CN103481878B - 一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，它包括制动踏板、踏板操纵臂、踏板轴、踏板固定支架、扭力弹簧、踏板角位移传感器、踏板力传感器和踏板感觉模拟器；制动踏板与踏板操纵臂固定连接；踏板操纵臂的上端加工有圆孔，与踏板轴转动连接；踏板轴安装在踏板固定支架的安装孔内；踏板固定支架上设有导向小孔，导向小孔的直径与推杆的外径间隙配合；扭力弹簧为圆柱形，被空套在踏板轴上，扭力弹簧的一端固定连接在踏板固定支架上，另一端连接在踏板操纵臂上，扭力弹簧随踏板操纵臂的转动而扭转并产生弹簧力；踏板角位移传感器安装在踏板操纵臂上端的圆孔内；踏板力传感器安装在制动踏板上；踏板感觉模拟器的推杆前端与踏板操纵臂转动连接。

Description

一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置

技术领域

本发明涉及一种汽车制动系统的制动踏板模拟装置，具体涉及一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，属于汽车制造技术领域。

背景技术

线控技术是随着电子技术和网络技术的发展而发展起来的，以线控技术与电动汽车复合制动系统相结合而形成的电动汽车线控制动系统，是以电信号为控制信号，以电线为信息传输媒介，以电驱动元件为执行元件，由控制单元根据踏板的动作信息识别驾驶员制动意图，对制动力进行分配，进而控制执行器实现电动汽车的制动。踏板的动作信息可以是踏板位移、速度或踏板力等。

在线控制动系统中，取消了传统制动系统的真空助力器，驾驶员踩下制动踏板的动作仅起到提供制动意图信号的作用，不具有提供制动能量的作用，而制动能量则由驾驶员以外的其它能量源提供。因此，为了使驾驶员具有与传统制动系统相同的制动感觉，需要在制动踏板与制动器之间设置制动踏板模拟装置。制动踏板模拟装置应该能够使驾驶员在制动过程中具有良好的制动感觉，从而准确把握施加于踏板的制动强度。

经查阅相关文献资料，制动踏板模拟装置有被动式和主动式两大类。被动式踏板模拟装置有弹簧式和液压式，主动式有磁流变液控制和电机控制两种。弹簧式模拟装置结构简单、成本低，性能可靠；液压式模拟装置结构复杂，但其模拟效果优于弹簧式；主动式模拟装置的踏板特性可调，性能优越，但结构复杂。因此，既能准确反映驾驶员制动意图，又能提供良好制动感觉的制动踏板模拟装置成为电动汽车线控制动系统的关键技术之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，它能够准确识别驾驶员制动意图、模拟制动踏板感觉、对踏板反作用力具有良好响应，且踏板反作用力能够随着制动踏板位移/行程的变化而发生变化。

本发明的技术方案是：一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，本装置包括制动踏板、踏板操纵臂、踏板轴、踏板固定支架、扭力弹簧、踏板角位移传感器、踏板力传感器以及踏板感觉模拟器。以上装置之间的位置连接关系是：制动踏板与踏板操纵臂固定连接；踏板操纵臂的上端加工有圆孔，与踏板轴转动连接；踏板轴安装在踏板固定支架的安装孔内；踏板固定支架上设有导向小孔，导向小孔的直径与推杆的外径间隙配合；扭力弹簧为普通圆柱形，被空套在踏板轴上，扭力弹簧的一端固定连接在踏板固定支架上，另一端连接在踏板操纵臂上，扭力弹簧随踏板操纵臂的转动而扭转，并产生弹簧力；踏板角位移传感器安装在踏板操纵臂上端的圆孔内；踏板力传感器安装在制动踏板上；踏板感觉模拟器的推杆前端与踏板操纵臂转动连接。

所述制动踏板是：由双层矩形板料组合而成，上矩形板料的上表面凹凸不平，下表面加工有切口；下矩形板料的上表面也设置了切口；上下矩形板料通过切口固定连接；踏板力传感器安装在上、下矩形板料之间。

