專利名稱：汽車制動踏板機構(gòu)及其踏板感覺模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車制動領(lǐng)域，具體涉及汽車的線控制動踏板機構(gòu)及其部件。
背景技術(shù)：
汽車制動機構(gòu)是保證汽車安全行駛的重要裝置。目前普遍采用的制動系統(tǒng)的工作 原理是駕駛員踩下制動踏板，制動踏板則通過推桿使得主缸活塞運動，而使制動主缸內(nèi)的 油液在一定壓力的作用下流入輪缸，在輪缸中形成相應(yīng)的壓力，并作用于制動盤(鼓)，實施 車輛制動。對于傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，制動主缸與輪缸需要通過較長的液體或氣體傳輸管路相 連，閥類元件較多，制動響應(yīng)速度較慢，同時由于制動防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)等電子 控制系統(tǒng)的加入，使其結(jié)構(gòu)和管路布置更加復(fù)雜，不僅增加了液壓(空氣)管路泄漏的隱患， 而且裝配與維修的成本也較高。線控制動是汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展方向，已有的線控制動系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)制動系統(tǒng) 中液壓、氣壓部件，采用能輸出動作狀態(tài)電信號的制動踏板機構(gòu)，以電線為信息傳遞媒介， 由電子感應(yīng)制動控制系統(tǒng)作為控制單元的重要組成部分，由電驅(qū)動元件作為制動執(zhí)行器。 線控制動系統(tǒng)在工作時，由其控制單元根據(jù)踏板壓力、踏板位移行程等傳感器信號識別駕 駛員制動意圖，從而發(fā)出控制信號使得制動執(zhí)行器動作而實現(xiàn)汽車制動。線控制動系統(tǒng)具 有制動響應(yīng)速度快、制動性能高和制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。線控制動系統(tǒng)中的制動踏板 機構(gòu)還可以采用與主動避撞系統(tǒng)相配合的智能制動踏板機構(gòu)。當(dāng)汽車在行駛中主動避撞系 統(tǒng)在檢測到車輛前方出現(xiàn)危險狀況時，一方面主動報警提醒駕駛員注意，另一方面根據(jù)需 求通過控制單元強行調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度甚至直接實施車輪制動，防止事故發(fā)生，提高安全性 能。踏板感覺模擬器是智能制動踏板機構(gòu)的主要組成部分，通過模擬傳統(tǒng)制動系統(tǒng)踏 板壓力和位移的關(guān)系，使駕駛員在制動過程中具有良好的操縱感覺，準(zhǔn)確掌握所施加制動 強度的大小。目前已有的制動踏板感覺模擬器主要為單彈簧、雙彈簧或“彈簧+橡膠”的結(jié) 構(gòu)形式，如奔馳汽車智能制動控制(SBC)中的制動壓力模擬器等，其缺點是設(shè)計參數(shù)需綜合 考慮各種因素折中確定，在使用中無法根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，制動踏板感覺模擬不能達 到最佳狀態(tài)，且在不同車型上移植困難。中國專利文獻CN 101566211A (申請?zhí)?00910142370.8)公開了一種阻尼調(diào)節(jié)器 和包括該阻尼調(diào)節(jié)器的電子制動踏板感覺模擬器，所述阻尼調(diào)節(jié)器包括缸體、活塞和與活 塞相連的連桿，缸體被活塞分成壓縮腔和伸張腔，壓縮腔和伸張腔在缸體的外部相通，其相 通部分設(shè)置有電源正、負(fù)極，缸體內(nèi)充有電流變液體；阻尼調(diào)節(jié)器通過連桿的一端與電子制 動踏板連接。上述踏板感覺模擬器使用了電流變液體，其在沒有外加電場時，流動特性符合牛 頓流體的特性，加上外加電場后，力學(xué)性能發(fā)生明顯變化，液體的粘性流動阻力加大，屈服 應(yīng)力和抗剪切應(yīng)力增強；利用該液體的上述特性與微控制器結(jié)合從而獲得智能踏板感覺模 擬器。但上述公開的踏板感覺模擬器需要提供高達幾千伏的電壓，并且對電流變液體中生物雜質(zhì)敏感，適用溫度范圍較窄，設(shè)備的體積較大，且沒有考慮到制動踏板的自由行程，最 終則影響其制動性能。另外，該踏板感覺模擬器也存在不同車型上移植困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的制動踏板機構(gòu)無法根據(jù)車輛、駕駛員的實際 情況進行調(diào)節(jié)，在不同車型上移植困難，踏板的制動感覺不理想等問題，提出一種可調(diào)阻尼 的踏板感覺模擬器，并進一步提出一種包括該踏板感覺模擬器的制動踏板機構(gòu)，該機構(gòu)在 配合其它裝置的情況下，能根據(jù)踏板運動速度或微波測距雷達提供的前方車輛、人員或障 礙物的距離信息調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器的阻尼，而使駕駛員具有良好的操縱感覺，從而提高 制動穩(wěn)定性、舒適性和響應(yīng)速度。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種踏板感覺模擬器，包括前缸體組件、后缸體組 件和磁流變液體；
前缸體組件包括前缸體、前活塞桿以及在前缸體內(nèi)按照從前向后的順序依次設(shè)置的第 一活塞、自由行程彈簧、第二活塞和回位彈簧；第一活塞和第二活塞與前缸體前后滑動連 接；
