CN103895511B - 一种智能人机交互式汽车油门踏板装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，包括踏板转轴轴系、控制轴系、滑动光轴轴系与离合器轴系，均安装在踏板支架上；踏板转轴轴系用于实现普通油门踏板的工作状态；控制轴系将动力经滑动光轴轴系传递给离合器轴系，离合器轴系中圆柱凸轮、滚轮、传力杆，带动压盘轴向运动，使压盘与摩擦盘结合锁死后，并由控制轴系的盘型凸轮实现对踏板力反馈控制；且滑动光轴轴系中的调节机构可调节滑动齿轮的轴向位置，在控制电机失效时，进入普通油门踏板工作状态。本发明能够实现普通油门踏板对发动机转速功率和行车速度的控制；且可以触觉反馈形式通过油门踏板主动向驾驶员反馈行车状态与路况信息，实现人机交互，辅助驾驶员改善驾驶行为。

Description

一种智能人机交互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，具体来说，是一种智能人机交互式汽车油门踏板装置。

技术背景

汽车油门踏板又称加速踏板，是驾驶员控制汽车发动机转速功率和行车速度的装置，属于汽车的关键配件之一。传统拉线式油门踏板如今在货运车辆上仍然普遍使用，其主要由踏板支架、油门踏板、细钢绳、复位弹簧组成，通过使用细钢绳直接将油门踏板与发动机节气门相连接，油门踏板的踩下深度与节气们的开度1:1对应。因此拉线式油门踏板结构简单，控制直接，但是控制精确性低，并且不能适应现在电控发动机的需要，导致燃烧不充分，燃油经济性和尾气排放性能差。由此，出于环保、经济、可控性等原因，以及汽车电子技术的进步，现在汽车开始广泛使用电子油门踏板。电子油门踏板的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。角位移传感器的实质是一个可变电阻，装在踏板内，与油门踏板同轴机械连接，采集踏板转角信号，该信号经踏板控制系统采集处理后，发送至车辆CAN总线网络，车载电子控制单元ECU通过CAN网络读取油门踏板位置信息，从而控制发动机的转速功率以及汽车的行车速度。因此电子油门踏板只是表征驾驶员的操作意向，而最终的发动机与行车速度控制权则交给了车载电子控制单元。

随着电子通信技术的快速发展，智能交通系统（ITS）的研究与应用，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、网络化的控制系统；而且其功能也都是唯一的，即驾驶员通过控制油门踏板踩踏深度来控制发动机转速功率和汽车行驶速度。因此上述油门踏板统称为普通油门踏板。随着技术的进步，以及对汽车性能要求的提高，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交互功能；然而普通油门踏板却仅仅起到了单向信息传递的作用，即驾驶员通过油门踏板实现对汽车的控制意图，而汽车却不能通过油门踏板将行车工况信息反馈于驾驶员。并且在实际道路行驶过程中，尤其是在城市道路跟车过程中，不同类型的驾驶员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。研究表明在相同的行车工况下，激进的驾驶员会踩下较大的踩踏深度，造成较高的车速和较小的跟车时距，为了避免事故发生，进而做出更多的制动行为；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

针对现有普通油门踏板技术功能的不足，本发明提出一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，融入到汽车整车控制网络，与车载电子控制单元以及道路交通系统结合，不仅能够实现普通油门踏板对发动机转速功率和行车速度的控制；而且可以作为一类汽车驾驶辅助系统的执行装置，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和路况信息，实现人机信息双向交互，辅助驾驶员改善驾驶行为，合理控制油门踏板踩踏深度，引导驾驶员以理想的车速行车，从而避免加速过度、频繁制动等不良驾驶行为，并且可以降低交通事故发生率，减少交通拥堵；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，在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单元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。

本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，包括踏板支架以及由踏板转轴、第一带轮、角位移传感器、油门踏板与复位弹簧构成的踏板转轴轴系，由控制电机、主传动轴、主动齿轮与盘型凸轮构成的控制轴系，由滑动光轴、滑动齿轮与调节机构构成的滑动光轴轴系，以及由第一从动半轴、第二从动半轴、从动齿轮、圆柱凸轮、压盘、摩擦盘、复位卷簧、第二带轮、滚轮、传力杆与传动带构成的离合器轴系。

