CN114025990B - 用于绕旋转轴相对于第二装置旋转第一装置的驱动*** - Google Patents

用于绕旋转轴相对于第二装置旋转第一装置的驱动*** Download PDF

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Abstract

一种用于使车辆的第一装置(D1)围绕旋转轴(2)相对于车辆旋转的驱动***。该驱动***至少包括：支撑件(3)、相对于所述第一支撑件(3)相对运动的支撑件(6)、固定在所述第二支撑件(6)的压电元件(7)、固定在第一装置(D1)的第二支撑件(6)和/或压电元件(7)、摩擦面(4)和至少一个固定在所述压电元件(7)上的末端(8)。所述压电元件(7)被配置为当向所述压电元件(7)提供电压时向所述末端(8)施加运动，所述末端(8)被配置为使得所述末端(8)的一端在所述运动的至少一部分期间与所述摩擦面(4)接触，以允许所述第一支撑件(3)和第二支撑件(6)之间围绕旋转轴(2)的相对运动。

Description

用于绕旋转轴相对于第二装置旋转第一装置的驱动***
技术领域
本发明涉及用于车辆的装置的方向技术领域，特别是用于改变车辆的装置相对于车辆的方向的装置。
背景技术
当车辆行驶时，该车辆的姿态可能会发生变化，例如由于车辆行驶的地面不平整，或者由于制动、加速或方向改变等驾驶阶段，等等。
但是，车辆上的某些光学装置(例如前灯或传感器)可能对这种姿态变化很敏感。
例如，车辆前灯通常照亮车辆驶向的区域。当车辆的姿态改变时，跟随这种姿态改变的前灯可能照亮车辆正驶向的区域以外的区域。
可以对自动驾驶汽车进行相同的观察。自主车辆对应于无需驾驶员干预即可行驶的车辆。为了安全驾驶，自动驾驶汽车通常配备传感器以检测其路径中的障碍物。一般来说，传感器的检测角度越大，其检测距离越短。当自动驾驶汽车以正常速度行驶时，检测距离必须足够早地检测到障碍物以避开它们。例如，对于80km/h到90km/h的速度，必要的检测距离可以在100m到300m的范围内。为了达到这个检测距离，传感器比如LIDAR(“激光检测和测距”)传感器具有2°到3°的检测角度。因此，定向方向必须精确，以便能够检测到可能的障碍物。当车辆在崎岖不平的道路上行驶或在改变车辆姿态的行驶阶段时，传感器的检测方向可能会发生变化，从而影响障碍物的检测。然后有必要修改传感器的检测方向，以便尽管道路崎岖不平和行驶阶段，方向仍然保持稳定。需要能够低至1/100°的精度来修改方向。
存在能够修改装置方向的致动器。然而，这些致动器缺乏精度并且体积庞大。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种能够以足够的精度修改传感器方向的***来克服这些缺点。
为此，本发明涉及一种用于使车辆的第一装置围绕旋转轴相对于与车辆一体的第二装置旋转的驱动***。
根据本发明，该***至少包括：
-第一支撑件；
-摩擦面；
-相对于第一支撑件相对运动的第二支撑件；
-固定在第二支撑件的压电元件，固定在第一装置的第二支撑件和/或压电元件；
-至少一个固定在压电元件上的末端；
压电元件被配置为当向压电元件提供电压时向末端施加运动，末端被配置为使得末端的一端末端在运动的至少一部分期间与摩擦面接触，以允许第一支撑件和第二支撑件之间围绕旋转轴的相对运动。
因此，由于动态且紧凑的驱动***，***可以获得具有1/100°的精度的相对旋转运动。
在一个实施例中，当第二支撑件围绕旋转轴旋转，第一支撑件相对于车辆保持固定。
在另一个实施例中，当第一支撑件围绕旋转轴旋转时，第二支撑件相对于车辆保持固定。
进一步地，该***包括至少一个位置传感器，该位置传感器被配置为测量第一支撑件和第二支撑件之间的相对角度。
进一步地，至少一个末端具有固定到压电元件的第一端和第二端；摩擦面和旋转轴相隔一定距离，由末端的第二端接触摩擦面产生的摩擦力产生的扭矩对应于当车辆的第二装置固定到第一支撑件并且第一装置固定到第二支撑件时，具有预定速度和预定加速度的相对运动。
有利地，该***还包括至少一个固定在第一支撑件上的挡块，挡块被配置为限制第二支撑件相对于第一支撑件的相对运动。
进一步地，摩擦面具有圆柱部分的形状，该圆柱部分具有平行于旋转轴的旋转轴，旋转轴和旋转轴重合；末端是硬末端；摩擦面固定于第一支撑件；压电元件被配置为当压电元件被提供电压时，向硬末端的第二端施加循环椭圆运动，硬末端被配置为使得第二端在椭圆运动的至少一部分期间与摩擦面循环接触，以允许第一支撑件和第二支撑件之间围绕旋转轴的相对运动。
本发明还涉及一种用于车辆的装置单元。
根据本发明，传感器单元包括：
-如上所述的驱动***，
-第一装置；和
-控制模块，其被配置为向压电元件提供电压；第二装置对应于车辆的一部分，由控制模块接收的控制命令的函数产生信号。
根据第一实施例，所述第一装置包括传感器。
根据一个实施例，所述传感器是LIDAR。
根据第二实施例，所述第一装置包括头灯。
根据第三实施例，所述第一装置包括图像采集模块。
本发明还涉及一种车辆，特别是一种自动驾驶车辆，包括如上所述的装置单元。
附图说明
通过参考附图阅读说明书，本发明及其特征和优点将更加清楚，其中：
[图1]图1示出了驱动***的透视图；
