CN109849882A - 力模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车踏板反馈力模拟的力模拟器，包括第一弹性件固定在壳体内一侧壁上，第一传动件设置在第一弹性件和第二弹性件之间，第二弹性件设置在第一传动件和第三传动件之间，第三传动件和第四传动件相邻设置，第四传动件将第一弹性件和第二弹性件的轴向弹力转化为对第三传动件的径向推力，第二传动件第一端穿过第一弹性件、第二弹性件、第一传动件、第三传动件和第三传动件并能穿出壳体，所述第五传动件穿入壳体连接第二传动件第二端，所述第二传动件第二端能推动第四传动件压缩第二弹性件。本发明能实现理想的踏板反馈力感觉曲线，同时能实现力滞，提高了踏板控制的稳定性，能增加驾驶员操作的舒适性，能增强驾驶安全性。
Description
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力的力模拟器。
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，随着电动汽车的逐渐普及，真空来源成了问题，目前多数汽车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汽车前舱空间，同时也增加了制动系统的质量和失效风险。这对于汽车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汽车的安全性，经济性和轻量化，无论是在传统汽车还是在新能源汽车上都具有广泛的应用前景。
与传统真空助力器不同，电子液压制动系统的操纵机构和执行机构通常是解耦的，制动踏板感觉来源于踏板感觉模拟器。一般地，模拟器通过压缩弹簧产生的反馈力模拟器踏板感觉，但这种模拟器的力滞效应与传统真空助力器的踏板感觉相差较大，且只有弹簧的踏板感觉模拟器，驾驶员不易控制踏板的位置，容易在目标值附件抖动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非常适用于汽车踏板反馈力模拟的力模拟器。
为解决上述技术问题，本发明提供的力模拟器，包括：壳体1、第一弹性件2、第二弹性件3和第一～第五传动件4～8；
所述第一弹性件2固定在壳体1内一侧壁上，所述第一传动件4设置在第一弹性件2和第二弹性件3之间，所述第二弹性件3设置在第一传动件4和第三传动件6之间，所述第三传动件6和第四传动件7相邻设置，所述第三传动件6将第一弹性件2和第二弹性件3的轴向弹力转化为对第四传动件7的径向推力，从而使第四传动件7外表面与壳体1内表面相对滑动时产生摩擦力，所述第二传动件5第一端穿过第一弹性件2、第二弹性件3、第一传动件4、第三传动件6和第三传动件7并能穿出壳体1，所述第五传动件8穿入壳体1连接第二传动件5第二端，所述第二传动件5第二端能推动第四传动件7压缩第二弹性件3。
进一步改进的力模拟器，还包括:第一保护件9，所述第一保护件9设置在第一弹性件2所在壳体1的内壁上，所述第一保护件9能避免第一传动件4刚性冲击壳体1，能使力模拟器从压缩第一、二弹性元件2、3状态平滑过渡至单独压缩第二弹性元件状态3。
进一步改进的力模拟器，所述第一保护件9是具有弹性的吸能块或吸能垫。
进一步改进的力模拟器，所述第一保护件9由橡胶制造。
进一步改进的力模拟器，还包括:第二保护件10，所述第二保护件10设置在第一弹性件2和第一传动件4之间，所述第二保护件10能减少振动并避免第一传动件4刚性冲击第一弹性件2。
进一步改进的力模拟器，所述第二保护件10是具有弹性的减振块或减振垫。
进一步改进的力模拟器，所述第二保护件10由橡胶制造。所述减振橡胶的作用是，减轻模拟器在往复运动过程中第一弹性件2和第二弹性件3产生的振动。
进一步改进的力模拟器，所述第一弹性件2的弹力小于第二弹性件3的弹力。
