CN113335247A - 踏板感觉模拟器组件及制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种踏板感觉模拟器组件及制动系统。踏板感觉模拟器包括壳体，该壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸，并且限定了在封闭端与开口端之间延伸的腔室。第一活塞可滑动地设置在腔室中。第一活塞限定了与腔室流体连通的隔室。第二活塞可滑动地设置在隔室中。弹簧座从第二活塞径向向外延伸。第一弹性构件位于腔室中，在弹簧座与封闭端之间延伸。第二弹性构件位于隔室中，并且在弹簧座与第一活塞之间延伸。第三弹性构件位于第二活塞与第一活塞之间。本文还公开了一种包括该踏板感觉模拟器的制动系统。

Description

踏板感觉模拟器组件及制动系统
技术领域
本发明总体涉及一种用于制动系统的踏板感觉模拟器(emulator)。
背景技术
诸如所谓的“线控制动”系统之类的电子制动系统正越来越多地集成到或取代包括客车、SUV和轻型卡车在内的机动车辆的传统液压制动系统。这样的电子制动系统是优选的，因为它们减轻了系统的重量，提供了将系统集成到车辆的其它电子电路和控制装置中的更大能力，并且适合与复杂的制动控制系统一起使用。
在传统的液压制动系统中，在车辆驾驶员踩下制动踏板期间，由于制动管线中的液压力，液压流体将向制动踏板上施加反作用力。由于电子制动系统可能没有在制动踏板处的这样的液压力，因此车辆驾驶员将不会检测到任何反作用力，这进而会使驾驶员感到迷惑。因此，典型的电子制动系统将包括制动踏板感觉模拟器，以在制动踏板上提供模拟力。由模拟器提供的模拟力与车辆驾驶员产生的制动踏板力相反地作用，并且可以帮助驾驶员调节系统。
踏板感觉模拟器基本上由液压致动的活塞构成，该液压致动的活塞压缩诸如弹簧或弹性体的可压缩构件。这在工业上已用于实现调整制动系统中的制动踏板感觉，在正常操作模式下，驾驶员通过制动踏板的输入与制动钳液压地分离。
中国实用新型专利CN211642145U公开了一种这样的踏板感觉组件。踏板感觉模拟器包括壳体，该壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸，并且限定了在封闭端与开口端之间延伸的腔室。第一活塞可滑动地设置在腔室中。第二活塞可滑动地设置在腔室中并在主(primary)端与次(secondary)端之间延伸。弹簧座位于第一活塞与第二活塞之间。第一弹簧位于隔室中，并且在弹簧座与第一活塞之间螺旋地延伸。第二弹簧位于腔室中，并且在弹簧座与封闭端之间螺旋地延伸。
发明内容
本发明提供一种更紧凑且易于组装的踏板感觉模拟器组件。本发明进一步提供了一种踏板感觉模拟器组件，该踏板感觉模拟器组件具有三个压缩阶段，并允许踏板感觉调节的灵活性。本发明进一步提供了一种踏板感觉模拟器组件，该踏板感觉模拟器组件克服了在仅使用弹性体的设计中的热不稳定性问题，例如，由热引起的弹簧常数的波动。
本发明的一个方面是提供一种踏板感觉模拟器组件。该踏板感觉模拟器组件包括壳体，该壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸。该壳体限定了在封闭端与开口端之间延伸的腔室。第一活塞可滑动地设置在腔室中。第一活塞限定了与腔室流体连通的隔室。第二活塞可滑动地设置在隔室中并在主端与次端之间延伸。主端被定位成与开口端相邻。次端与封闭端相邻。弹簧座从第二活塞径向向外延伸。第一弹性构件位于腔室中，在弹簧座与封闭端之间延伸。第二弹性构件位于隔室中，并且在弹簧座与第一活塞之间延伸。第三弹性构件位于第二活塞与第一活塞之间。
本发明的另一方面是提供一种踏板感觉模拟器组件。该踏板感觉模拟器组件包括壳体，该壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸。该壳体限定了在封闭端与开口端之间延伸的腔室。第一活塞可滑动地设置在腔室中。第一活塞限定了与腔室流体连通的隔室。第二活塞可滑动地设置在隔室中。第二活塞在主端与次端之间延伸。主端被定位成与开口端相邻。次端与封闭端相邻。弹簧座从第二活塞径向向外延伸。第一弹簧位于所述腔室中，在所述弹簧座与所述封闭端之间延伸。第二弹簧位于所述隔室中，在所述弹簧座与所述第一活塞之间延伸。
