CN107697042B - 线控制动系统的制动踏板仿真器及操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的线控制动系统的制动踏板仿真器在支撑结构和与支撑结构可操作地接合的制动踏板之间延伸并连接在两者之间。制动踏板仿真器包括液压缸，液压缸具有磁流变液压流体和电气元件，电气元件被配置为承载用于控制磁流变液压流体的粘度的电流，并且从而控制由液压缸在通过制动踏板致动时施加的第一力。

Description

线控制动系统的制动踏板仿真器及操作方法

技术领域

本发明涉及线控制动(BBW)系统，并且更特别地，涉及BBW系统的制动踏板仿真器及操作方法。

背景技术

车辆的传统常用制动系统通常是由驾驶员压下通常致动主缸的制动踏板致动的基于液压流体的系统。进而，主缸对布线至位于车辆的每个车轮附近的制动器处的相应致动器的一系列液压流体线路中的液压流体进行加压。这种液压制动可以由促进防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定性增强特征的液压调节器组件补充。车轮制动器可以主要通过如下被操作：在防抱死、牵引力控制和稳定性增强操作模式期间，在由液压调节器组件提供的补充致动压力梯度的情况下通过手动致动主缸。

当主缸的柱塞被制动踏板压下以致动车轮制动器时，驾驶员遇到踏板阻力。该阻力可能是由于在车轮处的实际制动力、液压流体压力、增压器/主缸内的机械阻力、作用在制动踏板上的复位弹簧的力以及其他因素的组合导致的。因此，驾驶员习惯于并且期望在车辆的操作期间感觉到这种阻力为正常发生。不幸的是，常规制动踏板的“感觉”不可调节为满足驾驶员的期望。

制动系统的最新进展包括经由通常由车载控制器产生的电信号致动车辆制动器的BBW系统。制动扭矩可以被施加到车轮制动器，而不没有与制动踏板的直接液压连接。BBW系统可以是附加的(即，和/或替代更常规的液压制动系统的一部分)，或者可以完全替代液压制动系统(即，纯BBW系统)。在任何一类BBW系统中，必须仿真驾驶员习惯的制动踏板“感觉”。

因此，期望提供一种制动踏板仿真器，其可以是可调节的并且可以模拟更常规的制动系统的制动踏板“感觉”。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，制动踏板仿真器在支撑结构和可操作地接合到支撑结构的制动踏板之间延伸并连接。制动踏板仿真器包括具有磁流变液压流体和电气元件的液压缸，电气元件被配置为承载用于控制磁流变液压流体的粘度的电流。通过控制液压流体的粘度，可以控制液压缸在致动时对制动踏板施加的力。

在本发明的另一示例性实施例中，用于车辆的BBW系统包括与支撑结构可操作地接合的制动踏板以及制动踏板仿真器。制动踏板仿真器被构造和布置成在制动踏板上施加阻尼力，并且包括具有电气线圈的液压缸和被配置成当电气线圈通电时改变粘度的液压流体。

从以下结合附图对本发明的详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下对实施例的详细描述中，详细描述参考附图，在附图中：

图1是根据本公开内容的作为一个非限制性示例的具有BBW系统的车辆的示意性平面图；

图2是BBW系统的示意图；

图3是随着制动踏板行程变化的BBW系统的力感应装置的力分布图；

图4是BBW系统的阻尼系数分布图；

图5是BBW系统的制动踏板组件的示意图；

图6是制动踏板组件的另一实施例的示意图；以及

图7是操作BBW系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本公开内容、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。如本文所使用的，术语模块和控制器是指可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器的处理电路系统、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的组件。

根据本发明的示例性实施例，图1是可以包括动力系22(即，发动机、变速器和差速器)、多个转动车轮24(即，示出的四个)以及BBW系统26的车辆20的示意图，BBW系统26可以包括用于每个相应车轮24的制动组件28、制动踏板组件30和控制器32。动力系22适于驱动至少一个车轮24，从而在表面(例如，道路)上推动车辆20。BBW系统26被配置成通常减慢车辆20的速度和/或停止车辆20的运动。车辆20可以是适用于运输负荷的汽车、卡车、厢式货车、运动型多功能车辆或任何其他自推进或牵引式运输设备。

BBW系统26的每个制动组件28可以包括制动器34和被配置成操作制动器的致动器36。制动器34可以包括卡钳，并且可以是包括盘式制动器、鼓式制动器等的任何类型的制动器。作为非限制性示例，致动器36可以是电液压制动致动器(EHBA)或能够基于可以从控制器32接收的电输入信号来致动制动器34的其他致动器。更具体地，致动器36可以是或包括能够作用于所接收的电信号并且因此将能量转换成控制制动器34的运动的运动的任何类型的电动机。因此，致动器36可以是被配置成产生传递到例如制动器34的卡钳的电液压压力的直流电动机。

