CN107389360A - 驱动机构及目标测试小车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种驱动机构及目标测试小车，本发明的驱动机构包括第一驱动电机、第二驱动电机、驱动轮和控制单元，其中，第一驱动电机通过第一带轮驱动机构与驱动轮连接并控制驱动轮高速旋转，第二驱动电机通过第二带轮驱动机构与驱动轮连接并控制驱动轮低速旋转；控制单元与第一驱动电机、第二驱动电机通讯连接，并根据测试需要确定驱动轮低速旋转或者高速旋转，并控制驱动轮跟随第一驱动电机或第二驱动电机旋转。本发明的目标测试小车包括小车车体和设置于小车车体上的上述的驱动机构。本发明的驱动机构及目标测试小车，解决了现有技术中驱动机构不能同时提供较大的扭矩或者较高的速度，无法满足无人驾驶汽车性能测试用目标测试小车需求的问题。

Description

驱动机构及目标测试小车
技术领域
本发明属于车辆检测技术领域，具体涉及一种驱动机构及目标测试小车。
背景技术
在无人驾驶汽车的功能和性能测试过程中，由于对于无人驾驶汽车的碰撞性能的测试，需要在测试时能够具有较高的运行速度。但是，目标测试小车从静止启动时，需要克服静摩擦力由静止转化为运动，当小车运动时与地面的摩擦即转化为滚动摩擦，由理论力学可知，静摩擦力大于滚动摩擦，由于目标测试小车自身的重量原因，克服静摩擦需要提供较大的扭矩，因此，启动目标测试小车时则需要在较低的速度下运行且需要较大的扭矩。因此，无人驾驶汽车的碰撞性能的测试不但需要目标测试小车的驱动机构能够提供低速、高速两种运行状态，还需要驱动机构提供较大的驱动力。
由于测试条件及各方面因素的限制，目标测试小车是锂电池供直流电，所以驱动电机可以选择直流无刷电机和伺服电机。
但是，由于直流无刷电机是通过励磁驱动的，电机的驱动运行的原理，是通过霍尔元件来确定转子位置并且给定相应的换相信号，通过换相信号驱动电力晶体管的通断来控制电机的运转。而电力晶体管具有一定的使用频率范围，因此不能无限的增大换相频率，导致直流无刷电机无法高速运行，使直流无刷电机虽然可以提供较大的扭矩，但是直流无刷电机不能提供很高的速度。
而伺服电机的运转要靠伺服驱动器来驱动，基于负载的需要而加大扭矩输出驱动负载时，负载越大，角速度越大，所需扭矩就越大。但是，伺服电机的扭矩有一定限制，当超过最大扭矩时，即会报警。并且由于现有市场永磁交流伺服电机驱动器的通过电流限制，导致伺服电机功率普遍较小，所以输出扭矩一般也较小，使伺服电机虽然能够提供较高的速度，但是启动力矩较小，无法满足驱动需求。
综上所述，现有技术中的驱动机构不能同时提供较大的扭矩或者较高的速度，无法满足无人驾驶汽车的功能和性能测试的目标测试小车的需求。
发明内容
本发明基于现有技术中的驱动机构不能同时提供较大的扭矩或者较高的速度的技术问题，目的在于提供一种驱动机构，包括第一驱动电机、第二驱动电机、驱动轮和控制单元，其中，
所述第一驱动电机通过第一带轮驱动机构与所述驱动轮连接并控制所述驱动轮高速旋转，所述第二驱动电机通过第二带轮驱动机构与所述驱动轮连接并控制所述驱动轮低速旋转；
所述控制单元与所述第一驱动电机、第二驱动电机通讯连接，并根据测试需要确定所述驱动轮低速旋转或者高速旋转，并控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
具体地，所述控制单元通过控制所述第一驱动电机或所述第二驱动电机是否工作，控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
驱动机构进一步地还包括机架，所述第一带轮驱动机构和所述第二带轮驱动机构均固定于所述机架上，所述第一驱动电机通过第一电磁离合器与所述第一带轮驱动机构连接，所述第二驱动电机通过第二电磁离合器与所述第二带轮驱动机构连接。
