一种二阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构的制作方法

本发明属于车辆制动设备技术领域，具体涉及一种二阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构。

背景技术：

制动系统是汽车底盘的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全。虽然传统液压式、气压式制动系统能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其他系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车底盘集成化控制的发展要求。

电控制动系统实现了制动踏板机构与制动执行机构的解耦，主要有电子液压制动系统(ehb)与电子机械制动系统(emb)两种，取消了制动踏板机构与制动执行机构之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对各个车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、动态响应迅速、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。

由于制动踏板机构与制动执行机构实现了解耦，使得电控制动系统的制动踏板不再依赖于传统的真空助力装置，制动踏板结构与驾驶员制动感觉等都会发生较大变化，因此需要对汽车解耦分布式制动系统制动踏板机构进行全新设计。目前，在已有可查询的汽车制动系统制动踏板机构相关信息中，与本发明最相关的技术是授权公告号为cn101982356b的发明专利——汽车制动踏板机构及其踏板感觉模拟器和授权公告号为cn201989768u的实用新型专利——一种汽车线控制动系统的制动踏板装置。上述发明采用踏板位移传感器识别驾驶员的制动意图，利用磁流变液可变阻尼特性动态调节制动踏板阻尼力，提高了制动踏板感觉和汽车制动性能。上述发明采用压电式踏板压力传感器与踏板线性位移传感器共同识别驾驶员的制动意图，踏板感觉模拟功能部分采用双弹簧机构，在中小强度制动时，只有外侧弹簧起作用；在高强度或紧急制动时，内、外侧弹簧同时参与工作。但是，上述发明中磁流变液式踏板感觉模拟器与上述发明中压电式踏板压力传感器等，都存在结构复杂、控制繁琐、成本较高及实现困难等问题，且两者都没有考虑制动意图预识别和应急制动功能。至目前为止，具有制动意图预识别和应急制动功能的二阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构还鲜有提及。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二阶段踏板感觉模拟器及其汽车制动踏板机构。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种二阶段踏板感觉模拟器，包括：

外壳；

二弹性机构，包括第一弹性组件和第二弹性组件，第一弹性组件沿外壳的轴向移动设置于外壳的轴向腔室内，第二弹性组件设置于外壳的后端盖板上；

制动推杆，制动推杆在外壳的轴心位置沿其轴向移动穿设于外壳内，制动推杆与第一弹性组件连接，用于推动第一弹性组件压缩后推动第二弹性组件变形；

应急开关，应急开关设置于外壳的后端盖板上且位于第二弹性组件的中心位置，应急开关为机械触点式开关，应急开关为常开状态。

本发明相较于现有技术，分别采用第一弹性组件、第二弹性组件为主作用的二阶段模拟方式，可有效模拟制动踏板机构的操纵感觉，结构简单合理，操作方便，响应迅速，提高了制动的稳定性、舒适性和安全性。

作为优选的方案，上述的外壳包括壳体，壳体的轴向两端分别设有第一前端盖板和第一后端盖板，第一前端盖板的轴心位置设有用于制动推杆活动的通孔；

第一弹性组件包括弹簧座和第一弹簧，弹簧座包括第一弹簧座圈和第二弹簧座圈，第一弹簧座圈和第二弹簧座圈沿壳体的轴向依次设置于壳体的轴向腔室内，第一弹簧设置于第一弹簧座圈和第二弹簧座圈之间且将第一弹簧座圈和第二弹簧座圈分别紧靠于第一前端盖板和第二弹性组件上，制动推杆穿过第一前端盖板的通孔与第一弹簧座圈连接，第二弹性组件发生变形所需的力大于第一弹簧发生变形所需的力。

采用上述优选的方案，在中小强度制动时，由于第二弹性组件发生变形所需的力大于第一弹簧发生变形所需的力，制动推杆推动第一弹簧座圈移动使得第一弹簧压缩，可模拟中小强度的制动感觉；在大强度制动时，制动推杆继续推动第一弹簧座圈使得第二弹性组件发生变形，可模拟大强度的制动感觉。

