CN110667545A - 一种制动踏板的力模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于制动模拟相关技术领域，提供了一种制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述力模拟装置包括：底座；制动踏板装置，所述制动踏板装置安装在所述底座上；阻尼装置，与所述制动踏板装置连接，用于在制动踏板装置活动过程中提供阻力；以及刚度补偿装置，与所述制动踏板装置连接；以及控制装置，所述控制装置与所述刚度补偿装置连接，用于在制动踏板装置制动过程中控制刚度补偿装置工作，以实现所述刚度补偿装置对所述制动踏板装置于不同行程中分别提供阻尼抵消力和阻力。在结构上取消了原制动系统中需要滑块等部件所构造的踏板空行程，结构简化，节省成本同时设置的刚度补偿装置与阻尼装置的阻尼力进行线性叠加，可调范围大。

Description

一种制动踏板的力模拟装置
技术领域
本发明属于制动模拟相关技术领域，尤其涉及一种制动踏板的力模拟装置。
背景技术
作为汽车开发过程中重要的一环，需要将各种算法在仿真环境下进行验证，而驾驶模拟器结合动力学仿真软件可以模拟各种交通环境以及实验工况。但是目前大多数驾驶模拟器仅对驾驶模拟器中的转向盘加入了转向力矩的模拟，以真实反映实际工况中路面对方向盘的力矩反馈，而制动踏板大部分仅仅采用弹簧刚度力补偿。通过分析传统车辆的制动系统，其借助真空助力器，辅助驾驶员踩下制动踏板，其踏板力与制动强度和踏板速度有较大相关性，所以仅用弹簧刚度力补偿的踏板力模拟与真实感觉相差较大。
随着汽车电动化的发展，传统的真空助力装置会逐步取消，取而代之的是电子液压式等线控制动系统，其实现了制动踏板与执行机构的完全解耦，所以需要制动踏板力模拟装置使驾驶员可以很好的感受制动强度的大小，另外，驾驶模拟器作为高等院校汽车类专业的科研平台，会进行驾驶员习性的相关研究。通过驾驶模拟器采集驾驶员的行为信息，如果驾驶模拟器不能很好的模拟真实车辆以及真实场景，会导致采集的实验数据与真实值有所偏差。例如年轻人喜好的踏板感觉可能对于老年人来说踏板阻力偏大，便会导致老年人的实验数据达不到真实数据的精度要求。
请参阅图2，图2为现有制动踏板的力模拟装置在制动过程中制动踏板力的变化曲线图，可见制动踏板力模拟方式单一，导致制动踏板力模拟范围调节小。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种制动踏板的力模拟装置，旨在解决现有的驾驶模拟器在实现踏板空行程时需要采用滑块等部件实现，导致结构复杂，成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述力模拟装置包括：
底座；
制动踏板装置，所述制动踏板装置安装在所述底座上；
阻尼装置，与所述制动踏板装置连接，用于在制动踏板装置活动过程中提供阻力；以及
刚度补偿装置，与所述制动踏板装置连接；以及
控制装置，所述控制装置与所述刚度补偿装置连接，用于在制动踏板装置制动过程中控制刚度补偿装置工作，以实现所述刚度补偿装置对所述制动踏板装置于不同行程中分别提供阻尼抵消力和阻力。
本发明实施例提供的一种制动踏板的力模拟装置，通过设置的刚度补偿装置在控制装置的作用下，实现两个行程干涉，其一为：在制动踏板装置在初始位移时，刚度补偿装置用于抵消制动过程中的阻尼力，在结构上取消了原制动系统中需要滑块等部件所构造的踏板空行程，结构简化，节省成本；其二为，在自动踏板装置持续位移时，刚度补偿装置产生与之前相反的作用力，以产生与驾驶员脚踩制动踏板装置相反的力，来模拟制动过程所反馈给驾驶员脚的刚度补偿力，同时与阻尼装置的阻尼力进行线性叠加，提高模拟效果。本发明实施例提供的一种制动踏板的力模拟装置，在结构上取消了原制动系统中需要滑块等部件所构造的踏板空行程，结构简化，节省成本，同时设置的刚度补偿装置与阻尼装置的阻尼力进行线性叠加，提高模拟效果，可调范围大。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种制动踏板的力模拟装置的剖面图；
