CN117751336A - 无源踏板力模拟器踏板组件 - Google Patents

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Abstract

本文的实施例涉及一种模拟器组件。该组件包括具有腔体的壳体、踏板臂、细长构件、托架、端板和可压缩构件。踏板臂至少部分被接收在腔体中，并且在一端具有踏板垫。细长构件在一端延伸并且被耦接至踏板臂，在相对的另一端被耦接至托架。端板与托架被间隔开。可压缩构件被放置在托架和端板之间的空间中。当踏板垫被压下时，细长构件在朝向端板的方向上移动托架，这将托架驱动到可压缩构件中，使得可压缩材料压缩以在被放置在踏板垫上的脚上产生力反馈。

Description

无源踏板力模拟器踏板组件
相关申请的交叉引用
本实用新型专利申请主张2021年05月26日提交的题为“Passive Pedal ForceEmulator(无源踏板力模拟器)”的美国临时专利申请序列号No.63/193,167的优先权，其全部内容全部并入本文中。
技术领域
本说明书一般地涉及用于车辆的踏板组件，更具体地，涉及用于踏板组件的线性无源力模拟器，该模拟器具有依赖于踏板运动的用于阻尼和滞后的机械阻力。
背景技术
许多制动系统是无源驱动的。然而，较新的制动系统现在是电动增压制动系统，其中由电动机提供制动系统的增压以向制动系统提供主动力。因此，驾驶员对机械制动的需求正在减少，而对代表驾驶员执行制动的系统部件的需求正在增加。因此，需要无源力模拟器来在踏板被压下时向驾驶员提供触觉感觉。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种模拟器组件。该模拟器组件包括具有腔体的壳体、踏板臂、细长构件、托架、端板和可压缩构件。踏板臂至少部分地被接收在该腔体中。踏板臂在一端具有踏板垫。细长构件在一端延伸并且被耦接至踏板臂，在相对的另一端延伸并且被耦接至托架。端板与托架被间隔开。可压缩构件被放置托架和端板之间的空间中，以与托架和端板接触。当踏板垫被压下时，细长构件在朝向端板的方向上移动托架，这将托架驱动到可压缩构件中，使得可压缩材料压缩以在被放置在踏板垫上的脚上产生力反馈。
在另一个实施例中，提供了一种踏板组件。该踏板组件包括具有腔体的壳体、踏板臂、细长构件和模拟器构件。踏板臂至少部分地被接收在该腔体中。踏板臂在一端具有踏板垫。细长构件延伸并且被耦接至踏板臂和被放置在腔体内的模拟器组件。模拟器组件包括被耦接至细长构件的托架、与托架间隔开的第一端板、被放置在托架和第一端板之间的空间中的第一可压缩构件、以及与第一端板间隔开的第二端板。第二端板具有从第二端板延伸到第二端板和第一端板之间的空间中以被放置在第二端板和第一端板之间的第二可压缩构件。当踏板垫被压下时，细长构件在朝向第一端板的方向上移动托架，这将托架驱动到第一可压缩构件中，使得第一可压缩构件压缩以在踏板垫上的脚上产生力反馈。当第一可压缩构件被完全压缩时，托架、第一可压缩构件和第一端板压抵第二可压缩构件，以在踏板垫上的脚上产生第二力反馈。第二力反馈提供的触觉(hepatic)力比第一反馈的触觉(hepatic)力更大。
在又一个实施例中，提供了一种模拟器组件。该模拟器组件包括具有腔体的壳体、细长构件、托架、端板、第一可压缩构件和第二可压缩构件。细长构件在一端延伸并且耦接至可移动构件，在相对的另一端延伸并且耦接至托架。托架被放置为在腔体内可移动。端板被放置在腔体内。第一可压缩构件被放置在腔体内并且其密度范围为200千克/立方米(kg/m3)至500kg/m3。第二可压缩构件被放置在腔体内并且其刚度特性是至少150牛顿-毫米(N/mm)。
鉴于以下结合附图的详细描述，将更充分地理解本文所描述的实施例提供的这些和另外的特征。
附图说明
附图中提出的实施例本质上是说明性的和示例性的，并且不旨在限制权利要求所限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解说明性实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的具有模拟器组件的踏板组件的左侧视角图(a left side perspective view)；
图2示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件的右侧视角图(a right side perspective view)；
图3示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件的分解图(an exploded perspective view)；
图4示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件沿线4-4截取的横截面图，其中踏板臂处于未压下状态；
图5示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件沿线4-4截取的横截面图，其中踏板臂处于压下状态；
图6示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件沿线4-4截取的第二个横截面图，其中踏板臂处于未压下状态；
图7示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图1的踏板组件沿线4-4截取的第二个横截面图，其中踏板臂处于压下状态；
图8示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的基础速度力-行程曲线的图形表示；
