CN110228451A - 一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，包括底板、以及安装在底板上的滑轨、推杆、制动板、铰支板、销钉、连杆、摇杆、电机、控制器、压力传感器、制动踏板、制动踏板臂、滑轮、用于滑轨复位的第一复位弹簧和用于制动板复位的第二复位弹簧。本发明具有：1、该设计采用承载能力大、挠度小、可靠性强的刚性杆来替代钢丝绳；2、电机主轴与摇杆采用花键轴连接，由电机正转直接带动摇杆转动，从而带动连杆平动，进而带动制动板臂转过相应角度，此方式弥补了传统绕线器中响应不及时、轨迹不精确的缺陷；3、在滑轨的底部加设了4个滑轮，配合车架上开设的2条滑槽进行运动，解决了制动过程中由于机构不紧凑导致的机构偏位问题等优点。
Description
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构。
背景技术
当今，智能控制与互联技术发展瞬息万变，无人驾驶在这种大环境下也应运而生。为了推进我国汽车行业人才发展，高校鼓励学生改装原有汽油赛车为电动赛车，研究无人驾驶技术，参加中国大学生电动方程式汽车大赛(FSEC)。应大赛要求，赛车应当在驾驶员可安全驾驶的基础上实现无人驾驶。而其中，制动系统线控化改装是尤为重要的部分。
为了解决上述问题，作者付云飞等人曾提出了“CN201720682283一种可自由切换的无人驾驶汽车制动机构”的专利技术方案，该方案提出在制动踏板前添加一根钢丝绳，该钢丝绳绕在电机的输入轴上，电机转动带动拉绳拉动制动踏板旋转进行制动。但在实际应用过程中发现，该方案尚存在以下不足：1)钢丝绳可靠性差，本身存在不安全性，不稳定性；2)钢丝绳的弹性变形、绕线器的绕线偏差，易导致制动响应不及时；3)机构不紧凑，制动过程中机构的运动轨迹易出现偏差。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，该制动机构主要包括底板、以及安装在底板上的滑轨、推杆、制动板、铰支板、销钉、连杆、摇杆、电机、控制器、压力传感器、制动踏板、制动踏板臂、滑轮、用于滑轨复位的第一复位弹簧和用于制动板复位的第二复位弹簧。
具体的，所述底板通过螺栓固定安装在车架上，或与车架一体设计；所述滑轨设置在底板上，其两侧安装有滑轮。所述底板位于滑轨的两侧设有滑槽，所述滑轮嵌入滑槽内，实现滑轨在滑槽上滑动。所述推杆的一端与制动板的一端铰接，另一端从内往外穿过滑轨的前端并与制动执行部件连接。所述滑轨的后端与制动踏板臂铰接。所述第一复位弹簧的一端与滑轨连接，另一端与底板连接，驱动滑轨恢复原位。所述第二复位弹簧的一端与推杆和制动板的连接处连接，另一端与底板连接，驱动推杆和制动板复位。所述铰支板的一端与制动板中部铰接，另一端与制动踏板臂的一端铰接。所述制动踏板臂的一端上还设有用于限制铰支板向下摆动幅度的凸起。所述凸起位于铰支板下方，与制动踏板臂一体设计，实现自动制动时铰支板向下摆动并被凸起顶住，使铰支板与制动板的连接处成为转动支点。所述连杆的一端与制动板的另一端通过销钉铰接，另一端与摇杆的一端铰接。所述摇杆的另一端与电机传动连接。所述制动踏板安装在制动踏板臂的另一端上；所述压力传感器设置在制动踏板上。所述控制器固定在底板上，分别与电机和压力传感器电连接。
进一步的，为了提高电机的驱动效率，本发明所述制动机构还包括用于传动连接的花键轴。所述花键轴的一端与电机输出轴连接，另一端与摇杆的另一端连接。
具体的，所述制动机构还包括用于实现推杆与制动板铰接的铰支座和带环销钉。所述铰支座安装在推杆的一端上，所述带环销钉穿过制动板和铰支座并将其连接。所述第二复位弹簧的一端连接在带环销钉上。
进一步的，为了使第一复位弹簧与底部及滑轨连接更牢固、可靠，本发明所述制动机构还包括用于连接第一复位弹簧的第一吊环。所述第一吊环分别设置在滑轨和底板上，所述第一复位弹簧的两端分别通过第一吊环与滑轨和底板连接固定。
进一步的，为了使第二复位弹簧与底板连接更牢固、可靠，本发明所述制动机构还包括用于连接第二复位弹簧的第二吊环。所述第二吊环设置在底板上，使第二复位弹簧的另一端通过第二吊环与底板连接固定。
进一步的，制动时为了减小鞋底与制动踏板之间的滑移距离，影响制动效果，本发明所述制动机构还包括用于防滑的防滑垫；所述防滑垫设置在制动踏板上，与制动踏板固定连接。
