CN109927695A - 一种线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车制造技术领域，尤其是涉及一种线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法。一种线控制动主动式踏板模拟器，包括踏板机构、制动主缸、主动式模拟器和电机电子控制单元，制动主缸内设置有第一活塞和第一弹簧，踏板机构通过推杆与第一活塞连接，主动式模拟器包括模拟器主缸、第二活塞、丝杠、电机、驱动轮和从动轮，电机的输出轴与驱动轮连接，丝杠上设置有丝杠螺母，模拟器主缸内设置有主缸轨道，丝杠螺母与主缸轨道相对应的两侧外壁上设置有滚珠槽，滚珠槽内设置有滚珠，丝杠上套装有第二弹簧模拟器主缸位于第二活塞一侧的壁上设置有进出油口。本发明结构简单、加工难度低，制动脚感顺滑、舒适性高。

Description

一种线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，尤其是涉及一种线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法。

背景技术

制动系统是汽车行驶安全的重要保障, 当前绝大部分汽车应用真空助力形式的制动系统，真空助力源由发动机或电动真空泵产生负压进行真空助力。随着汽车主动安全技术的发展以及混合动力和纯电动汽车日益兴起，传统制动系统已不能满足汽车新技术应用如AEB（自动紧急制动系统）、再生制动能量回收等功能要求，线控制动技术相比传统制动系统, 具有结构简单、制动响应快、控制精度高、布置灵活、踏板特性一致等诸多优点, 易于与汽车动态控制系统进行整合, 且可满足电动汽车及混合动力汽车的再生制动系统需求, 具有很好的发展前景。但电控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸的直接连接, 必须采用特定装置来模拟制动踏板感觉,在制动的过程中，制动踏板行程模拟器给驾驶员一个踏板反作用力，使驾驶员有一个良好的制动踏板感觉，并且驾驶员根据踏板反作用力实时调节制动踏板的行程，保证制动的安全性。

如中国专利公布号为：CN 103171531 A，于2013年6月26日公布的主动式制动踏板行程模拟器及其控制方法，包括带齿内循环螺母、丝杆顶杆、主动齿轮、电动机、第二活塞、第一活塞、模拟器缸体、隔板、限位开关与后盖。后盖与模拟器缸体安装在隔板的左右侧，带齿内循环螺母采用两个推力轴承安装在后盖与隔板上，丝杆顶杆的左端装入带齿内循环螺母的孔内为滚动连接，丝杆顶杆的右端插入模拟器缸体内的第二活塞中，第二活塞的右侧安装有第一活塞，电动机安装在模拟器缸体的下方，电动机和主动齿轮为固定连接，电机控制器安装在电动机上，限位开关安装在后盖上，限位开关与电机控制器为线连接。该装置采用多段式弹簧设计，模拟器缸体结构复杂、工艺加工难度大，并且随着分段数的增加，精度的控制愈加困难，采用多段式弹簧设计，只能近似模拟某一条踏板力-踏板行程曲线风格，或者被设计成可调式，但操作复杂、难度大，需要专业技术人员处理，普通驾驶员不能方便快捷地切换自己喜欢的制动脚感。同时作为该型模拟器设计开发方，不利于快速应对主机厂风格迥异的制动脚感开发需求。

发明内容

本发明主要是针对上述问题，提供一种弹簧种类少、结构简单、加工难度低，制动脚感顺滑、舒适性高的线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法。