进一步地，所述控制单元通过控制所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器是否接合，控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
所述机架进一步地包括用于缓冲的弹簧悬挂机构。
所述驱动轮进一步地通过驱动轮轴分别与所述第一带轮驱动机构和所述第二带轮驱动机构连接。
驱动机构进一步地还包括第一带轮张紧机构和第二带轮张紧机构，所述第一带轮张紧机构连接所述驱动轮轴和所述第一带轮驱动机构连接，所述第二带轮张紧机构连接所述驱动轮轴和所述第二带轮驱动机构。
本发明的目的还在于提供一种目标测试小车，包括小车车体和设置于小车车体上的上述的驱动机构。
所述驱动机构进一步地还包括固定轴座，所述驱动机构通过所述固定轴座与所述小车车体固定连接。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过控制单元根据测试需要确定驱动轮低速旋转或者高速旋转，并控制驱动轮跟随第一驱动电机或第二驱动电机旋转，使驱动机构和目标测试小车既能满足高速需求，又能提供较大扭矩。当目标测试小车在测试无人驾驶车安全行驶过程中使用时，可以通过第一驱动电机与第二驱动电机之间的切换实现无人驾驶测试小车高速、低速两种状态的切换，从而满足目标测试小车的测试需求。由于本发明的驱动机构和目标测试小车可以通过简单的机械结构满足测试的驱动需求，因此，可以降低测试成本并且降低操作难度。
附图说明
图1为本发明驱动机构的结构示意图；
图2为本发明驱动机构的俯视图；
图3为本发明驱动机构的第一带轮驱动机构的结构示意图；
图4为本发明驱动机构的弹簧悬挂机构的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种驱动机构，包括第一驱动电机1、第二驱动电机2、驱动轮11和控制单元。其中，第一驱动电机1通过第一带轮驱动机构5与驱动轮11连接并控制驱动轮11高速旋转，第二驱动电机2通过第二带轮驱动机构6与驱动轮11连接并控制驱动轮11低速旋转。控制单元与第一驱动电机1、第二驱动电机2通讯连接，并根据测试需要确定驱动轮11低速旋转或者高速旋转，并控制驱动轮11跟随第一驱动电机1或第二驱动电机2旋转。
在本发明实施例中，还包括机架15，机架15包括第一电机支架13和第二电机支架14，第一驱动电机1和第二驱动电机2分别对应地固定于第一电机支架13和第二电机支架14上。如图3所示，由于第一带轮驱动机构5和第二带轮驱动机构6的结构相似，因此以第一带轮驱动机构5为例，说明本发明实施例中的第一带轮驱动机构5、第二带轮驱动机构6的具体结构，其主要的传动装置为同步带，第一带轮驱动机构5和第二带轮驱动机构6也固定于机架15上，第一驱动电机1的第一电机轴7与第一电磁离合器3连接，并且通过第一电磁离合器3与第一带轮驱动机构5连接，第二驱动电机2的第二电机轴8与第二电磁离合器4连接，并且通过第二电磁离合器4与第二带轮驱动机构6连接。驱动轮11通过驱动轮轴12分别与第一带轮驱动机构5和第二带轮驱动机构6连接，并且驱动轮轴12的两端伸出第一带轮驱动机构5和第二带轮驱动机构6后，与机架15可旋转连接。机架15使第一驱动电机1、第二驱动电机2、第一带轮驱动机构5、第二带轮驱动机构6和驱动轮11形成一个整体结构。控制单元可以设置于机架15上，也可以设置于其他位置，例如控制单元可以为目标测试小车的控制器的一个模块。
为了使驱动机构的结构紧凑，可以将第一电机支架13、第二电机支架14、第一驱动电机1和第二驱动电机2按照如图1-2中的方式布置，将第一驱动电机1与第二驱动电机2的电机轴同轴设置，当然，也可以将第一驱动电机1与第二驱动电机2的位置改变，只要是能够满足第一驱动电机1与第二驱动电机2的电机轴平行设置及目标测试小车所需的高低速需求即可。
