CN110418740B - 用于机动车辆的踏板仿真器 - Google Patents

Abstract

提供了一种踏板仿真器（20、100）。踏板仿真器包括联接到包含在壳体（22、104）内的阻尼器（46、D1）的仿真器活塞（28、102）。阻尼器被由下弹簧座（114）承载的第一（34、S1）和第二（38、S2）弹簧环绕，下弹簧座被第三弹簧（S3）（例如波形弹簧）向上偏压。第一和第二弹簧以及第三弹簧协作以提供反作用力，该反作用力被定制成踏板的期望感觉。第一和第二传感器响应于仿真器活塞的向下压缩而测量行程（72、74）和力，并且阻尼器在仿真器活塞的返回行程时提供滞后。一种方法，包括：提供包括仿真器活塞（102）的制动踏板仿真器（100），仿真器活塞（102）操作地联接到制动踏板，其中，制动踏板仿真器（100）适于在仿真器活塞（102）的行程的第一部分期间提供第一力响应以及在仿真器活塞（102）的行程的第二部分期间提供第二力响应；使用制动踏板仿真器（100）检测制动踏板的一系列致动，以用于转换成选择的驾驶员输入命令；以及，使用触感致动器提供振动反馈到制动踏板，振动反馈响应于驾驶员输入命令的选择。

Description

用于机动车辆的踏板仿真器

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月1日提交的德国专利申请10 2017 104 278.4和2017年11月16日提交的美国临时专利申请号62/587,067的权益，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的踏板仿真器，并且尤其涉及用于提供反作用力到线控制动系统和包括加速器踏板和离合器踏板的其它应用的踏板的踏板仿真器。

背景技术

机动车辆能够包括线控制动系统，其中，在制动踏板处电子地确定制动要求。线控制动系统提供了许多优于常规制动系统的优点，包括重量优点和车辆封装（packaging）空间的减少，以及能够容易集成到防抱死制动系统和再生制动系统中。

一些线控制动系统提供不同于在常规制动系统中感受到的制动踏板感觉的制动踏板感觉。例如，常规制动系统提供反作用力，除了其它因素之外，由于在制动主缸中的非线性反力，该反作用力通常随着制动踏板被压低而变化。

相应地，制动踏板仿真器已经被开发用于线控制动系统，以模拟期望的反作用力和复制常规制动系统的感觉。现有的制动踏板仿真器通常包括弹簧活塞和/或液压活塞，其逐渐地对抗制动踏板的压低。尽管现有的制动踏板仿真器有优点，但是仍然继续需要用于制动踏板、加速器踏板和离合器踏板的改善的踏板仿真器。尤其，仍然继续需要改善的踏板仿真器，其响应于踏板的压低而提供期望的反作用力和滞后（hysteresis），可选地具有在质量和封装方面超过现有系统的效率。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了用于机动车辆的踏板仿真器。踏板仿真器包括用于将踏板仿真器安装到搁脚空间的外壳体、用于将踏板仿真器安装到踏板的控制杆以及在其间的并联线路，并联线路包括第一弹簧与第二弹簧串联作为第一串联线路，并联线路还包括与第一串联线路并联连接的阻尼器并且包括滞后产生系统。踏板仿真器可适于与机动车辆的不同类型的踏板一起使用，而不改变其基本结构。例如，能够使用当前实施例的踏板仿真器根据其相应的复杂性模拟常规制动踏板、加速器踏板和离合器踏板的非常不同的触感反馈。使用踏板仿真器的阻尼器，实现了模拟触感反馈的速度依赖性，因为阻尼器根据配备有当前实施例的踏板仿真器的踏板的致动速度动作。

在一个实施例中，并联线路包括至少两个弹簧的第二串联线路。以这种方式，进一步改善了踏板仿真器的调节和复杂的触感反馈的模仿。此外，通过第一串联线路和第二串联线路的并联连接，产生了冗余，这例如在串联线路中的一个的故障中确保配备有踏板仿真器的踏板在没有被使用者致动的情况中沿着静止位置的方向运动。

第一串联线路和第二串联线路的弹簧包括可在宽的合适限制内自由选择的类型、弹簧常数、尺寸、材料和布置。在踏板仿真器的静止位置中，第一串联线路和第二串联线路的弹簧方便地偏压控制杆远离外壳体的基体。作为结果，以结构简单的方式有效地防止了根据实施例的踏板仿真器的操作中的任何非期望的滑脱。

另外，第一串联线路和第二串联线路的弹簧至少部分地具有线性弹簧特性和/或渐进（progressive）弹簧特性。具有前述弹簧特性的弹簧尤其非常适合于模拟机动车辆的常规踏板的复杂的触感反馈。每一个弹簧被设置在两个相互对应的支承部件之间，并且布置成具有有限的行程量。两个支承部件形成为两个活塞或形成为活塞和壳体部件。支承部件在本文中也称为“弹簧座”，其承载弹簧的端部。

本实施例能够提供布置在相互对应的支承部件之间的具有渐进弹簧特性的弹簧。以这种方式，从控制杆（相对于外壳体的基体）的行程的一部分到控制杆的行程的随后部分的过渡能够变得更均匀。

在合适的限制内，可根据类型、材料、尺寸和布置自由选择滞后产生系统。在当前实施例中，滞后产生系统是摩擦系统。摩擦系统包括具有在彼此上滑动的相互对应的摩擦表面的至少两个摩擦配合件（partner）。摩擦滞后例如在控制杆的减慢的返回中显现。摩擦系统在结构上易于实施，并且可针对个别情况的具体要求容易地调节。