本发明的另一方面提供了一种制动系统。该制动系统包括主缸。稳定性控制单元被设置成与主缸流体连通。至少一个车轮制动部与稳定性控制单元流体连接。压力供应单元被设置成与稳定性控制单元流体连通，用于响应于施加到主缸的流体压力而向稳定性控制单元提供制动液压力。踏板感觉模拟器被设置成与主缸流体连通以向主缸提供阻力。该踏板感觉模拟器包括壳体，该壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸。该壳体限定了在封闭端与开口端之间延伸的腔室。第一活塞可滑动地设置在腔室中。第一活塞限定了与腔室流体连通的隔室。第二活塞可滑动地设置在隔室中并在主端与次端之间延伸。主端被定位成与开口端相邻。次端与封闭端相邻。弹簧座从第二活塞径向向外延伸。第一弹性构件位于腔室中，在弹簧座与封闭端之间延伸。第二弹性构件位于隔室中，并且在弹簧座与第一活塞之间延伸。第三弹性构件位于第二活塞与第一活塞之间。
附图说明
将容易理解本发明的其它优点，这是因为通过参考以下结合附图考虑的详细说明，本发明的其它优点将变得更好理解，其中：
图1是具有根据本发明实施方式构造的踏板感觉模拟器的电子制动系统的示意图；
图2是根据本发明的实施方式构造的踏板感觉模拟器的侧视剖面图；以及
图3是根据本发明的另一实施方式构造的踏板感觉模拟器的侧视剖面图。
具体实施方式
参照附图，其中，相同的附图标记在多个视图中指示对应的部分，在图1中总体示出了根据本发明的实施方式构造的、包括踏板感觉模拟器或踏板感觉模拟器组件22的制动系统20(例如线控制动系统)。
制动系统20包括制动踏板24，该制动踏板24从车辆的驾驶员接收由箭头26表示的输入力。输入力26通过制动踏板24传递到踏板感觉模拟器组件22，踏板感觉模拟器组件22还将模拟力/阻力28传递回制动踏板24。制动系统20可以包括位移传感器30，该位移传感器30用于监测制动踏板的行程并将对应的信号传输到电子控制单元32。电子控制单元32可以是制动系统20的中央控制器。电子控制单元32将控制信号发送到主动助力器(activebooster)34，该主动助力器34与主缸36联接。主缸36通过液压控制单元38(也称为稳定性控制单元38)与至少一个车轮制动部40液压连通。主缸36和主动助力器34共同调节至少一个车轮制动部40处的制动力。液压控制单元38和主动助力器34接收来自电子控制单元32的控制信号以进行此操作。根据本发明的实施方式，制动系统20可以包括用于检测制动管线中的液压力并且将信号提供回电子控制单元32的压力传感器42。类似地，速度传感器44可以用于检测车轮速度并将此信息提供给电子控制单元32以用于控制目的。
尽管图1例示了在正常操作期间制动踏板24与助力器34和主缸36断开连接；然而，如虚线46所示，在故障情况期间，在电子控制单元32无法在至少一个车轮制动部40上产生制动力的极少数情况下，制动踏板24与助力器34之间的机械连接得以恢复。
根据本发明的实施方式，踏板感觉模拟器组件22可以液压地连接至主缸36，该主缸36根据驾驶员踏板输入力和行程产生流体压力。如图2和图3中最佳所例示，踏板感觉模拟器组件22包括壳体48，壳体48具有大致筒形形状，并在封闭端50与开口端52之间沿着中心轴线A延伸。壳体48的封闭端50可以容纳在主缸体中。壳体48的开口端52可设置成与主缸36流体连通。壳体48限定了在封闭端50与开口端52之间延伸的腔室54。
具有大体筒形形状的第一活塞56可滑动地设置在腔室54中。第一活塞56适于响应于由主缸36产生的流体压力而压缩。壳体48的内表面58限定了至少一个凹部60，该至少一个凹部60围绕中心轴线A环形地延伸并且与腔室54流体连通。密封件62设置在至少一个凹部60中，该密封件62围绕中心轴线A环形地延伸并且与第一活塞56密封接合。第一活塞56在第一端64与第二端66之间沿着中心轴线A延伸。第一端64被定位成与开口端52相邻。第二端66被定位成与封闭端50相邻并与封闭端50在轴向上间隔开。具有大致圆形形状的顶部68联接至第一端64以封闭腔室54。第一活塞56限定了从第二端66延伸到第一端64的隔室70。隔室70与腔室54流体连通。根据本发明的实施方式，第一活塞56的顶部68与壳体48的开口端52处于共平面关系。这种布置允许第一活塞56与壳体48齐平，从而提供可以容易地安装在主缸体上的更紧凑的踏板感觉模拟器组件22。
