专利名称：汽车制动踏板机构及其踏板感觉模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车制动领域，具体涉及汽车的线控制动踏板机构及其部件。
背景技术：
汽车制动机构是保证汽车安全行驶的重要装置。目前普遍采用的制动系统的工作 原理是驾驶员踩下制动踏板，制动踏板则通过推杆使得主缸活塞运动，而使制动主缸内的 油液在一定压力的作用下流入轮缸，在轮缸中形成相应的压力，并作用于制动盘(鼓)，实施 车辆制动。对于传统的制动系统，制动主缸与轮缸需要通过较长的液体或气体传输管路相 连，阀类元件较多，制动响应速度较慢，同时由于制动防抱死系统、驱动防滑转系统等电子 控制系统的加入，使其结构和管路布置更加复杂，不仅增加了液压(空气)管路泄漏的隐患， 而且装配与维修的成本也较高。线控制动是汽车制动系统的发展方向，已有的线控制动系统取消了传统制动系统 中液压、气压部件，采用能输出动作状态电信号的制动踏板机构，以电线为信息传递媒介， 由电子感应制动控制系统作为控制单元的重要组成部分，由电驱动元件作为制动执行器。 线控制动系统在工作时，由其控制单元根据踏板压力、踏板位移行程等传感器信号识别驾 驶员制动意图，从而发出控制信号使得制动执行器动作而实现汽车制动。线控制动系统具 有制动响应速度快、制动性能高和制动系统结构简单等优点。线控制动系统中的制动踏板 机构还可以采用与主动避撞系统相配合的智能制动踏板机构。当汽车在行驶中主动避撞系 统在检测到车辆前方出现危险状况时，一方面主动报警提醒驾驶员注意，另一方面根据需 求通过控制单元强行调节节气门开度甚至直接实施车轮制动，防止事故发生，提高安全性 能。踏板感觉模拟器是智能制动踏板机构的主要组成部分，通过模拟传统制动系统踏 板压力和位移的关系，使驾驶员在制动过程中具有良好的操纵感觉，准确掌握所施加制动 强度的大小。目前已有的制动踏板感觉模拟器主要为单弹簧、双弹簧或“弹簧+橡胶”的结 构形式，如奔驰汽车智能制动控制(SBC)中的制动压力模拟器等，其缺点是设计参数需综合 考虑各种因素折中确定，在使用中无法根据实际情况进行调节，制动踏板感觉模拟不能达 到最佳状态，且在不同车型上移植困难。中国专利文献CN 101566211A (申请号200910142370.8)公开了一种阻尼调节器 和包括该阻尼调节器的电子制动踏板感觉模拟器，所述阻尼调节器包括缸体、活塞和与活 塞相连的连杆，缸体被活塞分成压缩腔和伸张腔，压缩腔和伸张腔在缸体的外部相通，其相 通部分设置有电源正、负极，缸体内充有电流变液体；阻尼调节器通过连杆的一端与电子制 动踏板连接。上述踏板感觉模拟器使用了电流变液体，其在没有外加电场时，流动特性符合牛 顿流体的特性，加上外加电场后，力学性能发生明显变化，液体的粘性流动阻力加大，屈服 应力和抗剪切应力增强；利用该液体的上述特性与微控制器结合从而获得智能踏板感觉模 拟器。但上述公开的踏板感觉模拟器需要提供高达几千伏的电压，并且对电流变液体中生物杂质敏感，适用温度范围较窄，设备的体积较大，且没有考虑到制动踏板的自由行程，最 终则影响其制动性能。另外，该踏板感觉模拟器也存在不同车型上移植困难的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的制动踏板机构无法根据车辆、驾驶员的实际 情况进行调节，在不同车型上移植困难，踏板的制动感觉不理想等问题，提出一种可调阻尼 的踏板感觉模拟器，并进一步提出一种包括该踏板感觉模拟器的制动踏板机构，该机构在 配合其它装置的情况下，能根据踏板运动速度或微波测距雷达提供的前方车辆、人员或障 碍物的距离信息调节踏板感觉模拟器的阻尼，而使驾驶员具有良好的操纵感觉，从而提高 制动稳定性、舒适性和响应速度。实现本发明目的的技术方案是一种踏板感觉模拟器，包括前缸体组件、后缸体组 件和磁流变液体；
前缸体组件包括前缸体、前活塞杆以及在前缸体内按照从前向后的顺序依次设置的第 一活塞、自由行程弹簧、第二活塞和回位弹簧；第一活塞和第二活塞与前缸体前后滑动连 接；
后缸体组件包括后缸体、后活塞杆、第三活塞、注液接口件、底座和线圈；第三活塞上沿 周向开有圆环柱形的线槽，线圈围绕该线槽设置；第三活塞位于后缸体中；底座密闭固定 连接在后缸体的后端处，而在底座与后缸体之间形成密闭腔体；
注液接口件密闭固定在后缸体的侧壁的开有注液孔处的部位上，磁流变液体通过注液 接口件充满底座与后缸体所形成密闭腔体中且浸没第三活塞；第三活塞的侧壁外周与后缸 体的内壁之间留有间隙；