后缸體組件包括后缸體、后活塞桿、第三活塞、注液接口件、底座和線圈；第三活塞上沿 周向開有圓環(huán)柱形的線槽，線圈圍繞該線槽設(shè)置；第三活塞位于后缸體中；底座密閉固定 連接在后缸體的后端處，而在底座與后缸體之間形成密閉腔體；
注液接口件密閉固定在后缸體的側(cè)壁的開有注液孔處的部位上，磁流變液體通過注液 接口件充滿底座與后缸體所形成密閉腔體中且浸沒第三活塞；第三活塞的側(cè)壁外周與后缸 體的內(nèi)壁之間留有間隙；
所述前活塞桿的后端與前缸體內(nèi)的第一活塞固定連接；所述后活塞桿穿過后缸體的前 端板，且通過密封件與后缸體密閉動連接，后活塞桿的前端與第二活塞可拆式固定連接，后 活塞桿的后端與第三活塞固定連接；前缸體從前方與后缸體固定連接在一起，從而使得位 于第一活塞與第二活塞之間的自由行程彈簧處于被壓縮的狀態(tài)，以及使得位于第二活塞與 后缸體之間的回位彈簧處于被壓縮的狀態(tài)。所述線圈的正負(fù)端子引線穿過第三活塞、后活塞桿、第二活塞、第一活塞以及前活 塞桿中設(shè)置的走線通道，線圈的正負(fù)端子引線的伸出前活塞桿的走線通道的端頭是使用時 與低壓直流控制電源的正負(fù)極相連的端頭。所述前缸體組件的第二活塞為鋼制一體件，包括位于前部的小圓柱體和從后方連 接在小圓柱體上的同軸線的大圓柱體，大圓柱體的后部設(shè)有與其同軸線的中央螺孔；后缸 體組件的后活塞桿的前桿端帶有螺紋，后活塞桿由其螺紋前桿段旋合在第二活塞后部中央 的螺孔中，而使得后活塞桿的前端與第二活塞可拆式固定連接。 所述后缸體包括后缸主體、連接在后缸主體前端側(cè)部外周的法蘭連接部和連接在 后缸主體的前端板的前側(cè)面上的圓環(huán)柱形板，后缸主體為帶有前端板的圓筒體，法蘭連接 部上設(shè)有前后向的連接孔；前缸體包括前缸主體和連接在前缸主體后端側(cè)部外周的法蘭連 接部，法蘭連接部上設(shè)有前后向的連接孔；后缸體由其法蘭連接部通過螺栓和螺帽從后方 固定連接在前缸體的法蘭連接部上，后缸體的圓環(huán)柱形板從后方伸入回位彈簧中，回位彈 簧位于第二活塞的后端與后缸主體的前端板的前端面之間，并處于被壓縮的狀態(tài)而具有一
6定的預(yù)緊度。所述后缸體的前端板上開有同軸線的用于后活塞桿進出的后小前大的中央臺階 孔，在中央臺階孔的直徑較大的前孔段內(nèi)還包括從后向前依次設(shè)置的動密封件和限定第三 活塞在后部液缸內(nèi)運動軌跡的導(dǎo)向套筒；動密封件的內(nèi)徑小于后活塞桿的外徑，導(dǎo)向套筒 的內(nèi)徑大于后活塞桿的外徑；第三活塞的側(cè)壁外周與后缸體的內(nèi)壁之間的間隙s的大小與 后缸體內(nèi)徑之比為1 10 1 20。所述底座為鋼制一體件，由圓形底板和從前方連接在底板上的圓柱形殼體構(gòu)成； 底座由其帶有內(nèi)螺紋的前端頭密閉旋合在后缸體的帶有外螺紋的后端頭上，從而使得底座 密閉固定連接在后缸體上。所述后缸體組件還包括橡膠墊；橡膠墊通過與底座的圓柱形殼體過渡配合設(shè)置在 底座的腔體中；所述橡膠墊在后活塞桿推動第三活塞使液腔容積發(fā)生改變時起柔性儲能器 作用。一種汽車的制動踏板機構(gòu)，包括踏板、踏板臂和支架；踏板臂由其上端通過銷軸與 支架轉(zhuǎn)動連接，踏板固定連接在踏板臂的下端；其特征在于還包括踏板感覺模擬器、踏板 位移傳感器、輪速傳感器、微波測距雷達及低壓直流控制電源；踏板感覺模擬器包括前缸體 組件、后缸體組件和磁流變液體；前缸體組件包括前缸體、前活塞桿以及在前缸體內(nèi)按照從 前向后的順序依次設(shè)置的第一活塞、自由行程彈簧、第二活塞和回位彈簧；后缸體組件包括 后缸體、后活塞桿、第三活塞、注液接口件、底座和線圈；第三活塞上沿周向開有圓環(huán)柱形的 線槽，線圈圍繞該線槽設(shè)置；第三活塞位于后缸體中；底座密閉固定連接在后缸體的后端 處，而在底座與后缸體之間形成密閉腔體；注液接口件密閉固定在后缸體的側(cè)壁的開有注 液孔處的部位上，磁流變液體通過注液接口件充滿底座與后缸體所形成密閉腔體中且浸沒 第三活塞；第三活塞的側(cè)壁外周與后缸體的內(nèi)壁之間留有間隙；所述前活塞桿的后端與前 缸體內(nèi)的第一活塞固定連接；所述后活塞桿穿過后缸體的前端板，且通過密封件與后缸體 密閉動連接，后活塞桿的前端與第二活塞可拆式固定連接，后活塞桿的后端與第三活塞固 定連接；前缸體從前方與后缸體固定連接在一起；
踏板感覺模擬器的前活塞桿穿過前缸體的前端板中央的通孔，且前活塞桿的前端通過 銷軸轉(zhuǎn)動連接固定在踏板臂上；
低壓直流控制電源包括踏板位移信號輸入端、輪速信號輸入端、微波測距信號輸入端 和控制電源輸出端；踏板位移傳感器采用兩個可變電阻器，其中各可變電阻器的滑軌固定 在踏板感覺模擬器的前缸體的前端板中央的通孔內(nèi)壁上，各可變電阻器的滑片固定在前活 塞桿上，各可變電阻器的滑片與各可變電阻器的滑軌相接觸，；各可變電阻器的信號輸出端 通過引線與低壓直流控制電源的踏板位移信號輸入端電連接；輪速傳感器的信號輸出端通 過引線與低壓直流控制電源的輪速信號輸入端電連接；微波測距雷達的信號輸出端通過引 線與低壓直流控制電源的微波測距信號輸入端電連接；踏板感覺模擬器的線圈的正負(fù)端子 引線穿過第三活塞、后活塞桿、第二活塞、第一活塞以及前活塞桿中設(shè)置的走線通道，線圈 的正負(fù)端子引線的伸出前活塞桿的走線通道的端頭與低壓直流控制電源控制電源輸出端 的正負(fù)極電連接。后缸體的前端板上開有同軸線的用于后活塞桿進出的后小前大的中央臺階孔，在 中央臺階孔的直徑較大的前孔段內(nèi)還包括從后向前依次設(shè)置的動密封件和限定第三活塞在后部液缸內(nèi)運動軌跡的導(dǎo)向套筒；動密封件的內(nèi)徑小于后活塞桿的外徑，導(dǎo)向套筒的內(nèi) 徑大于后活塞桿的外徑；第三活塞的側(cè)壁外周與后缸體的內(nèi)壁之間的間隙s的大小與后缸 體內(nèi)徑之比為1 10 1 20。所述低壓直流控制電源包括中央處理單元、低壓電源、電壓調(diào)節(jié)控制電路、電壓反 饋電路、電流限制電路、IGBT驅(qū)動斬波電路和電源濾波電路；