[图2]图2示出了驱动***的俯视图，其中第一支撑件和第二支撑件处于第一相对位置；
[图3]图3示出了驱动***的俯视图，其中第一支撑件和第二支撑件处于第二相对位置；
[图4a-4b]图4a和4b分别示出了图2和图3的示意性特写视图；
[图5]图5示出了配备有用于包括驱动***的车辆的装置单元的车辆的示意性前视图；和
[图6]图6示出了驱动***的示意图，车辆的第一装置和与车辆一体的第二装置固定至该驱动***。
具体实施方式
所述驱动***1如图1至图3所示。
所述驱动***1被配置为使车辆VH的第一装置D1围绕旋转轴2相对于与车辆VH一体的装置D2旋转。
装置D1可对应于光学装置或可定向装置。
根据第一实施例，装置D1包括传感器13。
根据第二实施例，装置D1包括车辆头灯(前灯)。
根据第三实施例，装置D1包括图像采集模块。
驱动***1包括配置为固定到装置D2的支撑件3和配置为固定到装置D1的支撑件6。支撑件3和支撑件6各自能够绕旋转轴2旋转。图6示出了固定到它们各自的支撑件3和6上的装置D1和D2的示意图。
驱动***1可以被配置为相对于支撑件6围绕旋转轴2旋转支撑件3。驱动***1还可以被配置为相对于支撑件3围绕旋转轴2旋转支撑件6。
驱动***1还包括摩擦面4，该摩擦面具有圆柱形部分的形状，该圆柱形部分具有基本上平行于旋转轴2的旋转轴5。
根据一种变型，旋转轴5和旋转轴2可以基本重合。
根据另一变型，旋转轴5靠近旋转轴2。但不限于，如果旋转轴5靠近旋转轴2，则意味着旋转轴5和旋转轴2之间的距离小于或等于2mm。
摩擦面4可以固定到支撑件3上。圆柱部分的圆柱形状，其一部分形成摩擦面4，对应于直圆柱。摩擦面4可以对应于呈直圆柱体部分形式的管的一部分的内表面。
驱动***1还包括固定到支撑件6的压电元件7和至少一个末端8。末端8具有固定到压电元件7的端部91和端部92(图4a和4b)。
一个或多个末端8可以具有杆的形状，该杆具有端部91和端部92。
通过反向压电效应，压电元件7被配置为当压电元件7被提供电压时使末端8的端部92产生循环椭圆运动。
压电元件可以具有大致矩形的形状。
压电元件7通过电极10被提供电压。
当特定电压施加到电极10时，根据纵向主振荡模式产生振荡。在该初级振荡模式中，压电元件7沿压电元件7的纵轴周期性地伸长和收缩。此外，根据横向二次振荡模式产生振荡，其具有在垂直于压电元件的纵轴的方向上弯曲压电元件的效果。两种振荡模式的组合使整个压电元件能够振动并产生末端或多个末端82的端部92的循环椭圆运动。特定电压具有可以基本上等于压电元件7的谐振频率的频率。
一个或多个末端8构造成使得在椭圆运动的至少一部分期间端部92与摩擦面4循环接触。末端8的端部92在摩擦面4上的这种接触使得可以通过末端8的端部92的摩擦在支撑件3和支撑件6之间产生围绕旋转轴2的相对运动在摩擦面4上(固定在支撑件3上)。有利地，末端8是硬末端8。
根据第一实施例，当支撑件6围绕旋转轴2旋转时，支撑件3可以相对于车辆VH保持固定。根据第二实施例，当支撑件3围绕旋转轴2旋转时，支撑件6可以相对于车辆VH保持固定。
有利地，驱动***1包括至少一个位置传感器(未示出)，其被配置为测量支撑件3和支撑件6之间的相对角度。
摩擦面4和旋转轴2相隔距离D(图2)。距离D被定义为使得由端部92在摩擦面4上的接触产生的摩擦力所产生的扭矩对应于为了使相对运动具有预定速度和预定加速度所需的扭矩，当装置D2固定到支撑件3并且装置D1固定到支撑件6时(图4a和4b)。
因此，驱动***1具有在两个支撑件3和6之间没有任何游隙的机构，其提供了大约1/100°的高精度。此外，驱动***1具有小的占地面积，这使其能够容易地集成到车辆VH中的车载***中。
驱动***1还可包括至少一个固定到支撑件3的止动件11。止动件或多个止动件11被配置为限制支撑件6相对于支撑件3的相对运动。
例如，驱动***包括单个止动件11，用于限制支撑件6和支撑件3之间在相对运动的一个方向上的相对运动。它还可以包括两个止动件11，用于限制支撑件6和支撑件3之间在相对运动的两个相反方向上的相对运动。
本发明还涉及用于车辆VH的装置单元14。
装置单元14包括：
-驱动***1,
-装置D1；和
-控制模块16，其被配置为向压电元件7供应电压。
因此装置D2对应于车辆VH的一部分17。
根据第一实施例，装置D1包括用于自主车辆VH的传感器13(图5)。传感器13可以被配置为检测可能在车辆VH的路径上的障碍物。传感器13可以对应于LIDAR。
根据第二实施例，装置D1包括车辆头灯(前灯)。
根据第三实施例，装置D1包括图像获取模块，例如相机。相机可以是无源相机。
控制模块16使得可以根据由控制模块16接收的控制命令来控制压电元件7。
确定控制命令以预测车辆VH的姿态的变化，从而尽管车辆VH的姿态发生变化，装置D1的方向仍保持稳定。例如，控制命令由车辆VH上的计算机确定。例如，基于关于车辆VH的驾驶阶段的当前数据和由表征车辆VH的环境的传感器获取的当前数据来确定控制命令。因此，驱动***1是考虑车辆VH行为的动态***。
本发明还涉及一种包括至少一个装置单元14的车辆VH。车辆VH的装置D1的方向可以使用装置单元14的驱动***1作为道路粗糙度或驾驶阶段的函数进行修改。

