CN108340965A - 一种电动车用无人驾驶线控转向机构及转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车用无人驾驶线控转向机构，包括：固定架，其空套在方向盘转轴上，下端固定在车架上；转向电机，其固定在所述固定架上；行星齿轮减速器，其输入端连接所述转向电机输出轴，所述行星齿轮减速器输出端套设有主动直齿轮；从动直齿轮，其套设在方向盘转轴上，能够随所述转轴旋转，所述从动直齿轮与所述主动直齿轮啮合；转向桥，其设置在所述转向轮之间，连接所述方向盘转轴，过驱动电机驱转向桥，通过转向电机控制方向盘自动转向，有人驾驶时制动和无人驾驶时制动互不干涉，结构简单，还公开了一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法。

Description

一种电动车用无人驾驶线控转向机构及转向控制方法

技术领域

本发明涉及电动车的线控转向结构，尤其涉及一种电动车用无人驾驶线控转向机构及转向控制方法。

背景技术

随着汽车行业的不断发展，智能汽车逐渐普及。无人驾驶汽车的研究需要汽车具有自主转向的功能，大部分自动驾驶汽车使用原车安装的EPS转向助力电机提供动力实现线控转向，但是在一般没有转向助力的汽车中就无法达到研究无人驾驶技术或者其他智能驾驶技术。本发明可以实现几乎所有助力转向功能以及无人驾驶汽车线控转向的需求。本发明为转向***本发明结构简单、实用，还可以用于电动助力转向。

发明内容

本发明设计开发了一种电动车用无人驾驶线控转向机构，通过驱动电机驱转向桥，通过转向电机控制方向盘自动转向，有人驾驶时制动和无人驾驶时制动互不干涉，结构简单。

本发明还设计开发了一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法，给出转向过程电机转速和加速度，实现电动车的平稳转向。

本发明提供的技术方案为：

一种电动车用无人驾驶线控转向机构，包括：

固定架，其空套在方向盘转轴上，下端固定在车架上；

转向电机，其固定在所述固定架上；

行星齿轮减速器，其输入端连接所述转向电机输出轴，所述行星齿轮减速器输出端套设有主动直齿轮；

从动直齿轮，其套设在方向盘转轴上，能够随所述转轴旋转，所述从动直齿轮与所述主动直齿轮啮合；

转向桥，其设置在转向轮之间，连接所述方向盘转轴。

优选的是，所述转向桥包括：

左转向摇臂，其可拆卸设置在左转向轮内侧，并能够拉动所述左转向轮左右摆动；

右转向摇臂，其可拆卸设置在右转向轮内侧，并能够拉动所述右转向轮左右摆动；

方向连接杆，其一端连接所述左转向摇臂，另一端连接所述右转向摇臂，中部通过转向驱动连杆连接所述方向盘转轴。

优选的是，所述转向驱动连杆，包括：

第一减震座，其可旋转支撑在传动轴上；

第二减震座，其可旋转支撑在传动轴上，

连接板，其设置在所述第一减震座和所述第二减震座之间，所述连接板连接所述方向盘转轴；

第一弹簧钢板，其固定在所述第一减震座上，并能够随所述第一减震座旋转，所述第一弹簧钢板的一端连接所述方向连接杆；

第二弹簧钢板，其一端固定在所述第二减震座上，另一端固定在所述方向连接杆上，并能够并能够随所述第二减震座旋转；

其中，所述第一弹簧钢板和所述第二弹簧钢板能够推动所述方向连杆左右移动；

其中，所述传动轴连接所述左转向轮和所述右转向轮。

优选的是，所述左转向摇臂，包括：

左连接部；

第一摇臂，其一端一体连接所述左连接部一端，另一端连接所述方向连接杆一端；

第二摇臂，其一端一体连接所述左连接部另一端；

其中，所述第一摇臂与所述第二摇臂的夹角为120°～160°。

优选的是，所述右转向摇臂，包括：

右连接部；

第三摇臂，其一端一体连接所述右连接部一端，另一端连接所述方向连接杆另一端。

优选的是，还包括从动杆，其一端连接所述第二摇臂的另一端，另一端连接所述第一减震钢板的另一端。

优选的是，还包括：

第一弹簧，其设置在所述第一摇臂和所述方向连接杆之间；

第二弹簧，其设置在所述第三摇臂和所述方向连接杆之间；

第三弹簧，其设置在所述从动杆和所述第二摇臂之间。

8、根据权利要求3所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述第一弹簧钢板一端和所述方向连接杆通过卡扣连接，所述第二弹簧钢板另一端和所述方向连接杆通过卡扣连接。

一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法，包括：

所述电动车内还包括信号处理模块，其用于根据接收到的位置信号构建障碍区域及实时更新的待处理行进三维地形模型，并根据目的地规划行车路线，并将行车路线发送给转向机构；

根据信号处理模块发送的汽车转弯半径估算方向盘最大转角：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，R为转向轮外轮的中心轨迹的最小转弯半径；L为轴距，C为前悬长度，K为整车宽度，M为主销中心距；