在当前实施例中，摩擦系统被第一串联线路、第二串联线路或第一和第二串联线路偏压，使得相互对应的摩擦表面彼此压靠。这确保摩擦系统的摩擦配合件在踏板仿真器的每一个位置中产生限定的预定摩擦。此外，相互对应的摩擦表面平行于第一串联线路和/或第二串联线路的弹簧力的方向布置，其中，弹簧力径向向外偏转90°。以这种方式，根据当前实施例的踏板仿真器的紧凑构造变得可能。

根据一个实施例的踏板仿真器包括至少一个位移传感器，以用于检测在外壳体和控制杆之间的相对运动。作为结果，踏板仿真器同时设计为位移传感器，以用于检测配备有控制杆的踏板的踏板行程。能够因此节约用于传感器系统的附加零件以及因此附加的安装空间。

根据一个实施例的踏板仿真器包括至少一个力传感器，以检测应用到控制杆的力。以这种方式，踏板仿真器同时是力传感器，以用于检测施加在配备有该实施例的踏板仿真器的踏板上的力。因此，进一步节约零件和空间是可行的。

在合适的限制内，可根据类型、尺寸、材料和布置自由选择位移传感器和/或力传感器。有利地，力传感器具有至少一个传感器弹簧，其中，传感器弹簧与并联线路串联布置。作为结果，创建了根据本发明的实施例的踏板仿真器的附加调节，以便模仿每一个不同的复杂的触感反馈。

根据本发明的另一实施例，提供了用于线控制动系统的制动踏板仿真器。制动踏板仿真器包括联接到内部阻尼器的仿真器活塞。内部阻尼器被由下弹簧座承载的第一和第二弹簧环绕，下弹簧座被例如波形弹簧的第三弹簧向上偏压。第一、第二和第三弹簧协作以提供反作用力到仿真器活塞。反作用力包括多个阶段，其允许定制成制动踏板的期望感觉。另外的实施例能够可选地包括第四弹簧，例如，弹性缓冲器。内部阻尼器在仿真器活塞的返回行程期间提供期望的弹性滞后，并且贯穿仿真器活塞的运动的整个范围，第一和第二非接触传感器测量位置和力。

在另一实施例中，提供了用于提供振动反馈到制动踏板的方法。振动反馈能够涉与车辆操作状态相关。例如，触感致动器能够响应于马达（例如，电动马达）的启动而提供振动反馈。在一些实施例中，触感致动器被包含到制动踏板仿真器中，而在其它实施例中，触感致动器在制动踏板仿真器外部。此外，与期望的制动要求分离和除了期望的制动要求，制动踏板仿真器能够用于接收来自驾驶员的信息。例如，在车辆非操作状态期间，制动踏板的多个致动能够被转换成发动机/马达起动命令，或者传动装置换挡命令。能够用制动踏板的触感振动确认这些命令的确收（acknowledgement）。

当根据附图和所附权利要求考虑时，由当前实施例的以下描述，本发明的这些和其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1是根据第一实施例的踏板仿真器的分解视图。

图2是处于静止位置中的图1的踏板仿真器的横截面。

图3是处于第一致动位置中的图1的踏板仿真器的横截面。

图4是处于第二致动位置中的图1的踏板仿真器的横截面。

图5是处于第三致动位置中的图1的踏板仿真器的横截面。

图6是图1的实施例的力-位移示意图。

图7是根据第二实施例的踏板仿真器的横截面。

图8是根据第三实施例的踏板仿真器的横截面。

图9是对应于图8的实施例的力-位移示意图。

图10是对应于踏板仿真器的第四实施例的力-位移示意图。

图11是根据第五实施例的踏板仿真器的立体图。

图12是图11的踏板仿真器的横截面。

图13包括在没有压缩力的情况下的弹簧示意图和行程-力曲线。

图14包括描绘了到第一拐点的行程的弹簧视意图和行程-力曲线。

图15包括描绘了从第一拐点到第二拐点的行程的弹簧视意图和行程-力曲线。

图16包括描绘了从第二拐点到端部位置的行程的弹簧示意图和行程-力曲线。

具体实施方式

参考图1-图5，根据一个实施例的踏板仿真器被图示并且大体上标示为20。踏板仿真器20包括用于将踏板仿真器20安装到搁脚空间面板的外壳体22，并且包括具有球头（ball head）26的控制杆24，以用于将踏板仿真器20安装到踏板。控制杆24被附接至第一活塞28。第一活塞28与起着摩擦元件的作用的第一支承部件30接合。在第一支承部件30和用作支承构件的第二活塞32之间设置第一弹簧34，并且在第一支承部件30和第三活塞36之间设置第二弹簧38。第一弹簧34和第二弹簧38并联布置。