所述前活塞杆的后端与前缸体内的第一活塞固定连接；所述后活塞杆穿过后缸体的前 端板，且通过密封件与后缸体密闭动连接，后活塞杆的前端与第二活塞可拆式固定连接，后 活塞杆的后端与第三活塞固定连接；前缸体从前方与后缸体固定连接在一起，从而使得位 于第一活塞与第二活塞之间的自由行程弹簧处于被压缩的状态，以及使得位于第二活塞与 后缸体之间的回位弹簧处于被压缩的状态。所述线圈的正负端子引线穿过第三活塞、后活塞杆、第二活塞、第一活塞以及前活 塞杆中设置的走线通道，线圈的正负端子引线的伸出前活塞杆的走线通道的端头是使用时 与低压直流控制电源的正负极相连的端头。所述前缸体组件的第二活塞为钢制一体件，包括位于前部的小圆柱体和从后方连 接在小圆柱体上的同轴线的大圆柱体，大圆柱体的后部设有与其同轴线的中央螺孔；后缸 体组件的后活塞杆的前杆端带有螺纹，后活塞杆由其螺纹前杆段旋合在第二活塞后部中央 的螺孔中，而使得后活塞杆的前端与第二活塞可拆式固定连接。 所述后缸体包括后缸主体、连接在后缸主体前端侧部外周的法兰连接部和连接在 后缸主体的前端板的前侧面上的圆环柱形板，后缸主体为带有前端板的圆筒体，法兰连接 部上设有前后向的连接孔；前缸体包括前缸主体和连接在前缸主体后端侧部外周的法兰连 接部，法兰连接部上设有前后向的连接孔；后缸体由其法兰连接部通过螺栓和螺帽从后方 固定连接在前缸体的法兰连接部上，后缸体的圆环柱形板从后方伸入回位弹簧中，回位弹 簧位于第二活塞的后端与后缸主体的前端板的前端面之间，并处于被压缩的状态而具有一
6定的预紧度。所述后缸体的前端板上开有同轴线的用于后活塞杆进出的后小前大的中央台阶 孔，在中央台阶孔的直径较大的前孔段内还包括从后向前依次设置的动密封件和限定第三 活塞在后部液缸内运动轨迹的导向套筒；动密封件的内径小于后活塞杆的外径，导向套筒 的内径大于后活塞杆的外径；第三活塞的侧壁外周与后缸体的内壁之间的间隙s的大小与 后缸体内径之比为1 10 1 20。所述底座为钢制一体件，由圆形底板和从前方连接在底板上的圆柱形壳体构成； 底座由其带有内螺纹的前端头密闭旋合在后缸体的带有外螺纹的后端头上，从而使得底座 密闭固定连接在后缸体上。所述后缸体组件还包括橡胶垫；橡胶垫通过与底座的圆柱形壳体过渡配合设置在 底座的腔体中；所述橡胶垫在后活塞杆推动第三活塞使液腔容积发生改变时起柔性储能器 作用。一种汽车的制动踏板机构，包括踏板、踏板臂和支架；踏板臂由其上端通过销轴与 支架转动连接，踏板固定连接在踏板臂的下端；其特征在于还包括踏板感觉模拟器、踏板 位移传感器、轮速传感器、微波测距雷达及低压直流控制电源；踏板感觉模拟器包括前缸体 组件、后缸体组件和磁流变液体；前缸体组件包括前缸体、前活塞杆以及在前缸体内按照从 前向后的顺序依次设置的第一活塞、自由行程弹簧、第二活塞和回位弹簧；后缸体组件包括 后缸体、后活塞杆、第三活塞、注液接口件、底座和线圈；第三活塞上沿周向开有圆环柱形的 线槽，线圈围绕该线槽设置；第三活塞位于后缸体中；底座密闭固定连接在后缸体的后端 处，而在底座与后缸体之间形成密闭腔体；注液接口件密闭固定在后缸体的侧壁的开有注 液孔处的部位上，磁流变液体通过注液接口件充满底座与后缸体所形成密闭腔体中且浸没 第三活塞；第三活塞的侧壁外周与后缸体的内壁之间留有间隙；所述前活塞杆的后端与前 缸体内的第一活塞固定连接；所述后活塞杆穿过后缸体的前端板，且通过密封件与后缸体 密闭动连接，后活塞杆的前端与第二活塞可拆式固定连接，后活塞杆的后端与第三活塞固 定连接；前缸体从前方与后缸体固定连接在一起；
踏板感觉模拟器的前活塞杆穿过前缸体的前端板中央的通孔，且前活塞杆的前端通过 销轴转动连接固定在踏板臂上；
低压直流控制电源包括踏板位移信号输入端、轮速信号输入端、微波测距信号输入端 和控制电源输出端；踏板位移传感器采用两个可变电阻器，其中各可变电阻器的滑轨固定 在踏板感觉模拟器的前缸体的前端板中央的通孔内壁上，各可变电阻器的滑片固定在前活 塞杆上，各可变电阻器的滑片与各可变电阻器的滑轨相接触，；各可变电阻器的信号输出端 通过引线与低压直流控制电源的踏板位移信号输入端电连接；轮速传感器的信号输出端通 过引线与低压直流控制电源的轮速信号输入端电连接；微波测距雷达的信号输出端通过引 线与低压直流控制电源的微波测距信号输入端电连接；踏板感觉模拟器的线圈的正负端子 引线穿过第三活塞、后活塞杆、第二活塞、第一活塞以及前活塞杆中设置的走线通道，线圈 的正负端子引线的伸出前活塞杆的走线通道的端头与低压直流控制电源控制电源输出端 的正负极电连接。后缸体的前端板上开有同轴线的用于后活塞杆进出的后小前大的中央台阶孔，在 中央台阶孔的直径较大的前孔段内还包括从后向前依次设置的动密封件和限定第三活塞在后部液缸内运动轨迹的导向套筒；动密封件的内径小于后活塞杆的外径，导向套筒的内 径大于后活塞杆的外径；第三活塞的侧壁外周与后缸体的内壁之间的间隙s的大小与后缸 体内径之比为1 10 1 20。所述低压直流控制电源包括中央处理单元、低压电源、电压调节控制电路、电压反 馈电路、电流限制电路、IGBT驱动斩波电路和电源滤波电路；