具有大致柱形形状的第二活塞72可滑动地设置在隔室70中。第二活塞72在主端74与次端76之间沿着中心轴线A延伸。主端74被定位成与顶部68相邻并且与顶部68轴向间隔开。次端76被定位成与封闭端50相邻。弹簧座78从第二活塞72径向地向外延伸并且与第一活塞56呈抵接关系。根据本发明的实施方式，第二活塞72具有在主端74与弹簧座78之间延伸的第一预定长度L1。第二活塞还具有在弹簧座78与次端76之间延伸的第二预定长度L2。第一预定长度L1大于第二预定长度L2。
第一弹性构件80位于腔室54中，在弹簧座78与封闭端50之间延伸。第二弹性构件82位于隔室70中，在弹簧座78与第一活塞56的顶部68之间延伸。根据本发明的实施方式，第一弹性构件80可以是第一弹簧80，其围绕第二活塞72螺旋地延伸，具有第一预定刚度。第二弹性构件82可以是第二弹簧82，其围绕第二活塞72螺旋地延伸，具有第二预定刚度。第二预定刚度大于第一预定刚度。在从主缸接收到流体压力时，该布置允许第一弹簧80相对于第二弹簧82首先压缩。弹簧座78限定了位于腔室54中的凹槽84，该凹槽84围绕中心轴线A朝着封闭端50环形地延伸，以容纳第一弹簧80的一端。
第三弹性构件86位于隔室70中，在第一活塞56与第二活塞72之间，用于接合第一活塞56。根据本发明的实施方式，第三弹性构件86具有第三预定刚度。第三预定刚度可以是任何刚度，因为一旦其与第一活塞56的顶部68接合，第三弹性构件86就与第二弹性构件82并行地起作用。因此，第二弹性构件82和第三弹性构件86的弹簧常数产生大于所述第二预定刚度的相加组合刚度(additive combined stiffness)，从而导致第三阶段比第二阶段更硬，不管第三弹性构件86的刚度如何。随着第三弹性构件86被压缩，第二弹性构件82继续压缩。结果，第三阶段将始终向驾驶员提供相对于第一弹性构件80和第二弹性构件82的压缩的高反馈。第三弹性构件86可以由弹性体材料制成。然而，第三弹性构件86可以由其它弹性元件和/或材料制成。例如，第三弹性构件86可以包括一系列一个或更多个贝尔维尔垫圈(Bellville washer)。第二活塞72限定了从主端74向次端76延伸的空腔88，用于容纳第三弹性构件86。如图2和图3最佳所示，第三弹性构件86可以包括位于隔室70中的突出部90，该突出部90从第三弹性构件86朝向开口端52向外延伸，与第一活塞56呈抵接关系。如图3最佳所示，第二活塞72可以限定孔92，该孔92与朝次端76延伸的空腔88流体连通。第三弹性构件86可包括基座(foundation)94，该基座94位于孔92中，朝向第二活塞72的次端76延伸，与第二活塞72呈抵接关系。在第一弹性构件80和第二弹性构件82串联并且第二弹性构件82和第三弹性构件86与第一弹性构件80和第二弹性构件82两者的串联组合并行的情况下，可以实现踏板感觉调整中期望的三阶段柔性。这种布置意味着第一阶段刚度总是小于第二阶段刚度，并且第二阶段刚度总是小于第三阶段刚度。通过改变第一弹性构件80、第二弹性构件82和第三弹性构件86的刚度和/或布置，可以微调对使用者/驾驶员的踏板感觉反馈。另外，由于第一弹性构件80是第一弹簧，而第二弹性构件是第二弹簧，因此本发明能够克服在仅使用弹性体的设计中的热不稳定性的问题，例如，由热引起的弹簧常数的波动。
在工作中，当使用者向制动踏板24施加压力时，位移传感器30监测踏板行程并将对应的信号传输到电子控制单元32。同时，制动踏板力28经由制动踏板24传递到踏板感觉模拟器组件22。容纳在主缸体中的踏板感觉模拟器组件22响应于产生的流体压力而致动。特别地，第一活塞56和第二活塞72被致动。由于第一弹性构件80与第二弹性构件82之间的刚度差，第一弹性构件80首先压缩，从而建立第一阶段压缩。换句话说，因为第二弹性构件82的第二预定刚度大于第一弹性构件80的第一预定刚度，所以在第一阶段压缩期间第二弹性构件82的压缩/偏转相对较低或可忽略。
随着液压力的增加，第一弹性构件80可以随弹簧座78与壳体48的封闭端50之间的轴向空间的变化而被压缩。因此，第一阶段的压力持续时间受弹簧座78与壳体48的封闭端50之间的间隙影响，并且可以通过调节弹簧座78与壳体48的封闭端50之间的间隙来控制。因此，活塞行程相对于压力的特性被传递以主要由第一弹性构件80来控制，从而建立第二阶段压缩。
