二传动拨叉轴与第一传动拨叉轴通过其拨叉同轴连接，且第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的拨叉在周向预先设定一自由转动角度；控制电机－小齿轮轴系上的小齿轮与踏板转轴轴系上的扇形齿轮啮合传动，实现两个轴系的动力传送。本装置可以实现人机信息双向交互的功能。

Description

一种主动反馈式汽车油门踏板装置

技术领域

本发明属于汽车驾驶辅助系统技术领域，特别涉及汽车领域的一种油门踏板机械装置。

背景技术

油门踏板又称加速踏板，是汽车燃料供给系统的一部分，属于汽车的关键配件之一。传统拉线式油门踏板主要由踏板支架、油门踏板、油门拉线、复位弹簧等组成，油门踏板直接通过油门拉线与发动机节气门机械连接。随着汽车电子技术的发展，现在汽车广泛使用电子油门踏板，其结构组成主要为踏板支架、油门踏板、角位移传感器、复位弹簧等；角位移传感器与油门踏板同轴机械连接，角位移传感器的信号经踏板控制系统采集处理后，发送至车辆CAN总线网络，发动机电子控制单元ECU通过CAN网络读取油门踏板位置，从而控制节气门开度和车辆速度。可见传统拉线式油门踏板和电子油门踏板机械结构相似，只是改变了信号的传递方式：传统拉线式油门踏板采用机械信号的传递方式，而电子油门踏板采用电信号的传递方式。如今电子技术在汽车上广泛应用，使得汽车的控制正在快速地向智能化、网络化方向发展。然而无论是传统拉线式油门踏板，还是电子油门踏板，都是一个独立的控制单元，均未能融入到当今汽车智能化、网络化的其它控制系统中；且其功能也都是唯一的，即驾驶员通过控制油门踏板踩踏量，来控制发动机进气量，从而控制发动机转速和汽车行驶速度；因此上述油门踏板统称为普通油门踏板。随着技术的进步，以及对汽车功能要求的提高，作为汽车上少数几个可以进行人机信息交互的单元，人们希望油门踏板能够实现更多的功能；然而普通油门踏板其实仅仅起到了单向信息传递的作用，即驾驶员通过油门踏板将控制意图作用于汽车，而汽车却不能通过油门踏板将行车信息反向作用于驾驶员。并且不同类型的驾驶员在实际道路行驶过程中，尤其是在城市道路跟车过程中，对油门踏板控制趋向不同，导致自车行驶速度、跟车时距、制动行为的不同，在行车安全性和燃油经济性方面产生很大的差异。在相同的行车工况下，激进的驾驶员会踩下较大的踩踏量，造成较高的车速和较小的跟车时距，为了避免事故，进而发出更多的制动行为；这种驾驶行为不仅具有很高的危险性，而且还造成巨大的燃油浪费，降低了汽车的燃油经济性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有普通油门踏板技术功能的不足，提供一种主动反馈式汽车油门踏板装置。该油门踏板装置能融入到汽车整车控制网络中，与汽车其它控制系统结合使用，不仅能够实现普通油门踏板对发动机节气门和车速的控制；而且可以作为一类汽车驾驶辅助系统，以触觉反馈的形式通过油门踏板主动向驾驶员反馈行车状态信息，实现人机信息双向交互，引导驾驶员改善驾驶行为，合理控制油门开度和行车速度，避免加速过度、频繁制动等不良驾驶行为；或者在汽车遇到潜在危险时，能够向驾驶员发出危险信息警告，及时规避潜在危险。此外，驾驶员不要求其提供信息警告或不注重油耗时，可以通过车载电子控制系统关闭该踏板装置的主动反馈作用，使其仅处于普通油门踏板工作模式。

