CN1326730C

CN1326730C - 汽车自动调速用的油门及刹车执行器

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Publication number: CN1326730C
Application number: CNB2004100960093A
Authority: CN
Inventors: 李镇铭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: CN1623816A

Abstract

一种汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于它的结构包括：输入端与比例微分或比例积分微分控制器输出端相连的电机驱动电路、控制端与上述电机驱动电路输出端相连接的减速电动机、输入端与减速电机机输出轴连接的圆周变直线运动机构、与圆周变速直线运动机构的输出端相连接的钢丝拉索；所述钢丝拉索与调节油门或刹车的踏板或连杆实现连接。本发明具有如下优点和积极效果：能够提供实时自动调节油门和刹车用的自动执行器，以满足实时自动控制安全距离和安全速度，防止汽车在行驶中追尾碰撞事故的发生。

Description

汽车自动调速用的油门及刹车执行器

技术领域

本发明涉及汽车的油门(节汽门)及刹车(制动器)执行器，特别是涉及汽车闭环调速实时控制安全距离和安全速度的汽车自动调速用的油门及刹车执行器。

背景技术

至今为止在中国乃至全世界都根本没有闭环控制汽车实时保持安全距离和安全速度，确保不追尾撞车的汽车自动调速用的油门及刹车执行器。

至今汽车各种防撞技术有：1、在发生碰撞后采取各种减轻碰撞后果的措施，如气囊、保险杠等；2、防撞报警类，如：专利号为97105850的中国专利公开的汽车防撞雷达，专利号为90211840的中国专利公开的红外激光防撞装置等；3、倒车防撞报警，如：专利号为98233344的中国专利公开的倒车防撞报警器、专利号为95202028的中国专利公开的汽车倒车防撞雷达等；4、防撞报警自动刹车类，如：专利号为92112911的中国专利公开的防撞紧急制动装置、专利号为92229804的中国专利公开的汽车防撞报警刹车器、专利号为92200823的中国专利公开的汽车安全行驶防撞模糊控制器等；5、“汽车自动防撞器”类，如专利号为9324607.3；02158775.2；02294607.1-泰远公司的汽车自动防撞器。6、网上查寻：德国s型新型防撞汽车(“长眼睛的汽车”)；丰田、日产在新车上配备距离传感器；毫米波汽车防撞雷达系统等主动汽车防碰撞技术；7、“汽车防撞全自动驾驶仪”是专利号为02235051.9，02121002.0的中国公开专利。

上述除7、以外的现有各种防撞技术都是开环防撞，其中1、2、3、对油门及刹车都根本不控制；其中4、5、6也只能对油门及刹车给出二位(开与关)的继电器控制，他们对油门及刹车既不需要，也根本不能给出P(比例)或PD(比例微分)或PID(比例积分微分)控制作用。

在《智能汽车》(交通类学科学术著作)，人民交通出版社2002年11月出版，王武宏等编译。该书6.2“碰撞避免系统”中的“图6.16防碰撞系统简图”也是开环防撞系统，图中列出了“节气门的调整和“制动器的调整”，由于开环系统，所以对节气门及刹车执行器都不能要求PD或PID控制，开关控制已足够。

汽车中的巡航控制系统是控制性能要求较差的以恒速为给定的PI(比例积分)闭环控制系统，该系统允许有超调量，但安全距离为给定的闭环控制系统绝对不许有超调量，即绝不允许汽车车身产生纵向前后振荡，否则会严重损害汽车，因汽车不挂倒车档无后退功能，所以执行器必须执行快响应、无振荡、无超调的PD或PID控制。巡航控制系统用来执行控制的仅是油门执行器，根本没有刹车执行器，与刹车执行器相比，所需输出的力远比刹车执行器的输出力要小；巡航是执行比例积分PI动作，比执行PD动作要慢很多，由于是巡航而不是防撞，所以不要求越快越好，而防撞则完全不同，争取提前动作一秒或半秒时间，撞车即可避免或损失大大减少，所以刹车执行器更为重要，必须实现PD或PID有预见性的超前控制。