图9示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的第二方面模拟器组件的横截面图，其中该模拟器使用弹簧用于滞后和流体作为阻尼器；
图10示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的第三方面模拟器组件的横截面图，其中该模拟器使用弹簧用于滞后和黏弹性硅胶作为阻尼器；
图11示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的第四方面模拟器组件的横截面图，其中该模拟器使用弹簧用于滞后和后驱动丝杆作为阻尼器；
图12示意性地示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的第五方面模拟器组件的横截面图，其中该模拟器使用弹簧用于滞后和黏弹性作为阻尼器。
具体实施方式
本文中描述的实施例涉及一种包括模拟器组件和被适配为感测踏板垫的位置和/或力的传感器的踏板组件。模拟器组件被配置为模拟基于速度系统的制动液系统，诸如液压系统。也即，驾驶员越快踩在踏板的踏板垫上，踏板就越难踩下或踩下就越困难，本文中称为触觉(hepatic)力。
当踏板作用力(PE)被施加到踏板上时，踏板臂枢转以允许踏板行进。模拟器组件施加相反的模拟器力(EF)以向驾驶员提供根据施加PE的速度而变化的阻力。通常，模拟器组件输出对应于特定行程范围的三个不同的力与行程部分，使得驾驶员基于踏板被踩下的速度感受到不同的阻力或触觉。
模拟器组件包括被分成两个半部的壳体，并且在组装时定义这两个半部之间的腔体。一个半部包括用于霍尔效应感测的部件，另一个半部包括用于电感感测的部件。此外，每个半部包括在组装时形成管形壳体部分的弓形壁部分。踏板臂至少部分地被接收在该腔体中。踏板臂在一端具有踏板垫以及在腔体内的枢转点。细长构件延伸并且耦接至踏板臂和被放置在管形壳体内的模拟器组件。模拟器组件包括被耦接至细长构件的托架、与托架间隔开的第一端板、被放置在托架和第一端板之间的空间中的第一可压缩构件、以及与第一端板间隔开的第二端板。第二端板具有从第二端板延伸到第二端板和第一端板之间的空间中间的第二可压缩构件。因此，托架、第一端板和第一可压缩构件、第二可压缩构件和第二端板同心对齐。托架、第一端板和第一可压缩构件和/或第二可压缩构件在管形壳体内沿着相同的轴线移动或压缩，并且第二端板保持静止。
当踏板垫被压下时，细长构件在朝向第一端板的方向上移动托架，这将托架驱动到第一可压缩构件中，使得第一可压缩构件压缩以在放置在踏板垫上的脚上产生力反馈。当第一可压缩构件被完全压缩时，托架、第一可压缩构件和第一端板压抵第二可压缩构件，以在放置在踏板垫上的脚上产生第二力反馈。由于第二可压缩构件比第一可压缩构件具有更大的刚度特性，所以第二力反馈在踏板垫上提供的触觉(hepatic)力比第一反馈的触觉(hepatic)力更大。
本文详细描述了踏板组件机器模拟器组件的各种实施例。
如本文所使用的，术语“通信地耦接”是指耦接部件能够通过诸如Wi-Fi、蓝牙等网络、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等经由导电介质或非导电介质彼此交换数据信号，例如电信号。
首先参考图1-7，示意性地示出了踏板组件10。踏板组件10包括壳体12、踏板臂组件14和模拟器组件16。踏板臂组件14包括踏板臂18，其包括踏板垫端20a和枢轴端20b。此外，踏板臂18包括第一表面74a和相对的第二表面74b以及定义踏板臂18的厚度的一对侧表面74c、74d。在一些实施例中，踏板臂18通常被成形为L形。在其他实施例中，踏板臂18可以为不同形状，诸如J或T。枢轴端20b围绕枢转轴线P1被可枢转地耦接至壳体12，如图4中最佳所示。踏板垫端20a接收踏板垫22，使用者的脚将压抵该踏板垫以制动、加速和/或激活离合器控制。壳体12包括接收踏板臂18的部分的开口76。
壳体12包括一对半部24a、24b。该一对半部24a、24b中的每个分别具有外表面25a、25b和相对的内表面26a、26b。该一对半部24a、24b中的每个分别具有外唇部27a、27b或壁，当它们被组装在一起后，各内表面26a、26b之间形成一个腔体28。枢轴端20b和踏板臂18的部分被接收在腔体28内并且在腔体28内移动和/或枢转，如本文中更详细讨论的。在一些实施例中，该一对半部24a、24b中的每个还可以包括壁部分30a、30b，壁部分30a、30b各自可以具有外形上是弓形的对应部分32a、32b，使得当组装该一对半部24a、24b时，在壳体12的腔体28内形成管形壳体部分34。因此，管形壳体部分34可以包括管形的第二腔体35。第二腔体35与腔体28是分开的。在一些实施例中，第二腔体35可以向腔体28开放。在其他实施例中，壁部分30a、30b各自可以具有形状不同于弓形的对应部分32a、32b。例如，壁部分30a、30b和/或对应部分32a、32b可以是曲线的、矩形的、正方形的、六边形的、八边形的等等。因此，第二腔体35可以呈现与壁部分30a、30b和/或对应部分32a、32b的形状相对应的各种形状。
管形壳体部分34可以在与踏板垫22的下压相同的方向上从壳体12延伸。例如，腔体28可以从壳体12的该一对半部24a、24b中的每个的上表面36a、36b延伸到相对的下表面38a、38b，该下表面被放置为在壳体12的该一对半部24b、24b中的每个端部40a、40b之前终止。第二腔体35在管形壳体部分34内延伸，该管形壳体部分34在纵向方向上(即，在前后方向上)从腔体28向后延伸。因此，在一些实施例中，第二腔体35可以大体垂直于腔体28延伸。
