一种具有普适性的制动踏板模拟器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种具有普适性的制动踏板感觉模拟器及其工作方法，制动踏板感觉模拟器包括机械传动模块、制动踏板感觉模拟模块以及控制模块。制动踏板感觉模拟模块以磁流变液取代液压或弹性元件，大大简化了结构复杂度；通过励磁线圈改变流经活塞通孔的磁流变液性质，并结合电控旋转拨片的旋转角度对活塞通孔口的大小进行调节，两种方式共同使用可以对磁流变液阻尼力进行更加细微的调整以获得最佳踏板反馈力；本发明专利技术实时性强、普适度高，可以为不同驾驶员提供最佳的制动踏板反馈。

A universal brake pedal simulator and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种具有普适性的制动踏板模拟器及其工作方法
本专利技术属于汽车制动系统
，具体指代一种具有普适性的制动踏板模拟器及其工作方法。
技术介绍
线控制动系统是以电子线路取代原本的机械连接及液压管路，其具有响应速度快、制动性能好、布置灵活的特点。但由于线控制动系统取消了制动踏板与制动器之间的液压或机械连接，使得驾驶员无法直接感知制动时反馈到制动踏板上的制动力，丧失了传统制动系统的制动反馈。驾驶员在长期的制动操作中，早已习惯制动踏板反馈的踏板力与踏板行程。踏板模拟器是驾驶员在车辆行驶过程中通过其内的某些元件或某种控制方法模拟传统制动系统中的制动踏板感觉。目前主要的踏板模拟器由液压、气压或是弹性元件来模拟踏板力。例如中国技术专利申请号为CN201821895438.0，名称“一种线控制动系统踏板模拟器”中采用气缸阀和多条导气道模拟传统制动踏板的真实感觉，踩踏过程脚感舒适、精准；中国技术专利申请号为CN201520098595.9，名称“一种双弹簧踏板感觉模拟器”中采用变缸体内径，双活塞两段弹簧的形式对制动踏板感觉进行模拟。上述两件专利提出的线控制动踏板模拟器由于踏板特性的非线性，采用弹簧很难精确模拟。此外，无论采用气压还是液压都需要很多辅助结构，增加了系统的复杂性。并且不同的人对于踏板感觉得反馈是不同的，尤其是当出现紧急情况时，按照传统的踏板特性老人和女人很难将制动力发挥到最大。磁流变液是一种新型智能材料，当施加的外加磁场发生变化时，磁流变液可以在流体和固体之间可逆地转化，同时还具有可控性好、无污染、低能耗等优点；因此，将磁流变液应用于线控制动系统中，并提出合理的控制方法进行踏板感觉模拟。利用磁流变液控制敏捷、响应速度快、阻尼连续可持续变化、质量轻等优点，精确、平顺的模拟制动踏板特性；通过神经网络拟合训练分类，得到针对不同驾驶员的踏板特性，使其具有普适性，有助于汽车线控制动系统的开发设计，具有一定的市场价值和经济效益。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有普适性的制动踏板模拟器及其工作方法，以克服现有技术中存在的问题。本专利技术通过励磁线圈调节磁场强度改变磁流变液力学特性以及改变流通面积二者结合，可以细微平顺的调节反馈的踏板力，得到良好舒适的制动反馈；本专利技术还极大的简化了系统复杂度，并且具有很高的普适性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种具有普适性的制动踏板模拟器，包括：机械传动模块、制动踏板感觉模拟模块和控制模块；所述机械传动模块包括：制动踏板、踏板转轴、连杆及推杆；所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；连杆的输出端与所述推杆的输入端铰接；所述推杆内部开有L型通孔；所述制动踏板感觉模拟模块包括：一级踏板模拟器、二级踏板模拟器、回位弹簧、弹簧底座、活塞、密封圈A、密封圈B、励磁线圈、导线及电控旋转拨片；所述踏板模拟器为两级阶梯式，包括一级踏板模拟器及二级踏板模拟器；二级踏板模拟器内填充有磁流变液；所述活塞与机械传动模块的推杆固定连接并位于二级踏板模拟器内，活塞的圆形端面开有多个通孔并在活塞内芯的一端开有盲孔，盲孔与上述推杆内的L型通孔相通；所述弹簧底座固定在一级踏板模拟器内的左右两端，且中间开有圆孔以供推