CN106935099A - 集成式仿真液压制动系统套件 - Google Patents

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沈煜年
韩东宇
闫耀龙
陈纪韬
彭亦鹏
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Abstract

本发明提供一种集成式仿真液压制动系统套件，包括弹簧、活塞杆、外壳、端盖，以及设置在外壳内部的活塞式压力传感器组件；外壳内设活塞槽且侧壁上设置螺栓孔；端盖密封活塞槽端口；活塞杆从外壳伸入外壳内活塞槽且沿外壳轴线做直线运动；活塞式压力传感器组件沿外壳轴线做直线往复运动；活塞式压力传感器组件与端盖之间设置两个刚度不同的复合弹性元件。本发明可以模拟出包含制动主缸、制动卡钳、制动管路、三通接头和制动盘等众多部件组成的整个制动系统的真实反馈力，并能实现实时的制动压力信号输出。

Description

集成式仿真液压制动系统套件
技术领域
本发明涉及一种仿真液压系统，特别是一种集成式仿真液压制动系统套件。
背景技术
目前驾驶模拟器逐渐普及，方便了驾驶人考生的练习，降低了驾校成本，并降低了驾校学员开车练习的风险。同时，一些赛车爱好者通过驾驶模拟器，以极低的价格体验到了驾驶赛车的乐趣。但是现有模拟器踏板组件中，一般用螺旋弹簧提供踏板的回馈力，用角位移传感器输出踏板旋转角度信号而非踩踏压力信号反馈到模拟器中，这种方案导致驾驶模拟器刹车踏板的反馈力和输出信号无法反应实际车辆的情况，降低了驾驶模拟器营造的真实感。
国发明公布号：CN201510070370.7公开了一种螺旋弹簧式的踏板组件，该组件利用两个螺旋弹簧和一个阻尼部件提供反馈力。该组件的缺点是踏板反馈力不能够真实反映出实际车辆制动系统反馈到刹车踏板上的反馈力，且该系统不具备压力传感器，不能实时输出踩踏压力，无法用于模拟驾驶设备中的制动主缸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成式仿真液压制动系统套件，该套件结构简单、安装便利、免维护和占用空间体积小。
一种集成式仿真液压制动系统套件，包括弹簧、活塞杆、外壳、端盖，以及设置在外壳内部的活塞式压力传感器组件。其中外壳内设活塞槽且侧壁上设置螺栓孔，液压油通过螺栓孔注入外壳内；端盖密封外壳下端活塞槽端口；活塞杆从外壳上端面伸入外壳内活塞槽且沿外壳轴线做直线往复运动；活塞式压力传感器组件包括内活塞、陶瓷压力传感器、压力传感器端盖，内活塞沿外壳轴线做直线往复运动，内活塞内设传感器凹槽且侧壁上设置进油孔，陶瓷压力传感器固定于传感器空腔中，压力传感器端盖密封内活塞下端传感器凹槽端口；压力传感器端盖与端盖之间设置两个复合弹性元件且靠近压力传感器端盖的弹性元件的刚度小于另一符合弹性元件；弹簧套在活塞杆上，且一端抵在外壳端面，另一端抵在固定于活塞杆端部的接头上。
本发明可以模拟出包含制动主缸、制动卡钳、制动管路、三通接头和制动盘等众多部件组成的整个制动系统的真实反馈力，并能实现实时的制动压力信号输出。由于其结构简单，占用体积体积小，免于维护且非常便于安装和使用，可广泛应用于驾校的驾驶模拟器及一些模拟赛车爱好者的赛车模拟器中。真实的制动踏板回馈力让驾校学员在模拟驾驶练习中能更好地掌握刹车力度的控制，能够更快适应真实车辆；同时让模拟赛车爱好者更好地体验模拟赛车的乐趣。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明集成式仿真液压制动系统套件整体示意图。
图2为本发明剖面示意图。
具体实施方式
结合图1、图2，一种集成式仿真液压制动系统套件，包括弹簧2、活塞杆3、外壳4、端盖6，以及设置在外壳4内部的活塞式压力传感器组件。外壳4内设活塞槽且侧壁上设置螺栓孔5，液压油通过螺栓孔5注入外壳4内；端盖6密封外壳4下端活塞槽端口；活塞杆3从外壳4上端面伸入外壳4内活塞槽且沿外壳4轴线做直线往复运动；活塞式压力传感器组件包括内活塞10、陶瓷压力传感器14、压力传感器端盖9，内活塞10沿外壳4轴线做直线往复运动，内活塞10内设传感器凹槽且侧壁上设置进油孔，陶瓷压力传感器14固定于传感器空腔中，压力传感器端盖9密封内活塞10下端传感器凹槽端口；压力传感器端盖9与端盖6之间设置两个复合弹性元件且靠近压力传感器端盖9的弹性元件的刚度小于另一符合弹性元件；弹簧2套在活塞杆3上，且一端抵在外壳4端面，另一端抵在固定于活塞杆3端部的接头1上。
T型接头1和端盖6上的圆孔为通孔，方便将本套件安装于各式驾驶模拟器中。