壳体12的每个半部可以是模制塑料件。例如，壳体12可以由各种材料形成，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、PEEK、POM(缩醛/聚甲醛树酯(Delrin))、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热塑性弹性体、聚醚酰亚胺、热塑硫化胶、聚砜及其组合等。额外地，可以添加添加剂，诸如紫外线吸收剂、阻燃剂、着色剂、玻璃纤维、增塑剂等。
壳体12可以被安装在地板上。也就是说，在一些实施例中，壳体12可以被耦接至或被安装为被放置在车辆的地板表面内或从车辆的地板延伸。因此，壳体的腔体28在完全下压时容纳踏板臂18，以允许踏板垫22完全行进。
壳体12的第一半部24a包括第一感测组件42，用于使用电感感测技术检测被放置在踏板臂18的枢轴端20b处的耦合器40的移动。在一些实施例中，第一感测组件42包括印刷布线组件44和连接器壳体46。印刷布线组件44可以包括电路板48(或印刷电路板)，电路板48可以包括至少一个接收线圈50、发射线圈52和从其延伸的多个端子引脚54。耦合器40可以在枢转轴线附近并且垂直于枢转轴线被安装或附接到踏板臂18的枢轴端20b。因此，耦合器40可以被放置为毗邻该至少一个接收线圈50。在一些实施例中，耦合器40可以包括不同的凸角56，诸如图3中所示的三个凸角。这是非限制性的，并且耦合器40可以具有更多或更少的凸角，可以是圆形或其他形状，诸如半月形、方形、矩形等。耦合器40可以随着踏板臂18的踏板垫22的移动而旋转或枢转。每个凸角56的最外部分58可以被放置在发射线圈52的内径D1内。
该至少一个接收线圈50和发射线圈52检测耦合器40的移动，并且该数据经由在连接器壳体46内延伸的该多个端子引脚54被传输至被通信地耦接到第一感测组件42的电子控制单元和/或动力系控制器。第一感测组件42的部分可以包括用于封装电子部件的二次成型件，并且它可以包括印刷布线组件44和该多个端子引脚54之间的无焊连接，诸如柔性通孔引脚。
壳体12的第二半部24b包括第二感测组件60，用于使用霍尔效应技术检测磁体62的移动。在一些实施例中，第二感测组件60包括印刷布线组件64和连接器壳体66。印刷布线组件64可以包括电路板68，电路板68可以包括至少一个霍尔效应芯片70和从其延伸的多个端子引脚72。该至少一个霍尔效应芯片70对磁变化的霍尔效应检测敏感，并且将耦合器诸如磁体62的位移或角度测量转换为电子信号或电磁信号。该信息通过该多个端子引脚72传输到电子控制单元和/或动力系控制器以进行处理。
磁体62可以在枢转轴线附近的并且垂直于枢转轴线的枢轴端20b处被安装或附接到踏板臂18的第二侧表面74c。因此，磁体62可以被放置为毗邻该至少一个霍尔效应芯片70。在一些实施例中，磁体62可以是大致圆形的，如图3中所示。在其他实施例中，磁体62可以是多种其他形状，诸如矩形的、正方形的、六边形的、八边形的等。磁体62可以随着踏板臂18的踏板垫22的移动而旋转或枢转。
该至少一个霍尔效应芯片70检测磁体62的移动，并且该数据经由在连接器壳体66内延伸的该多个端子引脚72被传输至被通信地耦接到第二感测组件60的电子控制单元和/或动力系控制器。第二感测组件60的部分可以包括用于封装电子部件的二次成型件，并且它可以包括印刷布线组件64和该多个端子引脚72之间的无焊连接，诸如柔性通孔引脚。
应当理解，第一感测组件42和第二感测组件60同时测量踏板臂18的枢轴端20b的移动，使得可能出现冗余感测。此外，本文描述的冗余感测使用不同的感测技术，与传统系统相比，这些技术提供了更稳健的冗余感测量。
现在参考图4-7，踏板臂18的第二表面74b可以包括被放置在壳体12的腔体28内的弹簧接收腔78。弹簧接收腔78包括适于接收弹簧80的表面79。弹簧80在壳体12的腔体28内在壳体12该一对半部24a、24b中的每个的外唇27a、27b的弹簧接收表面82与踏板臂18的弹簧接收腔78之间延伸。弹簧80在踏板臂18上提供阻力和/或回程力。因此，当踏板垫22在方向A1上被压下时，如图5和图7中最佳所示，踏板臂18在方向A2上绕枢轴端20b枢转，如图6和图7中最佳所示，并且由于踏板垫22上的力大于弹簧80的能量，弹簧80在弹簧接收腔78内压缩，如箭头A3所示，如图5和图7中最佳所示。
一旦减小或消除踏板垫22上的力，如图4和图6中所示的箭头A5最佳所示，弹簧80的能量(例如，势能和动能)使踏板臂18在方向A5上绕枢轴端20b枢转，如图6和图4最佳所示，并且弹簧80驱动踏板臂18穿过壳体12的开口76，如箭头A6所示，如图4和图6中最佳所示，以使踏板臂返回到其原始位置或由弹簧80保持的位置，而不会在踏板垫22上施加力。
在一些实施例中，弹簧80可以由钢材料形成。在其他实施例中，弹簧80可以由不锈钢、线材、碳钢、合金钢、埃尔吉洛伊合金(Elgiloy)、蒙乃尔合金铜、镍等形成。
踏板臂18可以是模制塑料件。例如，踏板臂18可以由各种材料形成，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、PEEK、POM(缩醛/聚甲醛树酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热塑性弹性体、聚醚酰亚胺、热塑硫化胶、聚砜及其组合等。额外地，可以添加添加剂，诸如紫外线吸收剂、阻燃剂、着色剂、玻璃纤维、增塑剂等。
