CN107226076B - 一种基于电机力的制动感觉模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种基于电机力的制动感觉模拟装置，包括制动踏板总成、踏板感觉模拟器、转矩调节装置、电机和ECU；踏板感觉模拟器包括推杆、用于测量推杆移动速度的速度传感器、齿轮和缓冲回弹机构，转矩调节装置包括输入轴和输出轴；推杆的一端连接制动踏板总成，另一端连接缓冲回弹机构，推杆上具有与齿轮啮合的齿条结构，齿轮与输入轴相连，输出轴与电机相连，ECU接收来自速度传感器的信号，并向转矩调节装置发射控制信号。本发明的有益效果是：不同制动状况下产生对于驾驶员的不同制动反馈，能有优化驾驶员的制动感觉；结构简单，安装操作灵活，成本较低；发电机将机械能转化为电能，增加新能源汽车的续航里程。

Description

一种基于电机力的制动感觉模拟装置
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种基于电机力的制动感觉模拟装置。
背景技术
汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。目前的线控技术包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控油门系统及线控转向系统等。将来随着线控技术的成熟和成本的降低及追求自动驾驶的影响，线控技术将会越来越多地应用于普通车辆。
线控制动技术是在线控技术条件下发展的技术，可以将驾驶员的操作指令转化为电信号，制动系统接受电信号执行指令动作。在线控制动技术下，制动感觉模拟装置作为制动反馈装置，起到完善驾驶员制动感觉的作用。
中国发明专利CN103481878A公开了一种汽车线控制动系统的踏板模拟感觉装置，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、踏板力传感器和踏板感觉模拟器，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，但此专利不能产生对于驾驶员的不同制动反馈，不能优化驾驶员的制动感觉，不利于制动的安全性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不能产生对于驾驶员的不同制动反馈、不能优化驾驶员的制动感觉的缺陷，提供一种基于电机力的制动感觉模拟装置，能够在不同制动情况下，产生对于驾驶员的不同制动反馈，能优化驾驶员的制动感觉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电机力的制动感觉模拟装置，包括制动踏板总成、踏板感觉模拟器、转矩调节装置、电机和ECU；踏板感觉模拟器包括推杆、用于测量推杆移动速度的速度传感器、齿轮和缓冲回弹机构，转矩调节装置包括输入轴和输出轴；推杆的一端连接制动踏板总成，另一端连接缓冲回弹机构，推杆上具有与齿轮啮合的齿条结构，齿轮与输入轴相连，输出轴与电机相连，ECU接收来自速度传感器的信号，并向转矩调节装置发射控制信号。
具体地，制动踏板总成包括制动踏板、踏板操纵臂、踏板轴和踏板固定支架，踏板操纵臂的一端和制动踏板固定连接，踏板操纵臂的另一端加工圆孔与踏板轴转动连接，踏板轴安装在踏板固定支架的圆孔内，踏板固定支架设有导向孔，导向孔的直径和推杆的外径间隙配合。结构简单，操作灵活。
具体地，踏板感觉模拟器还包括壳体，推杆活动穿过壳体，与缓冲回弹机构相连，缓冲回弹机构固定在壳体的内壁上，速度传感器安装在壳体上。结构简单，方便安装操作。
具体地，缓冲回弹机构为回位弹簧和导轨组件，或者为气缸组件，或为液压缸组件。缓冲回弹机构既起到缓冲作用，又起到回弹作用，便于将制动踏板复位。
具体地，回位弹簧的一端与导轨固定，另一端与推杆固定，推杆推动回位弹簧在导轨内做压缩或拉伸运动。结构简单，成本较低。
