一种刹车踏板模拟器及其控制方法

本发明涉及车辆模拟驾驶设备，尤其涉及一种刹车踏板模拟器及其控制方法。

背景技术：

1、刹车系统是汽车等机动车辆最重要的组成部件之一，在行车过程中起着至关重要的作用。在行车时，驾驶者可以通过踩踏刹车系统中的制动踏板来进行刹车使汽车的速度降低，以保证行车安全。刹车系统的好坏直接影响着车辆行驶安全和驾驶者驾驶体验。目前主流的刹车踏板模拟器的构造和力传动系统有如下两种：

2、一是力传动机构直接是压缩弹簧或胶块或其他受压力可变型的材料，例如公告号为cn204516097u的中国专利文件公开了一种汽车模拟器踏板，包括踏板信号反馈板、上支架、磁铁座、磁铁、脚踏板、固定板、下支架、下活动管、上活动管、弹簧和踏板连杆；所述固定板上端连接上支架，上支架连接踏板信号反馈板，踏板信号反馈板设有磁力传感器，踏板信号反馈板底部设有磁铁，踏板连杆上端通过销轴与上撑架转动连接，并且在踏板连杆上端设有与磁铁相适配的磁铁座，踏板连杆下端连接脚踏板，踏板连杆中部通过销轴与上活动管转动连接，上活动管套设在下活动管上，上活动管与下活动管之间设有弹簧，下活动管通过销轴与下支架转动连接，下支架与固定板下端连接；

3、二是力传动结构是通过液力传动或气压传动压缩弹簧或胶块或其他受压力可变型的材料，例如公告号为cn216901985u的中国专利申请文件公开了一种驾驶模拟器的刹车踏板机构，包括刹车踏板，刹车踏板上端连接有钣金安装座，刹车踏板上部连接有刹车踏板转轴组件，钣金安装座下部连接有制动总泵，刹车踏板下部连接有关节轴承，钣金安装座一侧连接有微型双轴液压缸，微型双轴液压缸下部设有强力弹簧，微型双轴液压缸上连接有液压接头组件，液压接头组件上连接有液压传感器和液压胶管。

4、申请人发现，以上这两种结构的刹车踏板模拟器都无法根据需要设定可调可控的制动踏板感曲线，刹车体验单一，而且弹簧结构不仅由于其刚度非常线性导致驾驶者刹车时感受较差，存在解耦间隙导致在紧急制动时效率很低，而且弹簧结构在长期使用过程中还会出现松弛现象，导致踏板复位的不准确。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、复位准确以及能够实现可调可控的制动踏板感曲线的刹车踏板模拟器。

2、本发明进一步提供一种上述刹车踏板模拟器的控制方法。

3、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

4、一种刹车踏板模拟器，包括安装座、踏板、踏板支臂、设于踏板内的压力传感器、力传动机构和控制器，所述踏板设于踏板支臂上，所述踏板支臂与安装座铰接，所述力传动机构与踏板支臂连接，所述控制器与压力传感器、力传动机构连接，所述力传动机构包括伺服电机、曲柄和调节连杆，所述伺服电机工作时相对于所述安装座的位置保持不变，所述曲柄与伺服电机的输出轴连接，所述曲柄、调节连杆、踏板支臂依次铰接构成曲柄摇杆机构，所述伺服电机用于驱动曲柄相对于安装座做圆周运动，所述控制器根据压力传感器采集的压力值和预设的制动踏板感曲线将压力值转化为踏板上升或下降的实时行程值，控制力传动机构带动踏板运动。

5、作为上述技术方案的进一步改进：所述刹车踏板模拟器还包括减速机，所述减速机的输入轴与伺服电机的输出轴连接，所述减速机的输出轴与曲柄连接。

6、作为上述技术方案的进一步改进：所述刹车踏板模拟器还包括联轴器，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与所述减速机的输入轴连接。

7、作为上述技术方案的进一步改进：所述安装座包括水平设置的第一安装板和竖直连接在第一安装板上的第二安装板，所述减速机的输出轴穿过第二安装板和曲柄将第二安装板和曲柄铰接连接

8、作为上述技术方案的进一步改进：所述减速机为行星减速机。

9、作为上述技术方案的进一步改进：所述减速机具有多级减速机构，每级所述减速机构均包括行星架、太阳齿轮以及设于太阳齿轮外侧的齿圈，所述太阳齿轮和所述齿圈之间啮合有多个行星齿轮，所述减速机的输入轴与第一级的太阳齿轮连接，每一级所述行星架的输入轴与位于同一级的所述行星齿轮连接，输出轴与下一级的所述太阳齿轮连接，最后一级所述行星架的输出轴与所述曲柄连接。

10、作为上述技术方案的进一步改进：所述踏板支臂沿长度方向间隔设有多个铰接位，所述调节连杆于所述铰接位处与所述踏板支臂铰接。

11、作为上述技术方案的进一步改进：所述调节连杆包括螺柱和套设于所述螺柱两端的螺纹套筒，两螺纹套筒分别与踏板支臂和曲柄铰接。

12、作为上述技术方案的进一步改进：所述踏板或踏板支臂上还设有位移传感器，所述位移传感器与所述控制器连接且用于检测踏板的运动行程。

13、一种刹车踏板模拟器的控制方法，包括以下步骤：

14、s1：确定控制器中的制动踏板感曲线；

15、s2：对踏板施加压力，控制器根据压力传感器收集到的压力数据和设定的制动踏板感曲线，实时将压力数据转化为踏板上升或下降的实时行程数据，控制伺服电机转动，进而控制踏板的运动；