在一些实施例中，壳体12和/或踏板臂18可以由注塑成型形成。在其他实施例中，壳体12和/或踏板臂18可以由增材制造技术形成。增材制造技术通常指的是连续的材料层相互叠加以逐层“构建”三维组件的制造工艺。连续层通常融合在一起以形成可以具有各种整体子部件的单片部件。尽管增材制造技术在本文中被描述为能够通过典型地在垂直方向上逐点、逐层地构建对象来制造复杂对象，但是其他制造方法也是可能的并且在本主题的范围内。例如，尽管本文的讨论涉及添加材料以形成连续层，但是本领域技术人员将理解，本文公开的方法和结构可以用任何增材制造技术来实践。例如，本发明的实施例可以使用层添加工艺、层减式工艺或混合工艺。
现在返回参考图1-7，模拟器组件16包括细长构件84、托架86、第一可压缩构件88、第一端板90、第二端板92和第二可压缩构件94。细长构件84包括第一端95a和相对的第二端95b。踏板臂18包括细长构件接收腔96和细长构件接收联轴器98。细长构件接收联轴器98接收细长构件84的第一端95a并且将其耦接到踏板臂18，使得在踏板臂18移动时，细长构件84也移动。在一些实施例中，细长构件接收联轴器98经由卡扣配合配置接收细长构件84的第一端95a和耦接至细长构件84的第一端95a。在其他实施例中，细长构件接收联轴器98经由紧固件，诸如螺钉、螺栓和螺母、钩和环、焊接、环氧树脂、黏合剂等，接收细长构件84的第一端95a并且耦接至细长构件84的第一端95a。
托架86包括第一表面100a和相对的第二表面100b。第一表面100a面向踏板臂18并且包括从其延伸的第二细长构件接收联轴器102。第二细长构件接收联轴器102接收细长构件84的第二端95b并且将其耦接到模拟器组件16的托架86，使得在细长构件84移动时，托架86也在管形壳体部分34的第二腔体35内移动。在一些实施例中，第二细长构件接收联轴器102经由卡扣配合配置接收细长构件84的第二端95b和耦接至细长构件84的第二端95b。在其他实施例中，第二细长构件接收联轴器102经由紧固件，诸如螺钉、螺栓和螺母、钩和环、焊接、环氧树脂、黏合剂等，接收细长构件84的第二端95b并且耦接至细长构件84的第二端95b。
托架86还可以包括从第二表面100b延伸到终接端103的细长构件101。在一些实施例中，终接端103可以包括内螺纹以接收紧固件122，如本文更详细地讨论的。在其他实施例中，终接端103是自由浮动的并且不被耦合到任何其他部件。细长构件101可以与第一可压缩构件88、第一端板90、第二端板92和第二可压缩构件94的部分接触，如本文更详细地讨论的。托架86的第二表面100b和细长构件101可以被用于确保与第一可压缩构件88的均匀接触，使得本文所述的操作可重复多个周期。
第一端板90被放置在管形壳体部分34的第二腔体35内并且与托架86间隔开。第一端板90包括上表面106a和相对的间隔开的内表面106b，它们定义了第一端板90的厚度。第一端板90的上表面106a面向托架86的第二表面100b。因此，上表面106a面向第一端板90和托架86的第二表面100b之间的空间。在一些实施例中，孔108延伸穿过第一端板90在上表面106a和内表面106b之间的厚度。在一些实施例中，孔108是圆形的。在其他实施例中，孔108可以是任何形状，诸如正方形的、矩形的、六边形的、八边形的等。此外，在其他实施例中，第一端板90是实心的，没有孔108。孔108可以接收托架86的细长构件101的至少一部分。也就是说，托架86的细长构件101的至少一部分在第一端板90的孔108内延伸。
多个肋110从第一端板90的上表面106a延伸。多个肋110中的每个从孔108向外朝向第一端板90的外周延伸。多个肋110中的每个包括与第一可压缩构件88接触的接触表面112，如本文更详细地讨论的。
第一可压缩构件88被放置在第一端板90和托架86之间的空间中。在实施例中，第一可压缩构件88被放置在第一端板90的上表面106a和托架86的第二表面100b之间。第一可压缩构件88包括上表面104a，其与相对的下表面104b间隔开，以定义厚度。上表面104a可以被放置为邻近托架86的第二表面100b并且被配置为与其接触。下表面104b可以被放置为与从第一端板90的上表面106a延伸的该多个肋110的接触表面112邻近并且被配置为与其接触。
孔114延伸穿过第一可压缩构件88从上表面104a到下表面104b的厚度。孔114可以接收托架86的细长构件101的至少一部分。也就是说，托架86的细长构件101的至少一部分在第一可压缩构件88的孔114内延伸。如图所示，在一些实施例中，第一可压缩构件88是管形的，以匹配管形壳体部分34的第二腔体35的形状以及托架86和第一端板90的形状。然而，这是非限制性的，第一可压缩构件88可以是任何形状，诸如矩形的、正方形的、六边形的、八边形的等。
第一可压缩构件88被配置为基于踏板垫22的下压量在如图4和图6中最佳所示的未压缩状态和如图5和图7中最佳所示的压缩状态之间移动或压缩。在压缩状态下，上表面104a被压缩以被放置为比在未压缩状态下更靠近下表面104b。此外，第一可压缩构件88由一种材料制成，该材料允许与未压缩状态下的第一可压缩构件88相比在压缩状态下以80-85％压缩。也就是说，当完全压缩时，第一可压缩构件88被压缩到其原始未压缩状态的80-85％。因此，第一可压缩构件88是弹性的，并且根据施加到踏板垫22的力的大小在未压缩状态和压缩状态之间移动。应当理解，在未压缩状态和压缩状态之间存在多个半压缩状态，并且这些半压缩状态中的每个基于第一可压缩构件88的密度和压缩产生不同的刚度特性，如图8中最佳所示。因此，与第二可压缩构件94产生的斜率急剧增加相比，第一可压缩构件88的压缩产生的斜率逐渐增加，如图8中最佳所示，并且如本文更详细地讨论的。
