CN201989768U - 一种汽车线控制动***的制动踏板装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种汽车线控制动***的制动踏板装置，包括制动踏板、踏板位移传感器、踏板压力传感及感觉模拟器；踏板位移传感器采用可变电阻器，踏板压力传感及感觉模拟器的压力传感功能部分采用压电元件，踏板位移信号和踏板压力信号共同传递至控制单元用于判别驾驶员的制动意图；踏板压力传感及感觉模拟器的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，踏板行程稍大，车辆减速度变化均匀，制动稳定舒适；在高强度或紧急制动时，内、外侧弹簧同时参与工作，制动行程变小，制动响应迅速；同时，通过调节底座在壳体中的位置可改变弹簧的预紧度以满足不同车型或驾驶员个人对制动感的要求。

Description

一种汽车线控制动***的制动踏板装置

技术领域

本实用新型涉及汽车的制动机构，特别设计一种汽车线控制动***的制动踏板装置。

背景技术

汽车的制动机构是汽车安全行驶中的重要机构，目前采用的制动器的工作原理是，驾驶员踩下制动踏板，推动与制动调压器及制动主缸相连的活塞连杆；制动主缸将根据踏板力的大小，在制动路线上形成相应的压力，在机械和液力相互作用下，通过轮边制动缸推动制动压向制动盘。对于传统轮式车辆制动***，其气体或液体传输管路长，阀类元件多；对于长轴距或多轴车辆及远距离控制车辆，由于管线长及速度慢，容易产生制动滞后现象，制动距离增加，安全性降低，而且制动***的成本也较高。

随着电子科技和网络技术的发展，出现了更加高效、节能的线控技术；结合线控技术和汽车制动***而形成的线控制动***，以电线为信息传递媒介，电驱动元件为制动执行器，由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，控制执行器实现汽车制动。另外踏板感觉模拟器可以使驾驶员在制动过程中具有很好的踏板操纵感觉，准确掌握所施加制动强度的大小。

线控制动***用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，关于电子制动踏板，中国申请文献CN 101559760A（申请号200910142366）公开了一种基于线控制动***的汽车电子制动踏板，具有制动踏板基体和电子制动器，在其制动踏板基体上设有踏板信号传感器，采用可传送踏板角度位移信号的HAL815线性霍尔传感器，踏板信号传感器的输出端接电子制动器；制动踏板基体下部还设有踏板感觉模拟器，所述踏板感觉模拟器为两个螺旋圆柱形压缩弹簧。该技术方案取消了传统制动踏板与制动器之间的机械或液压连接，结构简单，更为轻巧。但是上述发明中驾驶员的制动意图识别仅依赖于装在制动踏板基体上的霍尔式角位移传感器提供的踏板角度位移信号，没有考虑到制动踏板上所施加的压力与驾驶员制动意图的关系，且霍尔式位移传感器结构及信号分析复杂、成本较高；另外踏板基体下部设置的两个螺旋圆柱型压缩弹簧式踏板感觉模拟器，由于弹簧占用空间及其可压缩量较小，导致踏板制动感觉真实度或准确度不够理想，同时由于弹簧的预紧度不可调，而使此机构不能满足不同车型或驾驶员个体的要求，适用性不够好。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种汽车线控制动***中制动意图识别准确、踏板制动感觉真实的电子制动踏板装置。

实现本实用新型目的的技术方案是一种汽车线控制动***的制动踏板装置，包括制动踏板、踏板臂、支架；踏板固定连接在踏板臂的下端，踏板臂的上端通过销轴转动连接在支架上；其特征在于：还包括踏板位移传感器、插接件、踏板压力传感及感觉模拟器；支架上设有导向孔，导向孔的大小与推杆的外径间隙配合；

踏板压力传感及感觉模拟器包括壳体和设置在壳体中的推杆活塞、压电组件、绝缘套筒、回位弹簧、后活塞、内侧弹簧-、外侧弹簧-和底座，还包括推杆和和弹簧预紧力调节旋钮；

推杆活塞包括位于前部的大圆柱体和从后方连接在大圆柱体上的同轴线的小圆柱体，推杆活塞由其大圆柱体与壳体前后滑动连接；推杆的后端与推杆活塞的大圆柱体的前端固定连接；压电组件设置在绝缘套筒内；推杆活塞的小圆柱体的后部向后伸入绝缘套筒中；后活塞由直径各不相同的同轴线的依前后次序设置的个圆柱体组成，且由其第二圆柱体与壳体前后滑动连接；后活塞位于最前端的第一圆柱体向前伸入绝缘套筒中；回位弹簧位于推杆活塞与后活塞之间且套在绝缘套筒外；底座可拆式固定在壳体内，内侧弹簧-与外侧弹簧-旋向相反并设置在后活塞与底座之间；弹簧预紧力调节旋钮从后方固定连接在底座上，且位于壳体外；