控制器32可以包括基于计算机的处理器(例如，微处理器)和计算机可读和可写存储介质。在操作中，控制器32可以通过指示驾驶员制动意图的通路(参见箭头38)从制动踏板组件30接收一个或多个电信号。进而，控制器32可以处理这样的信号，并且至少部分地基于这些信号，通过通路(参见箭头40)向致动器36输出电命令信号。基于任何各种车辆状态，涉及每个车轮24的命令信号可以相同或可以对于每个车轮24是不同的信号。通路38、40可以是有线通路、无线通路或两者的组合。控制器32的非限制性示例可以包括执行算术和逻辑操作的算术逻辑单元；从存储器提取、解码和执行指令的电子控制单元；以及利用多个并行计算元件的阵列单元。控制器32的其他示例可以包括发动机控制模块和专用集成电路。进一步预期和理解的是，控制器32可以包括冗余控制器，和/或系统可以包括其他冗余，以提高BBW系统26的可靠性。

参考图2，制动踏板组件30可以包括制动踏板42和制动踏板仿真器44。制动踏板42可以由固定结构46支撑，并且制动踏板42也可以与固定结构46呈移动关系。示出为一个非限制性示例，制动踏板42可以关于第一枢轴48枢转地接合至固定结构46。仿真器44可以由制动踏板42和固定结构46支撑并且在制动踏板42和固定结构46之间延伸。更具体地，仿真器44可以在第二枢轴50处枢转地接合到制动踏板，并且可以在第三枢轴52处枢转地接合到固定结构46。第二枢轴50和第三枢轴52可以与第一枢轴48间隔开，并且所有三个枢轴48、50、52可以基本上彼此平行。

制动踏板组件30的仿真器44被配置成模拟更常规的液压制动系统的行为和/或“感觉”。仿真器44可以包括阻尼装置54和力感应装置56，以在驾驶员操作期间至少模拟制动踏板42的期望或预期的“感觉”。阻尼装置54被构造和布置成通常产生随着驾驶员压下制动踏板42的速度变化的阻尼力。力感应装置56产生随着制动踏板位移变化的感应力(例如，弹簧力)。阻尼装置54和力感应装置56可以由控制器32单独或组合地控制，以至少模拟期望的踏板“感觉”。

参考图3，力感应装置56的力分布的一个示例大体上示出为随着制动踏板行程T变化，如驾驶员施加的制动踏板力F与制动踏板行程T关系的图中所示。实心弧形或曲线71表示目标分布，并且虚线73表示目标分布的外界(即，公差)。力感应装置56可以被设计成满足该目标分布71。

参考图4，阻尼系数分布的一个示例大体上示出为随着制动踏板行程T变化，如制动踏板行程T与阻尼系数D关系的图中所示。实心弧形或曲线75表示目标分布，并且虚线77表示目标分布的外界(即，公差)。类似于力感应装置56，阻尼装置54可以被设计成满足该目标分布。预期和理解的是，来自目标力和阻尼分布以及预先建立的目标公差(即，边界)的数据可以被编程到控制器32中用于各种处理功能。进一步预期和理解的是，在各种程度上，阻尼装置54可以是可调节的，这种可调节性由控制器32控制，以便例如满足图3和图4的预编程分布。此外，图4的阻尼系数曲线可以是多个阻尼系数曲线之一，每个阻尼系数曲线与车辆建模的一个方面相关联。还要注意，阻尼系数D随着踏板位置变化，并且阻尼力随着踏板施加速率和踏板位置变化。

参考图2，仿真器44还可以包括连接构件58，其在第二枢轴50处将制动踏板42可操作地连接到装置54、56。仿真器44的位移传感器60被配置成测量制动踏板42和连接构件58中的至少一个的位移(例如，线性或角位移)。仿真器44还可以包括至少一个压力传感器62，该至少一个压力传感器62通常定位在装置54、56的反作用侧处(即，靠近第三枢轴52)，以测量所施加的压力。预期和理解的是，压力传感器62可以是压力变换器或被配置成或适于精确地检测、测量或以其他方式确定施加到制动踏板的施加的压力或力的其他合适的压力传感器。

为了提高系统可靠性，仿真器44可以包括位于制动踏板组件30的不同位置处的多于一个位移传感器。类似地，仿真器44可以包括多于一个压力(即，力)传感器，其被配置为例如向多于一个控制器输出冗余信号以便于传感器故障的容错。在操作中，控制器32被配置成当制动踏板42由驾驶员致动时，通过通路38接收来自相应传感器60、62的位移信号(参见箭头64)和压力信号(参见箭头66)。控制器32处理位移信号64和压力信号66，然后通过通路40向制动致动器36发送适当的命令信号68。

