本發(fā)明涉及踏板感覺模擬器，具體涉及一種踏板感可調(diào)的踏板感模擬器及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車技術(shù)日益發(fā)展，并在當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的趨勢下，新能源汽車深入發(fā)展，以電子液壓制動與電子機械制動為主要形式的線控制動技術(shù)逐步得到了發(fā)展與應(yīng)用。隨著線控制動系統(tǒng)在新能源汽車的普及，駕駛員的制動意圖不再以機械方式而是通過電子方式傳遞到制動執(zhí)行系統(tǒng)，這就需要設(shè)計制動踏板感模擬器來為駕駛員提供可靠的制動力反饋，以提升駕駛員對制動結(jié)果的可控感。

2、現(xiàn)有會用到三種機構(gòu)形式的踏板感模擬器，這三種形式作為最基礎(chǔ)的踏板模擬器形態(tài)，同一個踏板感模擬器中可以同時存在兩種甚至三種形式。這三種形式具體的其中一種是利用彈簧和阻尼模擬踏板感覺，但由于彈簧和阻尼不可調(diào)節(jié)，因此實際的不同踏板感覺調(diào)節(jié)范圍受到較大的限制；第二種是利用電機與減速機構(gòu)進行踏板感助力大小動態(tài)調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)不同的踏板感覺，但是機構(gòu)和控制邏輯復(fù)雜，系統(tǒng)失效后將導(dǎo)致駕駛員踏板感發(fā)生巨大變化，極端情況下會存在模擬器機械機構(gòu)卡滯，不能踩下制動踏板的情況，嚴重影響用戶體驗甚至導(dǎo)致駕駛安全問題；第三種是調(diào)節(jié)液壓壓力的方式來給予使用者不同的踏板感，但是這種方式與第二種方式也存在相同的缺陷，若是調(diào)節(jié)閥門發(fā)生損壞，液體無法排出，會導(dǎo)致制動踏板無法被踩下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種踏板感可調(diào)的踏板感模擬器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的踏板感模擬器出現(xiàn)故障無法被踩下的問題；目的之二在于提供一種踏板感模擬器的控制方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種踏板感可調(diào)的踏板感模擬器，包括控制單元、模擬缸、均安裝于所述模擬缸內(nèi)的活塞和彈性件，所述彈性件位于活塞與模擬缸的底部之間，所述活塞向所述模擬缸的底部運動會壓縮所述彈性件；所述模擬缸內(nèi)安裝有與所述控制單元電連接的壓力傳感器；所述模擬缸連接有進氣管路和排氣管路，所述進氣管路上設(shè)置有單向閥，所述排氣管路上設(shè)置有與所述控制單元電連接的調(diào)節(jié)閥。

4、根據(jù)上述的技術(shù)手段，制動踏板的踏板推桿與活塞連接，氣體通過進氣管路進入至模擬缸內(nèi)。在駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板推動踏板推桿將活塞推向模擬缸的底部，在活塞移動的過程中，彈性件會向活塞提供反向推力，同時活塞也會壓縮氣體，氣體從排氣管路并經(jīng)過調(diào)節(jié)閥流出模擬缸。也就是在活塞的運動過程中，踏板感由彈性件和氣體壓力提供。其中，控制單元可以根據(jù)駕駛員的需要，如駕駛員選擇不同踏板感的模式，控制單元根據(jù)不同的踏板感讓調(diào)節(jié)閥處于不同的開度，其中調(diào)節(jié)閥的開度越大，氣體流速越快，氣體阻力越??；開度越小，氣體流速越慢，氣體壓力越大，調(diào)節(jié)閥的開度大小與調(diào)節(jié)閥接收到的電流大小呈正相關(guān)，輸出至調(diào)節(jié)閥的控制電流越大，調(diào)節(jié)閥的開度越大。當(dāng)控制電流為0時，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；控制電流達到最大值時，調(diào)節(jié)閥的開度達到最大。其中調(diào)節(jié)閥的開度變化結(jié)合壓力傳感器的數(shù)據(jù)反饋，壓力傳感器檢測的是模擬缸內(nèi)實際壓力，而不同踏板感是給予活塞不同的壓力，其中彈性件的彈力是無法調(diào)節(jié)的，也就只能調(diào)節(jié)氣體壓力。不同的踏板感就是有一個或多個不同且設(shè)定好的氣體的目標壓力，而控制單元就根據(jù)目標壓力和實際壓力之間的差值來控制調(diào)節(jié)閥的開度大小。

