汽車制動機器人執行機構研究

0．引言

國內外對于汽車制動機器人的研究很多，但一般駕駛員無法一同坐在車里，本研究旨在設計一種小型的，可以安裝在實車上進行試驗的，使用方便可靠的制動機器人執行機構。

1. 制動機器人執行機構工作方式

該執行機構工作時應保證以下四點要求：

1. 踏板行程的精確控制，需要至少精確到 0.1mm；

2. 將制動踏板踩到底的時間不得超過 0.2s ；

3. 電動缸推進的行程不能超過踏板的全行程；

4. 電動缸提供的推力不能低于最大踏板力。

基于以上四點，將制動機器人的執行機構工作方式設計如下：

圖 1 制動機器人執行機構工作方式

2．驅動原件選型

選擇伺服電動缸作為制動機器人的驅動原件。伺服電動缸的選用需要滿足三點要求： ①滿足空間的尺寸要求；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（聯合國歐洲經濟委員會汽車法規）中對于普通乘用車制動性能的要求里，汽車的最大踏板力應不高于 500N[1]。根據一般乘用車的設計經驗， 制動踏板的全行程不會超過 120mm[4]，空間的尺寸選擇將在第五部分說明。

3．伺服驅動器

伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器， 其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分，主要應用于高精度的定位系統。伺服驅動器一般通過位置、 速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現高精度的傳動系統定位。

5．制動機器人執行機構的零部件設計

5.1 制動機器人執行機構的效果圖

圖 2 為該執行機構的立體圖，伺服電動缸尾端鉸接在支撐梁上，中間夾有滾珠軸承，電動缸可以繞著支撐梁旋轉。 伺服電動缸前端通過壓力傳感器、 球鉸、 鉸制孔螺栓連接在機器人腳上，電動缸的前端可以繞鉸制孔螺栓轉動。機器人腳通過 4 個 M8的螺栓壓緊在制動踏板上， 不能在制動踏板平面內移動。 支撐梁由兩個高度可調的支撐架支撐， 它被上支撐架夾緊，不能繞自身的軸心旋轉。上、下兩個支撐架由若干個螺栓夾緊在一起，共同支撐整個執行機構。下支撐架和下支撐架底板焊接在一起，成 90。 角。兩個下支撐架底板分別由4 個M8螺栓連接在汽車駕駛室的地板上，亦即連接在承載式車身上。

5.2 上支撐架

上支撐架起到夾緊支撐梁和支撐整個機構的作用， 上支撐架夾使用 8.8 級 M8x1.0 螺栓緊支撐梁。

5.3 下支撐架

下支撐架上端使用螺栓與上支撐架夾緊，與上支撐架一起調節支撐架的總高度。下端焊接在支撐架底板上，共同固定在汽車駕駛室地板上。

5.5 機器人腳

機器人腳和制動踏板固連在一起， 它的功用是將伺服電動缸的推力傳遞到制動踏板上。機器人腳由踏板和耳件兩部分焊接而成。

6．制動機器人執行機構的空間校核

6.1 制動機器人執行機構的空間計算

該執行機構的空間布置主要應滿足以下兩點：

(1). 將整套機構放置在駕駛室座椅前，機構與制動踏板連接后不與車內任何零部件產生干涉。

(2). 機構工作時不妨礙駕駛員操控車輛。圖 3 為該機構工作始、末位置簡化后的側視圖：

圖中各參數的意義分別為： α： 制動踏板轉過的角度 ；β： 初始時踏板與地面的角度 ；β′： 末位置踏板與地面的角度 ；λ1：初始時伺服電動缸與地面所成角度 ；λ2：末位置伺服電動缸與地面所成角度 ；θ：初始時電動缸絲杠與制動踏板所成角度 ；θ′： 末位置電動缸絲杠與制動踏板所成角度； h1: 初始時制動踏板離地高度； h3: 末位置制動踏板離地高度；h2： 除支撐架 h1 外剩余高度； L 總 ： 機構電動缸絲杠方向總長度； R：制動踏板旋轉半徑。