简述一种新型汽车智能电动伸缩侧踏板系统的设计方案

来源:用户上传      作者:

　　【摘  要】电动踏板安装于高底盘车辆底部，可以打开车门时踏板伸出，在不使用时踏板缩回，不仅方便乘车人员和驾驶人员上下车辆的一种辅助踏板，也克服了固定式踏板的缺点。本文作者经过前期的市场调研与技术研究，通过改进自动伸缩踏板的运动机构和电机驱动及其控制方法，设计出一种工作可靠性更高、结构更合理、操作灵活的智能自动侧踏板，从而提升了踏板的使用性能和寿命。
　　【关键词】汽车;智能;电动;伸缩;踏板
　　一、引言
　　汽车舒适性已成为汽车设计中评价汽车性能的重要参数之一。在乘坐或驾驶城市越野、山地越野车辆、商务车、SUV、皮卡等底盘较高的车型时，驾驶员或乘员，特别是儿童或女性以及年龄较大的老人，在上下车时极为不便，汽车舒适性难以得到满足。汽车脚踏板装置可以解决这类舒适性问题，帮助乘车人员与驾驶员上下车时更为方便。
　　传统的固定式侧脚踏板存在一定的弊端，如对汽车整体流线型设计造成一定影响，破坏汽车整体协调性;缺乏人性化设计，对于底盘较高的车辆，固定式踏板距离地面较高，对于小孩、老人来说，仍旧难以踩踏，无法给小孩、老人辅助上下车辆带来便利;此外，固定式踏板需要安装在汽车侧边外部，安装后为了不超出汽车宽度，踏板宽度设计偏窄，这样就会造成固定式踏板脚踏空间有限，给乘客上下车辆踏脚踩踏位置不足。
　　另一解决方案是增设电动伸缩踏板，但传统的电动伸缩踏板大多由于结构设置不合理，使得踏板在伸缩过程中运行不流畅，存在卡顿问题，导致用户体验性较差。
　　二、技术现状
　　经过查询相关文献，现有技术中有公开一种汽车门踏板自动伸缩可控装置，脚踏板横向分两点与两个伸缩臂连接，伸缩臂与两个支加连接，支架有与汽车门下车底盘连接的接口，两个支架上分别设置有步进伺服电机，两个伺服电机由一个控制电路同步控制两个伸缩臂的展开与收缩，控制灵活[1]。
　　一种汽车自动伸缩脚踏板装置，通过连接杆连接的前端升降组件、后端升降组件以及驱动机构，前端升降组件和后端升降组件分别包括上支架、下支架、前摆臂和后摆臂。前后摆臂通过连接轴与上、下支架连接，在连接轴上安装有含油轴承。实现前、后升降组件稳定地同步伸出或回缩，减小踏板的扭曲变形，增加踏板的强度和承载[2]。
　　当前还有四驱踏板设计方案，即单侧双电机形式，在一定程度解决了单机电动脚踏板受力不平衡、踏板单边下垂、电机易损坏等缺陷。但是由于踏板两端驱动，如若控制方式不到位则会引起运动的不同步，出现卡滞现象;同时，支架结构存在缺陷，在踏板缩回后，有时连杆机构会自动下滑，故在电机减速器与连杆机构的主动杆连接位置装有归位弹簧，增加了踏板结构的复杂性。
　　三、拟定技术研究方法
　　围绕踏板的结构、材料、驱动电机与控制器等主要部件实现一体化设计，能够实现便捷安装和高可靠性，具备标准化机电接口，与传统的踏板在工作性能和结构上具有优越性。技术研究方法包括：
　　1、根据驱动踏板机电性能要求确定合适的机械结构形式，对其进行复合作用力下的静力学计算和有限元分析，验证伸缩踏板是否满足力学性能要求，确定安全系数值，在保证安全范围内的同时实现轻量化设计。通过运动学分析的振动分析确定该系统的稳定性是否满足设计要求。