杆穿过；所述回位弹簧左右两端分别与弹簧底座固定连接；所述密封圈A环套在推杆上并紧贴在二级踏板模拟器输入端内壁；所述密封圈B环套在活塞的圆柱面上并紧贴在二级踏板模拟器的内壁；所述励磁线圈缠绕在活塞的内芯上；所述电控旋转拨片为多个，其数量与上述通孔数量对应；每一个分别固定在上述通孔旁且位于活塞内部；所述导线通过导线孔与励磁线圈及电控旋转拨片相连；导线位于上述活塞内芯的盲孔与推杆内部的L型通孔内，以便导线与控制模块相连；所述控制模块包括：传感器组、电子控制单元及供电回路；传感器组包括：制动踏板位移传感器、制动踏板力传感器；制动踏板位移传感器安装在靠近推杆输入端的一级踏板模拟器上，接收驾驶员输入的制动踏板位移信号；制动踏板力传感器安装在制动踏板内部，接收驾驶员输入的力信号；电子控制单元与传感器组电气相连，接收各传感器信号后进行计算，输出控制电流信号；并通过供电回路控制励磁线圈产生磁场大小以及电控旋转拨片的旋转角度。进一步地，所述弹簧底座由螺栓固定在一级踏板模拟器左右两端。本专利技术的一种具有普适性的制动踏板模拟器的工作方法，基于上述模拟器，包括步骤如下：1)通过制动踏板输入制动操作，力经踏板转轴、连杆、推杆传递至制动踏板感觉模拟模块；2)制动踏板位移传感器与制动踏板力传感器采集踏板的位移信号和驾驶员输入的制动力信号并将其发送给电子控制单元；3)电子控制单元通过训练完毕的径向基神经网络RBF，对径向基神经网络RBF输入端输入当前驾驶员类型，制动踏板位移以及制动踏板力计算得到的踏板力加载速度，输出当前时刻踏板模拟器期望的阻尼力；4)电子控制单元根据期望的阻尼力，输出控制电流改变励磁线圈所产生的磁场强度大小从而改变流经活塞通孔的磁流变液性质，并且通过调节电控旋转拨片的旋转角度，对活塞通孔口的大小进行调节，增大或减小磁流变液的流通面积；以获得最佳踏板反馈力；5)松开制动踏板，励磁线圈内电流变为零，此时磁流变液为液体；在回位弹簧的作用下制动踏板以及活塞回到初始位置以供下一次制动使用。优选的，所述步骤3)中径向基神经网络RBF的方法为：输入驾驶员的类型，将驾驶员特性整合为数字语言，1表示成年男人、2表示女人、3表示老人；将上述数字语言和驾驶员制动时的制动踏板位移以及由制动踏板力传感器计算得到的踏板力加载速度作为已训练好的RBF径向基神经网络，输出为踏板模拟器阻尼力大小，其具体步骤如下：3.1确定参数，输入向量X＝[x1,x2,x3]T；输出向量Y＝[y1]T；隐含层至输出层的连接权值Wk＝[w1,w2…wp]T；x1,x2,x3分别表示驾驶员特性、制动踏板位移、踏板力加载速度；y1表示踏板模拟器阻尼力；3.2计算隐含层第j个神经元的输出值zj：其中，Cj是隐含层第j个神经元的中心向量，Dj是隐含层第j个神经元的宽度向量；3.3计算输出层神经元的输出yk：3.4确定RBF神经网络评价函数E：其中，Olk为第k个输出神经元在第l个输入样本时的期望输出值；期望值由提前采集归类好的针对驾驶员为成年男人、女人和老人三种类型的舒适的踏板特性曲线提取得到；3.5迭代更新权重参数：其中，Wkj(t)为第k个输出神经元与第j个隐含层神经元之间在第t次迭代计算时的调节权重；Cji(t)为第j个隐含层神经元对于第i个输入神经元在第t次的中心分量；dji(t)是与Cji(t)对应的宽度；η为学习因子；3.6重复步骤3.5对权重进行迭代优化，直到网络输出的均方根误差小于给定值，训练结束。优选的，所述步骤4)中电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有普适性的制动踏板模拟器，其特征在于，包括：机械传动模块、制动踏板感觉模拟模块和控制模块；/n所述机械传动模块包括：制动踏板、踏板转轴、连杆及推杆；/n所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；连杆的输出端与所述推杆的输入端铰接；所述推杆内部开有L型通孔；/n所述制动踏板感觉模拟模块包括：一级踏板模拟器、二级踏板模拟器、回位弹簧、弹簧底座、活塞、密封圈A、密封圈B、励磁线圈、导线及电控旋转拨片；/n所述踏板模拟器为两级阶梯式，包括一级踏板模拟器及二级踏板模拟器；二级踏板模拟器内填充有磁流变液；所述活塞与机械传动模块的推