作为优选的方案，上述的第二弹性组件由弹性塑料制作而成的弹性元件，第二弹性组件为圆柱体结构。

采用上述优选的方案，第二弹性组件由弹性塑料制作而成，制动后在自身弹性的作用下可恢复。

作为优选的方案，上述的外壳包括前部壳体和后部壳体，前部壳体的轴向两端设有第二前端盖板和第二后端盖板，第二前端盖板和第二后端盖板的轴心位置设有用于制动推杆活动的通孔，后部壳体的前端与前部壳体的后端相连且二者的轴心在同一直线上；

第一弹性组件包括第三弹簧座圈和第二弹簧，第二弹簧设置于第三弹簧座圈和第二后端盖板之间且将第三弹簧座圈紧靠于第二前端盖板上；制动推杆活动穿设于第二前端盖板和第二后端盖板的通孔内，制动推杆的长度方向的中部设有凸环，凸环移动设置于前部壳体内，制动推杆的长度方向的一端设有推杆端面，推杆端面移动设置于后部壳体内，第三弹簧座圈设置于凸环上。

采用上述优选的方案，在中小强度制动时，制动推杆推动第三弹簧座圈使得第二弹簧压缩，可模拟中小强度的制动感觉；在大强度制动时，制动推杆继续推动使得推杆端面挤压第二弹性组件，可模拟大强度的制动感觉。

作为优选的方案，上述的第二弹性组件由弹性塑料制作而成的弹性元件，第二弹性组件为圆柱体结构，第二弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积。

采用上述优选的方案，第二弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积，可以使得推杆端面有效的挤压第二弹性组件。

作为优选的方案，本发明还提供一种汽车制动踏板机构，包括：

安装支架，包括相连的第一安装部和第二安装部，第二安装部位于第一安装部的下方；

制动踏板，包括踏板本体和踏板转轴，踏板转轴的顶端转动设置于第一安装部上，踏板本体设置于踏板转轴的底端用以带动踏板转轴绕其与第一安装部的连接点转动；

二阶段踏板感觉模拟器，二阶段踏板感觉模拟器设置于第二安装部上，制动推杆还与踏板转轴活动连接；

感应传感器，其设置于踏板本体上，用于预先感知驾驶员的制动意图；

踏板位移传感器，其设置于第一安装部上且与踏板转轴的顶端连接，用于准确识别驾驶员的制动意图。

采用上述优选的方案，感应传感器可预先感知驾驶员的制动意图，为制动力矩实施及制动力分配提供预留时间，从而缩短制动相应时间，提高提车综合制动性能；踏板位移传感器可提高制动系统的控制精度和容错能力。

其中，安装支架是整个制动踏板机构的安装基础，通过螺栓、螺母与车身、车架固定连接，安装支架采用l型结构。

另外，上述的感应传感器为红外感应式传感器或超声波式传感器，踏板位移传感器为双可变阻式角位移传感器或霍尔式角位移传感器。双可变阻式角位移传感器包括感应器壳体、感应转轴、第一滑块、第一滑片、第二滑块和第二滑片，感应器壳体设置于第一安装部上，第一滑片、第二滑片为弧形结构且二者的弧度一致，第一滑片和第二滑片固定设置于感应器壳体内，感应转轴的长度方向的一端与踏板转轴的顶端固定连接，第一滑块、第二滑块设置于感应转轴的长度方向的另一端且二者之间设置有设定间隔，第一滑块移动设置于第一滑片上，第二滑块移动设置于第二滑片上。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的二阶段踏板感觉模拟器的结构示意图。

图2为本发明的另一种实施方式的二阶段踏板感觉模拟器的结构示意图。

图3为本发明的汽车制动踏板机构的结构示意图。

图4为本发明的踏板位移传感器的结构示意图。

图5为本发明的踏板位移传感器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，在本发明的其中一种实施方式中提供一种二阶段踏板感觉模拟器，包括：