　　2、伸缩机构包括固定座、主动摆臂、从动滑臂和连接座，伸缩驱动采用直流伺服电机，当驱动电机朝一个方向转动时，驱动电机驱动主动摆臂偏转，连接座也跟随主动摆臂偏转展开，从而将踏板伸出辅助踏脚。当驱动电机朝相反的方向转动时，驱动电机驱动主动摆臂反向偏转，连接座也跟随主动摆臂反向偏转缩回隐藏。电机具有自锁功能，满足同步控制、准确性、稳定性、可靠性和经济性的要求。
　　3、控制器接收开门信号和关门信号，即车体Can信号或车体Lin信号，根据开门和关门信号，控制器向驱动电路发出踏板伸出或收缩的指令，使得驱动电机按照动作要求旋转，从而带动伸缩机构准确伸展或收缩踏板。
　　4、进行机电模拟仿真和原型产品试制验证，通过模拟过程中遇到的问题和得出的相应数据对整机进行改进，开发原型产品，完善该踏板機械系统的各项性能。
　　四、具体研发的技术路线
　　1、主要根据踏板的结构、伸缩机构和驱动电机及其控制器等几部分进行技术攻关，能够按照装配车型的需求，满足对踏板动作和工作性能要求。
　　2、采用双臂连杆机构，利用连杆机构某点的运动唯一性，选取轨迹中符合设计要求运动段，旋转驱动机构与控制器电性连接，控制器接收车体Can（Controller Area Network，控制器局域网络）信号或车体Lin（Local Interconnect Network，本地互联网）信号。当控制器接收到开门信号时，给旋转驱动机构发送指令，旋转驱动机构往一个方向转动，驱动主动摆臂展开，依次将传动力传动至连接座、从动滑臂，从动滑臂被限制在固定底座上滑行，从而驱动连接座和踏步板伸出。当控制器接收到关门信号时，给旋转驱动机构发送指令，旋转驱动机构朝另一个方向反向转动，主动摆臂收回，依次将传动力传动至连接座、从动滑臂，从动滑臂被限制在固定底座上滑行，从而驱动连接座和踏步板缩回隐藏。
　　3、为了达到踏板自动伸缩和可靠工作要求，各部件之间要相互配合进行设计和整体协调性分析，优化支架结构和同步驱动控制方式。
　　五、技术先进性论述及评价
　　1、本技术方案中，采用一类具有对称翻边和双臂（主动摆臂、从动滑臂）伸缩机构作为电动踏板支座（支架），其特点在于安装架整体结构体积较小，伸缩缩动作灵活、方便，且该安装架可以采用简单、高效的工序来加工铰接装配孔，有利于提高生产效率，降低制造成本。
　　2、控制器接收的开门、关门信号均为车体Can（Controller Area Network，控制器局域网络）信号或车体Lin（Local Interconnect Network，本地互联网）的数字信号，响应快，传输稳定。控制器同步控制两个及两个以上伸缩机构来实现踏板的伸缩动作，减少长条形踏板传递的扭矩，避免踏板变形，并保证踏步板收起和展开位置的精确性。多驱动机构采用旋转角度偏差PID控制方法。
　　六、结语
　　综上所述，本文拟定了一种新型的电动踏板设计方案，将双臂联动机构应用于踏板伸缩机构中，并改进了驱动电机控制方式与信号接口，使踏板可靠性更高、结构合理、操作灵活，能够很好的解决现有技术中的一些问题并适应市场的需求，提高传统汽车侧踏板的附加值，带动汽车侧踏板设计、制造与应用的发展。
　　参考文献：
　　[1]李海涛.一种汽车门踏板自动伸缩可控装置：中国，CN201621273635.X[P].2017-6-9
　　[2]黄紫虹，吴建成.一种汽车自动伸缩脚踏板装置：中国，CN201720463134.6[P].2017-12-29.
　　（作者单位：广东东箭汽车科技股份有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14930711.htm