CN110514451B - 一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，用于车辆道路耐久测试和C‑NCAP测试过程中在人机共驾的前提下完成车辆纵向的速度主动控制。本发明采用框架固定模块和踏板执行模块组合使用的模块化组合形式，调整离合、减速、加速对应的三个踏板执行模块间的横向距离，保证驾驶员的驾驶操作空间和驾驶舒适性。框架固定模块采用滑块移动、螺纹紧固的形式保证适应不同测试车辆的座椅尺寸；踏板执行模块则通过丝杠传动实现动作执行，并通过螺纹加紧、横向螺纹孔两种形式实现踏板执行模块最终作用为止的纵向和横向微调。

Description

一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人

技术领域

本发明涉及一种基于车辆类型和车内尺寸调整踏板执行机构间距和数量，可以调整竖直方向高度以实现人机共驾并用于车辆耐久测试和C-NCAP星级测试的速度控制机器人。

背景技术

在车辆耐久测试和C-NCAP实验中，测试车辆的纵向速度有着严格的误差控制要求，传统测试方法是依赖具有丰富驾驶经验的驾驶员进行操控。传统方法的弊端在于一方面驾驶员在操作过程中速度控制不稳定，很容易出现车辆速度超出标准规定的速度区间；另一方面，测试车辆数量的增加，驾驶员的疲劳问题和效率成本问题也明显制约着道路耐久测试和C-NCAP测试。

当前国内测试车型主要为轿车和SUV两大类型，在测试过程中，踏板高度和行程具有多样化的尺寸要求，此外，自动档位车辆的普及，要求速度控制机器人既能够满足使用离合器配合传统机械档杆的方式又能够满足自动挡车型无离合踏板的换挡方式。

公开号为CN102435442的中国专利公开了一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人。该发明采用电机-丝杠的形式调整踏板的工作行程，在一定程度上满足了踏板行程控制精度和上电自锁的问题，但该发明将电机轴和丝杠同轴布置，限制了踏板行程的可调整范围也无法实现安装后的支撑杆长度灵活调整。

公开号为CN106932205的中国专利公开了一种基于直线电机驱动的汽车驾驶机器人驾驶机械腿。该发明通过直线电机的轴向伸缩以改变踏板行程，通电自锁性和控制精度好。但该发明纵向布置于底盘上方，对驾驶位空间占用较大，踏板行程也受到直线电机行程限制。

公开号为CN102637058的中国专利公开自动驾驶机器人。该发明采用了电机-齿轮系统驱动踏板执行动作，具有良好的控制精度和自锁性能。但该发明采用了两套齿轮传动系统，通电状态下驾驶员无法踩动踏板进行紧急制动，存在一定的安全隐患，同时也限制了踏板的数量和横向间隙。

上述三项发明专利中，驾驶员无法坐在主驾驶位上并顺利的进行车辆的接管，测试过程中存在安全隐患；另外机械结构占用了较大的主驾驶位空间增加了机器人拆装的难度和时长。

公开号为CN108572576的中国专利公开了人机共驾及无人驾驶技术及测试用车载外接驾驶机器人。该发明将踏板控制机构布置于底盘上，直接控制车辆踏板的传动杆以完成速度控制，该发明对车型的适应型较差且对安装提出了很高的要求，不利于测试过程中多辆测试车间的拆卸安装。

公开号为CN103913314的中国专利公开了一种汽车自动驾驶机器人。该发明采用通电电动缸滑动支撑、断电弹簧复位的模式进行踏板控制，该发明简化了机械结构，但弹簧的使用寿命和迟滞性回复能力极大地限制了驾驶机器人精准度方面的性能。

发明内容

本发明的目的在于弥补目前已有技术的不足，提供一种能够更好的适应不同车型、不同踏板形式，具有更好的控制精度和自锁性能的车辆速度控制机器人，同时机器人占用更少的驾驶空间保证安全员的乘坐和便利接管以保障测试安全。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，包括框架固定模块和踏板执行模块；

