本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車駕駛技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及到一種基于線控轉(zhuǎn)向和EPS技術(shù)。

背景技術(shù)：

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按照駕駛員意圖控制汽車行駛方向，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)行車安全性具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，為駕駛員提供良好的轉(zhuǎn)向便利性。但是傳統(tǒng)機(jī)械液壓助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其液壓助力必然要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力，如果用于電動(dòng)汽車上，必然要加裝液壓驅(qū)動(dòng)裝置，增加復(fù)雜程度；因此，針對(duì)電動(dòng)汽車來講，EPS技術(shù)的誕生，一定程度上解決了這個(gè)問題；而且傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)，將路感傳遞給駕駛員的同時(shí)，也將路面不平引起的顛簸傳遞給駕駛員，尤其在行駛路面條件較差的情況下，會(huì)增加“打手”的風(fēng)險(xiǎn)，也容易造成新手駕駛員的心理負(fù)擔(dān)；然而，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的出現(xiàn)卻能夠避免這一問題。

近年來，隨著科技的進(jìn)步，無人駕駛技術(shù)迅速發(fā)展，針對(duì)無人車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)底層結(jié)構(gòu)的開發(fā)，既要能夠?qū)崿F(xiàn)人工駕駛與自動(dòng)駕駛之間的切換，也要保證線控轉(zhuǎn)向功能發(fā)生故障失效后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可控性。因此，開發(fā)一套適用于電動(dòng)汽車無人駕駛車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得尤為重要。

通常無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是基于傳統(tǒng)車輛純機(jī)械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間都是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的；雖然傳統(tǒng)機(jī)械液壓助力性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟，但是其液壓驅(qū)動(dòng)裝置在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)會(huì)有困難。在傳統(tǒng)無人車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中，通常利用大扭矩的電動(dòng)機(jī)作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其控制精度較低，難以精確地控制轉(zhuǎn)向角度；且大轉(zhuǎn)矩電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備要求較高。

因此現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能的需求的深入分析，將線控轉(zhuǎn)向技術(shù)與EPS技術(shù)相結(jié)合，不但實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，而且保證了自動(dòng)駕駛時(shí)轉(zhuǎn)向角度的控制精度；還可以在手動(dòng)轉(zhuǎn)向模式下，根據(jù)駕駛員的需要，可以選擇基于線控轉(zhuǎn)向或機(jī)械轉(zhuǎn)向的手動(dòng)轉(zhuǎn)向模式。

一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是：包括左轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向器、右轉(zhuǎn)向輪、角度和扭矩傳感器Ⅰ、動(dòng)力傳輸齒輪組、離合器、EPS電機(jī)、EPS控制器、角度和扭矩傳感器Ⅱ、角度和扭矩傳感器Ⅲ、轉(zhuǎn)向盤、伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)向管柱、伺服電機(jī)控制器以及車輛控制系統(tǒng)；

所述轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向管柱的一端連接；所述轉(zhuǎn)向管柱上依次設(shè)置有角度和扭矩傳感器Ⅲ、伺服電機(jī)、角度和扭矩傳感器Ⅱ、離合器、動(dòng)力傳輸齒輪組、角度和扭矩傳感器Ⅰ以及轉(zhuǎn)向器；

所述角度和扭矩傳感器Ⅰ的信號(hào)輸出端分別通過角度傳感器信號(hào)線Ⅰ和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅰ與伺服電機(jī)控制器連接；所述伺服電機(jī)控制器通過信號(hào)線與伺服電機(jī)連接；

所述角度和扭矩傳感器Ⅲ的信號(hào)輸出端分別通過角度傳感器信號(hào)線Ⅱ和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅱ與EPS控制器連接；所述EPS控制器與EPS電機(jī)連接；所述EPS電機(jī)的輸出軸與動(dòng)力傳輸齒輪組連接；

