一種線性可調式踏板感覺模擬器及其制動踏板機構的制作方法

本發明屬于車輛制動設備技術領域，具體涉及一種線性可調式踏板感覺模擬器及其制動踏板機構。

背景技術：

制動系統是汽車底盤的重要組成部分之一，直接關系到汽車綜合性能及生命財產安全。雖然傳統液壓式、氣壓式制動系統能夠滿足現有制動法規的各項要求，但是存在著管道布置復雜、依靠真空助力裝置、制動響應速度較慢、制動力矩不可主動調節及難于與其他系統集成控制等不足之處，不適合汽車尤其是電動汽車底盤集成化控制的發展要求。

線控制動系統實現了制動踏板機構與制動執行機構的解耦，主要有電子液壓制動系統(ehb)與電子機械制動系統(emb)兩種，取消了制動踏板機構與制動執行機構之間的直接連接，以電線為信息傳遞媒介，電子控制單元根據相關傳感器信號識別制動意圖，控制制動執行機構動作，實現對各個車輪制動力的控制，具有不依賴真空助力裝置、動態響應迅速、易于集成控制等優點，彌補了傳統制動系統結構原理上的不足。

由于制動踏板機構與制動執行機構實現了解耦，使得線控制動系統的制動踏板不再依賴于傳統的真空助力裝置，制動踏板結構與駕駛員制動感覺等都會發生較大變化，因此需要對汽車線控制動系統制動踏板機構進行全新設計。目前，在已有可查詢的汽車制動系統制動踏板機構相關信息中，與本發明最相關的技術是授權公告號為cn101982356b的發明專利——汽車制動踏板機構及其踏板感覺模擬器和授權公告號為cn201989768u實用新型專利——一種汽車線控制動系統的制動踏板裝置。上述發明采用踏板位移傳感器識別駕駛員的制動意圖，利用磁流變液可變阻尼特性動態調節制動踏板阻尼力，提高了制動踏板感覺和汽車制動性能。上述發明采用壓電式踏板壓力傳感器與踏板線性位移傳感器共同識別駕駛員的制動意圖，踏板感覺模擬功能部分采用雙彈簧機構，在中小強度制動時，只有外側彈簧起作用；在高強度或緊急制動時，內、外側彈簧同時參與工作。但是，上述發明中磁流變液式踏板感覺模擬器與上述發明中壓電式踏板壓力傳感器等，都存在結構復雜、控制繁瑣、成本較高及實現困難等問題，且兩者都沒有考慮制動意圖預識別和應急制動功能。至目前為止，具有制動意圖預識別和應急制動功能的線性可調式踏板感覺模擬器及其制動踏板機構還鮮有提及。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種線性可調式踏板感覺模擬器及其制動踏板機構。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供一種線性可調式踏板感覺模擬器，包括：

外殼，包括前部殼體和后部殼體，前部殼體包括外圓柱結構和內圓柱結構，內圓柱結構設置于外圓柱結構內且形成軸向圓柱腔體和軸向圓環腔體，外圓柱結構和內圓柱結構的任一軸向端面上設有前端蓋板，前端蓋板的軸心位置設有用于制動推桿活動的通孔；后部殼體設有后部軸向腔體，后部殼體與前部殼體連接且二者的軸心在同一直線上，后部殼體的軸向端面上設有后端蓋板，后端蓋板上設置安裝孔；

三彈性組件，包括第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件，第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件分別密封且移動地設置于軸向圓柱腔體、軸向圓環腔體和后部軸向腔體的壁體上，前部殼體和后部殼體內且位于第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件之間的空間內填充有液壓油；

制動推桿，其穿過前端蓋板的通孔與第一彈性組件連接；

驅動連接機構，其設置于后端蓋板的外側且穿過安裝孔與第三彈性組件連接；

應急開關，其設置于第三彈性組件上，應急開關為機械觸點式開關，應急開關為常開狀態。

本發明相較于現有技術，依次采用第二彈性組件、第一彈性組件、第三彈性組件分別為主作用的模擬方式，可有效模擬制動踏板機構的操縱感覺；同時，驅動連接機構實現制動工作特性曲線的調節；結構緊湊，操作方便，響應迅速，制動感覺可調，提高了制動的穩定性、舒適性和安全性。

