CN107702927A - 转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，由转向系统、显示屏、上位机、转向台架、储液罐、接线盒、下位机、制动台架、转向控制器、制动踏板总成、伺服电机控制器和吊架组成。所述的转向系统通过吊架安装在转向台架内，制动台架通过制动液管与制动踏板总成连接，伺服电机控制器放置于转向台架的底板上。本发明有效避免了车道偏离防避系统开发初期为了验证执行器性能而需进行实车道路试验的危险性，且集转向与制动执行器于一体，能够实现复杂工况的车道偏离防避，提高行车安全性，台架试验效率高，操作简便，节约车道偏离转向和制动控制器的开发成本，缩短车道偏离防避系统的开发周期。

Description

转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置

所属技术领域

本发明专利涉及一种基于电动助力转向(Electronic Power Steering，EPS)系统和车身电子稳定系统(Electronic Stability Program，ESP)的车道偏离防避系统(LaneDeparture Avoidance System，LDAS)的试验装置，尤其涉及一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置。

背景技术

汽车给人们生活带来便捷的同时，随着汽车使用数量的剧增，也带来了许多新的问题，比如交通事故频发、化石能源的消耗、交通拥堵和燃油汽车排放尾气造成的空气污染等，尤其是交通事故造成了生命和财产无可挽回的损失。为了减少交通事故的发生，汽车工程师开发了许多被动和主动安全系统，例如防抱死系统(Anti-lock Braking System，ABS)、ESP、线控主动转向系统(Direct Adaptive Steering，DAS)以及自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control，ACC)。如果多出1秒的警告时间则90％的汽车追尾事故可以避免。超过90％的高速公路交通事故的发生与驾驶员的操作不当直接相关。为了减少交通事故的发生，全世界在各个领域开展无人驾驶的研究日趋增多，例如自动高速公路系统(Automated Highway System，AHS)、高级车辆控制系统(Advanced Vehicle-controlSystem，AVCS)和智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)等。

目前，无人驾驶技术的法规还不够完善，在无人驾驶技术还不能实现绝对可靠的前提下，辅助驾驶技术是智能车发展的重要组成部分。约有50％的交通事故是因为车辆偏离正常的行驶车道引起的，究其原因主要是驾驶员注意力不集中或疲劳驾驶。因此，希望通过辅助驾驶技术来提高汽车行驶的安全性，特别是通过主动安全技术来减少由于驾驶员失误导致的交通事故。LDAS主要是指基于视觉传感器，与GPS等传感器相结合，在汽车行驶过程中随时识别车道线和驾驶员意图，并进行系统的运算与分析，从而及时避免可能发生的车道偏离危险，有效增加汽车行驶的舒适性和安全性。按照美国道路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA)的分级，LDAS属于实现自动驾驶的第3级，即该辅助系统具备足够信赖的车道偏离防避能力，但驾驶员仍然对车辆具有控制权。

由于LDAS涉及到高速行驶工况，开发LDAS初期需要验证执行器的性能，如果进行高速实车道路试验，不但危险性太大，且费用高昂。现有LDAS都是采用转向执行器实现车辆横向纠正控制，如果轮胎侧向力饱和，仅通过转向控制是不能实现车道偏离防避的，也有基于制动控制器实现车道偏离防避的研究，而缺少针对复杂行驶工况采用转向和制动执行器共同纠正车辆实现车道偏离防避。LDAS需要实时识别车道线和驾驶员意图，不但需要多个传感器采集信息，且需要对多个传感器采集的信息进行处理并进行数据融合决策，这就使得执行器功能验证阶段的开发周期进一步延长。

本车道偏离防避装置，由于集成了转向和制动执行器控制，能够实现复杂工况下的车道偏离防避。

发明内容

本发明的目的是针对传统车道偏离防避技术的不足，提供一种具有转向和制动执行器在环的车道偏离防避开发的试验装置，避免了现有现有车道偏离防避技术的不足和执行器开发初期实车性能验证的危险性，极大的提高了复杂路况车道偏离防避效果和行车安全性，节约了车道偏离防避执行器的开发成本，缩短了开发周期。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，由转向系统、显示屏、上位机、固定台架、储液罐、接线盒、下位机、制动台架、转向控制器、制动踏板总成、伺服电机控制器和吊架组成。所述的转向系统的上端通过螺栓固定在转向台架的转向柱固定板上，中部通过螺栓固定在吊架上，下部通过螺钉固定在电机安装架上，显示屏和上位机放置于转向台架上，通过上位机设计驾驶环境的人机交互界面，借助车辆动力学仿真软件，显示屏可以实时显示驾驶环境等信息，储液罐安装于转向台架的上横方管上，接线盒放置于下位机上，下位机放置于中板上，制动台架通过主缸制动液管与制动踏板总成连接，转向控制器放置于中板上，制动踏板总成上端通过螺栓固定在横角钢上，下端通过螺栓固定在竖管上，通过真空泵产生制动踏板总成所需的真空度，伺服电机控制器通过螺钉安装于底板上。