中央處理單元設(shè)有踏板位移信號輸入端、輪速信號輸入端、微波測距信號輸入端、脈寬 調(diào)制信號輸出端和電壓調(diào)節(jié)信號輸出端；中央處理單元的踏板位移信號輸入端即為低壓直 流控制電源的踏板位移信號輸入端，中央處理單元的輪速信號輸入端即為低壓直流控制電 源的輪速信號輸入端，中央處理單元的微波測距信號輸入端即為低壓直流控制電源的微波 測距信號輸入端；中央處理單元的脈寬調(diào)制信號輸出端與IGBT驅(qū)動斬波電路的脈寬調(diào)制 信號輸入端電連接，中央處理單元的電壓調(diào)節(jié)信號輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路的控制端電 連接；
電壓調(diào)節(jié)控制電路還設(shè)有電源端、輸出端和反饋信號輸入端，低壓電源的輸出端與電 壓調(diào)節(jié)控制電路的電源端電連接，電壓調(diào)節(jié)控制電路的輸出端同時與IGBT驅(qū)動斬波電路 的電源端、電壓反饋電路的輸入端和電流限制電路的輸入端電連接，電壓反饋電路的輸出 端與電壓調(diào)節(jié)控制電路的第一反饋信號輸入端電連接，電流限制電路的輸出端與電壓調(diào)節(jié) 控制電路的第二反饋信號輸入端電連接，IGBT驅(qū)動斬波電路的輸出端與電源濾波電路的輸 入端電連接，電源濾波電路的輸出端作為低壓控制電源的控制電源輸出端而與踏板感覺模 擬器的線圈的正負(fù)端子引線電連接。本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明采用磁流變液原理，而使得踏板感覺模擬器 的阻尼可調(diào)，汽車制動踏板機構(gòu)的中央處理單元根據(jù)踏板位移傳感器輸出的自由行程內(nèi)的 踩踏速度信號及踏板位移行程信號判斷駕駛員制動意圖，隨著駕駛員的制動意圖增強，低 壓直流控制電源向線圈輸出的電壓逐漸變大，線圈中的電流亦逐漸變大而使得其所產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強度增加，磁感應(yīng)強度增加的同時磁流變液體的流動阻力也隨著增加，踏板感覺模 擬器的阻尼則隨之變大，從而實現(xiàn)了調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器阻尼的功能。(2)改變中央處理 單元內(nèi)的設(shè)定數(shù)值即可調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器的阻尼輸出曲線，使踏板感覺模擬器更易在不 同車型上移植，并且滿足不同駕駛員的制動模擬要求，因此適用范圍廣泛。(3)本發(fā)明的踏 板感覺模擬器結(jié)構(gòu)簡單、操縱輕便、感覺良好、響應(yīng)迅速，提高了制動穩(wěn)定性、舒適性和安全 性。(4)本發(fā)明的制動踏板機構(gòu)的中央處理單元通過微波測距雷達結(jié)合輪速傳感器檢測到 的信號判斷前方存在碰撞危險時，一方面通過另外配置的專門設(shè)備報警提醒駕駛員注意， 并根據(jù)需求強行調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度甚至直接實施車輪制動，防止事故發(fā)生；另一方面根據(jù)危 險程度主動調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器線圈的電壓值，改變模擬器的阻尼，提高駕駛員操作時的 制動響應(yīng)速度，避免事故發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的踏板感覺模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的汽車制動踏板機構(gòu)的示意圖。 圖3為本發(fā)明阻尼調(diào)節(jié)的踏板位移行程與目標(biāo)制動壓力的關(guān)系曲線圖。圖中橫坐 標(biāo)“Sp”為踏板位移行程，縱坐標(biāo)“Fp”為目標(biāo)制動壓力，橫坐標(biāo)上的“Sm”為踏板最大位移行程，"Sz"為踏板自由行程和踏板速度識別行程，縱坐標(biāo)上的“Fm”為最大制動壓力，曲線 “①”為較小強度制動時的曲線，曲線“②”為中等強度制動時的曲線，曲線“③”為緊急制動 時的曲線。圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)硬件連接線路圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記如下
踏板感覺模擬器100，前缸體組件10，前缸體11，前缸主體11-1，法蘭連接部11-2，通氣 孔11-3，前活塞桿12，第一活塞13，自由行程彈簧14，第二活塞15，回位彈簧16 ；
后缸體組件20，后缸體21，后殼主體21-1，法蘭連接部21-2，圓環(huán)柱形板21_3，后活塞 桿22，第三活塞23，動密封件24，導(dǎo)向套筒25，注液接口件26，底座27，橡膠墊28，線圈29 ； 磁流變液體3，踏板位移傳感器41，輪速傳感器42，微波測距雷達43，踏板臂5，踏板6， 支架7;
