一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统

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一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统
申请号	CN201910136113.7	申请日	2019-02-25	公开(公告)号	CN109895627B	公开(公告)日	2020-07-31
申请人	武汉理工大学;			发明人	陈一哲; 肖雄; 王辉; 华林;
摘要	本发明公开了一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统。所述汽车油门踏板包括：感知模块、铝合金外壳和油门踏板基体；所述感知模块置于所述铝合金外壳与所述汽车油门踏板基体中间。所述汽车油门自动控制系统，包括：内置碳纤维增强复合材料感知模块的汽车油门踏板、控制模块、加速度传感模块和车载电脑；感知模块上的电路接头与控制模块连接，所述加速度传感模块、控制模块和车载电脑依次连接。本发明提供的汽车油门踏板和采用这种汽车油门踏板的汽车油门自动控制系统具有油门响应灵敏的特点，能够解决汽车加速效果无法满足驾驶员要求的问题。
权利要求	1.一种汽车油门踏板，其特征在于，包括：感知模块、铝合金外壳和油门踏板基体；所述感知模块置于所述铝合金外壳与所述油门踏板基体中间；所述感知模块包括上碳纤维层、应变片和下碳纤维层；所述应变片设置于所述上碳纤维层和下碳纤维层之间；所述应变片的电流输入端与所述上碳纤维层的内表面接触连接；所述应变片的电流输出端与所述下碳纤维层的内表面接触连接；所述应变片的电流输入端与所述上碳纤维层的内表面的连接处和所述应变片的电流输出端与所述下碳纤维层的内表面的连接处均做除胶处理；所述感知模块上设置有电路接头；所述电路接头的输入端与所述上碳纤维层连接，所述电路接头的输出端与所述下碳纤维层连接；所述电路接头的输入端和所述电路接头的输出端集成于所述电路接头中；所述感知模块通过所述电路接头串联接入汽车应变片信号测试电路中。 2.根据权利要求1所述的一种汽车油门踏板，其特征在于，所述应变片与上碳纤维层和下碳纤维层固化为一体。 3.根据权利要求1所述的一种汽车油门踏板，其特征在于，所述应变片用于感知驾驶员脚部动作，将力信号转变为电信号。 4.根据权利要求1所述的一种汽车油门踏板，其特征在于，所述上碳纤维层、下碳纤维层均由多层碳纤维层铺叠而成。 5.根据权利要求1所述的一种汽车油门踏板，其特征在于，所述油门踏板基体上表面开具有凹槽。 6.一种汽车油门自动控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的汽车油门踏板，还包括：控制模块、加速度传感模块和车载电脑；所述汽车油门踏板中感知模块上的电路接头与控制模块连接；所述加速度传感模块、控制模块和车载电脑依次连接；其中，所述控制模块用于接收所述感知模块传来的电信号，并根据所接收到的电信号生成驾驶员的加速度a1；所述控制模块用于将a1与所述加速度传感模块感知的汽车实际加速度a2进行比较，以确定发动机的动力调整方式，并将所确定的动力调整方式传送给所述车载电脑，通过所述车载电脑调整发动机的动力输出。 7.根据权利要求6所述的一种汽车油门自动控制系统，其特征在于，所述控制模块对加速度a1和汽车实际加速度a2进行比较时，若a1=a2，则所述控制模块不参与汽车动力输出的控制；若a1≠a2，则所述控制模块参与汽车动力输出的控制。 8.根据权利要求6所述的一种汽车油门自动控制系统，其特征在于，当a1a2，所述汽车油门踏板相同开度时，发动机所产生的马力较所述控制模块不参与汽车动力输出时所产生的马力大。 9.根据权利要求6所述的一种汽车油门自动控制系统，其特征在于，所述车载电脑通过控制发动机进排气门打开提前角或关闭延迟角调整发动机的动力输出。
