CN113306533A - 用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆，包括制动踏板连接推杆、防尘罩、推杆回位弹簧、推杆集成压力传感器、低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆、低阻尼高灵敏度弹性橡胶、第一壳体、第一控制单元、次级集成压力传感器、电磁作动器次级位移传感器、第二控制单元、电磁作动器和高阻尼低灵敏度弹性橡胶；所述第一控制单元分别与次级集成压力传感器和推杆集成压力传感器电连接，所述第一控制单元基于次级集成压力传感器和推杆集成压力传感器所检测的信号计算出制动控制量。本发明以电能作为能量来源，并用导线来替代传统制动系统中的制动液或气等传动介质。

Description

用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆

技术领域

本发明属于汽车线控制系统动技术领域，具体涉及一种用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆。

背景技术

传统燃油乘用车液压制动系统主要由制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件构成，汽车的制动主要靠驾驶员踩制动踏板输入驾驶意图，通过发动机抽真空产生助力，最后由液压系统提供动力。传统的液压或气动式制动系统中存在以下问题：（1）结构及装配复杂，维护困难；（2）系统中设置有连接相应部件的液压制动管路以及制动液，需要定期更换液压油和定期检查是否存在液压油泄漏的问题；存在气液管路复杂、维修困难；（3）布置结构复杂，助力器所需布置空间较大；（4）传统的机械和液压系统存在着运动惯量和间隙等结构特性，控制指令从发出到执行会有一定的延迟，制动动态响应慢，制动舒适性能较低等明显缺点。

因此，有必要开发一种新的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽车线控制动系统的踏板模拟器及车辆，能以电能作为能量来源，并用导线来替代传统制动系统中的制动液或气等传动介质。

第一方面，本发明所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器，包括制动踏板连接推杆、防尘罩、推杆回位弹簧、推杆集成压力传感器、低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆、低阻尼高灵敏度弹性橡胶、第一壳体、第一控制单元、次级集成压力传感器、电磁作动器次级位移传感器、第二控制单元、电磁作动器和高阻尼低灵敏度弹性橡胶；

所述防尘罩固定在第一壳体外的右端上；

所述推杆回位弹簧安装在防尘罩内且初始状态为压缩状态，用于模拟踏板预置力；

所述第一壳体具有左腔体、右腔体以及连通左腔体和右腔体的第一通孔；

所述制动踏板连接推杆的左端穿过防尘罩并伸入第一壳体的右腔体内；

所述推杆集成压力传感器固定设置在制动踏板连接推杆的左端上；

所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶位于第一壳体的右腔体内且能相对于第一壳体左右移动，低阻尼高灵敏度弹性橡胶上沿左右方向开设有第二通孔；所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆位于该第二通孔内，且低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆的左端部伸出到低阻尼高灵敏度弹性橡胶外；所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶位于第一壳体的左腔体内且能相对于第一壳体左右移动；

所述电磁作动器包括固定在第一壳体外左端的第二壳体，以及固定设置在第二壳体内的电磁作动器初级，绕在电磁作动器初级上的电磁作动器线圈，以及设置在电磁作动器初级内且能相对于电磁作动器初级沿左右方向移动的电磁作动器次级，所述电磁作动器次级的右端伸入到高阻尼低灵敏度弹性橡胶内，通过控制通过电磁作动器线圈上的电流来控制电磁作动器次级的直线运动；

所述次级集成压力传感器设在电磁作动器次级的右侧，所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶的右端部沿其轴向开设有能容纳次级集成压力传感器的凹槽，所述次级集成压力传感器与低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆相对应；

所述电磁作动器次级位移传感器安装在电磁作动器初级的右侧；

所述第一控制单元分别与次级集成压力传感器和推杆集成压力传感器电连接，所述第一控制单元基于次级集成压力传感器和推杆集成压力传感器所检测的信号计算出制动控制量；

所述第二控制单元分别与电磁作动器线圈和电磁作动器次级位移传感器电连接，所述第二控制单元基于电磁作动器次级位移传感器所检测的信号控制输入给电磁作动器线圈的电流的相序。

