技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种应用于
汽车制动系统领域的模拟装置，更确切地说，本实用新型涉及一种主动式制动踏板行程模拟器。
背景技术
[0002] 新
能源汽车为了达到降低能源消耗、提升续驶里程的目标，均引入了
再生制动系统。目前，为了获得良好的制动性能及满足相关法规的要求，现有的再生制动系统均采用传统液压（或气压）制动与
电机再生制动相结合的方式。
[0003] 为了提升再生制动系统的
能量回收率，需要对电机制动
力和液压（或气压）制动力进行合理的分配和调整，同时在传统液压制动系统中加入踏板行程模拟功能，以便在电机进行制动时让再生制动系统的制动踏板依然有接近传统制动踏板的踏板感觉。针对这一问题，国外的厂商和研究机构通常都是通过对液压制动系统进行完全的重新设计来解决的，如玛格纳
动力传动系统股份及两合公司的中国
专利公布号为CN101927758A，公布日为2010年12月29日，
发明名称为“制动踏板模拟器与制动系统”；丰田自动车株式会社的中国专利公布号为CN102066167A，公布日为2011年5月18日，发明名称为“行程模拟器以及制动器控制装置”；罗伯特〃博世有限公司的中国专利公布号为CN102256842A，公布日为2011年11月23日，发明名称为“
制动助力器作为踏板模拟器工作和经相应设计的制动助力器”与爱皮加特股份公司的中国专利公布号为CN102582595A，公布日为2012年7月18日，发明名称为“行程模拟装置”。
[0004] 对于国内的汽车厂商来说，因为部件资源和技术相对匮乏，完全重新设计液压制动系统将面临难度大、周期长、成本高的问题，不利于市场竞争。目前，国内只有浙江亚太机电股份有限公司的中国专利公布（告）号为CN101879891A，公布（告）日为2010年11月10日，中国专利
申请号为CN201010214778.4，发明名称为“汽车制动踏板感觉模拟器”；中国专利公布（告）号为CN102294997A，公布（告）日为2011年12月28日，中国专利申请号为CN201110160378.4，发明名称为“汽车制动踏板感觉模拟器”，提出了两个基于现有液压制动系统的改进方案。这两个方案在实现压力调整时，对液压调节单元的性能要求超出了现有产品的能力，对现有部件资源的利用依然不够充分。
[0005] 因此，有必要开发一个装置，可以在不用对原液压制动系统进行大幅改动的前提下，实现压力调节和踏板感觉模拟的功能，以便配合电机进行再生制动。这样，一方面可以满足再生制动系统对于传统液压制动系统的功能需求，同时也可以降低研发和生产成本，缩短研发周期。
发明内容
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是克服了
现有技术存在对液压调节单元的性能要求超出了现有产品的能力，对现有部件资源的利用依然不够充分的问题，提供了一种主动式制动踏板行程模拟器。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的主动式制动踏板行程模拟器包括带齿内循环
螺母、第一推力
轴承、限位
开关、
丝杆顶杆、主动
齿轮、
电动机、电机
控制器、第二
活塞弹簧、
第二活塞、第一活塞弹簧、第一活塞、模拟器缸体、第二
推力轴承、隔板与后盖。
[0008] 后盖安装在隔板的左端面上为
铆钉连接，模拟器缸体安装在隔板的右端面上为
螺栓连接，带齿内循环螺母采用第一推力轴承与第二推力轴承安装在后盖与隔板之间，丝杆顶杆的左端装入带齿内循环螺母的中心孔内为滚动连接，丝杆顶杆的右端插入模拟器缸体的阶梯孔中，丝杆顶杆的右端套装有第二活塞，第二活塞上套装有第二活塞弹簧，第二活塞右侧的模拟器缸体的阶梯孔中安装有第一活塞，第一活塞弹簧套装在第一活塞上，电动机安装在模拟器缸体下方隔板的右端面上，主动齿轮套装在电动机的
输出轴上为
过盈配合连接，主动齿轮与带齿内循环螺母为
啮合连接，电机控制器安装在电动机壳体的右端面上，电动机与电机控制器电线连接，限位开关安装在后盖的中心
