CN109733356A - 力模拟器及其构成的电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力模拟器，包括：第一弹性件固定在密封壳体一侧壁上，第二弹性件套装在第一弹性件外侧，第一传动件设置在第二弹性件和第三弹性件之间，部分第三弹性件穿入第二弹性件中，第二传动件一端穿过第三弹性件并穿出第一传动件插入第二弹性件中，第二传动件另一端固定在第三传动件上，密封壳体被第三传动件分割为空间能动态变化的第一密封腔和第二密封腔，力模拟器的第一端口设置在第一密封腔某一侧壁上，力模拟器的第二端口设置在第二密封腔某一侧壁上。本发明还公开了一种具有所述力模拟器的电子液压制动系统。本发明的力模拟器非常适合模拟车辆踏板反馈力，同样的也适合其他领域用于模拟其他机械受力反馈。

Description

力模拟器及其构成的电子液压制动系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种模拟踏板反馈的力模拟器。本发明还涉及一种具有所述力模拟器的电子液压制动系统。

背景技术

制动系统是有关汽车安全性能的至关重要的系统，其性能的高低将直接影响整车的行驶安全性能。传统的制动系统，通常由制动踏板，真空助力器，制动主缸，ESC/ABS，制动轮缸及其相应的管路所组成。整个系统较为为复杂，并且在体积，质量和集成度上处于劣势。并且，真空助力器的真空度来源于汽车发动机，随着电动车辆的逐渐普及，真空来源成了问题，目前多数车辆采取附加真空泵提供真空度。然而，这该方案只是一个临时的解决方案。增加的真空泵不但占用了有限的车辆前舱空间，同时也增加了制动系统的质量和失效风险。这对于车辆和轻量化及安全性是背道而驰的。因此，响应快，功能强大的电子液压制动系统正越来越受到关注。

电子液压制动系统通常有制动电机，制动主缸，轮缸压力控制阀，踏板模拟器，失效备份系统及其相关管路所组成。电子式电子液压制动系统结构简单，可以实现每个轮缸的制动压力精确控制，除了能实现传统制动系统的制动防抱死控制，驱动防滑控制，电子制动力分配控制，电子稳定性控制等功能外，还能通过软件实现紧急制动辅助，制动俯仰控制，制动盘水膜清除，坡道起步辅助等一系列功能。更为重要的是，由于系统的是解耦系统，该系统能够与再生制动力完美结合，在踏板模拟器的帮助下，实现不改变原有制动感觉为前提的制动能量回收最大化。因此电子式电子液压制动系统的采用和推广能全方面提升车辆的安全性，经济性和轻量化，无论是在传统车辆还是在新能源车辆上都具有广泛的应用前景。

电子液压制动系统相比与传统的真空助力器，响应迅速，建压压力大，且具有主动制动，再生制动等功能。但与此同时，复杂且多样的功能，对制动时的踏板感觉产生了影响。目前，应用于电子液压制动系统的踏板感觉方案主要分为两种，解耦和非解耦方案。其中，非解耦方案能够将制动液压力的变化通过机械结构反馈至制动踏板上，与真空助力器的踏板感觉原理相同，但是，由于这个特性，其在主动制动、再生制动以及ABS制动等功能下，同样会引起制动踏板力的变化，从而导致较差的踏板感觉。解耦方案，制动的液压力不会反馈至制动踏板，踏板感觉来源于单独的踏板感觉模拟器，可以满足多种踏板感觉需求。

再生制动亦称反馈制动，是一种使用在电动车辆上的制动技术。再生制动在制动工况将电动机切换成发电机运转，利用车的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，将一部分的动能或势能转化为电能并加以储存或利用，再生制动一个能量回收的过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种力模拟器。本发明的力模拟器非常适用于车辆踏板反馈力模拟。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有上述力模拟器的电子液压制动系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的力模拟器，包括：密封壳体1、第一～第三弹性件2～4和第一～第三传动件5～7；