在第二活塞32和内壳体40的封闭端部之间设置第三弹簧42，并且在第三活塞36和内壳体40的封闭端部之间设置第四弹簧44。弹簧34、38、42、44形成为螺旋弹簧。踏板仿真器20还包括阻尼器46，其连接到控制杆24和内壳体40。如在图2中示出的，内壳体40被嵌套在外壳体22内。外壳体22和内壳体40两者都是杯形的。用覆盖物48密封外壳体22和内壳体40的组件。覆盖物48具有杆24突出通过其的开口50。在用作支承构件的内壳体40的底部52和第四活塞54之间是用作踏板仿真器20的第五弹簧的碟形弹簧（cup spring）56。在第四活塞54和外壳体22的底部58之间是用作踏板仿真器20的第六弹簧的板簧60。弹簧34、38、42、44、56、60中的每一个具有线性弹簧特性。第七弹簧62包括设置在第一活塞28和阻尼器46之间具有渐进弹簧特性的橡胶部件。

摩擦元件30的表面64建立与内壳体40的内环形侧表面66的摩擦接触，以起着滞后产生系统的作用。滞后产生系统在当前实施例中产生摩擦滞后。该系统包括两个摩擦配合件，即，摩擦元件30和内壳体40，其中，内壳体40的内环形侧表面66和摩擦元件30的外环形侧表面64在彼此上滑动。

如在图2中示出的，弹簧34和42以及弹簧38和44中的每一个串联连接，其中，第一串联线路包括弹簧34和42，并且第二串联线路包括弹簧38和44。第一和第二串联线路与彼此，以及与阻尼器46以及与基于摩擦的滞后产生系统一起形成并联线路。弹簧56和60两者都串联连接到彼此以及到前述的并联线路。

借助于本实施例的基于摩擦的滞后产生系统，存在通过踏板仿真器20实现的模拟触感反馈对控制杆24运动速度的依赖性。而且，因为如在图1-图5中描绘的在踏板仿真器20中使用弹簧的两个串联线路，所以创建了有利的功能冗余，从而确保例如在弹簧的两个串联线路中的一个中的故障期间踏板将仍然依旧沿着静止位置的方向运动，这在图2中示出。

更具体地说，借助于弹簧34、38、42、44、56、60，控制杆24被偏压在图2中示出的静止位置中。为了产生在摩擦系统的摩擦表面64、66之间发生摩擦相互作用所要求的力，第一活塞28和摩擦元件30具有相互对应的斜面68、70，使得总弹簧力至少部分地偏转约90°。如在图2中示出的，第一活塞28包括倾斜斜面68，其具有以如从踏板仿真器20的纵向轴线测量的大约45°向外张开的表面。类似地，摩擦元件30包括倾斜斜面70，其具有以如从踏板仿真器20的纵向轴线测量的大约45°向外张开的表面。因此，斜面68、70在大约45°的倾斜界面处会合。弹簧线路推动摩擦元件30紧靠倾斜界面，这导致摩擦元件30的摩擦表面64被径向向外偏压紧靠内壳体40的摩擦表面66。在静止位置中，摩擦表面64、66彼此压靠并且彼此摩擦接合。

为了检测控制杆24相对于外壳体22的相对位移，踏板仿真器20包括位移传感器，其采用感应传感器的形式。位移传感器包括与电路板74组合的光标72以及励磁和传感器线圈（未示出）。光标72在第一活塞28上，并且电路板74设置在外壳体22上。踏板仿真器20还包括霍耳效应传感器，其包括设置在内壳体40上的磁体76和具有电路（未示出）的电路板74。霍耳效应传感器也是位移传感器并且检测在内壳体40和外壳体22之间的相对运动并且从其确定从控制杆24传递到基体部件58的力。为了便于更好地分辨借助于霍耳效应传感器确定的力，与第六弹簧60相比，第五弹簧56具有更小的弹簧常数，并且因此具有更柔软的弹簧特性。相应地，响应于相同的力，相对于第六弹簧60的行程，第五弹簧56的弹簧行程更大。第五弹簧56的位移被内壳体40和第四活塞54限制，并且第六弹簧60的位移被第四活塞54和外壳体22的外基体部件58限制。

在以下段落中，参考图2-图6更详细地解释根据第一实施例的踏板仿真器20。

图2示出了处于其静止位置中的踏板仿真器20；静止位置即，其中踏板仿真器20机械地连接到搁脚空间和制动踏板但是使用者（驾驶员）没有已经压低（致动）制动踏板的位置。由于控制杆24相对于踏板仿真器20的基体部件58的偏压，使用者必须首先克服初始偏压力A以致动制动踏板。对应于控制杆24的位移的该初始力在图6中被描绘为标记“V”的区段。图6在X轴上示出了控制杆24相对于基体部件58的相对位移，并且实现给定位移所必需的操作力在Y轴上示出。通过感应位移传感器测量踏板位移，并且通过霍耳效应力传感器测量致动力。图6附加地示出了对应于控制杆24致动（上曲线）和控制杆24从致动位置返回到静止位置（下曲线）两者的力-位移分布。在下文中，仅参考图6的上曲线，并且因此参考与使用者对控制杆24的致动相关联的力。

如果，在克服偏压力之后，使用者继续在制动踏板上施加更大的力，则控制杆24将继续沿着基体部件58的方向运动。在控制杆24的位移中的该点处，基本上仅第一弹簧34和第二弹簧38正在被压缩。“基本上”是因为其它弹簧42、44、56、60也被压缩到一定程度，这也是在下文中描述的过程的情况。通过继续压缩第一弹簧34和第二弹簧38，第一活塞28接近第二活塞32，并且摩擦元件30相对于内壳体40运动，从而导致在两个摩擦配合件64、66之间的摩擦。对应于第一弹簧34和第二弹簧38的压缩的力和位移对应于在图6中的“A”。如在图3中示出的，当摩擦元件30接触第二活塞32时，第一弹簧34的压缩终止。作为在下文中描述的替代方案，第一活塞28能够设计为用作用于第一弹簧34和第二弹簧38的支承部件，而不是摩擦元件30。

