一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器及控制方法

1.本发明涉及踏板感觉模拟器技术领域，尤其涉及一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器及控制方法。


背景技术：

2.制动系统是智能汽车运动控制的重要执行机构，是车辆安全行驶的关键。传统制动系统由于无法实现主动制动、制动压力的精确控制等功能，已不能满足智能汽车对制动系统的要求。目前，线控制动系统以其“快速建压、精确控压”的特点正逐步取代传统制动系统。在线控制动系统中，电控单元ecu接收踏板传感器采集的驾驶员制动意图信号，处理后控制制动执行机构输出制动力。
3.由于线控制动系统实现了踏板与主缸的全解耦，所以需要在线控制动系统中增加踏板感觉模拟器为驾驶员提供制动踏板感觉反馈。现有踏板感觉模拟器根据踏板力模拟方式可分为主动式和被动式。目前汽车线控制动系统的踏板感觉模拟器多为被动式踏板感觉模拟器，存在踏板感觉模拟单一，无法灵活根据驾驶工况改变踏板感觉的问题。主动式踏板感觉模拟器多采用电机实现不同的踏板感觉模拟，但缺少冗余结构，无法保证系统的功能安全，具有安全隐患，且结构复杂，成本高，不易实现量产。因此踏板感觉模拟器已经成为线控制动系统领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器及控制方法，采用电磁结构与机械结构相结合的方式，进行集成式设计，减小了模拟器整体体积与质量，采用的电磁结构可以根据实时踏板受力，实时改变电磁线圈通电电流的大小来自适应模拟不同的踏板感觉，提高踏板模拟器的响应速度，同时机械结构可作为电磁结构的备份，在电磁结构发生断电失效等情况时，依旧可以很好的实现踏板感觉模拟，不会使得驾驶员分心，出现误操作等情况。为实现上述技术目的，具体技术方案如下。
5.第一方面，本发明提出一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器，其中，踏板感觉模拟器包括缸体、电控单元ecu；
6.在缸体内，从底部到开口依次集成有电磁结构、机械结构，机械结构产生第一反作用力，电磁结构产生第二反作用力；
7.当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu控制电磁结构产生第二反作用力，并通过调节电流来调控第二反作用力，直至第一反作用力和第二反作用力之和对应的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于设定的踏板力阈值；
8.并在踏板位移未变回0时，电控单元ecu始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整。
9.在上述技术方案中，机械结构的一种实施方式中，包括第一活塞(4)、第二活塞(8)，在第一活塞(4)的第二侧端面与第二活塞(8)第二侧端面之间有同轴套装的自由长度依次变短的第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)；第一活塞(4)的第一侧端面用于与踏板推杆(2)相连，第二活塞(8)的第一侧端面设有凸肩，用于连接第四弹性元件(9)的一端，第四弹性元件(9)另一端的与电磁结构相抵，使得在踏板感觉模拟器产生反作用力时，第四弹性元件(9)能够产生形变；
10.机械结构通过弹性元件组合提供三类制动工况，分别是：低等强度制动工况、中等强度制动工况、高等强度制动工况；其中：
11.在所述低等强度制动工况中，第一弹性元件(5)被压缩并与第四弹性元件(9)串联，此时第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)未接触第一活塞(4)；
12.在所述中等强度制动工况中，第一弹性元件(5)与第二弹性元件(6)二者并联，并与第四弹性元件(9)串联；
13.在所述高等强度制动工况中，第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)与第三弹性元件(7)三者并联，并与第四弹性元件(9)串联。
14.在上述技术方案中，电磁结构的一种实施方式中，包括电磁线圈(15)、衔铁(11)；
15.衔铁(11)在初始位置时，一端位于缸底，另一端与机械结构的第四弹性元件(9)的一端抵靠，第四弹性元件(9)的另一端位于机械结构上；
16.电磁线圈(15)通过导线穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)相连；