作為優選的方案，上述的第一彈性組件包括第一彈簧座圈、第一彈簧、第一活塞和應急推桿，第一彈簧座圈和第一活塞沿前部殼體的軸向由其前端向后端依次設置于軸向圓柱腔體內，第一彈簧設置于第一彈簧座圈和第一活塞之間且在初始狀態時將第一彈簧座圈緊靠于前端蓋板的內側，第一活塞與軸向圓柱腔體的壁體密封連接，應急推桿設置于第一活塞桿靠近后端蓋板的一側。

上述的第二彈性組件包括第二彈簧和環形活塞，環形活塞密封設置于軸向圓環腔體的壁體上，第二彈簧設置于軸向圓環腔體內且位于前端蓋板和環形活塞之間，第一彈簧的剛度系數大于第二彈簧的剛度系數。

上述的第三彈性組件包括彈性元件和第二活塞，第二活塞與后部軸向腔體密封連接，彈性元件由彈性塑料制作而成，彈性元件為圓柱結構，彈性元件設置于第二活塞上，應急開關設置于第二活塞上且位于彈性元件的中心位置。彈性元件由彈性塑料制作而成，制動后在自身彈性的作用下可恢復。

上述的驅動連接機構包括螺母、絲桿和驅動電機，驅動電機設置于后端蓋板的外側且其輸出端與絲桿連接，絲桿活動穿設于安裝孔內，螺母套設于絲桿上且與絲桿之間螺紋連接，螺母的軸向端面與第二活塞連接。

采用上述優選的方案，第一活塞、環形活塞和第二活塞之間的空間內填充有液壓油，使得第一彈簧和第二彈簧在初始狀態時具有一定的預緊度，從而使得第一彈簧座圈緊靠在前端蓋板的內側。在中小強度制動時，主要由第二彈簧模擬中小強度的制動感覺；在大強度制動時，主要由第一彈簧模擬大強度的制動感覺；在緊急制動時，驅動電機動作帶動絲桿轉動，使得螺母向前端蓋板方向移動，從而帶動第二活塞移動，減小液壓油的流通截面，從而適當增加制動踏板阻力，主動調節制動感覺，滿足緊急制動時的需求。

作為優選的方案，本發明還提供一種制動踏板機構，包括：

安裝支架，包括相連的第一安裝部和第二安裝部，第二安裝部位于第一安裝部的下方；

制動踏板，包括踏板本體和踏板轉軸，踏板轉軸的頂端轉動設置于第一安裝部上，踏板本體設置于踏板轉軸的底端用以帶動踏板轉軸繞其與第一安裝部的連接點轉動；

線性可調式踏板感覺模擬器，線性可調式踏板感覺模擬器設置于第二安裝部上，制動推桿還與踏板轉軸活動連接；

感應傳感器，其設置于踏板本體上，用于預先感知駕駛員的制動意圖；

踏板位移傳感器，其設置于第一安裝部上且與踏板轉軸的頂端連接，用于準確識別駕駛員的制動意圖。

采用上述優選的方案，感應傳感器可預先感知駕駛員的制動意圖，為制動力矩實施及制動力分配提供預留時間，從而縮短制動相應時間，提高提車綜合制動性能；踏板位移傳感器可提高制動系統的控制精度和容錯能力。

同時，安裝支架是整個制動踏板機構的安裝基礎，通過螺栓、螺母與車身、車架固定連接，安裝支架采用l型結構。

另外，上述的感應傳感器為紅外感應式傳感器或超聲波式傳感器，踏板位移傳感器為雙可變阻式角位移傳感器或霍爾式角位移傳感器。雙可變阻式角位移傳感器包括感應器殼體、感應轉軸、第一滑塊、第一滑片、第二滑塊和第二滑片，感應器殼體設置于第一安裝部上，第一滑片、第二滑片為弧形結構且二者的弧度一致，第一滑片和第二滑片固定設置于感應器殼體內，感應轉軸的長度方向的一端與踏板轉軸的頂端固定連接，第一滑塊、第二滑塊設置于感應轉軸的長度方向的另一端且二者之間設置有設定間隔，第一滑塊移動設置于第一滑片上，第二滑塊移動設置于第二滑片上。

