一种可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器

摘要

本申请公开了一种可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器，涉及踏板感觉模拟器技术领域。可在一定范围内调节踏板反力值，克服了传统踏板感觉模拟器踏板感觉单一，无法根据行驶工况变化选择踏板感觉的缺点，且当电控单元失效时，借助机械结构仍具有踏板感觉模拟功能。该踏板感觉模拟器包括踏板组件、制动踏板感觉模拟机构、动力传动机构、检测单元和控制单元；制动踏板感觉模拟机构包括缸体、第一活塞、第二活塞、滚珠丝杠副和动力传动机构；第一活塞和第二活塞之间设有第一弹性件，第二活塞的第一端固连第二弹性件，滚珠丝杠副与第二活塞之间设有第三弹性件，检测单元能够检测踏板角位移值和踏板反力值；控制单元与检测单元和动力传动机构均电连接。

说明书

技术领域

本申请涉及踏板感觉模拟器技术领域，尤其涉及一种可变感觉的踏板感觉模拟器。

背景技术

随着汽车电动化和智能化的发展，越来越多的汽车采用线控制动系统取代传统的真空助力器的制动系统，在线控制动系统中，电控单元ECU接收踏板行程传感器的信号，并根据此信号通过各种不同建压模块建立制动压力。

现有的踏板感觉模拟器主要包括液压式踏板感觉模拟器和机械踏板感觉模拟器。其中，液压式踏板感觉模拟器的缺点是：集成度低，要求精度高等。机械踏板感觉模拟器的缺点是：由于一旦结构确定则踏板力与踏板位移之间的关系随之确定，因此存在踏板感觉单一，无法根据行驶工况变化选择合适的踏板感觉等问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器，可在一定范围内任意调节踏板反力值，克服了传统踏板感觉模拟器踏板感觉单一，无法根据行驶工况变化选择合适的踏板感觉的缺点，且当电控单元失效时，借助机械结构仍具有踏板感觉模拟功能。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器，包括踏板组件、制动踏板感觉模拟机构、动力传动机构、检测单元和控制单元；所述踏板组件包括制动踏板和推杆，所述推杆的第一端铰接在所述制动踏板上；所述制动踏板感觉模拟机构包括缸体、第一活塞、第二活塞、滚珠丝杠副和动力传动机构；所述第一活塞、所述第二活塞和所述滚珠丝杠副依次设置在所述缸体内，且所述第一活塞、所述第二活塞均能够沿所述缸体的轴向往复运动；所述推杆的第二端与所述第一活塞的第一端面连接；所述第一活塞和所述第二活塞之间设有第一弹性件，所述第一弹性件能够为所述第二活塞提供向远离所述第一活塞的方向的力；所述第二活塞的第一端固连第二弹性件，所述第二弹性件能够为所述第二活塞提供向远离第一活塞的方向力，且所述第二弹性件自由状态时，与所述第一活塞之间具有间隙；所述滚珠丝杠副的螺杆转动连接在所述缸体的底部，且所述滚珠丝杠副的螺杆伸出所述缸体后与所述动力传动机构连接；所述滚珠丝杠副与所述第二活塞之间设有第三弹性件，所述第三弹性件能够为所述第二活塞提供向远离所述滚珠丝杠副的方向的力；所述检测单元能够检测所述踏板角位移值和踏板反力值；所述控制单元与所述检测单元和所述动力传动机构均电连接；所述控制单元被配置为：接收所述检测单元检测到的踏板角位移值和踏板反力值；计算期望的踏板反力值；判断检测单元检测到的踏板反力值与期望的踏板反力值的差值的绝对值是否大于第二预设值，若是，则根据所述检测单元检测到的踏板反力值与期望的踏板反力值之间的大小关系控制所述动力传动机构启动，以调整所述滚珠丝杠副中的螺母的进给量，直至检测单元检测到的踏板反力值与所述期望的踏板反力值的差值小于等于第二预设值。

进一步地，所述动力传动机构包括驱动电机和圆柱齿轮副，所述驱动电机的输出端连接所述圆柱齿轮副的输入端，所述圆柱齿轮副的输出端连接所述滚珠丝杠副的丝杠端。

进一步地，所述第一弹性件、所述第二弹性件和所述第三弹性件均为压缩弹簧；所述第一弹性件的两端分别连接在所述第一活塞的第二端面和所述第二活塞的第一端面上；所述第二弹性件的一端连接在所述第二活塞的第一端面上；所述第二弹性件同轴套装在所述第一弹簧内，且所述第二弹性件的自由长度小于所述第一弹簧的自由长度；所述第三弹性件的两端分别抵靠在所述滚珠丝杠副的螺母的端面上和所述第二活塞的第二端面上。

