CN107161121B - 一种三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构，制动踏板机构包括安装支架、制动踏板、三阶段踏板感觉模拟器和感应传感器，感应传感器用于预先感知驾驶员的制动意图，踏板位移传感器用于准确识别驾驶员的制动意图，踏板位移传感器包括外壳、制动推杆、第一弹性组件、第二弹性组件、第三弹性组件和应急开关。本发明相较于现有技术，采用单个弹性组件、双弹性组件和第三弹性组件三阶段模拟方式，可有效模拟制动踏板机构的操纵感觉，结构简单合理，操作方便，响应迅速，提高了制动的稳定性、舒适性和安全性，且具有预识别制动意图与应急制动功能。

Description

一种三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构

技术领域

本发明属于车辆制动设备技术领域，具体涉及一种三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构。

背景技术

制动系统是汽车底盘的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全。虽然传统液压式、气压式制动系统能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其他系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车底盘集成化控制的发展要求。

电控制动系统实现了制动踏板机构与制动执行机构的解耦，主要有电子液压制动系统(EHB)与电子机械制动系统(EMB)两种，取消了制动踏板机构与制动执行机构之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对各个车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、动态响应迅速、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。

由于制动踏板机构与制动执行机构实现了解耦，使得电控制动系统的制动踏板不再依赖于传统的真空助力装置，制动踏板结构与驾驶员制动感觉等都会发生较大变化，因此需要对汽车解耦分布式制动系统制动踏板机构进行全新设计。目前，在已有可查询的汽车制动系统制动踏板机构相关信息中，与本发明最相关的技术是授权公告号为CN101982356B的发明专利——汽车制动踏板机构及其踏板感觉模拟器和授权公告号为CN201989768U的实用新型专利——一种汽车线控制动系统的制动踏板装置。上述发明采用踏板位移传感器识别驾驶员的制动意图，利用磁流变液可变阻尼特性动态调节制动踏板阻尼力，提高了制动踏板感觉和汽车制动性能。上述实用新型采用压电式踏板压力传感器与踏板线性位移传感器共同识别驾驶员的制动意图，踏板感觉模拟功能部分采用双弹簧机构，在中小强度制动时，只有外侧弹簧起作用；在高强度或紧急制动时，内、外侧弹簧同时参与工作。但是，上述发明中磁流变液式踏板感觉模拟器与上述发明中压电式踏板压力传感器等，都存在结构复杂、控制繁琐、成本较高及实现困难等问题，且两者都没有考虑制动意图预识别和应急制动功能。至目前为止，具有制动意图预识别和应急制动功能的三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构还鲜有提及。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种三阶段踏板感觉模拟器，包括：

外壳，包括前部壳体和后部壳体，前部壳体的轴向两端分别设有前端盖板和后端盖板，前端盖板和后端盖板的轴心位置设置有用于制动推杆活动的通孔，后部壳体的前端与前部壳体的后端相连且二者的轴心在同一直线上；

制动推杆，制动推杆活动穿设于前端盖板和后端盖板的通孔内，制动推杆的长度方向的中部设有凸环，凸环移动设置于前部壳体内，制动推杆的长度方向的一端设有推杆端面，推杆端面移动设置于后部壳体内；

三弹性机构，包括第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件，第一弹性组件包括第一弹簧座圈和外侧弹簧，第一弹簧座圈套设于凸环上，外侧弹簧设置于第一弹簧座圈上将第一弹簧座圈紧靠于前部壳体的前端盖板上；第二弹性组件包括第二弹簧座圈和内侧弹簧，第二弹簧座圈设置于前部壳体的后端盖板上，内侧弹簧的一端设置于第二弹簧座圈上，第一弹簧座圈紧靠于前部壳体的前端盖板时内侧弹簧的另一端与第一弹簧座圈之间设置有设定间隔；第三弹性组件设置于后部壳体的后端盖板上；

应急开关，其设置于后部壳体的后端盖板上且位于第三弹性组件的中心位置。

本发明相较于现有技术，采用单弹簧、双弹簧和第三弹性组件三阶段模拟方式，可有效模拟制动踏板机构的操纵感觉，结构简单合理，操作方便，响应迅速，提高了制动的稳定性、舒适性和安全性。