5、當(dāng)駕駛員松開制動踏板時，活塞在彈性件的作用下復(fù)位，此時模擬缸的氣壓下降，當(dāng)模擬缸的氣壓小于某個閾值，氣體就會推動單向閥打開并進入模擬缸內(nèi)，具體的，氣體可以為空氣，也就是當(dāng)模擬缸內(nèi)的氣壓低于大氣壓力，空氣就會進入至模擬缸內(nèi)。

6、氣體具有可壓縮性，即使調(diào)節(jié)閥損壞無法打開，活塞依舊可以壓縮模擬缸內(nèi)的氣體，讓制動踏板仍然能夠被踩下，此時模擬缸內(nèi)的氣體達到最大氣壓，再加上彈性件的彈力后，為駕駛員所需求的最大踏板力，駕駛員仍然有可控的制動踏板感。

7、進一步的，所述模擬缸內(nèi)安裝有至少兩個感應(yīng)所述活塞行程的行程傳感器，所述行程傳感器與所述控制單元電連接。

8、根據(jù)上述的技術(shù)手段，行程傳感器可以實時測量活塞的在模擬缸內(nèi)的行程，控制單元根據(jù)活塞的行程和壓力傳感器的實際壓力來控制調(diào)節(jié)閥的開度，讓調(diào)節(jié)閥保持在需要的開度，使得活塞達到不同行程的時候都有對應(yīng)的壓力變化以達到設(shè)定的目標壓力。

9、進一步的，所述彈性件具有兩個，分別為第一彈性件和第二彈性件，所述第一彈性件的一端與所述模擬缸的底部抵接，另一端與所述活塞抵接，所述第二彈性件的一端與所述模擬缸的底部抵接，另一端為自由端并與所述活塞之間存在距離。

10、根據(jù)上述的技術(shù)手段，活塞的運動可分為兩個行程，第一級行程時活塞推動第一彈性件形變，第一彈性件和氣體壓力給予活塞第一級反向推力。當(dāng)駕駛員繼續(xù)踩下制動踏板，活塞繼續(xù)向前運動直至達到第二行程，活塞同時壓縮第一彈性件和第二彈性件，此時第一彈性件、第二彈性件和氣體壓力給予活塞第二級反向推力。通過設(shè)置第一彈性件和第二彈性件讓活塞受到更多變化的反向推力，讓踏板感的可調(diào)節(jié)范圍更大，駕駛員能夠更加靈活的選擇自己想要的踏板感。彈性件可以設(shè)置更多也不限于兩個。

11、進一步的，所述模擬缸的底部設(shè)置有限位底座，所述模擬缸設(shè)置有用于檢測所述活塞與所述限位底座接觸的接觸開關(guān)，所述接觸開關(guān)與所述控制單元電連接。

12、根據(jù)上述的技術(shù)手段，限位底座可以限制活塞的最大行程，當(dāng)活塞在接觸到限位底座后就會觸發(fā)接觸開關(guān)，接觸開關(guān)會向控制單元發(fā)出最大制動能力需要信號，汽車的制動力此時達到最大，活塞不能也沒有需要繼續(xù)前進，避免過度壓縮第一彈性件和第二彈性件。

13、進一步的，所述限位底座設(shè)置與所述活塞抵接的彈性部。

14、根據(jù)上述的技術(shù)手段，活塞與限位底座的彈性部抵接并壓縮彈性件，在活塞接觸到限位底座后就會觸發(fā)接觸開關(guān)，接觸開關(guān)會向控制單元發(fā)出最大制動能力需要信號，汽車的制動力此時達到最大。而彈性部的作用是能夠緩沖活塞與限位底座之間的碰撞，讓活塞還有小量的移動空間，并且彈性部還會給予活塞反向推力，讓踏板感繼續(xù)發(fā)生變化從而讓駕駛員感覺到已經(jīng)達到制動踏板的最大行程。

15、進一步的，所述第一彈性件位于所述限位底座與所述模擬缸之間；所述限位底座設(shè)置有第一容納腔，所述第二彈性件的一端位于所述第一容納腔內(nèi)。

16、根據(jù)上述的技術(shù)手段，限位底座將第一彈性件和第二彈性件隔開，讓第一彈性件和第二彈性件的工作互不干擾，同時，限位底座對第一彈性件產(chǎn)生限制，第一容納腔對第二彈性件產(chǎn)生限制，讓第一彈性件和第二彈性件靠近模擬缸底部的一端不會發(fā)生徑向的偏移，第一彈性件和第二彈性件輸出的彈力更加準確。

17、進一步的，所述活塞設(shè)置有第二容納腔，所述第二彈性件的自由端位于所述第二容納腔內(nèi)且與所述第二容納腔的內(nèi)底面之間存在距離；所述活塞設(shè)置有用于容納所述第一彈性件的限位槽。