推杆依次穿过壳体的前端板的中央孔以及支架的导向孔，且推杆前端通过销轴转动连接在踏板臂上；插接件固定连接在壳体的侧壁上；踏板位移传感器为可变电阻器，可变电阻器由其外壳固定在支架的导向孔处的部位上，且可变电阻器的滑轨安装在其外壳中，可变电阻器的滑片固定在推杆上，且与可变电阻器的滑轨相接触。

所述踏板位移传感器采用2个可变电阻器，2个可变电阻器的滑轨安装在同一个外壳中，且按照上下位置分别设置，2个滑片中的一个固定在推杆的上侧，另一个固定在推杆的下侧，且各自与相应的可变电阻器的滑轨相接触。

所述后活塞的第三圆柱体和第四个圆柱体的直径相对于第二圆柱体的直径依次减小，第二圆柱体与第三个圆柱体之间形成了第一台阶面，第三圆柱体和第四圆柱体之间形成了构成了第二台阶面；底座由从前向后直径依次增大的三个圆柱体组成，底座的第三圆柱体与第二圆柱体之间形成了第一台阶面，第二圆柱体与第一圆柱体之间形成了第二台阶面；外侧弹簧-套在后活塞的第三圆柱体上和底座的第二圆柱体上，位于后活塞的第一台阶面与底座的第一台阶面之间，且处于压缩状态；内侧弹簧-套在后活塞的第四圆柱体上和底座的第一圆柱体上，且位于后活塞的第二台阶面与底座的第二台阶面之间，其自由长度大于平衡状态下后活塞的最后端与底座的最前端之间的距离，小于平衡状态下的后活塞的第二台阶面与底座的第二台阶面之间的距离；所述后活塞平衡状态是指后活塞同时受回位弹簧以及外侧弹簧-的弹力作用，静止时两者的弹力相互抵消时所处的状态。

所述壳体为带有前端板的圆筒体，壳体的后端敞开，在后端内壁上设有内螺纹；底座的第三圆柱体的侧壁带有外螺纹；底座由其第三圆柱体通过螺纹连接可拆式固定在壳体内。

所述压电组件包括绝缘板-、电极-及压电元件-；绝缘板-包括左右两块，分别设置在绝缘套筒的前后两端；在两块绝缘板-之间，依次设置第一电极-、压电元件-和第二电极-，各电极-的引线与插接件相连。

所述绝缘套筒的轴向尺寸大于平衡状态下推杆活塞与后活塞之间的最小距离，小于推杆活塞的大圆柱体的后端面与平衡状态下的后活塞的大圆柱体的前端面之间的距离。

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型增加了踏板压力传感及感觉模拟器，中央处理单元融合处理踏板压力信号和踏板位移信号以识别驾驶员的制动意图，相比仅仅依赖识别处理踏板位移传感器的踏板位移信号更为安全可靠。（2）踏板压力传感及感觉模拟器的踏板感觉模拟功能由旋向相反的双弹簧机构实现，外侧弹簧初始具有一定的预紧度，而内侧弹簧在活塞与底座的第二台阶面间存在一定间隙；在中小强度制动时，只有外侧弹簧起作用，踏板行程稍大，车辆减速度变化均匀，制动稳定性较好；而在高强度或紧急制动时，内、外侧弹簧同时参与工作，制动行程变小，响应迅速，制动效能较高。（3）踏板压力传感及感觉模拟器的底座和壳体通过螺纹连接，可以通过旋入或旋出底座而调节外侧弹簧的预紧度，满足不同车型或驾驶员个体对制动感的要求。

附图说明

图1为本实用新型的制动踏板装置的整体结构示意图。

图2为制动踏板装置的踏板压力传感及感觉模拟器的结构示意图。

上述附图中的附图标记的含义如下：

制动踏板1，踏板臂2，支架3，踏板位移传感器4，插接件5；

踏板压力传感及感觉模拟器6，壳体60，推杆61，推杆活塞62，压电组件63，绝缘板63-1，电极63-2，压电元件63-3，绝缘套筒64，回位弹簧65，后活塞66，内侧弹簧67-1，外侧弹簧67-2，底座68，弹簧预紧力调节旋钮69。

