一种差径活塞结构的制动踏板感觉模拟器的制作方法

本发明涉及到汽车电子液压制动系统，尤其是涉及一种差径活塞结构的制动踏板感觉模拟器。

背景技术：

响应灵敏且效果优秀的制动系统是汽车主动安全的保障。随着汽车电子技术的发展，电子液压制动系和传统的液压制动系统相比具有集成度高、响应灵敏、布置体积小的特点，而且可以很便捷的与整车的控制系统整合。

新型电子液压制动系统中，制动踏板和制动主缸之间没有直接联接，无法像传统的制动系统一样反馈给驾驶员制动踏板感觉。在车辆制动过程中，驾驶员通过制动踏板感觉认知车辆的制动情况，进而做出正确制动操作。良好的制动踏板感觉可以提高车辆的操作舒适性和驾驶安全性。因此，在汽车制动系统中设计出能够反馈给驾驶员合适的制动踏板感觉的装置是非常有必要的。

经过查阅相关文献资料，踏板感觉模拟器可以分为主动式感觉模拟器和被动式感觉模拟器。被动式感觉模拟器又可以分为弹簧式和液力式感觉模拟器。弹簧式感觉模拟器由弹性元件产生踏板反作用力，结构简单，但可靠性不高，模拟效果没有液力式感觉模拟器优异。主动式感觉模拟器可以根据实际车况调节反馈给驾驶员的踏板感觉，但结构更为复杂，成本更高。因此，设计一种成本低、效率高、可靠的制动踏板感觉模拟器，对汽车的安全性显得非常重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电子液压制动系统的制动踏板感觉模拟器，通过该装置可以正确的辨识驾驶员制动意图，准确的模拟制动踏板感觉，对踏板反作用力具有良好的响应。

本发明的技术方案是一种差径活塞结构的制动踏板感觉模拟器，该模拟器包括储液罐；带位移传感器的制动踏板；和踏板操纵臂联接的扭力弹簧；在储液罐和abs模块间设置一个模拟器模块，用于模拟大踏板行程下的制动踏板感觉；压力传感器，用于获取液压油路压力；电磁阀，通过得、失电保证模拟器制动踏板感觉模拟效果及失效模式下有一定制动效能。

所述的扭力弹簧通过固定支架与踏板操纵臂联接，用于模拟小踏板行程下的制动踏板感觉。

所述的模拟器模块包括差径活塞缸、模拟器缸体。

所述的差径活塞缸采用两端承压面积不等的差径活塞结构，进液口p1和出液口p3相通，出液口p3承压面积大于进液口p1的承压面积。其中阶梯形的差径柱塞上部与出液口p3处的孔为动配合，下部与油封密合，使得其下方空间与进液口p1隔绝。差径柱塞上加工有凸缘，作为阀门，其下端是工作面。在差径柱塞不工作时，阀座紧靠在阀体的台肩上，阀座上、下端面加工有周向分布的凸台，分别与阀体和差径柱塞接触。

所述的模拟器缸体采用单腔制动主缸形式，包括模拟器推杆所在的第一工作腔及处于活塞另一侧的第二工作腔，第二工作腔内设有复位弹簧。

所述的位移传感器安装在制动踏板上，压力传感器布置在模拟器缸体与abs模块之间的油路，通过控制线路把信号传递到电控单元ecu。

所述的电磁阀包括：一个常闭阀，位于所述模拟器缸体的出液口和储液罐的回液口之间，通电后实现卸荷的作用，保证油路压力，防止损坏油路；两个常开阀，一个位于所述模拟器缸体的出液口和abs/esc模块之间，通电后关闭，防止油液流回差径活塞缸，一个位于abs/esc模块和制动缸出液口之间，通电后关闭，保证失效模式下有一定制动效能。

从储液罐中流出的液压油经过差径活塞缸的p1口流入，通过p3口、p2口分别进入到模拟器缸体的第一工作腔和第二工作腔，模拟器缸体的第二工作腔通过液压油路与电磁阀、压力传感器、abs/esc模块相连接；模拟器缸体的第一工作腔通过模拟器推杆和踏板操纵臂与制动踏板联接。