所述轉(zhuǎn)向器的一端與左轉(zhuǎn)輪連接，另一端與右轉(zhuǎn)輪連接；

所述車輛控制系統(tǒng)的信號(hào)輸出端通過信號(hào)線與伺服電機(jī)控制器連接。

所述動(dòng)力傳輸齒輪組為一對(duì)相互嚙合的斜齒輪。

通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能的需求的深入分析，將線控轉(zhuǎn)向技術(shù)與EPS技術(shù)相結(jié)合，不但實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，在自動(dòng)駕駛模式下提高轉(zhuǎn)向控制精度；還可以在手動(dòng)轉(zhuǎn)向模式下，根據(jù)駕駛員的需要，可以選擇基于線控轉(zhuǎn)向或機(jī)械轉(zhuǎn)向的手動(dòng)轉(zhuǎn)向模式。

其中，系統(tǒng)中的伺服電機(jī)是小轉(zhuǎn)矩、控制精度高的伺服電機(jī)，通過與EPS系統(tǒng)配合使用，在保證了轉(zhuǎn)向角度控制精度的同時(shí)，利用EPS提供的助力，放大了伺服電機(jī)的輸出力矩。能提高控制轉(zhuǎn)向角度的精度，避免了使用大轉(zhuǎn)矩電機(jī)控制轉(zhuǎn)向角度誤差大的問題。人工駕駛車輛時(shí)，伺服電機(jī)用于為駕駛員提供“路感”的電機(jī)彌補(bǔ)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)缺失的路感；車輛自動(dòng)駕駛時(shí)，伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)。因此，系統(tǒng)中的伺服電機(jī)既可以作為線控轉(zhuǎn)向的路感電機(jī)，也可用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)伺服電機(jī)與方向盤、轉(zhuǎn)向柱之間的安裝方式結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在人工駕駛線控轉(zhuǎn)向模式下的工作流程示意圖。

圖4為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在人工駕駛機(jī)械轉(zhuǎn)向模式下的工作流程示意圖。

圖5為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在無人駕駛轉(zhuǎn)向模式下的工作流程示意圖。

圖中1-左轉(zhuǎn)向輪、2-轉(zhuǎn)向器、3-右轉(zhuǎn)向輪、4-角度和扭矩傳感器Ⅰ、5-動(dòng)力傳輸齒輪組、6-離合器、7-EPS電機(jī)、8-EPS控制器、9-角度和扭矩傳感器Ⅱ、10-扭矩傳感器信號(hào)線Ⅱ、11-角度傳感器信號(hào)線Ⅱ、12-角度和扭矩傳感器Ⅲ、13-轉(zhuǎn)向盤、14-伺服電機(jī)、15-信號(hào)線、16-轉(zhuǎn)向管柱、17-伺服電機(jī)控制器、18-角度傳感器信號(hào)線Ⅰ、19-扭矩傳感器信號(hào)線Ⅰ、20-車輛控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

一種可實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式切換的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括左轉(zhuǎn)向輪1、轉(zhuǎn)向器2、右轉(zhuǎn)向輪3、角度和扭矩傳感器Ⅰ4、動(dòng)力傳輸齒輪組5、離合器6、EPS電機(jī)7、EPS控制器8、角度和扭矩傳感器Ⅱ9、角度和扭矩傳感器Ⅲ12、轉(zhuǎn)向盤13、伺服電機(jī)14、轉(zhuǎn)向管柱16、伺服電機(jī)控制器17以及車輛控制系統(tǒng)20；

所述轉(zhuǎn)向盤13與轉(zhuǎn)向管柱16的一端連接；所述轉(zhuǎn)向管柱16上依次設(shè)置有角度和扭矩傳感器Ⅲ12、伺服電機(jī)14、角度和扭矩傳感器Ⅱ9、離合器6、動(dòng)力傳輸齒輪組5、角度和扭矩傳感器Ⅰ4以及轉(zhuǎn)向器2；

