簡述一種新型汽車智能電動伸縮側踏板系統(tǒng)的設計方案

唐小坤

【摘 ?要】電動踏板安裝于高底盤車輛底部，可以打開車門時踏板伸出，在不使用時踏板縮回，不僅方便乘車人員和駕駛人員上下車輛的一種輔助踏板，也克服了固定式踏板的缺點。本文作者經過前期的市場調研與技術研究，通過改進自動伸縮踏板的運動機構和電機驅動及其控制方法，設計出一種工作可靠性更高、結構更合理、操作靈活的智能自動側踏板，從而提升了踏板的使用性能和壽命。

【關鍵詞】汽車;智能;電動;伸縮;踏板

一、引言

汽車舒適性已成為汽車設計中評價汽車性能的重要參數(shù)之一。在乘坐或駕駛城市越野、山地越野車輛、商務車、SUV、皮卡等底盤較高的車型時，駕駛員或乘員，特別是兒童或女性以及年齡較大的老人，在上下車時極為不便，汽車舒適性難以得到滿足。汽車腳踏板裝置可以解決這類舒適性問題，幫助乘車人員與駕駛員上下車時更為方便。

傳統(tǒng)的固定式側腳踏板存在一定的弊端，如對汽車整體流線型設計造成一定影響，破壞汽車整體協(xié)調性;缺乏人性化設計，對于底盤較高的車輛，固定式踏板距離地面較高，對于小孩、老人來說，仍舊難以踩踏，無法給小孩、老人輔助上下車輛帶來便利;此外，固定式踏板需要安裝在汽車側邊外部，安裝后為了不超出汽車寬度，踏板寬度設計偏窄，這樣就會造成固定式踏板腳踏空間有限，給乘客上下車輛踏腳踩踏位置不足。

另一解決方案是增設電動伸縮踏板，但傳統(tǒng)的電動伸縮踏板大多由于結構設置不合理，使得踏板在伸縮過程中運行不流暢，存在卡頓問題，導致用戶體驗性較差。

二、技術現(xiàn)狀

經過查詢相關文獻，現(xiàn)有技術中有公開一種汽車門踏板自動伸縮可控裝置，腳踏板橫向分兩點與兩個伸縮臂連接，伸縮臂與兩個支加連接，支架有與汽車門下車底盤連接的接口，兩個支架上分別設置有步進伺服電機，兩個伺服電機由一個控制電路同步控制兩個伸縮臂的展開與收縮，控制靈活[1]。

一種汽車自動伸縮腳踏板裝置，通過連接桿連接的前端升降組件、后端升降組件以及驅動機構，前端升降組件和后端升降組件分別包括上支架、下支架、前擺臂和后擺臂。前后擺臂通過連接軸與上、下支架連接，在連接軸上安裝有含油軸承。實現(xiàn)前、后升降組件穩(wěn)定地同步伸出或回縮，減小踏板的扭曲變形，增加踏板的強度和承載[2]。

當前還有四驅踏板設計方案，即單側雙電機形式，在一定程度解決了單機電動腳踏板受力不平衡、踏板單邊下垂、電機易損壞等缺陷。但是由于踏板兩端驅動，如若控制方式不到位則會引起運動的不同步，出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象;同時，支架結構存在缺陷，在踏板縮回后，有時連桿機構會自動下滑，故在電機減速器與連桿機構的主動桿連接位置裝有歸位彈簧，增加了踏板結構的復雜性。

三、擬定技術研究方法

圍繞踏板的結構、材料、驅動電機與控制器等主要部件實現(xiàn)一體化設計，能夠實現(xiàn)便捷安裝和高可靠性，具備標準化機電接口，與傳統(tǒng)的踏板在工作性能和結構上具有優(yōu)越性。技術研究方法包括：

1、根據(jù)驅動踏板機電性能要求確定合適的機械結構形式，對其進行復合作用力下的靜力學計算和有限元分析，驗證伸縮踏板是否滿足力學性能要求，確定安全系數(shù)值，在保證安全范圍內的同時實現(xiàn)輕量化設計。通過運動學分析的振動分析確定該系統(tǒng)的穩(wěn)定性是否滿足設計要求。