可选地，所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆的右端部为内凹的球面结构，所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆的左端设有直径大于第二通孔左端内径的台阶。

可选地，所述台阶的直径小于第一通孔的内径。

第二方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器。

本发明具有以下优点：本发明以电能作为能量来源，完全抛弃了液压元件,用导线替代传统制动系统中的制动液或气等传动介质。本发明的踏板模拟器取代了传统助力器，整个系统中没有连接制动管路 ，较传统助力器有以下优点：结构简单、装配工艺精简；便于维护保养；系统中没中间介质，全为模拟电信号，无泄漏问题；系统为通信网络，没有管路和气路，便于维修；结构紧凑，所需布局空间比较灵活；电机驱动，响应速度快、控制精度高，可调踏板感范围较广，可满足各种舒适性风格要求。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图2为本实施例的外部结构示意图；

图3为汽车线控制动系统原理图；

图中：1、制动踏板连接推杆，2、防尘罩，3、推杆回位弹簧，4、推杆集成压力传感器，5、低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆，5a 、内凹的球面结构，5b、台阶，6、低阻尼高灵敏度弹性橡胶，6a、第二通孔，7、第一壳体，7a、右腔体，7b、第一通孔，7c、左腔体，8、第一控制单元，9、次级集成压力传感器，10、电磁作动器次级位移传感器，11、第二控制单元，12、电磁作动器初级、13、电磁作动器次级，14、电磁作动器线圈，15、第二壳体，16、高阻尼低灵敏度弹性橡胶，16a、凹槽，17、电子控制单元，18、踏板模拟器，19、制动钳，20、轮速传感器，21、车轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作可选的说明。

如图1所示，本实施例中，一种用于汽车线控制动系统的踏板模拟器，包括制动踏板连接推杆1、防尘罩2、推杆回位弹簧3、推杆集成压力传感器4、低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5、低阻尼高灵敏度弹性橡胶6、第一壳体7、第一控制单元8、次级集成压力传感器9、电磁作动器次级位移传感器10、电磁作动器和高阻尼低灵敏度弹性橡胶16；以上各零部件的连接关系如下：

所述防尘罩2固定在第一壳体7外的右端上。所述推杆回位弹簧3安装在防尘罩2内且初始状态为压缩状态，用于模拟踏板预置力。所述第一壳体7具有左腔体7c、右腔体7a以及连通左腔体7c和右腔体7a的第一通孔7b。所述制动踏板连接推杆1的左端穿过防尘罩2并伸入第一壳体7的右腔体7a内。所述推杆集成压力传感器4固定设置在制动踏板连接推杆1的左端上。所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶6位于第一壳体7的右腔体7a内且能相对于第一壳体7左右移动，低阻尼高灵敏度弹性橡胶6上沿左右方向开设有第二通孔6a；所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5位于该第二通孔6a内，且低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5的左端部伸出到低阻尼高灵敏度弹性橡胶6外；所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶16位于第一壳体7的左腔体7c内且能相对于第一壳体7左右移动。

本实施例中，所述电磁作动器包括第二控制单元11，固定在第一壳体7外左端的第二壳体15，固定设置在第二壳体15内的电磁作动器初级12，绕在电磁作动器初级12上的电磁作动器线圈14，以及设置在电磁作动器初级12内且能相对于电磁作动器初级12沿左右方向移动的电磁作动器次级13，所述电磁作动器次级13的右端伸入到高阻尼低灵敏度弹性橡胶16内，通过控制通过电磁作动器线圈14上的电流来控制电磁作动器次级13的直线运动。所述次级集成压力传感器9设在电磁作动器次级13的右侧，所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶16的右端部沿其轴向开设有能容纳次级集成压力传感器9的凹槽16a，所述次级集成压力传感器9与低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5相对应。所述电磁作动器次级位移传感器10安装在电磁作动器初级12的右侧。所述第二控制单元11分别与电磁作动器线圈14和电磁作动器次级位移传感器10电连接，所述第二控制单元11基于电磁作动器次级位移传感器10所检测的信号控制输入给电磁作动器线圈14的电流的相序。

