CN114834410B - 一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器及控制方法，感觉模拟器包括空气压缩机、压力调节器、储气筒、空气滤清器、三位三通电磁阀、模拟器、二位二通电磁阀、踏板位移传感器、压力传感器和电子控制单元ECU。电子控制单元ECU根据踏板位移传感器、压力传感器的感应数据控制空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀工作，改变空气弹簧内的压力，从而调节空气弹簧的刚度，跟踪预设的踏板感觉特性曲线，获得良好的制动踏板感觉。

Description

一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器及控制方法

技术领域

本发明属于汽车制动系统技术领域，具体指代一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器及控制方法。

背景技术

电子液压制动系统是在传统的液压制动器基础上发展而来，操纵机构用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，取消了体积庞大的真空助力器。但电子液压制动系统取消了制动踏板和制动轮缸的直接连接，必须设置特定的机构，可精确地感知驾驶人控制踏板的轻重缓急，来提供给良好的非线性力感，并转换为电信号传递给电子控制单元，高压液压控制单元则会根据不同的驾驶工况自动调节车轮的制动压力，既缩短了反应时间，也避免了液压机械制动系统作用反力引起的震动而导致驾驶者不自觉地减小制动力的危险。

目前，市面上的电子液压制动系统均带有制动踏板模拟器，大多采用多段式弹簧组合或弹簧与橡胶组合的结构，还有部分采用电液组合的方式。前者利用不同刚度的弹簧组合实现驾驶员脚部制动踏板感，如中国发明专利申请号为202010098463.1，名称“一种可调节汽车制动踏板感觉的模拟装置”中采用两组常闭阀配合来实现打开一个或者多个弹簧模拟器，与传统真空助力器的制动踏板感差异较大，控制精度差且装置一旦确定所能模拟的踏板行程-踏板力曲线就固定了，适应性差，没有良好的阻尼感和滞后感；后者电液结合装置，例如中国发明专利申请号为202110448493.5，名称“带有踏板模拟器的电液伺服制动系统”中制动液通过制动管路在推杆活塞腔、第一活塞腔、第二活塞腔和储液罐中相互流动，模拟出制动踏板的踏板阻尼感和滞后感，虽然能够控制精度高，并且可以模拟多种踏板行程-踏板力曲线，但是存在结构复杂，成本高，液压反馈滞后等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有的汽车制动踏板模拟器适应性差，踏板感觉特性曲线存在明显的拐点等缺点，提出了一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器及控制方法，该装置可适应不同的车型选取相应的踏板感觉特性曲线，通过反馈控制调节空气弹簧的压力，改变其刚度使高度贴近非线性曲线变化。

一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器，包括空气压缩机、压力调节器、储气筒、空气滤清器、三位三通电磁阀、模拟器、二位二通电磁阀、踏板位移传感器、压力传感器和电子控制单元ECU；

所述储气筒上设有一个空气入口和一个空气出口；

所述三位三通电磁阀包含a口、b口和c口，用于使得a口和b口联通，或者b口和c口联通，或者b口和a口、c口均不联通；

所述模拟器包含壳体、双头活塞和空气弹簧；

所述壳体包含第一缸体、第二缸体，第一缸体、第二缸体均为空心圆柱体，第一缸体截面直径小于第二缸体截面直径，且第一缸体、第二缸体同轴固连且相连处相互联通；

所述双头活塞包含第一活塞、第二活塞和连杆，所述第一活塞设置在所述第一缸体内、能够沿着第一缸体自由滑动，第二活塞设置在第二缸体内、能够沿第二缸体自由滑动，所述连杆一端和所述第一活塞同轴固连、另一端和所述第二活塞同轴固连；

所述双头活塞将所述壳体内的腔体分割为A腔、B腔和C腔，所述A腔位于第一活塞远离第二活塞的一侧，B腔位于第一活塞、第二活塞之间，C腔位于第二活塞远离第一活塞的一侧；

所述空气弹簧设置在所述C腔内，一端和所述第二活塞相抵，另一端和第二缸体远离第一缸体的一端相抵，且空气弹簧的进气口通过管道穿出C腔和所述三位三通电磁阀的b口相连；

所述壳体在A腔上设有油口、在B腔上设有第一空气口、在C腔上设有第二空气口、在第二活塞和第二缸体靠近第一缸体的端面之间设有回位弹簧；所述油口通过所述二位二通电磁阀和汽车制动缸相连；所述第一空气口、第二空气口均接外界大气，用于使得双头活塞运动时B腔、C腔气压均衡；

所述空气压缩机的输出端通过所述压力调节器和所述储气筒的空气入口管道相连，所述储气筒的空气出口通过所述空气滤清器和所述三位三通电磁阀的a口管道相连；

所述三位三通电磁阀的c口接外界大气；

所述踏板位移传感器用于感应汽车踏板的位移，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述压力传感器设置在所述空气弹簧的进气口，用于感应其所在处的气压，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述电子控制单元ECU分别和所述踏板位移传感器、压力传感器、空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀电气相连，用于根据踏板位移传感器、压力传感器的感应数据控制空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀工作。