说明书全文	一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统技术领域 [0001] 本发明涉及汽车控制系统技术领域，特别是涉及一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统。背景技术 [0002] 汽车油门踏板作为汽车必不可少的零件之一，在汽车领域中具有非常重要的作用。在使用过程中，汽车油门踏板由于经常与驾驶员鞋底接触，不可避免的遭遇腐蚀、摩擦等恶劣条件影响；汽车内部电子元件的增多，致使导线用量大幅度提高，而传统导线具有熔点低、易受损的缺点，急需通过改变电缆防护胶皮材料或更改导线材料改变这一现状。碳纤维复合增强材料因其卓越的抗腐蚀、高强度、质量轻、具有导电性能等优势，在汽车材料领域具有非常广阔的前景，成为了汽车油门踏板重要的备选材料。 [0003] 油门踏板是内燃机上控制燃料供给的装置。在车辆行驶过程中，驾驶者通过控制油门踏板开度，来控制发动机进气量，进而控制发动机的转速。在日常驾驶生活中，车辆在遭遇载重变化、上下坡路、雨雪天气、高低气温时，相同油门踏板踩踏幅度超出驾驶员的预期，导致汽车实际加速效果无法满足驾驶员的要求，因此，将油门踏板赋予感知功能，驾驶问题便可以得到有效改善。其中最常采用的就是应变片。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的原件，电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械性变形，其电阻值相应地发生变化，这种现象成为“应变效应”。它可以将力信号转变为电信号进行识别，并且具有体积小，灵敏度高等特点，符合感知模块的需求设定。 [0004] 申请号：CN2015101480124.4，公开日为2015年3月31日，公开了一种属于汽车领域的关于油门响应方法及装置，包括：获取车辆的当前载重信息；根据所述当前载重信息设置所述车辆油门响应。本公开装置通过获取车辆的当前载重信息，根据当前载重信息设置车辆的油门响应；解决了当汽车的载重不同时，油门响应会发生变化的问题，达到了根据当前载重信息来设置车辆的油门响应，油门响应能够在不同载重下保持不变或相似的效果。 [0005] 申请号：CN2016101259328.0，公开日为2016年8月30日，公开了一种汽车油门自适应方法，解决了现有技术的不足，技术方案为：适用于电动汽车或混动汽车，针对汽车总重量建立油门开度对照表和/或油门开度对照公式，汽车根据实时油门开度算出标准点输出功率，汽车每个轮胎按照功率分配比以标准点输出功率，然后乘以响应修正值作为最终汽车电输出功率进行输出。 [0006] 申请号：CN201320039002.2，公开日为2013年1月25日，公开了一种汽车发动机油门的自动调节装置，可对未装备有发动机油门监控功能的发动机进行方便、快速的设备升级，视线自动检测效果；能够实现自动控制发动机转速等，免除人工操作不规范，不精确，费工时等弊端。 [0007] 以上专利内容均只阐述了不同条件下汽车的油门响应与汽车实际运动的逻辑关系，并没有对相关设施、装置进行具体发明创造。 [0008] 在现有技术中，油门开度和汽车发动机输出功率唯一对应，车辆在遭遇载重变化、上下坡路、雨雪天气、高低气温时，相同油门踏板踩踏幅度无法满足或超过驾驶员的预期，导致存在汽车实际加速效果无法满足驾驶员要求的问题，对于驾驶员来说，驾驶体验会受到一定的影响。发明内容 [0009] 本发明的目的是提供一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统，具有反应灵敏的特点，能够实时调节油门踏板踩踏幅度与汽车发动机输出功率的对应关系，以进一步解决汽车加速效果无法满足驾驶员要求的问题。 [0010] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0011] 一种汽车油门踏板，其特征在于，包括：感知模块、铝合金外壳和油门踏板基体； [0012] 所述感知模块置于所述铝合金外壳与所述汽车油门踏板基体中间； [0013] 所述感知模块包括上碳纤维层、应变片和下碳纤维层；所述应变片设置于所述上碳纤维层和下碳纤维层之间；所述应变片的电流输入端与电流输出端分别与所述上碳纤维层、下碳纤维层的内表面接触连接； [0014] 所述感知模块上设置有电路接头；所述电路接头的输入端与所述上碳纤维层连接，所述电路接头的输出端与所述下碳纤维层连接；所述输入端和输出端集成于所述电路接头中； [0015] 所述感知模块通过所述电路接头串联接入汽车应变片信号测试电路中。 [0016] 可选的，所述应变片与上碳纤维层和下碳纤维层固化为一体。 [0017] 可选的，所述应变片用于感知驾驶员脚部动作，将力信号转变为电信号。 [0018] 可选的，所述上碳纤维层、下碳纤维层均由多层碳纤维层铺叠而成。 [0019] 可选的，所述汽车油门踏板基体上表面开具有凹槽。 [0020] 可选的，所述上碳纤维层和下碳纤维层内表面与应变片电流输出端与电流输入端连接处均做除胶处理。 [0021] 本发明还提供了一种汽车油门自动控制系统，包括所述的内置碳纤维增强复合材料感知模块的汽车油门踏板、控制模块、加速度传感模块和车载电脑； [0022] 所述汽车油门踏板中感知模块上的电路接头与控制模块连接； [0023] 所述加速度传感模块、控制模块和车载电脑依次连接； [0024] 其中，所述控制模块用于接收所述感知模块传来的电信号，并根据所接收到的电信号生成驾驶员的加速度a1； [0025] 所述控制模块用于将a1与所述加速度传感模块感知的汽车实际加速度a2进行比较，以确定发动机的动力调整方式，并将所确定的动力调整方式传送给所述车载电脑，通过所述车载电脑调整发动机的动力输出。 [0026] 可选的，所述控制模块对加速度a1和汽车实际加速度a2进行比较时，若a1＝a2，则所述控制模块不参与汽车动力输出的控制；若a1≠a2，则所述控制模块参与汽车动力输出的控制。 [0027] 可选的，当a1a2，所述汽车油门踏板相同开度时，发动机所产生的马力较所述控制模块不参与汽车动力输出时所产生的马力大。 [0028] 可选的，所述车载电脑通过控制发动机进排气门打开提前角或关闭延迟角调整发动机的动力输出。 [0029] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统，通过具有感知功能的感知模块由上、下碳纤维层增强复合材料制成，且将应变片预埋在上、下碳纤维层中间，这就能够提高零件的使用寿命、耐久度以及耐腐蚀度。并且将上、下碳纤维层接入电路中，充分利用了碳纤维材料的导电能力，使本发明达到了根据感知驾驶者脚部动作来调整车辆的油门响应，使油门响应能够在不同环境下保持不变或相似的效果，以进一步解决汽车加速效果无法满足驾驶员要求的问题。附图说明 [0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0031] 图1为本发明实施例油门踏板的半剖结构示意图； [0032] 图2为本发明实施例油门踏板基体的结构示意图； [0033] 图3为本发明实施例油门踏板基体应变片的结构示意图； [0034] 图4为本发明实施例汽车油门自动控制系统的结构示意图； [0035] 图5为本发明实施例汽车油门自动控制系统中控制模块的工作流程图。 [0036] 其中，图中标记为：1.铝合金外壳，2.上碳纤维层，3.应变片，4.下碳纤维层，5.油门踏板基体，3.1应变片电流输入端，3.2应变片电流输出端，3.3覆盖层，3.4基片，3.5电阻丝式敏感栅。具体实施方式 [0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0038] 本发明的目的是提供一种汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统，具有反应灵敏的特点，能够实时调节油门踏板踩踏幅度与汽车发动机输出功率的对应关系，以进一步解决汽车加速效果无法满足驾驶员要求的问题。 [0039] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0040] 图1为本发明实施例油门踏板的半剖结构示意图，如图1所示，一种汽车油门踏板，包括：感知模块、铝合金外壳1和油门踏板基体5； [0041] 感知模块置于铝合金外壳1与汽车油门踏板基体5中间。感知模块包括上碳纤维层2、应变片3和下碳纤维层4。应变片3设置于上碳纤维层2和下碳纤维层4之间；应变片3的电流输入端与电流输出端分别与上碳纤维层2、下碳纤维层4的内表面接触连接。 [0042] 感知模块上设置有电路接头。电路接头的输入端与上碳纤维层2连接，电路接头的输出端与下碳纤维层4连接；电路接头的输入端和输出端集成于电路接头中。 [0043] 感知模块通过电路接头串联接入汽车应变片信号测试电路中。 [0044] 应变片3与上碳纤维层2和下碳纤维层4固化为一体。 [0045] 应变片3为感知模块的功能元件，用于感知驾驶员脚部动作，将力信号转变为电信号。其中，如图3所示，应变片包括覆盖层3.3、基片3.4和电阻丝式敏感栅3.5。 [0046] 上碳纤维层2、下碳纤维层4均由多层碳纤维层铺叠而成。并且，组成上碳纤维层2与下碳纤维层4的碳纤维层层数应小于3层，这主要是为了防止出现当层数过多时，应变片的抗弯曲能力过高，而导致应变片变形程度小，感知模块接收到的感知电信号微弱的问题。同时，考虑到不同驾驶员的足底面积不同，鞋型不同，受力点不均匀，油门踏板基体5上凹槽边界与油门踏板四周距离均为5mm。 [0047] 如图2所示，汽车油门踏板基体5上表面开具有凹槽。当感知模块发生形变后，所开具的凹槽用于放置应变片和下碳纤维层的零部件。