17.当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，或者当踏板位移为0时，电控单元ecu(16)控制电磁线圈(15)通电并调节电流，使衔铁(11)运动，从而实现踏板感觉模拟自适应调整；当踏板位移为0时，电控单元ecu(16)使衔铁(11)回归初始位置。
18.在上述技术方案中，在缸体(14)底部内壁设置限位开关(12)，通过导线(17)穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)连接，用于检测衔铁(11)在踏板位移为0时是否回归初始位置。
19.在上述技术方案的一种实施方式中，电控单元ecu(16)根据踏板位移速率判断制动工况类别：
20.若踏板位移速率小于第一阈值，判定为低等强度制动工况；
21.若踏板位移速率大于等于第一阈值且小于第二阈值，判定为中等强度制动工况；
22.若踏板位移速率大于等于第二阈值且小于第三阈值，判定为高等强度制动工况。
23.在上述技术方案的一种实施方式中，踏板位移速率通过踏板位移传感器(19)获取；
24.踏板位移传感器(19)位于推杆(2)上，并通过导线(17)与电控单元ecu(16)进行连接；其中，推杆(2)用于连接踏板(1)和机械结构；
25.踏板受力通过踏板压力传感器(20)获取；
26.踏板压力传感器(20)位于踏板(1)上，通过导线(17)与电控单元ecu(16)进行连接。
27.在上述技术方案的一种实施方式中，根据制动工况类别以及电磁线圈(15)中的通
电电流，实际反馈踏板力计算如下：
[0028][0029]
当制动工况类别为低等强度制动工况时：
[0030][0031]
当制动工况类别为中等强度制动工况时：
[0032][0033]
当制动工况类别为高等强度制动工况时：
[0034][0035]
式中，k1、k2、k3和k4分别为第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)和第四弹性元件(9)的压缩系数；x为踏板推杆的位移；a为制动踏板(1)的杠杆比；fm为电磁线圈(15)产生的电磁力。
[0036]
在上述技术方案的一种实施方式中，在缸体(14)底部内壁设置限位套筒(10)，使其位于电磁线圈(15)和衔铁(11)之间，用于限制衔铁(11)移动的距离。
[0037]
在上述技术方案的一种实施方式中，踏板感觉模拟器还包括缸盖(3)，缸盖(3)与缸体(14)通过螺栓(18)连接安装，缸盖(3)和缸体(14)上有呼吸孔，缸盖(3)上还有中心通孔，通过中心通孔，推杆(2)连接机械结构和踏板(1)。
[0038]
第二方面，本发明提出一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器控制方法，电控单元ecu同时获取踏板受力、踏板位移速率；在电磁力为0时，先根据踏板位移速率计算的实际反馈踏板力，并在踏板感觉模拟器的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu控制电磁线圈通电产生电磁力，并通过调整电磁线圈的电流而调控电磁力，从而调整踏板感觉模拟器的实际反馈踏板力，直至实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于踏板力阈值；并在踏板位移未变回0时，电控单元ecu始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整。
[0039]
本发明具有以下技术效果：
[0040]
1、踏板感觉模拟器在一个缸体中集成电磁结构和机械结构，从整体外观看只占一个缸体的空间，结构上的集成可节省安装空间并提高经济效益。
[0041]
2、通过电控单元ecu控制电磁线圈内部电流大小与方向，使电磁线圈产生的电磁力大小和方向发生变化，进而控制衔铁的运动方向，根据踏板受力自适应实现了可变踏板感觉模拟，相较于采用电机的主动式踏板感觉模拟器，具有径向尺寸小，结构简单；由于电磁结构在缸体内，抗冲击和振动能力强，从而使得踏板感觉模拟器可靠性增强。
[0042]
3、在踏板感觉模拟器发生断电失效时，可由机械结构实现踏板感觉模拟，且机械结构采用三段式弹簧(不同刚度)模拟踏板感觉，提高踏板感觉灵敏度，并通过机械结构实现踏板感觉模拟功能冗余，在电磁结构失效的情况下也能很好的提供真实的踏板感觉，可
保证系统的功能安全。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1为一实施方式中的一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器的结构示意图；