在本发明实施例中，第一驱动电机1可以为直流无刷电机，为驱动机构提供较低的运行速度和较大的扭矩，第二驱动电机2可以为伺服电机，为驱动机构提供较高的运行速度。采用第一驱动电机1和第二驱动电机2带动驱动轮11低速或者高速运行的方法可以为：控制单元通过控制第一驱动电机1或第二驱动电机2是否工作，控制驱动轮11跟随第一驱动电机1或第二驱动电机2旋转；控制单元通过控制第一电磁离合器3和第二电磁离合器4是否接合，控制驱动轮11跟随第一驱动电机1或第二驱动电机2旋转。当然，为了更精确有效地控制驱动轮11在低速和高速模式下自由切换，采用第一驱动电机1和第二驱动电机2带动驱动轮11低速或者高速运行的方法还可以为上述两种方法的结合。
为了能够使驱动机构在测试过程中受到保护，在本发明实施例中，驱动机构还可以包括用于缓冲的弹簧悬挂机构16，如图4所示，弹簧悬挂机构16可以包括悬挂轴18、防松螺母19、弹簧固定件20、模具弹簧21、悬挂连接块22和固定销23，其中悬挂连接块22将弹簧悬挂机构16固定于机架15上，弹簧固定件20将模具弹簧21固定于悬挂连接块22上，悬挂轴18依次穿过防松螺母19、弹簧固定件20、模具弹簧21和弹簧连接块22后，通过固定销23固定其位置。其中，悬挂轴18、防松螺母19、弹簧固定件20和模具弹簧21同轴设置。弹簧悬挂机构16可以如1-2图中所示包括两个，并且对称地设置于机架15两侧，对整个驱动机构起到缓冲作用，保护驱动机构的零部件免受冲击损伤。当然，弹簧悬挂机构16的数量根据需要还可以为更多，并且根据驱动机构受到的冲击力的分布进行布置。
为了提高驱动机构的可靠性，在本发明实施例中，驱动机构还可以包括第一带轮张紧机构9和第二带轮张紧机构10，第一带轮张紧机构9连接驱动轮轴12和第一带轮驱动机构5连接，第二带轮张紧机构10连接驱动轮轴12和第二带轮驱动机构6，可以有效地对第一带轮驱动机构5和第二带轮驱动机构6进行张紧，保证其传动的可靠性。
本发明另一实施例提供了一种目标测试小车，包括小车车体和设置于小车车体上的上述的驱动机构。为了可以使驱动机构可以更高地固定于小车车体上，如图2所示，驱动机构还可以包括固定轴座17，使驱动机构通过固定轴座17与小车车体固定连接。
本发明提供的驱动机构及目标测试小车的驱动原理为：
初始状态(即实验开始前的静止状态)时，两台电机均不转动，两个电磁离合器均处于分离状态。
当目标测试小车准备启动时，控制直流无刷电机正向转动，并且利用电磁铁原理，通过直流电源来控制第一电磁离合器3动力传动通电吸合。使直流无刷电机以低速转动，并通过第一带轮驱动机构5带动驱动轮11转动，由于第一带轮传动机构传动比为1，故驱动轮11的扭矩与直流无刷电机的输出扭矩一致。若目标测试小车的重量增加，导致驱动轮11扭矩大于直流无刷电机输出扭矩，此时，可以通过增大第一带轮驱动机构5的传动比，增大驱动轮11的扭矩，最大限度的发挥直流无刷电机的扭矩性能。
带轮驱动机构的传动比的计算公式如下：
其中，i为带轮驱动机构的传动比；ω1为小带轮(即与第一驱动电机1的电机轴连接且同轴的带轮)角速度；ω2为大带轮(即与驱动轮轴12连接且同轴的带轮)角速度；d1为小带轮分度圆直径；d2为大带轮分度圆直径；z1为小带轮齿数；z2为大带轮齿数；T1为小带轮扭矩；T2为大带轮扭矩。
因此，要增大驱动轮11的扭矩，即增大大带轮扭矩T2，即需要增大第一带轮驱动机构5的传动比i，即只要更换第一带轮驱动机构5上的带轮，增大大带轮齿数z2或者减小小带轮齿数z1或者既增大大带轮齿数z2，又减小小带轮齿数z1即可。