进一步地，所述缸体的内壁上设有螺母限位装置；所述螺母限位装置能够阻止所述螺母在移动至第二极限位置时继续向所述第二活塞靠近。

进一步地，所述缸体的内壁上设有活塞限位装置；所述活塞限位装置能够阻止所述第一活塞移动至第一极限位置时继续向所述制动踏板靠近。

进一步地，所述缸体的底部设有轴承安装孔，所述轴承安装孔的孔壁与所述滚珠丝杠副的丝杠之间设有圆锥滚子轴承。

进一步地，所述检测单元包括角度传感器和力传感器，所述角度传感器和所述力传感器均设置在所述制动踏板的下部。

进一步地，所述控制单元包括ECU电控单元。

进一步地，所述期望的踏板反力值包括中高强度踏板反力值或低强度踏板反力值；所述计算期望的踏板反力值具体包括：根据所述踏板角位移值计算角位移变化速率；判断所述角位移变化速率是否大于第一预设值；若是，则计算期望的中高强度踏板反力值；若否，则计算期望的低强度踏板反力值。

进一步地，根据所述检测单元检测到的踏板反力值与所述期望的踏板反力值之间的大小关系控制所述动力传动机构启动，以调整所述滚珠丝杠副中的螺母的进给量，具体包括：判断所述检测单元检测到的踏板反力值是否小于所述期望的踏板反力值时，若是，则控制驱动电机正转，以增加所述滚珠丝杠副中的螺母的进给量；若否，控制驱动电机反转，以减小所述滚珠丝杠副中的螺母的进给量。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请实施例通过驱动电机带动滚珠丝杠副调节第三弹性件的预紧力，可在一定范围内任意调节踏板反力值，克服了传统踏板感觉模拟器，一旦结构确定则踏板力与踏板位移之间的关系随之确定的弊端，且当电控单元失效时，借助机械结构仍具有踏板感觉模拟功能。

2、本申请实施例集成度较高，摒弃了使用液压系统通过电磁阀实现变踏板感觉的结构，减小了整体体积。

3、本申请实施例通过滚珠丝杠调节进给量，具有精度高、震动小的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器的结构示意图；

图2为本申请实施例可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器的工作流程图；

图3为本申请实施例可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器中踏板反力值与踏板角位移值的关系曲线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，本申请的实施例提供了一种可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器，包括踏板组件、制动踏板感觉模拟机构、动力传动机构、检测单元和控制单元。

踏板组件包括制动踏板1和推杆2，推杆2的第一端铰接在制动踏板1上。

制动踏板感觉模拟机构包括缸体3、第一活塞4、第二活塞5、滚珠丝杠副6和动力传动机构。

第一活塞4、第二活塞5和滚珠丝杠副6依次沿轴向设置在缸体3内，且第一活塞4、第二活塞5均能够沿缸体3的轴向往复运动。

推杆2的第二端与第一活塞4的第一端面连接。第一活塞4和第二活塞5之间设有第一弹性件8，第一弹性件8能够为第二活塞5提供向远离第一活塞4的方向的力。具体的，第一弹性件8为压缩弹簧，第一弹性件8的两端分别连接在第一活塞4的第二端面和第二活塞5的第一端面上。

第二活塞5的第一端面上还固连第二弹性件9，第二弹性件9能够为第二活塞5提供向远离第一活塞4的方向的力，且第二弹性件9自由状态时，与第一活塞4之间具有间隙。具体的，第二弹性件9也为压缩弹簧，第二弹性件9的一端连接在第二活塞5的第一端面上，第二弹性件9同轴套装在第一弹簧内，且第二弹性件的自由长度小于第一弹簧的自由长度。

滚珠丝杠副6与第二活塞5之间设有第三弹性件10，第三弹性件10能够为第二活塞5提供向远离滚珠丝杠副6的方向的力。具体的，第三弹性件10也为压缩弹簧，第三弹性件的两端分别抵靠在滚珠丝杠副6的螺母的端面上和第二活塞5的第二端面上。

缸体3的内壁上还设有活塞限位装置11和螺母限位装置12。活塞限位装置11能够阻止第一活塞4移动至第一极限位置时继续向制动踏板1靠近，螺母限位装置12能够阻止螺母在移动至第二极限位置时继续向第二活塞5靠近。具体的，活塞限位装置11和螺母限位装置12均可以是固连在缸体内壁上的限位环。

滚珠丝杠副6的丝杠61转动连接在缸体3的底部，且滚珠丝杠副6的丝杠61伸出缸体3后与动力传动机构连接。具体的，缸体3的底部设有轴承安装孔31，轴承安装孔31的孔壁与滚珠丝杠副6的丝杠62之间设有圆锥滚子轴承13。

