機器人在車輛制動試驗中的應(yīng)用

呂吉徹，王寶軍，卞 防

（中國第一汽車集團有限公司研發(fā)總院，吉林 長春 130011）

現(xiàn)在汽車已經(jīng)成為人們生活中的重要交通工具，隨著汽車數(shù)量的不斷增加［1］，人們對汽車智能化的要求也不斷提高。隨著自動試驗技術(shù)的不斷發(fā)展，全球主要汽車公司積極布局相關(guān)領(lǐng)域，通過項目資助、聯(lián)合研發(fā)、推廣示范等多種手段推動自動試驗技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［2］。在以往的汽車試驗中，試驗員需做各種重復(fù)多次的試驗操作，試驗員易疲勞，工作環(huán)境又較為惡劣。采用機器人進行各種試驗不僅可以降低試驗員的勞動強度，減少試驗成本，提高試驗效率，而且能消除人為因素的影響，保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性［3-4］。利用試驗機器人替代人類試驗員進行汽車試驗已成為汽車研發(fā)的趨勢。

本文通過對試驗車輛不加裝制動試驗機器人和加裝制動試驗機器人分別進行制動踏板力測試。通過試驗數(shù)據(jù)處理，分別得出兩種工況下的制動力-時間曲線圖，通過比較，可以看出使用制動試驗機器人后的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和重復(fù)性都有很大提高，接近理論值。

1 試驗設(shè)備及氣象

1.1 設(shè)備原理

汽車制動試驗機器人需要真實復(fù)原試驗員的試驗操作。它是集機械設(shè)計、控制算法、硬件電路、軟件開發(fā)為一體的系統(tǒng)，如圖1所示。

制動機器人的機械構(gòu)造包括可以和各種尺寸座椅配合的安裝支架，其工作電機可提供最大1 400 N的制動力，最大300 mm／s的制動速度，最大130 mm的踏板行程。取用車載12～20 V電源，經(jīng)DC-DC輸出70 V供數(shù)據(jù)采集器用，如圖2所示。

控制系統(tǒng)是自動駕駛機器人的核心，它在人為控制指令下根據(jù)車輛狀態(tài)和環(huán)境感知信息，通過決策將控制指令發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)車輛的速度控制和制動踏板控制［5-6］。除此之外，它們也可以用于其他的測試應(yīng)用，如耐久性及高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS）的開發(fā)［7］，原理如圖3所示。

圖1 制動機器人安裝支架和電機

圖2 DC-DC

圖3 制動試驗機器人連接

1.2 氣象條件

試驗應(yīng)在大氣溫度為0～40℃時進行，不應(yīng)有霧、雨或雹，風(fēng)速不大于3 m／s。大氣壓力不低于91 kPa，相對濕度不大于95%。

實際氣象條件：溫度21℃，濕度53.6%，風(fēng)速0.6 m／s，氣壓100.3 kPa。

2 試驗結(jié)果計算分析

本公司某車型的試驗總質(zhì)量為1 484 kg，4×2前輪驅(qū)動，輪胎型號為205／55 R16 91 V。按照GB／T 12534-1990《汽車道路試驗方法通則》［8］和GB 12676-1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》［9］規(guī)定，在一汽農(nóng)安汽車試驗場直線性能路進行數(shù)據(jù)采樣。

向制動踏板施加一個400N的階躍力，使車輛從120 km／h減速到0。在開始階躍之后的制動期間，力需要控制在300~500 N，理論制動力-時間曲線圖如圖4所示。

圖4 理論制動力-時間曲線圖

當(dāng)試驗員以400 N的制動力進行制動時，劇烈的制動減速度 （減速度高達1 g）使試驗駕駛員很難將制動踏板力控制在300~500 N。在連續(xù)26次測試中，試驗員只有4次取得了成功，其它的22次測試制動踏板力都在測試極限之外，如圖5所示。

圖5 試驗員控制的制動力-時間曲線圖

將制動踏板機器人安裝在試驗車輛上。由機器人控制制動踏板輸入進行了5次試驗，如圖6所示。所有的5次試驗均成功了。施加的力在需要的階段內(nèi)不僅維持在300~500 N，它僅偏離理想的400 N的力最多30 N。它能使試驗允許定義的誤差帶更窄，從而提高試驗結(jié)果的準(zhǔn)確度和重復(fù)性。

圖6 機器人控制的制動力-時間曲線圖

可以看出，使用制動機器人進行制動試驗的優(yōu)點非常明顯。消除人為因素的影響提高了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，不需要試驗員踩踏板降低了試驗員的勞動強度，縮短試驗時間減少了試驗成本，提高了試驗效率。同理，結(jié)合GPS進行車速-制動力試驗，車速-制動減速度試驗，車速-制動行程試驗，結(jié)合GPS和CANoe進行車速-油門踏板開度動力性試驗都可以達到一樣的效果。

3 結(jié)論

用機器人做出的試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和重復(fù)性都有了很大提高，精度達到研發(fā)要求。本文為提高汽車試驗自動化水平、縮短試驗時間、降低試驗成本、提高試驗精度提供了一種切實有效的方法。也為以后遠程控制下的無人試驗提供了重要的依據(jù)和參考。隨著導(dǎo)航技術(shù)和通信技術(shù)不斷發(fā)展，駕駛機器人將會在汽車試驗行業(yè)及自動駕駛行業(yè)有很好的前景，對推動車輛智能化的發(fā)展特別是自動駕駛應(yīng)用具有重要意義。

（編輯 楊 景）