当目标测试小车需要高速运行时，使第一电磁离合器3断电分离，启动伺服电机并且使第二电磁离合器4通电吸合，控制伺服电机高速运转，并且通过第二带轮驱动机构6带动驱动轮11转动。若需要更高的速度，可以通过减小第二带轮传动机构的传动比，提高驱动轮11的转速，最大限度的发挥伺服电机的速度性能。
带轮驱动机构的传动比的计算公式如下：
其中，i为带轮驱动机构的传动比；ω1为小带轮(即与第二驱动电机2的电机轴连接且同轴的带轮)角速度；ω2为大带轮(即与驱动轮轴12连接且同轴的带轮)角速度；d1为小带轮分度圆直径；d2为大带轮分度圆直径；z1为小带轮齿数；z2为大带轮齿数；T1为小带轮扭矩；T2为大带轮扭矩。
因此，要提高驱动轮的转速，即增大大带轮转速ω2，即需要减小第二带轮驱动机构6的传动比i，即只要更换第二带轮驱动机构6上的带轮，减小大带轮齿数z2或者增大小带轮齿数z1或者既减小大带轮齿数z2，又增大小带轮齿数z1即可。
综上所述，本发明提供的驱动机构及目标测试小车在测试无人驾驶车安全行驶过程中，当目标测试小车启动时，可以通过第一驱动电机带动驱动轮低速转动，提供较大的扭矩，使目标测试小车克服静摩擦力，改变其静止状态为低速运行状态，从而完成低速运行测试。当目标测试小车需要高速运行时，第二驱动电机带动驱动轮高速转动，从而完成高速运行测试。并且，本发明提供的驱动机构及目标测试小车，可以在低速运行和高速运行的状态下自由切换。

Claims (9)

1.一种驱动机构，其特征在于，包括第一驱动电机、第二驱动电机、驱动轮和控制单元，其中，
所述第一驱动电机通过第一带轮驱动机构与所述驱动轮连接并控制所述驱动轮高速旋转，所述第二驱动电机通过第二带轮驱动机构与所述驱动轮连接并控制所述驱动轮低速旋转；
所述控制单元与所述第一驱动电机、第二驱动电机通讯连接，并根据测试需要确定所述驱动轮低速旋转或者高速旋转，并控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
2.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于：所述控制单元通过控制所述第一驱动电机或所述第二驱动电机是否工作，控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
3.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于：还包括机架，所述第一带轮驱动机构和所述第二带轮驱动机构均固定于所述机架上，所述第一驱动电机通过第一电磁离合器与所述第一带轮驱动机构连接，所述第二驱动电机通过第二电磁离合器与所述第二带轮驱动机构连接。
4.如权利要求3所述的驱动机构，其特征在于：所述控制单元通过控制所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器是否接合，控制所述驱动轮跟随所述第一驱动电机或所述第二驱动电机旋转。
5.如权利要求3所述的驱动机构，其特征在于：所述机架包括用于缓冲的弹簧悬挂机构。
6.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于：所述驱动轮通过驱动轮轴分别与所述第一带轮驱动机构和所述第二带轮驱动机构连接。
7.如权利要求6所述的驱动机构，其特征在于：还包括第一带轮张紧机构和第二带轮张紧机构，所述第一带轮张紧机构连接所述驱动轮轴和所述第一带轮驱动机构连接，所述第二带轮张紧机构连接所述驱动轮轴和所述第二带轮驱动机构。
8.一种目标测试小车，其特征在于，包括小车车体和设置于小车车体上的如权利要求1-7中任一项所述的驱动机构。
9.如权利要求8所述的目标测试小车，其特征在于：所述驱动机构还包括固定轴座，所述驱动机构通过所述固定轴座与所述小车车体固定连接。
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