中央处理单元设有踏板位移信号输入端、轮速信号输入端、微波测距信号输入端、脉宽 调制信号输出端和电压调节信号输出端；中央处理单元的踏板位移信号输入端即为低压直 流控制电源的踏板位移信号输入端，中央处理单元的轮速信号输入端即为低压直流控制电 源的轮速信号输入端，中央处理单元的微波测距信号输入端即为低压直流控制电源的微波 测距信号输入端；中央处理单元的脉宽调制信号输出端与IGBT驱动斩波电路的脉宽调制 信号输入端电连接，中央处理单元的电压调节信号输出端与电压调节控制电路的控制端电 连接；
电压调节控制电路还设有电源端、输出端和反馈信号输入端，低压电源的输出端与电 压调节控制电路的电源端电连接，电压调节控制电路的输出端同时与IGBT驱动斩波电路 的电源端、电压反馈电路的输入端和电流限制电路的输入端电连接，电压反馈电路的输出 端与电压调节控制电路的第一反馈信号输入端电连接，电流限制电路的输出端与电压调节 控制电路的第二反馈信号输入端电连接，IGBT驱动斩波电路的输出端与电源滤波电路的输 入端电连接，电源滤波电路的输出端作为低压控制电源的控制电源输出端而与踏板感觉模 拟器的线圈的正负端子引线电连接。本发明具有积极的效果(1)本发明采用磁流变液原理，而使得踏板感觉模拟器 的阻尼可调，汽车制动踏板机构的中央处理单元根据踏板位移传感器输出的自由行程内的 踩踏速度信号及踏板位移行程信号判断驾驶员制动意图，随着驾驶员的制动意图增强，低 压直流控制电源向线圈输出的电压逐渐变大，线圈中的电流亦逐渐变大而使得其所产生的 磁感应强度增加，磁感应强度增加的同时磁流变液体的流动阻力也随着增加，踏板感觉模 拟器的阻尼则随之变大，从而实现了调节踏板感觉模拟器阻尼的功能。(2)改变中央处理 单元内的设定数值即可调节踏板感觉模拟器的阻尼输出曲线，使踏板感觉模拟器更易在不 同车型上移植，并且满足不同驾驶员的制动模拟要求，因此适用范围广泛。(3)本发明的踏 板感觉模拟器结构简单、操纵轻便、感觉良好、响应迅速，提高了制动稳定性、舒适性和安全 性。(4)本发明的制动踏板机构的中央处理单元通过微波测距雷达结合轮速传感器检测到 的信号判断前方存在碰撞危险时，一方面通过另外配置的专门设备报警提醒驾驶员注意， 并根据需求强行调节节气门开度甚至直接实施车轮制动，防止事故发生；另一方面根据危 险程度主动调节踏板感觉模拟器线圈的电压值，改变模拟器的阻尼，提高驾驶员操作时的 制动响应速度，避免事故发生。
图1为本发明的踏板感觉模拟器的结构示意图。图2为本发明的汽车制动踏板机构的示意图。 图3为本发明阻尼调节的踏板位移行程与目标制动压力的关系曲线图。图中横坐 标“Sp”为踏板位移行程，纵坐标“Fp”为目标制动压力，横坐标上的“Sm”为踏板最大位移行程，"Sz"为踏板自由行程和踏板速度识别行程，纵坐标上的“Fm”为最大制动压力，曲线 “①”为较小强度制动时的曲线，曲线“②”为中等强度制动时的曲线，曲线“③”为紧急制动 时的曲线。图4为本发明的系统硬件连接线路图。上述附图中的附图标记如下
踏板感觉模拟器100，前缸体组件10，前缸体11，前缸主体11-1，法兰连接部11-2，通气 孔11-3，前活塞杆12，第一活塞13，自由行程弹簧14，第二活塞15，回位弹簧16 ；
后缸体组件20，后缸体21，后壳主体21-1，法兰连接部21-2，圆环柱形板21_3，后活塞 杆22，第三活塞23，动密封件24，导向套筒25，注液接口件26，底座27，橡胶垫28，线圈29 ； 磁流变液体3，踏板位移传感器41，轮速传感器42，微波测距雷达43，踏板臂5，踏板6， 支架7;
低压直流控制电源8，中央处理单元80，低压电源81，电压调节控制电路82，电压反馈 电路83，电流限制电路84，IGBT驱动斩波电路85，电源滤波电路86。
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施方式
作进一步详细的说明。(实施例1、踏板感觉模拟器)
见图1，本实施例的踏板感觉模拟器100包括前缸体组件10、后缸体组件20和磁流变 液体3。前缸体组件10包括前缸体11、前活塞杆12、第一活塞13、自由行程弹簧14、第二 活塞15和回位弹簧16，第一活塞13和第二活塞15与前缸体11前后滑动连接。前缸体11为钢制一体件，包括前缸主体11-1和连接在前缸主体11-1后端侧部外 周的法兰连接部11-2。前缸主体11-1为带有前端板的圆筒体，前缸主体11-1的后端敞开， 前缸主体11-1的前端板的中央开有与圆筒体同轴线的中央孔，前缸主体11-1侧壁上设有 通气孔11-3。前缸体11的通气孔11-3的作用是便于前缸体11内的空气自由进出，减少对 阻尼的影响。法兰连接部11-2上设有前后向的连接孔。第一活塞13为钢制一体件，其形状为后部设有中央盲孔的圆柱体，中央盲孔与圆 柱体同轴线，第一活塞13的圆柱体的侧部外周与与前缸体11的前缸主体11-1的侧壁相配