本发明专利解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

本发明提出的一种主动反馈式汽车油门踏板装置，其特征在于，该装置主要由踏板支架、控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系构成；控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系均安装在踏板支架上；该控制电机－小齿轮轴系主要由控制电机、第一传动拨叉轴、第二传动拨叉轴、小齿轮组成；控制电机通过自身法兰安装在踏板支架上，控制电机的信号输入线通过CAN总线网络与整车电子控制单元ECU相连接；第一传动拨叉轴固定安装在控制电机的输出轴上；第二传动拨叉轴与第一传动拨叉轴通过其拨叉同轴连接，且第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的拨叉在周向预先设定一自由转动角度（即形成一段周向空行程）；小齿轮固定安装在第二传动拨叉轴上；该踏板转轴轴系主要由角位移传感器、踏板转轴、油门踏板、复位弹簧、扇形齿轮组成；角位移传感器固定安装在踏板支架上，角位移传感器输入轴与踏板转轴同轴机械连接，角位移传感器的信号经踏板控制系统采集处理后，发送至车辆CAN总线网络；油门踏板周向固定安装在踏板转轴上；复位弹簧套在踏板转轴上，两端分别固定在油门踏板和踏板支架上；扇形齿轮固定安装在踏板转轴上；控制电机－小齿轮轴系上的小齿轮与踏板转轴轴系上的扇形齿轮啮合传动，实现两个轴系的动力传送。

该技术方案的关键特征在于：所述第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的啮合传动拨叉在周向预先设定一自由转动角度的取值范围为50°～140°；采用小齿轮与扇形齿轮啮合传动方式不仅起到减速增扭的作用，还减少了油门踏板的自由转动惯量和整体结构尺寸。

本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置的特点及其能达到的效果如下：

1）本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置具有人机信息双向交互的优点。它不仅可以满足驾驶员向汽车发送指令，进行加减速的功能要求；还可以将实时行车工况状态信息主动地反馈于驾驶员。

2）本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置融入到汽车整车控制网络中，体现了汽车的发展趋势；并且与汽车其它控制系统结合使用时，具有汽车驾驶辅助系统的功能：能够通过油门踏板主动地向驾驶员反馈行车信息，有效引导驾驶员改善驾驶行为，规避潜在驾驶危险，促进行车安全性和燃油经济性。

3）本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置与汽车其它控制系统结合使用，形成一类汽车驾驶辅助系统，以触觉的形式向驾驶员反馈行车工况信息，同基于视觉或听觉反馈方式的驾驶辅助系统相比，不仅具有反应灵敏度高，响应速度快的优点，而且还不干扰分散驾驶员的视觉、听觉注意力，有利于安全舒适性驾驶。

4）本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置，其第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的拨叉之间存在周向空行程，形成半断开式连接传动，并且采用小齿轮与扇形齿轮的啮合传动；这样不仅能够与普通油门踏板的力学特性保持较好的一致性，而且还具有结构简单紧凑、设计科学合理、安全可靠性高等优点。

附图说明

图1为本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置结构原理示意图；

图2为本发明的第一传动拨叉轴的实施例具体零件结构示意图；其中，（a）为第一传动拨叉轴的左视图，(b)为第一传动拨叉轴的主视剖面图，(c)为第一传动拨叉轴的右视图；

图3为本发明的第二传动拨叉轴的实施例具体零件结构示意图；其中，（a）为第二传动拨叉轴的左视图，(b)为第二传动拨叉轴的主视剖面图，(c)为第二传动拨叉轴的右视图；

图4为本发明的第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的实施例具体装配示意图。

图5为本发明的控制电机——小齿轮轴系的实施例具体结构装配示意图。

具体实施方式

本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置，如图1所示，其主要组成包括油门踏板1、角位移传感器2、踏板支架3、控制电机4、第一传动拨叉轴5、第二传动拨叉轴6、小齿轮7、扇形齿轮8、踏板转轴9、复位弹簧10；其中控制电机4、第一传动拨叉轴5、第二传动拨叉轴6、小齿轮7组成控制电机——小齿轮轴系；油门踏板1、角位移传感器2、扇形齿轮8、踏板转轴9、复位弹簧10组成踏板转轴轴系。

上述各部件的连接关系为：

踏板支架3是整个主动反馈式汽车油门踏板装置的装配载体，固定在汽车驾驶舱内。控制电机4通过自身的法兰固定在踏板支架3上，控制电机4的信号输入线通过CAN总线网络与整车电子控制单元ECU相连接；第一传动拨叉轴5通过键连接固定安装在控制电机4的输出轴上，即通过第一传动拨叉轴安装定位内孔5-4和第一传动拨叉轴键槽5-2用传动键安装在控制电机4的输出轴上；第二传动拨叉轴6与第一传动拨叉轴5通过其拨叉同轴连接，即第二传动拨叉轴安装定位内孔6-1空套在第一传动拨叉轴安装定位外圆5-3上，且第一传动拨叉轴5和第二传动拨叉轴6的拨叉在周向预先设定一自由转动角度（根据具体工况确定角度，取值范围可为50°～140°），即形成一段周向空行程；小齿轮7通过键连接固定安装在第二传动拨叉轴6上，即小齿轮7通过传动键和第二传动拨叉轴小齿轮安装键槽6-3装配到第二传动拨叉轴6上；为了固定控制电机－小齿轮轴系，并保证其刚度，在第二传动拨叉轴6的第二传动拨叉轴轴承安装轴颈6-6上安装轴承和轴承座，轴承座安装固定在踏板支架3上。