低壓直流控制電源8，中央處理單元80，低壓電源81，電壓調(diào)節(jié)控制電路82，電壓反饋 電路83，電流限制電路84，IGBT驅(qū)動斬波電路85，電源濾波電路86。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
作進一步詳細(xì)的說明。(實施例1、踏板感覺模擬器)
見圖1，本實施例的踏板感覺模擬器100包括前缸體組件10、后缸體組件20和磁流變 液體3。前缸體組件10包括前缸體11、前活塞桿12、第一活塞13、自由行程彈簧14、第二 活塞15和回位彈簧16，第一活塞13和第二活塞15與前缸體11前后滑動連接。前缸體11為鋼制一體件，包括前缸主體11-1和連接在前缸主體11-1后端側(cè)部外 周的法蘭連接部11-2。前缸主體11-1為帶有前端板的圓筒體，前缸主體11-1的后端敞開， 前缸主體11-1的前端板的中央開有與圓筒體同軸線的中央孔，前缸主體11-1側(cè)壁上設(shè)有 通氣孔11-3。前缸體11的通氣孔11-3的作用是便于前缸體11內(nèi)的空氣自由進出，減少對 阻尼的影響。法蘭連接部11-2上設(shè)有前后向的連接孔。第一活塞13為鋼制一體件，其形狀為后部設(shè)有中央盲孔的圓柱體，中央盲孔與圓 柱體同軸線，第一活塞13的圓柱體的側(cè)部外周與與前缸體11的前缸主體11-1的側(cè)壁相配
I=I O第二活塞15為鋼制一體件，包括位于前部的小圓柱體和從后方連接在小圓柱體 上的與小圓柱體同軸線的大圓柱體，大圓柱體的后部設(shè)有與其同軸線的中央螺孔，第二活 塞15的大圓柱體側(cè)部外周與前缸體11的前缸主體11-1的側(cè)壁相配合，第二活塞15的小 圓柱體的直徑小于第一活塞13的中央盲孔的直徑。自由行程彈簧14為鋼制壓簧，自由行程彈簧14的內(nèi)徑大于第二活塞15的小圓柱 體的直徑，自由行程彈簧14的外徑小于第一活塞13的中央盲孔的直徑；自由行程彈簧14 的彈性系數(shù)較小，從而在使用中使得第一活塞桿12有一定的自由行程，也即使得踏板6有 一定的自由行程?；匚粡椈?6為鋼制壓縮彈簧，回位彈簧16的外徑小于前缸體11的內(nèi)腔直徑，回 位彈簧16的彈性系數(shù)大于自由行程彈簧14的彈性系數(shù)。
前活塞桿12由其后端與第一活塞13的前端同軸線固定連接而形成一個整體構(gòu) 件，該整體構(gòu)件設(shè)置在前缸體11中，其第一活塞13的側(cè)部外周與前缸體11的內(nèi)腔側(cè)壁相 配合，第一活塞13的前端面與前缸體11的前端板的后端面相接觸，且前活塞桿12由其前 端由前缸體11的前端板的中央孔向前伸出前缸體11。自由行程彈簧14設(shè)置在前缸體11 中，自由行程彈簧14的前段位于第一活塞13的中央盲孔中，且其前端面與第一活塞13的 中央盲孔的孔壁的后端面相接觸。第二活塞15設(shè)置在前缸體11中，位于第一活塞13后方， 第二活塞15的大圓柱體的側(cè)部外周與前缸體11的內(nèi)腔側(cè)壁相配合，且第二活塞15的小圓 柱體向前伸入自由行程彈簧14中，由大圓柱體的前端面與自由行程彈簧14的后端面相接 觸?；匚粡椈?6設(shè)置在前缸體11中，位于第二活塞15的后方，且與第二活塞15的大圓柱 體的后端面相接觸。后缸體組件20包括后缸體21、后活塞桿22、第三活塞23、動密封件24、導(dǎo)向套筒 25、注液接口件26、底座27、橡膠墊28及線圈29。后缸體21為鋼制一體件，包括后缸主體21-1、連接在后缸主體21-1前端側(cè)部外周 的法蘭連接部21-2和連接在后缸主體21-1的前端板的前側(cè)面上的圓環(huán)柱形板21-3。后缸 主體21-1為帶有前端板的圓筒體，且該圓筒體的側(cè)壁也即后缸體21的側(cè)壁上開有安裝孔， 后缸主體21-1的后端敞開，后缸主體21-1的前端板也即后缸體21的前端板。后缸體21 的前端板上開有與后缸主體21-1同軸線的后小前大的中央臺階孔。法蘭連接部21-2上設(shè) 有前后向的連接孔，且這些連接孔與前缸體11的法蘭連接部11-2的連接孔相對應(yīng)。動密封件24為彈簧致動PTFE密封件，該彈簧致動PTFE密封件是一種U型聚四氟 乙烯內(nèi)裝配特殊彈簧的高性能密封件，由深圳市新唐精密技術(shù)有限公司制造，動密封件24 的內(nèi)徑略小于后活塞桿22的外徑。導(dǎo)向套筒25的材質(zhì)是柔性耐磨材料，導(dǎo)向套筒25的內(nèi) 徑略大于后活塞桿22的外徑。動密封件24和導(dǎo)向套筒25按照從后向前的次序依次設(shè)置 在后缸體21的前端板的中央臺階孔的直徑較大的前孔段內(nèi)，且動密封件24與后缸體21的 前端板過渡配合，導(dǎo)向套筒25與后缸體21的前端板過盈配合，導(dǎo)向套筒25的后端面對動 密封件24的前端面具有一定的壓力，使得動密封件24固定在通道內(nèi)；注液接口件26密閉 焊接固定在后缸體21的側(cè)壁的開有注液孔處的部位上，用于磁流變液體3的加注。第三活塞23基本呈圓柱體，第三活塞23上沿周向開有圓環(huán)柱形的線槽。第三活 塞23外周與后缸體21的內(nèi)壁之間留有間隙s，該間隙s的大小與后缸體21內(nèi)徑之比為 1 10 1 20。使用時，該間隙s用于磁流變液體3在其中流過。后活塞桿22同軸線焊接固定在第三活塞23的前端面上，后活塞桿22的前桿端帶 有螺紋，后活塞桿22由后向前穿過后缸體21的前端板的中央臺階孔，且使得動密封件24 以及導(dǎo)向套筒25套在后活塞桿22上，且后活塞桿22由其螺紋前桿段旋合在第二活塞15 后部中央的螺孔中。后缸體21由其法蘭連接部21-2通過螺栓和螺帽從后方固定連接在前缸體11的 法蘭連接部11-2上，且后缸體21與前缸體11同軸線設(shè)置，同時使得后缸體21的圓環(huán)柱形 板21-3從后方伸入回位彈簧16中，回位彈簧16的后端與后缸體21的前端板的前端面彈 性接觸，也即回位彈簧16具有一定的預(yù)緊度，使得駕駛員離開踏板6之后，第二活塞15能 及時回到初始狀態(tài)。第三活塞23能向后方運動的最大行程由第二活塞15的后端與后缸體 21的圓環(huán)柱形板21-3的前端面之間的距離決定。上述后缸體21從后方與前缸體11固定連接在一起，使得位于第一活塞13與第二活塞15之間的自由行程彈簧14處于被壓縮的狀 態(tài)，以及使得位于第二活塞15與后缸體21之間的回位彈簧16處于被壓縮的狀態(tài)，