I=I O第二活塞15为钢制一体件，包括位于前部的小圆柱体和从后方连接在小圆柱体 上的与小圆柱体同轴线的大圆柱体，大圆柱体的后部设有与其同轴线的中央螺孔，第二活 塞15的大圆柱体侧部外周与前缸体11的前缸主体11-1的侧壁相配合，第二活塞15的小 圆柱体的直径小于第一活塞13的中央盲孔的直径。自由行程弹簧14为钢制压簧，自由行程弹簧14的内径大于第二活塞15的小圆柱 体的直径，自由行程弹簧14的外径小于第一活塞13的中央盲孔的直径；自由行程弹簧14 的弹性系数较小，从而在使用中使得第一活塞杆12有一定的自由行程，也即使得踏板6有 一定的自由行程。回位弹簧16为钢制压缩弹簧，回位弹簧16的外径小于前缸体11的内腔直径，回 位弹簧16的弹性系数大于自由行程弹簧14的弹性系数。
前活塞杆12由其后端与第一活塞13的前端同轴线固定连接而形成一个整体构 件，该整体构件设置在前缸体11中，其第一活塞13的侧部外周与前缸体11的内腔侧壁相 配合，第一活塞13的前端面与前缸体11的前端板的后端面相接触，且前活塞杆12由其前 端由前缸体11的前端板的中央孔向前伸出前缸体11。自由行程弹簧14设置在前缸体11 中，自由行程弹簧14的前段位于第一活塞13的中央盲孔中，且其前端面与第一活塞13的 中央盲孔的孔壁的后端面相接触。第二活塞15设置在前缸体11中，位于第一活塞13后方， 第二活塞15的大圆柱体的侧部外周与前缸体11的内腔侧壁相配合，且第二活塞15的小圆 柱体向前伸入自由行程弹簧14中，由大圆柱体的前端面与自由行程弹簧14的后端面相接 触。回位弹簧16设置在前缸体11中，位于第二活塞15的后方，且与第二活塞15的大圆柱 体的后端面相接触。后缸体组件20包括后缸体21、后活塞杆22、第三活塞23、动密封件24、导向套筒 25、注液接口件26、底座27、橡胶垫28及线圈29。后缸体21为钢制一体件，包括后缸主体21-1、连接在后缸主体21-1前端侧部外周 的法兰连接部21-2和连接在后缸主体21-1的前端板的前侧面上的圆环柱形板21-3。后缸 主体21-1为带有前端板的圆筒体，且该圆筒体的侧壁也即后缸体21的侧壁上开有安装孔， 后缸主体21-1的后端敞开，后缸主体21-1的前端板也即后缸体21的前端板。后缸体21 的前端板上开有与后缸主体21-1同轴线的后小前大的中央台阶孔。法兰连接部21-2上设 有前后向的连接孔，且这些连接孔与前缸体11的法兰连接部11-2的连接孔相对应。动密封件24为弹簧致动PTFE密封件，该弹簧致动PTFE密封件是一种U型聚四氟 乙烯内装配特殊弹簧的高性能密封件，由深圳市新唐精密技术有限公司制造，动密封件24 的内径略小于后活塞杆22的外径。导向套筒25的材质是柔性耐磨材料，导向套筒25的内 径略大于后活塞杆22的外径。动密封件24和导向套筒25按照从后向前的次序依次设置 在后缸体21的前端板的中央台阶孔的直径较大的前孔段内，且动密封件24与后缸体21的 前端板过渡配合，导向套筒25与后缸体21的前端板过盈配合，导向套筒25的后端面对动 密封件24的前端面具有一定的压力，使得动密封件24固定在通道内；注液接口件26密闭 焊接固定在后缸体21的侧壁的开有注液孔处的部位上，用于磁流变液体3的加注。第三活塞23基本呈圆柱体，第三活塞23上沿周向开有圆环柱形的线槽。第三活 塞23外周与后缸体21的内壁之间留有间隙s，该间隙s的大小与后缸体21内径之比为 1 10 1 20。使用时，该间隙s用于磁流变液体3在其中流过。后活塞杆22同轴线焊接固定在第三活塞23的前端面上，后活塞杆22的前杆端带 有螺纹，后活塞杆22由后向前穿过后缸体21的前端板的中央台阶孔，且使得动密封件24 以及导向套筒25套在后活塞杆22上，且后活塞杆22由其螺纹前杆段旋合在第二活塞15 后部中央的螺孔中。后缸体21由其法兰连接部21-2通过螺栓和螺帽从后方固定连接在前缸体11的 法兰连接部11-2上，且后缸体21与前缸体11同轴线设置，同时使得后缸体21的圆环柱形 板21-3从后方伸入回位弹簧16中，回位弹簧16的后端与后缸体21的前端板的前端面弹 性接触，也即回位弹簧16具有一定的预紧度，使得驾驶员离开踏板6之后，第二活塞15能 及时回到初始状态。第三活塞23能向后方运动的最大行程由第二活塞15的后端与后缸体 21的圆环柱形板21-3的前端面之间的距离决定。上述后缸体21从后方与前缸体11固定连接在一起，使得位于第一活塞13与第二活塞15之间的自由行程弹簧14处于被压缩的状 态，以及使得位于第二活塞15与后缸体21之间的回位弹簧16处于被压缩的状态，