所述第一弹性件2固定在密封壳体1一侧壁上，所述第二弹性件3套装在第一弹性件2外侧，所述第一传动件5设置在第二弹性件3和第三弹性件4之间，部分所述第三弹性件4穿入第二弹性件3中，所述第二传动件6一端穿过第三弹性件4并穿出第一传动件5插入第二弹性件3中，所述第二传动件6另一端固定在第三传动件7上，所述密封壳体1被第三传动件7分割为空间能动态变化的第一密封腔8和第二密封腔9，所述力模拟器的第一端口10设置在第一密封腔8某一侧壁上，所述力模拟器的第二端口11设置在第二密封腔9某一侧壁上。

进一步改进所述的力模拟器，所述第一密封腔8内均充满液体，比如制动液。充满液体能够润滑弹性元件，降低工作噪音，改善踏板感觉。

进一步改进所述的力模拟器，所述第一弹性件2高度小于第二弹性件3高度。

进一步改进所述的力模拟器，所述第一传动件5具有凹部5.1和凸缘5.2，所述凸缘5.2位于凹部5.1顶端四周，所述凹部5.1穿入第二弹性件3中，所述第二弹性件3被凸缘5.2抵阻，所述第三弹性件4插入凹部5.1被凹部5.1的底壁5.1.1抵阻，所述凹部5.1中心具有通孔5.1.2，所述第二传动件6穿出所述通孔5.1.2插入第二弹性件3中。

进一步改进所述的力模拟器，所述第二传动件6是推杆。

进一步改进所述的力模拟器，所述第三传动件7是第一活塞。

进一步改进所述的力模拟器，所述第二弹性件3弹力大于第三弹性件4弹力。

进一步改进所述的力模拟器，所述第一弹性件2是橡胶弹簧，所述第二和第三弹性件4是金属弹簧。

进一步改进所述的力模拟器，所述第一密封腔8压力小于第二密封腔9压力。

本发明的力模拟器非常适合模拟车辆踏板反馈力，同样的也适合其他领域用于模拟其他机械受力反馈。

本发明提供一种具有上述任意一项所述力模拟器的电子液压制动系统，包括：储液装置12、制动主缸13、制动踏板14、第一～第三电磁阀15～17、力模拟器18、主动建压单元19APU、制动器控制器和传感器；

所述储液装置12通过第一液压管路20连接制动主缸13第一入口13.1，通过第二液压管路21连接力模拟器18第一端口10，通过第三液压管路22连接制动主缸13第二入口13.2；

所述制动主缸13被第二活塞26和第三活塞27分割为动态变化的前腔和后腔，所述第二活塞26和制动主缸13之间设有第四弹簧28，所述第二活塞26和第三活塞27之间设有第五弹簧29，所述制动踏板14与第三活塞27连接，所述制动主缸13第一出口13.3通过第四液压管路23连接力模拟器18第二端口并通过第五液压管路24连接车身稳定控制系统ESC30第一端口，所述制动主缸13第二出口13.4通过第六液压管路25连接车身稳定控制系统30第二端口；

所述第一电磁阀15设置在制动主缸13第一出口13.3和连接力模拟器18第二端口之间的第四液压管路23上，所述第二电磁阀16设置在制动主缸13第一出口13.3和车身稳定控制系统30第一端口30.1之间的第五液压管路24上，所述第三电磁阀17设置在制动主缸13第二出口13.4和车身稳定控制系统30第二端口30.2之间的第六液压管路25上；

所述主动建压单元19通过第七液压管路31连接在第二电磁阀16和车身稳定控制系统30第一端口30.1之间的第五液压管路24上，所述主动建压单元19通过第八液压管路32连接在第三电磁阀17和车身稳定控制系统30第二端口30.2之间的第六液压管路25上。