第三活塞23、后活塞桿22、第二活塞15、第一活塞13以及前活塞桿12均設(shè)有供線圈 29的正負(fù)端子引線通過的走線通道。線圈29圍繞第三活塞23的圓環(huán)柱形的線槽設(shè)置，且 被封裝在該線槽中。線圈29的正負(fù)端子引線穿過第三活塞23、后活塞桿22、第二活塞15、 第一活塞13以及前活塞桿12的走線通道而與低壓直流電源的正負(fù)極相連。底座27為鋼制一體件，由圓形底板和從前方連接在底板上的圓柱形殼體構(gòu)成，橡 膠墊28通過與底座27的圓柱形殼體過渡配合設(shè)置在底座27的腔體中。底座27由其帶有 內(nèi)螺紋的前端頭密閉旋合在后缸體21的帶有外螺紋的后端頭上，從而使得底座27密閉固 定連接在后缸體21上。此時，底座27與后缸體21之間形成密閉腔體。磁流變液體3通過注液接口件26注入底座27與后缸體21之間所形成密閉腔體 中。橡膠墊28在后活塞桿22推動第三活塞23使液腔容積發(fā)生改變時通過凹凸變化 實現(xiàn)自動調(diào)整，起到柔性儲能器的作用。踏板感覺模擬器100采用磁流變液原理，當(dāng)調(diào) 節(jié)線圈29的電壓值時，磁流變液體 3的流動阻力改變，踏板感覺模擬器100的阻尼發(fā)生變化，從而實現(xiàn)踏板的踏板力感覺模擬 功能。
(實施例2、汽車的制動踏板機構(gòu))
見圖2，本實施例汽車的制動踏板機構(gòu)包括踏板感覺模擬器100、踏板位移傳感器41、 輪速傳感器42、微波測距雷達43、踏板臂5、踏板6、支架7、及低壓直流控制電源8。低壓直流控制電源8包括中央處理單元80、低壓電源81、電壓調(diào)節(jié)控制電路82、電 壓反饋電路83、電流限制電路84、IGBT驅(qū)動斬波電路85和電源濾波電路86。中央處理單元80設(shè)有踏板位移信號輸入端、輪速信號輸入端、微波測距信號輸入 端、脈寬調(diào)制信號輸出端和電壓調(diào)節(jié)信號輸出端。踏板位移傳感器41的信號輸出端與中央 處理單元80的踏板位移信號輸入端電連接；輪速傳感器42的信號輸出端與中央處理單元 80的輪速信號輸入端電連接；微波測距雷達43的信號輸出端與中央處理單元80的微波測 距信號輸入端電連接；中央處理單元80的脈寬調(diào)制信號輸出端與IGBT驅(qū)動斬波電路85的 脈寬調(diào)制信號輸入端電連接；中央處理單元80的電壓調(diào)節(jié)信號輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電 路82的控制端電連接。電壓調(diào)節(jié)控制電路82還設(shè)有電源端、輸出端、第一反饋信號輸入端和第二反饋信 號輸入端。低壓電源81的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路82的電源端電連接；電壓調(diào)節(jié)控制 電路82的輸出端同時與IGBT驅(qū)動斬波電路85的電源端、電壓反饋電路83的輸入端和電 流限制電路84的輸入端電連接；電壓反饋電路83的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路82的第一 反饋信號輸入端電連接，電流限制電路84的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路82的第二反饋信 號輸入端電連接；IGBT驅(qū)動斬波電路85的輸出端與電源濾波電路86的輸入端電連接；電 源濾波電路86的輸出端作為低壓控制電源8的控制電源輸出端而與踏板感覺模擬器100 的線圈29的正負(fù)端子引線電連接。支架7在使用時固定在汽車的底盤上，支架7的上部還設(shè)置導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的內(nèi)徑略大于踏板感覺模擬器100的前活塞桿12的外徑。踏板臂5的上端通過銷軸轉(zhuǎn)動連接在 支架7上，踏板6焊接固定連接在踏板臂5的下端；踏板感覺模擬器100由實施例1得到， 通過安裝架固定在汽車底盤上。踏板感覺模擬器100的前活塞桿12的前端穿過支架7上 部的導(dǎo)向孔再通過銷軸轉(zhuǎn)動連接在踏板臂5上。輪速傳感器42設(shè)置在車輪附近，微波測距 雷達43設(shè)置在汽車車頭部位且朝向行駛的方向。踏板位移傳感器41包括兩個可變電阻器，以提高其信號精度與容錯能力，保證對 踏板靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)測量準(zhǔn)確且可靠性高，各可變電阻器的滑軌固定在踏板感覺模擬器100 的前缸體11的前端板中央的通孔內(nèi)壁上，各可變電阻器的滑片固定在前活塞桿12上，各可 變電阻器的滑片與各可變電阻器的滑軌相接觸，滑片隨著前活塞桿12的移動而移動，并向 中央處理單元80輸出踏板位移行程信號和踏板速度信號。當(dāng)汽車制動時，駕駛員踩下制動踏板6，踏板臂5圍繞支架7轉(zhuǎn)動而帶動踏板感覺 模擬器100的前活塞桿12向后運動，前活塞桿12推動第一活塞13克服自由行程彈簧14 的阻力而推動第二活塞15，并依次使得第二活塞15后活塞桿22以及第三活塞23向著底座 27運動。