随着液压力的进一步增加，第二弹性构件82可以随第一活塞56的顶部68与第三弹性构件86之间的轴向空间的变化而被压缩。因此，活塞行程相对于压力的特性被传递以主要由第二弹性构件82和第三弹性构件86的相加组合来控制，从而建立第三阶段压缩。第三阶段压缩可以由与第二弹性构件82并行地工作的第三弹性构件86限定。从第二阶段压缩到第三阶段压缩的压力增加持续时间由第一活塞56的顶部68与第三弹性构件86之间的轴向空间来控制，并且可以通过调节第一活塞56的顶部68与第三弹性构件86之间的轴向空间来控制。
本发明的踏板感觉模拟器组件22包括三个或更多个阶段，因此能够更好地模拟也是三个阶段的传统的真空助力制动系统踏板感觉的特性。第一阶段通常代表传统制动助力器曲线中的低反馈区域，该区域由自由行程(例如支撑力或跳跃力)主导。第二阶段代表传统真空助力器系统中的助力反馈区域，其中对驾驶员的反馈处于中等水平。第三阶段代表助力器跳动阶段，其中驾驶员脚部的反馈输入力与输入行程比远高于第一阶段或第二阶段。
显然，根据以上教导，本发明的许多修改和变型是可能的，并且可以以不同于具体描述的方式但在所附权利要求的范围内的方式来实践。

Claims (20)

1.一种踏板感觉模拟器组件，所述踏板感觉模拟器组件包括：
壳体，所述壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸，并且限定了在所述封闭端与所述开口端之间延伸的腔室；
第一活塞，所述第一活塞能够滑动地设置在所述腔室中并限定了与所述腔室流体连通的隔室；
第二活塞，所述第二活塞能够滑动地设置在所述隔室中，并且在主端与次端之间延伸，所述主端被定位成与所述开口端相邻，并且所述次端与所述封闭端相邻；
弹簧座，所述弹簧座从所述第二活塞径向向外延伸；
第一弹性构件，所述第一弹性构件位于所述腔室中，并且在所述弹簧座与所述封闭端之间延伸；
第二弹性构件，所述第二弹性构件位于所述隔室中，并且在所述弹簧座与所述第一活塞之间延伸；以及
第三弹性构件，所述第三弹性构件位于所述第二活塞与所述第一活塞之间。
2.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第一弹性构件是第一弹簧，并且所述第二弹性构件是第二弹簧，所述第一弹簧具有第一预定刚度，并且所述第二弹簧具有第二预定刚度，所述第一预定刚度小于所述第二预定刚度。
3.根据权利要求2所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第三弹性构件与所述第二弹性构件并行地起作用以产生大于所述第二预定刚度的相加组合刚度。
4.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述弹簧座限定了位于所述腔室中的凹槽，用于容纳所述第一弹性构件的一端。
5.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞限定了从所述主端朝向所述次端延伸的空腔，用于容纳所述第三弹性构件。
6.根据权利要求5所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第三弹性构件包括位于所述隔室中并且从所述第三弹性构件朝向所述开口端向外延伸的突出部，所述突出部与所述第一活塞呈抵接关系。
7.根据权利要求5所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞限定了孔，所述孔与所述空腔流体连通，朝着所述次端延伸。
8.根据权利要求7所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第三弹性构件包括位于所述孔中、朝向所述次端延伸的基座，所述基座与所述第二活塞呈抵接关系。
9.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞在所述主端与所述弹簧座之间具有第一预定长度，并且在所述弹簧座与所述次端之间具有第二预定长度，所述第一预定长度大于所述第二预定长度。
10.一种踏板感觉模拟器组件，所述踏板感觉模拟器组件包括：