具体实施方式

（实施例1）

见图1，本实施例的汽车线控制动***的制动踏板装置包括制动踏板1、踏板臂2、支架3、踏板位移传感器4、插接件5和踏板压力传感及感觉模拟器6。

支架3在使用时固定在汽车的底盘上。支架3上设有导向孔，导向孔的大小与推杆61的外径间隙配合。踏板臂2的上端通过销轴转动连接在支架3上，制动踏板1焊接固定连接在踏板臂2的下端。

见图2，踏板压力传感及感觉模拟器6包括壳体60和设置在壳体60中的推杆活塞62、压电组件63、绝缘套筒64、回位弹簧65、后活塞66、内侧弹簧67-1、外侧弹簧67-2和底座68，还包括推杆61和弹簧预紧力调节旋钮69。

壳体60为带有前端板的圆筒体，在前端板的中央开有与圆筒体同轴线的中央孔；壳体60的后端敞开，在后端内壁上还设有内螺纹；壳体60的侧壁上设有插接件5。

推杆活塞62为钢制一体件，包括位于前部的大圆柱体和从后方连接在大圆柱体上的与大圆柱体同轴线的小圆柱体，推杆活塞62的大圆柱体侧部外周与壳体60的侧壁相配合，推杆活塞62由其大圆柱体与壳体60前后滑动连接，推杆活塞62的小圆柱体侧部外周与绝缘套筒64的内侧壁相配合，且推杆活塞62的小圆柱体的后部向后伸入绝缘套筒64中。

推杆61由其后端与推杆活塞62前端同轴线焊接固定连接而形成一个整体构件，推杆活塞62的前端面与壳体60的前端板的后端面相接触，推杆61依次穿过壳体60的前端板的中央孔以及支架3的导向孔，且推杆61前端通过销轴转动连接在踏板臂2上。

压电组件63包括绝缘板63-1、电极63-2和压电元件63-3，压电组件63设置在绝缘套筒64内，所述绝缘套筒64为两端敞开的圆筒体。绝缘板63-1有两块，分别设置在绝缘套筒64的前后两端，使得电极63-2及压电元件63-3在两块绝缘板63-1之间，前端的绝缘板63-1的外端面（朝向前方的端面）与推杆活塞62的小圆柱体的后端面相接触，后端的绝缘板63-1的外端面（朝向后方的端面）与后活塞66的前端面相接触；在两块绝缘板63-1之间依次设有第一电极63-2、各片压电元件63-3和第二电极63-2，各电极63-2的引线与壳体60侧壁上的插接件5相连，而可将压电元件63-3的电信号向外传递。

后活塞66为钢制一体件，由直径各不相同的同轴线的四个圆柱体组成；最前端的第一圆柱体的侧部外周与绝缘套筒64的内侧壁相配合，且该圆柱体向前伸入绝缘套筒64中；第二圆柱体为大圆柱体，其侧部外周与壳体60的内侧壁相配合，与壳体60前后滑动连接；第三圆柱体和第四圆柱体的直径依次减小，第二圆柱体与第三圆柱体之间形成了第一台阶面，第三圆柱体和第四圆柱体之间形成了构成了第二台阶面。

回位弹簧65为钢制压簧，内径大于绝缘套筒64的外径，回位弹簧65套在绝缘套筒64外，位于推杆活塞62的大圆柱体的后端面与后活塞66的大圆柱体的前端面之间，且处于压缩状态。

绝缘套筒64起到绝缘与导向作用，其轴向尺寸略大于平衡状态下推杆活塞62与后活塞66之间的最小距离，小于推杆活塞62的大圆柱体的后端面与平衡状态下的后活塞66的大圆柱体的前端面之间的距离，从而使其对推杆活塞62具有良好的导向作用，并且推杆活塞62能够正常地压缩压电元件63-3。

底座68为钢制一体件，由从前向后直径依次增大的三个圆柱体组成，且底座68的第一圆柱体的外径与后活塞66的第四圆柱体的外径相等，底座68的第二圆柱体的外径与后活塞66的第三圆柱体的外径相等，底座68的第三圆柱体的侧壁带有外螺纹，与壳体60后端内壁上设有的内螺纹相配合。底座68的第三圆柱体与第二圆柱体之间形成了第一台阶面，第二圆柱体与第一圆柱体之间形成了第二台阶面。