本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：一种线控制动主动式踏板模拟器，包括踏板机构、制动主缸、主动式模拟器和电机电子控制单元，所述的踏板机构上电连接有踏板角度传感器，所述的踏板角度传感器与电机电子控制单元电连接，所述的制动主缸内从左向右依次设置有第一活塞和第一弹簧，所述的第一弹簧的一端抵在第一活塞的右端面上，所述的第一弹簧的另一端抵在制动主缸内壁上，所述的踏板机构通过推杆与第一活塞的左端面连接，所述的主动式模拟器包括模拟器主缸、设置在模拟器主缸内的第二活塞、设置在模拟器主缸内的丝杠、设置在模拟器主缸侧壁上的电机、驱动轮和与驱动轮相配合的从动轮，所述的电机与电机电子控制单元电连接，所述的电机的输出轴与驱动轮的中心处连接，所述的丝杠与从动轮之间通过双向推力轴承连接，所述的丝杠上设置有与丝杠相配合的丝杠螺母，所述的模拟器主缸内与丝杠相对应的两侧内壁上设置有主缸轨道，所述的丝杠螺母与主缸轨道相对应的两侧外壁上设置有滚珠槽，所述的滚珠槽内设置有滚珠，所述的滚珠的一侧抵在滚珠槽的侧壁上，所述的滚珠的另一侧抵在主缸轨道侧壁上，所述的丝杠上套装有第二弹簧，所述的第二弹簧的一端抵在丝杠螺母上，所述的第二弹簧的另一端抵在第二活塞上，所述的模拟器主缸位于第二活塞一侧的壁上设置有进出油口，所述的制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路与进出油口连接。踏板机构上电连接有踏板角度传感器，踏板角度传感器与电机电子控制单元电连接，踏板角度传感器能够实时监测踏板机构的状态并把信号传递给电机电子控制单元，制动主缸内从左向右依次设置有第一活塞和第一弹簧，第一弹簧的一端抵在第一活塞的右端面上，第一弹簧的另一端抵在制动主缸内壁上，踏板机构通过推杆与第一活塞的左端面连接，在未进行制动时，第一活塞和第一弹簧均处于初始位置，在进行制动时，踏板机构带动推杆移动使得第一活塞在制动主缸内往压缩第一弹簧方向移动，主动式模拟器包括模拟器主缸、设置在模拟器主缸内的第二活塞、设置在模拟器主缸内的丝杠、设置在模拟器主缸侧壁上的电机、驱动轮和与驱动轮相配合的从动轮，电机与电机电子控制单元电连接，电机电子控制单元接受来自踏板角度传感器的信号并进行换算后对电机进行控制，电机的输出轴与驱动轮的中心处连接，电机的输出轴转动能带动驱动轮稳定转动，丝杠与从动轮之间通过双向推力轴承连接，驱动轮转动带动与驱动轮相配合的从动轮同时转动，从动轮转动能通过双向推力轴承带动丝杠转动，丝杠旋转时所承受的轴向载荷由双向推力轴承承载，并由双向推力轴承减小其旋转摩擦力，丝杠上设置有与丝杠相配合的丝杠螺母，模拟器主缸内与丝杠相对应的两侧内壁上设置有主缸轨道，丝杠螺母与主缸轨道相对应的两侧外壁上设置有滚珠槽，滚珠槽内设置有滚珠，滚珠的一侧抵在滚珠槽的侧壁上，滚珠的另一侧抵在主缸轨道侧壁上，丝杠螺母螺纹连接在丝杠上，当丝杠随着从动轮转动时，丝杠螺母由于被滚珠其限制旋转自由度，丝杠螺母只能沿丝杠轴向方向移动，并带动滚珠在主缸轨道内移动，滚珠起到了支撑作用，丝杠上套装有第二弹簧，第二弹簧的一端抵在丝杠螺母上，第二弹簧的另一端抵在第二活塞上，模拟器主缸位于第二活塞一侧的壁上设置有进出油口，制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路与进出油口连接，常规制动时，踏板机构带动推杆推动第一活塞在制动主缸内移动，第一活塞压缩第一弹簧的同时将制动油液通过油路从进出油口处进入模拟器主缸内，制动油液推动第二活塞往压缩第二弹簧方向移动，此时踏板感觉仅由第一弹簧产生，电机电子控制单元接收踏板角度传感器传递的信号并控制电机转动，电机通过驱动轮带动从动轮转过一定的角度，同时从动轮带动与之连接的丝杠旋转相同的角度，丝杠螺母沿丝杠轴向方向移动，输出第二弹簧预紧量位移，此时踏板感觉由第一弹簧与第二弹簧共同产生。