所述踏板转轴轴系中，踏板转轴支撑并轴向定位在踏板支架上；踏板转轴的两端分别安装有第一带轮和角位移传感器；踏板转轴上还安装有油门踏板，并空套有复位弹簧；复位弹簧的两端分别与油门踏板和踏板支架固定。

所述控制轴系中，控制电机固定在踏板支架上；主传动轴支撑并轴向定位在踏板支架上；主传动轴一端与控制电机输出轴同轴固连，另一端与盘型凸轮固连；主传动轴上还安装有同轴的主动齿轮。

所述滑动光轴轴系中，滑动光轴支撑并轴向定位在踏板支架上；滑动齿轮空套在滑动光轴上，与控制轴系中主动齿轮啮合；所述调节机构采用拨叉调节方式，用来调节滑动齿轮在滑动光轴轴向上的位置。

所述离合器轴系中，第一从动半轴与第二从动半轴的一端分别支撑并轴向定位在踏板支架上，且第一从动半轴的另一端空套在第二从动半轴另一端端面上开设的定位孔内。所述从动齿轮和圆柱凸轮同轴固定安装在第一从动半轴上；其中，从动齿轮与滑动光轴轴系的滑动齿轮啮合；圆柱凸轮的外表面周向上开有一段相互连通的凹槽A与凹槽B，凹槽A与凹槽B间具有夹角，且凹槽B与圆柱凸轮轴线垂直，通过凹槽A与凹槽B形成整体滚道；滚道内设置有滚轮。所述压盘空套在第一从动半轴上，摩擦盘固连在第二从动半轴上；其中，压盘与摩擦盘间存在间隙，且压盘边缘位置设计有U型限位槽，U型限位槽空套在滑动光轴轴系的滑动光轴上；压盘上固定安装有垂直于压盘的传力杆，传力杆与滚道内的滚轮转轴固连。当圆柱凸轮转动时，滚轮沿滚道滚动；滚轮通过传力杆推动压盘沿第一从动半轴轴向，向摩擦盘运动，最终滚轮由凹槽A进入到凹槽B内；且当滚轮由凹槽A进入到凹槽B后，压盘与摩擦盘处于紧密挤压接触状态；反之当滚轮反向滚动时，可通过传力杆牵拉压盘沿第一从动半轴轴向，向圆柱凸轮运动，最终滚轮由凹槽B进入到凹槽A内；且在滚轮进入到凹槽A过程中，压盘与摩擦盘分离。所述第二从动半轴上空套有复位卷簧，且其轴端固定安装有第二带轮；复位卷簧位于第二带轮与踏板支架间，两端分别与第二带轮和踏板支架固定；其中，第二带轮与踏板转轴轴系中的第一带轮间通过传动带相连；同时，控制轴系中的盘型凸轮位于第二带轮与第一带轮间，使盘型凸轮曲率半径最小处与传动带接触。

上述结构的智能人机交互式汽车油门踏板装置，具有两种工作模式：

1）普通油门踏板工作模式：

控制电机处于断电状态，通过驾驶员踩踏油门踏板传送动力，带动踏板转轴转动对应角度；并由角位移传感器采集踏板转轴转动的角度信号，发送至车载电子控制单元，从而通过车载电子控制单元控制发动机的转速功率与行车速度；此时，离合器轴系的压盘与摩擦盘处于分离状态；且当踏板转轴转动时，第一带轮随之旋转，并带动传动带运动；由此，摩擦盘、第二传动半轴和第二带轮将在传动带的作用下转动；由于复位卷簧的作用，传动带始终处于张紧状态。