Claims (13)

1.一种用于使车辆的第一装置(D1)围绕旋转轴(2)相对于车辆旋转的驱动***，其特征在于至少包括：
-第一支撑件(3)；
-相对于所述第一支撑件(3)相对运动的第二支撑件(6)；
-固定在所述第二支撑件(6)的压电元件(7)，固定在第一装置(D1)的第二支撑件(6)和/或压电元件(7)；
-摩擦面(4)；和
-至少一个固定在所述压电元件(7)上的末端(8)；
所述压电元件(7)被配置为当向所述压电元件(7)提供电压时向所述末端(8)施加运动，所述末端(8)被配置为使得所述末端(8)的一端在所述运动的至少一部分期间与所述摩擦面(4)接触，以允许所述第一支撑件(3)和第二支撑件(6)之间围绕旋转轴(2)的相对运动；
其中，所述摩擦面(4)具有圆柱部分的形状，所述圆柱部分具有平行于旋转轴(2)的旋转轴一(5)；所述摩擦面(4)固定于所述第一支撑件(3)；所述压电元件(7)被配置为当所述压电元件(7)被提供电压时，向所述末端(8)的第二端(92)施加循环椭圆运动，所述末端(8)被配置为使得第二端(92)在所述椭圆运动的至少一部分期间与摩擦面(4)循环接触，以允许所述第一支撑件(3)和第二支撑件(6)之间围绕旋转轴(2)的相对运动。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，当所述第二支撑件(6)围绕旋转轴(2)旋转时，所述第一支撑件(3)相对于车辆(VH)保持固定。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，当所述第一支撑件(3)围绕旋转轴(2)旋转时，所述第二支撑件(6)相对于车辆(VH)保持固定。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，包括至少一个位置传感器，用于测量所述第一支撑件(3)和第二支撑件(6)之间的相对角度。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，至少一个末端(8)具有固定到所述压电元件(7)的第一端(91)和第二端(92)；所述摩擦面(4)和旋转轴(2)相隔距离(D)，由末端(8)的第二端(92)接触摩擦面(4)产生的摩擦力产生的扭矩对应于当车辆的第二装置(D2)固定到所述第一支撑件(3)并且所述第一装置(D1)固定到第二支撑件(6)时，具有预定速度和预定加速度的相对运动。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，还包括至少一个固定在第一支撑件(3)上的挡块(11)，所述挡块(11)被配置为限制所述第二支撑件(6)相对于所述第一支撑件(3)的相对运动。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述旋转轴(2)和旋转轴一(5)重合；所述末端(8)是硬末端(8)。
8.一种用于车辆的装置单元，其特征在于至少包括：
-如权利要求1至7中任一项所述的驱动***(1)，
-第一装置(D1)；和
-控制模块(16)，其被配置为向压电元件(7)提供电压；
对应于车辆(VH)的一部分(17)的第二装置(D2)，由所述控制模块(16)接收的控制命令的函数产生信号。
9.如权利要求8所述的单元，其特征在于，所述第一装置(D1)包括传感器(13)。
10.如权利要求9所述的单元，其特征在于，所述传感器(13)是LIDAR。
11.如权利要求8所述的单元，其特征在于，所述第一装置(D1)包括头灯。
12.如权利要求8所述的单元，其特征在于，所述第一装置(D1)包括图像采集模块。
13.一辆车，其特征在于，包括至少一个如权利要求8至12中任一项所述的装置单元(14)。
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