作为优选，所述的踏板机构包括固定支架、踏板和踏板臂，所述的踏板固定在踏板臂下端，所述的踏板臂上端与固定支架转动连接，所述的推杆与踏板臂铰接。踏板机构包括固定支架、踏板和踏板臂，踏板固定在踏板臂下端，踏板臂上端与固定支架通过销轴转动连接，推杆与踏板臂铰接，当驾驶员踩下踏板时，踏板与踏板臂同时转动并带动推杆移动。

作为优选，所述的制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路连接有备用制动回路。制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路连接有备用制动回路，当主动式模拟器发生故障时，主动式模拟器断电停止工作，此时通过备用制动回路来提供车辆制动力。

作为优选，所述的主动式模拟器与制动主缸之间的油路上设置有常闭型模拟器开闭电磁阀，所述的备用制动回路与制动主缸之间的油路上设置有常开型制动主缸隔离电磁阀。主动式模拟器与制动主缸之间的油路上设置有常闭型模拟器开闭电磁阀，备用制动回路与制动主缸之间的油路上设置有常开型制动主缸隔离电磁阀，常规制动时，常闭型模拟器开闭电磁阀通电处于打开状态，常开型制动主缸隔离电磁阀通电处于关闭状态，备用制动回路不起作用；当主动式模拟器发生故障时，常闭型模拟器开闭电磁阀断电关闭，主动式模拟器停止工作，常开型制动主缸隔离电磁阀断电打开，由备用制动回路提供车辆制动力。

作为优选，所述的第一活塞上设置有与制动主缸内壁紧贴的第一活塞密封圈，所述的第二活塞上设置有与模拟器主缸内壁紧贴的第二活塞密封圈。第一活塞上设置有与制动主缸内壁紧贴的第一活塞密封圈，第二活塞上设置有与模拟器主缸内壁紧贴的第二活塞密封圈，使得制动油液不易通过活塞与缸体内壁的间隙处渗漏，增加了设备的使用寿命，同时也提高了设备使用时的安全性。

一种上述线控制动主动式踏板模拟器的控制方法，按以下步骤进行：

1）、一共有3种工作状态：

（1）空闲状态；

（2）常规制动状态；

（3）备用制动状态；

2）、电机电子控制单元通过判断踏板角度传感器实时信号来判断系统处于何种工作状态；

3）、根据工作状态决定电机的动作：

a）、若处于空闲状态，即未进行制动时，第一活塞和第二活塞均处于初始位置，电机不动；

b）、若处于常规制动状态，电机电子控制单元根据踏板角度传感器传递的信号来控制电机转动；

c）、若处于备用制动状态，即线控制动主动式踏板模拟器发生故障时，常闭型模拟器开闭电磁阀断电关闭，主动式模拟器停止工作，常开型制动主缸隔离电磁阀断电打开，由备用制动回路提供车辆制动力。

因此，本发明的一种线控制动主动式踏板模拟器及其控制方法具备下述优点：1.本发明中弹簧种类少、结构简单、加工难度低，使用的零部件较少，降低了工厂生产时的成本；

2.本发明中设计的主动式模拟器可通过电机及传动机构进行弹簧预紧量的实时调节，解决现有技术方案中踏板力-行程分段线性，制动脚感不顺滑、舒适性差的问题，同时可以通过更改软件设计的方式，通过同一踏板模拟器实现不同的制动踏板力反馈特性，解决了现有技术方案踏板力-行程曲线单一、难调整的问题；

3.本发明应用于线控制动系统，可实现高精度非线性踏板模拟器踏板力-踏板行程曲线输出，保证踏板脚感舒适可控，给驾驶员信心。

4.本发明应用于线控制动系统，可根据不同的驾驶需求，通过软件设置的方式方便快捷地切换不同的制动风格。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图。