2）智能人机交互工作模式：

所述控制电机接收车载电子控制单元发送的命令信号，输出与命令信号对应的转矩和转速，驱动主传动轴，以及主传动轴上的主动齿轮、盘型凸轮转动；由此，动力通过主动齿轮、滑动齿轮、从动齿轮传送到离合器轴系的第一从动半轴上，使第一从动半轴转动，带动圆柱凸轮转动，进而使滚轮由凹槽A向凹槽B滚动；在此过程中，由于压盘边缘的U型限位槽卡在滑动光轴轴系的滑动光轴上，传力杆推动压盘向摩擦盘运动，使压盘与摩擦盘完全接触挤压，由此通过压盘将摩擦盘、第二从动半轴、第二带轮锁死；此时，控制电机、主动齿轮、滑动齿轮、从动齿轮、第一从动半轴以及圆柱凸轮继续转动，而传力杆、压盘保持静止；同时，控制电机输出轴的转动还带动盘型凸轮的转动，使盘型凸轮与传动带的接触点曲率半径变大，并挤压传动带，将控制电机的转速与转矩传给第一带轮和踏板转轴；在踏板转轴的作用下，驾驶员踩踏油门踏板的脚将会感受到油门踏板的力和运动的变化；由此，驾驶员接收到了车载电子控制单元反馈的行车状态信息和路况信息，并在该反馈信息的作用下调整驾驶行为，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。

且当所述控制电机发生故障时，通过手动操控调节机构，使滑动光轴轴系的滑动齿轮脱离于主动齿轮以及从动齿轮的啮合状态；由此，第一从动半轴、从动齿轮、圆柱凸轮处于自由状态，压盘在摩擦盘形变产生的压力作用下，与摩擦盘分离；使摩擦盘、第二从动半轴、第二带轮的锁死状态解除；此时驾驶员可以在普通油门踏板工作模式下继续操控汽车。

本发明的优点在于：

1）本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，具有人机信息双向交互的优点，不仅可以实现驾驶员对汽车的操控意图，满足加减速的功能要求；而且还可以将实时行车状态信息和道路工况信息主动地反馈于驾驶员；

2）本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，融入到汽车整车控制网络中，体现了智能汽车的发展趋势以及未来智能交通系统对汽车的发展要求；并且与汽车上的控制系统和智能交通控制系统结合使用时，可以作为一类驾驶辅助系统的反馈执行装置，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）本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，与汽车上的控制系统和智能交通控制系统结合使用，以触觉的形式向驾驶员反馈行车状态信息和道路工况信息，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）本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，充分利用了凸轮传动机构结构简单紧凑，可实现从动件任意预期运动的优点，采用圆柱凸轮机构控制压盘和摩擦盘的分离与结合，采用盘型凸轮挤压传动带的形式，实现控制电机对踏板转轴轴系的反馈控制；不仅降低了对控制电机输出转矩的要求，方便了控制电机的选择，还使得整个装置设计科学合理，安全可靠性高；

5）本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置，设计了一个滑动光轴轴系，利用拨叉，手动控制滑动齿轮的位置，当控制电机失效时，切断控制轴系的主动齿轮与离合器轴系从动齿轮之间的动力传输，使得压盘与摩擦盘分离，从而保证本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置仍然可以实现普通油门踏板的功能，避免油门踏板不受驾驶员操控的危险工况。

附图说明

图1为本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置结构原理示意图；

图2为本发明智能人机交互式汽车油门踏板装置中结构原理局部视图。

图中：

1-踏板支架201-踏板转轴202-第一带轮203-角位移传感器

204-油门踏板205-复位弹簧301-控制电机302-主传动轴

303-主动齿轮304-盘型凸轮401-滑动光轴402-滑动齿轮

403-调节机构403a-拨叉403b-分离套501-第一从动半轴

502-第二从动半轴503-从动齿轮504-圆柱凸轮504a-凹槽A

504b-凹槽B505-压盘506-摩擦盘507-复位卷簧

508-第二带轮509-滚轮510-传力杆511-传动带

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的智能人机交互式汽车油门踏板装置，包括踏板支架1以及由踏板转轴201、第一带轮202、角位移传感器203、油门踏板204与复位弹簧205构成的踏板转轴轴系，由控制电机301、主传动轴302、主动齿轮303与盘型凸轮304构成的控制轴系，由滑动光轴401、滑动齿轮402与调节机构403构成的滑动光轴轴系，以及由第一从动半轴501、第二从动半轴502、从动齿轮503、圆柱凸轮504、压盘505、摩擦盘506、复位卷簧507、第二带轮508、滚轮509、传力杆510与传动带511构成的离合器轴系，如图1所示。