位置，限位开关采用限位开关
信号线与电机控制器连接。
[0009] 技术方案中所述的丝杆顶杆的左端装入带齿内循环螺母的中心孔内为滚动连接是指：带齿内循环螺母中心通孔上的
滚道与丝杆顶杆中的丝杆上的滚道中装入滚珠。
[0010] 技术方案中所述的带齿内循环螺母为圆盘类结构件，带齿内循环螺母的外圆柱面上设置有与主动齿轮相啮合的齿，带齿内循环螺母的中心处设置有中心通孔，中心通孔的内圆柱面上设置有安装滚珠的滚道。所述的丝杆顶杆由左右两段组成，左段即和带齿内循环螺母配合的带螺旋滚道的丝杆，右段为正方形截面的四棱柱体形的表面光滑的滑杆。
[0011] 技术方案中所述的带齿内循环螺母采用第一推力轴承与第二推力轴承安装在后盖与隔板之间是指：带齿内循环螺母左端面与第一推力轴承的右端面
接触连接，带齿内循环螺母右端面与第二推力轴承的左端面接触连接，第一推力轴承的左端安装在后盖内侧的圆环形凸台内为接触连接，第二推力轴承的右端安装在隔板左端面上的圆环形凸台内接触连接，第二推力轴承的左端套装在带齿内循环螺母中心处的凸台上接触连接。
[0012] 技术方案中所述的第一活塞与第二活塞依次装入模拟器缸体上的第一活塞孔与第二活塞孔内为滑动连接，第一活塞
密封圈安装在第一活塞上的第一密封槽中，第一活塞弹簧套装在第一活塞左端的第一
活塞杆上为间隙配合，第一活塞弹簧的右端面和第一活塞的第一
活塞头的左环形端面接触连接，第一活塞弹簧的左端面与第二活塞的右端面接触连接，第二活塞密封圈安装在第二活塞上的第二密封槽中，第二活塞弹簧套装在第二活塞左端的第二活塞杆上为间隙配合，第二活塞弹簧的右端面和第二活塞的第二活塞头的左环形端面接触连接，第二活塞弹簧的左端面与隔板的右端面接触连接。
[0013] 技术方案中所述的模拟器缸体为左端开口右端封闭的圆筒类结构件，在模拟器缸体筒口的外圆柱面上设置有用于安装的
法兰盘，法兰盘上均匀地布置有螺栓孔；在模拟器缸体的
中轴线上设置有阶梯孔，右段为安装第一活塞与第一活塞弹簧的第一活塞孔，左段为安装第二活塞与第二活塞弹簧的第二活塞孔，第二活塞孔与第一活塞孔相连通，第二活塞孔与第一活塞孔的回
转轴线共线；模拟器缸体的圆筒壁上设置有与外部通气的通气孔和用于进出
制动液的进出油孔。
[0014] 技术方案中所述的带齿内循环螺母、第一推力轴承、丝杆顶杆、第二推力轴承、第二活塞、第一活塞与模拟器缸体的回转轴线共线；电动机输出轴的回转轴线与主动齿轮的回转轴线共线；电动机输出轴的回转轴线和带齿内循环螺母、第一推力轴承、丝杆顶杆、第二推力轴承、第二活塞、第一活塞与模拟器缸体的回转轴线平行。
[0015] 与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
[0016] 1.本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器集成度高，自身的功能相对完整，且
接口简单，可以方便的集成在现有的液压制动系统当中。汽车厂商只需对制动管路进行改动，加入少量电磁
阀，即可将其接入传统的液压制动系统之中。
[0017] 2.本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器集成了
增压功能和踏板感觉模拟功能，可以让汽车厂商在现有的传统液压制动系统
基础上增加这两种功能，增大液压制动系统调节的灵活性和精确度。
[0018] 3.本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器采用两种不同
刚度的弹性元件来模拟踏板感觉，使得模拟踏板力曲线与传统踏板力曲线更加接近，从而可以使踏板感觉更贴近传统液压制动系统。
[0019] 4.本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器可以安装在混合动力汽车和电动汽车的制动系统中，通过精确的制动压力调节，可以让液压制动与电机制动更好的配合，最大程度的发挥电机再生制动的能力，大幅提升混合动力汽车和电动汽车的经济性。