进一步改进所述的电子液压制动系统，所述第一电磁阀15是常闭电磁阀，所述第二电磁阀16是常开电磁阀，所述第三电磁阀17是常开电磁阀。

进一步改进所述的电子液压制动系统，所述电子液压制动系统正常助力工作时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭。

进一步改进所述的电子液压制动系统，所述电子液压制动系统失效时，所述第一电磁阀15断电关闭，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17断电开启。

进一步改进所述的电子液压制动系统，所述电子液压制动系统主动制动时，主动建压单元19增压或降压，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭。

进一步改进所述的电子液压制动系统，所述电子液压制动系统再生制动时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭，制动力来自再生制动，所述制动踏板14反馈来自力模拟器18，所述主动建压单元19不工作。

进一步改进所述的电子液压制动系统，当发生防抱死制动时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭，所述制动踏板14反馈来自力模拟器18。

进一步说明本发明的工作原理如下：

当制动系统正常助力工作时，第二和第三电磁阀17通电关闭，第一电磁阀15通电打开，制动主缸13与力模拟器18之间的液压管路连通，与车身稳定控制系统30以及制动轮缸断开连接。驾驶员脚踩制动踏板14，制动器的控制器通过制动踏板14上的传感器判断制动意图，同时命令主动建压单元19工作产生目标制动液压力，经由车身稳定控制系统30传递至各车轮制动轮缸，使车辆制动，且车辆制动减速度的大小，可通过软件调整，通过改变主动建压单元19的输出液压力，适应多种踏板感觉。此时，第二和第三电磁阀17通电关闭，主动建压单元19产生的制动液压力不能由液压管路传递至制动踏板14，制动踏板14的反馈力来源于力模拟器18。具体为：驾驶员踩动制动踏板14时，压缩制动主缸13前后腔产生液压力，制动主缸13前腔或后腔经过液压管路、第一电磁阀15与模拟器的第二密封腔9相通，制动主缸13中的液压力传递至力模拟器18中，当驾驶员对踏板的输出力大于主缸内的弹簧以及力模拟器18内的弹簧第二、第三弹性件4的预紧力之和时，第一活塞将向前运动，从而压缩串联的第二、第三弹性件4，对应附图5中的曲线A段。一定距离后，第三弹性件4不再能够被压缩，第一活塞单独压缩第二弹性件3，对应附图中的曲线B段；继续向前时，推杆与第一接触，此后第二弹性件3与第一弹性件2共同作用，对应曲线中的C段；压缩弹簧的作用反力通过液压管路，踏板等传递至驾驶员脚上，产生舒适、可靠的踏板感觉。

当制动器电控系统失效时，第二电磁阀16和第三电磁阀17断电打开，第一电磁阀15断电关闭，主动建压单元19停止工作。此时，车辆制动完全依靠驾驶员。驾驶员脚踩制动踏板14，压缩制动主缸13产生制动液压力，经过打开状态的第二电磁阀16和第三电磁阀17以及车身稳定告知系统传递至制动轮缸，使车辆制动。由于第一电磁阀15关闭，踏板感觉模拟器在失效制动时不工作，驾驶员的作用力完全用于车辆制动，保证制动系统在助力失效时，仍能安全制动。

当电子液压制动系统主动制动时，即在驾驶员未反应的情况下，控制器主动命令主动建压单元19进行增压或降压工作。此时，系统通电，第二电磁阀16和第三电磁阀17关闭，第一电磁阀15打开，主动建压单元19引起的液压力波动不能通过液压管路传递至制动踏板14，从而避免踏板力突变引起的踏板感觉不舒适以及引起驾驶员的恐慌。

当电子液压制动系统再生制动时，第二电磁阀16和第三电磁阀17关闭，第一电磁阀15打开，车辆制动力来源于再生制动，踏板感觉力反馈来源于力模拟器18，主动制动单元不工作，保证再生制动最大化的同时，能够实现与助力制动相同的踏板感觉。