图2为本发明实施例提供的现有制动踏板的力模拟装置在制动过程中制动踏板力的变化曲线图；
图3为本发明实施例提供的一种制动踏板的力模拟装置在制动过程中制动踏板力的变化曲线图；
附图中：1-踏板、2-位移传感器、3-底座、4-第一弹性件、5-安装件、6-齿轮、7-电机、8-齿条式固件、9-螺栓、10-密封盖、11-阻尼体、12-外壳、13-垫片、14-密封件、15-螺母、16-第二弹性件、17-第一固定件、18-第二固定件、19-滑动件、20-转轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种制动踏板的力模拟装置的结构图，所述力模拟装置包括：
底座3；
制动踏板装置，所述制动踏板装置安装在所述底座3上；
阻尼装置，与所述制动踏板装置连接，用于在制动踏板装置活动过程中提供阻力；以及
刚度补偿装置，与所述制动踏板装置连接；以及
控制装置，所述控制装置与所述刚度补偿装置连接，用于在制动踏板装置制动过程中控制刚度补偿装置工作，以实现所述刚度补偿装置对所述制动踏板装置于不同行程中分别提供阻尼抵消力和阻力。
在本发明实施例中，底座3为可采用板材结构或框架结构，但需要主要的是，采用框架结构时，其上需设置有导轨，以供制动踏板装置活动，可以理解的是，在底座3上还应设置有用于刚度补偿装置承接的承接架。
在本发明实施例中，阻尼装置可采用液压油缸或气缸，其主要起到对制动踏板装置提供阻力的作用，增加力模拟装置的操作真实性。
在本发明实施例中，通过设置的刚度补偿装置在控制装置的作用下，实现两个行程干涉，其一为：在制动踏板装置在初始位移时，刚度补偿装置用于抵消制动过程中的阻尼力，在结构上取消了原制动系统中需要滑块等部件所构造的踏板空行程，结构简化，节省成本；其二为，在制动踏板装置持续位移时，刚度补偿装置产生与之前相反的作用力，以产生与驾驶员脚踩制动踏板装置相反的力，来模拟制动过程所反馈给驾驶员脚的刚度补偿力，通过设置不同的电机输入电流，起到不同的刚度补偿效果，同时与阻尼装置的阻尼力进行线性叠加，提高模拟效果，同时提到了制动踏板力的调节范围。
本发明实施例中提供的一种制动踏板的力模拟装置，通过设置的刚度补偿装置增加了模拟过程中的真实性，且通过与阻尼装置提供的阻尼力进行线性叠加，有效的增加制动踏板力模拟效果的可调范围。
作为本发明的一种实施例，所述制动踏板装置包括踏板组件和弹性组件；
所述踏板组件通过滑动件19与所述阻尼装置连接；
所述刚度补偿装置安装在所述滑动件19上且与弹性组件连接；
所述弹性组件用于对所述制动踏板装置在制动过程中提供阻力和在所述制动踏板装置回位过程中提供推动力。
在本发明实施例中，滑动件19可采用杆状或板状结构，优选为杆状结构，且所述滑动件19与所述底座3滑动连接，从而对滑动件19起到限制作用，使得滑动件19相对底座3进行线性移动。
在本发明实施例中，优选的，所述滑动件19的下端接近踏板组件的一侧设置有T形滑块，底座3上设置有与T形滑块滑动适配的滑槽，T形滑块与滑槽对底座3相对其自身垂直方向进行限位。
在本发明实施例中，弹性组件的一端通过安装件5与刚度补偿装置固定连接，另一端安装在承接架上，此处承接架即为上述底座3上设置的用于刚度补偿装置承接的承接架。
在本发明实施例中，弹性组件可采用第一弹性件4，为了增加其使用寿命，本实施例中，第一弹性件4优选为弹簧，当然在具体使用过程中也可采用弹片或其他弹性组件，本实施例对此不作具体限定。