其中，上述的外侧弹簧和内侧弹簧的旋向相反，外侧弹簧的刚度系数小于内侧弹簧的刚度系数。应急开关为机械触点式开关，应急开关为常开状态。

作为优选的方案，上述的第三弹性组件由弹性塑料制作而成，第三弹性组件为圆柱体结构，第三弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积。

采用上述优选的方案，第三弹性组件由弹性塑料制作而成，制动后在自身弹性的作用下可恢复。

作为优选的方案，本发明还提供一种汽车制动踏板机构，包括：

安装支架，包括相连的第一安装部和第二安装部，第二安装部位于第一安装部的下方；

制动踏板，包括踏板本体和踏板转轴，踏板转轴的顶端转动设置于第一安装部上，踏板本体设置于踏板转轴的底端用以带动踏板转轴绕其与第一安装部的连接点转动；

三阶段踏板感觉模拟器，三阶段踏板感觉模拟器设置于第二安装部上，未设有推杆端面的制动推杆的长度方向的一端与踏板转轴活动连接；

感应传感器，其设置于踏板本体上，用于预先感知驾驶员的制动意图；

踏板位移传感器，其设置于第一安装部上且与踏板转轴的顶端连接，用于准确识别驾驶员的制动意图。

采用上述优选的方案，感应传感器可预先感知驾驶员的制动意图，为制动力矩实施及制动力分配提供预留时间，从而缩短制动相应时间，提高提车综合制动性能；踏板位移传感器可提高制动系统的控制精度和容错能力。

其中，安装支架是整个制动踏板机构的安装基础，通过螺栓、螺母与车身、车架固定连接，安装支架采用L型结构。

另外，上述的感应传感器为红外感应式传感器或超声波式传感器，踏板位移传感器为双可变阻式角位移传感器或霍尔式角位移传感器。双可变阻式角位移传感器包括感应器壳体、感应转轴、第一滑块、第一滑片、第二滑块和第二滑片，感应器壳体设置于第一安装部上，第一滑片、第二滑片为弧形结构且二者的弧度一致，第一滑片和第二滑片固定设置于感应器壳体内，感应转轴的长度方向的一端与踏板转轴的顶端固定连接，第一滑块、第二滑块设置于感应转轴的长度方向的另一端且二者之间设置有设定间隔，第一滑块移动设置于第一滑片上，第二滑块移动设置于第二滑片上。

附图说明

图1为本发明的三阶段踏板感觉模拟器的结构示意图。

图2为本发明的汽车制动踏板机构的结构示意图。

图3为本发明的踏板位移传感器的结构示意图。

图4为本发明的踏板位移传感器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，如图1所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种三阶段踏板感觉模拟器，包括：

外壳，包括前部壳体9和后部壳体14，前部壳体9的轴向两端分别设有前端盖板7和后端盖板，前端盖板7和后端盖板的轴心位置设置有用于制动推杆活动的通孔，后部壳体14的前端与前部壳体的后端相连且二者的轴心在同一直线上；

制动推杆3，制动推杆3活动穿设于前端盖板和后端盖板的通孔内，制动推杆3的长度方向的中部设有凸环，凸环移动设置于前部壳体9内，制动推杆3的长度方向的一端设有推杆端面13，推杆端面13移动设置于后部壳体14内；

三弹性机构，包括第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件15，第一弹性组件包括第一弹簧座圈8和外侧弹簧11，第一弹簧座圈8套设于凸环上，外侧弹簧11设置于第一弹簧座圈8上将第一弹簧座圈8紧靠于前部壳体的前端盖板7上；第二弹性组件包括第二弹簧座圈12和内侧弹簧10，第二弹簧座圈12设置于前部壳体的后端盖板上，内侧弹簧10的一端设置于第二弹簧座圈12上，第一弹簧座圈8紧靠于前部壳体的前端盖板7时内侧弹簧10的另一端与第一弹簧座圈8之间设置有设定间隔；第三弹性组件15设置于后部壳体14的后端盖板上；

应急开关16，其设置于后部壳体14的后端盖板上且位于第三弹性组件15的中心位置。

本实施方式相较于现有技术，采用单弹簧、双弹簧和第三弹性组件三阶段模拟方式，可有效模拟制动踏板机构的操纵感觉，从而准确掌握所施加制动强度的大小，结构简单合理，操作方便，响应迅速，提高了制动的稳定性、舒适性和安全性。