进一步改进的力模拟器，所述第一传动件4具有凹部4.1和凸缘4.2，所述凸缘4.2位于凹部4.1顶端四周，所述第一弹性件2插入凹部4.1中，所述第二弹性件3套装在凹部4.1上并被凸缘4.2抵阻，所述凹部4.1中心具有通孔4.1.1，所述第二传动件5穿出所述通孔4.1.1插入第二弹性件2中。
进一步改进的力模拟器，所述凸缘4.2上设置有限位部4.2.1，所述限位部4.2.1能对设置在第一弹性件2所在壳体1内壁上的第一保护件9进行限位。
进一步改进的力模拟器，所述第二传动件5是T型连杆，该T连杆的竖直部分作为所述第二传动件5的第一端，该T连杆的水平部分作为所述第二传动件5的第二端。
进一步改进的力模拟器，所述第三传动件6是楔形环，所述第二传动件2抵阻在与楔形环楔形面相对的接触面上，所述楔形环楔形面与第四传动件7接触。
进一步改进的力模拟器，所述楔形环设有缺口6.1。
进一步改进的力模拟器，所述第四传动件7是压块，所述压块具有与楔形环楔形面相适应斜面，所述压块能被第二传动件5第二端推动压向第三传动件6。
进一步改进的力模拟器，所述第五传动件8是一字型连杆，其一端连接第二传动件5第二端，其另一端连接踏板。
以本发明用于汽车制动踏板，作为感觉制动踏板模拟器结构为例，说明其工作原理：
制动踏板与模拟器的第五传动件8相连，驾驶员踩动制动踏板，当输入力大于第一弹性件2和第二弹性件3的预紧力时，推动第五传动件8和第二传动件5向前运动，按照推杆前进的先后顺序，模拟器的压缩过程分为以下几个阶段：
起始段a，第二传动件5经过第三传动件6和第四传动件7，压缩串联的第一弹性件2和第二弹性件3。
过渡段b，第一传动件4的前端面4-1与第一保护件9接触，压缩第一弹性件2、第一保护件9以及第二弹性件3；
上升段c，第一传动件4前端与模拟器壳体1相抵，不再压缩第一弹性件2和第一保护件9，第二传动件5单独压缩第二弹性件3，第二弹性件3的刚度较大，踏板力快速上升；
上述各阶段模拟器运动过程中输出力和行程对应的曲线如附图1所示。
压缩第一弹性件2和第二弹性件3产生的弹簧力作用在第四传动件7上，第四传动件7与第三传动件6即楔形环的锥面接触，弹簧产生的轴向力转换为对楔形环的径向力，使楔形环6外表面与模拟器壳体1内壁接触，两者相互运动时产生摩擦力，该摩擦力使模拟器往复运动时产生力滞。摩擦力的大小与楔形环所的径向力，即弹簧力相关，弹簧力随着压缩行程的增加而增加，故所述模拟器的力滞大小随模拟器压缩行程的增加而增加。
本发明能实现理想的踏板反馈力感觉曲线，同时能实现力滞，能提高了踏板控制的稳定性，能增加驾驶员操作的舒适性，能增强驾驶安全性。
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是本发明各阶段模拟器运动过程中输出力和行程对应的曲线
图2是本发明模拟器第一实施例结构示意图。
图3是本发明模拟器第二实施例结构示意图。
图4是本发明力模拟器第一传动件第一实施例结构示意图。
图5是本发明力模拟器第一传动件第二实施例结构示意图。
图6是本发明力模拟器第二传动件一实施例结构示意图。
图7是本发明力模拟器第三传动件一实施例结构示意图一，其显示楔形环俯视结构。
图8是本发明力模拟器第三传动件一实施例结构示意图二，其显示楔形环剖视结构。
图9是本发明力模拟器第四传动件的一实施例结构示意图，其显示压块剖视结构。
附图标记说明
壳体1
第一弹性件2
第二弹性件3
第一～第五传动件4～8；
凹部4.1
通孔4.1.1
凸缘4.2
限位部4.2.1
第二传动件5的第一端5.1
第二传动件5的第二端5.2
与楔形环楔形面相对的接触面6.1
楔形环楔形面6.2
楔形环缺口6.3
与楔形环楔形面相适应斜面7.1
第一保护件9
第二保护件10。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供的力模拟器第一实施例，包括：壳体1、第一弹性件2、第二弹性件3和第一～第五传动件4～8；