附圖說明

圖1為本發明的線性可調式踏板感覺模擬器的結構示意圖。

圖2為本發明的汽車制動踏板機構的結構示意圖。

圖3為本發明的踏板位移傳感器的結構示意圖。

圖4為本發明的踏板位移傳感器的電路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施方式。

為了達到本發明的目的，如圖1所示，在本發明的其中一種實施方式中提供一種線性可調式踏板感覺模擬器，包括：

外殼，包括前部殼體10和后部殼體15，前部殼體10包括外圓柱結構和內圓柱結構，內圓柱結構設置于外圓柱結構內且形成軸向圓柱腔體和軸向圓環腔體，外圓柱結構和內圓柱結構的任一軸向端面上設有前端蓋板，前端蓋板的軸心位置設有用于制動推桿活動的通孔；后部殼體15設有后部軸向腔體，后部殼體15與前部殼體10連接且二者的軸心在同一直線上，后部殼體15的軸向端面上設有后端蓋板，后端蓋板上設置安裝孔；

三彈性組件，包括第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件，第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件分別密封且移動地設置于軸向圓柱腔體、軸向圓環腔體和后部軸向腔體的壁體上，前部殼體和后部殼體內且位于第一彈性組件、第二彈性組件和第三彈性組件之間的空間內填充有液壓油；

制動推桿3，其穿過前端蓋板的通孔與第一彈性組件連接；

驅動連接機構，其設置于后端蓋板的外側且穿過安裝孔與第三彈性組件連接；

應急開關19，其設置于第三彈性組件上，應急開關為機械觸點式開關，應急開關為常開狀態。

本實施方式相較于現有技術，依次采用第二彈性組件、第一彈性組件、第三彈性組件分別為主作用的模擬方式，可有效模擬制動踏板機構的操縱感覺；同時，驅動連接機構可實現制動工作特性曲線的調節；結構緊湊，操作方便，響應迅速，制動感覺可調，提高了制動的穩定性、舒適性和安全性。

如圖1所示，為了進一步地優化本發明的實施效果，在本發明的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，上述的第一彈性組件包括第一彈簧座圈8、第一彈簧11、第一活塞13和應急推桿14，第一彈簧座圈8和第一活塞13沿前部殼體10的軸向由其前端向后端依次設置于軸向圓柱腔體內，第一彈簧11設置于第一彈簧座圈8和第一活塞13之間且在初始狀態時將第一彈簧座圈8緊靠于前端蓋板的內側，第一活塞13與軸向圓柱腔體的壁體密封連接，應急推桿14設置于第一活塞桿13靠近后端蓋板的一側。

第二彈性組件包括第二彈簧9和環形活塞12，環形活塞12密封設置于軸向圓環腔體的壁體上，第二彈簧9設置于軸向圓環腔體內且位于前端蓋板和環形活塞12之間，第一彈簧11的剛度系數大于第二彈簧9的剛度系數。

第三彈性組件包括彈性元件20和第二活塞18，第二活塞18與后部軸向腔體密封連接，彈性元件20由彈性塑料制作而成，彈性元件20為圓柱結構，彈性元件20設置于第二活塞18上，應急開關19設置于第二活塞18上且位于彈性元件20的中心位置。彈性元件20由彈性塑料制作而成，制動后在自身彈性的作用下可恢復。

驅動連接機構包括螺母17、絲桿16和驅動電機7，驅動電機7設置于后端蓋板的外側且其輸出端與絲桿16連接，絲桿16活動穿設于安裝孔內，螺母17套設于絲桿16上且與絲桿16之間螺紋連接，螺母17的軸向端面與第二活塞18連接。

采用上述優選的方案，第一活塞13、環形活塞12和第二活塞18之間的空間內填充有液壓油，使得第一彈簧11和第二彈簧9在初始狀態時具有一定的預緊度，從而使得第一彈簧座圈8緊靠在前端蓋板的內側。

在中小強度制動時，主要由第二彈簧9模擬中小強度的制動感覺。

在大強度制動時，主要由第一彈簧11模擬大強度的制動感覺。

在緊急制動時，驅動電機7動作帶動絲桿轉動，使得螺母17向前端蓋板方向移動，從而使得第二活塞18移動，減小液壓油的流通截面，適當增加制動踏板阻力，主動調節制動感覺，滿足緊急制動時的需求。同時，應急推桿14推動到底時應急開關閉合，提供應急制動信號根據汽車實際運行情況啟動備用制動功能。若應急開關閉合，而制動減速度與制動需求一致，則無需啟動備用制動功能；若應急開關閉合，而制動減速度與制動需求偏差較大，則啟用備用制動功能，實施汽車應急制動，從而提高汽車行駛安全性能。另外，還需要及時通過故障指示燈與聲音報警，提醒駕駛員注意。