其中，踏板支架1作为本发明智能人交互式汽车油门踏板装置中各个轴系的装配载体，固定在汽车驾驶舱内。

所述踏板转轴轴系中，踏板转轴201的两端分别支撑在踏板支架1上，通过自身轴向上设计的定位轴肩实现与踏板支架1间的轴向定位。踏板转轴201的一端端部与具有扇形截面的第一带轮202固定连接，另一端端部与踏板支架1上固定的角位移传感器203输入轴同轴相连。油门踏板204固定安装在踏板转轴201上。踏板转轴201上空套有复位弹簧205，复位弹簧205的两端分别与油门踏板204和踏板支架1固定。由此，通过驾驶员踩踏油门踏板204可带动踏板转轴201以及踏板转轴201上的第一带轮202转动。当松开油门踏板204后，通过复位弹簧205可使油门踏板204以及第一带轮202恢复初始位置。上述角位移传感器203通过CAN总线与车载电子控制单元连接，用来获取踏板转轴201的转动角度信号，进而得到油门踏板204的踩踏深度信号，并通过CAN总线网络与车载电子控制单元间进行数据传输。

所述控制轴系中，控制电机301固定安装在踏板支架1上，控制电机301的信号输入线通过CAN总线与车载电子控制单元相连接，接收车载电子控制单元发送的命令信号。主传动轴302的两端支撑在踏板支架1上，通过自身轴向上设计的定位轴肩实现与踏板支架1间的轴向定位。主传动轴302一端与控制电机301的输出轴同轴固连，另一端与盘型凸轮304固定连接。主传动轴302上还同轴固定安装有主动齿轮303。由此，控制电机301根据接受到的命令信号，输出与命令信号对应的转矩和转速，由此驱动主传动轴302以及主传动轴302上的主动齿轮303与盘型凸轮304转动。

所述滑动光轴轴系中，滑动光轴401的两端分别支撑在踏板支架1上，通过自身轴向上设计的轴肩实现与踏板支架1间的轴向定位。滑动齿轮402同轴空套在滑动光轴401上，且与控制轴系中主动齿轮303啮合。所述调节机构403用来调节滑动齿轮402在滑动光轴401轴向上的位置，包括拨叉403a与分离套403b；其中分离套403b为自带法兰结构的套筒，且在分离套的外表面周向上开有环形槽；分离套403b通过自身法兰结构与滑动齿轮402同轴固定连接，也可与滑动齿轮402作为一体结构设计。拨叉403a一端的拨叉手柄位于踏板支架1外部，另一端的拨叉指卡在分离套403b的环形槽内；由此，通过拨叉403a拨动分离套403b，可推动滑动齿轮402沿滑动光轴401轴向移动。

所述离合器轴系中，第一从动半轴501与第二从动半轴502的一端分别支撑在踏板支架1上，且通过自身轴向上的轴肩实现与踏板支架1间的轴向定位。第一从动半轴501的另一端同轴空套在第二从动半轴502另一端端面上开设的定位孔内，与定位孔配合，实现第一从动半轴501与第二从动半轴502间的定位。从动齿轮503和圆柱凸轮504同轴固定安装在第一从动半轴501上；其中，从动齿轮503与滑动光轴轴系的滑动齿轮402啮合，使控制轴系中主动齿轮303的转动通过滑动齿轮402以及从动齿轮503将动力传递到第一从动半轴501上，带动圆柱凸轮504转动。上述圆柱凸轮504的外表面周向上开有一段相互连通的凹槽A504a与凹槽B504b，凹槽A504a与凹槽B504b间具有夹角，且凹槽B504b与圆柱凸轮504轴线垂直，通过凹槽A504a与凹槽B504b形成整体滚道。滚道内设置有滚轮509，滚轮509与滚道的两侧壁相切，使滚轮509可在滚道内沿滚道滚动。所述压盘505空套在第一从动半轴501上，摩擦盘506固定连接在第二从动半轴502上；其中，压盘505与摩擦盘506间存在间隙，且压盘505边缘位置设计有U型限位槽，U型限位槽空套在滑动光轴轴系的滑动光轴401上，防止压盘505在第一从动转轴上转动。所述压盘505上固定安装有垂直于压盘505的传力杆510，传力杆510与滚道内的滚轮509转轴固连。由此，当圆柱凸轮504转动时，滚轮509沿滚道由凹槽A504a向凹槽B504b滚动；此过程中，由于压盘505的U型限位槽卡在滑动光轴轴系的滑动光轴401上，传力杆510推动压盘505沿第一从动半轴501轴向，向摩擦盘506运动，最终使压盘505与摩擦盘506处于紧密挤压接触状态；反之，当圆柱凸轮504反转时，滚轮509反向滚动（即由凹槽B504b向凹槽A504a滚动），此过程中，传力杆510牵拉压盘505沿第一从动半轴501轴向，向圆柱凸轮504方向运动，最终使压盘505与摩擦盘506分离；上述过程中，当滚轮509仅沿凹槽B504b滚动时，压盘505的轴向位置不变。