附图说明
[0020] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
[0021] 图1是本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器的主视图；
[0022] 图2是本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器的右视图；
[0023] 图3是本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器中所采用的丝杆顶杆结构组成的轴测投影图；
[0024] 图4是本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器的控制方法的流程
框图；
[0025] 图5是本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器的踏板力特性曲线图；
[0026] 图中：1.带齿内循环螺母，2.第一推力轴承，3.限位开关，4.丝杆顶杆，5.主动齿轮，6.限位开关信号线，7.第一电动机固定螺栓，8.电动机，9.电机控制器，10.第二活塞弹簧，11.第二活塞，12.第二活塞密封圈，13.第一活塞弹簧，14.第一活塞，15.第一活塞密封圈，16.进出油孔，17.模拟器缸体，18.通气孔，19.第二隔板连接螺栓，20.第二推力轴承，21.隔板，22.第四后盖连接铆钉，23.后盖，24.滚珠，25.第二电动机固定螺栓，26.第七后盖连接铆钉，27.第三隔板连接螺栓，28.第六后盖连接铆钉，29.第五后盖连接铆钉，30.第三后盖连接铆钉，31.第二后盖连接铆钉，32.第一后盖连接铆钉，33.第一隔板连接螺栓。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
[0028] 参阅图1与图2，本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器包括带齿内循环螺母1、第一推力轴承2、限位开关3、丝杆顶杆4、主动齿轮5、限位开关信号线6、第一电动机固定螺栓7、电动机8、电机控制器9、第二活塞弹簧10、第二活塞11、第二活塞密封圈12、第一活塞弹簧13、第一活塞14、第一活塞密封圈15、模拟器缸体17、第二隔板连接螺栓19、第二推力轴承20、隔板21、第四后盖连接铆钉22、后盖23、滚珠24、第二电动机固定螺栓25、第七后盖连接铆钉26、第三隔板连接螺栓27、第六后盖连接铆钉28、第五后盖连接铆钉
29、第三后盖连接铆钉30、第二后盖连接铆钉31、第一后盖连接铆钉32与第一隔板连接螺栓33。
[0029] 所述的模拟器缸体17为圆筒类结构件，其左端开口，右端封闭，在筒口的外圆柱面上设置有用于安装的法兰盘，法兰盘上均布有螺栓孔；在模拟器缸体17的中轴线上设置有阶梯孔，右段为安装第一活塞14与第一活塞弹簧13的小直径的第一活塞孔，左段为安装第二活塞11与第二活塞弹簧10的大直径的第二活塞孔，第二活塞孔与第一活塞孔相连通，第二活塞孔与第一活塞孔的回转轴线共线；模拟器缸体17的圆筒壁上还开有通气孔18和进出油孔12，分别用于与外部通气和进出制动液。
[0030] 所述的带齿内循环螺母1为圆盘类结构件，带齿内循环螺母1周边的外圆柱面上设置有与主动齿轮5相啮合的齿，带齿内循环螺母1的中心处设置有中心通孔，中心通孔的内圆柱面上设置有安装滚珠24的滚道，
[0031] 参阅图,3，所述的丝杆顶杆4由两段组成，左段即和带齿内循环螺母1的中心通孔与滚珠24配合的设置有螺旋滚道的丝杆；另一段即右段为正方形截面的四棱柱体形的表面光滑的滑杆。