当车辆进行防抱死制动时ABS，ESC或ABS模块产生的液压力波动，也不能传递至制动踏板14，不会导致制动踏板14的前后振动，从而改善踏板感觉，并提高制动安全性。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明力模拟器结构示意图。

图2是本发明力模拟器第二传动件第一实施例结构示意图。

图3是本发明力模拟器第二传动件第二实施例结构示意图。

图4是本发明电子液压制动系统结构示意图。

图5是踏板位移和踏板受力关系仿真曲线示意图。

附图标记说明

密封壳体1

第一～第三弹性件2～4

第一～第三传动件5～7

第一传动件凹部5.1

第一传动件凸缘5.2

第一传动件凹部的底壁5.1.1

第一密封腔8

第二密封腔9

力模拟器的第一端口10

力模拟器的第二端口11

储液装置12

制动主缸13

制动主缸第一入口13.1

制动主缸第二入口13.2

制动主缸第一出口13.3

制动主缸第二出口13.4

制动踏板14

第一电磁阀15

第二电磁阀16

第三电磁阀17

力模拟器18

主动建压单元19

第一液压管路20

第二液压管路21

第三液压管路22

第四液压管路23

第五液压管路24

第六液压管路25

第二活塞26

第三活塞27

第四弹簧28

第五弹簧29

车身稳定控制系统30

车身稳定控制系统第二端口30.1

车身稳定控制系统第二端口30.2

七液压管路31

八液压管路32

不同曲线段用A、B、C表示。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供力模拟器一实施例，用于模拟车辆踏板反馈，包括：密封壳体1、第一～第三弹性件2～4和第一～第三传动件5～7；

所述第一弹性件2固定在密封壳体1一侧壁上，所述第二弹性件3套装在第一弹性件2外侧，所述第一传动件5设置在第二弹性件3和第三弹性件4之间，部分所述第三弹性件4穿入第二弹性件3中，所述第二传动件6一端穿过第三弹性件4并穿出第一传动件5插入第二弹性件3中，所述第二传动件6另一端固定在第三传动件7上，所述密封壳体1被第三传动件7分割为空间能动态变化的第一密封腔8和第二密封腔9，所述力模拟器的第一端口10设置在第一密封腔8某一侧壁上，所述力模拟器的第二端口11设置在第二密封腔9某一侧壁上，所述第一密封腔8内均充满液体。

所述第一弹性件2高度小于第二弹性件3高度。

所述第一密封腔8压力小于第二密封腔9压力,所述第二传动件6是推杆，所述第三传动件7是第一活塞。所述第二弹性件3弹力大于第三弹性件4弹力，所述第一弹性件2是橡胶弹簧，所述第二弹性件3和第三弹性件4是金属弹簧。

其中，所述第一传动件5具有凹部5.1和凸缘5.2，所述凸缘5.2位于凹部5.1顶端四周，所述凹部5.1穿入第二弹性件3中，所述第二弹性件3被凸缘5.2抵阻，所述第三弹性件4插入凹部5.1被凹部5.1的底壁5.1.1抵阻，所述凹部5.1中心具有通孔5.1.2，所述第二传动件6穿出所述通孔5.1.2插入第二弹性件3中。参考图2、图3所示，是本发明第一传动件5的两个可行实施例，其中第二实施例凹部侧壁是斜壁，底壁是水平，斜壁具有导向作用有利于弹簧安装。还可以，在底壁设置与弹簧形状固定槽使弹簧插入该固定槽，避免弹簧在第二传动件内径向移动。

如图4所示，本发明提供电子液压制动系统一实施例，包括：储液装置12、制动主缸13、制动踏板14、第一～第三电磁阀15～17、力模拟器18、主动建压单元19、制动器控制器(图中未显示)和传感器(图中未显示)；

所述储液装置12通过第一液压管路20连接制动主缸13第一入口13.1，通过第二液压管路21连接力模拟器18第一端口10，通过第三液压管路22连接制动主缸13第二入口13.2；