所述踏板操纵臂是：上端开设有圆筒形小孔，小孔内安装衬套和踏板角位移传感器的滑片；下端截面为矩形，与制动踏板的下矩形板料连接；中部设置了球铰链结构并与推杆铰接。

所述踏板轴是：两端加工有螺纹的圆柱形阶梯轴，其一端通过螺纹与踏板固定支架连接，另一端穿过踏板操纵臂的孔及固定支架另一端后用螺母拧紧。

所述踏板固定支架是：现有技术中的踏板固定支架，市购件。

所述扭力弹簧为一普通圆柱形扭簧，空套在踏板轴上，扭力弹簧的一端固定连接在踏板固定支架上，另一端与踏板操纵臂固定连接；扭力弹簧随踏板操纵臂的转动而扭转，产生弹簧力。套装在踏板轴上的扭力弹簧同时也是踏板操纵臂的回位弹簧。

所述踏板角位移传感器为可变电阻式角位移传感器，踏板角位移传感器的外壳固定在踏板轴上，滑轨安装在其外壳内，滑片固定在踏板操纵臂上端的圆孔内，并与滑轨相接触。

所述踏板力传感器为电阻式力传感器，安装在制动踏板的上、下矩形板料之间。

所述踏板感觉模拟器包括气缸体、气缸体后端盖、活塞、推杆和膜片阀。它们之间的位置关系是：气缸体后端盖用螺纹与气缸体连接，形成密闭空间；活塞位于气缸体内部，活塞与气缸内壁间隙配合并在气缸体内部作往复直线运动；推杆用螺纹与活塞前端的螺纹孔连接；膜片阀通过螺钉安装在活塞上。该气缸体为带有前端盖板的圆筒体，后端敞开，圆筒体的内部为阶梯形，后端内壁上加工有内螺纹；前端盖板的中心位置开设有与气缸体同轴线的中央小孔，中央小孔的尺寸允许推杆穿过并相对运动。该气缸体后端盖为一圆柱形，其外圆面加工有外螺纹，与气缸体后端内壁上的内螺纹连接；为方便拆装，在气缸体后端盖的外侧中心位置设置有内六角螺栓孔；该活塞为一圆柱形，其上开设有节流孔并安装膜片阀，节流孔的轴线平行于活塞中心线；在活塞的前端中心位置加工有内螺纹。该推杆为一后端带有外螺纹的圆柱体，其外螺纹与活塞前端中心位置的内螺纹连接；推杆前端依次经由气缸体的中央小孔和踏板固定支架的导向小孔与踏板操纵臂相连，其连接方式为铰接，以方便推杆与踏板操纵臂之间的相对转动。该膜片阀为常开式，其开启和关闭时刻与活塞在气缸内的运动速度有关；它能够使活塞左右两侧产生压力差以模拟踏板力；膜片为圆形中凸结构。

其中，扭力弹簧没有安装在踏板感觉模拟器内部，而是空套在踏板轴上。套装在踏板轴上的扭力弹簧同时也是踏板操纵臂的回位弹簧。踏板力由两部分组成，第一部分是扭力弹簧作用在踏板操纵臂上的弹簧力；第二部分是气缸内的气体力，该气体力经由活塞和推杆作用在操纵臂上。

本发明的积极效果和优点在于：

本发明一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，具有以下积极效果和优点：(1)踏板力是扭力弹簧和气缸内气体力的合力。中小强度制动时，制动踏板被缓慢踩下，活塞在气缸内的运动速度较小，膜片阀开启，活塞右侧气体经节流孔流向左侧，节流阻力很小，活塞左右两侧的压力差很小，推杆对操纵臂的作用力亦很小，踏板力主要由扭力弹簧产生；大强度制动和紧急制动时，制动踏板被快速踩下，推杆推动活塞快速移动，膜片阀关闭，活塞右侧气体被压缩，压力升高，活塞左右两侧的压力差增大，推杆对操纵臂的作用力也较大，该作用力与弹簧力共同组成踏板力。通过对扭力弹簧、节流孔和膜片阀的合理设计，能够得到理想的踏板模拟力。(2)中小强度制动时仅由扭力弹簧起作用，踏板力较小，踏板行程较大，汽车制动减速度变化均匀，制动稳定性好；大强度或紧急制动时，扭力弹簧与气缸内气体力共同起作用，踏板行程减小，响应迅速，制动效能较高。(3)改变节流孔直径或膜片阀刚度，可以满足不同车型和驾驶员个体对制动感觉的要求。(4)结构简单，成本低，可靠性高。本发明所涉及的制动踏板感觉模拟装置使用了结构简单的扭力弹簧和圆筒形气缸，都是传统的机械类零部件，加工和制造方便，且对材料没有特殊要求，不仅有效降低了成本，而且提高了可靠性。

