CN2803839Y - 汽车自动调速用的油门及刹车执行器 - Google Patents

Abstract

一种汽车自动调速的油门及刹车执行器，其特征在于它的结构包括：输入端与比例微或比例积分微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。本实用新型具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相互碰撞的事故事发生。

Description

汽车自动调速用的油门及刹车执行器

技术领域

本实用新型涉及汽车的油门(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雷达等；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93246207.3；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《智能车辆》(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的纵向前后振荡，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《汽车系统集成与模块化技术》(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。”

发明内容

本实用新型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，以解决为汽车的闭环防撞系统，提供性能可靠的电控油门及刹车的执行器。

本实用新型所述汽车自动调速的油门及刹车执行器的结构包括：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、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的输出端通过电压、功率放大器与显示器连接，并且输出极限力控制信号；所述钢丝拉索与调节油门、刹车的踏板或连杆实现连接。

如上所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，所述圆周变直线动动机构采用齿轮齿条滑块传动机构，齿轮装在电动机减速箱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轨上，齿轮和齿条滑块的齿相互啮合。

如上所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，在所述圆周变直线运动机构的圆周运动或直线运动机构上设有电磁离合器或限位开关组成的位置传感器。

如上所述的汽车自动调用的油门及刹车执行器，所述电机驱动电路包括闭环系统控制信号的输入端、最大力或极限位置和复位控制的信号输入端、与上述两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输出控制端。

所述圆周变直线运动机构包括：低压电动机、液压或汽压泵、液或汽体恒压缸、贮液槽、液或汽体管路、继电器、加压与减压电磁阀和液压或汽压执行机构；所述液压或汽压泵与车载电源接通，它接在恒压缸的供液回路中，加压与减压电磁阀的控制线圈通过放大器接安全距离给定值与实测距离之差或希望给定值与实测车速的PI或PID输出端，加压与减压电磁阀串接在液压或汽压执行机构的供液或供汽的回路中，所述液压或汽压执行机构的活塞杆伸出端与刹车或油门踏板，或踏板连杆连接，所述供液或供汽回路与贮液槽相连接。

本实用新型具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相互碰撞的事故发生；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11K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，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；克服了传统的直流42V供电的耐压和成本的问题。

附图说明

图1是本实用新型用于闭汽车闭环控制的电路原理框图。

图2是本实用新型所述的电机驱动电路的实施例电路原理图。

图3是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型被用汽车闭环控制系统中的电路原理框图见图1，其中油门执行器和刹车执行器的输入端受与其连接的PD(比例微分)或PID(比例积分微分)控制器的控制工作。在上述系统中油门、刹车执行器是汽车闭环的执行机构。本实用新型是专利号为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(节汽门)和刹车(制动器)进行实时快响应、无振荡、无超调、强棒、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和刹车进行实时PD或PID控制？即是本专利的核心技术。

所述油门、刹车执行器包括减速电动机、圆周变直线运动机构、钢丝检索等部件。其中减速电动机采用永磁直流电机或步进电机，电机驱动电路中的电压放大器的输入接安全距离给定值与实测距离之差或希望车速给定值与实测车速之差的PI或PID输入端，经电压放大后送动率放大器，功率放大器输出与电机的一端相连接，电机另一端接地；转动快慢与输入PI或PID成比例。

所述的圆周变直线运动机构将电机正向或反向转动变成往复直线运动，直线运动机构与受力(或位置)传感器连接钢丝拉索，钢丝拉索另一端与踏板或踏板连杆连接，将直成运动输出的平衡力作用于踏板或连杆，达到自动调节油门及刹车而实现汽车自动调速的目的。所述的受力(或位置)传感器把作用于刹车踏板或其连杆上的力转换为成比例的电信号，经放大器的放大后由显示器显示，并且输出极限力控制信号。

本实用新型的油门及刹车执行器具体结构示意图请参见图3。

其中1为齿轮、2为被齿轮带动的齿条滑块、3是活动安装齿条滑块的导轨、4是导轨下端套置的弹簧、8是外壳。钢丝拉索固定在齿条滑块上。

所述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的永磁直流电机各减速箱。

受力(或位置)传感器还可采用电阻应变传感器。它由电阻为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，另一端与钢丝检索连接；再将120Ω或300Ω的电阻应变片接成桥路，±10V或±5V电压供电，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最大力或极限位置信号。