壳体，所述壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸，并且限定了在所述封闭端与所述开口端之间延伸的腔室；
第一活塞，所述第一活塞能够滑动地设置在所述腔室中并限定了与所述腔室流体连通的隔室；
第二活塞，所述第二活塞能够滑动地设置在所述隔室中，并且在主端与次端之间延伸，所述主端被定位成与所述开口端相邻，并且所述次端与所述封闭端相邻；
弹簧座，所述弹簧座从所述第二活塞径向向外延伸；
第一弹簧，所述第一弹簧位于所述腔室中，并在所述弹簧座与所述封闭端之间延伸；
第二弹簧，所述第二弹簧位于所述隔室中，并在所述弹簧座与所述第一活塞之间延伸；以及
第三弹性构件，所述第三弹性构件位于所述第二活塞与所述第一活塞之间。
11.根据权利要求10所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第一弹簧具有第一预定刚度，并且所述第二弹簧具有第二预定刚度，所述第一预定刚度小于所述第二预定刚度。
12.根据权利要求11所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第三弹性构件与所述第二弹簧并行地起作用以产生大于所述第二预定刚度的相加组合刚度。
13.根据权利要求10所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞在所述主端与所述弹簧座之间具有第一预定长度，并且在所述弹簧座与所述次端之间具有第二预定长度，所述第一预定长度大于所述第二预定长度。
14.根据权利要求10所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞限定了从所述主端朝向所述次端延伸的空腔，用于容纳所述第三弹性构件。
15.根据权利要求14所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第三弹性构件包括位于所述隔室中并且从所述第三弹性构件朝向所述开口端向外延伸的突出部，所述突出部与所述第一活塞呈抵接关系。
16.根据权利要求14所述的踏板感觉模拟器组件，其中，所述第二活塞限定了孔，所述孔与所述空腔流体连通并且朝着所述次端延伸；并且
其中，所述第三弹性构件包括位于所述孔中、朝向所述第二活塞的所述次端延伸的基座，所述基座与所述第二活塞呈抵接关系。
17.一种制动系统，所述制动系统包括：
主缸；
稳定性控制单元，所述稳定性控制单元与所述主缸流体连通；
至少一个车轮制动部，所述至少一个车轮制动部与所述稳定性控制单元流体连接；
压力供应单元，所述压力供应单元与所述稳定性控制单元流体连通，用于响应于施加到所述主缸的流体压力而向所述稳定性控制单元提供制动液压力；
踏板感觉模拟器，所述踏板感觉模拟器与所述主缸流体连通以向所述主缸提供阻力，所述踏板感觉模拟器包括：
壳体，所述壳体在封闭端与开口端之间沿着中心轴线延伸，并且限定了在所述封闭端与所述开口端之间延伸的腔室；
第一活塞，所述第一活塞能够滑动地设置在所述腔室中并限定了与所述腔室流体连通的隔室；
第二活塞，所述第二活塞能够滑动地设置在所述隔室中，并且在主端与次端之间延伸，所述主端被定位成与所述开口端相邻，所述次端与所述封闭端相邻；
弹簧座，所述弹簧座从所述第二活塞径向向外延伸；
第一弹性构件，所述第一弹性构件位于所述腔室中，并且在所述弹簧座与所述封闭端之间延伸；
第二弹性构件，所述第二弹性构件位于所述隔室中，并且在所述弹簧座与所述第一活塞之间延伸；以及
第三弹性构件，所述第三弹性构件位于所述第二活塞与所述第一活塞之间。
18.根据权利要求17所述的制动系统，其中，所述第二活塞限定了从所述主端朝向所述次端延伸的空腔，用于容纳所述第三弹性构件。
19.根据权利要求18所述的制动系统，其中，所述第三弹性构件包括位于所述隔室中并且从所述第三弹性构件朝向所述开口端向外延伸的突出部，所述突出部与所述第一活塞呈抵接关系。
20.根据权利要求18所述的制动系统，其中，所述第二活塞限定了孔，所述孔与所述空腔流体连通，朝着所述次端延伸；并且
其中，所述第三弹性构件包括位于所述孔中、朝向所述次端延伸的基座，所述基座与所述第二活塞呈抵接关系。
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