[发明专利]具有触觉反馈功能的汽车加速踏板装置

说明书

技术领域

本发明属于汽车驾驶辅助系统技术领域，特别涉及一种具有触觉反馈功能的汽车加速踏板机械装置。

背景技术

加速踏板是汽车燃料供给系统的一部分，驾驶员通过控制其踩踏量，来控制发动机进气量，从而控制发动机的转速。传统拉线式加速踏板直接通过加速拉线与发动机节气门机械连接。随着汽车电子技术的发展，现在汽车广泛使用电子加速踏板。与传统拉线式加速踏板相比，电子加速踏板增加了角位移传感器，而不再使用加速拉线。角位移传感器与加速踏板同轴机械连接，其信号经踏板控制系统采集处理后，发送至车辆CAN总线网络，发动机电子控制单元ECU通过CAN网络读取加速踏板位置，从而通过控制器控制节气门开度。可见传统拉线式加速踏板和电子加速踏板机械结构相似，只是改变了信号的传递方式：传统拉线式加速踏板采用机械信号的传递方式，而电子加速踏板采用电信号的传递方式。然而上述加速踏板其实仅仅起到了单向信息传递的作用，即驾驶员通过加速踏板将控制意图作用于汽车，而汽车却不能通过加速踏板将行车信息反向作用于驾驶员。驾驶员可以随意控制踩踏量，很容易采取没有必要的紧急加速或制动，超速或者低速行驶。这些驾驶行为不仅具有很高的危险性，而且还造成巨大的燃油浪费，降低了汽车的燃油经济性。

为了克服上述普通加速踏板的缺点，满足人们对汽车安全性和经济性的要求，主动式加速踏板系统应运而生，它属于驾驶辅助系统的一种。目前主要的驾驶辅助系统从人机交互方式上可分为三种：视觉、听觉和触觉交互。视觉与听觉辅助系统会分散驾驶员注意力，对行车安全不利。而且对驾驶员来说，视觉与听觉辅助的感受器与执行器是不一样的，这就需要更多的反应处理时间。主动式加速踏板是基于触觉反馈的一种驾驶辅助系统，驾驶员脚部既是感受器又是执行器，反应速度更快，而且不会占用视觉资源，即不会对行车安全造成不利影响。主动式加速踏板系统是在普通加速踏板的基础上增加可控力源和反馈控制机构，在汽车行驶过程中，车载传感器采集行车信息并传输给ECU，ECU处理信息并向可控力源发送控制指令，在驾驶员操作不当时通过加速踏板将反馈力或者振动作用于驾驶员脚部，提醒驾驶员注意自己不恰当的驾驶行为，或者发出危险信息警告，以此提高行车安全性和经济性。此外，驾驶员不要求其提供信息警告或不注重油耗时，可以通过车载电子控制系统关闭该踏板装置的主动反馈作用，使其仅处于普通加速踏板工作模式。该方案的不足之处在于增加的额外结构会使得加速踏板机构变得复杂，而且会增加发生故障的可能性。

发明内容

本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，设计一种具有触觉反馈功能的汽车加速踏板机械装置，本发明装置在结构上采用了行星齿轮机构传递动力，通过控制行星支架的自由度，可以实现普通加速踏板和主动反馈式加速踏板两种模式的自由转换。使得驾驶员能够根据自身需要选择其工作模式。

本发明提出的一种具有触觉反馈功能的汽车加速踏板机械装置，其特征在于，该装置包括：踏板支架，安装在该踏板支架上的、踏板转轴轴系、控制电机轴系、行星齿轮机构和控制推杆机构；其中，踏板支架与汽车车身固结，作为整个装置的骨架；踏板转轴轴系主要由角位移传感器、踏板转轴、加速踏板、复位弹簧组成，角位移传感器安装在踏板支架上，其输入轴与踏板转轴同轴机械固连；其作用是采集踏板转轴的实际转角，作为反馈控制的参数；复位弹簧套在踏板转轴上，两端分别固定在加速踏板和踏板支架上；控制电机轴系主要由控制电机及其自身输出轴组成，控制电机输出反馈力所需的动力，电机输出轴与行星齿轮机构耦合，传递反馈力；行星齿轮机构主要由太阳轮、两个行星轮、行星支架和齿圈组成，太阳轮固定在电机输出轴的一端；行星支架嵌套在电机输出轴上，与其同轴转动；齿圈则与踏板转轴固连在一起；控制推杆机构主要由推杆、支杆、顶杆、缓冲弹簧和摩擦片组成，支杆一端固定在踏板支架上，另一端与推杆和顶杆铰接，推杆的另一端是输入端，顶杆的另一端与缓冲弹簧固连，缓冲弹簧的另一端与摩擦片固连。

(摩擦片与行星支架之间设有径向间隙)。

本发明的具有触觉反馈功能的汽车加速踏板机械装置的特点及其能达到的效果如下：

本发明的具有触觉反馈功能的汽车加速踏板机械装置在结构上采用了行星齿轮机构传递动力，通过控制行星支架的自由度，反馈力由控制电机产生，并通过行星齿轮机构传递到踏板轴系上，最后通过加速踏板作用到驾驶员脚部，通过控制推杆来实现反馈力模式和无反馈力(普通踏板)模式的转换，即实现普通加速踏板和主动反馈式加速踏板两种模式的自由转换。使得驾驶员能够根据自身需要选择其工作模式。而且行星齿轮机构可以起到减速增距的作用。