所述的转向系统包括转向盘、转向角传感器、转向力矩传感器、转向执行电机、万向轴、减速器和伺服电机，所述的转向盘安装在转向管柱上，转向角传感器内置于某型号的转向组合开关内，组合开关安装于转向管柱上，转向力矩传感器为某型号的EPS系统自带的，转向执行电机通过蜗轮蜗杆减速机构驱动转向管柱旋转，万向轴连接转向管柱和减速器，减速器通过螺钉与伺服电机连接。

所述的转向台架包括长方管、转向柱固定板、上板、中板、竖方管、横方管、连接方管、竖管、底板、安装座、横角钢和电机安装架，所述的4根长方管、6根竖方管、8根横方管和2根连接方管焊接组成了转向台架的支撑台架，转向柱固定板焊接在长方管下，用来固定转向系统的上端，上板焊接于转向台架上端，中板焊接于连接方管的上端，竖管和横角钢焊接于转向台架合适位置，用来固定制动踏板总成，底板焊接于转向台架底端，安装座通过螺钉固定于底板上，电机安装架通过螺栓固定在安装座内。

所述的制动台架包括固定台、主缸制动液管、轮缸压力传感器、液压调节器、轮缸制动液管、制动卡钳、轴、竖板、端盖、制动盘、供电线、三通接头和制动控制器，所述的两根主缸制动液管用来连接制动踏板总成，四个轮缸压力传感器分别安装在四个三通接头上，用来实时采集四个轮缸的压力，液压调节器通过螺钉固定在制动台架上，四根轮缸制动液管用来连接三通接头和四个制动卡钳，轴用来安装制动盘，两端分别固定于两块竖板上，端盖用来给轴进行轴向定位，供电线用来给压力传感器供电，四个三通接头安装在固定台上，三通接头一端连接液压调节器，另一端连接制动卡钳，通过车道偏离防避上层控制器发送的信号控制液压调节器的泵电机和电磁阀的动作，用来实现制动轮缸压力的调整。

所述的车道偏离防避控制环节由上位机、下位机、转向角传感器、转向执行电机、伺服电机、接线盒、转向控制器、轮缸压力传感器、液压调节器、制动控制器和伺服电机控制器组成，所述的上位机与下位机之间采用TCP/IP通信，通过下位机的采集卡获得转向角传感器的信号，根据上位机人机交互界面和某型号的转向管柱自带的转向力矩传感器获取的驾驶员转矩信息，搭建驾驶员意图识别模块，如果识别到车辆即将偏离车道且驾驶员没有纠正意图，那么上位机建立的上层控制器生成的期望纠正转矩信号通过下位机的数据采集卡和接线盒发送给转向控制器，通过转向控制器实现对转向执行电机转矩闭环控制，从而纠正车辆恢复到正常车道；通过伺服电机模拟转向管柱所受的道路负载，减速器给伺服电机进行转矩放大，道路负载转矩信号由上位机的车辆动力学软件通过下位机的数据采集卡和接线盒发送给伺服电机控制器，通过伺服控制器实现负载转矩闭环控制。针对车道偏离较复杂工况，根据上位机的上层控制器决策需要转向和制动系统共同介入纠正车辆恢复到正常车道，通过制动控制器实现对液压调节器的泵电机和电磁阀的控制，从而控制对应轮缸的制动压力，实现对车辆施加纠正横摆力矩，进而通过转向和制动系统共同纠正车辆恢复到正常车道。

本发明的有益效果是：

(1)与现有技术相比，本发明的车道偏离防避试验装置基于转向和制动执行器共同控制，可以应对复杂工况，尤其是轮胎侧向力饱和的情况下，转向和制动系统共同介入有效避免车道偏离事故的发生；

(2)有效避免了LDAS开发初期验证执行器性能实车道路试验的危险性，台架试验容易复现多种工况，可以有效验证转向和制动执行器的控制性能；

(3)基于转向和制动执行器硬件在环试验节约了控制器的开发成本，可以缩短LDAS的开发周期。

(4)本发明可用于EPS和ESP系统的控制器开发，借助于上位机的车辆动力学软件能够模拟多种工况，试验效率高。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的总体结构示意图的左视图。