外壳；

二弹性机构，包括第一弹性组件和第二弹性组件，第一弹性组件沿外壳的轴向移动设置于外壳的轴向腔室内，第二弹性组件设置于外壳的后端盖板上；

制动推杆，制动推杆在外壳的轴心位置沿其轴向移动穿设于外壳内，制动推杆与第一弹性组件连接，用于推动第一弹性组件压缩后推动第二弹性组件变形；

应急开关，应急开关设置于外壳的后端盖板上且位于第二弹性组件的中心位置，应急开关为机械触点式开关，应急开关为常开状态。

本实施方式相较于现有技术，分别采用第一弹性组件、第二弹性组件为主作用的二阶段模拟方式，可有效模拟制动踏板机构的操纵感觉，结构简单合理，操作方便，响应迅速，提高了制动的稳定性、舒适性和安全性。

如图1所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的外壳包括壳体11，壳体11的轴向两端分别设有第一前端盖板7和第一后端盖板，第一前端盖板7的轴心位置设有用于制动推杆活动的通孔；

第一弹性组件包括弹簧座和第一弹簧9，弹簧座包括第一弹簧座圈8和第二弹簧座圈10，第一弹簧座圈8和第二弹簧座圈10沿壳体11的轴向依次设置于壳体11的轴向腔室内，第一弹簧9设置于第一弹簧座圈8和第二弹簧座圈10之间且将第一弹簧座圈8和第二弹簧座圈10分别紧靠于第一前端盖板7和第二弹性组件上，制动推杆3穿过第一前端盖板7的通孔与第一弹簧座圈8连接，第二弹性组件发生变形所需的力大于第一弹簧发生变形所需的力。

采用上述优选的方案，在中小强度制动时，由于第二弹性组件发生变形所需的力大于第一弹簧发生变形所需的力，制动推杆7推动第一弹簧座圈8移动使得第一弹簧9压缩，可模拟中小强度的制动感觉。

在大强度制动时，制动推杆7继续推动第一弹簧座圈8使得第二弹性组件发生变形，可模拟大强度的制动感觉。

在紧急制动或制动系统出现问题时，制动推杆3挤压第二弹性组件模拟大阻尼力的感觉；同时，制动推杆推动到底时应急开关闭合，提供应急制动信号根据汽车实际运行情况启动备用制动功能。若应急开关闭合，而制动减速度与制动需求一致，则无需启动备用制动功能；若应急开关闭合，而制动减速度与制动需求偏差较大，则启用备用制动功能，实施汽车应急制动，从而提高汽车行驶安全性能。另外，还需要及时通过故障指示灯与声音报警，提醒驾驶员注意。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的第二弹性组件由弹性塑料制作而成的第一弹性元件12，第二弹性组件为圆柱体结构，应急开关为第一应急开关13，第一应急开关13设置于壳体11的后端盖板上且位于第一弹性元件12的中心位置。

采用上述优选的方案，第二弹性组件由弹性塑料制作而成，制动后在自身弹性的作用下可恢复。

如图2所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的外壳包括前部壳体21和后部壳体24，前部壳体21的轴向两端设有第二前端盖板19和第二后端盖板，第二前端盖板19和第二后端盖板的轴心位置设有用于制动推杆活动的通孔，后部壳体24的前端与前部壳体21的后端相连且二者的轴心在同一直线上；

第一弹性组件包括第三弹簧座圈20和第二弹簧22，第二弹簧22设置于第三弹簧座圈20和第二后端盖板之间且将第三弹簧座圈20紧靠于第二前端盖板19上；制动推杆3活动穿设于第二前端盖板19和第二后端盖板的通孔内，制动推杆3的长度方向的中部设有凸环，凸环移动设置于前部壳体21内，制动推杆3的长度方向的一端设有推杆端面23，推杆端面23移动设置于后部壳体24内，第三弹簧座圈20设置于凸环上。