第一可压缩构件88可以是微孔泡沫。在一些实施例中，微孔泡沫可以是微孔硅酮泡沫。在其他实施例中，微孔泡沫可以是聚氨酯泡沫。此外，微孔泡沫可以具有100千克/立方米(kg/m3)至600kg/m3的密度范围。在本文所示的一些实施例中，第一可压缩构件88的微孔泡沫的密度范围可以是200kg/m3至500kg/m3。
第二端板92与第一端板90被间隔开。第二端板92包括外表面116a和相对的间隔开的内表面116b，它们定义了厚度。第二端板92封闭管形壳体部分34的第二腔体35，使得外表面116a暴露并且内表面116b被放置在第二腔体35内。第二端板92的内表面116b面向第一端板90的内表面106b。因此，内表面116b面向第一端板90的内表面106b和第二端板92之间的空间。在一些实施例中，孔118延伸穿过第二端板92在内表面116b和外表面116a之间的厚度。在一些实施例中，孔118是圆形的。在其他实施例中，孔118可以是任何形状，诸如正方形的、矩形的、六边形的、八边形的等。此外，在其他实施例中，第二端板92是实心的，没有孔118。
在一些实施例中，紧固件122和/或托架86的细长构件101的一部分可以被接收在孔118中。也就是说，托架86的细长构件101和/或紧固件122的至少一部分可以在第二端板92的孔118内延伸。紧固件可以被放置在第二腔体35的外部，并且通过孔118延伸到第二腔体35中。在一些实施例中，紧固件122与托架86的细长构件101的终接端103螺纹接合，以保持托架86、第一可压缩构件88、第一端板90、第二端板92和第二可压缩构件94在管形壳体部分34的第二腔体35内沿轴线124的同轴对准，如图4和图6中最佳所示。
第二可压缩构件94被放置为在第一端板90和托架92之间的空间中从内表面116b延伸。因此，第二可压缩构件94包括第一表面120a和相对的第二表面120b，它们定义了第二可压缩构件94的厚度。第二表面120b可以与第二端板92的内表面116b接触并且从其延伸至第一端板90和第二端板92之间的空间中。
在一些实施例中，孔126延伸穿过第二可压缩构件94在第一表面120a和第二表面120b之间的厚度。在一些实施例中，孔126是圆形的。在其他实施例中，孔126可以是任何形状，诸如正方形的、矩形的、六边形的、八边形的等。此外，在其他实施例中，第二可压缩构件94是实心的，没有孔126。在一些实施例中，第二可压缩构件94可以是弹性体材料，例如固化的硅橡胶，其可以经由一次注射成型或其他已知方法以液体形式应用，以形成期望的任何形状。在其他实施例中，第二可压缩构件94可以是硅橡胶、天然橡胶或其他弹性体材料，其使用压缩和其他技术形成，并且适于在数百万个循环中重复压缩，并且具有踏板组件应用中期望的温度性能。在实施例中，第二可压缩构件94的弹性体材料在未压缩状态或起始状态下可以具有至少100牛顿-毫米(N/mm)弹簧刚度的刚度特性。在本文所示的一些实施例中，第二可压缩构件94在未压缩状态或起始状态下可以具有至少150牛顿-毫米(N/mm)弹簧刚度的刚度特性。当第二可压缩构件94被第一端板90施加的压力压缩时，第二可压缩构件94的刚度特性急剧增加，直到达到完全压缩状态，如图8中最佳所示。
第二端板92是固定的，或者连接在适当的位置。因此，当细长构件84在管形壳体部分34的第二腔体35内沿着轴线124移动托架86、第一可压缩构件88和第一端板90时，第二端板92保持在适当位置并且提供模拟器组件16的端壁或底部支撑。
在操作中，当踏板垫22在图5和图7中箭头A1所示的方向上被压下时，细长构件84在图5或图7中箭头A7所示的方向上，在朝向第一端板90的方向上移动托架86。托架86进入第一可压缩构件88的移动压缩了第一可压缩构件88以产生对踏板垫22上的脚的力反馈。当第一可压缩构件88被完全压缩(例如，80-85％的压缩)时，托架86、第一可压缩构件88和第一端板90在箭头A7的方向上沿着轴线124被移动，如图5和图7中最佳所示，然后压抵第二可压缩构件94，以在脚踏板22上的脚上产生第二力反馈。第二力反馈比第一反馈的模拟器力或触觉(hepatic)力更大，如关于图8更详细讨论的。较大的触觉(hepatic)力是由于第二可压缩构件的刚度特性大于第一可压缩构件。
当在图4和图6中箭头A4所示的方向上减小或消除被施加在踏板垫22上的力时，第一可压缩构件88的弹性使细长构件84和托架86在图4和图6中箭头A8所示的远离第一端板90的方向上移动。因此，第一可压缩构件88解压以在图4和图6中箭头A8所示的方向上移动细长构件84，并且使踏板臂18在图4和图6中箭头A5所示的方向上绕枢轴端20b枢转。此种运动减少了在踏板垫22上的脚感觉到的力反馈。此外，由于第一可压缩构件88不再被完全压缩，随着第一端板90被移除而不对第二可压缩构件94和固定的第二端板9施力，第二可压缩构件9解压。因此，在踏板垫的下压和返回期间，第一可压缩构件88、托架86和第一端板在管形壳体部分34的第二腔体35内在箭头A7的方向上沿着轴线124移动，如图5和图7中最佳所示，或者在箭头A8的方向上移动，如图4和图6中最佳所述，这取决于施加到踏板垫22的压力。
现在参考图8，仍然参考图4-7，示意性地示出了基于踏板垫22的下压量的不同踏板作用力的图形表示。也就是说，模拟器组件16具有三个不同的力-行程部分，如沿着基本速度力-行程曲线图示的。如图所示，三个不同的力对应于特定的行程范围，使得驾驶员基于踏板垫22被压下的速度感受到不同的阻力或触觉。在由括号802示出的第一部分中，是当踏板臂18被压下时，但是托架86施加在第一可压缩构件88上的力不大(例如，正常的制动曲线)。