當制動系統出現問題時，可將制動推桿推到底，彈性元件20受壓變形較大，使得應急開關19閉合，可啟動備用制動功能。在駕駛室內儀表板上的適當位置設置有制動感覺調節裝置，包括“增加”和“減小”兩個基本按鈕。按下“增加”按鈕時，驅動電機7正向轉動，通過螺母17推動第二活塞18向前端蓋板方向移動，增加制動踏板力；按下“減小”按鈕時，驅動電機7反向轉動，通過螺母17帶動第二活塞18向后端蓋板方向移動，減小制動踏板力。制動系統的存儲機構具有不同駕駛員調節數據的記憶功能，不同駕駛員可通過記憶功能，一鍵恢復自己上次所設定工作特性曲線。

如圖2所示，為了進一步地優化本發明的實施效果，在本發明的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，本發明還提供一種制動踏板機構，包括：

安裝支架4，包括相連的第一安裝部和第二安裝部，第二安裝部位于第一安裝部的下方；

制動踏板1，包括踏板本體和踏板轉軸，踏板轉軸的頂端轉動設置于第一安裝部上，踏板本體設置于踏板轉軸的底端用以帶動踏板轉軸繞其與第一安裝部的連接點轉動；

線性可調式踏板感覺模擬器6，線性可調式踏板感覺模擬器6設置于第二安裝部上，制動推桿還與踏板轉軸活動連接；

感應傳感器2，其設置于踏板本體上，用于預先感知駕駛員的制動意圖；

踏板位移傳感器5，其設置于第一安裝部上且與踏板轉軸的頂端連接，用于準確識別駕駛員的制動意圖。

采用上述優選的方案，感應傳感器2可預先感知駕駛員的制動意圖，為制動力矩實施及制動力分配提供預留時間，從而縮短制動相應時間，提高提車綜合制動性能；踏板位移傳感器5可提高制動系統的控制精度和容錯能力。

其中，安裝支架4是整個制動踏板機構的安裝基礎，通過螺栓、螺母與車身、車架固定連接，安裝支架4采用l型結構。

為了進一步地優化本發明的實施效果，在本發明的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，上述的感應傳感器2為紅外感應式傳感器或超聲波式傳感器，具體的可根據實際情況選擇。

采用上述優選的方案，在汽車制動時，當駕駛員將右腳移至制動踏板上方時，感應傳感器2即可在駕駛員實施實際制動之前預先感知駕駛員的制動意圖，為制動力矩實施及制動力分配提供預留時間，從而縮短制動相應時間，提高提車綜合制動性能。感應傳感器2在檢測范圍內通過感應傳感器2產生信號與踏板位移傳感器5產生信號之間的時間差值，可預先判斷本次制動的緊急程度。不同的緊急程度，制動執行機構采用不同的控制策略，例如緊急制動時，制動執行機構應增大制動力矩隨踏板位移變化的增加速度，使得汽車能夠快速停車，而提高制動安全性能。

為了進一步地優化本發明的實施效果，在本發明的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，上述的踏板位移傳感器5為雙可變阻式角位移傳感器或霍爾式角位移傳感器，具體的可根據實際情況選擇。

如圖3至圖4所示，雙可變阻式角位移傳感器包括感應器殼體、感應轉軸21、第一滑塊22、第一滑片23、第二滑塊25和第二滑片24，感應器殼體設置于第一安裝部上，第一滑片23、第二滑片24為弧形結構且二者的弧度一致，第一滑片23和第二滑片24固定設置于感應器殼體內，感應轉軸21的長度方向的一端與踏板轉軸的頂端固定連接，第一滑塊22、第二滑塊25設置于感應轉軸21的長度方向的另一端且二者之間設置有設定間隔，第一滑塊22移動設置于第一滑片23上，第二滑塊25移動設置于第二滑片24上。

采用上述優選的方案，兩個滑片與兩個滑塊分別結合，構成兩個滑動變阻器g101、g102。當駕駛員踩動制動踏板時，感應轉軸隨著踏板轉軸轉動，第一滑塊22、第二滑塊25分別在第一滑片23、第二滑片24上滑動，輸出踏板位移及位移變化率信息，用于判斷駕駛員的制動意圖。兩個滑動變阻器配合工作，可提高制動系統的控制精度和容錯能力。如果其中一個出現故障，可根據另一個信號繼續工作，并及時報警提醒駕駛員盡快修復。

以上的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。