如果使用者继续致动制动踏板，则控制杆24将继续沿着基体部件58的方向位移，基本上压缩第二弹簧38和第三弹簧42。参见在图6中的对应区段“B”。如在图4中示出的，当第二活塞32接触第三活塞36时，第二弹簧38的压缩完成。在进一步致动制动踏板，因此在沿着基体部件58的方向进一步位移控制杆24时，第三弹簧42和第四弹簧44基本上被压缩。参见在图6中的对应区段“C”。如在图5中示出的，当第三活塞36被内壳体40防止沿着基体部件58的方向进一步运动时，第三弹簧42和第四弹簧44的压缩终止。

在控制杆24沿着基体部件58的方向的上文中描述的位移期间，对应于在图6中的区段“V”、“A”、“B”和“C”，包括摩擦元件30和内壳体40的摩擦对的摩擦表面64、66彼此接合。此外，抵抗通过阻尼器46施加的力而发生控制杆24的前述位移。而且，一旦已经通过图6的区段“C”，由于在弹簧行程上强加的上文中描述的限制，弹簧34、38、42、44不被进一步压缩，并且阻尼器46的阻尼路径被大致横穿。然而，对应于在图6中的区段“D”的制动踏板的进一步位移通过包括设置在阻尼器46和第一活塞28之间的橡胶部件（见图5）的第七弹簧62的压缩变得可能。在图6中不考虑传感器弹簧54、56的弹簧行程，因为传感器弹簧54、56的弹簧行程为大约2 mm，其与总计大约80 mm的控制杆24的总行程相比可忽略。

现在参考图7，根据第二实施例的制动踏板仿真器被图示并且大体上标示为80。制动踏板仿真器80在功能上和结构上与图1-图5的制动踏板仿真器20类似，除了摩擦元件30定位在内壳体40的底部处。

更具体地说，制动踏板仿真器80的滞后产生系统包括起着支承构件的作用的并且邻近内壳体40的底部52设置的摩擦元件30。与第一实施例的摩擦系统相比，根据该实施例的摩擦系统具有更大的有效摩擦表面的优点。这是因为第一活塞28的摩擦表面82与摩擦元件30的摩擦表面64摩擦地接合。该摩擦接合进一步与第一活塞28的摩擦表面82（活塞82的外环形表面）摩擦地接合内壳体40的摩擦表面66（内壳体40的内部的表面）的摩擦接合协作地发生。为了产生单独摩擦表面彼此摩擦接合所要求的法向力，摩擦元件30和内壳体40的底部52具有相互对应的倾斜表面84、86。在制动踏板仿真器80的本实施例中，第一活塞28起着第一支承部件的作用。

现在参考图8，根据第三实施例的制动踏板仿真器被图示并且大体上标示为90。制动踏板仿真器90在功能上和结构上与图7的制动踏板仿真器类似，除了在第一活塞28和第二活塞32的接触表面之间设置的是第八弹簧92，该第八弹簧92采取具有渐进弹簧特性的橡胶部件的形式。如能够从图8看到的，该弹簧92具有如下效果，即，在相似于图6的表示中的从部分“A”到部分“B”的过渡变得更温和。相比于表示缺少第八弹簧92的制动踏板仿真器的控制杆44的力-位移曲线的实线，在图9中的虚线94图示了第八弹簧92对制动踏板仿真器90的控制杆44的力-位移曲线的影响。相似地，通过在单独活塞32、36，摩擦元件30和内壳体40之间的相应的接触表面之间的对应附加弹簧，在图6中示出的在“V”和“A”、“B”和“C”以及“C”和“D”之间的其它过渡变得更温和。

在本文中仅仅参考在图10中示出的示例性力-位移曲线描述踏板仿真器的第四示例性实施例，因为其很大程度上对应于图1-图6的实施例。与图6和图9的情况一样，在X轴上绘制控制杆44相对于基体部件58的相对位移，并且在Y轴上绘制对应于每一个位移位置的致动力。根据第四实施例的踏板仿真器与第二实施例的不同之处在于，第四实施例不具有第七弹簧62。因此在图10中找不到图7的区段“D”，其基本上基于根据第一实施例的踏板仿真器的第七弹簧62的动作。如在上文中相对于图6提到的，在图10中不考虑传感器弹簧54、56的弹簧行程，因为传感器弹簧54、56的弹簧行程为仅大约2 mm，其与总计大约80 mm的控制杆24的总行程相比可忽略。类似地，踏板仿真器80、90的第二和第三实施例能够被修改，以便不包括第七弹簧62。

参考图11-图16，根据第五实施例的制动踏板仿真器被图示并且大体上标示为100。制动踏板仿真器100包括具有仿真器活塞102的主体，该仿真器活塞102延伸通过在仿真器壳体104中的开口。仿真器壳体104包括两个半部106、108，其被固定在一起以限定内腔室。在其它实施例中，仿真器壳体104包括一体构造。输入杆110固定地附接至仿真器活塞102，使得输入杆100的向下行程——通常响应于制动踏板的压低——导致到内腔室中的仿真器活塞102的向下行程。如大体上在下文中陈述的，仿真器活塞102的向下行程通过一个或多个传感器测量，并且通过反作用力对抗。