由括号804示出的第二部分是当第一可压缩构件88在管形壳体部分34的第二腔体35内被压缩抵靠第一端板90时，第一可压缩构件88在60毫米的行程处被完全压缩(其原始尺寸的80-85％被压缩)。这是向踏板硬化曲线的过渡。如图所示，第一可压缩构件88通常可以在30-60毫米的行程之间从未压缩状态移动到完全压缩状态，其间具有该多个半压缩状态。如图所示，该曲线是一个轻微的向上的斜坡。因此，模拟器的行程越大，作用在踏板垫22上的模拟器力就越大，使得使用者的脚感觉到触觉。在60毫米的行程处，曲线处于踏板硬化阶段，如括号806所示。在这个阶段，第一可压缩构件88可以被完全压缩，并且第一端板逐渐向第二可压缩构件94施加更多的力。因为与第一可压缩构件88相比，第二可压缩构件94具有更难变形的特性(即，更难压缩或变形)，所以在模拟器组件16的行进过程中，在踏板垫22处感受到的模拟器力显著增加。因此，如图8中所示，最后10毫米的行程会产生最大的模拟器力增加。
模拟器程组件的可替换方面：
图9示意性地示出了第二方面模拟器组件902的剖视图。模拟器组件902如上所述的被放置在壳体12的腔体28内。此外，模拟器组件902包括细长构件84，其第一端95a被耦接到踏板臂18，第二端95b被耦接到模拟器组件902，如本文中所述。第一端95a被配置为具有适于被耦接到多个踏板臂18装置的通用端904。
模拟器组件902利用三弹簧概念来生成如图8中所示的基本的且不同的力曲线。此外，这些三弹簧实施例中的每个都利用不同的方法来产生依赖于速率的阻尼力和与每个相关联的固有滞后。此外，模拟器组件902利用流体进行阻尼，如本文中更详细描述的。
模拟器组件902包括壳体906和被放置在壳体906内的致动器908。壳体906可以是二次成型的。细长构件84在多个位置之间移动。细长构件84的第二端95b被放置在致动器908的腔室910内。腔室910被配置为具有内表面920a和相对的外表面920b以及端壁920c。内表面920a、端壁920c和轴密封921包含流体912，诸如硅酮，并且第二端95b在腔室910内用于阻尼。此外，细长构件84包括被放置在第一端95a和第二端95b之间并且在致动器908的腔室910内的上止面914。此外，细长构件84包括被放置在第一端95a和上止面914之间并且在致动器908的腔室910的外部的相对的下止面916。
第一压缩弹簧918周向地围绕腔室910并且可以与腔室910的外表面920b接触。波形弹簧922和第二压缩弹簧924然后周向地围绕腔室910和第一压缩弹簧918。因此，第二压缩弹簧924具有比第一压缩弹簧918更大的直径和周长。波形弹簧922和第二压缩弹簧924中的每个分别具有连接端926a、928a和相对的接触端926b、928b。波形弹簧922和第二压缩弹簧924的接触端926b、928b被配置为与壳体906内的致动器908的用于波形弹簧922的各波形致动面930和用于第二压缩簧924的压缩致动面932接触或接合。
波形弹簧922的连接端926a可以被附接或耦接到在壳体906内延伸的致动器附接部分934。第二压缩弹簧924的连接端928a也可以被附接或耦接到在壳体906内延伸的致动器附接部分934。在一些实施例中，第一压缩弹簧918、波形弹簧922和第二压缩弹簧924可以具有不同的弹簧常数。在其他实施例中，第一压缩弹簧918、波形弹簧922和第二压缩弹簧924可以具有相同的弹簧常数。
壳体906可以包括传感器组件938。传感器组件938可以包括印刷电路板940和连接器942。因此，在一些实施例中，印刷电路板940可以包括至少一个霍尔效应芯片，并且磁体可以被放置在细长构件84、弹簧918、922、924上，或者被放置在壳体906内移动以经由霍尔效应感测技术检测该移动的任何处。在其它实施例中，印刷电路板940可以包括发射线圈和至少一个接收线圈，以感应地感测耦合器，该耦合器可以被形成为细长构件84的第二端95b的一部分或被形成在壳体906内的其他位置处的基于踏板垫22(图1)的下压而移动的部件上，以使用感应感测技术检测耦合器的该移动。
在操作中，当踏板垫22(图1)被脚压下时，模拟器组件902的细长构件84被线性致动，其中致动器908与细长构件一起移动到腔室910中，以开始压缩第一压缩弹簧918。这是图8中括号802所示的第一部分。细长构件84和致动器908行进预定距离，直到波形弹簧922到达壳体906中的波形致动面930并且开始压缩。这是图8中括号804所示的第二部分。细长构件84和致动器908继续行进，直到第二压缩弹簧924到达压缩致动面932，在那里它继续行进直到腔体910的长度所允许的距离。这是图8中括号806所示的第三部分。为了返回，踏板垫22上的压力被释放，弹簧918、922、924的能量使细长构件84、致动器908和踏板臂18返回到闲置或安装位置。
此外，当踏板垫22被压下时，流体912与弹簧918、922、924的力学一起用作细长构件84的使用冲程和返回冲程的阻尼器。细长构件84包括具有孔口形状944的集成活塞，以在致动细长构件84时允许流体912通过。因此，由于流体912是黏性的，因此产生阻尼阻力，并且由于踏板垫22上的压力，细长构件84的致动越快，阻尼阻力就增加。这提供了期望的依赖于速率的力曲线。此外，在返回行程中，流体912对返回产生阻力或滞后。应当理解，流体912是非限制性的，并且可以使用其他黏性或非黏性流体。
现在参考图10，示意性地示出了模拟器组件1002的第三方面。应当理解，模拟器组件1002类似于模拟器组件902，除了本文中描述的特征之外。因此，相同的特征将使用仅被称为“10”的相同附图标记。因此，出于简洁的原因，将不再描述这些特征。