其中，所述的框架固定模块套装固定在车辆座椅的外边缘上，所述的框架固定模块包括分别固定在车辆座椅左右侧壁上的侧杆，每条所述的侧杆包括一根收缩转接头，所述的收缩转接头的后端插入一根四壁上均开有等腰梯形凹槽的铝型材连接杆的前端空腔内且通过锁紧螺栓固连，在每根铝型材连接杆顶壁上的等腰梯形凹槽内均前后滑动安装有一个梯形螺母，在每个梯形螺母中间开有一个竖直螺纹孔，所述的竖直螺纹孔与一个沿竖直方向设置的转接螺栓的下端螺纹连接，每个所述的转接螺栓的上端插入沿水平方向设置的转接头的连接孔内并通过螺母将转接螺栓固定在转接头上，一根沿水平方向设置的螺纹加紧杆的左右两端分别通过双头螺柱与左右两侧的转接头螺纹连接,一根沿水平方向设置的固定光杆的左右两端分别设置在左右两个收缩转接头前端的下部并通过锁紧块以及螺栓夹紧固定在左右两个收缩转接头以及锁紧块之间，在固定光杆上分别安装有两个或者三个夹紧固定件并通过螺栓紧固在固定光杆上；

每一个踏板执行模块均包括上部与夹紧固定件固定相连的固定板，所述的固定板沿竖直方向设置，在所述的固定板上通过螺钉固定有一个防护罩，在所述的防护罩内设置有一个齿轮传动组件，所述的齿轮传动组件包括通过电机定位板固定在固定板一侧下部的一台驱动电机，所述的驱动电机的转动轴沿竖直方向设置且在所述的转动轴的末端固定有一个驱动齿轮，在所述的固定板的另一侧的上部和下部分别固定有丝杠上支撑座和丝杠下支撑座，一根沿竖直方向设置的丝杠的上端固定在丝杠上支撑座的轴承中并且下端穿过丝杠下支撑座中的轴承并与从动齿轮固定相连，所述的驱动齿轮与从动齿轮啮合配合，在每根丝杠上螺纹连接有丝杠滑块，一根驱动杆的下端与丝杠滑块上的前壁通过第一转动副转动连接并且上端与从动杆中间通过第二转动副转动相连；

所述的从动杆的前端与第一螺杆接头的后端通过第三旋转副转动连接，所述的从动杆的后端与丝杠上支撑座的前壁通过第四转动副转动连接，所述的第一螺杆接头的前端与方型螺杆后端螺纹连接，所述的方型螺杆前端与第二螺杆接头后端螺纹连接，所述的丝杠、驱动杆、从动杆以及方型螺杆均位于同一竖直平面内，踏板夹紧器包括上夹紧板，在所述的第二螺杆接头前端通过第五旋转副与上夹紧板中间转动连接，所述的第一转动副、第二转动副、第三旋转副、第四转动副和第五旋转副的旋转轴线彼此平行且沿水平方向设置；

车辆的每一个踏板一一对应的夹紧设置每一个踏板执行模块的上夹紧板和下夹紧板之间，所述的上夹紧板和下夹紧板之间通过螺栓固联。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明采用模块化结构，可根据车辆踏板横向间距灵活调整相邻两踏板执行模块间的距离，又可根据车辆机械档/自动挡的不同决定拆装最外侧的踏板执行模块。踏板执行模块支持车外装配完成后再安装到车辆上，末端的方形螺杆也保证车内安装完成后进行最终的距离调整，降低了安装难度，提高了安装过程中调整的灵活性。

本发明的踏板执行模块采用电机-齿轮啮合-丝杠传动的驱动形式，丝杠传动的形式保证了踏板执行模块通电时整个机构的自锁能力，避免由于道路颠簸或车辆自身冲击振动带来的踏板位置变化。本发明将驱动电机的中轴线和丝杠的中轴线平行布置，增大了丝杠的可用行程，针对轿车、SUV等测试车型切换时主驾驶位距离不同的问题，具有更好的适应性和调整灵活性。

本发明的框架固定模块通过夹紧主驾驶位座椅外侧实现初步的固定，螺纹加紧杆两端可沿着铝型材连接杆等腰梯形凹槽前后移动以适应座椅的长度，螺纹加紧杆的左旋右旋调整纵向距离又可保证框架固定模块适应座椅的宽度。同时，框架固定模块固定位置为座椅的四周边缘，提高了驾驶员的驾驶舒适性。

