呂吉徹，王寶軍，卞 防

（中國第一汽車集團(tuán)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(dòng)試驗(yàn)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(xiàng)目資助、聯(lián)合研發(fā)、推廣示范等多種手段推動(dòng)自動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［2］。在以往的汽車試驗(yàn)中，試驗(yàn)員需做各種重復(fù)多次的試驗(yàn)操作，試驗(yàn)員易疲勞，工作環(huán)境又較為惡劣。采用機(jī)器人進(jìn)行各種試驗(yàn)不僅可以降低試驗(yàn)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少試驗(yàn)成本，提高試驗(yàn)效率，而且能消除人為因素的影響，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性［3-4］。利用試驗(yàn)機(jī)器人替代人類試驗(yàn)員進(jìn)行汽車試驗(yàn)已成為汽車研發(fā)的趨勢。

本文通過對試驗(yàn)車輛不加裝制動(dòng)試驗(yàn)機(jī)器人和加裝制動(dòng)試驗(yàn)機(jī)器人分別進(jìn)行制動(dòng)踏板力測試。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，分別得出兩種工況下的制動(dòng)力-時(shí)間曲線圖，通過比較，可以看出使用制動(dòng)試驗(yàn)機(jī)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(yàn)設(shè)備及氣象

1.1 設(shè)備原理

汽車制動(dòng)試驗(yàn)機(jī)器人需要真實(shí)復(fù)原試驗(yàn)員的試驗(yàn)操作。它是集機(jī)械設(shè)計(jì)、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(dòng)機(jī)器人的機(jī)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(jī)可提供最大1 400 N的制動(dòng)力，最大300 mm／s的制動(dòng)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(dòng)駕駛機(jī)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車輛的速度控制和制動(dòng)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(dòng)機(jī)器人安裝支架和電機(jī)

圖2 DC-DC

圖3 制動(dòng)試驗(yàn)機(jī)器人連接

1.2 氣象條件

試驗(yàn)應(yīng)在大氣溫度為0～40℃時(shí)進(jìn)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(shí)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(yàn)結(jié)果計(jì)算分析

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

向制動(dòng)踏板施加一個(gè)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(dòng)期間，力需要控制在300~500 N，理論制動(dòng)力-時(shí)間曲線圖如圖4所示。

圖4 理論制動(dòng)力-時(shí)間曲線圖

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

圖5 試驗(yàn)員控制的制動(dòng)力-時(shí)間曲線圖

將制動(dòng)踏板機(jī)器人安裝在試驗(yàn)車輛上。由機(jī)器人控制制動(dòng)踏板輸入進(jìn)行了5次試驗(yàn)，如圖6所示。所有的5次試驗(yàn)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(yàn)允許定義的誤差帶更窄，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和重復(fù)性。

圖6 機(jī)器人控制的制動(dòng)力-時(shí)間曲線圖

可以看出，使用制動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯。消除人為因素的影響提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，不需要試驗(yàn)員踩踏板降低了試驗(yàn)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短試驗(yàn)時(shí)間減少了試驗(yàn)成本，提高了試驗(yàn)效率。同理，結(jié)合GPS進(jìn)行車速-制動(dòng)力試驗(yàn)，車速-制動(dòng)減速度試驗(yàn)，車速-制動(dòng)行程試驗(yàn)，結(jié)合GPS和CANoe進(jìn)行車速-油門踏板開度動(dòng)力性試驗(yàn)都可以達(dá)到一樣的效果。

3 結(jié)論

用機(jī)器人做出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和重復(fù)性都有了很大提高，精度達(dá)到研發(fā)要求。本文為提高汽車試驗(yàn)自動(dòng)化水平、縮短試驗(yàn)時(shí)間、降低試驗(yàn)成本、提高試驗(yàn)精度提供了一種切實(shí)有效的方法。也為以后遠(yuǎn)程控制下的無人試驗(yàn)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(jī)器人將會(huì)在汽車試驗(yàn)行業(yè)及自動(dòng)駕駛行業(yè)有很好的前景，對推動(dòng)車輛智能化的發(fā)展特別是自動(dòng)駕駛應(yīng)用具有重要意義。

（編輯 楊 景）