作为本发明一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器，所述第一活塞的直径为d，第二活塞的直径为D，且D＝4d。

本发明还公开了一种该空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，电子控制单元ECU接收踏板位移传感器的位移信号，得到踏板位移，控制二位二通电磁阀导通；

步骤2)，电子控制单元ECU在预设的踏板感觉特性曲线中找到和踏板位移相匹配的踏板力目标值F；

步骤3)，电子控制单元ECU根据

计算出所需的空气弹簧的压力目标值n(t)，其中，S₆是指汽车制动缸内活塞的横截面积，P₂₁是空气弹簧内的压力，S_D是第二活塞的横截面积，S_d是第一活塞的横截面积；

步骤4)，电子控制单元ECU接收压力传感器的感应值y(t)：

步骤4.1)，若Δ＝y(t)-n(t)为正值，电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和c口联通，此时空气弹簧处于排气减压状态；

步骤4.2)，若Δ＝y(t)-n(t)为负值，则电子控制单元ECU控制电磁线圈三位三通电磁阀工作，使其a口与b口连通，此时空气弹簧处于进气加压状态；

步骤4.3)，若Δ＝y(t)-n(t)为0，则电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和a口、c口均不联通，此时空气弹簧处于保压状态。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明的制动踏板感觉模拟器能够准确的获知驾驶员的制动意图并及时反馈踏板感觉，ECU可根据制动踏板位移传感器的位移和速度信号，控制空气弹簧的气压和进气量，实现良好的轻重缓急踏板感觉反馈；

2.本发明的制动踏板感觉模拟器能够实现踏板力随踏板位移的变化，更贴合无分段无拐点的平滑的非线性曲线，能够使驾驶员的感受更好无顿感；

3.本发明的制动踏板感觉模拟器设有单独的位移传感器，并在空气弹簧中设有压力传感器，可以更灵活、精准的控制空气弹簧的压力随踏板位移的变化；

4.本发明的制动踏板感觉模拟器采用气压传动无污染，经济易取，气动元件成本低，寿命长；

5.本发明的制动踏板感觉模拟器环境适应性好，防火防爆，安全性高于液压系统，且空气黏度小，反应快，效率高，调节方便。

6.本发明可根据不同的车型进行踏板感觉特性曲线的选择，改善了传统弹簧式模拟器特性一成不变的缺点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程示意图。

图中，1-制动缸，2-制动踏板，3-踏板位移传感器，4-空气压缩机，5-压力调节器，6-储气筒，7-空气滤清器，8-三位三通电磁阀，9-第一缸体，10-第二缸体，11-双头活塞，12-空气弹簧，13-回位弹簧，14-压力传感器，15-二位二通电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图1所示，本发明公开了一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器，包括空气压缩机、压力调节器、储气筒、空气滤清器、三位三通电磁阀、模拟器、二位二通电磁阀、踏板位移传感器、压力传感器和电子控制单元ECU；

所述储气筒上设有一个空气入口和一个空气出口；

所述三位三通电磁阀包含a口、b口和c口，用于使得a口和b口联通，或者b口和c口联通，或者b口和a口、c口均不联通；

所述模拟器包含壳体、双头活塞和空气弹簧；

所述壳体包含第一缸体、第二缸体，第一缸体、第二缸体均为空心圆柱体，第一缸体截面直径小于第二缸体截面直径，且第一缸体、第二缸体同轴固连且相连处相互联通；

所述双头活塞包含第一活塞、第二活塞和连杆，所述第一活塞设置在所述第一缸体内、能够沿着第一缸体自由滑动，第二活塞设置在第二缸体内、能够沿第二缸体自由滑动，所述连杆一端和所述第一活塞同轴固连、另一端和所述第二活塞同轴固连；

所述双头活塞将所述壳体内的腔体分割为A腔、B腔和C腔，所述A腔位于第一活塞远离第二活塞的一侧，B腔位于第一活塞、第二活塞之间，C腔位于第二活塞远离第一活塞的一侧；

所述空气弹簧设置在所述C腔内，一端和所述第二活塞相抵，另一端和第二缸体远离第一缸体的一端相抵，且空气弹簧的进气口通过管道穿出C腔和所述三位三通电磁阀的b口相连；

所述壳体在A腔上设有油口、在B腔上设有第一空气口、在C腔上设有第二空气口、在第二活塞和第二缸体靠近第一缸体的端面之间设有回位弹簧；所述油口通过所述二位二通电磁阀和汽车制动缸相连；所述第一空气口、第二空气口均接外界大气，用于使得双头活塞运动时B腔、C腔气压均衡；

所述空气压缩机的输出端通过所述压力调节器和所述储气筒的空气入口管道相连，所述储气筒的空气出口通过所述空气滤清器和所述三位三通电磁阀的a口管道相连；

所述三位三通电磁阀的c口接外界大气；

所述踏板位移传感器用于感应汽车踏板的位移，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述压力传感器设置在所述空气弹簧的进气口，用于感应其所在处的气压，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述电子控制单元ECU分别和所述踏板位移传感器、压力传感器、空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀电气相连，用于根据踏板位移传感器、压力传感器的感应数据控制空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀工作。