附图说明

图1为本发明一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人结构图；

图2为图1所示的机器人的框架固定模块结构示意图；

图3为图2所示的机器人的框架固定模块沿箭头方向的结构示意图；

图4为图1所示的机器人的踏板执行模块立体图；

图5为图3所示的机器人拆卸防护罩后的踏板执行模块立体图；

图6为图5所示的踏板执行模块的踏板夹紧器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

本发明主要用于车辆道路耐久测试和C-NCAP测试实验过程中在人机共驾的前提下完成车辆纵向的速度主动控制，通过调整离合、减速、加速对应的三个踏板执行模块间的横向距离，保证驾驶员的驾驶操作空间和驾驶舒适性，另外本发明可针对自动挡车型无离合踏板的特点，直接便利拆卸对应离合踏板的踏板执行机构。

如附图所示的本发明的一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，包括框架固定模块和踏板执行模块。

其中，所述的框架固定模块套装固定在车辆座椅的外边缘上，所述的框架固定模块包括分别固定在车辆座椅左右侧壁上的侧杆，每条所述的侧杆包括一根收缩转接头2，所述的收缩转接头的后端插入一根四壁上均开有等腰梯形凹槽的铝型材连接杆4的前端空腔内且通过锁紧螺栓5固连，在每根铝型材连接杆4顶壁上的等腰梯形凹槽内均前后滑动安装有一个梯形螺母6，在每个梯形螺母6中间开有一个竖直螺纹孔，所述的竖直螺纹孔与一个沿竖直方向设置的转接螺栓7的下端螺纹连接，每个所述的转接螺栓7的上端插入沿水平方向设置的转接头8的连接孔内并通过螺母将转接螺栓7固定在转接头8上。一根沿水平方向设置的螺纹加紧杆10的左右两端分别通过双头螺柱9与左右两侧的转接头8螺纹连接,优选的所述的双头螺柱9装有两个螺母且分别与转接头8和螺纹加紧杆10的端面贴紧以进一步加固连接。一根沿水平方向设置的固定光杆1的左右两端分别设置在左右两个收缩转接头2前端的下部并通过锁紧块3以及螺栓夹紧固定在左右两个收缩转接头2以及锁紧块3之间。

在固定光杆1上分别安装有两个或者三个夹紧固定件11并通过螺栓紧固在固定光杆1上，通过放松夹紧固定件11的螺栓，夹紧固定件11可沿着固定光杆1横向灵活移动，每个所述的夹紧固定件11均与一个踏板执行模块相连。

每一个踏板执行模块均包括上部与夹紧固定件11固定相连的固定板12，所述的固定板12沿竖直方向设置，在所述的固定板12上通过螺钉固定有一个防护罩13，以避免所述的踏板执行模块内部结构与外界的接触,实现对内部传动控制机构的防尘、防锈等保护。在所述的防护罩13内设置有一个齿轮传动组件，所述的齿轮传动组件包括通过电机定位板14固定在固定板12一侧下部的一台驱动电机15，所述的驱动电机15的转动轴沿竖直方向设置且在所述的转动轴的末端固定有一个驱动齿轮16，在所述的固定板12的另一侧的上部和下部分别固定有丝杠上支撑座20和丝杠下支撑座19，一根沿竖直方向设置的丝杠18的上端固定在丝杠上支撑座20的轴承中并且下端穿过丝杠下支撑座19中的轴承并与从动齿轮17固定相连。所述的驱动齿轮16与从动齿轮17啮合配合。在每根丝杠18上螺纹连接有丝杠滑块21，一根驱动杆22的下端与丝杠滑块21上的前壁通过第一转动副转动连接并且上端与从动杆24中间通过第二转动副23转动相连。

所述的从动杆24的前端与第一螺杆接头25的后端通过第三旋转副转动连接，所述的从动杆24的后端与丝杠上支撑座20的前壁通过第四转动副转动连接，所述的第一螺杆接头25的前端与方型螺杆26后端螺纹连接，所述的方型螺杆26前端与第二螺杆接头27后端螺纹连接。所述的丝杠18、驱动杆22、从动杆24以及方型螺杆26均位于同一竖直平面内。踏板夹紧器包括上夹紧板29，在所述的第二螺杆接头27前端通过第五旋转副28与上夹紧板29中间转动连接。所述的第一转动副、第二转动副23、第三旋转副、第四转动副和第五旋转副的旋转轴线彼此平行且沿水平方向设置。