16、s3：停止对踏板施加压力，压力传感器传递给控制器当前踏板所受压力为0的信号，控制器控制伺服电机转动，带动踏板复位至初始位置。

17、作为上述技术方案的进一步改进：在步骤s1和步骤s2之间还包括以下步骤：

18、a1：对踏板施加压力，控制器控制踏板运动，控制器将踏板实时行程数据与控制器收集到的位移传感器的踏板运动行程数据进行比对；

19、a2：控制器判断比对结果是否一致，若比对结果一致，则执行步骤s2，若比对结果不一致，则调整控制器的相关参数，直至比对结果一致，执行步骤s2。与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、本发明公开的刹车踏板模拟器将曲柄、调节连杆、踏板支臂组合成曲柄摇杆机构，通过伺服电机驱动曲柄摇杆机构的曲柄、调节连杆运动以带动踏板运动，在踏板内设有压力传感器。压力传感器能够感应踏板当前所受压力，并实时将数据传递至控制器，控制器通过事先设定的制动踏板感曲线(压感-位移曲线)将压力数据转化为踏板下降或上升的行程数据，实时控制伺服电机实现精准的转动，从而控制与伺服电机连接的曲柄摇杆机构的运动，进而控制固定在踏板支臂上踏板的运动行程，完成力反馈控制，提供给驾驶者合适的刹车脚感，以此模拟真实的刹车体验。

21、本发明公开的刹车踏板模拟器的控制方法，可以根据驾驶员的体验需要确定控制器中的制动踏板感曲线，当驾驶员对踏板施加压力时，控制器实时收集压力传感器中踏板所受压力的数据，并根据设定的制动踏板感曲线，实时控制伺服电机的转动，进而控制踏板的升降，完成力反馈控制；当驾驶员停止对踏板施加压力，控制器接收到踏板所受压力为0的信号，控制器控制伺服电机转动带动踏板复位至初始位置。本刹车踏板模拟器的控制方法有利于提高刹车踏板模拟器在长期使用过程中踏板复位的精准性和刹车体验的一致性。

技术特征：

1.一种刹车踏板模拟器，包括安装座(41)、踏板(10)、踏板支臂(43)、设于踏板(10)内的压力传感器(20)、力传动机构和控制器，所述踏板(10)设于踏板支臂(43)上，所述踏板支臂(43)与安装座(41)铰接，所述力传动机构与踏板支臂(43)连接，所述控制器与压力传感器(20)、力传动机构连接，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述刹车踏板模拟器还包括减速机(50)，所述减速机(50)的输入轴与伺服电机(30)的输出轴连接，所述减速机(50)的输出轴与曲柄(42)连接。

3.根据权利要求2所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述刹车踏板模拟器还包括联轴器(70)，所述伺服电机(30)的输出轴通过联轴器(70)与所述减速机(50)的输入轴连接。

4.根据权利要求2所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述安装座(91)包括水平设置的第一安装板和竖直连接在第一安装板上的第二安装板，所述减速机(50)的输出轴穿过第二安装板和曲柄(42)将第二安装板和曲柄(42)铰接连接。

5.根据权利要求4所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述减速机(50)具有多级减速机构(51)，每级所述减速机构(51)均包括行星架(514)、太阳齿轮(513)以及设于太阳齿轮(513)外侧的齿圈(511)，所述太阳齿轮(513)和所述齿圈(511)之间啮合有多个行星齿轮(512)，所述减速机(50)的输入轴与第一级的太阳齿轮(513)连接，每一级所述行星架(514)的输入轴与位于同一级的所述行星齿轮(512)连接，输出轴与下一级的所述太阳齿轮(513)连接，最后一级所述行星架(514)的输出轴与所述曲柄(42)连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述踏板支臂(43)沿长度方向间隔设有多个铰接位(431)，所述调节连杆(44)于所述铰接位(431)处与所述踏板支臂(43)铰接。

7.根据权利要求6所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述调节连杆(44)包括螺柱(441)和套设于所述螺柱(441)两端的螺纹套筒(442)，两螺纹套筒(442)分别与踏板支臂(43)和曲柄(42)铰接。

8.根据权利要求7所述的刹车踏板模拟器，其特征在于：所述踏板(10)或踏板支臂(43)上还设有位移传感器(60)，所述位移传感器(60)与所述控制器连接且用于检测踏板(10)的运动行程值。

9.一种刹车踏板模拟器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的刹车踏板模拟器的控制方法，其特征在于：在步骤s1和步骤s2之间还包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种刹车踏板模拟器，包括安装座、踏板、踏板支臂、调节连杆、曲柄、设于踏板内的压力传感器、伺服电机和控制器，踏板设于踏板支臂上，踏板支臂与安装座铰接，踏板支臂、调节连杆、曲柄依次铰接构成曲柄摇杆机构，控制器与压力传感器、伺服电机相连，曲柄与伺服电机的输出轴连接，伺服电机用于驱动曲柄相对于安装座做圆周运动，控制器根据压力传感器采集的压力值和预设的制动踏板感曲线将压力值转化为踏板的实时行程值，控制力传动机构带动踏板运动。本发明公开的刹车踏板模拟器能够提供给驾驶员丰富的刹车脚感变化。本发明还公开了一种刹车踏板模拟器的控制方法，有利于提高长期使用过程中踏板复位的精准性和刹车体验的一致性。技术研发人员：刘铮,张劼栋,龙翔,周和跃,尤畅,汪峥嵘,李方舟受保护的技术使用者：长沙理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4