采用上述优选的方案，在中小强度制动时，制动推杆3推动第三弹簧座圈20使得第二弹簧22压缩，可模拟中小强度的制动感觉。

在大强度制动时，制动推杆3继续推动使得推杆端面23挤压第二弹性组件，可模拟大强度的制动感觉。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的第二弹性组件由弹性塑料制作而成的第二弹性元件25，第二弹性组件为圆柱体结构，第二弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积。应急开关为第二应急开关26，第二应急开关26设置于后部壳体的后端盖板上且位于第二弹性元件25的中心位置。

采用上述优选的方案，第二弹性组件的端面面积不小于推杆端面的面积，可以使得推杆端面23有效的挤压第二弹性组件。

如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，本实施方式还提供一种汽车制动踏板机构，包括：

安装支架4，包括相连的第一安装部和第二安装部，第二安装部位于第一安装部的下方；

制动踏板1，包括踏板本体和踏板转轴，踏板转轴的顶端转动设置于第一安装部上，踏板本体设置于踏板转轴的底端用以带动踏板转轴绕其与第一安装部的连接点转动；

二阶段踏板感觉模拟器6，二阶段踏板感觉模拟器6设置于第二安装部上，制动推杆还与踏板转轴活动连接；

感应传感器2，其设置于踏板本体上，用于预先感知驾驶员的制动意图；

踏板位移传感器5，其设置于第一安装部上且与踏板转轴的顶端连接，用于准确识别驾驶员的制动意图。

采用上述优选的方案，感应传感器2可预先感知驾驶员的制动意图，为制动力矩实施及制动力分配提供预留时间，从而缩短制动相应时间，提高提车综合制动性能；踏板位移传感器5可提高制动系统的控制精度和容错能力。

其中，安装支架4是整个制动踏板机构的安装基础，通过螺栓、螺母与车身、车架固定连接，安装支架4采用l型结构。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的感应传感器2为红外感应式传感器或超声波式传感器，具体的可根据实际情况选择。

采用上述优选的方案，在汽车制动时，当驾驶员将右脚移至制动踏板上方时，感应传感器2即可在驾驶员实施实际制动之前预先感知驾驶员的制动意图，为制动力矩实施及制动力分配提供预留时间，从而缩短制动相应时间，提高提车综合制动性能。

感应传感器2在检测范围内通过感应传感器2产生信号与踏板位移传感器5产生信号之间的时间差值，可预先判断本次制动的紧急程度。不同的紧急程度，制动执行机构采用不同的控制策略，例如紧急制动时，制动执行机构应增大制动力矩随踏板位移变化的增加速度，使得汽车能够快速停车，而提高制动安全性能。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的踏板位移传感器5为双可变阻式角位移传感器或霍尔式角位移传感器，具体的可根据实际情况选择。

如图4至图5所示，双可变阻式角位移传感器包括感应器壳体、感应转轴14、第一滑块15、第一滑片16、第二滑块18和第二滑片17，感应器壳体设置于第一安装部上，第一滑片16、第二滑片17为弧形结构且二者的弧度一致，第一滑片16和第二滑片17固定设置于感应器壳体内，感应转轴14的长度方向的一端与踏板转轴的顶端固定连接，第一滑块15、第二滑块18设置于感应转轴的长度方向的另一端且二者之间设置有设定间隔，第一滑块15移动设置于第一滑片16上，第二滑块18移动设置于第二滑片17上。

采用上述优选的方案，两个滑片与两个滑块分别结合，构成两个滑动变阻器g101、g102。当驾驶员踩动制动踏板时，感应转轴随着踏板转轴转动，第一滑块15、第二滑块18分别在第一滑片16、第二滑片17上滑动，输出踏板位移及位移变化率信息，用于判断驾驶员的制动意图。两个滑动变阻器配合工作，可提高制动系统的控制精度和容错能力。如果其中一个出现故障，可根据另一个信号继续工作，并及时报警提醒驾驶员尽快修复。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。