[0045]
图2为一实施方式中的缸体和缸盖的结构示意图；
[0046]
图3为一实施方式中的集成式可变感觉的踏板感觉模拟器控制方法的工作流程图；
[0047]
图4为一实施方式中的不同模式下踏板感觉模拟器提供的踏板感觉反馈力示意图；
[0048]
图中所示：1.制动踏板、2.推杆、3.缸盖、4.第一活塞、5.第一弹性元件、6.第二弹性元件、7.第三弹性元件、8.第二活塞、9.第四弹性元件、10.限位套筒、11.衔铁、12.限位开关、13.呼吸孔、14.缸体、15.电磁线圈、16.电控单元ecu、17.导线、18.螺栓、19.踏板位移传感器、20.踏板力传感器。
具体实施方式
[0049]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0050]
术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0051]
现有技术中的踏板感觉模拟器的反作用力有限，影响驾驶员对制动强度的判断，而对于一些采用角位移进行制动强度判断的技术方案，随着踏板的使用，机械结构的松动等也会加大，影响踏板感觉模拟器的灵敏度，特别是紧急制动情况下，响应速度至关重要，踏板感觉模拟器不灵敏会带来安全隐患。同时，采用电机结构会增加踏板感觉模拟器的体积，增加智能汽车安装复杂度。
[0052]
基于此，本发明提出一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器，其中，踏板感觉模拟器包括缸体、电控单元ecu。与现有技术不同的是，在缸体内，从底部到开口依次集成有电磁结构、机械结构，从整体外观看只占一个缸体的空间，结构上的集成可节省安装空间并提高经济效益。其中，机械结构产生第一反作用力，电磁结构产生第二反作用力。当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu控制电磁结构产生第二反作用力，并通过调节电流来调控第二反作用力，直至第一反作用力和第二反作用力之和对应的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于设定的踏板力阈值。并在踏板位移未变回0时，电控单元ecu始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整，相较于采用电机的主动式踏板感觉模拟器，具有径向尺寸小，结构简
单，抗冲击和振动能力强、可靠性强等优点。在这种踏板感觉模拟器中，当踏板感觉模拟器发生断电失效时，可由机械结构实现踏板感觉模拟，保证系统的功能安全。
[0053]
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合附图，对本案技术方案的实施方式进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0054]
参照图1和图2所示，本案的踏板感觉模拟器，主要包括制动踏板部分、缸体、电控单元ecu、机械结构、电磁结构、传感器部分。其中，在有的实施方式中，制动踏板部分可能不是踏板感觉模拟器必须的。
[0055]
制动踏板部分包括制动踏板(1)和推杆(2)。制动踏板(1)安装在驾驶员前部下方，制动踏板(1)中旋转部分的顶端通过销轴固定在踏板支架上，踏板支架固定在车身上。推杆(2)一端与制动踏板(1)铰接连接，踏板推杆(2)穿过模拟器缸盖(3)中心通孔，另一端与第一活塞(4)右侧端面活动相连。
[0056]
在缸体(14)内，从底部到开口依次集成有电磁结构、机械结构，机械结构产生第一反作用力，电磁结构产生第二反作用力，从整体外观看只占一个缸体的空间，结构上的集成可节省安装空间并提高经济效益，整体结构相较于采用电机的主动式踏板感觉模拟器，具有径向尺寸小，结构简单的特点。
[0057]
机械结构包括第一活塞(4)、第二活塞(8)、第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)、第四弹性元件(9)。
[0058]
第一活塞(4)的第一侧端面用于与踏板推杆(2)相连，第二活塞(8)的第一侧端面设有凸肩，用于连接第四弹性元件(9)的一端，第四弹性元件(9)另一端的与电磁结构相抵，使得在踏板感觉模拟器产生反作用力时，第四弹性元件(9)能够产生形变。第一活塞(4)、第二活塞(8)沿从缸口到缸底方向依次设在缸体(14)内，且均可以在缸体(14)内实现轴向往复运动，第一活塞(4)第二侧端面设有凸肩，第二活塞的第二侧端面设有三阶梯结构，按横截面积从大到小依次为第一阶梯面、第二阶梯面、第三阶梯面。