所述第一活塞的直径为d，第二活塞的直径为D，且D＝4d。

如图2所示，本发明还公开了一种该空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，电子控制单元ECU接收踏板位移传感器的位移信号，得到踏板位移，控制二位二通电磁阀导通；

步骤2)，电子控制单元ECU在预设的踏板感觉特性曲线中找到和踏板位移相匹配的踏板力目标值F；

步骤3)，电子控制单元ECU根据

计算出所需的空气弹簧的压力目标值n(t)，其中，S₆是指汽车制动缸内活塞的横截面积，P₂₁是空气弹簧内的压力，S_D是第二活塞的横截面积，S_d是第一活塞的横截面积；

步骤4)，电子控制单元ECU接收压力传感器的感应值y(t)：

步骤4.1)，若Δ＝y(t)-n(t)为正值，电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和c口联通，此时空气弹簧处于排气减压状态；

步骤4.2)，若Δ＝y(t)-n(t)为负值，则电子控制单元ECU控制电磁线圈三位三通电磁阀工作，使其a口与b口连通，此时空气弹簧处于进气加压状态；

步骤4.3)，若Δ＝y(t)-n(t)为0，则电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和a口、c口均不联通，此时空气弹簧处于保压状态。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器，其特征在于，包括空气压缩机、压力调节器、储气筒、空气滤清器、三位三通电磁阀、模拟器、二位二通电磁阀、踏板位移传感器、压力传感器和电子控制单元ECU；

所述储气筒上设有一个空气入口和一个空气出口；

所述三位三通电磁阀包含a口、b口和c口，用于使得a口和b口联通，或者b口和c口联通，或者b口和a口、c口均不联通；

所述模拟器包含壳体、双头活塞和空气弹簧；

所述壳体包含第一缸体、第二缸体，第一缸体、第二缸体均为空心圆柱体，第一缸体截面直径小于第二缸体截面直径，且第一缸体、第二缸体同轴固连且相连处相互联通；

所述双头活塞包含第一活塞、第二活塞和连杆，所述第一活塞设置在所述第一缸体内、能够沿着第一缸体自由滑动，第二活塞设置在第二缸体内、能够沿第二缸体自由滑动，所述连杆一端和所述第一活塞同轴固连、另一端和所述第二活塞同轴固连；

所述双头活塞将所述壳体内的腔体分割为A腔、B腔和C腔，所述A腔位于第一活塞远离第二活塞的一侧，B腔位于第一活塞、第二活塞之间，C腔位于第二活塞远离第一活塞的一侧；

所述空气弹簧设置在所述C腔内，一端和所述第二活塞相抵，另一端和第二缸体远离第一缸体的一端相抵，且空气弹簧的进气口通过管道穿出C腔和所述三位三通电磁阀的b口相连；

所述壳体在A腔上设有油口、在B腔上设有第一空气口、在C腔上设有第二空气口、在第二活塞和第二缸体靠近第一缸体的端面之间设有回位弹簧；所述油口通过所述二位二通电磁阀和汽车制动缸相连；所述第一空气口、第二空气口均接外界大气，用于使得双头活塞运动时B腔、C腔气压均衡；

所述空气压缩机的输出端通过所述压力调节器和所述储气筒的空气入口管道相连，所述储气筒的空气出口通过所述空气滤清器和所述三位三通电磁阀的a口管道相连；

所述三位三通电磁阀的c口接外界大气；

所述踏板位移传感器用于感应汽车踏板的位移，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述压力传感器设置在所述空气弹簧的进气口，用于感应其所在处的气压，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述电子控制单元ECU分别和所述踏板位移传感器、压力传感器、空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀电气相连，用于根据踏板位移传感器、压力传感器的感应数据控制空气压缩机、三位三通电磁阀、二位二通电磁阀工作。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器，其特征在于，所述第一活塞的直径为d，第二活塞的直径为D，且D＝4d。

3.基于权利要求1所述的空气弹簧式汽车制动踏板感觉模拟器的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，电子控制单元ECU接收踏板位移传感器的位移信号，得到踏板位移，控制二位二通电磁阀导通；

步骤2)，电子控制单元ECU在预设的踏板感觉特性曲线中找到和踏板位移相匹配的踏板力目标值F；

步骤3)，电子控制单元ECU根据

计算出所需的空气弹簧的压力目标值n(t)，其中，S₆是指汽车制动缸内活塞的横截面积，P₂₁是空气弹簧内的压力，S_D是第二活塞的横截面积，S_d是第一活塞的横截面积；

步骤4)，电子控制单元ECU接收压力传感器的感应值y(t)：

步骤4.1)，若Δ＝y(t)-n(t)为正值，电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和c口联通，此时空气弹簧处于排气减压状态；

步骤4.2)，若Δ＝y(t)-n(t)为负值，则电子控制单元ECU控制电磁线圈三位三通电磁阀工作，使其a口与b口连通，此时空气弹簧处于进气加压状态；

步骤4.3)，若Δ＝y(t)-n(t)为0，则电子控制单元ECU控制三位三通电磁阀工作，使其b口和a口、c口均不联通，此时空气弹簧处于保压状态。

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