模拟器组件1002利用三弹簧概念来生成如图8中所示的基本的且不同的力曲线。此外，这些三弹簧实施例中的每个都利用不同的方法来产生依赖于速率的阻尼力和与每个相关联的固有滞后。此外，模拟器组件1002利用黏弹性硅酮进行阻尼，如本文中更详细描述的。
黏弹性材料1044包括第一端1046a和相对的第二端1046b。黏弹性材料1044被放置在腔室1010内，并且在第一端1046a和第二端1046b处均被耦接到壳体1006或腔室1010。此外，黏弹性材料1044包括接收细长构件84的第二端95b的细长孔1048。此外，黏弹性材料1044包括多个切口1050。在一些实施例中，该多个切口1050中的每个以预定间隔被均匀地间隔开。在其他实施例中，该多个切口1050中的每个可以被不均匀地间隔开并且以不均匀的间隔放置。在一些实施例中，该多个切口1050中的每个可以是u形的。在其他实施例中，该多个切口1050中的每个可以是v形的，或者一些其他形状，或者可以是u形、v形和/或其他形状的组合。
应该理解的是，黏弹性材料1044虽然是固体形式，但在被压缩时可以具有与上文参考图9所讨论的流体912相同的依赖于速率的特性。此外，在细长构件84返回时，由于黏弹性材料1044被附接到固定位置(例如，腔室1010和/或壳体1006)，因此滞后是通过弹簧1018、1022、1024迫使黏弹性材料的压缩形状回到其原始形状来实现的。
在操作中，当踏板垫22(图1)被压下时，黏弹性材料1044与弹簧1018、1022、1024的力学一起用作细长构件84的使用冲程和返回冲程的阻尼器。因此，由于黏弹性材料1044是可压缩和有弹性的，可以恢复到其原始形状，因此产生阻尼阻力，并且由于踏板垫22(图1)上的压力，细长构件84的致动越快，阻尼阻力就增加。这提供了期望的依赖于速率的力曲线。此外，该多个切口1050可以影响期望的与速率相关的力曲线。例如，该多个切口1050的数量、该多个切口1050之间的间隔、该多个切口1050中的每个的尺寸等影响给定阻尼、返回阻力或滞后上的期望的依赖于速率的力曲线。
现在参考图11，示意性地示出了模拟器组件1102的第四方面。应当理解，模拟器组件1102类似于模拟器组件902，除了本文中描述的特征之外。因此，相同的特征将使用仅被称为“11”的相同附图标记。因此，出于简洁的原因，将不再描述这些特征。
模拟器组件1102利用三弹簧概念来生成如图8中所示的基本的且不同的力曲线。此外，这些三弹簧实施例中的每个都利用不同的方法来产生依赖于速率的阻尼力和与每个相关联的固有滞后。此外，模拟器组件1102利用丝杆进行阻尼，如本文中更详细描述的。
细长构件84被丝杆1158代替，丝杆1158包括第一端1160a和相对的第二端1160b。螺母1162被放置为与腔室1110相邻。丝杆1158包括沿丝杆1158的轴向上延伸的多条外螺纹(treads)1163。旋转衬套1164和一对止推垫圈1166被放置在第二端1160b附近。丝杆1158和螺母1162可以经由致动器或马达反向驱动，以通过摩擦、压力和速度实现依赖于速率的行程曲线和滞后。在这个实施例中，丝杆1158被线性地致动并且被旋转地驱使，同时螺母1162自由地旋转。随着丝杆线性速度的增加，螺纹的导角的压力/速度因子产生摩擦和不同的力来推动丝杆1158。
现在参考图12，示意性地示出了模拟器组件1202的第五方面。应当理解，模拟器组件1202类似于模拟器组件902，除了本文中描述的特征之外。因此，相同的特征将使用仅被称为“12”的相同附图标记。因此，出于简洁的原因，将不再描述这些特征。
模拟器组件1202利用黏弹性材料1270用于阻尼。黏弹性材料1270包括第一端1272a和相对的第二端1272b。黏弹性材料1270被放置在壳体1206内并且在腔室1210外面。黏弹性材料1270可以周向地围绕腔室1210。黏弹性材料1270在第一端1272a和第二端1272b处均被耦接到壳体1206。在一些实施例中，黏弹性材料1270的第二端1272b被耦接到压缩致动面1232，而第一端1272a被耦接到压缩致动面1233。
此外，黏弹性材料1270包括三个段1274、1276、1278或部分。段1274、1276、1278中的每个都包括影响速度曲线的不同结构。例如，第一段1274包括最大的切口，并且以预定间隔均匀地间隔开。中间段1276包括最小的切口并且以预定间隔均匀地间隔开。第三段1278确实包括切口，而是具有平坦表面1282。应当理解，这是非限制性的，并且切口尺寸、间隔等可以变化以改变力反馈(触觉(hepatic)反馈和/或滞后)。压缩弹簧1228可以被放置在腔室1210内。压缩弹簧1228包括第一端1280a和相对的第二端1280b。第一端1280a与细长构件84的第二端95b连通，而第二端1280b与腔室1210的端壁1220c连通。
当驾驶员踩下踏板垫22(图1)时，细长构件84开始在腔室1210中线性行进。黏弹性材料1270开始压缩，由于其形状和自定义制定，图8的所有3条曲线都具有材料固有的阻尼和滞后特性。压缩弹簧1228确保踏板垫返回并且确定模拟器组件1206中的所有滞后。
现在应当理解，本文中描述的实施例涉及一种包括模拟器组件和被适配为感测踏板垫的位置和/或力的传感器的踏板组件。该模拟器组件被配置为模拟基于速度系统的制动液系统，诸如液压系统，诸如驾驶员越快踩在踏板的踏板垫上，踏板就越难踩下或踩下就越困难，本文中称为触觉(hepatic)力。本文描述的模拟器组件施加相反的模拟器力(EF)以向驾驶员提供根据施加PE的速度而变化的阻力。通常，模拟器组件输出对应于特定行程范围的三个不同的力与行程部分，使得驾驶员基于踏板被踩下的速度感受到不同的阻力或触觉。