作为本发明的优选方案，为了提高制动踏板臂和制动板的复位效率和可靠性，本发明所述第一复位弹簧和第二复位弹簧均设为拉簧。
进一步的，为了降低制动机构的整体重量，提高其性能，本发明所述制动踏板臂上还设有用于减轻重量的开槽。所述开槽位于制动踏板臂的侧面，从制动踏板臂的一侧延伸至另一侧。
本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的制动机构可以通过一键切换按钮来切换汽车的驾驶模式，即自动驾驶模式和人工驾驶模式，一般情况下，一键切换按钮可以设置在例如方向盘旁边的位置，方便驾驶人员进行操作，在车辆切换到自动驾驶模式时，采用自动制动模式，无人驾驶汽车上的探测器实时监测车辆前侧的障碍物情况，控制器接收探测器的信号，当出现障碍物时实现自动制动。使用时，主要包含两种模式：当车辆切换到人工驾驶模式时，采用人工制动模式。在人工制动模式下，探测器控制电机处于不工作状态，人工制动与自动制动互不干涉，可实现自由切换。两种制动模式的具体操作方法如下：人工制动时，驾驶员踩踏制动踏板，制动踏板踏面上的压力传器将压力信号转化为电信号传输给控制器，控制器使电机处于不工作状态。驾驶员踩下制动踏板时，第一复位弹簧拉伸，制动踏板臂下摆，带动与之锁紧的滑轨前移，滑轨进而推动推杆向前移动，实现车辆的制动。制动结束后，松开制动踏板，第一复位弹簧收缩，在弹力的作用下，滑轨后移并带动推杆后移，制动踏板臂复位。自动制动时，由于制动踏板上的传感器没有接收到压力信号，控制器因此控制电机处于工作状态。当车辆检测到前方出现障碍物时，控制器依据信号控制电机进行正转，与电机主轴(花键轴)相连的摇杆随之转动，进而通过连杆平动带动制动板进行顺时针转动。此时，滑轨保持不动，与铰支座上吊环相连的第二复位弹簧拉伸，推杆前移，实现车辆的制动。制动结束后，控制器控制电机处于待机状态，第二复位弹簧收缩，在弹力的作用下，推杆后移并带动制动板做逆时针运动，进而通过摇杆平动带动摇杆复位，电机转回到初始角度。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的制动机构紧凑：滑轨的底部加设了滑轮，配合车架底部开设的滑槽进行运动，使得滑轨推杆均能保持水平运动，避免制动过程中出现轨迹偏差、机构晃动异响等情况。同时，电机与车架处于同一水平面上，降低了机构的高度，节省了空间。
(2)本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的制动轨迹精确：四连杆机构运动曲线丰富，通过调整杆长即可改变运动轨迹。而电机与连杆采用花键连接，有对中性强，导向性高等特点。因此，本机构制动轨迹精确，易找到制动性能最优的方案。
(3)本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的制动响应及时：与以往钢丝绳相比，四连杆机构的刚性强、挠度小，制动过程变形量小，制动响应及时。因此，本改进方案对于赛车的安全性和制动可靠性有一定的指导意义。
(4)本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构还具有：1、该设计采用承载能力大、挠度小、可靠性强的刚性杆来替代钢丝绳；2、电机主轴与摇杆采用花键轴连接，由电机正转直接带动摇杆转动，从而带动连杆平动，进而带动制动板臂转过相应角度，此方式弥补了传统绕线器中响应不及时、轨迹不精确的缺陷；3、在滑轨的底部加设了4个滑轮，配合车架上开设的2条滑槽进行运动，解决了制动过程中由于机构不紧凑导致的机构偏位问题等优点。
附图说明
图1是本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的结构示意图。
图2是本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的主视图。
图3是本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的俯视图。
图4是本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的左视图。
图5是本发明所提供的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构的立体图。
上述附图中的标号说明：