具体地，转矩调节装置还包括第一离合器、第二离合器、第一单向离合器、第二单向离合器、制动器、太阳轮、前行星齿轮机构和后行星齿轮机构；前行星齿轮机构的星架和后行星齿轮机构的齿圈都与输入轴相连，前行星齿轮机构和后行星齿轮机构共用一个太阳轮，前行星齿轮机构的齿圈连接有太阳轮和第一离合器，太阳轮还与第二离合器相连，第一离合器和第二离合器都连接在输出轴上，第一单向离合器与制动器相连，第二单向离合器连接到后行星齿轮机构的星架上，ECU向第一离合器、第二离合器、第一单向离合器、第二单向离合器和制动器发射控制信号。转矩调节装置接受ECU的控制信号，调节不同踩踏速度状况下的传动比，自动化控制。
进一步地，还包括蓄电池，电机为发电机，蓄电池与电机相连。发电机将机械能转化为电能，储存在蓄电池中，增加新能源汽车的续航里程。
本发明的一种基于电机力的制动感觉模拟装置的有益效果是：
1.制动踏板总成在不同制动情况下，ECU接收来自速度传感器的信号，并向转矩调节装置发射控制信号，使得驾驶员在不同踩踏速度的状况得到不同的制动反馈，电机在转矩的输入下，能够产生反馈力给驾驶员，产生对于驾驶员的不同制动反馈，能优化驾驶员的制动感觉；
2.结构简单，安装操作灵活，成本较低；
3.发电机将机械能转化为电能，储存在蓄电池中，增加新能源汽车的续航里程。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种基于电机力的制动感觉模拟装置的结构示意图；
图2是本发明的踏板感觉模拟器的结构示意图；
图3是本发明的转矩调节装置的结构示意图。
其中:1.制动踏板；2.踏板操纵臂；3.踏板轴；4.踏板固定支架；5.踏板感觉模拟器；6.转矩调节装置；7.电机；8.ECU；9.蓄电池；51.推杆；52.踏板速度传感器；53.齿条；54.齿轮；55.回位弹簧；56.导轨；61.输入轴；62.输出轴；63.前行星齿轮机构；64.后行星齿轮机构；65.第二离合器；66.制动器；67.第一单向离合器；68.第一离合器；69.太阳轮；70.第二单向离合器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图2所示的本发明的一种基于电机力的制动感觉模拟装置的具体实施例，其包括制动踏板总成、踏板感觉模拟器5、转矩调节装置6、电机7和ECU8；踏板感觉模拟器5包括推杆51、用于测量推杆51移动速度的速度传感器52、齿轮54和缓冲回弹机构，转矩调节装置6包括输入轴61和输出轴62；推杆51的一端连接制动踏板总成，另一端连接缓冲回弹机构，推杆51上具有与齿轮54啮合的齿条53结构，齿轮54与输入轴61相连，输出轴62与电机7相连，ECU8接收来自速度传感器52的信号，并向转矩调节装置6发射控制信号。
具体地，制动踏板总成包括制动踏板1、踏板操纵臂2、踏板轴3和踏板固定支架4，踏板操纵臂2的一端和制动踏板1固定连接，踏板操纵臂2的另一端加工圆孔与踏板轴3转动连接，踏板轴3安装在踏板固定支架4的圆孔内，踏板固定支架4设有导向孔，导向孔的直径和推杆51的外径间隙配合。
具体地，踏板感觉模拟器5还包括壳体，推杆51活动穿过壳体，与缓冲回弹机构相连，缓冲回弹机构固定在壳体的内壁上，速度传感器52安装在壳体上。
具体地，缓冲回弹机构为回位弹簧55和导轨56组件，或者为气缸组件，或为液压缸组件。
具体地，回位弹簧55的一端与导轨56固定，另一端与推杆51固定，推杆51推动回位弹簧55在导轨56内做压缩或拉伸运动。
具体地，如图3所示，转矩调节装置6还包括第一离合器68、第二离合器65、第一单向离合器67、第二单向离合器70、制动器66、太阳轮69、前行星齿轮机构63和后行星齿轮机构64；前行星齿轮机构63的星架和后行星齿轮机构64的齿圈都与输入轴61相连，前行星齿轮机构63和后行星齿轮机构64共用一个太阳轮69，前行星齿轮机构63的齿圈连接有太阳轮69和第一离合器68，太阳轮69还与第二离合器65相连，第一离合器68和第二离合器65都连接在输出轴62上，即第一离合器68的一端连接在前行星齿轮机构63的齿圈上，另一端连接在输出轴62上，第二离合器65的一端连接在太阳轮69，另一端连接在输出轴62上，第一单向离合器67与制动器66相连，第二单向离合器70连接到后行星齿轮机构64的星架上，ECU8向第一离合器68、第二离合器65、第一单向离合器67、第二单向离合器70和制动器66发射控制信号。