第三活塞23、后活塞杆22、第二活塞15、第一活塞13以及前活塞杆12均设有供线圈 29的正负端子引线通过的走线通道。线圈29围绕第三活塞23的圆环柱形的线槽设置，且 被封装在该线槽中。线圈29的正负端子引线穿过第三活塞23、后活塞杆22、第二活塞15、 第一活塞13以及前活塞杆12的走线通道而与低压直流电源的正负极相连。底座27为钢制一体件，由圆形底板和从前方连接在底板上的圆柱形壳体构成，橡 胶垫28通过与底座27的圆柱形壳体过渡配合设置在底座27的腔体中。底座27由其带有 内螺纹的前端头密闭旋合在后缸体21的带有外螺纹的后端头上，从而使得底座27密闭固 定连接在后缸体21上。此时，底座27与后缸体21之间形成密闭腔体。磁流变液体3通过注液接口件26注入底座27与后缸体21之间所形成密闭腔体 中。橡胶垫28在后活塞杆22推动第三活塞23使液腔容积发生改变时通过凹凸变化 实现自动调整，起到柔性储能器的作用。踏板感觉模拟器100采用磁流变液原理，当调 节线圈29的电压值时，磁流变液体 3的流动阻力改变，踏板感觉模拟器100的阻尼发生变化，从而实现踏板的踏板力感觉模拟 功能。
(实施例2、汽车的制动踏板机构)
见图2，本实施例汽车的制动踏板机构包括踏板感觉模拟器100、踏板位移传感器41、 轮速传感器42、微波测距雷达43、踏板臂5、踏板6、支架7、及低压直流控制电源8。低压直流控制电源8包括中央处理单元80、低压电源81、电压调节控制电路82、电 压反馈电路83、电流限制电路84、IGBT驱动斩波电路85和电源滤波电路86。中央处理单元80设有踏板位移信号输入端、轮速信号输入端、微波测距信号输入 端、脉宽调制信号输出端和电压调节信号输出端。踏板位移传感器41的信号输出端与中央 处理单元80的踏板位移信号输入端电连接；轮速传感器42的信号输出端与中央处理单元 80的轮速信号输入端电连接；微波测距雷达43的信号输出端与中央处理单元80的微波测 距信号输入端电连接；中央处理单元80的脉宽调制信号输出端与IGBT驱动斩波电路85的 脉宽调制信号输入端电连接；中央处理单元80的电压调节信号输出端与电压调节控制电 路82的控制端电连接。电压调节控制电路82还设有电源端、输出端、第一反馈信号输入端和第二反馈信 号输入端。低压电源81的输出端与电压调节控制电路82的电源端电连接；电压调节控制 电路82的输出端同时与IGBT驱动斩波电路85的电源端、电压反馈电路83的输入端和电 流限制电路84的输入端电连接；电压反馈电路83的输出端与电压调节控制电路82的第一 反馈信号输入端电连接，电流限制电路84的输出端与电压调节控制电路82的第二反馈信 号输入端电连接；IGBT驱动斩波电路85的输出端与电源滤波电路86的输入端电连接；电 源滤波电路86的输出端作为低压控制电源8的控制电源输出端而与踏板感觉模拟器100 的线圈29的正负端子引线电连接。支架7在使用时固定在汽车的底盘上，支架7的上部还设置导向孔，导向孔的内径略大于踏板感觉模拟器100的前活塞杆12的外径。踏板臂5的上端通过销轴转动连接在 支架7上，踏板6焊接固定连接在踏板臂5的下端；踏板感觉模拟器100由实施例1得到， 通过安装架固定在汽车底盘上。踏板感觉模拟器100的前活塞杆12的前端穿过支架7上 部的导向孔再通过销轴转动连接在踏板臂5上。轮速传感器42设置在车轮附近，微波测距 雷达43设置在汽车车头部位且朝向行驶的方向。踏板位移传感器41包括两个可变电阻器，以提高其信号精度与容错能力，保证对 踏板静态或准静态测量准确且可靠性高，各可变电阻器的滑轨固定在踏板感觉模拟器100 的前缸体11的前端板中央的通孔内壁上，各可变电阻器的滑片固定在前活塞杆12上，各可 变电阻器的滑片与各可变电阻器的滑轨相接触，滑片随着前活塞杆12的移动而移动，并向 中央处理单元80输出踏板位移行程信号和踏板速度信号。当汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板6，踏板臂5围绕支架7转动而带动踏板感觉 模拟器100的前活塞杆12向后运动，前活塞杆12推动第一活塞13克服自由行程弹簧14 的阻力而推动第二活塞15，并依次使得第二活塞15后活塞杆22以及第三活塞23向着底座 27运动。