CN109080601A - 一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置 - Google Patents

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华林
王少博
邹斌
卢炽华
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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，包括：电机；滚珠丝杆、螺纹连接于滚珠丝杆上的滑台以及直线导轨；拉压力传感器，其安装于滑台，用于实时采集踏板拉线的拉力信息；位移传感器，用于实时采集拉压力传感器的位移信息；踏板拉线，其一端与拉压力传感器连接，另一端与安装于驾驶室底板上的制动踏板连接；控制器，其给电机发送开启信号或停止信号，并接收位移传感器发送的位移信息和拉压力传感器发送的拉力信息。本发明通过控制器发出指令实现电机、传动机构和踏板拉线等的机械运动，进而拉动制动踏板运动，并通过拉压力传感器和位移传感器进行精确的踏板深度和踏板力的反馈，最终实现汽车无人驾驶中制动踏板的精确自动控制功能。

Description

一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置。
背景技术
目前，公知刹车踏板的运动是由驾驶员的脚部进行推动的，当需要刹车时驾驶员推动刹车踏板进行运动，进而实现刹车功能。但是随着无人驾驶的兴起，许多车辆也相继引用无人驾驶技术来减少人工操作，以及为生活提供便利。目前很多高校和科研机构都投入了大量的资金用于研究无人驾驶，大多都是偏向于汽车电子控制方向的研究，而对于机械结构的设计较少。然而基础机构的缺失会使无人驾驶的发展受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，它通过控制器发出指令实现电机、传动机构和踏板拉线等的机械运动，进而拉动制动踏板运动，并通过拉压力传感器和位移传感器进行精确的踏板深度和踏板力的反馈，最终实现汽车无人驾驶中制动踏板的精确自动控制功能，本发明具有结构简单、操作和安装方便的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，包括：
电机；
传动机构，其包括与所述电机输出轴连接的滚珠丝杆、螺纹连接于所述滚珠丝杆上的滑台以及用于支撑所述滑台的直线导轨，所述滚珠丝杆将电机的回转运动转换成滑台在直线导轨上的往复直线运动；
拉压力传感器，其安装于滑台上随着滑台一起做直线运动，用于实时采集踏板拉线的拉力信息；
位移传感器，其用于实时采集拉压力传感器的位移信息；
踏板拉线，其一端与拉压力传感器连接，另一端与安装于驾驶室底板上的制动踏板连接，用于牵引制动踏板动作，制动踏板和电机位于拉压力传感器的两侧；
控制器，其给电机发送开启信号或停止信号，并接收位移传感器发送的位移信息和拉压力传感器发送的拉力信息；
当需要刹车时，控制器发送开启信号，电机工作，通过滚珠丝杆驱动滑台做直线运动，进而带动踏板拉线牵引踏板做刹车动作，同时，控制器根据接收到的位移信息和拉力信息计算踏板深度和踏板拉力，当踏板刹车动作到位后，控制器发送停止信号，电机停止工作。
按上述技术方案，所述拉压力传感器上安装有拉线挂钩，所述拉线挂钩与踏板拉线的一端连接。
按上述技术方案，所述滑台上安装有用于安装拉压力传感器的拉压力传感器固定座。
按上述技术方案，所述位移传感器包括拉绳位移传感器，其拉绳的末端安装在拉压力传感器固定座上，所述拉绳位移传感器和制动踏板位于拉压力传感器的两侧。
按上述技术方案，所述直线导轨上位于滑台的两侧均安装有限位开关。
按上述技术方案，该装置还包括与滚珠丝杆连接的手动控制叶片以及安装于滑台侧面的刻度尺，在初期调试阶段，所述手动控制叶片替代电机驱动滚珠丝杆带动滑台做直线往复运动，并通过读取刻度尺上的刻度获取滑台的位移信息。
按上述技术方案，该装置还包括安装在踏板拉线中部的导轮机构，所述导轮机构包括上下设置的第一导轮和第二导轮，所述踏板拉线从第一导轮和第二导轮之间穿过。