所述第一弹性件2固定在壳体1内一侧壁上，所述第一传动件4设置在第一弹性件2和第二弹性件3之间，所述第二弹性件3设置在第一传动件4和第三传动件6之间，所述第三传动件6和第四传动件7相邻设置，所述第四传动件7将第一弹性件2和第二弹性件3的轴向弹力转化为对第三传动件6的径向推力，所述第二传动件5第一端穿过第一弹性件2、第二弹性件3、第一传动件4、第三传动件6和第三传动件7并能穿出壳体1，所述第五传动件8穿入壳体1连接第二传动件5第二端，所述第二传动件5第二端能推动第四传动件7压缩第二弹性件3。
其中，所述第一弹性件2的弹力小于第二弹性件3的弹力。
如图3所示，本发明提供的力模拟器第二实施例，包括：壳体1、第一弹性件2、第二弹性件3、第一～第五传动件4～8、第一保护件9和第二保护件10；
所述第一弹性件2固定在壳体1内一侧壁上，所述第一传动件4设置在第一弹性件2和第二弹性件3之间，所述第二弹性件3设置在第一传动件4和第三传动件6之间，所述第三传动件6和第四传动件7相邻设置，所述第三传动件6将第一弹性件2和第二弹性件3的轴向弹力转化为对第四传动件7的径向推力，从而使第四传动件7外表面与壳体1内表面相对滑动时产生摩擦力，所述第二传动件5第一端穿过第一弹性件2、第二弹性件3、第一传动件4、第三传动件6和第三传动件7并能穿出壳体1，所述第五传动件8穿入壳体1连接第二传动件5第二端，所述第二传动件5第二端能推动第四传动件7压缩第二弹性件3，所述第一保护件9设置在第一弹性件2所在壳体1的内壁上，本实施中第一保护件9采用橡胶制造的吸能块，吸能块能避免第一传动件4刚性冲击壳体1，能使力模拟器从压缩第一、二弹性元件2、3状态平滑过渡至单独压缩第二弹性元件状态3。所述第二保护件10设置在第一弹性件2和第一传动件4之间，本实施中第二保护件10采用橡胶制造减振块，橡胶减振块的作用是减轻模拟器在往复运动过程中第一弹性件2和第二弹性件3产生的振动，并避免第一传动件4刚性冲击第一弹性件2。
其中，所述第一弹性件2的弹力小于第二弹性件3的弹力。
如图4所示，本发明力模拟器第一传动件4的一实施例，所述第一传动件4具有凹部4.1和凸缘4.2，所述凸缘4.2位于凹部4.1顶端四周，所述第一弹性件2插入凹部4.1中，所述第二弹性件3套装在凹部4.1上并被凸缘4.2抵阻，所述凹部4.1中心具有通孔4.1.1，所述第二传动件5穿出所述通孔4.1.1插入第二弹性件2中。
如图5所示，进一步改进上述第一传动件4实施例形成第二实施例，所述凸缘4.2上设置有限位部4.2.1，所述限位部4.2.1能对设置在第一弹性件2所在壳体1内壁上的第一保护件9进行限位。
如图6所示，本发明力模拟器第二传动件5的一实施例，所述第二传动件5是T型连杆，该T连杆的竖直部分作为所述第二传动件5的第一端5.1，该T连杆的水平部分作为所述第二传动件5的第二端5.2。
如图7、8所示，本发明力模拟器第三传动件6的一实施例,所述第三传动件6是楔形环，所述第二传动件2抵阻在与楔形环楔形面相对的接触面6.1上，所述楔形环楔形面6.2与第四传动件7接触,所述楔形环设有缺口6.3。
如图9示，本发明力模拟器第四传动件7的一实施例,所述第四传动件7是压块，所述压块具有与楔形环楔形面相适应斜面7.1，所述压块能被第二传动件5第二端推动压向第三传动件6。
本发明力模拟器第五传动件8的一实施例,所述第五传动件8是一字型连杆，其一端连接第二传动件5第二端，其另一端连接踏板。
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：壳体(1)、第一弹性件(2)、第二弹性件(3)和第一～第五传动件(4～8)；