在踏板感覺模擬器100的前活塞桿12移動的同時，其上的踏板位移傳感器41的 滑片在可變電阻滑軌上移動，從而向中央處理單元80輸出自由行程內(nèi)的踩踏速度信號及 踏板位移行程信號；中央處理單元80根據(jù)此踏板速度判斷駕駛員的制動意圖是較小強度 制動、中等強度制動還是緊急制動，然后調(diào)用圖3所示的相應(yīng)的踏板位移行程與目標(biāo)制動 壓力曲線，控制輸出至踏板感覺模擬器100的線圈29的電壓值，以調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器100 的阻尼，再根據(jù)該踏板位移行程信號，發(fā)出指令控制制動執(zhí)行器實施汽車制動。見圖3，當(dāng)中央處理單元80判斷制動為較小強度制動時，調(diào)用斜率較小的曲線 “①”，低壓直流控制電源8的電壓輸出為0伏，而不對線圈29供電，線圈29中不通電，磁流 變液體3的粘性較小，踏板感覺模擬器100的阻尼則也較小，達到最大制動力所需的踏板行 程較大，車輛減速度變化均勻，制動穩(wěn)定舒適。當(dāng)中央處理單元80判斷車輛為中等強度制 動時，調(diào)用曲線“②”，使得低壓直流控制電源8對線圈29供較低電壓，而在線圈29中通過 較小電流，磁流變液體3的流動阻力有一定的增加，踏板感覺模擬器100的阻尼增加，使得 達到最大制動力所需的踏板行程變短，制動穩(wěn)定舒適性有所下降，但響應(yīng)速度提高。當(dāng)中央 處理單元80判斷車輛緊急制動時，調(diào)用曲線“③”，踏板位移行程與目標(biāo)制動壓力的關(guān)系如 曲線“③”所示，低壓電源對線圈29供較高電壓，線圈29中通過較大電流，磁流變液體3的 流動阻力較大，踏板感覺模擬器100的阻尼較大，使得達到最大制動力所需的踏板行程最 短，制動響應(yīng)迅速，提高安全性能。上述阻尼輸出曲線“①”、“②”、“③”亦可通過改變中央處理單元80內(nèi)的設(shè)定數(shù)值 而發(fā)生變化，使得踏板感覺模擬器100的適用范圍更為廣泛。見圖4，在低壓直流控制電源8向線圈29輸出電壓的過程中，中央處理單元80根 據(jù)踏板位移傳感器41輸出的自由行程內(nèi)的踩踏速度信號、微波測距雷達輸出的微波測距 信號以及輪速傳感器輸出的輪速信號，在中央處理單元80的脈寬調(diào)制信號輸出端輸出相 應(yīng)大小占空比的PWM脈沖信號，通過調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比的大小即可控制輸出電壓大?。?中央處理單元80輸出控制信號控制電壓調(diào)節(jié)控制電路82將由低壓電源81輸入的10-14V 的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷赫也?，借助于電壓反饋電?3及電流限制電路84，使輸出的正弦
12波電壓穩(wěn)定、可靠；IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動斬波電路85根據(jù)PWM脈沖的占空比將 穩(wěn)定的正弦波電壓輸出為大小可調(diào)的低壓直流，最終通過低壓電源濾波電路86輸出0-12V 的直流電壓，從而在線圈29中產(chǎn)生與不同輸入電壓相對應(yīng)強度的電流，從而磁流變液3的 流體阻尼系數(shù)發(fā)生變化，實現(xiàn)踏板感覺模擬器100的模擬功能。 因此，中央處理單元80根據(jù)微波測距雷達43提供的前方情況及輪速傳感器42提 供的車速信息判斷危險程度，主動調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器100的線圈29的電壓值，改變踏板 感覺模擬器100的阻尼，提高操作時的制動響應(yīng)速度。另外，還可配置相應(yīng)的設(shè)備，在判斷 前方存在碰撞危險時，報警提醒駕駛員注意，并根據(jù)需求強行調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度甚至直接實 施車輪制動，防止事故發(fā)生。
權(quán)利要求
一種踏板感覺模擬器，其特征在于包括前缸體組件(10)、后缸體組件(20)和磁流變液體(3)；前缸體組件(10)包括前缸體(11)、前活塞桿(12)以及在前缸體(11)內(nèi)按照從前向后的順序依次設(shè)置的第一活塞(13)、自由行程彈簧(14)、第二活塞(15)和回位彈簧(16)；第一活塞(13)和第二活塞(15)與前缸體(11)前后滑動連接；后缸體組件(20)包括后缸體(21)、后活塞桿(22)、第三活塞(23)、注液接口件(26)、底座(27)和線圈(29)；第三活塞(23)上沿周向開有圓環(huán)柱形的線槽，線圈(29)圍繞該線槽設(shè)置；第三活塞(23)位于后缸體(21)中；底座(27)密閉固定連接在后缸體(21)的后端處，而在底座(27)與后缸體(21)之間形成密閉腔體；注液接口件(26)密閉固定在后缸體(21)的側(cè)壁的開有注液孔處的部位上，磁流變液體(3)通過注液接口件(26)充滿底座(27)與后缸體(21)所形成密閉腔體中且浸沒第三活塞(23)；第三活塞(23)的側(cè)壁外周與后缸體(21)的內(nèi)壁之間留有間隙；所述前活塞桿(12)的后端與前缸體(11)內(nèi)的第一活塞(13)固定連接；所述后活塞桿(22)穿過后缸體(21)的前端板，且通過密封件與后缸體(21)密閉動連接，后活塞桿(22)的前端與第二活塞(15)可拆式固定連接，后活塞桿(22)的后端與第三活塞(23)固定連接；前缸體(11)從前方與后缸體(21)固定連接在一起，從而使得位于第一活塞(13)與第二活塞(15)之間的自由行程彈簧(14)處于被壓縮的狀態(tài)，以及使得位于第二活塞(15)與后缸體(21)之間的回位彈簧(16)處于被壓縮的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的踏板感覺模擬器，其特征在于所述線圈(29)的正負(fù)端子引 