本实施例中，第一控制单元8分别与次级集成压力传感器9和推杆集成压力传感器4电连接，所述第一控制单元8基于次级集成压力传感器9和推杆集成压力传感器4所检测的信号计算出制动控制量，制动机构基于制动控制量进行相应的制动响应。

本实施例中，使用时，将制动踏板连接推杆1与整车踏板机构通过螺纹连接。

本实施例中，踏板模拟器的工作过程如下：

推杆回位弹簧3初始状态为压缩状态可以模拟初始踏板预置力，在非工作状态下，推杆集成压力传感器4和低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5为断开状态。当驾驶员脚踩制动踏板的作用力直接反映在制动踏板连接推杆1上，制动踏板连接推杆1受力后向左移动与低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5接触，通过低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5压缩低阻尼高灵敏度弹性橡胶6，以模拟初期踏板感，当随着踏板力的增加踏板感愈来愈重，低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5继续向左移动，低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5同时压缩低阻尼高灵敏度弹性橡胶6和高阻尼低灵敏度弹性橡胶16。当踏板力超过电磁作动器的介入门限值时，电磁作动器开始工作，电磁作动器根据实际情况给低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5提供向左运动的阻力或助力。

本实施例中，电磁作动器的工作原理如下：

当在电磁作动器线圈14中通入直流电流，电流随时间变化产生行波磁场，当电磁作动器次级13的移动速度 Vs 小于行波磁场的移动速度 V 时，电磁作动器次级13就会切割磁感线，从而产生电磁推力。通过改变电流的相序就可以改变磁场方向，以改变电磁推力的方向，从而控制电磁作动器次级13向左运动或向右运动。

所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5的右端部为内凹的球面结构5a，所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆5的左端设有直径大于第二通孔6a左端内径的台阶5b。所述台阶5b的直径小于第一通孔7b的内径。

如图1所示，本实施例中，所述第一控制单元8固定在第一壳体7上。所述第二控制单元11固定在第二壳体15上。

本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器。

本实施例中，防尘罩2可伸缩，主要作用为保护推杆回位弹簧3不被腐蚀。

本实施例中，低阻尼高灵敏度是指动态因子（kd/ks，50HZ）为1.62外部负载下，阻尼≤0.20，灵敏度为0.3N/mm内。高阻尼低灵敏度是指动态因子（kd/ks，50HZ）为1.62外部负载下，阻尼≥0.40，灵敏度为1N/mm内。此参数仅为一具体的实例的参数，不作为对本发明的限定。

作为另一实施例，为了进一步提高踏板模拟器的准确性，电磁作动器还可以将车身姿态、驾驶员意图与电磁作动器次级位移传感器10所检测的信号相结合来控制输入给电磁作动器线圈14的电流的相序。将电磁作动器的第二控制单元11与整车CAN总线连接，第二控制单元11从CAN总线上获取与车身姿态和驾驶员意图相关的参数，根据车身姿态、驾驶员意图以及电磁作动器次级位移传感器10所检测的信号实时产生阻力或助力来调整踏板感，得到目标驾驶踏板感觉。

如图3所示，汽车线控制动系统与常规液压制动系统截然不同，是一种新型制动技术，汽车线控制动系统主要由轮速传感器20、踏板模拟器18、电子控制单元17、制动钳19和电源构成，轮速传感器20与轮端连接，制动钳19用螺栓连接在轮边，电子控制单元17和踏板模拟器18都通过螺栓安装在车上地毯上，各部件通过通信网络实现信息交互，通过电信号实现汽车制动。