现在参考图12，制动踏板仿真器10包括阻尼器D1、第一弹簧S1、第二弹簧S2、第三弹簧S3、第四弹簧S4、中间弹簧座112和下弹簧座114。阻尼器D1包括可相对于阻尼器主体118运动的阻尼器轴116。阻尼器主体118固定地附接至下弹簧座114并且在输入杆110的返回行程期间提供滞后。第一弹簧S1在图示的实施例中是螺旋弹簧，但是在其它实施例中能够是波形弹簧。螺旋弹簧或波形弹簧能够是线性或者渐进的，并且可选地是双刚度（dual-rate）螺旋弹簧，并且进一步可选地是渐进螺旋弹簧。类似地，第二弹簧S2在图示的实施例中是螺旋弹簧，但是能够是波形弹簧。第一和第二螺旋弹簧S1、S2绕阻尼器D1同心布置，并且抵靠下弹簧座114。第四弹簧S4在图示的实施例中是弹性体缓冲器，但是在其它实施例中能够是螺旋弹簧或波形弹簧。依赖于如在下文中讨论的行程量，第四弹簧S4为仿真器活塞102、中间弹簧座112，和下弹簧座114，以及因此输入杆110提供进一步的反作用力。

再次参考图12，第一螺旋弹簧S1被承载在仿真器活塞102的环形通道120和下弹簧座114的内环形通道122之间。类似地，第二螺旋弹簧S2被承载在中间弹簧座112的环形通道121和下弹簧座114的外环形通道124之间。仿真器活塞102还包括适于抵靠中间弹簧座112的环形凸缘126。仿真器活塞102的向下行程导致环形凸缘126接合中间弹簧座112，这导致第二弹簧S2为制动踏板仿真器100的反作用力作出贡献，如在下文中更详细地陈述的。

如上文中所述，制动踏板仿真器100包括一个或多个传感器以测量仿真器活塞102的位置，并且因此测量制动踏板行程。制动踏板仿真器100电连接到外部电压源，并且在当前实施例中接地，而在其它实施例中，制动踏板仿真器100被包含在仿真器壳体104内的电源供电。在当前实施例中，制动踏板仿真器100包括非接触感应位置传感器，例如，HellaGmbH&Co.KGaA的CIPOS®。非接触感应位置传感器包括设置在包含在仿真器壳体104内的PCB 128上的励磁线圈并且包括附着到仿真器活塞102并且尤其是环形凸缘126的光标目标。非接触感应位置传感器提供输出，例如，模拟输出、脉冲宽度调制输出、或SENT协议输出，其是基于光标目标相对于励磁线圈的位置。该输出被提供到线控制动电子控制单元（ECU），以用于转换成制动要求。制动踏板仿真器100附加地包括附着到下弹簧座114的非接触力传感器，例如，霍耳效应传感器。下弹簧座114相对于PCB 128的运动被霍耳效应传感器检测，并且转换成用于输出到线控制动ECU的力值。在该方面中，制动踏板仿真器100提供用于线控制动ECU的位移和力输出，以用于转换成制动要求。虽然在当前实施例中描述了两个传感器，但是根据期望在其它实施例中能够实施更多或者更少的传感器。

当在制动事件期间通过制动踏板致动时，制动踏板仿真器100提供反作用力。反作用力相对于输入杆110的行程变化，使得反作用力模仿常规制动踏板的反作用力。尤其，根据当前实施例的反作用力表现出两个拐点，使得贯穿仿真器活塞102的整个压缩，反作用力的改变率（rate）是非线性的，随后是阻尼器滞后以减慢仿真器活塞102的返回。该反作用力通常包括三阶段：第一力响应、第二力响应和第三力响应。如在本文中所使用的，术语“力响应”意味着贯穿给定的行程量应用到仿真器活塞102的累积的反作用力，其也是应用到仿真器活塞102以实现该行程量的功。通过第一弹簧S1与阻尼器D1并联并且两者与第三弹簧S3串联而提供第一阶段力响应。通过第一弹簧S1与第二弹簧S2并联与阻尼器D1并联并且这三者与第三弹簧S3串联而提供第二阶段力响应。通过第一弹簧S1与第二弹簧S2并联与阻尼器D1并联并且这三者与并联的第三弹簧S3和第四弹簧S4串联而提供第三阶段力响应。

下文中结合图13至图16讨论每一阶段，在图13至图16中，描绘了力输入，力输入等于反作用力。还描绘了行程-力曲线，其中，针对力输入（或反作用力）绘制仿真器活塞102的向下行程。尤其，图13图示了静止的状态，其中，没有力输入被应用到输入杆110，并且因此不提供反作用力。图14图示了第一阶段力响应曲线，图15图示了第二阶段力响应曲线，并且图16图示了第三阶段反作用力曲线，每一个响应于在输入杆110上的逐渐增加的力输入。此外，距离x1是将仿真器活塞102的环形凸缘126和中间弹簧座112分开的距离，距离x2是将中间弹簧座112与下弹簧座114分开的距离，以及距离x3是将下弹簧座114与弹性体缓冲器S4分开的距离。

现在参考图13，没有应用力输入，并且制动踏板仿真器100处于静止的状态。仿真器活塞102通过第一弹簧S1与第三弹簧S3串联而被向上偏压，并且距离x1、x2、和x3中的每一个处于其最大值。