附图2是本发明中主动式模拟器的放大剖视图。

附图3是本发明中主动式模拟器控制原理图。

附图4是本发明中主动式模拟器可输出踏板力-行程曲线图。

图示说明：1-固定支架，2-踏板臂，3-踏板，4-踏板角度传感器，5-推杆，6-第一活塞，7-第一活塞密封圈，8-第一弹簧，9-制动主缸，10-常开型制动主缸隔离电磁阀，11-备用制动回路，12-常闭型模拟器开闭电磁阀，13-电机电子控制单元，14-主动式模拟器，15-模拟器主缸，16-第二弹簧，17-主缸轨道，18-滚珠，19-滚珠槽，20-双向推力轴承，21-从动轮，22-进出油口，23-第二活塞，24-第二活塞密封圈，25-丝杠，26-电机，27-丝杠螺母，28-驱动轮，A1-两段式弹簧模拟器踏板力-行程曲线，C1-本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例1，C2-本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例2，C3-本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例3。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1、2所示，一种线控制动主动式踏板模拟器，包括踏板机构、制动主缸9、主动式模拟器14和电机电子控制单元13，踏板机构上电连接有踏板角度传感器4，踏板角度传感器与电机电子控制单元电连接，踏板角度传感器能够实时监测踏板机构的状态并把信号传递给电机电子控制单元，制动主缸内从左向右依次设置有第一活塞6和第一弹簧8，第一弹簧的一端抵在第一活塞的右端面上，第一弹簧的另一端抵在制动主缸内壁上，踏板机构包括固定支架1、踏板3和踏板臂2，踏板固定在踏板臂下端，踏板臂上端与固定支架通过销轴转动连接，踏板机构通过推杆5与第一活塞的左端面连接，推杆与踏板臂铰接，当驾驶员踩下踏板时，踏板与踏板臂同时转动并带动推杆移动，在未进行制动时，第一活塞和第一弹簧均处于初始位置，在进行制动时，踏板机构带动推杆移动使得第一活塞在制动主缸内往压缩第一弹簧方向移动，主动式模拟器包括模拟器主缸15、设置在模拟器主缸内的第二活塞23、设置在模拟器主缸内的丝杠25、设置在模拟器主缸侧壁上的电机26、驱动轮28和与驱动轮相配合的从动轮21，电机与电机电子控制单元电连接，电机电子控制单元接受来自踏板角度传感器的信号并进行换算后对电机进行控制，电机的输出轴与驱动轮的中心处连接，电机的输出轴转动能带动驱动轮稳定转动，丝杠与从动轮之间通过双向推力轴承20连接，驱动轮转动带动与驱动轮相配合的从动轮同时转动，从动轮转动能通过双向推力轴承带动丝杠转动，丝杠旋转时所承受的轴向载荷由双向推力轴承承载，并由双向推力轴承减小其旋转摩擦力，丝杠上设置有与丝杠相配合的丝杠螺母27，模拟器主缸内与丝杠相对应的两侧内壁上设置有主缸轨道17，丝杠螺母与主缸轨道相对应的两侧外壁上设置有滚珠槽19，滚珠槽内设置有滚珠18，滚珠的一侧抵在滚珠槽的侧壁上，滚珠的另一侧抵在主缸轨道侧壁上，丝杠螺母螺纹连接在丝杠上，当丝杠随着从动轮转动时，丝杠螺母由于被滚珠其限制旋转自由度，丝杠螺母只能沿丝杠轴向方向移动，并带动滚珠在主缸轨道内移动，滚珠起到了支撑作用，丝杠上套装有第二弹簧16，第二弹簧的一端抵在丝杠螺母上，第二弹簧的另一端抵在第二活塞上，模拟器主缸位于第二活塞一侧的壁上设置有进出油口22，制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路与进出油口连接，第一活塞上设置有与制动主缸内壁紧贴的第一活塞密封圈7，第二活塞上设置有与模拟器主缸内壁紧贴的第二活塞密封圈24，使得制动油液不易通过活塞与缸体内壁的间隙处渗漏，增加了设备的使用寿命，同时也提高了设备使用时的安全性，常规制动时，踏板机构带动推杆推动第一活塞在制动主缸内移动，第一活塞压缩第一弹簧的同时将制动油液通过油路从进出油口处进入模拟器主缸内，制动油液推动第二活塞往压缩第二弹簧方向移动，此时踏板感觉仅由第一弹簧产生，电机电子控制单元接收踏板角度传感器传递的信号并控制电机转动，电机通过驱动轮带动从动轮转过一定的角度，同时从动轮带动与之连接的丝杠旋转相同的角度，丝杠螺母沿丝杠轴向方向移动，输出第二弹簧预紧量位移，此时踏板感觉由第一弹簧与第二弹簧共同产生；制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路连接有备用制动回路11，主动式模拟器与制动主缸之间的油路上设置有常闭型模拟器开闭电磁阀12，备用制动回路与制动主缸之间的油路上设置有常开型制动主缸隔离电磁阀10，常规制动时，常闭型模拟器开闭电磁阀通电处于打开状态，常开型制动主缸隔离电磁阀通电处于关闭状态，备用制动回路不起作用；当主动式模拟器发生故障时，常闭型模拟器开闭电磁阀断电关闭，主动式模拟器停止工作，常开型制动主缸隔离电磁阀断电打开，由备用制动回路提供车辆制动力。