本套件为模拟刹车踏板空行程区域，即刹车踏板踩动后，制动卡钳活塞尚未接触到制动盘时的情况，设计时，活塞式压力传感器组件与复合弹性元件7、8间存在间隙，因此复合弹性元件7、8的回弹不足以将活塞式压力传感器组件恢复原位。外置的弹簧2起到辅助回位作用，确保每次踩踏都能保证活塞式压力传感器组件恢复原位。
所述集成式仿真液压制动系统套件剖面图如图2所示。活塞杆3上有三个凹槽，分别安装两个Y型圈16、18和一条导向带17。其中，导向带17装在中间凹槽中，两个Y型圈16、18开口朝外对向安装在另外两个凹槽中。活塞杆3从外壳4尾部穿入，穿出外壳4头部孔后，与T型接头1通过螺纹连接。外壳4头部凹槽中预先装入导向带19，与导向带17共同起到保持活塞杆3直线运动的作用。当活塞杆3的受力不沿其轴向时，导向带17、19可以避免活塞杆3与外壳4直接接触，防止因产生多余的金属摩擦而影响脚感。同时，降低了磨损，提高了套件的使用寿命。
所述活塞式压力传感器组件包含一个内活塞10、一个陶瓷压力传感器14、一个压力传感器端盖9、两个O型密封圈12、13及一个导向带11。内活塞10上预留了小孔，方便陶瓷压力传感器14测得油压。安装时，先将O型密封圈13装入内活塞10中，再装入陶瓷压力传感器14，然后通过螺纹将压力传感器端盖9旋紧，此时陶瓷压力传感器14将O型圈13压紧，起到密封油液作用。压力传感器端盖9上开了三个孔，方便装配，并允许陶瓷压力传感器14的导线穿过。内活塞10外部有两个凹槽，分别安装导向带11和O型圈12。导向带11保持活塞式压力传感器组件沿外壳4轴线运动，避免金属间的直接摩擦，降低了磨损，提高了套件的使用寿命。
所述活塞杆装入外壳中，沿外壳轴线方向运动，外壳4端部同样装有一条导向带，当活塞杆受到较大侧向力时，保证活塞杆3与外壳4没有直接接触，降低阻力，减少磨损，挺高使用寿命。活塞杆3与活塞式压力传感器组件的面积比为1：10，即本套件压缩时，活塞式压力传感器组件的行程为活塞杆3行程的十分之一。这样的设计既可以保证活塞杆行程足够长，同时又保证活塞式压力传感器组件行程很短，整个套件也因此可以设计的非常小巧。
所述复合弹性元件7、8包含蝶形弹簧7和聚氨酯弹性垫圈8。当本套件被压缩至活塞式压力传感器组件接触到复合弹性元件7、8时，首先开始压缩的是刚度较小的聚氨酯弹性垫圈8，该过程模拟了刹车踏板普通压力反馈区域，即制动卡钳活塞接触到制动盘，并逐渐加压至最大制动力情况。若踩踏力度很大，致使聚氨酯弹性垫圈8压缩至接近极限程度，此时碟形弹簧7开始变形，模拟出最大制动力情况下，驾驶人继续增大踩踏压力，踏板仍能被踩动微小行程，该行程是由于制动管路膨胀及制动卡钳变形造成的。
所述端盖6通过螺纹与外壳4连接，提供复合弹性元件7、8的反作用力。端盖6上留有细长槽，当陶瓷压力传感器14的导线穿过时，可以避开端盖6上的螺栓安装孔，避免安装时导线与螺栓干涉。
所述液压油从螺栓空5处注入，注入时，需要将外壳放平，以便排出内部空气。注满液压油后，将螺栓缠好生料带，旋入螺栓孔5密封。
本发明所述的套件可以有效模拟出一般真实车辆刹车时整套刹车系统对于刹车踏板的反馈力度。该套件模拟出的踏板力度包含三个阶段：1)刹车踏板空行程区域，即刹车踏板踩动后，制动卡钳活塞尚未接触到制动盘时；2)刹车踏板普通压力反馈区域，即制动卡钳活塞接触到制动盘，并逐渐加压至最大制动力情况；3)最大制动力情况下，驾驶人继续增大踩踏压力，此时踏板仍能被踩动微小行程，该行程是由于制动管路膨胀及制动卡钳变形造成的。同时，该套件可以实时将踩踏力度信号转换为压力信号，并传输到模拟器主板作为制动压力信号，准确模拟出实际车辆制动力随驾驶员踩踏制动踏板的力度增加而增加的情形。
该集成式仿真液压制动系统套件的工作原理是：将套件安装于某种模拟器制动踏板上，模拟器驾驶员踩踏制动踏板时，踩踏力作用到T型接头1上，T型接头1进而推动活塞杆3沿着外壳4轴线运动，活塞杆3的运动时推动油室内的液压油，液压油推动活塞式压力传感器组件。活塞式压力传感器组件与复合弹性元件间存在间隙，可模拟刹车踏板空行程区域，即刹车踏板踩动后，制动卡钳活塞尚未接触到制动盘时的情况。当活塞式压力传感器组件接触到复合弹性元件时，复合弹性元件同时受到端盖的阻碍作用开始压缩，首先开始压缩的是刚度较小的聚氨酯弹性垫圈8，该过程模拟了刹车踏板普通压力反馈区域，即制动卡钳活塞接触到制动盘，并逐渐加压至最大制动力情况。若踩踏力度很大，致使聚氨酯弹性垫圈8压缩至接近极限程度，此时碟形弹簧7开始变形，模拟出最大制动力情况下，驾驶人继续增大踩踏压力，踏板仍能被踩动微小行程，该行程是由于制动管路膨胀及制动卡钳变形造成的。上述三段回弹力反作用到制动踏板上，使驾驶员能够真实地感受到实际车辆驾驶过程中制动踏板的反馈力。踩踏力度的信号通过内置活塞式压力传感器组件的信号线实时输出，作为制动压力信号传输至驾驶模拟的主板。