首先，开启转向电机使方向盘向转弯方向转动，转向电机匀速转动，其转动速度为：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度，

然后，保持方向盘位于最大转角位置0.5～1.5秒后，以变加速度将方向盘从最大转角位置回到初始位置，初始位置即为电动车直线行驶方向盘位置：

其中，n₁转向电机匀速转动的转动速度，i为转向机构的总传动比，为转动时间系数，为0.729s，μ为传动系数，为1.692。

优选的是，还包括电机转动速度修正过程，包括：

θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度，

本发明所述的有益效果

本发明设计了一种电机驱动的线控转向结构。在自动驾驶中，如果整车控制器发出转向的指令给转向电机，转向电机转动，通过齿轮传动机构，将动力传递给汽车机械转向***，实现汽车的线控转向。转向电机与转向传动轴平行放置，转向电机布置在转向轴下方。转向电机为直流无刷电机，配合行星齿轮减速器，可以精确控制转动角度，达到精确控制汽车转向角度的需求，为了防止齿轮传动机构接触驾驶员，在齿轮外设计了防护罩保护驾驶员不会接触齿轮，设计的线控电动转向***具有通用性，可以移植到几乎所有的转向***中，可以精确控制转向角度，达到精确控制汽车转向角度的要求，结构简单，实施容易，成本低，还设计开发了一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法，给出转向过程电机转速和加速度，实现电动车的平稳转向。

附图说明

图1为本发明所述的电动车用无人驾驶线控转向机构的结构示意图。

图2为本发明所述的转向桥的结构示意图。

图3位本发明所述的电动车用无人驾驶线控转向机构另一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、3所示，本发明提供的一种电动车用无人驾驶线控转向机构，包括：固定架200、转向电机230和减速器240。

其中，固定架200空套在方向盘转轴上，下端通过转向下传动轴连接车架；转向电机230固定在固定架200上；行星齿轮减速器240输入端连接转向电机230输出轴，行星齿轮减速器240输出端套设有主动直齿轮210；从动直齿轮220套设在方向盘转轴上，能够随方向盘转轴110旋转，从动直齿轮220与所述主动直齿轮210啮合。

在另一实施例中，转向电机230与行星齿轮减速器240安装在一起，在减速器输出轴一段安装有主动直齿轮210，直齿轮与减速器通过键连接，在转向轴上安装有从动直齿轮220，从动直齿轮与转向轴焊接在一起。

如图2所示，转向桥，其设置在转向轮310之间，通过转向下传动轴250连接方向盘转轴。转向桥包括：左转向摇臂370可拆卸设置在左转向轮内侧，并能够拉动左转向轮左右摆动；右转向摇臂380可拆卸设置在右转向轮内侧，并能够拉动所述右转向轮左右摆动；方向连接杆360一端连接左转向摇臂370，另一端连接右转向摇臂380，中部通过转向驱动连杆连接方向盘转轴。转向驱动连杆，包括两个减震座330旋转支撑在传动轴320上，两个减震座330之间设置有连接板，连接板连接方向盘转轴110；两个弹簧钢板固定在减震座330上，并能够随减震座330旋转，弹簧钢板一端连接所述方向连接杆360，弹簧钢板能够推动方向连杆360左右移动；其中，所述传动轴320连接左转向轮和右转向轮。

其中，左转向摇臂370，包括：左连接部；第一摇臂，其一端一体连接所述左连接部一端；第二摇臂，其一端一体连接所述左连接部另一端，第一摇臂与所述第二摇臂的夹角为120°～160°；其中，第一摇臂另一端连接所述方向连接杆一端，第二摇臂另一端通过从动杆连接弹簧钢板另一端。右转向摇臂380包括：右连接部；第三摇臂，其一端一体连接右连接部一端，所述第三摇臂另一端连接方向连接杆另一端。

作为一种优选，还包括：第一弹簧，其设置在所述左转向摇臂和所述方向连接杆之间；第二弹簧，其设置在所述右转向摇臂和所述方向连接杆之间；第三弹簧，其设置在所述从动杆和所述第二摇臂之间。在另一实施例中，弹簧钢板340一端和方向连接杆通过卡扣350连接。

如图3所示，在另一实施例中，还包括，保护罩260焊接在固定架200上，用于容纳主动直齿轮210和从动直齿轮220，作为一种优选，保护罩为3D打印加工而成。

实施以电动车用无人驾驶线控转向机构工作过程为例，作进一步说明

无人驾驶时，电动车需要转向时，开启转向电机230动力经过行星齿轮减速器240和减速齿轮后驱动方向盘200旋转，方向盘转向下传动轴250驱动转向桥旋转，转向桥工作过程为：连接板在方向盘转向下传动轴250驱动下旋转，两个减震座330带动弹簧钢板旋转，拉动方向连接杆360横向摆动，从而实现转动轮310左右摆动实现转向，