ECU是英文Electronic Control Unit的缩写，即为电子控制单元，亦称“行车电脑”、“车载电脑”等，从用途上讲则是汽车专用微机控制器，它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM/RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成，用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。
还包括蓄电池9，电机7为发电机7，蓄电池9与电机7相连。
为了优化驾驶员的制动感觉，将制动状况分为紧急制动、常规制动和紧急制动。紧急制动、常规制动和轻微制动三种状况的踏板速度分别为v>300mm/s、100mm/s≤v≤300mm/s和v<100mm/s，三种不同制动状况下的工作过程如下：
紧急制动：当驾驶员踩踏制动踏板时，踩踏速度为v>300mm/s，ECU8接受来自速度传感器52的电信号，判断为紧急制动，并将控制信号发送给转矩调节装置6。输入轴61逆时针输入，后行星齿轮机构64的齿圈逆时针旋转，第二单向离合器70处于结合状态，使得后行星齿轮机构64的行星架不能顺时针旋转；后行星齿轮机构64的行星架有顺时针旋转的趋势；后行星齿轮机构64的行星架上的行星逆时针旋转；公用的太阳轮69顺时针旋转；前行星齿轮机构63的星架逆时针公转；前行星齿轮机构63的行星架中的行星逆时针自转；第一离合器68处于结合状态，使得前行星齿轮机构63的齿圈和输出轴62固定旋转；前行星齿轮机构63的齿圈逆时针旋转；输出轴62逆时针旋转输出。转矩调节装置6控制第一离合器68和第二单向离合器70工作，此时输出的传动比定义为i1(i1<1),此时输出转速为w1，电机7在此转速下以发电机的作用运行并产生回馈转矩为T1，再通过转矩调节装置6传递给驾驶员。同时电机7产生的电能储存于蓄电池9，用于提升新能源汽车的续航里程。
常规制动：驾驶员的踩踏速度为100mm/s≤v≤300mm/s，ECU8接受来自速度传感器52的电信号，判断为常规制动，并将控制信号发送给转矩调节装置6。输入轴61逆时针输入；前行星齿轮机构63的行星架逆时针旋转；前行星齿轮机构63的行星架中的行星逆时针旋转；第一单向离合器67结合状态，使得公用的太阳轮69不能顺时针旋转；制动器66处于制动状态，固定第一单向离合器67；公用的太阳轮69有顺时针旋转的趋势；第一离合器68处于结合状态，使得前行星齿轮机构63的齿圈和输出轴62固定旋转；前行星齿轮机构63的齿圈逆时针旋转；输出轴62逆时针旋转输出，(此种状态下，后行星齿轮机构64的齿圈和行星架不参与动力传输)。转矩调节装置6控制第一离合器68、第二单向离合器70和制动器66工作，此时输出的传动比为i2(且i1<i2<1)，此时输出转速为w2(且w2<w1),电机7在此转速下以发电机的作用运行并产生回馈转矩为T2(且T2<T1)，再通过转矩调节装置6传递给驾驶员。同时电机7产生的电能储存于蓄电池9，用于提升新能源汽车的续航里程。
轻微制动：驾驶员的踩踏速度为v<100mm/s，ECU8接受来自速度传感器52的电信号，判断为轻微制动，并将控制信号发送给转矩调节装置6。输入轴61逆时针输入；前行星齿轮机构63的行星架逆时针旋转；第一离合器68处于结合状态，使得前行星齿轮机构63的齿圈和输出轴62固定旋转；前行星齿轮机构63的齿圈逆时针旋转；第二离合器65处于结合状态，使得公用的太阳轮69和输出轴62固定旋转；公用的太阳轮62逆时针旋转；输出轴62逆时针旋转输出(此种状态下，后行星齿轮机构64的齿圈和行星架不参与动力传输)。