其中，上述的外侧弹簧和内侧弹簧的旋向相反，外侧弹簧的刚度系数小于内侧弹簧的刚度系数，应急开关为机械触点式开关，应急开关为常开状态。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的第三弹性组件由弹性塑料制作而成，第三弹性组件为圆柱体结构，第三弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积。

采用上述优选的方案，第三弹性组件由弹性塑料制作而成，制动后在自身弹性的作用下可恢复。

如图2所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，本实施方式还提供一种汽车制动踏板机构，包括：

安装支架4，包括相连的第一安装部和第二安装部，第二安装部位于第一安装部的下方；

制动踏板1，包括踏板本体和踏板转轴，踏板转轴的顶端转动设置于第一安装部上，踏板本体设置于踏板转轴的底端用以带动踏板转轴绕其与第一安装部的连接点转动；

三阶段踏板感觉模拟器6，三阶段踏板感觉模拟器6设置于第二安装部上，未设有推杆端面的制动推杆的长度方向的一端与踏板转轴活动连接；

感应传感器2，其设置于踏板本体上，用于预先感知驾驶员的制动意图；

踏板位移传感器5，其设置于第一安装部上且与踏板转轴的顶端连接，用于准确识别驾驶员的制动意图。

下面对本实施方式的制动工作原理作进一步说明：

初始状态时，第一弹簧座圈8在外侧弹簧11的弹性力下紧靠于前部壳体的前端盖板7的内侧；

在中小强度制动时，内侧弹簧10与第一弹簧座圈8之间留有间隔，此时内侧弹簧10不作用，只有外侧弹簧11作用，制动踏板力随踏板位移变化缓慢，制动减速度变化平稳，可由外侧弹簧11单独模拟制动感觉；

在大强度制动时，制动推杆3向后部壳体方向移动，使得第一弹簧座圈8压制在内侧弹簧10上，此时内侧弹簧10和外侧弹簧11同时作用，制动踏板力随踏板位移变化较快，可模拟较大制动减速度的踏板感觉；

在紧急制动或制动系统出现问题时，可将制动踏板踩到底，制动推杆3挤压第三弹性组件模拟大阻尼力的感觉；同时，制动推杆推动到底时应急开关闭合，提供应急制动信号根据汽车实际运行情况启动备用制动功能。若应急开关闭合，而制动减速度与制动需求一致，则无需启动备用制动功能；若应急开关闭合，而制动减速度与制动需求偏差较大，则启用备用制动功能，实施汽车应急制动，从而提高汽车行驶安全性能。另外，还需要及时通过故障指示灯与声音报警，提醒驾驶员注意。

其中，安装支架是整个制动踏板机构的安装基础，通过螺栓、螺母与车身、车架固定连接，安装支架采用L型结构。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的感应传感器2为红外感应式传感器或超声波式传感器，具体的可根据实际情况选择。

采用上述优选的方案，在汽车制动时，当驾驶员将右脚移至制动踏板上方时，感应传感器2即可在驾驶员实施实际制动之前预先感知驾驶员的制动意图，为制动力矩实施及制动力分配提供预留时间，从而缩短制动相应时间，提高提车综合制动性能。

感应传感器2在检测范围内通过感应传感器2产生信号与踏板位移传感器5产生信号之间的时间差值，可预先判断本次制动的紧急程度。不同的紧急程度，制动执行机构采用不同的控制策略，例如紧急制动时，制动执行机构应增大制动力矩随踏板位移变化的增加速度，使得汽车能够快速停车，而提高制动安全性能。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的踏板位移传感器5为双可变阻式角位移传感器或霍尔式角位移传感器，具体的可根据实际情况选择。

如图3至图4所示，上述的双可变阻式角位移传感器包括感应器壳体、感应转轴17、第一滑块18、第一滑片19、第二滑块21和第二滑片20，感应器壳体设置于第一安装部上，第一滑片19、第二滑片20为弧形结构且二者的弧度一致，第一滑片19和第二滑片20固定设置于感应器壳体内，感应转轴17的长度方向的一端与踏板转轴的顶端固定连接，第一滑块18、第二滑块21设置于感应转轴17的长度方向的另一端且二者之间设置有设定间隔，第一滑块18移动设置于第一滑片19上，第二滑块21移动设置于第二滑片20上。