现在参考图14，力输入导致第一阶段反作用力。随着仿真器活塞102的向下行程，第一阶段反作用力增加。通过第一弹簧S1与波形弹簧S3串联而对抗该向下行程。此外，阻尼器D1在仿真器活塞102上贡献阻力，阻尼器D1与第一螺旋弹簧S1并联操作。一旦距离x1达到零（即，一旦仿真器活塞102接触中间弹簧座112），反作用力就达到第一拐点，在该点处第二螺旋弹簧S2被接合。第一阶段反作用力因此依赖于仿真器活塞102的位置，并且依赖于相应的弹簧S1和S3的弹簧常数以及阻尼器D1。

现在参考图15，继续的力输入导致第二阶段反作用力。随着仿真器活塞102的向下行程，第二阶段反作用力增加，但是以与第一阶段反作用力相比更快的力率（每单位行程的力）增加。通过第一弹簧S1与第二弹簧S2并联以及与第三弹簧S3串联而对抗该向下行程。此外，阻尼器D1再次在仿真器活塞102上贡献阻力，阻尼器D1与第一弹簧S1和第二弹簧S2并联操作。反作用力因此依赖于相应的弹簧S1、S2和S3的弹簧常数以及依赖于阻尼器D1。一旦距离x2达到零（即，一旦中间弹簧座112接触下弹簧座114）以及距离x3达到零（即，一旦下弹簧座114接触第四弹簧S4），反作用力就达到第二拐点，在该点处第四弹簧S4被接合。

现在参考图16，继续的力输入导致第三阶段反作用力。在该第三阶段期间，继续的力输入仅导致仿真器活塞102的微小的向下行程。第一弹簧S1、第二弹簧S2和阻尼器D1处于其最大压缩，并且通过第三弹簧S3与第四弹簧S4并联而对抗向下行程。因此，最终的力/行程率是第三弹簧S3与第四弹簧S4并联的函数。

当力输入减少时，仿真器活塞102向上行进直到反作用力等于减少的力输入，在该点处，系统再次处于平衡中。如果力输入减少到零，例如如果驾驶员释放制动踏板，则仿真器活塞102向上行进直到反作用力为零，即，仿真器活塞102完全延伸到“处于静止”位置。在该返回期间，阻尼器D1响应于阻尼器轴116相对于阻尼器主体118的相对运动而提供滞后。阻尼器D1以紧凑的大小提供，以便满足一些实施例中的封装要求，同时还足够鲁棒以提供期望的滞后。

在使用中，仿真器壳体104被安装到车辆面板，例如，搁脚空间面板，并且输入杆110被安装到踏板臂。制动踏板垫联结到踏板臂，使得制动踏板垫的向下偏转导致（经由输入杆110）仿真器活塞102的对应向下偏转。仿真器活塞102的向下偏转以在上文中陈述的方式通过制动仿真器100测量并且通过线控制动ECU转换成制动要求。

在一些实施例中，触感致动器提供振动反馈到制动踏板垫。触感致动器能够被包含在制动踏板仿真器100中，或者能够在制动踏板仿真器100外部。例如，触感致动器能够安装到制动踏板臂，或者安装到制动踏板垫的下侧。触感信息被以一个或多个振动或脉冲的形式提供到驾驶员，触感信息与车辆操作状态相关。例如，触感致动器能够响应于电动马达的启动而在制动踏板臂或制动踏板垫上赋予第一振动或脉冲，以模拟内燃机的起动。进一步举例来说，触感致动器能够在制动踏板臂或制动踏板垫上赋予第二振动或脉冲（不同于第一振动或脉冲），以模拟车辆防抱死制动器的接合。

与车辆操作状态相关的触感信息的前述示例不是穷尽的，并且能够根据期望在其它实施例中提供更多的触感信息。此外，与期望的制动要求分开和除了期望的制动要求，制动踏板仿真器100能够用于接收来自驾驶员的信息。例如，在车辆非操作状态期间驾驶员对制动踏板垫的致动的第一数量能够被制动踏板仿真器100或者被线控制动ECU转换成发动机/马达起动命令。进一步举例来说，在车辆非操作状态期间驾驶员对制动踏板垫的致动的第二数量能够被制动踏板仿真器100或被线控制动ECU转换成传动装置换挡命令（例如，从驻车档换挡成空挡）。能够用踏板臂或制动踏板垫的触感振动确认这些命令的确收。例如，触感致动器能够响应于发动机/马达起动命令而提供第一系列脉冲以及能够响应于传动装置换挡命令而提供第二系列脉冲，第一系列脉冲不同于第二系列脉冲。而且举例来说，触感致动器能够响应于发动机/马达起动命令而提供第一振动以及能够响应于传动装置换挡命令而提供第二振动，第一振动不同于第二振动，例如，具有不同的频率、强度、持续时间或其组合。

如上文中所述，通过包含在仿真器壳体104内的电源为一个或多个传感器供电。电源能够附加地提供电功率到触感致动器。在当前实施例中，电源可再充电，可选地从车辆电系统汲取（draw）功率。进一步可选地，电源从再生电源（例如，用仿真器活塞102的每一次压缩产生电功率的再生电源）汲取功率。在其它实施例中，制动踏板仿真器100直接从车辆电系统汲取功率。