所述制动主缸13被第二活塞26和第三活塞27分割为动态变化的前腔和后腔，所述第二活塞26和制动主缸13之间设有第四弹簧28，所述第二活塞26和第三活塞27之间设有第五弹簧29，所述制动踏板14与第三活塞27连接，所述制动主缸13第一出口13.3通过第四液压管路23连接力模拟器18第二端口并通过第五液压管路24连接车身稳定控制系统30第一端口30.1，所述制动主缸13第二出口13.4通过第六液压管路25连接车身稳定控制系统30第二端口30.2；

所述第一电磁阀15设置在制动主缸13第一出口13.3和连接力模拟器18第二端口之间的第四液压管路23上，所述第二电磁阀16设置在制动主缸13第一出口13.3和车身稳定控制系统30第一端口30.1之间的第五液压管路24上，所述第三电磁阀17设置在制动主缸13第二出口13.4和车身稳定控制系统30第二端口30.2之间的第六液压管路25上；

所述主动建压单元19通过第七液压管路31连接在第二电磁阀16和车身稳定控制系统30第一端口30.1之间的第五液压管路24上，所述主动建压单元19通过第八液压管路32连接在第三电磁阀17和车身稳定控制系统30第二端口30.2之间的第六液压管路25上；

制动器控制器(图中未显示)通过制动踏板14上的传感器(图中未显示)判断制动意图，同时命令主动建压单元19工作产生目标制动液压力。

所述第一电磁阀15是常闭电磁阀，所述第二电磁阀16是常开电磁阀，所述第三电磁阀17是常开电磁阀。

上述电子液压制动系统具有以下工作模式；

所述电子液压制动系统正常助力工作时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭。

所述电子液压制动系统失效时，所述第一电磁阀15断电关闭，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17断电开启。

所述电子液压制动系统主动制动时，主动建压单元19增压或降压，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭。

所述电子液压制动系统再生制动时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭，制动力来自再生制动，所述制动踏板14反馈来自力模拟器18，所述车身稳定控制系统ESC30不工作。

当发生防抱死制动时，所述第一电磁阀15通电开启，所述第二电磁阀16和第三电磁阀17通电关闭，所述制动踏板14反馈来自力模拟器18。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种力模拟器，其特征在于，包括：密封壳体(1)、第一～第三弹性件(2～4)和第一～第三传动件(5～7)；

所述第一弹性件(2)固定在密封壳体(1)一侧壁上，所述第二弹性件(3)套装在第一弹性件(2)外侧，所述第一传动件(5)设置在第二弹性件(3)和第三弹性件(4)之间，部分所述第三弹性件(4)穿入第二弹性件(3)中，所述第二传动件(6)一端穿过第三弹性件(4)并穿出第一传动件(5)插入第二弹性件(3)中，所述第二传动件(6)另一端固定在第三传动件(7)上，所述密封壳体(1)被第三传动件(7)分割为空间能动态变化的第一密封腔(8)和第二密封腔(9)，所述力模拟器的第一端口(10)设置在第一密封腔(8)某一侧壁上，所述力模拟器的第二端口(11)设置在第二密封腔(9)某一侧壁上。

2.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第一密封腔(8)内均充满液体。

3.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第一弹性件(2)高度小于第二弹性件(3)高度。

4.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第一传动件(5)具有凹部(5.1)和凸缘(5.2)，所述凸缘(5.2)位于凹部(5.1)顶端四周，所述凹部(5.1)穿入第二弹性件(3)中，所述第二弹性件(3)被凸缘(5.2)抵阻，所述第三弹性件(4)插入凹部(5.1)被凹部(5.1)的底壁(5.1.1)抵阻，所述凹部(5.1)中心具有通孔(5.1.2)，所述第二传动件(6)穿出所述通孔(5.1.2)插入第二弹性件(3)中。

5.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第二传动件(6)是推杆。

6.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第三传动件(7)是第一活塞。

7.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第二弹性件(3)弹力大于第三弹性件(4)弹力。

8.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第一弹性件(2)是橡胶弹簧,第二和第三弹性件(4)是金属弹簧。