作为本发明的一种优选的实施方式，所述的第一转动副、第二转动副23、第三旋转副、第四转动副和第五旋转副均包括连接座，所述的连接座包括左右平行间隔设置的两个侧板，在两侧侧板之间设置有一个旋转套筒，一个旋转螺栓的一端依次穿过一侧侧板上的连接孔、旋转套筒以及另一侧侧板上的连接孔并且与旋转螺母螺纹固联，所述的旋转螺栓与旋转套筒转动连接。一个连接臂的一端与旋转套筒固定相连。其中第一转动副的连接座固定在丝杠滑块的前壁上且连接臂的另一端与驱动杆的下端固定相连；第二转动副(23)的连接座固定在丝杠上支撑座(20)的顶端，所述的丝杠上支撑座前壁上加工有与丝杠滑块相同的转动副安装机构。第三转动副的连接座固定在第一螺杆接头25的后端，从动杆24的前端与连接臂的另一端固定相连；第四转动副的连接座固定在丝杠上支撑座20的前壁上并且从动杆24的后端与连接臂的另一端固定相连；第五转动副的连接座固定在第二螺杆接头27前端，并且连接臂的另一端与上夹紧板29通过螺栓固定相连。

车辆的每一个踏板一一对应的夹紧设置每一个踏板执行模块的上夹紧板29和下夹紧板30之间，所述的上夹紧板29和下夹紧板30之间通过螺栓固联。

优选的，在所述的上夹紧板29上开有多个螺栓孔，所述的第五转动副的连接臂的另一端在设定位置与上夹紧板29的螺栓孔通过螺栓固定相连。可实现踏板夹紧器水平方向的移动以更好的适应不同车型的踏板位置，保证踏板夹紧器恰好垂直夹紧踏板。

本装置的操作方法如下：

根据座椅尺寸前后移动左右两侧铝型材连接杆上端面内的梯形螺母以适应座椅的长度，通过旋转螺纹加紧杆调整左右两侧双头螺柱漏出的长度以适应座椅的宽度，最后通过转接螺栓和双头螺柱上的螺母进行锁紧，保证框架固定模块紧固在主驾驶位座椅外侧边缘。

根据车辆有无离合踏板确定安装两个或三个夹紧固定件和踏板执行模块，踏板执行模块上端和夹紧固定件下端完成螺栓紧固。其次，沿着固定光杆移动夹紧固定件，保证踏板夹紧器依次完成对加速、减速(离合)踏板的固定，通过调整踏板转向接头28在上夹紧板29上的固定位置，可针对车辆踏板位置在水平方向上对踏板夹紧器进行微调，最后，旋转方形螺杆26调整驱动杆22与踏板夹紧器之间的距离和角度以保证每个踏板执行模块的正常工作。

Claims (4)

1.一种模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，其特征在于：包括框架固定模块和踏板执行模块；

其中，所述的框架固定模块套装固定在车辆座椅的外边缘上，所述的框架固定模块包括分别固定在车辆座椅左右侧壁上的侧杆，每条所述的侧杆包括一根收缩转接头(2)，所述的收缩转接头的后端插入一根四壁上均开有等腰梯形凹槽的铝型材连接杆(4)的前端空腔内且通过锁紧螺栓(5)固连，在每根铝型材连接杆(4)顶壁上的等腰梯形凹槽内均前后滑动安装有一个梯形螺母(6)，在每个梯形螺母(6)中间开有一个竖直螺纹孔，所述的竖直螺纹孔与一个沿竖直方向设置的转接螺栓(7)的下端螺纹连接，每个所述的转接螺栓(7)的上端插入沿水平方向设置的转接头(8)的连接孔内并通过螺母将转接螺栓(7)固定在转接头(8)上，一根沿水平方向设置的螺纹加紧杆(10)的左右两端分别通过双头螺柱(9)与左右两侧的转接头(8)螺纹连接,一根沿水平方向设置的固定光杆(1)的左右两端分别设置在左右两个收缩转接头(2)前端的下部并通过锁紧块(3)以及螺栓夹紧固定在左右两个收缩转接头(2)以及锁紧块(3)之间，在固定光杆(1)上分别安装有两个或者三个夹紧固定件(11)并通过螺栓紧固在固定光杆(1)上；