1-滑轨，2-推杆，3-铰支座，4-带环销钉，5-制动板，6-铰支板，7-销钉，8-连杆，9-摇杆，10-花键轴，11-电机，12-电缆，13-控制器，14-压力传感器，15-防滑垫，16-制动踏板臂，17-第一复位弹簧，18-第二复位弹簧，19-第一吊环，20-第二吊环，21-滑槽，22-滑轮，23-车架，24-螺栓，25-凸起。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图5所示，本实施例公开了一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，该制动机构主要包括底板、以及安装在底板上的滑轨1、推杆2、制动板5、铰支板6、销钉7、连杆8、摇杆9、电机11、控制器13、压力传感器14、制动踏板、制动踏板臂、滑轮22、用于滑轨1复位的第一复位弹簧17和用于制动板5复位的第二复位弹簧18。
具体的，所述底板通过螺栓24固定安装在车架23上，或与车架23一体设计；所述滑轨1设置在底板上，其两侧安装有滑轮22。所述底板位于滑轨1的两侧设有滑槽21，所述滑轮22嵌入滑槽21内，实现滑轨1在滑槽21上滑动。所述推杆2的一端与制动板5的一端铰接，另一端从内往外穿过滑轨1的前端并与制动执行部件连接。所述滑轨1的后端与制动踏板臂铰接。所述第一复位弹簧17的一端与滑轨1连接，另一端与底板连接，驱动滑轨1恢复原位。所述第二复位弹簧18的一端与推杆2和制动板5的连接处连接，另一端与底板连接，驱动推杆2和制动板5复位。所述铰支板6的一端与制动板5中部铰接，另一端与制动踏板臂的一端铰接。所述制动踏板臂的一端上还设有用于限制铰支板6向下摆动幅度的凸起25。所述凸起25位于铰支板6下方，与制动踏板臂一体设计，实现自动制动时铰支板6向下摆动并被凸起25顶住，使铰支板6与制动板5的连接处成为转动支点。所述连杆8的一端与制动板5的另一端通过销钉7铰接，另一端与摇杆9的一端铰接。所述摇杆9的另一端与电机11传动连接。所述制动踏板安装在制动踏板臂的另一端上；所述压力传感器14设置在制动踏板上。所述控制器13固定在底板上，通过电缆12分别与电机11和压力传感器14电连接。
进一步的，为了提高电机11的驱动效率，本发明所述制动机构还包括用于传动连接的花键轴10。所述花键轴10的一端与电机11输出轴连接，另一端与摇杆9的另一端连接。
具体的，所述制动机构还包括用于实现推杆2与制动板5铰接的铰支座3和带环销钉4。所述铰支座3安装在推杆2的一端上，所述带环销钉4穿过制动板5和铰支座3并将其连接。所述第二复位弹簧18的一端连接在带环销钉4上。
进一步的，为了使第一复位弹簧17与底部及滑轨1连接更牢固、可靠，本发明所述制动机构还包括用于连接第一复位弹簧17的第一吊环19。所述第一吊环19分别设置在滑轨1和底板上，所述第一复位弹簧17的两端分别通过第一吊环19与滑轨1和底板连接固定。
进一步的，为了使第二复位弹簧18与底板连接更牢固、可靠，本发明所述制动机构还包括用于连接第二复位弹簧18的第二吊环20。所述第二吊环20设置在底板上，使第二复位弹簧18的另一端通过第二吊环20与底板连接固定。
进一步的，制动时为了减小鞋底与制动踏板之间的滑移距离，影响制动效果，本发明所述制动机构还包括用于防滑的防滑垫15；所述防滑垫15设置在制动踏板上，与制动踏板固定连接。
作为本发明的优选方案，为了提高制动踏板臂和制动板5的复位效率和可靠性，本发明所述第一复位弹簧17和第二复位弹簧18均设为拉簧。
进一步的，为了降低制动机构的整体重量，提高其性能，本发明所述制动踏板臂上还设有用于减轻重量的开槽。所述开槽位于制动踏板臂的侧面，从制动踏板臂的一侧延伸至另一侧。
本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的制动机构可以通过一键切换按钮来切换汽车的驾驶模式，即自动驾驶模式和人工驾驶模式，一般情况下，一键切换按钮可以设置在例如方向盘旁边的位置，方便驾驶人员进行操作，在车辆切换到自动驾驶模式时，采用自动制动模式，无人驾驶汽车上的探测器实时监测车辆前侧的障碍物情况，控制器13接收探测器的信号，当出现障碍物时实现自动制动。使用时，主要包含两种模式：当车辆切换到人工驾驶模式时，采用人工制动模式。在人工制动模式下，探测器控制电机11处于不工作状态，人工制动与自动制动互不干涉，可实现自由切换。