在踏板感觉模拟器100的前活塞杆12移动的同时，其上的踏板位移传感器41的 滑片在可变电阻滑轨上移动，从而向中央处理单元80输出自由行程内的踩踏速度信号及 踏板位移行程信号；中央处理单元80根据此踏板速度判断驾驶员的制动意图是较小强度 制动、中等强度制动还是紧急制动，然后调用图3所示的相应的踏板位移行程与目标制动 压力曲线，控制输出至踏板感觉模拟器100的线圈29的电压值，以调节踏板感觉模拟器100 的阻尼，再根据该踏板位移行程信号，发出指令控制制动执行器实施汽车制动。见图3，当中央处理单元80判断制动为较小强度制动时，调用斜率较小的曲线 “①”，低压直流控制电源8的电压输出为0伏，而不对线圈29供电，线圈29中不通电，磁流 变液体3的粘性较小，踏板感觉模拟器100的阻尼则也较小，达到最大制动力所需的踏板行 程较大，车辆减速度变化均勻，制动稳定舒适。当中央处理单元80判断车辆为中等强度制 动时，调用曲线“②”，使得低压直流控制电源8对线圈29供较低电压，而在线圈29中通过 较小电流，磁流变液体3的流动阻力有一定的增加，踏板感觉模拟器100的阻尼增加，使得 达到最大制动力所需的踏板行程变短，制动稳定舒适性有所下降，但响应速度提高。当中央 处理单元80判断车辆紧急制动时，调用曲线“③”，踏板位移行程与目标制动压力的关系如 曲线“③”所示，低压电源对线圈29供较高电压，线圈29中通过较大电流，磁流变液体3的 流动阻力较大，踏板感觉模拟器100的阻尼较大，使得达到最大制动力所需的踏板行程最 短，制动响应迅速，提高安全性能。上述阻尼输出曲线“①”、“②”、“③”亦可通过改变中央处理单元80内的设定数值 而发生变化，使得踏板感觉模拟器100的适用范围更为广泛。见图4，在低压直流控制电源8向线圈29输出电压的过程中，中央处理单元80根 据踏板位移传感器41输出的自由行程内的踩踏速度信号、微波测距雷达输出的微波测距 信号以及轮速传感器输出的轮速信号，在中央处理单元80的脉宽调制信号输出端输出相 应大小占空比的PWM脉冲信号，通过调节PWM脉冲的占空比的大小即可控制输出电压大小； 中央处理单元80输出控制信号控制电压调节控制电路82将由低压电源81输入的10-14V 的直流电压转变为电压正弦波，借助于电压反馈电路83及电流限制电路84，使输出的正弦
12波电压稳定、可靠；IGBT (绝缘栅双极型晶体管)驱动斩波电路85根据PWM脉冲的占空比将 稳定的正弦波电压输出为大小可调的低压直流，最终通过低压电源滤波电路86输出0-12V 的直流电压，从而在线圈29中产生与不同输入电压相对应强度的电流，从而磁流变液3的 流体阻尼系数发生变化，实现踏板感觉模拟器100的模拟功能。 因此，中央处理单元80根据微波测距雷达43提供的前方情况及轮速传感器42提 供的车速信息判断危险程度，主动调节踏板感觉模拟器100的线圈29的电压值，改变踏板 感觉模拟器100的阻尼，提高操作时的制动响应速度。另外，还可配置相应的设备，在判断 前方存在碰撞危险时，报警提醒驾驶员注意，并根据需求强行调节节气门开度甚至直接实 施车轮制动，防止事故发生。
权利要求
一种踏板感觉模拟器，其特征在于包括前缸体组件(10)、后缸体组件(20)和磁流变液体(3)；前缸体组件(10)包括前缸体(11)、前活塞杆(12)以及在前缸体(11)内按照从前向后的顺序依次设置的第一活塞(13)、自由行程弹簧(14)、第二活塞(15)和回位弹簧(16)；第一活塞(13)和第二活塞(15)与前缸体(11)前后滑动连接；后缸体组件(20)包括后缸体(21)、后活塞杆(22)、第三活塞(23)、注液接口件(26)、底座(27)和线圈(29)；第三活塞(23)上沿周向开有圆环柱形的线槽，线圈(29)围绕该线槽设置；第三活塞(23)位于后缸体(21)中；底座(27)密闭固定连接在后缸体(21)的后端处，而在底座(27)与后缸体(21)之间形成密闭腔体；注液接口件(26)密闭固定在后缸体(21)的侧壁的开有注液孔处的部位上，磁流变液体(3)通过注液接口件(26)充满底座(27)与后缸体(21)所形成密闭腔体中且浸没第三活塞(23)；第三活塞(23)的侧壁外周与后缸体(21)的内壁之间留有间隙；所述前活塞杆(12)的后端与前缸体(11)内的第一活塞(13)固定连接；所述后活塞杆(22)穿过后缸体(21)的前端板，且通过密封件与后缸体(21)密闭动连接，后活塞杆(22)的前端与第二活塞(15)可拆式固定连接，后活塞杆(22)的后端与第三活塞(23)固定连接；前缸体(11)从前方与后缸体(21)固定连接在一起，从而使得位于第一活塞(13)与第二活塞(15)之间的自由行程弹簧(14)处于被压缩的状态，以及使得位于第二活塞(15)与后缸体(21)之间的回位弹簧(16)处于被压缩的状态。