[0059]
第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)和第四弹性元件(9)均为压缩弹簧。第一弹性元件(5)的两端分别连接在第一活塞(4)的第二侧端面和第二活塞(8)的第一阶梯面；第二弹性元件(6)的一端连接在第二活塞(8)的第二阶梯面；第三弹性元件(7)的一端连接在第二活塞(8)的第三阶梯面。第二弹性元件(6)同轴套装在所述第一弹性元件(5)内，且自由长度小于所述第一弹性元件(5)的自由长度；第三弹性元件(7)同轴套装在第二弹性元件(6)内，且自由长度小于第二弹性元件(6)的自由长度。
[0060]
机械结构通过弹性元件组合提供三类制动工况，分别是：低等强度制动工况、中等强度制动工况、高等强度制动工况。其中：在所述低等强度制动工况中，第一弹性元件(5)被压缩并与第四弹性元件(9)串联，此时第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)未接触第一活塞(4)；在所述中等强度制动工况中，第一弹性元件(5)与第二弹性元件(6)二者并联，并与第四弹性元件(9)串联；在所述高等强度制动工况中，第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)与第三弹性元件(7)三者并联，并与第四弹性元件(9)串联。
[0061]
机械结构采用具有不同刚度的三段式弹簧模拟踏板感觉，增大踏板感觉模拟器的反作用力范围，从而提高感觉灵敏度，并在电磁结构失效时也能很好的提供真实的踏板感
觉，实现踏板感觉模拟功能冗余，保证系统的功能安全。在一实施例中，采用上述三段式弹簧机械结构，踏板位移和踏板力具有下述表1的关系：表1
[0062][0063]
电磁结构包括电磁线圈(15)、衔铁(11)。衔铁(11)在初始位置时，一端位于缸底，另一端与机械结构的第四弹性元件(9)的一端抵靠，第四弹性元件(9)的另一端位于机械结构的第二活塞(8)上。电磁线圈(15)通过导线穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)相连。
[0064]
当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu(16)控制电磁结构中的衔铁(11)运动，向第四弹性元件(9)施加第二反作用力，并通过调节电流来调控第二反作用力，直至第一反作用力和第二反作用力之和对应的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于设定的踏板力阈值。并在踏板位移未为0时，电控单元ecu(16)始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整，提高踏板感觉模拟器的灵敏度。而由于电磁结构在缸体(14)内，抗冲击和振动能力强，使得踏板感觉模拟器可靠性强。本案中电流的调节包括大小和方向。第二反作用力即为电磁线圈(15)产生的电磁力，采用如下公式计算：
[0065][0066]
式中：fm为稳定工作时的电磁力；n为线圈匝数；i为电流强度；μ为真空磁导率；kf为漏磁系数；δ为气隙长度；s为衔铁横截面积。
[0067]
衔铁运动由实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值决定，当二者的差值的绝对值小于阈值，电流不变，衔铁不移动，即有电时维持有电的电流值，无电时不通电。当反馈踏板力小于踏板受力，电流正向通电，控制衔铁离开初始位置移动。当实际反馈踏板力大于踏板受力，电流反向通电，控制衔铁往初始位置移动，随着踏板位移的不断减小，衔铁不断向往初始位置移动，直至踏板位移变回为0，衔铁复位。
[0068]
为方便电控单元ecu实时控制和故障检查，在缸体(14)底部内壁设置限位开关(12)，通过导线(17)穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)连接，用于检测衔铁(11)在踏板位移为0时是否回归初始位置。进一步地，在缸体(14)底部内壁设置限位套筒(10)，使其位于电磁线圈(15)和衔铁(11)之间，用于限制衔铁(11)移动的距离。
[0069]
作为上述实施方式的进一步改进，缸体(14)的开口可以用缸盖(3)封闭。图2中给出了一种缸体(14)和缸盖(3)的结构示意图。缸体(14)与缸盖(3)采用六个均匀布置的螺栓(18)进行连接安装。且缸盖(3)与缸体(14)上分别设有呼吸孔(13)，以防止第一活塞(4)与第二活塞(8)在缸体(14)内轴向移动时，空气压缩产生反作用力阻碍活塞移动。进一步地，缸体(14)采用304l不锈钢材质材料加工，将电磁结构与机械结构保护在内部的同时，可有效防止电磁线圈(15)漏磁，减少电磁力损失。