線穿過第三活塞(23)、后活塞桿(22)、第二活塞(15)、第一活塞(13)以及前活塞桿(12)中 設(shè)置的走線通道，線圈(29)的正負(fù)端子引線的伸出前活塞桿(12)的走線通道的端頭與低 壓直流控制電源(8 )控制電源輸出端的正負(fù)極電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的踏板感覺模擬器，其特征在于所述前缸體組件(10)的第二 活塞(15)為鋼制一體件，包括位于前部的小圓柱體和從后方連接在小圓柱體上的同軸線的 大圓柱體，大圓柱體的后部設(shè)有與其同軸線的中央螺孔；后缸體組件(20)的后活塞桿(22) 的前桿端帶有螺紋，后活塞桿(22)由其螺紋前桿段旋合在第二活塞(15)后部中央的螺孔 中，而使得后活塞桿(22)的前端與第二活塞(15)可拆式固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的踏板感覺模擬器，其特征在于所述后缸體(21)包括后缸主 體(21-1)、連接在后缸主體(21-1)前端側(cè)部外周的法蘭連接部(21-2)和連接在后缸主體 (21-1)的前端板的前側(cè)面上的圓環(huán)柱形板(21-3)，后缸主體(21-1)為帶有前端板的圓筒 體，法蘭連接部(21-2)上設(shè)有前后向的連接孔；前缸體(11)包括前缸主體(11-1)和連接 在前缸主體(11-1)后端側(cè)部外周的法蘭連接部(11-2)，法蘭連接部(11-2)上設(shè)有前后向 的連接孔；后缸體(21)由其法蘭連接部(21-2)通過螺栓和螺帽從后方固定連接在前缸體 (11)的法蘭連接部(11-2)上，后缸體(21)的圓環(huán)柱形板(21-3)從后方伸入回位彈簧(16) 中，回位彈簧(16)位于第二活塞(15)的后端與后缸主體(21-1)的前端板的前端面之間，并 處于被壓縮的狀態(tài)而具有一定的預(yù)緊度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的踏板感覺模擬器，其特征在于后缸體(21)的前端板上開有 同軸線的用于后活塞桿(22)進出的后小前大的中央臺階孔，在中央臺階孔的直徑較大的前 孔段內(nèi)還包括從后向前依次設(shè)置的動密封件(24)和限定第三活塞(23)在后部液缸內(nèi)運動軌跡的導(dǎo)向套筒(25)；動密封件(24)的內(nèi)徑小于后活塞桿(22)的外徑，導(dǎo)向套筒(25)的 內(nèi)徑大于后活塞桿(22)的外徑；第三活塞(23)的側(cè)壁外周與后缸體(21)的內(nèi)壁之間的間 隙(s)的大小與后缸體(21)內(nèi)徑之比為1 10 1 20。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的踏板感覺模擬器，其特征在于底座(27)為鋼制一體件，由圓 形底板和從前方連接在底板上的圓柱形殼體構(gòu)成；底座(27)由其帶有內(nèi)螺紋的前端頭密 閉旋合在后缸體(21)的帶有外螺紋的后端頭上，從而使得底座(27)密閉固定連接在后缸 體(21)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的踏板感覺模擬器，其特征在于后缸體組件(20)還包括橡膠 墊(28)；橡膠墊(28)通過與底座(27)的圓柱形殼體過渡配合設(shè)置在底座(27)的腔體中； 所述橡膠墊(28 )在后活塞桿(22 )推動第三活塞(23 )使液腔容積發(fā)生改變時起柔性儲能器 作用。
8.一種汽車的制動踏板機構(gòu)，包括踏板(6)、踏板臂(5)和支架(7);踏板臂(5)由其上 端通過銷軸與支架(7)轉(zhuǎn)動連接，踏板(6)固定連接在踏板臂5的下端；其特征在于還包 括踏板感覺模擬器(100)、踏板位移傳感器(41)、輪速傳感器(42)、微波測距雷達(43)及低 壓直流控制電源(8)；踏板感覺模擬器(100)包括前缸體組件(10)、后缸體組件(20)和磁流變液體(3);前缸 體組件(10)包括前缸體(11)、前活塞桿(12)以及在前缸體(11)內(nèi)按照從前向后的順序依 次設(shè)置的第一活塞(13)、自由行程彈簧(14)、第二活塞(15)和回位彈簧(16)；后缸體組件 (20)包括后缸體(21)、后活塞桿(22)、第三活塞(23)、注液接口件(26)、底座(27)和線圈 (29)；第三活塞(23)上沿周向開有圓環(huán)柱形的線槽，線圈(29)圍繞該線槽設(shè)置；第三活塞 (23)位于后缸體(21)中；底座(27)密閉固定連接在后缸體(21)的后端處，而在底座(27) 與后缸體(21)之間形成密閉腔體；注液接口件(26)密閉固定在后缸體(21)的側(cè)壁的開有 注液孔處的部位上，磁流變液體(3)通過注液接口件(26)充滿底座(27)與后缸體(21)所 形成密閉腔體中且浸沒第三活塞(23)；第三活塞(23)的側(cè)壁外周與后缸體(21)的內(nèi)壁之 間留有間隙；所述前活塞桿(12)的后端與前缸體(11)內(nèi)的第一活塞(13)固定連接；所述 后活塞桿(22)穿過后缸體(21)的前端板，且通過密封件與后缸體(21)密閉動連接，后活塞 桿(22)的前端與第二活塞(15)可拆式固定連接，后活塞桿(22)的后端與第三活塞(23)固 定連接；前缸體(11)從前方與后缸體(21)固定連接在一起；踏板感覺模擬器(100)的前活 