底座68由其第三圆柱体通过螺纹连接可拆式固定在壳体60上，且底座68位于壳体60内。内侧弹簧67-1与外侧弹簧67-2旋向相反，两者均设置在后活塞66与底座68之间。内侧弹簧67-1套在后活塞66的第四圆柱体上和底座68的第一圆柱体上，且位于后活塞66的第二台阶面与底座68的第二台阶面之间，其自由长度大于平衡状态下后活塞66与底座68之间的最小距离（即后活塞66的最后端与底座68的最前端之间的距离），小于平衡状态下的后活塞66的第二台阶面与底座68的第二台阶面之间的距离，从而内侧弹簧67-1只会在后活塞66被大幅向后推进时才会被压缩，也即内侧弹簧67-1只在大强度制动或紧急制动时起作用。外侧弹簧67-2的弹性系数大于回位弹簧65的弹性系数。外侧弹簧67-2套在后活塞66的第三圆柱体上和底座68的第二圆柱体上，位于后活塞66的第一台阶面与底座68的第一台阶面之间，且处于压缩状态，在整个制动过程中都起作用。由于后活塞66同时受回位弹簧65以及外侧弹簧67-2的弹力作用，静止时两者的弹力相互抵消，此时后活塞66所处的状态称为平衡状态。

弹簧预紧力调节旋钮69固定在在底座68的第三圆柱体的后端面上，通过旋转弹簧预紧力调节旋钮69可以将底座68旋入或旋出壳体60。以此调节外侧弹簧67-2的预紧度从而调节制动踏板的阻力，以满足不同车型或驾驶员个体的要求，从而在制动时提供真实而准确的制动感。

踏板位移传感器4采用两个可变电阻器，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，其中可变电阻器由其外壳固定在支架3的导向孔处的部位上，且两个可变电阻器的滑轨均安装在其外壳中，两个滑片中的一个固定在推杆61的上侧，另一个固定在推杆61的下侧，各可变电阻器的滑片与各可变电阻器的滑轨相接触，随着推杆61的移动而移动，从而向外输出踏板位移行程信号。

当汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板1，踏板臂2逆时针旋转带动推杆61朝踩踏的方向运动，踏板位移传感器4由于推杆61的移动而输出踏板位移行程信号；推杆61推动踏板压力传感及感觉模拟器6的推杆活塞62的后端克服回位弹簧65的阻力而在绝缘套筒64内向后侧移动，从而挤压压电元件63-3使其输出踏板压力信号。与本制动踏板装置相配合使用的中央处理单元接收到踏板压力与踏板位移行程信号后，经过信息融合处理，作出驾驶员制动意图识别，并发出指令控制汽车制动。在信息融合过程中，踏板处于动态时以踏板压力传感及感觉模拟器6发出的踏板压力信号为主，踏板处于静态或准静态时以踏板位移传感器4发出的位移信号为主；如果两个传感器中有一个出现故障，那么中央处理单元将根据另一个传感器信号继续控制汽车制动，同时及时报警提醒驾驶员尽快修复。

另外，若驾驶员轻踩制动踏板1，踏板压力传感及感觉模拟器6中的内侧弹簧67-1由于未受压缩不起作用，而外侧弹簧67-2的压缩量随踏板位移行程的变化而变化；当踏板位移行程变化范围较大时，踏板制动压力的变化平稳，此时车辆减速平缓，制动稳定舒适；当驾驶员以高强度或急加速踩下制动踏板1时，外侧弹簧67-2被急剧压缩，同时内侧弹簧67-1参与工作，踏板压力传感及感觉模拟器6的阻力急剧增大，此时踏板位移行程的变化较小，踏板制动压力变化急剧，车辆制动响应迅速，表现出较好的制动效能。

Claims (6)

1.一种汽车线控制动***的制动踏板装置，包括制动踏板（1）、踏板臂（2）、支架（3）；踏板（1）固定连接在踏板臂（2）的下端，踏板臂（2）的上端通过销轴转动连接在支架（3）上；其特征在于：还包括踏板位移传感器（4）、插接件（5）、踏板压力传感及感觉模拟器（6）；支架（3）上设有导向孔，导向孔的大小与推杆（61）的外径间隙配合；

踏板压力传感及感觉模拟器（6）包括壳体（60）和设置在壳体（60）中的推杆活塞（62）、压电组件（63）、绝缘套筒（64）、回位弹簧（65）、后活塞（66）、内侧弹簧（67-1）、外侧弹簧（67-2）和底座（68），还包括推杆（61）和和弹簧预紧力调节旋钮（69）；