所述第二从动半轴502上空套有复位卷簧507，且其轴端同轴固定安装有圆形截面的第二带轮508；复位卷簧507位于第二带轮508与踏板支架1间，两端分别与第二带轮508和踏板支架1固定。第二带轮508与踏板转轴轴系中的第一带轮202间通过传动带511相连，使第一带轮202的运动可通过传动带511带动第二带轮508转动，而复位卷簧507可保证传动带511始终处于张紧状态。同时，控制轴系中的盘型凸轮304位于第二带轮508与第一带轮202间，使盘型凸轮304曲率半径最小处与传动带511接触，而对传动带511施加的压力为零；当控制轴系中的盘型凸轮304转动时，可对传动带511施加压力。

通过上述结构，形成智能人机交互式汽车油门踏板装置，不仅具有普通油门踏板的工作模式，而且可将本发明智能人交互式汽车油门踏板装置，融入到汽车整车控制网络和智能交通系统网络中，与车载电子控制单元结合，实现智能人机交互的工作模式，作为一种汽车驾驶辅助系统的反馈执行装置，将行车状态信息和路况信息经油门踏板204以触觉的形式反馈给驾驶员，辅助驾驶员改善驾驶行为，引导驾驶员以合理车速行驶或者向驾驶员发出危险信息警告。

上述两种工作模式的切换可由驾驶员通过操纵车载电子控制单元完成，具体为：

1）普通油门踏板工作模式：

驾驶员通过操纵车载电子控制单元，将本发明的智能人机交互式汽车油门踏板装置切换到普通油门踏板工作模式，控制车载电子控制单元停止向控制电机301发送控制信号，使控制电机301处于断电状态；此时本发明智能人交互式汽车油门踏板装置与普通电子油门踏板装置工作原理一致,即驾驶员根据行车工况信息，自主控制油门踏板204的踩踏深度，通过油门踏板204传送动力，带动踏板转轴201转动对应角度；通过角位移传感器203采集到踏板转轴201转动的角度信号，发送至车载电子控制单元，从而通过车载电子控制单元控制发动机的转速功率与行车速度。上述过程中，由于控制电机301处于断电停止工作状态，离合器轴系的压盘505与摩擦盘506处于分离状态；因此，踏板转轴201转动时，第一带轮202随之旋转，并带动传动带511运动；由此，摩擦盘506、第二传动半轴502和第二带轮508将在传动带511的作用下转动，但旋转惯量较小，对油门踏板204的力学特性影响可以忽略，此过程中，由于复位卷簧507的作用，传动带511始终处于张紧状态。当驾驶员根据行车工况信息，自主放松油门踏板204时，在复位弹簧205和复位卷簧507的作用下，各轴系的复位。