本发明的第一传动拨叉轴5的实施例具体结构如图2所示，其主要结构包括一体成形的第一传动拨叉轴拨叉5-1、第一传动拨叉轴键槽5-2、第一传动拨叉轴安装定位外圆5-3、第一传动拨叉轴安装定位内孔5-4。上述各结构位置关系为：第一传动拨叉轴5的外部由两个局部结构组成，即右端是第一传动拨叉轴5的一段圆柱表面形成的第一传动拨叉轴安装定位外圆5-3，左端则是第一传动拨叉轴5的圆柱表面的两个凸起的拨叉指形成第一传动拨叉轴拨叉5-1；第一传动拨叉轴安装定位内孔5-4是与第一传动拨叉轴5同轴的通孔；第一传动拨叉轴键槽5-2是在第一传动拨叉轴安装定位内孔5-4内壁上轴向加工出一条与键相配的槽。

本发明的第二传动拨叉轴6的实施例具体结构如图3所示，其主要结构包括一体成形的第二传动拨叉轴安装定位内孔6-1、第二传动拨叉轴轴端螺纹孔6-2、第二传动拨叉轴小齿轮安装键槽6-3、第二传动拨叉轴拨叉6-4、第二传动拨叉轴轴承定位轴肩6-5、第二传动拨叉轴轴承安装轴颈6-6、第二传动拨叉轴套筒安装轴颈6-7。上述各结构位置关系为：第二传动拨叉轴整体是由5个同轴不同直径的轴段形成的一个阶梯轴，从左端至右端，分别命名为第Ⅰ轴段、第Ⅱ轴段、第Ⅲ轴段、第Ⅳ轴段、第Ⅴ轴段，并且从左至右直径依次减小，即第二传动拨叉轴6最左端的直径最大，最右端的直径最小；第二传动拨叉轴的最左端开有与第二传动拨叉轴同轴的第二传动拨叉轴安装定位内孔6-1；第二传动拨叉轴的最右端开有与第二传动拨叉轴同轴的第二传动拨叉轴轴端螺纹孔6-2；第二传动拨叉轴小齿轮安装键槽6-3位于第二传动拨叉轴第Ⅴ轴段上；在第二传动拨叉轴第Ⅰ轴段的最左端表面周向形成一对对称的凸起拨叉指即为第二传动拨叉轴拨叉6-4；第二传动拨叉轴第Ⅱ轴段即为第二传动拨叉轴轴承定位轴肩6-5；第二传动拨叉轴第Ⅲ轴段即为第二传动拨叉轴轴承安装轴颈6-6；第二传动拨叉轴第Ⅳ轴段即为第二传动拨叉轴套筒安装轴颈6-7。

本发明的第一传动拨叉轴5与第二传动拨叉轴6的实施例具体装配结构如图4所示。第一传动拨叉轴5的第一传动拨叉轴安装定位外圆5-3装配到第二传动拨叉轴6的第二传动拨叉轴定位安装内孔6-1内；第一传动拨叉轴5的第一传动拨叉轴拨叉5-1与第二传动拨叉轴6的第二传动拨叉轴拨叉6-4在轴向挤压，周向存在一自由转动角度。

本实施例中控制电机－小齿轮轴系具体结构装配示意图如图5所示。角位移传感器2通过其法兰固定在踏板支架3上，其输入轴与踏板转轴9同轴连接；油门踏板1通过凸台凹槽连接周向固定安装在踏板转轴9上；复位弹簧10套在踏板转轴9上，两端分别固定在油门踏板1和踏板支架3上；扇形齿轮8通过键连接固定安装在踏板转轴9上；而整个踏板转轴轴系通过踏板转轴9的定位轴肩和角位移传感器2的法兰固定安装在踏板支架3上。

