[发明专利]一种应用于线控制动系统的踏板感觉模拟器及其控制方法

权利要求书

1.一种应用于线控制动系统的踏板感觉模拟器，其特征在于：包括制动踏板、踏板推杆、模拟器缸体、第一活塞、第二活塞、第三活塞、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、踏板力调节装置、踏板位移传感器、踏板力传感器、电控单元ECU；

所述的制动踏板与踏板推杆铰接，第一活塞、第二活塞、第三活塞依次设在模拟器缸体内，踏板推杆穿过模拟器缸体前端板上的通孔与第一活塞相连；

第一弹簧一端与制动踏板相连，另一端固定在车体或模拟器缸体上；第二弹簧和第三弹簧设在模拟器缸体内，第二活塞上设有通孔，第二弹簧固定在第三活塞上，并穿过第二活塞的通孔，在初始状态下，第二弹簧与第一活塞之间设有一段空行程；第三弹簧套在第二弹簧外，两端分别与第二活塞和第三活塞相连；

踏板力调节装置设在模拟器缸体后部，踏板力调节装置包括驱动电机、传动组件和调节推杆，所述的驱动电机的输出端通过传动组件与调节推杆相连，调节推杆另一端穿过模拟器缸体后端板上的通孔与第三活塞相连；

踏板力传感器设在制动踏板上，踏板位移传感器设在踏板推杆上，电控单元ECU分别通过线路与驱动电机、踏板力传感器和踏板位移传感器相连。

2.根据权利要求1所述的一种应用于线控制动系统的踏板感觉模拟器，其特征在于：所述的调节推杆上设有齿条；所述的传动组件包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，其中，第一齿轮与驱动电机的输出轴同轴连接，第一齿轮与第二齿轮啮合，构成一级减速机构；第二齿轮与第三齿轮同轴连接，第三齿轮与调节推杆上的齿条啮合，构成二级减速机构。

3.根据权利要求1所述的一种应用于线控制动系统的踏板感觉模拟器，其特征在于：还包括电源、DC/AD模块和人机界面，电源与DC/AD模块相连，DC/AD模块分别与驱动电机、踏板力传感器、踏板位移传感器、电控单元ECU和人机界面相连，由电源提供电能；人机界面与电控单元ECU相连，进行数据交互。

4.根据权利要求1所述的一种应用于线控制动系统的踏板感觉模拟器，其特征在于：所述的第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧的刚度通过以下方法确定：

步骤一：采用折线OABC来拟合理想制动踏板特性曲线：

根据真空助力器的工作过程，将理想制动踏板特性曲线分为三段，分别对应制动踏板克服空行程至真空助力器开始起作用前的过程、真空助力器开始起作用至真空助力器达到工作极限前的过程、真空助力器达到工作极限后的过程；采用折线OABC来逼近理想制动踏板特性曲线，即用不同刚度弹簧的组合来模拟三段曲线的三种踏板反力；

选取理想制动踏板特性曲线中踏板位移值最小点作为O点，选取理想制动踏板特性曲线中踏板位移值最大点作为C点，为确定A点和B点，设定以下符号：

s用来表示踏板位移，即曲线的横坐标；f(s)用来表示理想制动踏板特性曲线；g(s)用来表示折线OABC；O点坐标设为(s₀，g(s₀))，A点坐标设为(s₁，g(s₁))，B点坐标设为(s₂，g(s₂))，C点坐标设为(s₃，g(s₃))；由于O点和C点已经确定，既在曲线f(s)上，又在折线g(s)上，故有：f(s₀)＝g(s₀)、f(s₃)＝g(s₃)；

OA段、AB段、BC段的斜率用如下公式表示：

根据理想制动踏板特性曲线以及真空助力器工作过程，得到如下约束条件：

要确定A、B两点，按偏差平方和最小的原则确定拟合曲线OABC，同时，要保证A、B两点尽可能的靠近曲线f(s)，得到以下三个目标函数：

式中：m表示将横坐标s区间等间隔分成m份，即得到m个点；为了避免这m个点与s₀，s₁，s₂，s₃相混淆，引入x_i表示横坐标区间划分的每一个点，同时为保证拟合效果，这里m应该足够大，m不小于5000；

最终得到如下以s₁，g(s₁)，s₂，g(s₂)为未知量的多目标优化函数：

其中s₀、g(s₀)、s₃、g(s₃)、m为已知量，表示横坐标区间划分的每一个点；

采用理想点法求解上述多目标优化函数，最终得到s₁、g(s₁)、s₂、g(s₂)的值，得到A、B两点的坐标，即确定折线OABC拟合理想制动踏板特性曲线；

步骤二：根据模拟器工作过程的三个阶段确定所设计弹簧的刚度：

首先设第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧的刚度分别k₁、k₂、k₃，制动踏板的杠杆比为r，由步骤一知OA、AB、BC段的斜率分别为k_OA、k_AB、k_BC；根据模拟器工作过程的三个工作阶段求得所设计弹簧的刚度：

模拟器工作第一阶段：踏板位移-踏板力变化过程即为折线OA段，该过程中驾驶员感受到的踏板反力由第一弹簧提供，对应真空助力器开始起作用前的过程，则第一弹簧的刚度为：

k₁＝k_OA/r²

模拟器工作第二阶段：踏板位移-踏板力变化过程即为折线AB段，该过程中驾驶员感受到的踏板反力由第一弹簧和第二弹簧共同提供，对应真空助力器起作用到真空助力器达到工作极限前的过程，则第二弹簧的刚度为：

k₂＝k_AB/r²-k₁＝(k_AB-k_OA)/r²

模拟器工作第三阶段：踏板位移-踏板力变化过程即为折线BC段，该过程中驾驶员感受到的踏板反力由第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧共同提供，对应真空助力器达到工作极限后的过程，则第三弹簧的刚度为：

k₃＝k_BC/r²-k₁-k₂＝(k_BC-k_OA-k_AB)/r²。