推杆活塞（62）包括位于前部的大圆柱体和从后方连接在大圆柱体上的同轴线的小圆柱体，推杆活塞（62）由其大圆柱体与壳体（60）前后滑动连接；推杆（61）的后端与推杆活塞（62）的大圆柱体的前端固定连接；压电组件（63）设置在绝缘套筒（64）内；推杆活塞（62）的小圆柱体的后部向后伸入绝缘套筒（64）中；后活塞（66）由直径各不相同的同轴线的依前后次序设置的4个圆柱体组成，且由其第二圆柱体与壳体（60）前后滑动连接；后活塞（66）位于最前端的第一圆柱体向前伸入绝缘套筒（64）中；回位弹簧（65）位于推杆活塞（62）与后活塞（66）之间且套在绝缘套筒（64）外；底座（68）可拆式固定在壳体（60）内，内侧弹簧（67-1）与外侧弹簧（67-2）旋向相反并设置在后活塞（66）与底座（68）之间；弹簧预紧力调节旋钮（69）从后方固定连接在底座（68）上，且位于壳体（60）外；

推杆（61）依次穿过壳体（60）的前端板的中央孔以及支架（3）的导向孔，且推杆（61）前端通过销轴转动连接在踏板臂（2）上；插接件（5）固定连接在壳体（60）的侧壁上；踏板位移传感器（4）为可变电阻器，可变电阻器由其外壳固定在支架（3）的导向孔处的部位上，且可变电阻器的滑轨安装在其外壳中，可变电阻器的滑片固定在推杆（61）上，且与可变电阻器的滑轨相接触。

2.根据权利要求1所述的汽车线控制动***的制动踏板装置，其特征在于：踏板位移传感器（4）采用2个可变电阻器，2个可变电阻器的滑轨安装在同一个外壳中，且按照上下位置分别设置，2个滑片中的一个固定在推杆（61）的上侧，另一个固定在推杆（61）的下侧，且各自与相应的可变电阻器的滑轨相接触。

3.根据权利要求1所述的汽车线控制动***的制动踏板装置，其特征在于：后活塞（66）的第三圆柱体和第四个圆柱体的直径相对于第二圆柱体的直径依次减小，第二圆柱体与第三个圆柱体之间形成了第一台阶面，第三圆柱体和第四圆柱体之间形成了构成了第二台阶面；底座（68）由从前向后直径依次增大的三个圆柱体组成，底座（68）的第三圆柱体与第二圆柱体之间形成了第一台阶面，第二圆柱体与第一圆柱体之间形成了第二台阶面；外侧弹簧（67-2）套在后活塞（66）的第三圆柱体上和底座（68）的第二圆柱体上，位于后活塞（66）的第一台阶面与底座（68）的第一台阶面之间，且处于压缩状态；内侧弹簧（67-1）套在后活塞（66）的第四圆柱体上和底座（68）的第一圆柱体上，且位于后活塞（66）的第二台阶面与底座（68）的第二台阶面之间，其自由长度大于平衡状态下后活塞（66）的最后端与底座（68）的最前端之间的距离，小于平衡状态下的后活塞（66）的第二台阶面与底座（68）的第二台阶面之间的距离；所述后活塞（66）平衡状态是指后活塞（66）同时受回位弹簧（65）以及外侧弹簧（67-2）的弹力作用，静止时两者的弹力相互抵消时所处的状态。

4.根据权利要求3所述的汽车线控制动***的制动踏板装置，其特征在于：壳体（60）为带有前端板的圆筒体，壳体（60）的后端敞开，在后端内壁上设有内螺纹；底座（68）的第三圆柱体的侧壁带有外螺纹；底座（68）由其第三圆柱体通过螺纹连接可拆式固定在壳体（60）内。

5.根据权利要求1至4之一所述的汽车线控制动***的制动踏板装置，其特征在于：压电组件（63）包括绝缘板（63-1）、电极（63-2）及压电元件（63-3）；绝缘板（63-1）包括左右两块，分别设置在绝缘套筒（66）的前后两端；在两块绝缘板63-1之间，依次设置第一电极（63-2）、压电元件（63-3）和第二电极（63-2），各电极（63-2）的引线与插接件（5）相连。

6.根据权利要求1至4之一所述的汽车线控制动***的制动踏板装置，其特征在于：绝缘套筒（64）的轴向尺寸大于平衡状态下推杆活塞（62）与后活塞（66）之间的最小距离，小于推杆活塞（62）的大圆柱体的后端面与平衡状态下的后活塞（66）的大圆柱体的前端面之间的距离。

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