附图说明

图1a为本发明的线控制动系统制动踏板感觉模拟装置整体结构示意图。

图1b为本发明图1a的A向视图

图2为制动踏板感觉模拟器结构示意图。

上述附图中的各标记意义如下：

1.制动踏板；2.踏板操纵臂；3.踏板轴；4.踏板固定支架；5.扭力弹簧；6.踏板角位移传感器；7.踏板力传感器；8.气缸体；9.气缸体后端盖；10.活塞；11.推杆；12.节流孔；13.膜片阀；14.踏板感觉模拟器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1a所示，是本发明的整体结构示意图。汽车线控制动系统制动踏板感觉模拟装置包括制动踏板1、踏板操纵臂2、踏板轴3、踏板固定支架4、扭力弹簧5、踏板角位移传感器6、踏板力传感器7以及踏板感觉模拟器14。它们之间的位置连接关系是：制动踏板1与踏板操纵臂2固定连接；踏板操纵臂2的上端加工有圆孔，与踏板轴3转动连接；踏板轴3固定安装在踏板固定支架4的安装孔内；踏板固定支架4上设有导向小孔，导向小孔的直径与推杆11的外径间隙配合；扭力弹簧5为普通圆柱形，被空套在踏板轴3上，扭力弹簧5的一端固定连接在踏板固定支架4上，另一端连接在踏板操纵臂2上，扭力弹簧5随踏板操纵臂2的转动而扭转，并产生弹簧力；踏板角位移传感器6安装在踏板操纵臂2的上端圆孔内；踏板力传感器7安装在制动踏板1的上下矩形板料之间。

如图1a、图1b所示。具体实施时，制动踏板1通过焊接固定连接在踏板操纵臂2的下端；踏板操纵臂2的上端加工有圆孔，踏板操纵臂2与踏板轴3转动连接；踏板轴3固定安装在踏板固定支架4的安装孔内，同时在踏板轴3上空套着扭力弹簧5；扭力弹簧5为一普通圆柱形螺旋扭簧，一端固定连接在踏板操纵臂2上，另一端固定连接在踏板固定支架4上；踏板固定支架4固定在汽车驾驶室内部的底板（图1a中未示出）上，支架4上设有导向小孔，导向小孔的直径与推杆11的外径间隙配合；踏板角位移传感器6的外壳固定在踏板轴3上，滑轨安装在其外壳内，滑片固定在踏板操纵臂2上端的圆孔内（图中为给出），并与滑轨相接触。所述扭力弹簧5的特征在于：随踏板操纵臂2的转动而扭转，从而产生弹簧力；同时，该扭力弹簧也是踏板操纵臂2的回位弹簧，当驾驶员松开制动踏板1后，在扭力弹簧5恢复力的作用下，踏板操纵臂2绕踏板轴3顺时针转动并回到初始位置。