本发明带来的有益效果是：

1）本发明的制动踏板感觉模拟器结构简单。即可以适用于传统的液压制动系统又能与新型电子液压制动系统配合使用并提供良好制动踏板感觉。模拟器中的电磁阀、差径活塞缸、压力传感器等元件都易于加工或购买；

2）本发明的制动踏板感觉模拟器可以精确获得驾驶员的制动意图并且快速反应。在电子液压制动系统中安装上该模拟器，通过模拟器上的踏板位移传感器接收驾驶员制动意图并将该信号传递给ecu以快速实现踏板感觉模拟。踏板感觉分别通过扭力弹簧和液压力先后实现，更加贴近真实制动时的踏板感觉；

3）本发明的制动踏板感觉模拟器可以实现失效保护功能。本发明中有两个制动力来源：分别为模拟器缸体和电机带动的制动缸体；在模拟器缸体失效的情况下，可以由电机带动的制动缸体来实现制动；在电机带动的制动缸体失效的情况下，可以由传统的液压制动方式进行制动。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明中差径活塞缸的结构图。

图中：1.制动控制单元；2.制动踏板；3.踏板操纵臂；4.模拟器推杆；5.扭杆弹簧；6.固定支架；7.差径活塞缸；8.模拟器模块；9.储液罐；10.单向阀；11.模拟器缸体第二工作腔回位弹簧；12.模拟器缸体第二工作腔；13.模拟器缸体；14.踏板位移传感器；15.模拟器缸体第一工作腔；16.模拟器缸体活塞；17.压力传感器；18.常开式电磁阀；19.abs/esc模块；20.常闭式电磁阀；21.失效保护电磁阀；22.斜齿圆柱小齿轮；23.电机；24.斜齿圆柱大齿轮；25.齿轮；26.齿条；27.制动缸；28.油封；29.弹簧座；30.弹簧；31.阀座；32.阀门；33.差径柱塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，该差径活塞结构的制动踏板感觉模拟器主要包括储液罐（9）；带位移传感器（14）的制动踏板（2）；压力传感器（17）；常开式电磁阀（18）、（21）；常闭式电磁阀（20）。和踏板操纵臂（3）联接的扭力弹簧（5），用于模拟小踏板行程下的制动踏板感觉；在储液罐（9）和abs/esc模块（19）间设置有一个模拟器模块（8），用于模拟大踏板行程下的制动踏板感觉。

模拟器模块（8）包括差径活塞缸（7），模拟器缸体（13）；从储液罐（9）中流出的液压油经过差径活塞缸（7）的p1口流入，分别通过p3口与带单向阀（10）的p2口进入到模拟器缸体（13）的第一工作腔腔（15）和第二工作腔（12），模拟器缸体（13）的第二工作腔（12）通过液压油路与常开式电磁阀（18）、（21）、常闭式电磁阀（20）、压力传感器（17）、abs/esc模块（19）相连接；模拟器缸体（12）的第一工作腔（15）通过模拟器缸体活塞（16）、模拟器推杆（4）和踏板操纵臂（3）、制动踏板（2）联接，实现制动踏板感觉模拟。