在《汽车系统集成与摸块化技术》(庄继德、庄蔚敏著，机械工业出版社2003年2月出版)中第71-72页中写着：“因为电-机制动系统需要很强的电力，故现今车上的12V系统已经不够用，电-机制动系统的设计应基于42V的工作电压之上。”本发明实验实践证明无论是电--机制动，还是节气门控制，只需12V电压，最大电流2.8A，即可给出大于11kg×9.81m/s²＝107.9N的力作用于油门或刹车踏板或其连杆上，足以代替司机踏给踏板的力，用于汽车自动调节安全速度。本发明打破了专家的断言，如果需要更大的力，只需加大电流，或设计得当不需加大电流，也都能获得更大力的输出，本发明中试验实践证明：目前车载12v、24v电源电压已足够，42V的工作电压不应提倡，因为众所周知安全电压是交流36v，直流36v要比交流36v严重很多，直流42v远远超过安全电压，此外直流42v给电子电路元器件正常工作电压和耐压都够成了严重危害，为此必须对处理电子电路低电压元器件正常工作电压和耐压而花费更大的成本、增加麻烦和浪费大量车载电能和油耗。

本发明是专利号为02235051.9，02121002.0的“汽车防撞全自动驾驶仪”中国公开专利的再发明专利，在专利02235051.9，02121002.0中提出：汽车闭环防撞，要杜绝汽车撞车就必须实时保持安全速度和安全距离，要想实时保持安全速度和安全距离，就必须对汽车油门(节气门)和刹车(制动器)进行实时快响应、无振荡、无超调、强鲁棒、动及静态误差均趋于零的PD(比例微分)或PID(比例积分微分)控制，具体用什么样的执行器来实现对油门及刹车进行实时PD或PID控制？乃是本发明专利的核心技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车自动调速用的油门及刹车执行器。

一种汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于它包括：减速电机、圆周变直线运动机构、钢丝拉索、继电器、电压及功率放大器、受力或位置传感器；输入端与比例微分或比例积分、微分控制器输出端相连的电机驱动电路即电压及功率放大器，其输出控制一端与减速电机电枢一端相连，另一端与电枢另一端共同接地，减速电机输出轴连接圆周变直线运动机构，与圆周变速直线运动机构的齿条滑块输出端相连接的钢丝拉索、串接在电机驱动电路输入端中并且敏感于极限力控制信号实现通断动作的继电器和串接在钢丝拉索上的受力或位置传感器；所述受力或位置传感器通过电压、功率放大器与电机连接，并输出力或位置控制信号；所述钢丝拉索与调节油门、刹车的踏板或其连杆实现连接。

所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于所述的圆周变直线动动机构采用齿轮、齿条滑块传动机构，齿轮装在减速电动机的输出轴上，并且在机箱内转动，机箱内装有两条导轨，齿条滑块穿装在两条导轨上，齿轮和齿条滑块的齿相互啮合。

所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于所述电机驱动电路包括闭环系统控制信号的输入端、力或位置和复位控制的信号输入端、与上述三个输入端依次连接的数控增益放大器、倒相与相敏放大器、功率放大器和减速电机控制端相连。

本发明有如下优点和积极效果：

能够提供用于实时自动调节油门刹车的执行器，以满足实时保持安全距离和安全速度，防止汽车在行驶中的追尾了碰撞的事故事发生；无论是电机制动，还是节气门控制，只需12V电压，最大电流2.8A，即可给出大于11kg的力作用于油门或刹车踏板或其连杆上，足以代替司机踏给踏板的力，用于汽车自动调节安全速度和安全距离，如果需要更大的力，只需加大电流，或设计得当不需加大电流，也都能获得更大力的输出，克服了专家们所作出的“因为电-机制动系统需要很强的电力，故现今车上的12V系统已经不够用，电-机制动系统的设计应基于42V的工作电压之上。的高耐压和高成本问题。

附图说明

图1、本发明的原理方块图；

图2、本发明控制和驱动电动机的放大器原理图；

图3、本发明圆周变直线运动与力传递测量机构的结构示意图；

具体实施方式

本发明汽车自动调速用的油门及刹车执行器的具体实施实例：

所述的设计方案中包括：①减速电动机、②圆周变直线运动机构、③受力(或位置)传感器及放大、显示与控制器；④钢丝拉索；⑤电压放大与功率放大器；⑥继电器常开、常闭接点；⑦加装电磁离合器。