一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法，包括：

所述电动车内还包括信号处理模块，其用于根据接收到的位置信号构建障碍区域及实时更新的待处理行进三维地形模型，并根据目的地规划行车路线，并将行车路线发送给转向机构；

根据信号处理模块发送的汽车转弯半径估算方向盘最大转角：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，R为转向轮外轮的中心轨迹的最小转弯半径；L为轴距，C为前悬长度，K为整车宽度，M为主销中心距；

首先，开启转向电机使方向盘向转弯方向转动，转向电机匀速转动，其转动速度为：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度，

然后，保持方向盘位于最大转角位置0.5～1.5秒后，以变加速度将方向盘从最大转角位置回到初始位置，初始位置即为电动车直线行驶方向盘位置：

其中，n₁转向电机匀速转动的转动速度，i为转向机构的总传动比，为转动时间系数，为0.729s，μ为传动系数，为1.692。

优选的是，还包括电机转动速度修正过程，包括：

θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度，

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，包括：

固定架，其空套在方向盘转轴上，下端固定在车架上；

转向电机，其固定在所述固定架上；

行星齿轮减速器，其输入端连接所述转向电机输出轴，所述行星齿轮减速器输出端套设有主动直齿轮；

从动直齿轮，其套设在方向盘转轴上，能够随所述转轴旋转，所述从动直齿轮与所述主动直齿轮啮合；

转向桥，其设置在转向轮之间，连接所述方向盘转轴。

2.根据权利要求1所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述转向桥包括：

左转向摇臂，其可拆卸设置在左转向轮内侧，并能够拉动所述左转向轮左右摆动；

右转向摇臂，其可拆卸设置在右转向轮内侧，并能够拉动所述右转向轮左右摆动；

方向连接杆，其一端连接所述左转向摇臂，另一端连接所述右转向摇臂，中部通过转向驱动连杆连接所述方向盘转轴。

3.根据权利要求2所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述转向驱动连杆，包括：

第一减震座，其可旋转支撑在传动轴上；

第二减震座，其可旋转支撑在传动轴上，

连接板，其设置在所述第一减震座和所述第二减震座之间，所述连接板连接所述方向盘转轴；

第一弹簧钢板，其固定在所述第一减震座上，并能够随所述第一减震座旋转，所述第一弹簧钢板的一端连接所述方向连接杆；

第二弹簧钢板，其一端固定在所述第二减震座上，另一端固定在所述方向连接杆上，并能够并能够随所述第二减震座旋转；

其中，所述第一弹簧钢板和所述第二弹簧钢板能够推动所述方向连杆左右移动；

其中，所述传动轴连接所述左转向轮和所述右转向轮。

4.根据权利要求3所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述左转向摇臂，包括：

左连接部；

第一摇臂，其一端一体连接所述左连接部一端，另一端连接所述方向连接杆一端；

第二摇臂，其一端一体连接所述左连接部另一端；

其中，所述第一摇臂与所述第二摇臂的夹角为120°～160°。

5.根据权利要求4所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述右转向摇臂，包括：

右连接部；

第三摇臂，其一端一体连接所述右连接部一端，另一端连接所述方向连接杆另一端。

6.根据权利要求4所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，还包括从动杆，其一端连接所述第二摇臂的另一端，另一端连接所述第一减震钢板的另一端。

7.根据权利要求5所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，还包括：

第一弹簧，其设置在所述第一摇臂和所述方向连接杆之间；

第二弹簧，其设置在所述第三摇臂和所述方向连接杆之间；

第三弹簧，其设置在所述从动杆和所述第二摇臂之间。

8.根据权利要求3所述的电动车用无人驾驶线控转向机构，其特征在于，所述第一弹簧钢板一端和所述方向连接杆通过卡扣连接，所述第二弹簧钢板另一端和所述方向连接杆通过卡扣连接。

9.一种电动车用无人驾驶线控转向控制方法，其特征在于，包括：

所述电动车内还包括信号处理模块，其用于根据接收到的位置信号构建障碍区域及实时更新的待处理行进三维地形模型，并根据目的地规划行车路线，并将行车路线发送给转向机构；

根据信号处理模块发送的汽车转弯半径估算方向盘最大转角：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，R为转向轮外轮的中心轨迹的最小转弯半径；L为轴距，C为前悬长度，K为整车宽度，M为主销中心距；

首先，开启转向电机使方向盘向转弯方向转动，转向电机匀速转动，其转动速度为：

其中，θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度；

然后，保持方向盘位于最大转角位置0.5～1.5秒后，以变加速度将方向盘从最大转角位置回到初始位置，初始位置即为电动车直线行驶方向盘位置：

其中，a为转向加速度，n₁转向电机匀速转动的转动速度，i为转向机构的总传动比，为转动时间系数，为0.729s，μ为传动系数，为1.692。

10.根据权利要求8所述的电动车用无人驾驶线控转向控制方法，其特征在于，还包括电机转动速度修正过程，包括：

θ_max为方向盘的最大转角，i为转向机构的总传动比，t为转动时间系数，为0.729s，R_z为方向盘半径，L_z为方向连接杆长度，