本发明中主动式模拟器控制原理图如图3所示，本发明可以通过电机电子控制单元软硬件灵活设置非线性踏板力-行程曲线，只需将目标踏板力-行程曲线数据存储于电子控制单元软件策略中，可利用同一套本发明中主动式模拟器输出不同风格踏板力-行程曲线，常规制动中，电机电子控制单元通过踏板角度传感器实时信号得到当前踏板行程，并根据存储于电子控制单元中的踏板角度-踏板力目标关系换算出当前模拟器弹簧目标预紧量，通过与模拟器当前弹簧预紧量值进行比较，并考虑系统空行程、其他弹簧力、摩擦力和当前温度进行补偿修正，输出最终模拟器弹簧目标预紧量，电机电子控制单元将其进行电机转角换算，快速准确地由电机输出目标转角，并通过电机减速机构、丝杠螺母副形成实际弹簧预紧量，完成对目标踏板力-行程曲线的跟随。

本发明主动式模拟器理论上可以在一定范围内实现踏板力-行程任意函数关系的曲线输出，如图4所示，平行四边形左右边界分别为本发明主动式踏板模拟器弹簧最小及最大预紧量时的踏板力-行程曲线，而平行四边形的上边界线为踏板最大行程限值。根据目标踏板力-行程曲线的要求，可以在平行四边形区域内输出要求的踏板力-行程曲线。图4中，A1为两段式弹簧踏板模拟器踏板力-行程曲线，本发明主动式踏板模拟器可由电机根据踏板行程实时调整弹簧预紧量，可以输出与目标踏板-行程曲线非常贴近的本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例1C1；同时，在平行四边形区域内，还可以输出诸如本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例2C2、本发明模拟器可输出踏板力-行程曲线例3C3等不同风格的非线性踏板力-行程曲线。