①、减速电动机采用额定电压12v，转速分别为：3200r/min；2000r/min，减速比分别为1∶20；1∶21的永磁直流电机和减速箱。

②、圆周变直线运动机构采用齿轮齿条滑块传动机构。齿轮装在电动机减速箱的输出轴上，在机箱内转动，机箱内有两条导轨，齿条滑块穿装在两条导轨上，齿轮和齿条滑块的齿相啮合，当齿轮正反转动时，齿条滑块沿导轨往复直线滑动。

③受力(或位置)传感器采用电阻应变传感器，由电阻为120Ω或300Ω的电阻应变片用502胶分别粘贴在弹性应变金属厚片的两面而构成，将金属厚片一端固定在齿条滑块上，另一端与钢丝拉索连接；再将120Ω或300Ω的电阻应变片接成挢路，采用±5v或±10v供电，输出接放大器放大送显示器显示，同时送比较器控制执行器输出力或位置。

④、钢丝拉索用轿车手刹拉线，一端与弹性应变金属厚片连接，另一端与踏板或其连杆相连。

⑤、图2是控制驱动执行电机M的电路图，ui1是闭环系统误差的PD或PID的输出，为本输入，ui2是最大力或极限位置和复位控制的输入。输入信号经数控增益放大器S放大后送经Q₁Q₂Q₃倒相与相敏放大，再送Q₄Q₅、Q₆Q₇两组复合三极管进行相敏功率放大后输出至减速电动机M：a、ui1＞0时电机正转；b、ui1＜0时电机反转。电动机正反转动由齿轮和齿条滑块及导轨变成往复直线运动，经弹性金属片与贴在其上的电阻应变片将运动和所产生的平衡力传递给钢丝拉索，电阻应变片将力变成电信号，钢丝拉索将运动和所产生的平衡力传递给踏板或其连杆，则实现自动调节节气门及刹车功能。

为增加快速响应性能：电动机M尽可能采用高转速和小减速比电机，数控增益放大器S尽可能采用最高增益。

⑥、继电器常开、常闭接点装在图2驱动电机电路图的输入端控制u_i1和u_i2输入。u_i2是逻辑控制输入：a、纲丝拉索拉力f≥f_m最大拉力时，常开接点闭合，u_i2＝-12、-10v，控制电动机反转，自动控制f减小；b、当司机踏节气门或刹车任一踏板并打转向灯时常开节点闭合，常闭接点断开，此时应f＝0，如f≠0则控制s1常闭接点断开，放大器输入u_i1＝0，常开接点闭合，u_i2＝-12 v加入放大器的输入，驱动电机快速反复位至f＝0，由自动控制切换为司机控制。

⑦、加装离合器，则控制离合器分离，自动复位至f＝0，优点是比电动机反转复位更快捷。

图3是圆周变直线运动和力传递与检测机构的结构示意图，其中1、齿轮，2、齿条滑块，3、导轨，4、弹簧，5、弹性金属片与贴在其上的电阻应变片，6、应变片引线，7、钢丝拉索，8、外壳。

Claims

1、一种汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于它包括：减速电机、圆周变直线运动机构、钢丝拉索、继电器、电压及功率放大器、受力或位置传感器；输入端与比例微分或比例积分、微分控制器输出端相连的电机驱动电路即电压及功率放大器，其输出控制一端与减速电机电枢一端相连，另一端与电枢另一端共同接地，减速电机输出轴连接圆周变直线运动机构，与圆周变速直线运动机构中的齿条滑块输出端连接钢丝拉索、串接电机驱动电路输入端中并且敏感于极限力控制信号实现通断动作的继电器和串接在钢丝拉索上的受力或位置传感器；所述受力或位置传感器通过电压、功率放大器与电机连接，并输出力或位置控制信号；所述钢丝拉索与调节油门、刹车的踏板或其连杆实现连接。

2、根据权利要求1所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于所述的圆周变直线动动机构采用齿轮、齿条滑块传动机构，齿轮装在减速电动机的输出轴上，并且在机箱内转动，机箱内装有两条导轨，齿条滑块穿装在两条导轨上，齿轮和齿条滑块的齿相互啮合。

3、根据权利要求1所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于所述电机驱动电路包括闭环系统控制信号的输入端、力或位置和复位控制的信号输入端、与上述三个输入端依次连接的数控增益放大器、倒相与相敏放大器、功率放大器和减速电机控制端相连。