[0032] 第一活塞14与第二活塞11依次装入模拟器缸体17的第一活塞孔与第二活塞孔内为滑动连接，第一活塞密封圈15安装在第一活塞14上的环形的第一密封槽中。第一活塞弹簧13套装在第一活塞14左端的第一活塞杆上为间隙配合，第一活塞弹簧13的右端面和第一活塞14的第一活塞头的左环形端面接触连接，另一端即第一活塞弹簧13的左端面与第二活塞11的右端面接触连接。第二活塞密封圈12安装在第二活塞11上的环形的第二密封槽中。第二活塞弹簧10套装在第二活塞11左端的第二活塞杆上为间隙配合，第二活塞弹簧10的右端面和第二活塞11的第二活塞头的左环形端面接触连接，另一端即第二活塞弹簧10的左端面与
支撑在隔板21的右端面接触连接。第二活塞弹簧10的预紧力大于第一活塞弹簧13的预紧力。电动机8通过第一电动机固定螺栓7和第二电动机固定螺栓25固定在隔板21右端面上。电机控制器9安装在电动机8
外壳的右端面上，电动机8的接线端连接在电机控制器9的驱动输出
端子上，电机控制器9与再生制动系统控制器相连接，接收再生制动系统控制器发出的指令。电动机8的转轴通过过盈配合与主动齿轮5相连接，主动齿轮5与带齿内循环螺母1外圆周面上的齿啮合连接，带齿内循环螺母1套装在丝杆顶杆4左端的丝杆上，带齿内循环螺母1采用第一推力轴承2和第二推力轴承20安装在后盖23与隔板21之间，实现轴向
定位，确切地说，带齿内循环螺母1左端面与第一推力轴承2的右端面接触连接，带齿内循环螺母1右端面与第二推力轴承20的左端面接触连接，第一推力轴承2的左端安装在后盖23内（右）侧的圆环形凸台内为接触连接（即第一推力轴承2的左端面和后盖23内侧的圆环形凸台内的后盖23的右端面接触连接，第一推力轴承2左端的外圆柱面和后盖23内侧的圆环形凸台的内圆柱面接触连接），第二推力轴承20的右端安装在隔板21左端面上的圆环形凸台内为接触连接（即第二推力轴承20的右端面和隔板21左端面上的圆环形凸台内的隔板21的左端面接触连接，第二推力轴承20右端的外圆柱面和隔板21上的圆环形凸台的内圆柱面接触连接），同时，第二推力轴承20的左端套装在带齿内循环螺母1中心处的凸台上为接触连接。推力轴承可采用50000型推力球轴承（标准GB/T301）或者80000型推力
圆柱滚子轴承（标准GT/T4663）。带齿内循环螺母1与丝杆顶杆4中的丝杆之间装有滚珠24，通过滚珠24驱动丝杆顶杆4，滚珠可以通过带齿内循环螺母1内的循环滚道（图上未画出）进行循环。滑杆部分穿过隔板21上的正方形孔和第二活塞11上的圆孔，并且与两者都有一定的间隙。丝杆顶杆4在增压时可以接触到第一活塞14，但不会接触到隔板21。在丝杆顶杆4回到初始位置时，不会与第一活塞14的运动发生干涉。其中：带齿内循环螺母1、第一推力轴承2、丝杆顶杆4、第二推力轴承20、第二活塞11、第一活塞14与模拟器缸体17的回转轴线共线；电动机8输出轴的回转轴线与主动齿轮5的回转轴线共线；电动机8输出轴的回转轴线与主动齿轮5的回转轴线和带齿内循环螺母1、第一推力轴承2、丝杆顶杆4、第二推力轴承20、第二活塞11、第一活塞14与模拟器缸体17的回转轴线平行。在后盖23的中心位置安装一个限位开关3，限位开关3采用限位开关信号线6与电机控制器9连接，即限位开关3通过限位开关信号线6将
信号传输至电机控制器9。该开关为一个小行程微动开关，用于确认丝杆顶杆4回到了初始位置，当丝杆顶杆4回到初始位置时，会与限位开关3相接触，并使开关产生相应的信号。模拟器缸体17的左端面与隔板21的右端面接触连接，模拟器缸体17与隔板21之间采用三颗螺栓连接，分别是第一隔板连接螺栓33、第二隔板连接螺栓19和第三隔板连接螺栓27。后盖
23的右端面与隔板21的左端面接触连接，后盖23与隔板21之间采用七颗铆钉进行连接，分别是第一后盖连接铆钉32、第二后盖连接铆钉31、第三后盖连接铆钉30、第四后盖连接铆钉22、第五后盖连接铆钉29、第六后盖连接铆钉28和第七后盖连接铆钉26。
[0033] 主动式制动踏板行程模拟器的四种工作模式：
[0034] 本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器具有四种工作模式，不同的工作模式下，制动液在管路中的流动路径不同，管路的切换需要由外部的
电磁阀完成，本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器本身不集成模式切换功能。