18、根據(jù)上述的技術(shù)手段，第二容納腔對第二彈性件的自由端形成位置的限制，限位槽對第一彈性件遠離限位底座的一端形成位置的限制，讓第一彈性件和第二彈性件靠近活塞的一端也不會發(fā)生徑向的偏移，第一彈性件和第二彈性件輸出的彈力更加準確。

19、進一步的，所述活塞的外表面設(shè)置有與所述模擬缸內(nèi)壁抵接的密封圈，所述模擬缸遠離其底部的一端設(shè)置有限制所述活塞脫離所述模擬缸的限位環(huán)。

20、根據(jù)上述的技術(shù)手段，密封圈讓模擬缸與活塞之間形成封閉的空間來避免氣體泄漏，提高氣壓檢測的準確性。在活塞受到彈性件的彈力作用下復(fù)位至極限位置后受到限位環(huán)的限制，讓活塞無法脫離模擬缸。

21、一種踏板感可調(diào)的踏板感模擬器的控制方法，具體如下：

22、設(shè)置多種踏板感模式并且設(shè)置不同模式下對應(yīng)的踏板力；

23、選擇其中一種踏板感模式，所述控制單元采集所述行程傳感器和所述壓力傳感器的數(shù)據(jù)；

24、踏板被踩下，檢測判斷所述行程傳感器、所述壓力傳感器和所述調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)；若所述行程傳感器、所述調(diào)節(jié)閥和所述壓力傳感器無異常，則按照選擇的踏板感模式控制所述調(diào)節(jié)閥的開度來提供設(shè)定的踏板力；若所述行程傳感器均損壞，關(guān)閉所述調(diào)節(jié)閥；若所述壓力傳感器異常，保持所述調(diào)節(jié)閥常開；若所述調(diào)節(jié)閥損壞無法調(diào)節(jié)開度則保持所述調(diào)節(jié)閥常開。

25、根據(jù)上述的技術(shù)手段，在使用踏板感模擬器時，先設(shè)置不同模式下對應(yīng)的踏板力，也就是調(diào)節(jié)閥的開度。當(dāng)駕駛員踩下踏板時，控制單元首先檢測行程傳感器、壓力傳感器和調(diào)節(jié)閥是否存在異常，若有異常，則根據(jù)發(fā)生的不同異常情況，讓調(diào)節(jié)閥保持常開的狀態(tài)或者常閉的狀態(tài)，其中當(dāng)壓力傳感器損壞和調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)開度的情況下，調(diào)節(jié)閥的功能喪失，此時保持調(diào)節(jié)閥的常開狀態(tài)，踏板力處于最小狀態(tài)，也就是踏板感最弱，通過行程傳感器檢測活塞的行程，繼續(xù)為駕駛員提供可接受且安全的踏板力。而當(dāng)行程傳感器損壞，此時無法獲知活塞的行程，那么就關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，踏板力處于最大狀態(tài)，也就是踏板感最強，進而通過壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)來判斷活塞的行程。

26、進一步的，所述踏板感模式包括舒適模式、運動模式和自定義模式；所述舒適模式下，所述調(diào)節(jié)閥保持常開；所述運動模式下，所述調(diào)節(jié)閥保持常閉；所述自定義模式下，設(shè)定踏板力并通過所述壓力傳感器得到實際壓力，所述控制單元根據(jù)目標壓力控制所述調(diào)節(jié)閥的開度使得所述實際壓力與所述目標壓力保持一致。

27、根據(jù)上述的技術(shù)手段，踏板感模式包括不限于舒適模式、運動模式和自定義模式。舒適模式下調(diào)節(jié)閥的控制電流為0，調(diào)節(jié)閥處于常開的狀態(tài)，模擬缸內(nèi)對活塞不形成任何的氣體壓力，踏板力與行程的關(guān)系曲線為：k1*(l1+l2+l3)+k2*(l2+l3)+k3*l3；運動模式下調(diào)節(jié)閥的控制電流為最大值，調(diào)節(jié)閥處于常閉的狀態(tài)，模擬缸內(nèi)對活塞氣體壓力為p*s，踏板力與行程的關(guān)系曲線為：

28、k1*(l1+l2+l3)+k2*(l2+l3)+k3*l3+p*s，其中的p隨活塞的移動而增大。而自定義模式可以設(shè)定模擬缸對活塞的壓力在某個行程段或者整個行程段內(nèi)為恒定值，也就是目標壓力，控制單元可以根據(jù)目標壓力和實際壓力的差值來讓模擬缸內(nèi)的實際壓力隨著調(diào)節(jié)閥的開度變化而變化，讓實際壓力在不斷調(diào)整中保持與目標壓力一致。