所述第一弹性件(2)固定在壳体(1)内一侧壁上，所述第一传动件(4)设置在第一弹性件(2)和第二弹性件(3)之间，所述第二弹性件(3)设置在第一传动件(4)和第三传动件(6)之间，所述第三传动件(6)和第四传动件(7)相邻设置，所述第三传动件(6)将第一弹性件(2)和第二弹性件(3)的轴向弹力转化为对第四传动件(7)的径向推力，从而使第四传动件(7)外表面与壳体(1)内表面相对滑动时产生摩擦力，所述第二传动件(5)第一端穿过第一弹性件(2)、第二弹性件(3)、第一传动件(4)、第三传动件(6)和第三传动件(7)并能穿出壳体(1)，所述第五传动件(8)穿入壳体(1)连接第二传动件(5)第二端，所述第二传动件(5)第二端能推动第四传动件(7)压缩第二弹性件(3)。
2.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于，还包括:第一保护件(9)，所述第一保护件(9)设置在第一弹性件(2)所在壳体(1)的内壁上，所述第一保护件(9)能避免第一传动件(4)刚性冲击壳体(1)，能使力模拟器从压缩第一、二弹性元件(2、3)状态平滑过渡至单独压缩第二弹性元件状态(3)。
3.如权利要求2所述的力模拟器，其特征在于：所述第一保护件(9)是具有弹性的吸能块或吸能垫。
4.如权利要求3所述的力模拟器，其特征在于：所述第一保护件(9)由橡胶制造。
5.如权利要求1或2所述的力模拟器，其特征在于，还包括:第二保护件(10)，所述第二保护件(10)设置在第一弹性件(2)和第一传动件(4)之间，所述第二保护件(10)能减少第一弹性件(2)和第二弹性元件(3)的振动并避免第一传动件(4)刚性冲击第一弹性件(2)。
6.如权利要求5所述的力模拟器，其特征在于:所述第二保护件(10)是具有弹性的减振块或减振垫。
7.如权利要求6所述的力模拟器，其特征在于：所述第二保护件(10)由橡胶制造。
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)和第二弹性件(3)安装到位时沿第一传动件(4)运动方向具有预紧力。
9.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)的弹力小于第二弹性件(3)的弹力。
10.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(4)具有凹部(4.1)和凸缘(4.2)，所述凸缘(4.2)位于凹部(4.1)顶端四周，所述第一弹性件(2)插入凹部(4.1)中，所述第二弹性件(3)套装在凹部(4.1)上并被凸缘(4.2)抵阻，所述凹部(4.1)中心具有通孔(4.1.1)，所述第二传动件(5)穿出所述通孔(4.1.1)插入第二弹性件(2)中。
11.如权利要求10所述的力模拟器，其特征在于：所述凸缘(4.2)上设置有限位部(4.2.1)，所述限位部(4.2.1)能对设置在第一弹性件(2)所在壳体(1)内壁上的第一保护件(9)进行限位。
12.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(5)是T型连杆，该T连杆的竖直部分作为所述第二传动件(5)的第一端，该T连杆的水平部分作为所述第二传动件(5)的第二端。
13.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(6)是楔形环，所述第二传动件(2)抵阻在与楔形环楔形面相对的接触面上，所述楔形环楔形面与第四传动件(7)接触。
14.如权利要求13所述的力模拟器，其特征在于:所述楔形环设有缺口(6.1)。
15.如权利要求13所述的力模拟器，其特征在于:所述第四传动件(7)是压块，所述压块具有与楔形环楔形面相适应斜面，所述压块能被第二传动件(5)第二端推动压向第三传动件(6)。
16.如权利要求1所述的力模拟器，其特征在于:所述第五传动件(8)是一字型连杆，其一端连接第二传动件(5)第二端，其另一端连接踏板。
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