转矩调节装置6控制第一离合器68和第二离合器65工作，此时输出的传动比为i3(且i1<i2<i3<1)，此时输出转速为w3(且w3<w2<w1),电机7在此转速下以发电机7的作用运行并产生回馈转矩为T3(且T3<T2<T1)，再通过转矩调节装置6传递给驾驶员。同时电机7产生的电能储存于蓄电池9，用于提升新能源汽车的续航里程。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：包括制动踏板总成、踏板感觉模拟器(5)、转矩调节装置(6)、电机(7)和ECU(8)；所述踏板感觉模拟器(5)包括推杆(51)、用于测量所述推杆(51)移动速度的速度传感器(52)、齿轮(54)和缓冲回弹机构，所述转矩调节装置(6)包括输入轴(61)和输出轴(62)；
所述推杆(51)的一端连接所述制动踏板总成，另一端连接所述缓冲回弹机构，所述推杆(51)上具有与所述齿轮(54)啮合的齿条(53)，所述齿轮(54)与所述输入轴(61)相连，所述输出轴(62)与所述电机(7)相连，所述ECU(8)接收来自所述速度传感器(52)的信号，并向所述转矩调节装置(6)发射控制信号；
所述转矩调节装置(6)还包括第一离合器(68)、第二离合器(65)、第一单向离合器(67)、第二单向离合器(70)、制动器(66)、太阳轮(69)、前行星齿轮机构(63)和后行星齿轮机构(64)；所述前行星齿轮机构(63)的星架和所述后行星齿轮机构(64)的齿圈都与所述输入轴(61)相连，所述前行星齿轮机构(63)和所述后行星齿轮机构(64)共用一个太阳轮(69)，所述前行星齿轮机构(63)的齿圈连接有所述太阳轮(69)和所述第一离合器(68)，所述太阳轮(69)还与第二离合器(65)相连，所述第一离合器(68)和第二离合器(65)都连接在所述输出轴(62)上，第一单向离合器(67)与所述制动器(66)相连，所述第二单向离合器(70)连接到所述后行星齿轮机构(64)的星架上，所述ECU(8)向所述第一离合器(68)、所述第二离合器(65)、所述第一单向离合器(67)、所述第二单向离合器(70)和所述制动器(66)发射控制信号。
2.根据权利要求1所述的基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：所述制动踏板总成包括制动踏板(1)、踏板操纵臂(2)、踏板轴(3)和踏板固定支架(4)，所述踏板操纵臂(2)的一端和所述制动踏板(1)固定连接，所述踏板操纵臂(2)的另一端加工圆孔与所述踏板轴(3)转动连接，所述踏板轴(3)安装在所述踏板固定支架(4)的圆孔内，所述踏板固定支架(4)设有导向孔，导向孔的直径和所述推杆(51)的外径间隙配合。
3.根据权利要求1所述的基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：所述踏板感觉模拟器(5)还包括壳体，所述推杆(51)活动穿过所述壳体，与所述缓冲回弹机构相连，所述缓冲回弹机构固定在所述壳体的内壁上，所述速度传感器(52)安装在所述壳体上。
4.根据权利要求3所述的基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：所述缓冲回弹机构为回位弹簧(55)和导轨(56)组件，或者为气缸组件，或为液压缸组件。
5.根据权利要求4所述的基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：所述回位弹簧(55)的一端与所述导轨(56)固定，另一端与所述推杆(51)固定，所述推杆(51)推动所述回位弹簧(55)在所述导轨(56)内做压缩或拉伸运动。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于电机力的制动感觉模拟装置，其特征在于：还包括蓄电池(9)，所述电机(7)为发电机，所述蓄电池(9)与所述电机(7)相连。
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