汽车线控制动系统的主要工作原理如下：当驾驶员踩下制动踏板后，通过力传感器和轮速传感器检测出制动动作和制动力，经车载网络传给电子控制单元17，并结合整车CAN信号，计算出最佳制动力，输出到四个车轮上的制动钳19，通过它提供适当的控制量给电机执行器，使其完成必要的扭矩响应，从而控制制动钳19实现制动。

Claims (4)

1.一种用于汽车线控制动系统的踏板模拟器，其特征在于：包括制动踏板连接推杆（1）、防尘罩（2）、推杆回位弹簧（3）、推杆集成压力传感器（4）、低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）、低阻尼高灵敏度弹性橡胶（6）、第一壳体（7）、第一控制单元（8）、次级集成压力传感器（9）、电磁作动器次级位移传感器（10）、第二控制单元（11）、电磁作动器和高阻尼低灵敏度弹性橡胶（16）；

所述防尘罩（2）固定在第一壳体（7）外的右端上；

所述推杆回位弹簧（3）安装在防尘罩（2）内且初始状态为压缩状态，用于模拟踏板预置力；

所述第一壳体（7）具有左腔体（7c）、右腔体（7a）以及连通左腔体（7c）和右腔体（7a）的第一通孔（7b）；

所述制动踏板连接推杆（1）的左端穿过防尘罩（2）并伸入第一壳体（7）的右腔体（7a）内；

所述推杆集成压力传感器（4）固定设置在制动踏板连接推杆（1）的左端上；

所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶（6）位于第一壳体（7）的右腔体（7a）内且能相对于第一壳体（7）左右移动，低阻尼高灵敏度弹性橡胶（6）上沿左右方向开设有第二通孔（6a）；所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）位于该第二通孔（6a）内，且低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）的左端部伸出到低阻尼高灵敏度弹性橡胶（6）外；所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶（16）位于第一壳体（7）的左腔体（7c）内且能相对于第一壳体（7）左右移动；

所述电磁作动器包括固定在第一壳体（7）外左端的第二壳体（15），以及固定设置在第二壳体（15）内的电磁作动器初级（12），绕在电磁作动器初级（12）上的电磁作动器线圈（14），以及设置在电磁作动器初级（12）内且能相对于电磁作动器初级（12）沿左右方向移动的电磁作动器次级（13），所述电磁作动器次级（13）的右端伸入到高阻尼低灵敏度弹性橡胶（16）内，通过控制通过电磁作动器线圈（14）上的电流来控制电磁作动器次级（13）的直线运动；

所述次级集成压力传感器（9）设在电磁作动器次级（13）的右侧，所述高阻尼低灵敏度弹性橡胶（16）的右端部沿其轴向开设有能容纳次级集成压力传感器（9）的凹槽（16a），所述次级集成压力传感器（9）与低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）相对应；

所述电磁作动器次级位移传感器（10）安装在电磁作动器初级（12）的右侧，

所述第一控制单元（8）分别与次级集成压力传感器（9）和推杆集成压力传感器（4）电连接，所述第一控制单元（8）基于次级集成压力传感器（9）和推杆集成压力传感器（4）所检测的信号计算出制动控制量；

所述第二控制单元（11）分别与电磁作动器线圈（14）和电磁作动器次级位移传感器（10）电连接，所述第二控制单元（11）基于电磁作动器次级位移传感器（10）所检测的信号控制输入给电磁作动器线圈（14）的电流的相序。

2.根据权利要求1所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器，其特征在于：所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）的右端部为内凹的球面结构（5a），所述低阻尼高灵敏度弹性橡胶推杆（5）的左端设有直径大于第二通孔（6a）左端内径的台阶（5b）。

3.根据权利要求1所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器，其特征在于：所述台阶（5b）的直径小于第一通孔（7b）的内径。

4.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求1至3任一所述的用于汽车线控制动系统的踏板模拟器。

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