采用上述优选的方案，两个滑片与两个滑块分别结合，构成两个滑动变阻器G101、G102。当驾驶员踩动制动踏板时，感应转轴随着踏板转轴转动，第一滑块18、第二滑块21分别在第一滑片19、第二滑片20上滑动，输出踏板位移及位移变化率信息，用于判断驾驶员的制动意图。两个滑动变阻器配合工作，可提高制动系统的控制精度和容错能力。如果其中一个出现故障，可根据另一个信号继续工作，并及时报警提醒驾驶员尽快修复。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三阶段踏板感觉模拟器，其特征在于，包括：

外壳，包括前部壳体和后部壳体，前部壳体的轴向两端分别设有前端盖板和后端盖板，前端盖板和后端盖板的轴心位置设置有用于制动推杆活动的通孔，后部壳体的前端与前部壳体的后端相连且二者的轴心在同一直线上；

制动推杆，制动推杆活动穿设于前端盖板和后端盖板的通孔内，制动推杆的长度方向的中部设有凸环，凸环移动设置于前部壳体内，制动推杆的长度方向的一端设有推杆端面，推杆端面移动设置于后部壳体内；

三弹性机构，包括第一弹性组件、第二弹性组件和第三弹性组件，第一弹性组件包括第一弹簧座圈和外侧弹簧，第一弹簧座圈套设于凸环上，外侧弹簧设置于第一弹簧座圈上将第一弹簧座圈紧靠于前部壳体的前端盖板上；第二弹性组件包括第二弹簧座圈和内侧弹簧，第二弹簧座圈设置于前部壳体的后端盖板上，内侧弹簧的一端设置于第二弹簧座圈上，第一弹簧座圈紧靠于前部壳体的前端盖板时内侧弹簧的另一端与第一弹簧座圈之间设置有设定间隔；第三弹性组件设置于后部壳体的后端盖板上；

应急开关，其设置于后部壳体的后端盖板上且位于第三弹性组件的中心位置。

2.根据权利要求1的三阶段踏板感觉模拟器，其特征在于，外侧弹簧和内侧弹簧的旋向相反，外侧弹簧的刚度系数小于内侧弹簧的刚度系数。

3.根据权利要求1的三阶段踏板感觉模拟器，其特征在于，第三弹性组件由弹性塑料制作而成，第三弹性组件为圆柱体结构，第三弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积。

4.根据权利要求1的三阶段踏板感觉模拟器，其特征在于，应急开关为机械触点式开关，应急开关为常开状态。

5.一种汽车制动踏板机构，其特征在于，包括：

安装支架，包括相连的第一安装部和第二安装部，第二安装部位于第一安装部的下方；

制动踏板，包括踏板本体和踏板转轴，踏板转轴的顶端转动设置于第一安装部上，踏板本体设置于踏板转轴的底端用以带动踏板转轴绕其与第一安装部的连接点转动；

如权利要求1-4任一的三阶段踏板感觉模拟器，三阶段踏板感觉模拟器设置于第二安装部上，未设有推杆端面的制动推杆的长度方向的一端与踏板转轴活动连接；

感应传感器，其设置于踏板本体上，用于预先感知驾驶员的制动意图；

踏板位移传感器，其设置于第一安装部上且与踏板转轴的顶端连接，用于准确识别驾驶员的制动意图。

6.根据权利要求5的汽车制动踏板机构，其特征在于，感应传感器为红外感应式传感器或超声波式传感器。

7.根据权利要求5的汽车制动踏板机构，其特征在于，踏板位移传感器为双可变阻式角位移传感器或霍尔式角位移传感器。

8.根据权利要求7的汽车制动踏板机构，其特征在于，双可变阻式角位移传感器包括感应器壳体、感应转轴、第一滑块、第一滑片、第二滑块和第二滑片，感应器壳体设置于第一安装部上，第一滑片、第二滑片为弧形结构且二者的弧度一致，第一滑片和第二滑片固定设置于感应器壳体内，感应转轴的长度方向的一端与踏板转轴的顶端固定连接，第一滑块、第二滑块设置于感应转轴的长度方向的另一端且二者之间设置有设定间隔，第一滑块移动设置于第一滑片上，第二滑块移动设置于第二滑片上。