相应地，提供了用于使用踏板仿真器100操作车辆的方法。该方法包括提供包括仿真器活塞102的制动踏板仿真器100，仿真器活塞102操作地联接到制动踏板。制动踏板仿真器100适于在仿真器活塞的行程的第一部分期间提供第一力响应，在仿真器活塞的行程的第二部分期间提供第二力响应，以及在仿真器活塞的行程的第三部分期间提供第三力响应。方法还包括使用踏板仿真器100检测制动踏板的一系列致动以及检测车辆操作状态，例如，车辆发动机和/或马达关闭，车辆发动机和/或马达关闭以及车辆在驻车档中，或者车辆发动机和/或马达打开以及车辆在驻车档中。一系列致动能够包括制动踏板（或者其它踏板）迅速连续发生的多次致动。该方法然后包括将所检测到的一系列致动和车辆操作状态关联到驾驶员输入命令（例如，传动装置换挡命令、发动机起动命令或马达起动命令）中。该方法进一步可选地包括使用触感致动器提供振动反馈到制动踏板，振动反馈响应于在给定的车辆操作状态期间所检测到的仿真器活塞102的一系列致动，例如，当车辆在驻车档中时在预定时间段内的致动数量（例如，在五秒内三次致动）。振动反馈根据驾驶员输入命令变化。例如，振动反馈能够包括第一频率或强度以提供第一驾驶员输入命令的确认，以及第二频率或强度以提供第二驾驶员输入命令的确认。该方法还能够包括将来自仿真器活塞的致动的动能转换成电功率，存储到电池，以用于触感致动器和/或制动踏板仿真器100的操作。

为了重申，本实施例包括用于线控制动系统的改善的制动踏板仿真器100。制动踏板仿真器100包括被由下弹簧座114承载的第一和第二弹簧S1、S2环绕的阻尼器D1，下弹簧座114被第三弹簧S3和第四弹簧S4向上偏压。第一、第二、第三和第四弹簧S1、S2、S3、S4提供反作用力到仿真器活塞102，反作用力包括多个阶段。在仿真器活塞102的返回行程期间，内部阻尼器D1提供期望的滞后，并且贯穿仿真器活塞102的运动的整个范围，非接触传感器测量位置和力。制动踏板仿真器100可操作以检测制动踏板的位置，以用于转换成制动要求。还提供了触感反馈，并且制动踏板仿真器100包括车载（on-board）电源，使得制动踏板仿真器100能够在车辆正在操作之前接收驾驶员命令，例如，车辆起动。

上文中的描述是本发明的当前实施例的描述。在不脱离本发明的精神和更宽泛方面的情况下，能够进行各种改动和改变。本公开是为了说明的目的而呈现的，并且不应该解释为本发明的所有实施例的穷尽描述或者使权利要求的范围限制于结合这些实施例图示或描述的特定元件。以单数形式对元件的任何引用，例如使用冠词“一个”、“一”、“该”或“所述”，不应被解释为使元件限制于单数。

Claims (27)

1.一种用于机动车辆的踏板仿真器，包括：

外壳体（22），所述外壳体（22）用于将所述踏板仿真器安装到车辆结构；

控制杆（24），所述控制杆（24）用于将所述踏板仿真器安装到车辆踏板，其中，所述控制杆（24）相对于所述外壳体（22）能够运动；以及

在其间的并联线路，所述并联线路包括第一弹簧（34）与第二弹簧（42）串联作为第一串联线路，以对抗所述控制杆（24）进入所述外壳体（22）中的运动，所述第一弹簧（34）和所述第二弹簧（42）是螺旋弹簧，所述并联线路还包括与所述第一串联线路并联连接的阻尼器（46）以及滞后生成系统（30、40），

其中，所述并联线路包括至少两个弹簧（38、44）的第二串联线路，所述第二串联线路与所述第一串联线路、所述阻尼器（46）以及所述滞后生成系统（30、40）并联连接。

2.根据权利要求1所述的踏板仿真器，其中，所述第一串联线路的所述弹簧（34、42）以及所述第二串联线路的所述弹簧（38、44）将所述控制杆（24）偏压在所述踏板仿真器的静止位置中。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的踏板仿真器，其中，所述第一串联线路的所述弹簧（34、42）以及所述第二串联线路的所述弹簧（38、44）中的每一个至少部分地具有线性弹簧特性或渐进弹簧特性。

4.根据权利要求1至2中的任一项所述的踏板仿真器，其中，所述第一串联线路的每一个弹簧（34、42）以力传送方式布置在两个支承部件（30、36、52）之间，所述两个支承部件（30、36、52）彼此对应，并且所述两个支承部件（30、36、52）引导所述弹簧（32、42）的弹簧行程。

5.根据权利要求4所述的踏板仿真器，还包括具有渐进弹簧特性的附加弹簧（62），所述附加弹簧（62）被定位成接合所述阻尼器（46）。

6.根据权利要求1至2中的任一项所述的踏板仿真器，其中，所述滞后生成系统（30、40）是摩擦系统，所述摩擦系统具有至少两个摩擦接合的摩擦配合件（30、40），所述摩擦配合件（30、40）形成有相互对应的摩擦表面（64、66）。

