汽车制动机器人执行机构研究

2018-11-24 10:50:00
陆启蒙
原创
1735
摘要:为了更加准确的去设计踏板感觉模拟器的参数,需要建立制动踏板感觉特性的数学模型并进行一系列的客观评价试验来获得模型的参数。 而由驾驶员进行操作的客观评价试验一致性很差, 这导致试验效率降低且会让结果变得不可靠。 因此, 有必要开发一种可以按照预先设定的条件来精确踩踏制动踏板的机器人, 以便获得良好的精度和重复性, 为再生制动系统的操纵机构开发服务。

0.引言

国内外对于汽车制动 机器人的研究很多,但一般驾驶员无法一同坐在车里,本研究旨在设计一种小型的,可以安装在实车上进行试验的,使用方便可靠的制动机器人执行机构。

1. 制动机器人执行机构工作方式

该执行机构工作时应保证以下四点要求:

1. 踏板行程的精确控制,需要至少精确到 0.1mm;

2. 将制动踏板踩到底的时间不得超过 0.2s ;

3. 电动缸推进的行程不能超过踏板的全行程;

4. 电动缸提供的推力不能低于最大踏板力。

基于以上四点,将制动机器人的执行机构工作方式设计如下:


图 1 制动机器人执行机构工作方式


2.驱动原件选型

选择 伺服电动缸作为制动机器人的驱动原件。伺服电动缸的选用需要满足三点要求: ① 满足空间的尺寸要求;② 最大推力不低于最大的踏板力;③ 行程大于踏板的全行程。在 ECE(联合国欧洲经济委员会汽车法规)中对于普通乘用车制动性能的要求里,汽车的最大 踏板力应不高于 500N [1] 。根据一般乘用车的设计经验, 制动踏板的全行程不会超过 120mm [4] 空间的尺寸选择将在第五部分说明。

3.伺服驱动器

伺服驱动器是用来控制 伺服电机的一种控制器, 其作用类似于变频器作用于普通交流马 达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。伺服驱动器一般通过位置、 速 度和力矩三种方式对伺服马达进行控制,实现高精度的传动系统定位。

5.制动机器人执行机构的零部件设计

5.1 制动机器人执行机构的效果图

图 2 为该执行机构的立体图,伺服电动缸尾端铰接在支撑梁上,中间夹有滚珠轴承, 电动缸可以绕着支撑梁旋转。 伺服电动缸前端通过压力传感器、 球铰、 铰制孔螺栓连接在机 器人脚上,电动缸的前端可以绕铰制孔螺栓转动。机器人脚通过 4 个 M8的螺栓压紧在制动 踏板上, 不能在制动踏板平面内移动。 支撑梁由两个高度可调的支撑架支撑, 它被上支撑架 夹紧,不能绕自身的轴心旋转。上、下两个支撑架由若干个螺栓夹紧在一起,共同支撑整个 执行机构。下支撑架和下支撑架底板焊接在一起,成 90 。 角。两个下支撑架底板分别由 4 个 M8螺栓连接在汽车驾驶室的地板上,亦即连接在承载式车身上。

5.2 上支撑架

上支撑架起到夹紧支撑梁和支撑整个机构的作用, 上支撑架夹使用 8.8 级 M8x1.0 螺栓 紧支撑梁。

5.3 下支撑架

下支撑架上端使用螺栓与上支撑架夹紧,与上支撑架一起调节支撑架的总高度。下端 焊接在支撑架底板上,共同固定在汽车驾驶室地板上。

5.5 机器人脚

机器人脚和制动踏板固连在一起, 它的功用是将伺服电动缸的推力传递到制动踏板上。 机器人脚由踏板和耳件两部分焊接而成。

6.制动机器人执行机构的空间校核

6.1 制动机器人执行机构的空间计算

该执行机构的空间布置主要应满足以下两点:

(1). 将整套机构放置在驾驶室座椅前,机构与制动踏板连接后不与车内任何零部件产 生干涉。

(2). 机构工作时不妨碍驾驶员操控车辆。 图 3 为该机构工作始、末位置简化后的侧视图:


图中各参数的意义分别为: α: 制动踏板转过的角度 ;β: 初始时踏板与地面的角度 ; β′: 末位置踏板与地面的角度 ;λ1:初始时伺服电动缸与地面所成角度 ;λ2:末位置伺 服电动缸与地面所成角度 ;θ:初始时电动缸丝杠与制动踏板所成角度 ;θ′: 末位置电动 缸丝杠与制动踏板所成角度; h1: 初始时制动踏板离地高度; h3: 末位置制动踏板离地高度; h2: 除支撑架 h1 外剩余高度; L 总 : 机构电动缸丝杠方向总长度; R:制动踏板旋转半径。



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