两种制动模式的具体操作方法如下：人工制动时，驾驶员踩踏制动踏板，制动踏板踏面上的压力传器将压力信号转化为电信号传输给控制器13，控制器13使电机11处于不工作状态。驾驶员踩下制动踏板时，第一复位弹簧17拉伸，制动踏板臂下摆，带动与之锁紧的滑轨1前移，滑轨1进而推动推杆2向前移动，实现车辆的制动。制动结束后，松开制动踏板，第一复位弹簧17收缩，在弹力的作用下，滑轨1后移并带动推杆2后移，制动踏板臂复位。自动制动时，由于制动踏板上的传感器没有接收到压力信号，控制器13因此控制电机11处于工作状态。当车辆检测到前方出现障碍物时，控制器13依据信号控制电机11进行正转，与电机11主轴(花键轴10)相连的摇杆9随之转动，进而通过连杆8平动带动制动板5进行顺时针转动。此时，滑轨1保持不动，与铰支座3上吊环相连的第二复位弹簧18拉伸，推杆2前移，实现车辆的制动。制动结束后，控制器13控制电机11处于待机状态，第二复位弹簧18收缩，在弹力的作用下，推杆2后移并带动制动板5做逆时针运动，进而通过摇杆9平动带动摇杆9复位，电机11转回到初始角度。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，包括底板、以及安装在底板上的滑轨、推杆、制动板、铰支板、销钉、连杆、摇杆、电机、控制器、压力传感器、制动踏板、制动踏板臂、滑轮、用于滑轨复位的第一复位弹簧和用于制动板复位的第二复位弹簧；
所述底板通过螺栓固定安装在车架上，或与车架一体设计；所述滑轨设置在底板上，其两侧安装有滑轮；所述底板位于滑轨的两侧设有滑槽，所述滑轮嵌入滑槽内，实现滑轨在滑槽上滑动；所述推杆的一端与制动板的一端铰接，另一端从内往外穿过滑轨的前端并与制动执行部件连接；所述滑轨的后端与制动踏板臂铰接；所述第一复位弹簧的一端与滑轨连接，另一端与底板连接，驱动滑轨恢复原位；所述第二复位弹簧的一端与推杆和制动板的连接处连接，另一端与底板连接，驱动推杆和制动板复位；所述铰支板的一端与制动板中部铰接，另一端与制动踏板臂的一端铰接；所述制动踏板臂的一端上还设有用于限制铰支板向下摆动幅度的凸起；所述凸起位于铰支板下方，与制动踏板臂一体设计，实现自动制动时铰支板向下摆动并被凸起顶住，使铰支板与制动板的连接处成为转动支点；所述连杆的一端与制动板的另一端通过销钉铰接，另一端与摇杆的一端铰接；所述摇杆的另一端与电机传动连接；所述制动踏板安装在制动踏板臂的另一端上；所述压力传感器设置在制动踏板上；所述控制器固定在底板上，分别与电机和压力传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动机构还包括用于传动连接的花键轴；所述花键轴的一端与电机输出轴连接，另一端与摇杆的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动机构还包括用于实现推杆与制动板铰接的铰支座和带环销钉；所述铰支座安装在推杆的一端上，所述带环销钉穿过制动板和铰支座并将其连接；所述第二复位弹簧的一端连接在带环销钉上。
4.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动机构还包括用于连接第一复位弹簧的第一吊环；所述第一吊环分别设置在滑轨和底板上，所述第一复位弹簧的两端分别通过第一吊环与滑轨和底板连接固定。
5.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动机构还包括用于连接第二复位弹簧的第二吊环；所述第二吊环设置在底板上，使第二复位弹簧的另一端通过第二吊环与底板连接固定。
6.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动机构还包括用于防滑的防滑垫；所述防滑垫设置在制动踏板上，与制动踏板固定连接。
7.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述第一复位弹簧和第二复位弹簧均设为拉簧。
8.根据权利要求1所述的改进的无人驾驶方程式赛车制动机构，其特征在于，所述制动踏板臂上还设有用于减轻重量的开槽；所述开槽位于制动踏板臂的侧面，从制动踏板臂的一侧延伸至另一侧。
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