作为本发明的一种实施例，所述踏板组件包括踏板1，所述踏板1铰接在所述底座3上，且踏板1朝向所述滑动件19的一侧通过与之铰接的连接杆与所述滑动件19转动连接。
在本发明实施例中，连接杆远离踏板1的一端通过转轴20与所述滑动件19转动连接
在本发明实施例中，当踩动踏板1时，使得踏板1发生转动，从而通过连接杆带动滑动件19进行线性运动，以实现制动。
作为本发明的一种实施例，所述阻尼装置包括：
外壳12；
阻尼体11，所述阻尼体11与贯穿外壳12的滑动件19连接，阻尼体11跟随所述滑动件19于所述外壳12内滑动；
单向阀组件，所述单向阀组件设置有两个且均贯穿外壳12设置，两个所述单向阀组件分别用于实现外壳12内侧气体的进出。
在本发明实施例中，所述外壳12朝向制动踏板装置的一侧可拆卸安装有密封盖10，密封盖10上设置有用于滑动件19贯穿的通槽，以实现滑动件19的滑动，采用可拆卸安装的方式安装，可方便阻尼体11的安装；优选的，所述密封盖10通过螺栓9固定在所述外壳12上。
在本发明实施例中，单向阀组件设置两个其在安装过程中，两个单向阀组件的进气方向不同，从而实现在阻尼体11活动过程中，通过单向阀组件实现外壳12内侧的进气及出气。
在本发明实施例中，滑动件19贯穿阻尼体11设置，且位于阻尼体11两侧的滑动件19上分别安装有第一固定件17和第二固定件18，且通过第一固定件17和第二固定件18可实现阻尼体11在滑动件19上的安装位置，可以理解的是，第一固定件17和第二固定件18均为螺母，滑动件19上与阻尼体11接触的位置处设置有螺纹，通过第一固定件17和第二固定件18的螺纹连接位置来改变阻尼体11的相对位置。
在本发明实施例中，阻尼体11呈单侧导通的环形结构，其外圈端面与外壳12的内壁相对滑动，外壳12的内壁与对阻尼体11滑动摩擦，从而提供一定的摩擦力，实现阻尼力的增加。
作为本发明的一种实施例，所述单向阀组件包括调节件，所述调节件贯穿外壳侧壁设置，且位于外壳12侧壁两侧的调节件上分别安装有弹性件和密封件14。
在本发明实施例中，两个单向阀组件上的密封件14安装位置分别为外壳12的内外侧，弹性件的安装位置与密封件14对应，优选的，所述弹性件为第二弹性件16，第二弹性件16优选为弹簧，在弹簧的安装过程中，其两端分别与外壳12及固定在调节件上的垫片13抵接。
在本发明实施例中，所述调节杆上螺纹连接有螺母15，螺母15安装在调节杆上远离弹性件的一侧，通过调节螺纹15使得弹性件的弹力改变，从而使得单向阀组件导通力度的调节。
作为本发明的一种实施例，所述刚度补偿装置包括齿条式固定件8和与齿条式固定件8啮合的驱动件；
所述齿条式固定件8与所述滑动件19固定连接；
所述驱动件用于在齿条式固定件8不同行程中分别提供不同方向的驱动力。
在本发明实施例中，由于齿条式固定件8与滑动件19固定，制动踏板组件的行程即齿条式固定件8的行程，因此，齿条式固定件8在初始位移时，驱动件提供与齿条式固定件8运动方向相同的力，此力度与阻尼装置及弹性组件的阻尼力之和相同，从而在结构上取消了原制动系统中需要滑块等部件所构造的踏板空行程，结构简化，节省成本；条式固定件8持续位移时，驱动件提供与齿条式固定件8运动方向相反的力，即产生与驾驶员脚踩制动踏板装置相反的力，来模拟制动过程所反馈给驾驶员脚的刚度补偿力，同时与阻尼装置的阻尼力进行线性叠加，提高模拟效果。
在本发明实施例中，齿条式固定件8呈L型结构设置，以实现驱动件的安装方便，所述驱动件安装在所述承接架上。
作为本发明的一种实施例，所述驱动件包括电机7和固定在所述电机7输出轴上的齿轮6，所述齿轮6与齿条式固定件8啮合。
在本发明实施例中，电机7驱动齿轮6发生转动，齿轮6对齿条式固定件8提供驱动力。
在本发明实施例中，电机7为正反转电机，本实施例对电机型号不作具体限定，只要满足驱动要求即可。