杆固定连接并位于二级踏板模拟器内，活塞的圆形端面开有多个通孔并在活塞内芯的一端开有盲孔，盲孔与上述推杆内的L型通孔相通；所述弹簧底座固定在一级踏板模拟器内的左右两端，且中间开有圆孔以供推杆穿过；所述回位弹簧左右两端分别与弹簧底座固定连接；所述密封圈A环套在推杆上并紧贴在二级踏板模拟器输入端内壁；所述密封圈B环套在活塞的圆柱面上并紧贴在二级踏板模拟器的内壁；所述励磁线圈缠绕在活塞的内芯上；所述电控旋转拨片为多个，其数量与上述通孔数量对应；每一个分别固定在上述通孔旁且位于活塞内部；所述导线通过导线孔与励磁线圈及电控旋转拨片相连；导线位于上述活塞内芯的盲孔与推杆内部的L型通孔内；/n所述控制模块包括：传感器组、电子控制单元及供电回路；/n传感器组包括：制动踏板位移传感器及制动踏板力传感器；制动踏板位移传感器安装在靠近推杆输入端的一级踏板模拟器上，接收驾驶员输入的制动踏板位移信号；制动踏板力传感器安装在制动踏板内部，接收驾驶员输入的力信号；电子控制单元与传感器组电气相连，接收各传感器信号后进行计算，输出控制电流信号；并通过供电回路控制励磁线圈产生磁场大小以及电控旋转拨片的旋转角度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有普适性的制动踏板模拟器，其特征在于，包括：机械传动模块、制动踏板感觉模拟模块和控制模块；
所述机械传动模块包括：制动踏板、踏板转轴、连杆及推杆；
所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；连杆的输出端与所述推杆的输入端铰接；所述推杆内部开有L型通孔；
所述制动踏板感觉模拟模块包括：一级踏板模拟器、二级踏板模拟器、回位弹簧、弹簧底座、活塞、密封圈A、密封圈B、励磁线圈、导线及电控旋转拨片；
所述踏板模拟器为两级阶梯式，包括一级踏板模拟器及二级踏板模拟器；二级踏板模拟器内填充有磁流变液；所述活塞与机械传动模块的推杆固定连接并位于二级踏板模拟器内，活塞的圆形端面开有多个通孔并在活塞内芯的一端开有盲孔，盲孔与上述推杆内的L型通孔相通；所述弹簧底座固定在一级踏板模拟器内的左右两端，且中间开有圆孔以供推杆穿过；所述回位弹簧左右两端分别与弹簧底座固定连接；所述密封圈A环套在推杆上并紧贴在二级踏板模拟器输入端内壁；所述密封圈B环套在活塞的圆柱面上并紧贴在二级踏板模拟器的内壁；所述励磁线圈缠绕在活塞的内芯上；所述电控旋转拨片为多个，其数量与上述通孔数量对应；每一个分别固定在上述通孔旁且位于活塞内部；所述导线通过导线孔与励磁线圈及电控旋转拨片相连；导线位于上述活塞内芯的盲孔与推杆内部的L型通孔内；
所述控制模块包括：传感器组、电子控制单元及供电回路；
传感器组包括：制动踏板位移传感器及制动踏板力传感器；制动踏板位移传感器安装在靠近推杆输入端的一级踏板模拟器上，接收驾驶员输入的制动踏板位移信号；制动踏板力传感器安装在制动踏板内部，接收驾驶员输入的力信号；电子控制单元与传感器组电气相连，接收各传感器信号后进行计算，输出控制电流信号；并通过供电回路控制励磁线圈产生磁场大小以及电控旋转拨片的旋转角度。


2.根据权利要求1所述的具有普适性的制动踏板模拟器，其特征在于，所述弹簧底座由螺栓固定在一级踏板模拟器左右两端。


3.一种具有普适性的制动踏板模拟器的工作方法，基于上述权利要求1或2中的模拟器，其特征在于，包括步骤如下：
1)通过制动踏板输入制动操作，力经踏板转轴、连杆、推杆传递至制动踏板感觉模拟模块；
2)制动踏板位移传感器与制动踏板力传感器采集踏板的位移信号和驾驶员输入的制动力信号并将其发送给电子控制单元；
3)电子控制单元通过训练完毕的径向基神经网络RBF，对径向基神经网络RBF输入端输入当前驾驶员类型，制动踏板位移以及制动踏板力计算得到的踏板力加载速度，输出当前时刻踏板模拟器期望的阻尼力；
4)电子控制单元根据期望的阻尼力，输出控制电流改变励磁线圈所产生的磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春燕，王一松，张自宇，吴刚，吴子涵，何鹏，王展，秦亚娟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32