汽車制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)研究

0．引言

國內(nèi)外對于汽車制動機(jī)器人的研究很多，但一般駕駛員無法一同坐在車?yán)?，本研究旨在設(shè)計(jì)一種小型的，可以安裝在實(shí)車上進(jìn)行試驗(yàn)的，使用方便可靠的制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1. 制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作方式

該執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)應(yīng)保證以下四點(diǎn)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(shí)間不得超過 0.2s ；

3. 電動缸推進(jìn)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(diǎn)，將制動機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作方式設(shè)計(jì)如下：

圖 1 制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作方式

2．驅(qū)動原件選型

選擇伺服電動缸作為制動機(jī)器人的驅(qū)動原件。伺服電動缸的選用需要滿足三點(diǎn)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(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會汽車法規(guī)）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(yīng)不高于 500N[1]。根據(jù)一般乘用車的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 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(qū)動器

伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器， 其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。伺服驅(qū)動器一般通過位置、 速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。

5．制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零部件設(shè)計(jì)

5.1 制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的效果圖

圖 2 為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)。 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(jī)器人腳上，電動缸的前端可以繞鉸制孔螺栓轉(zhuǎn)動。機(jī)器人腳通過 4 個(gè) M8的螺栓壓緊在制動踏板上， 不能在制動踏板平面內(nèi)移動。 支撐梁由兩個(gè)高度可調(diào)的支撐架支撐， 它被上支撐架夾緊，不能繞自身的軸心旋轉(zhuǎn)。上、下兩個(gè)支撐架由若干個(gè)螺栓夾緊在一起，共同支撐整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。下支撐架和下支撐架底板焊接在一起，成 90。 角。兩個(gè)下支撐架底板分別由4 個(gè)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(gè)機(jī)構(gòu)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(diào)節(jié)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(jī)器人腳

機(jī)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(jī)器人腳由踏板和耳件兩部分焊接而成。

6．制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間校核

6.1 制動機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間計(jì)算

該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間布置主要應(yīng)滿足以下兩點(diǎn)：

(1). 將整套機(jī)構(gòu)放置在駕駛室座椅前，機(jī)構(gòu)與制動踏板連接后不與車內(nèi)任何零部件產(chǎn)生干涉。

(2). 機(jī)構(gòu)工作時(shí)不妨礙駕駛員操控車輛。圖 3 為該機(jī)構(gòu)工作始、末位置簡化后的側(cè)視圖：

圖中各參數(shù)的意義分別為： α： 制動踏板轉(zhuǎn)過的角度 ；β： 初始時(shí)踏板與地面的角度 ；β′： 末位置踏板與地面的角度 ；λ1：初始時(shí)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(shí)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(shí)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(jī)構(gòu)電動缸絲杠方向總長度； R：制動踏板旋轉(zhuǎn)半徑。