[0035] 1.空闲模式
[0036] 当本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器工作在空闲模式（即未进行制动）时，丝杆顶杆4会压下限位开关3，此时丝杆顶杆4处于初始位置，电动机8不工作，且制动液不会流入主动式制动踏板行程模拟器中，第二活塞弹簧10与第一活塞弹簧13都处于初始状态。
[0037] 2.制动踏板行程模拟模式
[0038] 参阅图5，当本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器工作在制动踏板行程模拟模式时，丝杆顶杆4会压下限位开关3，此时丝杆顶杆4处于初始位置，不会与第一活塞14发生干涉。当制动管路压力升高时，制动液从进出油孔12流入，压力作用在第一活塞14上。当作用在第一活塞14上的力等于第一弹活塞弹簧13的预紧力时，第一活塞弹簧13开始压缩，此为第一段踏板感觉的模拟过程。当作用在第一活塞上14的力等于第二活塞弹簧10的预紧力时，第二活塞弹簧10开始压缩，此为第二段踏板感觉模拟过程。如图所示，两段踏板模拟的过程结合在一起，便可以模拟出接近真实制动踏板的踏板感觉。第二活塞弹簧10与第一活塞弹簧13压缩时，模拟器缸体17内的空气通过通气孔18排出，以便第二活塞11与第一活塞14可以自由运动。当管路压力撤出时，第二活塞弹簧10与第一活塞弹簧13回位，制动液从进出油孔12流回管路。
[0039] 3.增压模式
[0040] 当本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器工作在增压模式时，电动机8带动主动齿轮5转动，主动齿轮5又带动带齿内循环螺母1转动。带齿内循环螺母1的轴向运动被第一推力轴承2和第二推力轴承20所限制，所以只能绕轴线转动。带齿内循环螺母1转动时，其内部滚道中的滚珠24会带动丝杆顶杆4运动。丝杆顶杆4因滑杆部分受隔板
21上的方孔约束，无法进行转动，只能进行直线往复运动。在丝杆顶杆4运动到与第一活塞
14相接触时，增压过程开始。随着丝杆顶杆4持续推动第一活塞14，增压过程持续进行。
[0041] 4.减压模式
[0042] 当本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器工作在减压模式时，电动机8的电源被切断，且电动机8的线圈
电极被悬空，高压制动液将推动第一活塞14和丝杆顶杆4向左运动，直至制动液作用在第一活塞14上的力与阻力相平衡。
[0043] 参阅图4，本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器作为制动系统的一个部件，需要根据再生制动系统控制器的指令来工作。本实用新型所述的主动式制动踏板行程模拟器采用闭环控制方法进行控制，具体步骤如下：
[0044] 1.对再生制动系统控制器输入的工作状态指令进行检测：一共有4种工作状态：1）空闲状态即未进行制动；2）踏板行程模拟状态；3）增压状态；4）减压状态。
[0045] 2.对丝杆顶杆4的位置进行确认，通过
检测限位开关3的状态来判断丝杆
推杆4是否处于初始位置。
[0046] 3.根据工作状态决定电动机的动作：
[0047] 1）若主动式制动踏板行程模拟器处于空闲状态，即未进行制动时，根据丝杆顶杆4所处的位置来决定如何驱动电动机8，若丝杆顶杆4未处于初始位置，则驱动电动机8使其向初始位置运行；若丝杆顶杆4已回位，则电动机8不动。
[0048] 2）若主动式制动踏板行程模拟器处于踏板行程模拟状态，根据丝杆顶杆4所处的位置来决定如何驱动电动机8，若丝杆顶杆4未处于初始位置，则驱动电动机8使其向初始位置运行；若丝杆顶杆4已处于初始位置，则电动机8不动。
[0049] 3）若主动式制动踏板行程模拟器处于增压状态，则驱动电动机8带动丝杆顶杆4向推动第一活塞14的方向运行。
[0050] 4）若主动式制动踏板行程模拟器处于减压状态，则电动机8将与电源断开，并且电极保持悬空。返回步骤1。