所述钢丝拉索用轿车手刹制成，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。

图2是控制与驱动电机M的电路图，ui1是闭环系统误差的PD或PID的输出，为本电路输入，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。

继电器常开、常闭接点装在图2驱动电动机电路图的输入端控制ui1和ui2输入。ui2是逻辑控制输入：a、钢丝拉索拉力f≥fm最大拉力时，常开接点闭合，ui2＝-10、-12v，控制电动机反转，自动控制f减小；b、当司机踏节汽门或刹车任一踏板并打转向灯时常开接点闭合，常开接点断开，此时应f＝0，如f≠0则控制s1常闭接点断开，放大器输入ui1＝0，常开接点闭合ui2＝-12v，加入放大器输入，驱动电动机快速反复位至f＝0，由自动控制切换为司机控制。

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。

所述的圆周变直线运动机构还可以是另一种设计方案，它包括低压电机采用12V或24V永磁直流电机，电机由车载电源供电驱动液压或汽压泵

向恒压缸充压，所述的恒压缸控制电机驱动泵自动恒压，加压电磁阀与减压电磁阀的控制线圈接放大器的输入，采用继电器的接点(或模拟开关)的接通与断开分时控制来自安全距离给定值与实测距离之差或希望车速给定值与实测车速之差的PD或PID输入，输入＞0，比较器控制继电器常开接点闭合(或模拟开关1闭合，倒向器控制模拟开关2断开)，输出接入加压电磁阀、断开减压电磁阀控制线圈，加压电磁阀控制线圈接入放大的PI或PID输入，电磁阀按PI或PID控制恒压缸中的液或汽体通过管路流入执行机构，至使执行机构的活塞杆伸出作用于踏板或踏板连杆，即实现增大油门或加大刹车力度的自动控制作用；输入＜0，比较器控制继电器常闭接点闭合(或模拟开关1断开，倒向器控制模拟开关2闭合)，输出接入减压电磁阀控制线圈，断开加压电磁阀控制线圈，减压电磁阀在PI或PID输入的控制下把执行机构和加压管路中的液体按PI或PID控制规律排放至贮液槽，或对管路中的汽体按PI或PID控制规律放空，执行机构的活塞杆在踏板弹簧力作用下收缩而作用于踏板或连杆，即实现减小油门或刹车力度的自动控制。

Claims (5)

1、一种汽车自动调速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、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的输出端通过电压、功率放大器与显示器连接，并且输出极限力控制信号；所述钢丝拉索与调节油门、刹车的踏板或连杆实现连接。

2、如权利要求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，齿轮装在电动机减速箱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轨上，齿轮和齿条滑块的齿相互啮合。

2如权利要求1或2所述的汽车自动调速用的油门及刹车执行器，其特征在于：在所述圆周变直线运动机构的圆周运动或直线运动机构上设有电磁离合器或限位开关组成的位置传感器。

3、如权利要求1所述的汽车自动调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、最大力或极限位置和复位控制的信号输入端、与上述两个输入端依次连接的数控增放大器、倒相与相敏放大器、功率放大器和减速电机输出控制端。

4、如权利要求1所述的汽车自动调用的油门及刹车执行器，其特征在于圆周变直线运动机构包括：低压电动机、液压或汽压泵、液或汽体恒压缸、贮液槽、液或汽体管路、继电器、加压与减压电磁阀和液压或汽压执行机构；所述液压或汽压泵与车载电源接通，它接在恒压缸的供液回路中，加压与减压电磁阀的控制线圈通过放大器接安全距离给定值与实测距离之差或希望给定值与实测车速的PI或PID输出端，加压与减压电磁阀串接在液压或汽压执行机构的供液或供汽的回路中，所述液压或汽压执行机构的活塞杆伸出端与刹车或油门踏板，或踏板连杆连接，所述供液或供汽回路与贮液槽相连接。

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