7.根据权利要求6所述的踏板仿真器，其中，所述摩擦系统在所述踏板仿真器的所述静止位置中被预张紧，使得所述相互对应的摩擦表面（64、66）彼此压靠。

8.根据权利要求7所述的踏板仿真器，其中，所述摩擦配合件（30、40）的所述相互对应的摩擦表面（64、66）平行于第一串联连接的所述弹簧（34、42）的弹簧力的方向，并且其中，所述对应弹簧力被偏转90°以推动所述摩擦配合件（30、40）紧靠彼此。

9.根据权利要求1至2中的任一项所述的踏板仿真器，还包括位移传感器（72、74），以用于检测在所述外壳体（22）和所述控制杆（24）之间的相对运动。

10.根据权利要求1至2中的任一项所述的踏板仿真器，其中，所述踏板仿真器包括力传感器，以用于检测应用到所述控制杆（24）的力。

11.根据权利要求10所述的踏板仿真器，其中，所述力传感器包括与所述并联线路串联布置的第一和第二传感器弹簧（56、60）。

12.一种用于车辆制动系统的制动踏板仿真器，包括：

壳体（104），所述壳体（104）限定中心开口；

仿真器活塞（102），所述仿真器活塞（102）延伸通过所述中心开口；

阻尼器（D1），所述阻尼器（D1）操作地联接到所述仿真器活塞（102）；

第一弹簧（S1），所述第一弹簧（S1）围绕所述阻尼器（D1）同心设置；

第二弹簧（S2），所述第二弹簧（S2）围绕所述第一弹簧（S1）同心设置；

下弹簧座（114），所述下弹簧座（114）接收所述第一弹簧（S1）的端部部分和所述第二弹簧（S2）的端部部分；以及，

第三弹簧（S3），所述第三弹簧（S3）与所述第一弹簧（S1）和所述第二弹簧（S2）相对地与所述下弹簧座（114）接合，其中，所述第一弹簧（S1）和所述第三弹簧（S3）协作以在所述第二弹簧（S2）不被压缩的同时在所述仿真器活塞（102）进入所述壳体（104）中的行程的第一部分期间提供第一力响应，并且其中，所述第一弹簧（S1）和所述第二弹簧（S2）是螺旋弹簧并且所述第一弹簧（S1）、所述第二弹簧（S2）和所述第三弹簧（S3）协作以在所述仿真器活塞（102）进入所述壳体（104）中的行程的第二部分期间提供第二力响应；

其中，所述第三弹簧（S3）围绕第四弹簧（S4）同心设置，其中，所述第三弹簧（S3）和所述第四弹簧（S4）并联布置，以在所述仿真器活塞（102）的行程的第三部分期间提供第三力响应；以及

其中，所述第一弹簧（S1）和所述第二弹簧（S2）是螺旋弹簧，所述第三弹簧（S3）是波形弹簧，并且所述第四弹簧（S4）是弹性缓冲器。

13.根据权利要求12所述的制动踏板仿真器，其中，所述第一弹簧（S1）定位在所述仿真器活塞（102）的环形通道（120）和所述下弹簧座（114）的环形通道（122）内。

14.根据权利要求12所述的制动踏板仿真器，还包括中间弹簧座（112），所述中间弹簧座（112）设置在所述下弹簧座（114）上方，其中，所述第二弹簧（S2）被定位在所述中间弹簧座（112）的环形通道（121）和所述下弹簧座（114）的环形通道（124）内。

15.根据权利要求12所述的制动踏板仿真器，还包括在所述壳体（104）内的非接触位置传感器，以检测所述仿真器活塞（102）相对于所述壳体（104）的运动。

16.根据权利要求12所述的制动踏板仿真器，还包括在所述壳体（104）内的非接触力传感器，以检测应用到所述仿真器活塞（102）的力输入。

17.根据权利要求12所述的制动踏板仿真器，还包括触感致动器，所述触感致动器适于提供振动反馈到所述车辆制动系统的制动踏板。

18.根据权利要求17所述的制动踏板仿真器，其中，所述振动反馈响应于车辆马达的启动或响应于传动装置齿轮选择。

19.根据权利要求17所述的制动踏板仿真器，还包括用于提供功率到触感致动器的再生电源。

20.一种方法，包括：

提供根据权利要求12-19中的任一项所述的制动踏板仿真器（100），其包括仿真器活塞（102），所述仿真器活塞（102）操作地联接到制动踏板，其中，所述制动踏板仿真器（100）适于在所述仿真器活塞（102）的行程的第一部分期间提供第一力响应以及在所述仿真器活塞（102）的行程的第二部分期间提供第二力响应；

使用所述制动踏板仿真器（100）检测所述制动踏板的一系列致动，以用于转换成选择的驾驶员输入命令；以及

使用触感致动器提供振动反馈到所述制动踏板，所述振动反馈响应于驾驶员输入命令的选择。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述驾驶员输入命令是传动装置换挡命令、发动机起动命令或马达起动命令。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述振动反馈根据所述驾驶员输入命令变化。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述振动反馈包括第一频率或强度以提供第一驾驶员输入命令的确认，以及第二频率或强度以提供第二驾驶员输入命令的确认。

24.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述仿真器活塞（102）的致动转换成电功率，以用于所述触感致动器的操作。

25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二力响应大于所述第一力响应，以提供对所述制动踏板的压低的更大阻力。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述制动踏板仿真器（100）适于在所述仿真器活塞（102）的行程的第三部分期间提供第三力响应。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第三力响应大于所述第二力响应，以提供对所述制动踏板的进一步压低的更大阻力。

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