按上述技术方案，所述踏板拉线与制动踏板之间通过快联机构连接，所述快联机构包括U型板和安装于所述U型板侧板上的螺栓，所述制动踏板的端部插设于U型板的U型槽内，并通过螺栓将制动踏板和U型板进行固定连接，所述踏板拉线的另一端与U型板固定连接。
按上述技术方案，该装置还包括安装于驾驶室底板上的外围固定框架，所述电机、传动机构、拉压力传感器、位移传感器和控制器设置在所述外围固定框架内。
按上述技术方案，所述外围固定框架通过至少两个快拆机构安装在驾驶室底板支架上，所述快拆机构包括一对L型板、快拆杆和锁紧螺母，所述L型板的竖板通过螺钉固定安装在外围固定框架或驾驶室底板支架上，所述快拆杆穿过一对L型板的横板将两者连为一体，所述锁紧螺母与快拆杆螺纹连接。
本发明产生的有益效果是：为了适应当前的自动驾驶，本发明采用机械结构实现自动控制功能，其通过控制器控制电机的自动启停，电机通过传动机构经柔性踏板拉线牵引制动踏板的运动，柔性踏板拉线还可以使得滑台的安装位置较为灵活，最后通过两种传感器将采集到的数据发送给控制器精确计算踏板深度和踏板力，最终实现在预先设定程序的条件下，无需人员操作即可实现刹车功能，而且远远超过人为控制时对刹车踏板的深度控制精度；另外，本发明采用柔性踏板拉线连接制动踏板和拉压力传感器，在紧急情况下不会干涉到驾驶员踩下制动踏板的动作。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的主视图；
图2是本发明实施例的俯视图；
图3是本发明实施例中踏板拉线与制动踏板的安装示意图；
图4是本发明实施例中外围固定框架的结构示意图；
图5是本发明实施例中快拆机构的结构示意图；
图6是本发明实施例的工作流程示意图。
图中：1-电机，2-位移传感器固定架，3-位移传感器，4-电机支座，5-滚珠丝杠，6-拉压力传感器固定座，7-拉压力传感器，8-拉线挂钩，9-踏板拉线，10-第一导轮，11-限位开关，12-滑台，13-刻度尺，14-直线导轨，16-柔性联轴器，17-外围固定框架，18-手动控制叶片，19-控制器，20-第二导轮，21-制动踏板，22-快联机构，23-L型板，24-快拆杆，25-锁紧螺母，26-手柄。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，包括：
电机1，本例中采用两轴输出伺服电机；
传动机构，其包括与电机1输出轴连接的滚珠丝杆5（滚珠丝杆与电机之间通过柔性联轴器16连接）、螺纹连接于滚珠丝杆5上的滑台12以及用于支撑滑台12的直线导轨14，滚珠丝杆5将电机1的回转运动转换成滑台12在直线导轨14上的往复直线运动；
拉压力传感器7，其安装于滑台12上，随着滑台一起做直线运动，拉压力传感器用于实时采集踏板拉线9的拉力信息；
位移传感器3，其用于实时采集拉压力传感器7的位移信息；
踏板拉线9，其一端与拉压力传感器7连接，另一端与安装于驾驶室底板上的制动踏板21连接，用于牵引制动踏板动作，制动踏板和电机位于拉压力传感器的两侧；
控制器19，其给电机发送开启信号或停止信号，并接收位移传感器发送的位移信息和拉压力传感器发送的拉力信息；
当需要刹车时，控制器发送开启信号，电机工作，通过滚珠丝杆驱动滑台做直线运动，进而带动踏板拉线牵引踏板做刹车动作，同时，控制器根据接收到的位移信息和拉力信息计算踏板深度和踏板拉力，当踏板刹车动作到位后，控制器发送停止信号，电机停止工作。
在本发明的优选实施例中，如图1、图2所示，拉压力传感器7（具体为其感应端）上安装有拉线挂钩8，拉线挂钩8与踏板拉线的一端连接，以便于踏板拉线与拉压力传感器的连接。具体的，拉线挂钩设计为L型，其竖板套装于拉压力传感器上，其横板通过螺栓与拉压力传感器的外周紧密接触，踏板拉线的一端与拉线挂钩的竖板之间连接。
在本发明的优选实施例中，如图1、图2所示，滑台12上安装有用于安装拉压力传感器7的拉压力传感器固定座6，以便于拉压力传感器的安装。拉压力传感器固定座也设计为L型，其横板固定安装于滑台上，拉压力传感器的非感应端通过螺纹连接在拉压力传感器固定座的竖板上。正常工作时滑台通过拉压力传感器将拉力传递给踏板拉线然后拉动制动踏板的运动，即可通过拉压力传感器测得的踏板力用于闭环反馈控制和极限位置保护作用。