如图2所示，踏板感觉模拟器14包括气缸体8、气缸体后端盖9、活塞10、推杆11和膜片阀13。它们之间的位置关系是：气缸体后端盖9用螺纹与气缸体8连接，形成密闭空间；活塞10位于气缸体8内部，活塞10与气缸内壁间隙配合；推杆11用螺纹与活塞前端的螺纹孔连接；膜片阀13通过螺钉安装在活塞10上。气缸体8为前端带有盖板的圆筒体，后端敞开。气缸体前端盖板的中心位置加工有与气缸体8同轴线的中央小孔，中央小孔的直径与推杆11间隙配合；气缸体8的内壁为阶梯形，后端内壁上加工有内螺纹。气缸体后端盖9为一圆柱形，其外圆面加工有外螺纹，外圆面上的外螺纹与气缸体后端内壁上的内螺纹连接，气缸体后端盖9的外侧中心位置处还设有内六角螺栓孔，方便拆装。活塞10为一圆柱形，与气缸体8的内壁间隙配合；活塞10的前端中心位置加工有内螺纹，内螺纹与活塞同轴线；活塞10上开设有节流孔12并安装膜片阀13，节流孔12的轴线平行于活塞10中心线。推杆11为一圆柱形零件，后端加工有外螺纹，与活塞10上的内螺纹连接；前端依次经由气缸体8的中央小孔和踏板固定支架4的导向小孔与踏板操纵臂2转动连接。

踏板感觉模拟装置由图1a所示的扭力弹簧5和图2所示的踏板感觉模拟器14组成。所述踏板感觉模拟装置的踏板力包括两部分：第一部分是扭力弹簧5作用在踏板操纵臂2上的弹簧力；第二部分是气缸体8内部的气体力，气体力经活塞10和推杆11作用在操纵臂2上。

当汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板1，带动踏板操纵臂2绕踏板轴3逆时针转动。踏板角位移传感器6由于踏板操纵臂2的转动而输出踏板角位移信号给中央处理单元（图中未给出）。同时，踏板操纵臂2的逆时针转动，一方面带动固定在踏板操纵臂2上端的扭力弹簧5扭转并产生弹簧力，另一方面推动推杆11向右运动，通过活塞10压缩气缸体8内部的空气而受到气体反作用力。弹簧力与气体反作用力的合力即为踏板力，由踏板力传感器7输出信号给中央处理单元（图中未示出）。与本发明所涉及的制动踏板感觉模拟装置配合使用的中央处理单元接收到踏板角位移信号与踏板力信号后，经过信息处理，作出驾驶员制动意图辨识，并发出指令控制汽车制动。在信息处理过程中，制动踏板1处于动态时，以制动踏板感觉模拟装置发出的踏板力信号为主；制动踏板1处于静态或准静态时，以踏板角位移传感器6发出的位移信号为主；如果两个传感器中有一个出现故障，则中央处理单元将根据另一个信号继续控制汽车制动，同时及时报警以提醒驾驶员。

当汽车制动，驾驶员缓慢踩下制动踏板1时，推杆11带动活塞10在气缸体8内缓慢移动，膜片阀开启，气缸内活塞10右侧的气体经节流孔12流向活塞左侧，节流阻力很小，活塞10左右两侧压力差很小，此时的踏板力主要是扭力弹簧5产生的弹簧力，弹簧力随踏板位移的变化而变化；当踏板行程变化较大时，踏板力变化平稳，汽车制动减速度变化均匀，制动稳定性好。当驾驶员快速踩下制动踏板1时，活塞10在气缸内快速移动，膜片阀13关闭，活塞10右侧压力急剧升高，踏板模拟装置的阻力快速增大，此时踏板行程变化较小，而踏板力变化很大，汽车的制动减速度很大，具有较好的制动效能。

当驾驶员放松制动踏板1时，在扭力弹簧5的恢复力作用下，踏板操纵臂2绕踏板轴顺时针转动并回到其初始位置，同时拉动推杆11和活塞10向左移动，活塞左侧压力升高，膜片阀13开启，空气经节流孔12流到活塞10右侧，此时活塞10左右两个端面的压力近似相等，处于平衡状态。

Claims (2)