参考图5，制动踏板组件30的仿真器44可以进一步包括关于枢轴52直接枢转地连接到固定结构46的基座构件70。阻尼装置54和力感应装置56通常可以位于基座构件70和连接构件58之间并且可操作地承载在基座构件70和连接构件58上。在操作中，当制动踏板42被驾驶员压下时，连接构件58通常移动得更靠近基座构件70，并且装置54、56在其间被压缩，从而产生期望的制动踏板“感觉”。

力感应装置56的一个示例可以是弹性可压缩的、螺旋弹簧(如图所示)，其具有承载在相对的构件58、52上的相对的端部。力感应装置56的其他非限制性示例包括弹性体泡沫、波形弹簧以及能够产生通常随着制动踏板位移变化的力的任何其他装置。阻尼装置54的一个示例可以包括液压缸，其具有至少一个内孔用于在室之间流动和更换液压流体。这样的阻尼装置和其他阻尼装置可以设计成当贯穿制动踏板行程对制动踏板施加恒定的速度时施加恒定力。这种“恒定力”阻尼装置54的一个例子可以是具有单个孔或开口的液压缸。阻尼装置54的另一个非限制性示例可以包括被设计成随着踏板位移增加而增加力并且同时制动踏板42以恒定速度被按压的装置。这种“可变力”阻尼装置可以是被动的并且仅依赖于制动踏板位置和/或位移，或者可以是主动的并且由控制器32控制。“被动的可变力”阻尼装置的一个示例可以包括具有多个开口的液压缸，所述多个开口根据制动踏板位置而独立地露出。阻尼装置54的其他非限制性示例可以包括摩擦阻尼器和能够产生通常随着踏板致动速度变化的力的任何其他装置。尽管以彼此平行(即，并排)的关系示出，但是进一步设想和理解的是，装置相对于彼此的取向可以采取任何各种形式。例如，设备54、56可以关于可以与枢轴50和枢轴52相交的公共中心线C彼此同心。

参考图6，示出了仿真器44的一个示例，其具有“主动的可变力”阻尼装置54。在该实施例中，力感应装置56可以是关于阻尼装置54同心地设置的螺旋弹簧。阻尼装置54可以是液压缸，其可以基于例如踏板位置利用磁流变或电流变流体来主动地改变阻尼力。当制动踏板42被压下时，这两个装置可以被配置成沿着中心线C压缩。力感应装置56还可以方便在驾驶员释放踏板时制动踏板42的返回。在该实施例中，基座构件70可以包括杆或连接件72和止挡件74。连接件72可以在一端枢转地接合到固定结构46，并且在相对端刚性地固定到阻尼装置54的底板76。止挡件74可以相对于中心线C轴向地位于枢轴52和阻尼装置54的底板76之间，并且可以从连接件72径向向外突出以承载力感应装置56的一端。

仿真器44的连接构件58可以包括杆或连接件78和与基座构件70的止挡件74轴向间隔开并与之相对的止挡件80。连接件78的第一端可以枢转地接合到制动踏板42并且沿着中心线C在枢轴50处从制动踏板42轴向向外突出。连接件78从第一端突出，通过阻尼装置54的顶板82可密封地延伸到近端的相对的第二端。止挡件80可以相对于中心线C轴向位于枢轴50和阻尼装置54的顶板82之间，并且可以从连接件78径向向外突出，用于接合和/或承载力感应装置56的相对端。

如前所述，阻尼装置54可以是基于例如踏板位置利用磁流变或电流变流体主动地改变阻尼力的液压缸。阻尼装置54可以包括可以是圆柱形的圆周连续壁84、底板76、顶板82、液压或活塞头86以及可以是线圈的电气元件88。壁84可以从力感应装置或螺旋弹簧56径向向内定位，并且在底板76和顶板82之间轴向延伸。壁84与底板76和顶板82组合通常限定了填充有液压流体的液压室90的边界。活塞头86位于室90中，并且可以接合至连接构件58的连接件78的近远端。壁84承载径向向内并与活塞头86密封接触的周向连续表面。

在操作中，当制动踏板42被致动时，活塞头86(经由连接件78)在室90内往复运动。室90通常被活塞头86分成两个分开的腔，所述两个分开的腔随着活塞头往复运动而在体积上变化。阻尼装置54还包括在腔之间流体连通的孔92。在一个示例中，孔92可以由活塞头86限定和并且通过活塞头86连通。当活塞头86在室90内移动时，一个腔随着另一腔变小而变大。随着腔之间的体积变化，液压流体流过孔92并进入正在扩大的腔。流过孔92的流体阻力通常产生阻尼装置54的阻尼力。