在本发明的优选实施例中，如图1、图2所示，位移传感器3包括拉绳位移传感器，其拉绳的末端安装在拉压力传感器固定座6上，保持拉绳水平，拉绳位移传感器和制动踏板位于拉压力传感器的两侧，拉绳位移传感可以在短距离内精确可靠的进行距离测量。滑台做直线运动时，带动拉压力传感器及其固定座做同步直线运动，拉绳伸长或缩短，拉绳位移传感器可以得到此时制动踏板的深度，用于反馈闭环控制和极限位置保护作用。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，直线导轨上位于滑台的两侧均安装有限位开关11，通过设置两个限位开关控制滑台的运动极限，可以防止超过极限位置发生意外。两个传感器和两个限位开关构成两级极限位置控制，两者的优先级可以通过程序内部控制，当一个失效时另外一个起作用。本实施例中限位开关是可以在直线导轨上滑动和紧固的限位开关，在标定试验时将两个限位开关分别滑动至制动踏板的两个极限位置相对应的滑台位置，然后进行紧固，两个限位开关将感应端指向滑台方向，当滑台触碰到限位开关时，会传给控制器一个反馈信号，使滑台停止移动或者反向移动。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，该装置还包括与滚珠丝杆连接的手动控制叶片18以及安装于滑台侧面的刻度尺13（一般采用钢制刻度尺），在初期调试阶段，手动控制叶片替代电机驱动滚珠丝杆带动滑台做直线往复运动，并通过读取刻度尺上的刻度获取滑台的位移信息，从而实现滑台的手动调节，用于前期的标定试验和后期调整。在滑台的侧面固定一个刻度尺，可以方便的看到运动中所达到的行程，方便前期的标定和后期的调节。
在本发明的优选实施例中，如图1-图3所示，该装置还包括安装在踏板拉线中部的导轮机构，导轮机构包括上下设置的第一导轮10和第二导轮20，踏板拉线9从第一导轮10和第二导轮20之间穿过。导轮机构可以起到导向、固定、防滑脱的作用。优选的，两个导轮中心的连线与水平面之间的夹角为45°，导轮通过侧板固定，其中一个安装在外围固定框架上，另一个安装在驾驶底板上。
在本发明的优选实施例中，如图3所示，踏板拉线与制动踏板之间通过快联机构22连接，快联机构包括U型板和安装于U型板侧板上的螺栓，制动踏板的端部插设于U型板的U型槽内，并通过螺栓将制动踏板和U型板进行固定连接，踏板拉线的另一端与U型板固定连接。快联机构可以实现踏板拉线与制动踏板之间的快速连接，
在本发明的优选实施例中，如图4所示，该装置还包括安装于驾驶室底板上的外围固定框架17，电机、传动机构、拉压力传感器、位移传感器和控制器均安装在外围固定框架内。外围固定框架包括由型材搭建的长方体框架，整个采用水平布置，位移传感器通过传感器固定架2安装在外围固定框架上，且位于电机的上方，导轮机构布置在电机的另外一端，可以根据具体使用方向和位置布置改变导轮机构的安装位置。电机通过电机支座4固定安装在外围固定框架上，滚珠丝杆通过两端的轴承支座固定安装在外围固定框架上。
在本发明的优选实施例中，如图5所示，外围固定框架通过至少两个快拆机构安装在驾驶室底板支架上，快拆机构包括一对L型板23、快拆杆24和锁紧螺母25，L型板的竖板通过螺钉固定安装在外围固定框架或驾驶室底板支架上，快拆杆24穿过一对L型板的横板将两者连为一体，锁紧螺母24与快拆杆24螺纹连接，以对两个L型板进行紧固。L型板的竖板上设有螺孔，其横板上设有U型槽，快拆杆设置在U型槽内，快拆杆的上端设置有手柄26，转动手柄可以轻松的将快拆杆下压，当无法进行下压时，转动锁紧螺母进行锁紧固定。
如图6所示，本发明的整体运行流程如下：控制器在预编写程序与两个传感器和两个限位开关之间的闭环反馈信号共同作用下驱动电机运动，电机通过联轴器将动力传递给滚珠丝杠，滑台在滚珠丝杠的传动和直线导轨导向的共同作用下实现往复直线运动，同时位移传感器的拉线端通过滑台的移动感知踏板深度，拉压力传感器通过踏板拉线感知踏板力，传感器再将刹车深度和刹车踏板力反馈给控制器，两个限位开关限定两个运动极限位置，踏板拉线通过两个导轮进行固定导向，防止驾驶员紧急踩下踏板时踏板拉线脱离，即实现防脱滑功能。