Claims (9)

1.一种集成式仿真液压制动系统套件，其特征在于，包括弹簧(2)、活塞杆(3)、外壳(4)、端盖(6)，以及设置在外壳(4)内部的活塞式压力传感器组件；其中
外壳(4)内设活塞槽且侧壁上设置螺栓孔(5)，液压油通过螺栓孔(5)注入外壳(4)内；
端盖(6)密封外壳(4)下端活塞槽端口；
活塞杆(3)从外壳(4)上端面伸入外壳(4)内活塞槽且沿外壳(4)轴线做直线往复运动；
活塞式压力传感器组件包括内活塞(10)、陶瓷压力传感器(14)、压力传感器端盖(9)，
内活塞(10)沿外壳(4)轴线做直线往复运动，
内活塞(10)内设传感器凹槽且侧壁上设置进油孔，
陶瓷压力传感器(14)固定于传感器空腔中，
压力传感器端盖(9)密封内活塞(10)下端传感器凹槽端口；
压力传感器端盖(9)与端盖(6)之间设置两个复合弹性元件且靠近压力传感器端盖(9)的弹性元件的刚度小于另一复合弹性元件；
弹簧(2)套在活塞杆(3)上，且一端抵在外壳(4)端面，另一端抵在固定于活塞杆(3)端部的接头(1)上。
2.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，活塞槽内壁上设置第一活塞杆导向带，活塞杆(3)外壁上设置与第一活塞杆导向带匹配的第二活塞杆导向带。
3.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，活塞杆(3)位于外壳(4)内的部分沿周向设置两条Y型圈且两条Y型圈开口朝外对向安装。
4.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，活塞槽内壁上设置第一内活塞导向带，内活塞(10)外壁上设置与第一内活塞导向带匹配的第二内活塞导向带。
5.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，内活塞(10)与外壳(4)内壁之间设置O型密封圈。
6.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，陶瓷压力传感器(14)与内活塞(10)内壁之间设置O型密封圈。
7.根据权利要求偶1所述的套件，其特征在于，靠近压力传感器端盖(9)的弹性元件为聚氨酯弹性垫圈(8)，另一弹性元件为蝶形弹簧(7)。
8.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，活塞杆(3)与活塞式压力传感器组件的截面积比为1：10。
9.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，活塞槽设置上下两个腔体且上腔体的内径小于下腔体内径，所述活塞杆(3)在上腔体中做直线往复运动，所述活塞式压力传感器组件设置于下腔体中。
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