一种上述线控制动主动式踏板模拟器的控制方法，按以下步骤进行：

1）、一共有3种工作状态：

（1）空闲状态；

（2）常规制动状态；

（3）备用制动状态；

2）、电机电子控制单元通过判断踏板角度传感器实时信号来判断系统处于何种工作状态；

3）、根据工作状态决定电机的动作：

a）、若处于空闲状态，即未进行制动时，第一活塞和第二活塞均处于初始位置，电机不动；

b）、若处于常规制动状态，电机电子控制单元根据踏板角度传感器传递的信号来控制电机转动；

c）、若处于备用制动状态，即线控制动主动式踏板模拟器发生故障时，常闭型模拟器开闭电磁阀断电关闭，主动式模拟器停止工作，常开型制动主缸隔离电磁阀断电打开，由备用制动回路提供车辆制动力。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种线控制动主动式踏板模拟器，其特征在于，包括踏板机构、制动主缸、主动式模拟器和电机电子控制单元，所述的踏板机构上电连接有踏板角度传感器，所述的踏板角度传感器与电机电子控制单元电连接，所述的制动主缸内从左向右依次设置有第一活塞和第一弹簧，所述的第一弹簧的一端抵在第一活塞的右端面上，所述的第一弹簧的另一端抵在制动主缸内壁上，所述的踏板机构通过推杆与第一活塞的左端面连接，所述的主动式模拟器包括模拟器主缸、设置在模拟器主缸内的第二活塞、设置在模拟器主缸内的丝杠、设置在模拟器主缸侧壁上的电机、驱动轮和与驱动轮相配合的从动轮，所述的电机与电机电子控制单元电连接，所述的电机的输出轴与驱动轮的中心处连接，所述的丝杠与从动轮之间通过双向推力轴承连接，所述的丝杠上设置有与丝杠相配合的丝杠螺母，所述的模拟器主缸内与丝杠相对应的两侧内壁上设置有主缸轨道，所述的丝杠螺母与主缸轨道相对应的两侧外壁上设置有滚珠槽，所述的滚珠槽内设置有滚珠，所述的滚珠的一侧抵在滚珠槽的侧壁上，所述的滚珠的另一侧抵在主缸轨道侧壁上，所述的丝杠上套装有第二弹簧，所述的第二弹簧的一端抵在丝杠螺母上，所述的第二弹簧的另一端抵在第二活塞上，所述的模拟器主缸位于第二活塞一侧的壁上设置有进出油口，所述的制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路与进出油口连接。

2.根据权利要求1所述的一种线控制动主动式踏板模拟器，其特征在于，所述的踏板机构包括固定支架、踏板和踏板臂，所述的踏板固定在踏板臂下端，所述的踏板臂上端与固定支架转动连接，所述的推杆与踏板臂铰接。

3.根据权利要求1所述的一种线控制动主动式踏板模拟器，其特征在于，所述的制动主缸位于第一弹簧一侧的壁上通过油路连接有备用制动回路。

4.根据权利要求3所述的一种线控制动主动式踏板模拟器，其特征在于，所述的主动式模拟器与制动主缸之间的油路上设置有常闭型模拟器开闭电磁阀，所述的备用制动回路与制动主缸之间的油路上设置有常开型制动主缸隔离电磁阀。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种线控制动主动式踏板模拟器，其特征在于，所述的第一活塞上设置有与制动主缸内壁紧贴的第一活塞密封圈，所述的第二活塞上设置有与模拟器主缸内壁紧贴的第二活塞密封圈。

6.如权利要求1至5所述的一种线控制动主动式踏板模拟器的控制方法，其特征在于，按以下步骤进行：

1）、一共有3种工作状态：

（1）空闲状态；

（2）常规制动状态；

（3）备用制动状态；

2）、电机电子控制单元通过判断踏板角度传感器实时信号来判断系统处于何种工作状态；

3）、根据工作状态决定电机的动作：

a）、若处于空闲状态，即未进行制动时，第一活塞和第二活塞均处于初始位置，电机不动；

b）、若处于常规制动状态，电机电子控制单元根据踏板角度传感器传递的信号来控制电机转动；

c）、若处于备用制动状态，即线控制动主动式踏板模拟器发生故障时，常闭型模拟器开闭电磁阀断电关闭，主动式模拟器停止工作，常开型制动主缸隔离电磁阀断电打开，由备用制动回路提供车辆制动力。