值得注意的是，术语“基本上”和“约”在本文中可以被利用来表示可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定性程度。这些术语在本文中还被利用来表示定量表示可能与所陈述的参考不同而不会导致所讨论主题的基本功能发生变化的程度。
尽管本文已经示出和描述了特定的实施方式，但应当理解，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种其他的改变和修改。此外，尽管本文已经描述了所要求保护的主题的各个方面，但是这些方面不需要结合使用。因此，所附权利要求旨在涵盖要求保护的主题范围内的全部此类改变和修改。

Claims (20)

1.一种模拟器组件，所述模拟器组件包括：
壳体，所述壳体具有腔体；
踏板臂，所述踏板臂至少部分被接收在所述腔体中，所述踏板臂在一端具有踏板垫；
细长构件，所述细长构件在一端延伸并且被耦接至所述踏板臂，在相对的另一端被耦接至托架；
端板，所述端板与所述托架被间隔开；和
可压缩构件，被放置在所述托架和所述端板之间的空间中，
其中当所述踏板垫被压下时，所述细长构件在朝向所述端板的方向上移动所述托架，这驱动所述托架至所述可压缩构件中，使得可压缩材料压缩至压缩状态以在被放置在所述踏板垫上的脚上产生力反馈。
2.根据权利要求1所述的模拟器组件，其中所述壳体被安装在地板上。
3.根据权利要求1所述的模拟器组件，其中所述可压缩构件是管形形状的。
4.根据权利要求3所述的模拟器组件，其中所述可压缩构件具有孔，所述孔在第一表面和相对的第二表面延伸，所述第一表面接收从(form)所述托架延伸的杆，所述第二表面在所述压缩状态下与所述端板接触。
5.根据权利要求3所述的模拟器组件，其中所述可压缩构件由微孔泡沫形成。
6.根据权利要求1所述的模拟器组件，其中所述壳体是两半的，一半包括用于霍尔效应感测的部件，另一半包括用于电感感测的部件。
7.根据权利要求6所述的模拟器组件，其中所述壳体的每半都包括形成管形壳体部分的弓形壁部分，所述托架、所述可压缩构件和所述端板被封装在所述管形壳体部分内。
8.根据权利要求1所述的模拟器组件，其还包括：
第二端板，其与所述端板被间隔开，
其中所述第二端板具有从所述第二端板延伸到所述第二端板和所述端板之间的空间中的第二可压缩构件，使得所述第二可压缩构件被放置在所述第二端板和所述端板之间。
9.根据权利要求8所述的模拟器组件，其中所述第二可压缩构件具有比所述可压缩构件大的刚度特性。
10.根据权利要求8所述的模拟器组件，其中所述第二可压缩构件由硅橡胶形成。
11.根据权利要求8所述的模拟器组件，其中当所述可压缩构件被完全压缩时，所述托架、所述可压缩构件和所述第一端板压抵所述第二可压缩构件，以在所述踏板垫上的脚上产生第二力反馈，所述第二力反馈提供比所述力反馈更大的触觉(hepatic)力。
12.一种踏板组件，其包括：
壳体，所述壳体具有腔体；
踏板臂，所述踏板臂至少部分被接收在所述腔体中，所述踏板臂在一端具有踏板垫；
细长构件，所述细长构件延伸至所述踏板臂并且被耦接至所述踏板臂和被放置在所述壳体内的模拟器组件，所述模拟器组件具有：
托架，所述托架被耦接至所述细长构件；
第一端板，所述第一端板与所述托架被间隔开；
第一可压缩构件，所述第一可压缩构件被放置在所述托架和所述
第一端板之间的空间中；和
第二端板，所述第二端板与所述第一端板被间隔开，所述第二端板具有从所述第二端板延伸到所述第二端板和所述第一端板之间的空间中以被放置在所述第二端板和所述第一端板之间的第二可压缩构件，
其中当所述踏板垫被压下时，所述细长构件在朝向所述第一端板的方向上移动所述托架，这将驱动所述托架至所述第一可压缩构件中，使得所述第一可压缩材料压缩至压缩状态以在被放置在所述踏板垫上的脚上产生力反馈，并且当所述第一可压缩构件被完全压缩时，所述托架、所述第一可压缩构件和所述第一端板压抵所述第二可压缩构件，以在所述踏板垫上的脚上产生第二力反馈，所述第二力反馈提供比所述力反馈更大的触觉(hepatic)力。
13.根据权利要求12所述的踏板组件，其中所述壳体被安装在地板上。
14.根据权利要求12所述的踏板组件，其中所述第一可压缩构件是管形形状的。
15.根据权利要求14所述的踏板组件，其中所述可压缩构件具有孔，所述孔在第一表面和相对的第二表面延伸，所述第一表面接收从所述托架延伸的杆，所述第二表面与所述第一端板接触。
16.根据权利要求14所述的踏板组件，其中所述第一可压缩构件由微孔泡沫形成。
17.根据权利要求12所述的踏板组件，其中所述壳体是两半的，一半包括用于霍尔效应感测的部件，另一半包括用于电感感测的部件。
18.根据权利要求17所述的踏板组件，其中所述壳体的每半都包括形成管形壳体部分的弓形壁部分，所述托架、所述第一可压缩构件、所述第一端板、所述第二可压缩构件和所述第二端板被封装在所述管形壳体部分内。
19.根据权利要求12所述的踏板组件，其中所述第二可压缩构件由硅橡胶形成。
20.一种模拟器组件，其包括：
壳体，所述壳体具有腔体；
细长构件，所述细长构件在一端延伸并且被耦接至可移动构件，在相对的另一端延伸并且被耦接至托架，所述托架被放置为可在所述腔体内移动；
端板，所述端板被放置在所述腔体内；
第一可压缩构件，所述第一可压缩构件被放置在所述腔体内，所述第一可压缩构件具有200千克/立方米(kg/m3)至500kg/m3的密度范围；和
第二可压缩构件，所述第二可压缩构件被放置在所述腔体内，所述第二可压缩构件具有至少150牛顿-毫米(N/mm)的刚度特性。
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