如图2所示，差径活塞缸（7）包括油封（28）、弹簧座（29）、弹簧（30）、阀座（31）、阀门（32）、差径柱塞（33）、和储液罐（9）相连的进液口p1、和模拟器缸体（13）第一工作腔（15）相通的出液口p3；其中阶梯形的差径柱塞（33）上部与出液口p3处的孔为动配合，下部与油封（28）密合，使得其下方空间与进液口p1隔绝。差径柱塞（33）上加工有凸缘，作为阀门（32），其下端是工作面，阀座（31）上、下端面加工有周向分布的凸台，分别与阀体和差径柱塞（33）接触。在未踩下制动踏板（2）时差径柱塞（33）被弹簧（30）推至顶端，使得阀座（31）紧靠在阀体的台肩处，踩下制动踏板（2）后，由于p3口处的压力作用面积a3大于p1口处的压力作用面积a1，则p3口处的液压作用力f3（f3=p3×a3，p3为该出液口处的压强）大于p1口处的液压作用力f1（f1=p1×a1，p1为该出液口处的压强）。在压差的作用下克服弹簧（30）的预紧力使得阀座（31）离开台肩与阀门（32）接触，隔绝了p1口和p3口的油路连接，使得该差径活塞缸（7）处于平衡状态，即p3的增量小于p1、p2的增量，起到模拟大行程下制动踏板感觉的效果。随着制动进程的进行，踏板行程逐渐增加，p1口压力进一步提高，则阀门（32）离开阀座（31），p1口和p3口油路再次相通，使得p3口压力也升高。但由于a3>a1，差径活塞缸（7）又会达到新的平衡状态，进而实现踏板行程进一步增加时，给驾驶员提供更大的踏板阻力的效果。

下面结合附图1和附图2对本发明工作原理做进一步说明：如图1和图2所示，制动系统正常工作时，驾驶员踩下制动踏板（2），踏板位移传感器（14）接收到驾驶员的制动意图并把该信号传递到制动控制单元（1）；制动控制单元（1）根据采集到的信号得到本次制动中所需的液压制动力大小，进而计算出电机（23）提供的转矩；常开式电磁阀（18）开启，常闭式电磁阀（20）关闭，失效保护电磁阀（21）开启，模拟器缸体（13）和储液罐（9）及abs模块（19）通过油路连接；踏板操纵臂（3）随着踏板行程的增加而转动，套在其上的扭杆弹簧（5）也随之发生扭转，起到了模拟小行程时踏板感觉的作用；压力传感器（17）采集模拟器缸体（13）出液口处液压力并反馈给制动控制单元（1）；当模拟器缸体（13）出液口处液压力大于一定限值时，常开式电磁阀（18）关闭，常闭式电磁阀（20）打开，断开模拟器缸体（13）和abs/esc模块（19）的油路，防止制动缸（27）油压过高导致油液回流进模拟器模块（8）；继续踩下制动踏板（2）进而带动和踏板操纵臂（3）相连的模拟器缸体（13）内的活塞（16）右移，液压油从储液罐（9）经过油路从差径活塞缸（7）的p1口流入，分别从p3口流进模拟器缸体（13）的第一工作腔（15）和从p2口流进模拟器缸体（13）的第二工作腔（12），由于p3口压力作用面积a3大于p1口的压力作用面积a1，则p3口液压力f3（f3=p3×a3，p3为该出液口处的压强）大于p1口液压力f1（f1=p1×a1，p1为该出液口处的压强），而p1口和p2口始终保持相通。在压力差作用下使得差径活塞缸（7）中的阀门（32）下移与阀座（31）接合，隔绝p1口和p3口的油路通道，差径活塞缸（7）处于平衡状态，起到了p1口处压强p1大于p3口处压强p3的效果，则模拟器缸体（13）的第二工作腔（12）的液压作用力大于模拟器缸体（13）的第一工作腔（15）的液压作用力，保证了制动踏板较大行程下的制动踏板感觉；驾驶员放松制动踏板（2）的情况下，在模拟器缸体第二工作腔回位弹簧（11）的作用下模拟器推杆（4）向左移动复位；同时p1口处压强p1继续提高，则差径活塞缸（7）中的活塞将回升，阀门（32）再度开启，油液流回储液罐（9），完成一次制动踏板感觉模拟。

制动过程中电机（23）损坏无法提供力矩时，制动控制单元（1）接收故障信息，失效保护电磁阀（21）关闭，断开abs/esc模块与制动缸（27）的油路连接，防止液压油进入到制动缸（27）而影响制动效率；常开式电磁阀（18）开启，常闭式电磁阀（20）关闭，模拟器缸体（13）和制动轮缸通过油路直接相连，实现传统液压制动的功能。