且应变片上中电阻丝式敏感栅3.5的面积与油门踏板基体5上凹槽的横截面积相同。 [0048] 上碳纤维层2和下碳纤维层4内表面与应变片3电流输出端与电流输入端连接处均做除胶处理。这主要考虑在连接过程中，避免对上碳纤维层2与下碳纤维层4的内部结构造成破坏，同时确保连接具有足够的稳定性。且两处连接点设置在同一水平方向上的不同位置，避免位置应变片输入端与应变片输出端发生短路或上碳纤维层2与下碳纤维层4之间发生短路。除连接点以外，其他地方应确保涂胶均匀，固化成型后避免出现上碳纤维层2与下碳纤维层4之间存在碳纤维的直接接触而发生短路的现象。在应变片的电流输入端与应变片的电流输出端分别连接上碳纤维层2与下碳纤维层4时，还可以同时安装电路连接头，避免碳纤维结构的二次拆解。 [0049] 此外，在铝合金外壳1上设置有深度为1mm的凹槽，用于放置电路连接头，以避免汽车油门踏板变形过大时，上碳纤维层2、应变片3和下碳纤维层4发生破裂或短路现象。 [0050] 如图4所示，本发明还提供了一种汽车油门自动控制系统，包括内置碳纤维增强复合材料感知模块的汽车油门踏板、控制模块、加速度传感模块和车载电脑(英文全称为Electronic Control Unit，简称ECU)； [0051] 汽车油门踏板中感知模块上的电路接头与控制模块连接； [0052] 加速度传感模块、控制模块和车载电脑依次连接； [0053] 其中，如图5所示，控制模块用于接收感知模块传来的电信号，并根据所接收到的电信号生成驾驶员的惯用加速度a1； [0054] 控制模块用于将a1与加速度传感模块感知的汽车实际加速度a2进行比较，以确定发动机的动力调整方式，并将所确定的动力调整方式传送给车载电脑，通过车载电脑调整发动机的动力输出。 [0055] 控制模块对加速度a1和汽车实际加速度a2进行比较时，若a1＝a2，则控制模块不参与汽车动力输出的控制；若a1≠a2，则控制模块参与汽车动力输出的控制。 [0056] 当a1a2，所述汽车油门踏板相同开度时，发动机所产生的马力较所述控制模块不参与汽车动力输出时所产生的马力大。 [0057] 车载电脑通过控制发动机进排气门打开提前角或关闭延迟角调整发动机的动力输出。 [0058] 以奔驰S系车型油门踏板做参照，其油门踏板种类为地板式油门踏板。 [0059] 铝合金外壳1中间设置有微小凸起提供摩擦力，油门踏板基体5设有凹槽，为由上碳纤维层2、应变片3和下碳纤维层4组成的感知模块提供放置与变形空间； [0060] 上碳纤维层2与下碳纤维层4采用T700S系列碳纤维，保证碳纤维层材料拥有足够的延展性的同时降低材料的成本。 [0061] 上碳纤维层2、应变片3和下碳纤维层4共同构成感知模块。应变片3采用薄膜式应变片，厚度极低，防止应变片3弯曲时，在上碳纤维层2和下碳纤维层4连接处发生撕裂现象。 [0062] 应变片3的电流输入端与上碳纤维层2连接，电流输出端与下碳纤维层4连接并设置电路连接头完毕后固化成一体。 [0063] 铝合金外壳1置于汽车油门踏板基体5上侧，感知模块置于铝合金外壳1与汽车油门踏板基体5中间。 [0064] 考虑到制作工艺与成本，铝合金外壳1采用5000系列镁铝合金，其具有质量轻，抗拉性强，以及极好的抗腐蚀性。 [0065] 优选的，铝合金外壳上表面可配合其他工艺制作汽车油门踏板表面的摩擦因素等。 [0066] 以捷豹F-type油门踏板做参照，其油门踏板种类为悬吊式油门踏板。 [0067] 与上述实施例不同的是，悬吊式油门踏板表面为拱桥状。在实施过程中，应变片3提前做弯曲处理，并测量阻值参数，同时计算应变片3的形变与阻值变化关系。所述铝合金外壳1、上碳纤维层2、应变片3、下碳纤维层4以及油门踏板基体5应同时做出相应形状改变契合悬吊式油门上表面形状。 [0068] 其余步骤与上述奔驰S系车型实施例相同。 [0069] 本发明提供的汽车油门踏板和汽车油门自动控制系统，通过具有感知功能的感知模块由上、下碳纤维层增强复合材料制成，且将应变片预埋在上、下碳纤维层中间，这就能够提高零件的使用寿命、耐久度以及耐腐蚀度。并且将上、下碳纤维层接入电路中，充分利用了碳纤维材料的导电能力，使本发明达到了根据感知驾驶者脚部动作来调整车辆的油门响应，使油门响应能够在不同环境下保持不变或相似的效果，以进一步解决汽车加速效果无法满足驾驶员要求的问题。 [0070] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 [0071] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。