所述角度和扭矩傳感器Ⅰ4的信號(hào)輸出端分別通過角度傳感器信號(hào)線Ⅰ18和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅰ19與伺服電機(jī)控制器17連接；所述伺服電機(jī)控制器17通過信號(hào)線15與伺服電機(jī)14連接；

所述角度和扭矩傳感器Ⅲ12的信號(hào)輸出端分別通過角度傳感器信號(hào)線Ⅱ11和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅱ10與EPS控制器8連接；所述EPS控制器8與EPS電機(jī)7連接；所述EPS電機(jī)7輸出軸與動(dòng)力傳輸齒輪組5連接；

所述轉(zhuǎn)向器2的一端與左轉(zhuǎn)輪1連接，另一端與右轉(zhuǎn)輪3連接；

所述車輛控制系統(tǒng)20的信號(hào)輸出端通過信號(hào)線與伺服電機(jī)控制器17連接。

本發(fā)明在人工駕駛線控轉(zhuǎn)向模式下，系統(tǒng)的工作流程如圖3所示，首先，離合器6分離，駕駛員輸入給轉(zhuǎn)向盤13的轉(zhuǎn)向力經(jīng)過角度和扭矩傳感器Ⅲ12傳遞至EPS控制器8，控制EPS電機(jī)7輸出相應(yīng)的力矩和轉(zhuǎn)向角度，經(jīng)過動(dòng)力傳輸齒輪組5傳遞至轉(zhuǎn)向管柱16，控制轉(zhuǎn)向器2轉(zhuǎn)向。同時(shí)角度和扭矩傳感器Ⅰ4將力矩和角度信息傳遞至伺服電機(jī)控制器17，控制伺服電機(jī)14輸出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向回饋力矩至轉(zhuǎn)向盤13，從而為駕駛員提供適當(dāng)?shù)穆犯小?/p>

本發(fā)明在人工駕駛機(jī)械轉(zhuǎn)向模式下，系統(tǒng)的工作流程如圖4所示，首先，離合器6結(jié)合，駕駛員輸入給轉(zhuǎn)向盤13的轉(zhuǎn)向力經(jīng)過角度和扭矩傳感器Ⅲ12采集得到角度和力矩的信息后傳遞給轉(zhuǎn)向管柱16直至轉(zhuǎn)向器2，其中，傳遞給轉(zhuǎn)向管柱16的力矩和轉(zhuǎn)角直接傳遞給轉(zhuǎn)向器2；力矩和轉(zhuǎn)向角度信息經(jīng)角度和扭矩傳感器Ⅲ12通過角度傳感器信號(hào)線Ⅱ11和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅱ10傳遞至EPS控制器8后，EPS電機(jī)7輸出一定力矩，經(jīng)過動(dòng)力傳輸齒輪組5最終傳遞給轉(zhuǎn)向器2。因此，該轉(zhuǎn)向模式下，輸入至轉(zhuǎn)向器的力矩由EPS提供的助力和駕駛員的手力一同提供。

本發(fā)明在無人駕駛模式下，系統(tǒng)的工作流程如圖5所示，首先，結(jié)合轉(zhuǎn)向管柱16上連接方向盤13和轉(zhuǎn)向器2之間的離合器6；系統(tǒng)上電后，伺服電機(jī)14接收到由車輛控制系統(tǒng)20發(fā)送至伺服電機(jī)控制器17的轉(zhuǎn)向指令信號(hào)，使轉(zhuǎn)向管柱16轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度；通過安裝在伺服電機(jī)14與離合器6之間的角度和扭矩傳感器Ⅱ9，采集得到角度和力矩信息經(jīng)過角度傳感器信號(hào)線Ⅱ11和扭矩傳感器信號(hào)線Ⅱ10傳遞至EPS控制器8，從而實(shí)現(xiàn)EPS助力轉(zhuǎn)向；因此輸入至轉(zhuǎn)向器的力矩由伺服電機(jī)14與EPS系統(tǒng)一同提供。