每一个踏板执行模块均包括上部与夹紧固定件(11)固定相连的固定板(12)，所述的固定板(12)沿竖直方向设置，在所述的固定板(12)上通过螺钉固定有一个防护罩(13)，在所述的防护罩(13)内设置有一个齿轮传动组件，所述的齿轮传动组件包括通过电机定位板(14)固定在固定板(12)一侧下部的一台驱动电机(15)，所述的驱动电机(15)的转动轴沿竖直方向设置且在所述的转动轴的末端固定有一个驱动齿轮(16)，在所述的固定板(12)的另一侧的上部和下部分别固定有丝杠上支撑座(20)和丝杠下支撑座(19)，一根沿竖直方向设置的丝杠(18)的上端固定在丝杠上支撑座(20)的轴承中并且下端穿过丝杠下支撑座(19)中的轴承并与从动齿轮(17)固定相连，所述的驱动齿轮(16)与从动齿轮(17)啮合配合，在每根丝杠(18)上螺纹连接有丝杠滑块(21)，一根驱动杆(22)的下端与丝杠滑块(21)上的前壁通过第一转动副转动连接并且上端与从动杆(24)中间通过第二转动副(23)转动相连；

所述的从动杆(24)的前端与第一螺杆接头(25)的后端通过第三旋转副转动连接，所述的从动杆(24)的后端与丝杠上支撑座(20)的前壁通过第四转动副转动连接，所述的第一螺杆接头(25)的前端与方型螺杆(26)后端螺纹连接，所述的方型螺杆(26)前端与第二螺杆接头(27)后端螺纹连接，所述的丝杠(18)、驱动杆(22)、从动杆(24)以及方型螺杆(26)均位于同一竖直平面内，踏板夹紧器包括上夹紧板(29)，在所述的第二螺杆接头(27)前端通过第五旋转副(28)与上夹紧板(29)中间转动连接，所述的第一转动副、第二转动副(23)、第三旋转副、第四转动副和第五旋转副的旋转轴线彼此平行且沿水平方向设置；

车辆的每一个踏板一一对应的夹紧设置每一个踏板执行模块的上夹紧板(29)和下夹紧板(30)之间，所述的上夹紧板(29)和下夹紧板(30)之间通过螺栓固联。

2.根据权利要求1所述的模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，其特征在于：所述的第一转动副、第二转动副(23)、第三旋转副、第四转动副和第五旋转副均包括连接座，所述的连接座包括左右平行间隔设置的两个侧板，在两侧侧板之间设置有一个旋转套筒，一个旋转螺栓的一端依次穿过一侧侧板上的连接孔、旋转套筒以及另一侧侧板上的连接孔并且与旋转螺母螺纹固联，所述的旋转螺栓与旋转套筒转动连接，一个连接臂的一端与旋转套筒固定相连，其中第一转动副的连接座固定在丝杠滑块的前壁上且连接臂的另一端与驱动杆的下端固定相连；第二转动副(23)的连接座固定在丝杠上支撑座(20)的顶端，所述的丝杠上支撑座前壁上加工有与丝杠滑块相同的转动副安装机构；

第三转动副的连接座固定在第一螺杆接头(25)的后端，从动杆(24)的前端与连接臂的另一端固定相连；第四转动副的连接座固定在丝杠上支撑座(20)的前壁上并且从动杆(24)的后端与连接臂的另一端固定相连；第五转动副的连接座固定在第二螺杆接头(27)前端，并且连接臂的另一端与上夹紧板(29)通过螺栓固定相连。

3.根据权利要求2所述的模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，其特征在于：在所述的上夹紧板(29)上开有多个螺栓孔，所述的第五转动副的连接臂的另一端在设定位置与上夹紧板(29)的螺栓孔通过螺栓固定相连。

4.根据权利要求1-3之一所述的模块化的车辆自动驾驶速度控制机器人，其特征在于：所述的双头螺柱(9)装有两个螺母且分别与转接头(8)和螺纹加紧杆(10)的端面贴紧以进一步加固连接。

Images