[0070]
在上述实施方式中，踏板感觉模拟器还设置传感器部分，其包括踏板压力传感器(20)和踏板位移传感器(19)。踏板压力传感器(20)连接制动踏板(1)，踏板位移传感器(19)连接推杆(2)。踏板压力传感器(20)用于检测驾驶员踩制动踏板的踏板力，踏板位移传感器(19)用于检测推杆(2)的位移量。由于其不像角位移需要进行转换，可以使得踏板感觉模拟器具有响应速度快、滞后性小、稳定性好，从而可以更准确地跟踪踏板变化。以反映驾驶员的制动意图。电控单元ecu(16)用于实时接收踏板力与踏板位移信号，计算并控制电磁线圈(15)通电电流大小和方向，以及检测电磁结构是否发生断电失效等情况。
[0071]
图3示意了集成式可变感觉的踏板感觉模拟器控制方法的工作流程，包括如下步骤：
[0072]
步骤一：驾驶员开始制动，踏板位移传感器(19)与踏板压力传感器(20)分别采集踏板位移信息与踏板力信息。
[0073]
步骤二：电控单元ecu(16)根据采集的踏板位移信息求解踏板位移速率，与预先设定的踏板位移速率阈值比较：若踏板位移速率小于第一阈值，判断此时处于低等强度制动工况；若踏板位移速率大于第一阈值，小于第二阈值，判断此时处于中等强度制动工况；若踏板位移速率大于第二阈值，判断此时处于高等强度制动工况；
[0074]
步骤三：计算此时实际反馈踏板力f，以及与踏板压力传感器(20)采集踏板受力f1的差值，判断差值的绝对值是否大于预先设定的踏板力阈值，若是，则进入步骤四；若否，则进入步骤五。
[0075]
步骤四：电控单元ecu(16)检查电磁结构是否发生断电失效等情况。若是，则进入步骤五；若否，则调节电磁线圈(15)的通电电流大小，直至实际反馈踏板力f与踏板压力传感器(20)采集的踏板受力f1的差值的绝对值小于预先设定的踏板力阈值。
[0076]
步骤五：通过踏板位移传感器(19)采集的踏板位移信息判断此时踏板位移是否为0。若是，且电磁结构未发生断电失效等情况，则电控单元ecu(16)改变电磁线圈(15)的通电电流方向，控制衔铁(11)回到初始位置，进入步骤六；若是，但电磁结构发生断电失效等情况，则直接进入步骤六。若否，则回到步骤一。
[0077]
步骤六：当限位开关(12)检测到衔铁(11)回到初始位置，制动结束。
[0078]
上述工作流程既可以实施常规制动踏板感觉模拟，又可以实施断电失效踏板感觉模拟，二者根据驾驶工况又均可分为低等强度制动、中等强度制动和高等强度制动。
[0079]
常规制动踏板感觉模拟过程为：
[0080]
当驾驶员作出制动操作后，由踏板位移传感器(19)和踏板压力传感器(20)采集信息输送给电控单元ecu(16)，根据预先设定的踏板位移速率阈值判断此时处于低等强度制动、中等强度制动或高等强度制动工况，由电控单位ecu(16)计算此时实际反馈踏板力f，同时踏板压力传感器(20)采集踏板受力f1，若二者的差值大于预选设定的踏板力阈值，且此时电磁结构未发生断电失效等情况，则电控单元ecu(16)发出控制指令调节电磁线圈(15)通电电流，直至实际反馈踏板力f与踏板受力f1的差值小于预先的踏板力阈值。当踏板位移传感器(19)检测到踏板位移为0。电控单位ecu(16)改变电磁线圈(15)通电电流方向，控制衔铁(11)回归初始位置，制动结束。
[0081]
具体的，当踏板位移速率小于第一阈值时，电控单元ecu(16)判断此时处于低等强度制动；同时踏板推杆(2)推动第一活塞(4)，继而压缩第一弹性元件(5)，并与第四弹性元件(9)串联。此时第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)未接触第一活塞(4)。此时实际反馈踏板力f与踏板位移x的关系为：
[0082][0083]
其中，k1、k4分别为第一弹性元件(5)、第四弹性元件(9)的压缩系数；x为踏板推杆的位移，可由踏板位移传感器的测量值积分得到；a为制动踏板(1)的杠杆比。
[0084]
当踏板位移速率大于第一阈值，小于第二阈值时，电控单元ecu(16)判断此时处于中等强度制动。同时第一活塞(4)继续移动，继而压缩第二弹性元件(6)，此时第一弹性元件(5)与第二弹性元件(6)二者并联。并与第四弹性元件(9)串联。此时第三弹性元件(7)未接触第一活塞(4)。此时实际反馈踏板力f与踏板位移x的关系为：
[0085][0086]
其中，k2为第二弹性元件(6)的压缩系数。
[0087]