本实施例中控制器以飞思卡尔xs128单片机为核心，主要接受拉压力传感器和位移传感器反馈的踏板拉力和踏板深度，另外还包括用作二级保护的两个限位开关，首先需进行开始前的标定，当制动踏板达到两个极限状态时，两个限位开关也要同时起作用，防止两个传感器出现问题时导致整个装置的失效，然后根据预先编写的程序实现电机的平稳加速、然后正常运动到最后的平稳减速，这里的加减速曲线均采用3次曲线使加减速更加的平稳，不会出现冲击噪音。
本发明首次同时提出使用两种传感器反馈控制，并采用电机带动滑台移动，进而带动柔性踏板拉线的松紧来控制制动踏板的运动，实现刹车的功能，通过改变踏板拉线的长短和安装角度，可以灵活调整传动机构的安装位置。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，包括：
电机；
传动机构，其包括与所述电机输出轴连接的滚珠丝杆、螺纹连接于所述滚珠丝杆上的滑台以及用于支撑所述滑台的直线导轨，所述滚珠丝杆将电机的回转运动转换成滑台在直线导轨上的往复直线运动；
拉压力传感器，其安装于滑台上随着滑台一起做直线运动，用于实时采集踏板拉线的拉力信息；
位移传感器，其用于实时采集拉压力传感器的位移信息；
踏板拉线，其一端与拉压力传感器连接，另一端与安装于驾驶室底板上的制动踏板连接，用于牵引制动踏板动作，制动踏板和电机位于拉压力传感器的两侧；
控制器，其给电机发送开启信号或停止信号，并接收位移传感器发送的位移信息和拉压力传感器发送的拉力信息；
当需要刹车时，控制器发送开启信号，电机工作，通过滚珠丝杆驱动滑台做直线运动，进而带动踏板拉线牵引踏板做刹车动作，同时，控制器根据接收到的位移信息和拉力信息计算踏板深度和踏板拉力，当踏板刹车动作到位后，控制器发送停止信号，电机停止工作。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述拉压力传感器上安装有拉线挂钩，所述拉线挂钩与踏板拉线的一端连接。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述滑台上安装有用于安装拉压力传感器的拉压力传感器固定座。
4.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述位移传感器包括拉绳位移传感器，其拉绳的末端安装在拉压力传感器固定座上，所述拉绳位移传感器和制动踏板位于拉压力传感器的两侧。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述直线导轨上位于滑台的两侧均安装有限位开关。
6.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，该装置还包括与滚珠丝杆连接的手动控制叶片以及安装于滑台侧面的刻度尺，在初期调试阶段，所述手动控制叶片替代电机驱动滚珠丝杆带动滑台做直线往复运动，并通过读取刻度尺上的刻度获取滑台的位移信息。
7.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，该装置还包括安装在踏板拉线中部的导轮机构，所述导轮机构包括上下设置的第一导轮和第二导轮，所述踏板拉线从第一导轮和第二导轮之间穿过。
8.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述踏板拉线与制动踏板之间通过快联机构连接，所述快联机构包括U型板和安装于所述U型板侧板上的螺栓，所述制动踏板的端部插设于U型板的U型槽内，并通过螺栓将制动踏板和U型板进行固定连接，所述踏板拉线的另一端与U型板固定连接。
9.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，该装置还包括安装于驾驶室底板上的外围固定框架，所述电机、传动机构、拉压力传感器、位移传感器和控制器均安装在所述外围固定框架内。
10.根据权利要求9所述的无人驾驶车辆刹车辅助执行装置，其特征在于，所述外围固定框架通过至少两个快拆机构安装在驾驶室底板支架上，所述快拆机构包括一对L型板、快拆杆和锁紧螺母，所述L型板的竖板通过螺钉固定安装在外围固定框架或驾驶室底板支架上，所述快拆杆穿过一对L型板的横板将两者连为一体，所述锁紧螺母与快拆杆螺纹连接。
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