流过孔92的流体阻力至少部分地取决于液压流体的粘度。粘度越低，阻尼系数越小，或在恒定流速下的阻尼力越小。在本实施例中，可以在任何给定的时间内改变流体粘度以改变阻尼力。为了促进这种主动阻尼力控制，阻尼装置54的电气元件88可以经由来自控制器32的命令/控制信号而被通电。当通电时，电气元件88可以产生改变液压流体的分子的磁场，从而增加粘度。在一个示例中，电气元件88可以紧邻孔92安装到头86。元件88可以经由例如电池和/或控制器32的硬布线传导路径来通电，或者可以经由无线功率传输装置(即，感应)来通电。

参考图7，操作BBW系统26的方法可以包括第一框100，其需要将关于随着制动踏板行程变化的阻尼力系数值的目标数据(参见图4)预加载到基于计算机的控制器32的计算机可读和可写存储器中。在框102处，制动踏板42可以由驾驶员致动。框104需要从位移传感器60向控制器32发送制动踏板位置信号64(参见图2)。在框106中，控制器32利用目标数据处理制动踏板位置信号。在框108处，控制器32输出基于制动踏板位置和目标数据的命令信号。在框110中，并且作为命令信号的结果，电气线圈88(参见图6)被通电，其基于制动踏板位置改变液压流体的粘度。在框112中，在制动踏板致动期间，反作用阻尼力施加至制动踏板42，并且随着基于制动踏板位置变化的粘度而变化。

本公开内容的优点和益处包括使用电流来控制阻尼装置内的电/磁流变流体(即，磁流变或电流变流体)的粘度(例如，液压缸迫使流体通过孔)以提供类似于更常规的制动系统的踏板阻尼。其他优点可以包括类似于真空增压系统的模拟制动踏板刚度、阻尼和滞后。另一个优点包括能够实时控制制动踏板阻尼的制动系统、以及阻尼装置，该阻尼装置不仅控制随着踏板速度变化的阻尼力的大小，而且还可以控制随着制动踏板行程变化的阻尼力(即，阻尼系数)以匹配期望的阻尼系数曲线。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以使用等同物替代其元件。此外，在不脱离其本质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明意图是不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落在本申请范围内的所有实施例。

Claims (5)

1.一种制动踏板仿真器，其在支撑结构和与所述支撑结构可操作地接合的制动踏板之间延伸并连接在所述支撑结构与所述制动踏板之间，所述制动踏板仿真器包括：

液压缸，所述液压缸包括磁流变液压流体和电气元件，所述电气元件被配置为承载用于控制电/磁流变液压流体的粘度的电流，并且从而控制由所述液压缸在致动时施加的第一力；

螺旋弹簧，所述螺旋弹簧接合在所述支撑结构和所述制动踏板之间，并且被构造和布置成在所述制动踏板上施加随着制动踏板行程变化的第二力，所述螺旋弹簧关于所述液压缸同心地设置，所述螺旋弹簧和所述液压缸能够沿着公共中心线压缩；

基座构件，所述基座构件在第一枢轴处直接枢转地接合到所述支撑结构，并且所述基座构件刚性地接合到所述液压缸；以及

连接构件，所述连接构件在第二枢轴处直接枢转地接合到所述制动踏板，并且所述连接构件直接接合到所述液压缸的往复运动头部，并且其中当所述制动踏板被致动时，所述螺旋弹簧位于所述基座构件和所述连接构件之间进行压缩。

2.根据权利要求1所述的制动踏板仿真器，其中所述第一力是随着至少制动踏板速度变化的阻尼力。

3.一种用于车辆的线控制动系统，其包括：

可操作地接合到支撑结构的制动踏板；以及

根据权利要求1-2中任一项所述的制动踏板仿真器，其构造和布置成在所述制动踏板上施加阻尼力，并且包括具有电气线圈和液压流体的液压缸，所述液压流体被配置成当所述电气线圈通电时改变粘度。

4.根据权利要求3所述的线控制动系统，其还包括：

基于计算机的控制器，其被配置为控制通过所述电气线圈的电流以实时控制所述阻尼力。

5.根据权利要求4所述的线控制动系统，其中与随着制动踏板位置变化的阻尼系数曲线相关联的数据被存储在所述控制器的计算机可读存储介质中，并且所述控制器被配置为至少部分地基于所述阻尼系数曲线来控制所述阻尼力。

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