具体的，当踏板位移速率大于第二阈值时，电控单元ecu(16)判断此时处于高等强度制动，第一活塞(4)继续移动，继而压缩第三弹性元件(7)，此时第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)与第三弹性元件(7)三者并联。并与第四弹性元件(9)串联。此时实际反馈踏板力f与踏板位移x的关系为：
[0088][0089]
其中，k3为第三弹性元件(7)的压缩系数。
[0090]
断电失效踏板感觉模拟过程为：
[0091]
当驾驶员做出制动操作后，由踏板位移传感器(19)和踏板压力传感器(20)采集信息输送给电控单元ecu(16)，根据预先设定的踏板位移速率阈值判断此时处于低等强度制动、中等强度制动或高等强度制动工况。由电控单位ecu(16)计算此时实际反馈踏板力f，同时踏板压力传感器(20)采集踏板受力f1，若此时电磁结构发生断电失效等故障，则衔铁(11)在初始位置保持不动，集成式可变感觉踏板感觉模拟器变为被动三段式踏板感觉模拟器，此时在低等强度制动、中等强度制动或高等强度制动过程中，电磁力fm为0，完全依靠第
一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)、第四弹性元件(9)的组合完成踏板感觉模拟。当踏板位移传感器(19)检测到踏板位移为0，制动结束。
[0092]
参考图4中的折线a和b分别为电磁力为0和最大时，实际反馈踏板力f与踏板位移x之间的对应关系，通过电控单元ecu(16)调节电磁线圈(15)的通电电流大小，理论上踏板位移和真实踏板力关系曲线可以在图中阴影部分任意调节，图中折线c、d、e分别为低等强度制动、中等强度制动和高等强度制动情况时实际反馈踏板力f与踏板位移x之间对应关系的演示曲线。
[0093]
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器，其中，踏板感觉模拟器包括缸体、电控单元ecu，其特征在于：在缸体内，从底部到开口依次集成有电磁结构、机械结构，机械结构产生第一反作用力，电磁结构产生第二反作用力；当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu控制电磁结构产生第二反作用力，并通过调节电流来调控第二反作用力，直至第一反作用力和第二反作用力之和对应的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于设定的踏板力阈值；并在踏板位移未变回0时，电控单元ecu始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整。2.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：机械结构包括第一活塞(4)、第二活塞(8)，在第一活塞(4)的第二侧端面与第二活塞(8)第二侧端面之间有同轴套装的自由长度依次变短的第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)；第一活塞(4)的第一侧端面用于与踏板推杆(2)相连，第二活塞(8)的第一侧端面设有凸肩，用于连接第四弹性元件(9)的一端，第四弹性元件(9)另一端的与电磁结构相抵，使得在踏板感觉模拟器产生反作用力时，第四弹性元件(9)能够产生形变；机械结构通过弹性元件组合提供三类制动工况，分别是：低等强度制动工况、中等强度制动工况、高等强度制动工况；其中：在所述低等强度制动工况中，第一弹性元件(5)被压缩并与第四弹性元件(9)串联，此时第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)未接触第一活塞(4)；在所述中等强度制动工况中，第一弹性元件(5)与第二弹性元件(6)二者并联，并与第四弹性元件(9)串联；在所述高等强度制动工况中，第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)与第三弹性元件(7)三者并联，并与第四弹性元件(9)串联。3.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：电磁结构包括电磁线圈(15)、衔铁(11)；衔铁(11)在初始位置时，一端位于缸底，另一端与机械结构的第四弹性元件(9)的一端抵靠，第四弹性元件(9)的另一端位于机械结构上；电磁线圈(15)通过导线穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)相连；当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu(16)控制电磁线圈(15)通电并调节电流，使衔铁(11)运动，从而实现踏板感觉模拟自适应调整；当踏板位移为0时，电控单元ecu(16)使衔铁(11)回归初始位置。