2.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于所述线圈(29)的正负端子引 线穿过第三活塞(23)、后活塞杆(22)、第二活塞(15)、第一活塞(13)以及前活塞杆(12)中 设置的走线通道，线圈(29)的正负端子引线的伸出前活塞杆(12)的走线通道的端头与低 压直流控制电源(8 )控制电源输出端的正负极电连接。
3.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于所述前缸体组件(10)的第二 活塞(15)为钢制一体件，包括位于前部的小圆柱体和从后方连接在小圆柱体上的同轴线的 大圆柱体，大圆柱体的后部设有与其同轴线的中央螺孔；后缸体组件(20)的后活塞杆(22) 的前杆端带有螺纹，后活塞杆(22)由其螺纹前杆段旋合在第二活塞(15)后部中央的螺孔 中，而使得后活塞杆(22)的前端与第二活塞(15)可拆式固定连接。
4.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于所述后缸体(21)包括后缸主 体(21-1)、连接在后缸主体(21-1)前端侧部外周的法兰连接部(21-2)和连接在后缸主体 (21-1)的前端板的前侧面上的圆环柱形板(21-3)，后缸主体(21-1)为带有前端板的圆筒 体，法兰连接部(21-2)上设有前后向的连接孔；前缸体(11)包括前缸主体(11-1)和连接 在前缸主体(11-1)后端侧部外周的法兰连接部(11-2)，法兰连接部(11-2)上设有前后向 的连接孔；后缸体(21)由其法兰连接部(21-2)通过螺栓和螺帽从后方固定连接在前缸体 (11)的法兰连接部(11-2)上，后缸体(21)的圆环柱形板(21-3)从后方伸入回位弹簧(16) 中，回位弹簧(16)位于第二活塞(15)的后端与后缸主体(21-1)的前端板的前端面之间，并 处于被压缩的状态而具有一定的预紧度。
5.根据权利要求4所述的踏板感觉模拟器，其特征在于后缸体(21)的前端板上开有 同轴线的用于后活塞杆(22)进出的后小前大的中央台阶孔，在中央台阶孔的直径较大的前 孔段内还包括从后向前依次设置的动密封件(24)和限定第三活塞(23)在后部液缸内运动轨迹的导向套筒(25)；动密封件(24)的内径小于后活塞杆(22)的外径，导向套筒(25)的 内径大于后活塞杆(22)的外径；第三活塞(23)的侧壁外周与后缸体(21)的内壁之间的间 隙(s)的大小与后缸体(21)内径之比为1 10 1 20。
6.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于底座(27)为钢制一体件，由圆 形底板和从前方连接在底板上的圆柱形壳体构成；底座(27)由其带有内螺纹的前端头密 闭旋合在后缸体(21)的带有外螺纹的后端头上，从而使得底座(27)密闭固定连接在后缸 体(21)上。
7.根据权利要求6所述的踏板感觉模拟器，其特征在于后缸体组件(20)还包括橡胶 垫(28)；橡胶垫(28)通过与底座(27)的圆柱形壳体过渡配合设置在底座(27)的腔体中； 所述橡胶垫(28 )在后活塞杆(22 )推动第三活塞(23 )使液腔容积发生改变时起柔性储能器 作用。
8.一种汽车的制动踏板机构，包括踏板(6)、踏板臂(5)和支架(7);踏板臂(5)由其上 端通过销轴与支架(7)转动连接，踏板(6)固定连接在踏板臂5的下端；其特征在于还包 括踏板感觉模拟器(100)、踏板位移传感器(41)、轮速传感器(42)、微波测距雷达(43)及低 压直流控制电源(8)；踏板感觉模拟器(100)包括前缸体组件(10)、后缸体组件(20)和磁流变液体(3);前缸 体组件(10)包括前缸体(11)、前活塞杆(12)以及在前缸体(11)内按照从前向后的顺序依 次设置的第一活塞(13)、自由行程弹簧(14)、第二活塞(15)和回位弹簧(16)；后缸体组件 (20)包括后缸体(21)、后活塞杆(22)、第三活塞(23)、注液接口件(26)、底座(27)和线圈 (29)；第三活塞(23)上沿周向开有圆环柱形的线槽，线圈(29)围绕该线槽设置；第三活塞 (23)位于后缸体(21)中；底座(27)密闭固定连接在后缸体(21)的后端处，而在底座(27) 与后缸体(21)之间形成密闭腔体；注液接口件(26)密闭固定在后缸体(21)的侧壁的开有 注液孔处的部位上，磁流变液体(3)通过注液接口件(26)充满底座(27)与后缸体(21)所 形成密闭腔体中且浸没第三活塞(23)；第三活塞(23)的侧壁外周与后缸体(21)的内壁之 间留有间隙；所述前活塞杆(12)的后端与前缸体(11)内的第一活塞(13)固定连接；所述 后活塞杆(22)穿过后缸体(21)的前端板，且通过密封件与后缸体(21)密闭动连接，后活塞 