动力传动机构包括驱动电机14和圆柱齿轮副15，驱动电机14的输出端连接圆柱齿轮副15的输入端，圆柱齿轮副15的输出端连接滚珠丝杠副6的丝杠端。

检测单元能够检测踏板角位移值和踏板反力值。具体的，检测单元包括角度传感器16和力传感器17，角度传感器16和力传感器17均设置在制动踏板1的下部。角度传感器16用于检测踏板角位移值。力传感器17用于检测踏板反力值。

控制单元包括ECU电控单元18。ECU电控单元18与检测单元和驱动电机14均电连接。ECU电控单元18被配置为：

S1、接收检测单元检测到的踏板角位移值

S2、计算期望的踏板反力值F

S21、根据踏板角位移值

S22、判断角位移变化速率是否大于第一预设值；若是，则计算期望的中高强度踏板反力值；若否，则计算期望的低强度踏板反力值。需要说明的是，第一预设值为踏板速率阈值。

S3、判断检测单元检测到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

S31、判断检测单元检测到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

则进入S33；

S32、判断检测单元检测到的踏板反力值F是否小于期望的踏板反力值F

S33、判断检测单元检测到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

S4、判断踏板角位移

本申请实施例中的制动踏板1下方为力传感器17和角度传感器16，踏板反力值由三个弹簧提供。驱动电机驱动的滚珠丝杠调节装置调节螺母62的进给量以此来调节第三弹性件上的弹力，达到调节整体踏板反力值的目的，丝杠62受到的轴向力由圆锥滚子轴承13传到缸体壁上。

具体的，制动踏板1被踩下后依次推动第一活塞4、第一弹性件8、第二活塞5和第一弹性件10运动。此时，ECU电控单元18驱动电机14转动，由圆柱齿轮副15带动滚珠丝杠副中的丝杠61转动使螺母62和连接在螺母62上的第三弹性件10向右移动，以此来调节第三弹性件10的压缩反力。驱动电机14调节螺母62的进给量r使驾驶员感受到的踏板反力值F等于ECU电控单元18计算出的期望的踏板反力值F

参照图2和图3，本申请实施例可变感觉的线控制动踏板感觉模拟器的工作原理如下：

当驾驶员开始制动时，踩下制动踏板1，角度传感器16将采集到的角位移值输送到ECU电控单元18，ECU电控单元18根据角位移变化速率是否大于第一预设值，将制动分为低强度制动和中高强度制动两种情况，并根据不同情况计算出期望的踏板反力值F

当力传感器17采集到的驾驶员收到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

低强度制动时(即第二弹性件9未接触第一活塞4时)：

ECU电控单元18收到力传感器17和角度传感器16采集到的踏板反力F和踏板角位移值

ECU电控单元18计算期望的踏板反力值F

ECU电控单元18判断力传感器17检测到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

ECU电控单元18判断检测单元检测到的踏板反力值F与期望的踏板反力值F

此时，踏板反力值F(即真实制动反力)与踏板角位移值

其中，K

r为螺母62的进给量；

a为制动踏板1与第一活塞4的连接点到制动踏板1的旋转中心的距离；则

当驾驶员松开制动踏板1时，ECU电控单元18收到角度传感器16和力传感器17的信号，控制驱动电机14带动丝杠61转动使螺母62回到初始位置，第一活塞4和第二活塞5在对应的弹性件的反力的作用下回到初始位置。

中高强度制动时(即第二弹性件9接触第一活塞4之后)：

前半段的工作方式与低强度制动相同，当第一活塞4运动到与第二弹性件9接触时，第二弹性件9开始被压缩，此时模拟器制动反力由第二弹性件9与第一弹性件8并联之后再与第三弹性件10串联提供。此时，ECU电控单元18控制驱动电机14转动，由圆柱齿轮副15带动丝杠61转动使螺母62和第三弹性件10向右移动，以此来调节第三弹性件10的压缩反力，驱动电机14调节螺母62的进给量r使驾驶员的踏板力F等于ECU计算出的期望的踏板反力值F

此时，踏板反力值F(即真实制动反力)与踏板角位移值

当驾驶员松开制动踏板1时，ECU电控单元18收到角度传感器16和力传感器17的信号，控制驱动电机14带动丝杠61转动使螺母62回到初始位置，第一活塞4和第二活塞5在对应的弹性件的反力的作用下回到初始位置。

主动系统失效时：

当ECU电控单元18失效时，踏板模拟器变为被动两段式踏板模拟器，即上述两种情况r＝0的情况，仍能为驾驶员提供踏板反力值。

参照图3，其中，α为踏板最大角位移；

图中的折线A和B分别为螺母62进给量为0和最大位置(螺母限位装置位置)时的关系曲线，通过调整工作流程中期望的踏板反力值F

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。