上述各部件的具体实现方式分别说明如下：

本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置融入到汽车整车控制网络，与汽车其它控制系统结合使用，具有两种不同的工作模式：普通油门踏板工作模式和主动反馈工作模式。两种工作模式的切换是驾驶员通过操纵电子控制系统完成的。

1）普通油门踏板工作模式：本发明的主动反馈式汽车油门踏板装置处于普通油踏板工作模式时，整车电子控制单元ECU停止向控制电机发送控制信号，且使控制电机4处于断电状态，其工作原理与普通的电子油门踏板一致。即驾驶员根据行车工况，自主控制油门踏板1踩踏量，通过油门踏板1传递动力，使踏板转轴9转动对应角度；而与踏板转轴9相连接的角位移传感器2，将会采集到踏板转轴9转动的角度信号，并将此角度信号传给发动机电子控制单元ECU，从而控制发动机转速和行车速度；放松油门踏板1，在复位弹簧10的作用下，各零部件复位。踏板转轴9转动时，由键连接固定安装在踏板转轴9上的扇形齿轮8，将会带动与之啮合的小齿轮7和与小齿轮键连接的第二传动拨叉轴6的转动；但由于第一传动拨叉轴5和第二传动拨叉轴6的啮合传动拨叉存在一定的周向空行程，因此踏板轴9转动时，第一传动拨叉轴5和控制电机4的输出轴将会处于静止状态。

2）主动反馈工作模式：本发明的主动反馈式油门踏板装置在与汽车其它控制系统结合使用时，可以将车辆行驶信息经过油门踏板1以触觉的形式反馈给驾驶员，引导驾驶员改善驾驶行为，或者向驾驶员发出危险信息警告。其工作原理：车载传感器、信息接收器等采集行车工况信息，并将这些信息传输给整车电子控制单元ECU；整车电子控制单元ECU经分析判断，向主动反馈式油门踏板装置的控制电机4发出命令信号；控制电机4在整车电子控制单元ECU的命令信号下，由其输出轴对外输出与控制信号对应的转矩和转速；与控制电机4输出轴固定连接的第一传动拨叉轴5将克服与第二传动拨叉轴6之间的周向空行程，带动第二传动拨叉轴6转动；第二传动拨叉轴6上固定连接的小齿轮7与踏板转轴9上固定连接的扇形齿轮8啮合传动，于是踏板转轴9也将以相应的转矩和转速转动，并通过油门踏板1输出相应的速度和力；驾驶员将会感应到油门踏板1的力和速度的大小及其变化，并在上述力和速度的引导下，采取适当措施，如合理控制油门踏板踩踏量、进行制动等，从而实现安全节能驾驶。

Claims

1.一种主动反馈式汽车油门踏板装置，其特征在于：该装置主要由踏板支架、控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系构成；控制电机－小齿轮轴系、踏板转轴轴系均安装在踏板支架上；该控制电机－小齿轮轴系主要由控制电机、第一传动拨叉轴、第二传动拨叉轴、小齿轮组成；控制电机通过自身法兰安装在踏板支架上，控制电机的信号输入线通过CAN总线网络与整车电子控制单元ECU相连接；第一传动拨叉轴固定安装在控制电机的输出轴上；第二传动拨叉轴与第一传动拨叉轴通过其拨叉同轴连接，且第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的拨叉在周向预先设定一自由转动角度；小齿轮固定安装在第二传动拨叉轴上；该踏板转轴轴系主要由角位移传感器、踏板转轴、油门踏板、复位弹簧、扇形齿轮组成；角位移传感器固定安装在踏板支架上，角位移传感器输入轴与踏板转轴同轴机械连接，角位移传感器的信号经踏板控制系统采集处理后，发送至车辆CAN总线网络；油门踏板周向固定安装在踏板转轴上；复位弹簧套在踏板转轴上，两端分别固定在油门踏板和踏板支架上；扇形齿轮固定安装在踏板转轴上；控制电机－小齿轮轴系上的小齿轮与踏板转轴轴系上的扇形齿轮啮合传动，实现两个轴系的动力传送。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述第一传动拨叉轴和第二传动拨叉轴的啮合传动拨叉在周向预先设定的自由转动角度的范围为50°～140°。