塞桿(12)穿過前缸體(11)的前端板中央的通孔，且前活塞桿(12)的前端通過銷軸轉(zhuǎn)動連 接在踏板臂(5)上；低壓直流控制電源(8 )包括踏板位移信號輸入端、輪速信號輸入端、微波測距信號輸入 端和控制電源輸出端；踏板位移傳感器(41)采用兩個可變電阻器，其中各可變電阻器的滑 軌固定在踏板感覺模擬器(100)的前缸體(11)的前端板中央的通孔內(nèi)壁上，各可變電阻器 的滑片固定在前活塞桿(12)上，各可變電阻器的滑片與各可變電阻器的滑軌相接觸，各可 變電阻器的信號輸出端通過引線與低壓直流控制電源(8)的踏板位移信號輸入端電連接； 輪速傳感器(42)的信號輸出端通過引線與低壓直流控制電源(8)的輪速信號輸入端電連 接；微波測距雷達(43)的信號輸出端通過引線與低壓直流控制電源(8)的微波測距信號輸 入端電連接；踏板感覺模擬器(100)的線圈(29)的正負(fù)端子引線穿過第三活塞(23)、后活 塞桿(22)、第二活塞(15)、第一活塞(13)以及前活塞桿(12)中設(shè)置的走線通道，線圈(29)的正負(fù)端子引線的伸出前活塞桿(12)的走線通道的端頭與低壓直流控制電源(8)控制電 源輸出端的正負(fù)極電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽車的制動踏板機構(gòu)，其特征在于后缸體(21)的前端板上 開有同軸線的用于后活塞桿(22)進出的后小前大的中央臺階孔，在中央臺階孔的直徑較大 的前孔段內(nèi)還包括從后向前依次設(shè)置的動密封件(24 )和限定第三活塞(23 )在后部液缸內(nèi) 運動軌跡的導(dǎo)向套筒(25);動密封件(24)的內(nèi)徑小于后活塞桿(22)的外徑，導(dǎo)向套筒(25) 的內(nèi)徑大于后活塞桿22的外徑；第三活塞(23)的側(cè)壁外周與后缸體(21)的內(nèi)壁之間的間 隙(s)的大小與后缸體(21)內(nèi)徑之比為1 10 1 20。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的汽車的制動踏板機構(gòu)，其特征在于低壓直流控制電源 (8)包括中央處理單元(80)、低壓電源(81)、電壓調(diào)節(jié)控制電路(82)、電壓反饋電路(83)、 電流限制電路(84)、IGBT驅(qū)動斬波電路(85)和電源濾波電路(86)；中央處理單元(80)設(shè)有踏板位移信號輸入端、輪速信號輸入端、微波測距信號輸入端、 脈寬調(diào)制信號輸出端和電壓調(diào)節(jié)信號輸出端；中央處理單元(80)的踏板位移信號輸入端 即為低壓直流控制電源(8)的踏板位移信號輸入端，中央處理單元(80)的輪速信號輸入端 即為低壓直流控制電源(8)的輪速信號輸入端，中央處理單元(80)的微波測距信號輸入端 即為低壓直流控制電源(8)的微波測距信號輸入端；中央處理單元(80)的脈寬調(diào)制信號輸 出端與IGBT驅(qū)動斬波電路(85)的脈寬調(diào)制信號輸入端電連接，中央處理單元(80)的電壓 調(diào)節(jié)信號輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路(82)的控制端電連接；電壓調(diào)節(jié)控制電路(82)還設(shè)有電源端、輸出端、第一反饋信號輸入端和第二反饋信號 輸入端，低壓電源(81)的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電路(82)的電源端電連接，電壓調(diào)節(jié)控 制電路(82)的輸出端同時與IGBT驅(qū)動斬波電路(85)的電源端、電壓反饋電路(83)的輸 入端和電流限制電路(84)的輸入端電連接，電壓反饋電路(83)的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制 電路(82)的第一反饋信號輸入端電連接，電流限制電路(84)的輸出端與電壓調(diào)節(jié)控制電 路(82)的第二反饋信號輸入端電連接，IGBT驅(qū)動斬波電路(85)的輸出端與電源濾波電路 (86)的輸入端電連接，電源濾波電路(86)的輸出端作為低壓控制電源(8)的控制電源輸出 端而與踏板感覺模擬器(100)的線圈(29)的正負(fù)端子引線電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車制動踏板機構(gòu)及其踏板感覺模擬器，制動踏板機構(gòu)包括制動踏板、踏板位移傳感器、踏板感覺模擬器、微波測距雷達及中央處理單元等。踏板位移傳感器采用雙可變電阻器，用于識別駕駛員的制動意圖。踏板感覺模擬器采用磁流變液原理，中央處理單元可以根據(jù)踏板速度或由微波測距雷達提供的前方車輛、人員或障礙物的距離信息控制線圈電壓大小，調(diào)節(jié)模擬器的阻尼，使駕駛員具有良好的操縱感覺，提高制動穩(wěn)定性、舒適性和安全性。同時，通過改變中央處理單元內(nèi)的設(shè)定數(shù)值，即可調(diào)節(jié)踏板感覺模擬器的阻尼輸出曲線，滿足不同車型或駕駛員個體的要求。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱輕便、響應(yīng)迅速、適用性好等優(yōu)點。
文檔編號B60T7/06GK101982356SQ20101054329
公開日2011年3月2日 申請日期2010年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月14日
發(fā)明者唐金花, 王奎洋, 貝紹軼 申請人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院