29、進一步的，在所述自定義模式下，根據(jù)設(shè)定的踏板力建立所述活塞位置與其對應(yīng)的所述目標壓力的映射關(guān)系，所述控制單元通過所述行程傳感器檢測所述活塞行程后根據(jù)映射關(guān)系獲得所述目標壓力和通過所述壓力傳感器獲取所述實際壓力，所述控制單元根據(jù)所述目標壓力和所述實際壓力的差值控制所述調(diào)節(jié)閥開度。

30、根據(jù)上述的技術(shù)手段，自定義模式下設(shè)定模擬缸對活塞的壓力在某個行程段或者整個行程段內(nèi)為恒定值，也就是活塞在不同行程下有不同的目標壓力，而若是將整個行程都設(shè)置為一個目標壓力，那么活塞位置與目標壓力的映射關(guān)系就是唯一的，而不同行程段有不同的目標壓力，那么活塞位置與目標壓力的映射關(guān)系就是具有多個的?？刂茊卧诿繒r每刻都通過行程傳感器獲得活塞的位置從而得到目標壓力和通過壓力傳感器獲取實際壓力進而根據(jù)兩者差值改變調(diào)節(jié)閥的開度，實現(xiàn)讓每時每刻的實際壓力都能等于或貼近于目標壓力。

31、進一步的，在所述自定義模式下，踏板力調(diào)節(jié)的具體流程為：

32、步驟一：所述行程傳感器檢測所述活塞的位置和所述壓力傳感器檢測所述模擬缸內(nèi)氣體的實際壓力；

33、步驟二：所述控制單元根據(jù)所述活塞位置和映射關(guān)系得到目標壓力，對比目標壓力和實際壓力；若實際壓力大于目標壓力，則執(zhí)行步驟三；若實際壓力小于目標壓力，則執(zhí)行步驟四；若目標壓力與實際壓力一致，則執(zhí)行步驟五；

34、步驟三：控制單元將所述調(diào)節(jié)閥的開度增加后執(zhí)行步驟五；

35、步驟四：控制單元將所述調(diào)節(jié)閥的開度降低后執(zhí)行步驟五；

36、步驟五：重新執(zhí)行步驟一至步驟二。

37、根據(jù)上述的技術(shù)手段，上述的流程在活塞運動的過程中不斷被循環(huán)執(zhí)行，讓實際壓力與目標壓力不一致的情況下不斷改變調(diào)節(jié)閥的開度，從而讓實際壓力能夠在活塞運動到不同的位置且每個時刻下都能夠盡量讓實際壓力等于或接近于目標壓力，由于活塞的行程變化實際上會經(jīng)歷一定的時間段，因此在這個時間段內(nèi)能夠執(zhí)行上述的步驟多次來調(diào)節(jié)實際壓力。

38、進一步的，設(shè)定所述調(diào)節(jié)閥開度增加的增幅值和所述調(diào)節(jié)閥開度降低的降幅值；在步驟三中，所述控制單元按照所述增幅值增加所述調(diào)節(jié)閥的開度；在步驟四中，所述控制單元按照所述降幅值降低所述調(diào)節(jié)閥的開度。

39、根據(jù)上述的技術(shù)手段，通過設(shè)置控制調(diào)節(jié)閥每次增加或降低開度的幅值，讓調(diào)節(jié)閥的開度每次變化更加標準，增加開度和降低開度都有各自對應(yīng)的幅值，每次可以執(zhí)行相同的變化幅值，在改變調(diào)節(jié)閥的開度的過程中更加便利，控制單元的計算量更少。

40、本發(fā)明的有益效果：

41、(1)踏板感可以通過改變調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)，并且在調(diào)節(jié)閥發(fā)生失效后，活塞依舊可以壓縮模擬缸內(nèi)氣體從而讓踏板能夠被踩下，提高踏板感模擬器的安全性。

42、(2)踏板感模擬器只需要氣體回路，其中氣體的供給還能通過大氣補充，相較于液壓需要液壓罐以及電機與減速機構(gòu)，本踏板感模擬器的結(jié)構(gòu)更加簡單。

43、(3)踏板感模擬器能夠根據(jù)不同的模式調(diào)節(jié)模擬缸內(nèi)的氣體壓力，并且只需要控制調(diào)節(jié)閥的不同開度就能夠快速改變模擬缸內(nèi)的氣體壓力從而營造不同的踏板力變化，讓駕駛員能夠更靈活地調(diào)整自己想要的踏板感。