2）智能人机交互工作模式：

驾驶员通过操纵车载电子控制单元，将本发明的智能人机交互式汽车油门踏板装置切换到智能人机交互模式。通过汽车上的车载传感器、信息接收器将采集的车辆行驶状态信息和路况交通信息，传输给车载电子控制单元；车载电子控制单元根据内部存储的控制逻辑对接受到的车辆行驶状态信息与路况交通信息进行分析，并对当前的行车状态进行判断，然后将分析判断的结果以控制命令信号的形式，发送给本发明智能人交互式汽车油门踏板装置中的控制电机301；控制电机301根据接收到的命令信号，由其输出轴输出与命令信号对应的转矩和转速，由此驱动主传动轴302，以及主传动轴302上的主动齿轮303、盘型凸轮304转动；由于滑动光轴轴系的滑动齿轮402与主动齿轮303，以及离合器轴系的从动齿轮503三者处于啮合状态，由此，动力通过主动齿轮303、滑动齿轮402、从动齿轮503传送到离合器轴系的第一从动半轴501上，使第一从动半轴501转动，带动圆柱凸轮504转动，进而使滚轮509在圆柱凸轮504上的滚道内滚动，直至滚轮由凹槽A504a滚入凹槽B504b中；在滚轮509由凹槽A504a向凹槽B504b滚动的过程中，传力杆510推动压盘505向摩擦盘506运动，使压盘505与摩擦盘506完全接触挤压，且由于压盘505上设计的U型限位槽作用使压盘505无法转动，进而通过压盘505将摩擦盘506、第二从动半轴502、第二带轮508锁死，无法转动；此时，控制电机301、主动齿轮303、滑动齿轮402、从动齿轮503、第一从动半轴501以及圆柱凸轮504将继续转动，但是由于圆柱凸轮504的凹槽B504b轴线与圆柱凸轮504的轴线垂直设计，使得传力杆510、压盘505保持静止。同时，控制电机301输出轴的转动还带动盘型凸轮304的转动，使盘型凸轮304与传动带511的接触点曲率半径变大，由此，盘型凸轮304会挤压传动带511；由于此时第二带轮508已被锁死，于是传动带511在盘型凸轮304的挤压作用下，将控制电机301的转速与转矩以一定比例传给第一带轮202和踏板转轴201；在踏板转轴201的作用下，驾驶员踩踏油门踏板204的脚将会感受到油门踏板204的力和运动的变化；由此，驾驶员接收到了车载电子控制单元反馈的行车状态信息和路况信息，并在该反馈信息的作用下调整驾驶行为，如合理控制油门踏板204踩踏量、进行制动等，从而实现安全节能驾驶。

当本发明的智能人机交互式汽车油门装置处于智能人机交互工作模式下，动力传动出现差错时，如控制电机301卡死或不受控制，驾驶员可以通过手动操控拨叉403a，使滑动光轴轴系的滑动齿轮402脱离于主动齿轮303以及从动齿轮503的啮合状态，使第一从动半轴501、从动齿轮503、圆柱凸轮504处于自由状态；此时，压盘505在摩擦盘506形变产生的压力作用下，与摩擦盘506分离，使摩擦盘506、第二从动半轴502、第二带轮508的锁死状态解除；由此，控制电机301通过主传动轴302和盘型凸轮304作用在传动带511上的力将变得很小。由于此时控制电机301对第一带轮202、踏板转轴201和油门踏板204运动和力不进行控制，因此驾驶员可以在普通油门踏板工作模式下继续操控汽车。

Claims (5)

1.一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，其特征在于：包括踏板支架以及由踏板转轴、第一带轮、角位移传感器、油门踏板与复位弹簧构成的踏板转轴轴系，由控制电机、主传动轴、主动齿轮与盘型凸轮构成的控制轴系，由滑动光轴、滑动齿轮与调节机构构成的滑动光轴轴系，以及由第一从动半轴、第二从动半轴、从动齿轮、圆柱凸轮、压盘、摩擦盘、复位卷簧、第二带轮、滚轮、传力杆与传动带构成的离合器轴系；

所述踏板转轴轴系中，踏板转轴支撑并轴向定位在踏板支架上；踏板转轴的两端分别安装有第一带轮和角位移传感器；踏板转轴上还安装有油门踏板，并空套有复位弹簧；复位弹簧的两端分别与油门踏板和踏板支架固定；

所述控制轴系中，控制电机固定在踏板支架上；主传动轴支撑并轴向定位在踏板支架上；主传动轴一端与控制电机输出轴同轴固连，另一端与盘型凸轮固连；主传动轴上还安装有同轴的主动齿轮；

所述滑动光轴轴系中，滑动光轴支撑并轴向定位在踏板支架上；滑动齿轮空套在滑动光轴上，与控制轴系中主动齿轮啮合；所述调节机构采用拨叉调节方式，用来调节滑动齿轮在滑动光轴轴向上的位置；