1.一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，其特征在于：它包括制动踏板、踏板操纵臂、踏板轴、踏板固定支架、扭力弹簧、踏板角位移传感器、踏板力传感器以及踏板感觉模拟器；制动踏板与踏板操纵臂固定连接；踏板操纵臂的上端加工有圆孔，与踏板轴转动连接；踏板轴安装在踏板固定支架的安装孔内；踏板固定支架上设有导向小孔，导向小孔的直径与推杆的外径间隙配合；扭力弹簧为圆柱形，被空套在踏板轴上，扭力弹簧的一端固定连接在踏板固定支架上，另一端连接在踏板操纵臂上，扭力弹簧随踏板操纵臂的转动而扭转并产生弹簧力；踏板角位移传感器安装在踏板操纵臂上端的圆孔内；踏板力传感器安装在制动踏板上；踏板感觉模拟器的推杆前端与踏板操纵臂转动连接；

所述制动踏板是由双层矩形板料组合而成，上矩形板料的上表面凹凸不平，下表面加工有切口；下矩形板料的上表面也设置了切口；上下矩形板料通过切口固定连接；踏板力传感器安装在上、下矩形板料之间；

所述踏板操纵臂是上端开设有圆筒形小孔，小孔内安装衬套和踏板角位移传感器的滑片；下端截面为矩形，与制动踏板的下矩形板料连接；中部设置了球铰链结构并与推杆铰接；

所述踏板轴是两端加工有螺纹的圆柱形阶梯轴，其一端通过螺纹与踏板固定支架连接，另一端穿过踏板操纵臂的孔及固定支架另一端后用螺母拧紧；

所述扭力弹簧为一普通圆柱形扭簧，空套在踏板轴上，扭力弹簧的一端固定连接在踏板固定支架上，另一端与踏板操纵臂固定连接；扭力弹簧随踏板操纵臂的转动而扭转，产生弹簧力；

所述踏板角位移传感器为可变电阻式角位移传感器，踏板角位移传感器的外壳固定在踏板轴上，滑轨安装在其外壳内，滑片固定在踏板操纵臂上端的圆孔内，并与滑轨相接触；

所述踏板力传感器为电阻式力传感器，安装在制动踏板的上、下矩形板料之间；

所述踏板感觉模拟器包括气缸体、气缸体后端盖、活塞、推杆和膜片阀；气缸体后端盖用螺纹与气缸体连接，形成密闭空间；活塞位于气缸体内部，活塞与气缸内壁间隙配合并在气缸体内部作往复直线运动；推杆用螺纹与活塞前端的螺纹孔连接；膜片阀通过螺钉安装在活塞上；该气缸体为带有前端盖板的圆筒体，后端敞开，圆筒体的内部为阶梯形，后端内壁上加工有内螺纹；前端盖板的中心位置开设有与气缸体同轴线的中央小孔，中央小孔的尺寸允许推杆穿过并相对运动；该气缸体后端盖为一圆柱形，其外圆面加工有外螺纹，与气缸体后端内壁上的内螺纹连接；为方便拆装，在气缸体后端盖的外侧中心位置设置有内六角螺栓孔；该活塞为一圆柱形，其上开设有节流孔并安装膜片阀，节流孔的轴线平行于活塞中心线；在活塞的前端中心位置加工有内螺纹；该推杆为一后端带有外螺纹的圆柱体，其外螺纹与活塞前端中心位置的内螺纹连接；推杆前端依次经由气缸体的中央小孔和踏板固定支架的导向小孔与踏板操纵臂相连，其连接方式为铰接，以方便推杆与踏板操纵臂之间的相对转动；该膜片阀为常开式，其开启和关闭时刻与活塞在气缸内的运动速度有关，它能够使活塞左右两侧产生压力差以模拟踏板力，膜片为圆形中凸结构。

2.根据权利要求1所述的一种汽车线控制动系统的制动踏板感觉模拟装置，其特征在于：该扭力弹簧没有安装在踏板感觉模拟器内部，而是空套在踏板轴上，套装在踏板轴上的扭力弹簧同时也是踏板操纵臂的回位弹簧；踏板力由两部分组成，第一部分是扭力弹簧作用在踏板操纵臂上的弹簧力；第二部分是气缸内的气体力，该气体力经由活塞和推杆作用在操纵臂上。