杆(22)的前端与第二活塞(15)可拆式固定连接，后活塞杆(22)的后端与第三活塞(23)固 定连接；前缸体(11)从前方与后缸体(21)固定连接在一起；踏板感觉模拟器(100)的前活 塞杆(12)穿过前缸体(11)的前端板中央的通孔，且前活塞杆(12)的前端通过销轴转动连 接在踏板臂(5)上；低压直流控制电源(8 )包括踏板位移信号输入端、轮速信号输入端、微波测距信号输入 端和控制电源输出端；踏板位移传感器(41)采用两个可变电阻器，其中各可变电阻器的滑 轨固定在踏板感觉模拟器(100)的前缸体(11)的前端板中央的通孔内壁上，各可变电阻器 的滑片固定在前活塞杆(12)上，各可变电阻器的滑片与各可变电阻器的滑轨相接触，各可 变电阻器的信号输出端通过引线与低压直流控制电源(8)的踏板位移信号输入端电连接； 轮速传感器(42)的信号输出端通过引线与低压直流控制电源(8)的轮速信号输入端电连 接；微波测距雷达(43)的信号输出端通过引线与低压直流控制电源(8)的微波测距信号输 入端电连接；踏板感觉模拟器(100)的线圈(29)的正负端子引线穿过第三活塞(23)、后活 塞杆(22)、第二活塞(15)、第一活塞(13)以及前活塞杆(12)中设置的走线通道，线圈(29)的正负端子引线的伸出前活塞杆(12)的走线通道的端头与低压直流控制电源(8)控制电 源输出端的正负极电连接。
9.根据权利要求8所述的汽车的制动踏板机构，其特征在于后缸体(21)的前端板上 开有同轴线的用于后活塞杆(22)进出的后小前大的中央台阶孔，在中央台阶孔的直径较大 的前孔段内还包括从后向前依次设置的动密封件(24 )和限定第三活塞(23 )在后部液缸内 运动轨迹的导向套筒(25);动密封件(24)的内径小于后活塞杆(22)的外径，导向套筒(25) 的内径大于后活塞杆22的外径；第三活塞(23)的侧壁外周与后缸体(21)的内壁之间的间 隙(s)的大小与后缸体(21)内径之比为1 10 1 20。
10.根据权利要求8或9所述的汽车的制动踏板机构，其特征在于低压直流控制电源 (8)包括中央处理单元(80)、低压电源(81)、电压调节控制电路(82)、电压反馈电路(83)、 电流限制电路(84)、IGBT驱动斩波电路(85)和电源滤波电路(86)；中央处理单元(80)设有踏板位移信号输入端、轮速信号输入端、微波测距信号输入端、 脉宽调制信号输出端和电压调节信号输出端；中央处理单元(80)的踏板位移信号输入端 即为低压直流控制电源(8)的踏板位移信号输入端，中央处理单元(80)的轮速信号输入端 即为低压直流控制电源(8)的轮速信号输入端，中央处理单元(80)的微波测距信号输入端 即为低压直流控制电源(8)的微波测距信号输入端；中央处理单元(80)的脉宽调制信号输 出端与IGBT驱动斩波电路(85)的脉宽调制信号输入端电连接，中央处理单元(80)的电压 调节信号输出端与电压调节控制电路(82)的控制端电连接；电压调节控制电路(82)还设有电源端、输出端、第一反馈信号输入端和第二反馈信号 输入端，低压电源(81)的输出端与电压调节控制电路(82)的电源端电连接，电压调节控 制电路(82)的输出端同时与IGBT驱动斩波电路(85)的电源端、电压反馈电路(83)的输 入端和电流限制电路(84)的输入端电连接，电压反馈电路(83)的输出端与电压调节控制 电路(82)的第一反馈信号输入端电连接，电流限制电路(84)的输出端与电压调节控制电 路(82)的第二反馈信号输入端电连接，IGBT驱动斩波电路(85)的输出端与电源滤波电路 (86)的输入端电连接，电源滤波电路(86)的输出端作为低压控制电源(8)的控制电源输出 端而与踏板感觉模拟器(100)的线圈(29)的正负端子引线电连接。
全文摘要
本发明涉及一种汽车制动踏板机构及其踏板感觉模拟器，制动踏板机构包括制动踏板、踏板位移传感器、踏板感觉模拟器、微波测距雷达及中央处理单元等。踏板位移传感器采用双可变电阻器，用于识别驾驶员的制动意图。踏板感觉模拟器采用磁流变液原理，中央处理单元可以根据踏板速度或由微波测距雷达提供的前方车辆、人员或障碍物的距离信息控制线圈电压大小，调节模拟器的阻尼，使驾驶员具有良好的操纵感觉，提高制动稳定性、舒适性和安全性。同时，通过改变中央处理单元内的设定数值，即可调节踏板感觉模拟器的阻尼输出曲线，满足不同车型或驾驶员个体的要求。本发明具有结构简单、操纵轻便、响应迅速、适用性好等优点。
文档编号B60T7/06GK101982356SQ20101054329
公开日2011年3月2日 申请日期2010年11月14日 优先权日2010年11月14日
发明者唐金花, 王奎洋, 贝绍轶 申请人:江苏技术师范学院