4.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：在缸体(14)底部内壁设置限位开关(12)，通过导线(17)穿过缸体(14)底部的呼吸孔(13)与电控单元ecu(16)连接，用于检测衔铁(11)在踏板位移为0时是否回归初始位置。5.根据权利要求2所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：电控单元ecu(16)根据踏板位移速率判断制动工况类别：若踏板位移速率小于第一阈值，判定为低等强度制动工况；若踏板位移速率大于等于第一阈值且小于第二阈值，判定为中等强度制动工况；
若踏板位移速率大于等于第二阈值且小于第三阈值，判定为高等强度制动工况。6.根据权利要求5所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：踏板位移速率通过踏板位移传感器(19)获取；踏板位移传感器(19)位于推杆(2)上，并通过导线(17)与电控单元ecu(16)进行连接；其中，推杆(2)用于连接踏板(1)和机械结构；踏板受力通过踏板压力传感器(20)获取；踏板压力传感器(20)位于踏板(1)上，通过导线(17)与电控单元ecu(16)进行连接。7.根据权利要求2所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：根据制动工况类别以及电磁线圈(15)中的通电电流，实际反馈踏板力计算如下：当制动工况类别为低等强度制动工况时：当制动工况类别为中等强度制动工况时：当制动工况类别为高等强度制动工况时：式中，k1、k2、k3和k4分别为第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)、第三弹性元件(7)和第四弹性元件(9)的压缩系数；x为踏板推杆的位移；a为制动踏板(1)的杠杆比；f
m
为电磁线圈(15)产生的电磁力。8.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：在缸体(14)底部内壁设置限位套简(10)，使其位于电磁线圈(15)和衔铁(11)之间，用于限制衔铁(11)移动的距离。9.根据权利要求1所述的踏板感觉模拟器，其特征在于：踏板感觉模拟器还包括缸盖(3)，缸盖(3)与缸体(14)通过螺栓(18)连接安装，缸盖(3)和缸体(14)上有呼吸孔，缸盖(3)上还有中心通孔，通过中心通孔，推杆(2)连接机械结构和踏板(1)。10.一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器控制方法，其特征在于：电控单元ecu同时获取踏板受力、踏板位移速率；在电磁力为0时，先根据踏板位移速率计算的实际反馈踏板力，并在踏板感觉模拟器的实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元ecu控制电磁线圈通电产生电磁力，并通过调整电磁线圈的电流而调控电磁力，从而调整踏板感觉模拟器的实际反馈踏板力，直至实际反馈踏板力与踏板受力的差值的绝对值小于等于踏板力阈值；并在踏板位移未变回0时，电控单元ecu始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自
适应调整。

技术总结
本案涉及一种集成式可变感觉的踏板感觉模拟器及控制方法，旨在解决现有踏板感觉模拟灵敏度低的问题。该案利用机械结构产生第一反作用力，电磁结构产生第二反作用力，当第一反作用力对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值大于设定的踏板力阈值时，电控单元控制电磁结构通电产生第二反作用力，并通过调节电流来调控第二反作用力，直至第一反作用力和第二反作用力之和对应的实际反馈踏板力与踏板受力差值的绝对值小于等于设定的踏板力阈值；并在踏板位移未为0时，电控单元始终根据踏板受力调节电流，实现踏板感觉自适应调整，且当电磁结构发生断电失效情况时，机械结构可实现踏板感觉模拟，保证系统功能安全，结构集成节省安装空间。节省安装空间。节省安装空间。


技术研发人员：李静 李佳宝 王阳 李贵彬
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/12