所述离合器轴系中，第一从动半轴与第二从动半轴的一端分别支撑并轴向定位在踏板支架上，且第一从动半轴的另一端空套在第二从动半轴另一端端面上开设的定位孔内；所述从动齿轮和圆柱凸轮同轴固定安装在第一从动半轴上；其中，从动齿轮与滑动光轴轴系的滑动齿轮啮合；圆柱凸轮的外表面周向上开有一段相互连通的凹槽A与凹槽B，凹槽A与凹槽B间具有夹角，且凹槽B与圆柱凸轮轴线垂直，通过凹槽A与凹槽B形成整体滚道；滚道内设置有滚轮；所述压盘空套在第一从动半轴上，摩擦盘固连在第二从动半轴上；其中，压盘与摩擦盘间存在间隙，且压盘边缘位置设计有U型限位槽，U型限位槽空套在滑动光轴轴系的滑动光轴上；压盘上固定安装有垂直于压盘的传力杆，传力杆与滚道内的滚轮转轴固连；当圆柱凸轮转动时，滚轮沿滚道滚动；滚轮通过传力杆推动压盘沿第一从动半轴轴向向摩擦盘运动，最终滚轮由凹槽A进入到凹槽B内；且当滚轮由凹槽A进入到凹槽B后，压盘与摩擦盘处于紧密挤压接触状态；反之当滚轮反向滚动时，可通过传力杆牵拉压盘沿第一从动半轴轴向，向圆柱凸轮运动，最终滚轮由凹槽B进入到凹槽A内；且在滚轮进入到凹槽A过程中，压盘与摩擦盘分离；所述第二从动半轴上空套有复位卷簧，且第二从动半轴轴端固定安装有第二带轮；复位卷簧位于第二带轮与踏板支架间，两端分别与第二带轮和踏板支架固定；其中，第二带轮与踏板转轴轴系中的第一带轮间通过传动带相连；同时，控制轴系中的盘型凸轮位于第二带轮与第一带轮间，使盘型凸轮曲率半径最小处与传动带接触。

2.如权利要求1所述一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，其特征在于：所述调节机构包括分离套与拨叉；其中，分离套的外表面周向上开有环形槽；分离套与滑动齿轮同轴固连，或与滑动齿轮作为一体结构设计；拨叉一端的拨叉手柄位于踏板支架外部，另一端的拨叉指卡在分离套的环形槽内。

3.如权利要求1所述一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，其特征在于：所述控制电机处于断电状态时，通过驾驶员踩踏油门踏板传送动力，带动踏板转轴转动对应角度；并由角位移传感器采集踏板转轴转动的角度信号，发送至车载电子控制单元，从而通过车载电子控制单元控制发动机的转速功率与行车速度；此时，离合器轴系的压盘与摩擦盘处于分离状态；且当踏板转轴转动时，第一带轮随之旋转，并带动传动带运动；由此，摩擦盘、第二传动半轴和第二带轮将在传动带的作用下转动；由于复位卷簧的作用，传动带始终处于张紧状态。

4.如权利要求1所述一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，其特征在于：所述控制电机接收车载电子控制单元发送的命令信号，输出与命令信号对应的转矩和转速，驱动主传动轴，以及主传动轴上的主动齿轮、盘型凸轮转动；由此，动力通过主动齿轮、滑动齿轮、从动齿轮传送到离合器轴系的第一从动半轴上，使第一从动半轴转动，带动圆柱凸轮转动，进而使滚轮由凹槽A向凹槽B滚动；在此过程中，由于压盘边缘的U型限位槽卡在滑动光轴轴系的滑动光轴上，传力杆推动压盘向摩擦盘运动，使压盘与摩擦盘完全接触挤压，由此通过压盘将摩擦盘、第二从动半轴、第二带轮锁死；此时，控制电机、主动齿轮、滑动齿轮、从动齿轮、第一从动半轴以及圆柱凸轮继续转动，而传力杆、压盘保持静止；同时，控制电机输出轴的转动还带动盘型凸轮的转动，使盘型凸轮与传动带的接触点曲率半径变大，并挤压传动带，将控制电机的转速与转矩传给第一带轮和踏板转轴。

5.如权利要求4所述一种智能人机交互式汽车油门踏板装置，其特征在于：所述控制电机出现故障时，通过手动操控调节机构，使滑动光轴轴系的滑动齿轮脱离于主动齿轮以及从动齿轮的啮合状态；由此，第一从动半轴、从动齿轮、圆柱凸轮处于自由状态，此时，压盘在摩擦盘形变产生的压力作用下，与摩擦盘分离；使摩擦盘、第二从动半轴、第二带轮的锁死状态解除。