在本发明实施例中，所述齿轮6与所述齿条式固定件8的模数均为2.5。
作为本发明的一种实施例，所述控制装置包括位移传感器2及与所述位移传感器连接的电机控制装置，所述位移传感器2安装在所述踏板1与所述底座3铰接位置处，所述电机控制装置与所述电机7电连接。
在本发明实施例中，位移传感器2主要用于检测踏板1的转动角度，沿其周长确定，即为踏板1的转动位移。
在本发明实施例中，为了方便理解，请参阅图3，在踏板1位移处于A-B段时，电机7的输入电流为负，目的是抵消弹性组件以及阻尼装置所产生的力，从而给驾驶员模拟制动踏板在空行程的感觉；当制动踏板位移在B点之后，即位移传感器2达到一定位置后，电机7的输入电流为正，且根据不同踏板1位移曲线图下的斜率，提供不同的方向为正的电机7输入电流，以实现不同的制动踏板阻力的产生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述力模拟装置包括：
底座；
制动踏板装置，所述制动踏板装置安装在所述底座上；
阻尼装置，与所述制动踏板装置连接，用于在制动踏板装置活动过程中提供阻力；以及
刚度补偿装置，与所述制动踏板装置连接；以及
控制装置，所述控制装置与所述刚度补偿装置连接，用于在制动踏板装置制动过程中控制刚度补偿装置工作，以实现所述刚度补偿装置对所述制动踏板装置于不同行程中分别提供阻尼抵消力和阻力。
2.根据权利要求1所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述制动踏板装置包括踏板组件和弹性组件；
所述踏板组件通过滑动件与所述阻尼装置连接；
所述刚度补偿装置安装在所述滑动件上且与弹性组件连接；
所述弹性组件用于对所述制动踏板装置在制动过程中提供阻力和在所述制动踏板装置回位过程中提供推动力。
3.根据权利要求2所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述踏板组件包括踏板，所述踏板铰接在所述底座上，且踏板朝向所述滑动件的一侧通过与之铰接的连接杆与所述滑动件转动连接。
4.根据权利要求2所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述阻尼装置包括：
外壳；
阻尼体，所述阻尼体与贯穿外壳的滑动件连接，阻尼体跟随所述滑动件于所述外壳内滑动；
单向阀组件，所述单向阀组件设置有两个且均贯穿外壳设置，两个所述单向阀组件分别用于实现外壳内侧气体的进出。
5.根据权利要求4所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述单向阀组件包括调节件，所述调节件贯穿外壳侧壁设置，且位于外壳侧壁两侧的调节件上分别安装有弹性件和密封件。
6.根据权利要求2所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述刚度补偿装置包括齿条式固定件和与齿条式固定件啮合的驱动件；
所述齿条式固定件与所述滑动件固定连接；
所述驱动件用于在齿条式固定件不同行程中分别提供不同方向的驱动力。
7.根据权利要求6所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述驱动件包括电机和固定在所述电机输出轴上的齿轮，所述齿轮与齿条式固定件啮合。
8.根据权利要求7所述的制动踏板的力模拟装置，其特征在于，所述控制装置包括位移传感器及与所述位移传感器连接的电机控制装置，所述位移传感器安装在所述踏板与所述底座铰接位置处，所述电机控制装置与所述电机电连接。
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