2、伸縮機構包括固定座、主動擺臂、從動滑臂和連接座，伸縮驅動采用直流伺服電機，當驅動電機朝一個方向轉動時，驅動電機驅動主動擺臂偏轉，連接座也跟隨主動擺臂偏轉展開，從而將踏板伸出輔助踏腳。當驅動電機朝相反的方向轉動時，驅動電機驅動主動擺臂反向偏轉，連接座也跟隨主動擺臂反向偏轉縮回隱藏。電機具有自鎖功能，滿足同步控制、準確性、穩(wěn)定性、可靠性和經濟性的要求。

3、控制器接收開門信號和關門信號，即車體Can信號或車體Lin信號，根據(jù)開門和關門信號，控制器向驅動電路發(fā)出踏板伸出或收縮的指令，使得驅動電機按照動作要求旋轉，從而帶動伸縮機構準確伸展或收縮踏板。

4、進行機電模擬仿真和原型產品試制驗證，通過模擬過程中遇到的問題和得出的相應數(shù)據(jù)對整機進行改進，開發(fā)原型產品，完善該踏板機械系統(tǒng)的各項性能。

四、具體研發(fā)的技術路線

1、主要根據(jù)踏板的結構、伸縮機構和驅動電機及其控制器等幾部分進行技術攻關，能夠按照裝配車型的需求，滿足對踏板動作和工作性能要求。

2、采用雙臂連桿機構，利用連桿機構某點的運動唯一性，選取軌跡中符合設計要求運動段，旋轉驅動機構與控制器電性連接，控制器接收車體Can（Controller Area Network，控制器局域網絡）信號或車體Lin（Local Interconnect Network，本地互聯(lián)網）信號。當控制器接收到開門信號時，給旋轉驅動機構發(fā)送指令，旋轉驅動機構往一個方向轉動，驅動主動擺臂展開，依次將傳動力傳動至連接座、從動滑臂，從動滑臂被限制在固定底座上滑行，從而驅動連接座和踏步板伸出。當控制器接收到關門信號時，給旋轉驅動機構發(fā)送指令，旋轉驅動機構朝另一個方向反向轉動，主動擺臂收回，依次將傳動力傳動至連接座、從動滑臂，從動滑臂被限制在固定底座上滑行，從而驅動連接座和踏步板縮回隱藏。

3、為了達到踏板自動伸縮和可靠工作要求，各部件之間要相互配合進行設計和整體協(xié)調性分析，優(yōu)化支架結構和同步驅動控制方式。

五、技術先進性論述及評價

1、本技術方案中，采用一類具有對稱翻邊和雙臂（主動擺臂、從動滑臂）伸縮機構作為電動踏板支座（支架），其特點在于安裝架整體結構體積較小，伸縮縮動作靈活、方便，且該安裝架可以采用簡單、高效的工序來加工鉸接裝配孔，有利于提高生產效率，降低制造成本。

2、控制器接收的開門、關門信號均為車體Can（Controller Area Network，控制器局域網絡）信號或車體Lin（Local Interconnect Network，本地互聯(lián)網）的數(shù)字信號，響應快，傳輸穩(wěn)定。控制器同步控制兩個及兩個以上伸縮機構來實現(xiàn)踏板的伸縮動作，減少長條形踏板傳遞的扭矩，避免踏板變形，并保證踏步板收起和展開位置的精確性。多驅動機構采用旋轉角度偏差PID控制方法。

六、結語

綜上所述，本文擬定了一種新型的電動踏板設計方案，將雙臂聯(lián)動機構應用于踏板伸縮機構中，并改進了驅動電機控制方式與信號接口，使踏板可靠性更高、結構合理、操作靈活，能夠很好的解決現(xiàn)有技術中的一些問題并適應市場的需求，提高傳統(tǒng)汽車側踏板的附加值，帶動汽車側踏板設計、制造與應用的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李海濤.一種汽車門踏板自動伸縮可控裝置：中國，CN201621273635.X[P].2017-6-9

[2]黃紫虹，吳建成.一種汽車自動伸縮腳踏板裝置：中國，CN201720463134.6[P].2017-12-29.

（作者單位：廣東東箭汽車科技股份有限公司）