9.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于：所述第一密封腔(8)压力小于第二密封腔(9)压力。

10.一种具有权利要求1-9任意一项所述力模拟器的电子液压制动系统，其特征在于，包括：储液装置(12)、制动主缸(13)、制动踏板(14)、第一～第三电磁阀(15～17)、力模拟器(18)、主动建压单元(19)、制动器控制器和传感器；

所述储液装置(12)通过第一液压管路(20)连接制动主缸(13)第一入口(13.1)，通过第二液压管路(21)连接力模拟器(18)第一端口(10)，通过第三液压管路(22)连接制动主缸(13)第二入口(13.2)；

所述制动主缸(13)被第二活塞(26)和第三活塞(27)分割为空间能动态变化的前腔和后腔，所述第二活塞(26)和制动主缸(13)之间设有第四弹簧(28)，所述第二活塞(26)和第三活塞(27)之间设有第五弹簧(29)，所述制动踏板(14)与第三活塞(27)连接，所述制动主缸(13)第一出口(13.3)通过第四液压管路(23)连接力模拟器(18)第二端口并通过第五液压管路(24)连接车身稳定控制系统(30)第一端口，所述制动主缸(13)第二出口(13.4)通过第六液压管路(25)连接车身稳定控制系统(30)第二端口；

所述第一电磁阀(15)设置在制动主缸(13)第一出口(13.3)和连接力模拟器(18)第二端口之间的第四液压管路(23)上，所述第二电磁阀(16)设置在制动主缸(13)第一出口(13.3)和车身稳定控制系统(30)第一端口之间的第五液压管路(24)上，所述第三电磁阀(17)设置在制动主缸(13)第二出口(13.4)和车身稳定控制系统(30)第二端口之间的第六液压管路(25)上；

所述主动建压单元(19)通过第七液压管路(31)连接在第二电磁阀(16)和车身稳定控制系统(30)第一端口之间的第五液压管路(24)上，所述主动建压单元(19)通过第八液压管路(32)连接在第三电磁阀(17)和车身稳定控制系统(30)第二端口之间的第六液压管路(25)上；

制动器控制器通过制动踏板(14)上的传感器判断制动意图，同时命令主动建压单元(19)工作产生目标制动液压力。

11.如权利要求10所述的电子液压制动系统，其特征在于：所述第一电磁阀(15)是常闭电磁阀，所述第二电磁阀(16)是常开电磁阀，所述第三电磁阀(17)是常开电磁阀。

12.如权利要求11所述的电子液压制动系统，其特征在于：所述电子液压制动系统正常助力工作时，所述第一电磁阀(15)通电开启，所述第二电磁阀(16)和第三电磁阀(17)通电关闭。

13.如权利要求11所述的电子液压制动系统，其特征在于：所述电子液压制动系统失效时，所述第一电磁阀(15)断电关闭，所述第二电磁阀(16)和第三电磁阀(17)断电开启。

14.如权利要求11所述的电子液压制动系统，其特征在于：所述电子液压制动系统主动制动时，主动建压单元(19)增压或降压，所述第一电磁阀(15)通电开启，所述第二电磁阀(16)和第三电磁阀(17)通电关闭。

15.如权利要求11所述的电子液压制动系统，其特征在于：所述电子液压制动系统再生制动时，所述第一电磁阀(15)通电开启，所述第二电磁阀(16)和第三电磁阀(17)通电关闭，制动力来自再生制动，所述制动踏板(14)反馈来自力模拟器(18)，所述主动建压单元(19)不工作。

16.如权利要求11所述的电子液压制动系统，其特征在于：当发生防抱死制动时，所述第一电磁阀(15)通电开启，所述第二电磁阀(16)和第三电磁阀(17)通电关闭，所述制动踏板(14)反馈来自力模拟器(18)。