图3是本发明的转向系统的总体结构示意图。

图4是本发明的转向台架的总体结构示意图。

图5是本发明的制动台架的总体结构示意图。

图6是本发明的吊架的总体结构示意图。

图7是本发明的安装座的总体结构示意图。

图8是本发明的电机安装架的总体结构示意图。

图9是本发明的的控制信号的示意图。

图中：1.转向系统；2.显示屏；3.上位机；4.转向台架；5.储液罐；6.接线盒；7.下位机；8.制动台架；9.转向控制器；10.制动踏板总成(包括真空助力器和真空发生器)；11.伺服电机控制器；12.吊架；101.转向盘；102.转向角传感器；103.转向力矩传感器；104.转向执行电机；105.万向轴；106.减速器；107.伺服电机；401.长方管；402.转向柱固定板；403.上板；404.中板；405.竖方管；406.横方管；407.连接方管；408.竖管；409.底板；410.安装座；411.横角钢；412.电机安装架；801.固定台；802.主缸制动液管；803.轮缸压力传感器；804.液压调节器；805.轮缸制动液管；806.制动卡钳；807.轴；808.竖板；809.端盖；810.制动盘；811.供电线；812.三通接头；813.制动控制器；1201.上安装板；1202.吊杆；41001.竖支撑板；41002.加强板；41003.底座板；41201.固定板；41202.侧板；41203.横拉板。

具有实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，由转向系统1、显示屏2、上位机3、固定台架4、储液罐5、接线盒6、下位机7、制动台架8、转向控制器9、制动踏板总成10、伺服电机控制器11和吊架12组成。所述的转向系统1的上端通过螺栓固定在转向台架的转向柱固定板402上，中部通过螺栓固定在吊架12上，下部通过螺钉固定在电机安装架412上，显示屏2和上位机3放置于上板403上，储液罐5安装于转向台架4的上横方管上，接线盒6放置于下位机7上，下位机7放置于中板404上，制动台架8通过主缸制动液管802与制动踏板总成10连接，转向控制器9放置于中板404上，制动踏板总成10上端通过螺栓固定在横角钢411上，下端通过螺栓固定在竖管408上，通过真空泵产生制动踏板总成10所需的真空度，伺服电机控制器11通过螺钉安装于底板409上，吊架12通过螺钉固定在上板403上。

所述的转向系统1包括转向盘101、转向角传感器102、转向力矩传感器103、转向执行电机104、万向轴105、减速器106和伺服电机107，所述的转向盘101安装在转向管柱上，转向角传感器102内置于转向组合开关内，转向力矩传感器103内置于转向管柱壳体内，转向执行电机104通过蜗轮蜗杆减速机构驱动转向管柱旋转，万向轴105连接转向管柱和减速器106，减速器106通过螺钉与伺服电机107连接。

所述的转向台架4包括长方管401、转向柱固定板402、上板403、中板404、竖方管405、横方管406、连接方管407、竖管408、底板409、安装座410、横角钢411和电机安装架412，所述的4根长方管401、6根竖方管405、8根横方管406和2根连接方管407焊接组成了转向台架的支撑台架，转向柱固定板402焊接在长方管401下，用来固定转向系统1的上端，上板403焊接于转向台架4上端，用来放置显示器2和上位机3等，中板404焊接于连接方管407的上端，用来放置接线盒6、下位机7和转向控制器9等，竖管408和横角钢411焊接于转向台架4合适位置，用来固定制动踏板总成10，底板409焊接于转向台架4底端，安装座410通过螺钉固定于底板409上，底板409上有若干个安装孔，可以调整安装座410相对于底板409的前后位置，电机安装架412通过螺栓固定在安装座410内。

所述的制动台架8包括固定台801、主缸制动液管802、轮缸压力传感器803、液压调节器804、轮缸制动液管805、制动卡钳806、轴807、竖板808、端盖809、制动盘810、供电线811、三通接头812和制动控制器813，所述的两根主缸制动液管802用来连接制动踏板总成10，四个轮缸压力传感器803分别安装在四个三通接头812上，用来实时采集四个轮缸的压力，液压调节器804通过螺钉固定在固定台801上，四根轮缸制动液管805用来连接三通接头812和四个制动卡钳806，轴807用来安装制动盘810，两端分别固定于两块竖板808上，端盖809用来给轴807进行轴向定位，供电线811用来给压力传感器供电，四个三通接头812安装在固定台801上，三通接头812一端连接液压调节器804，另一端连接制动卡钳806，制动控制器813放置于固定台801上，通过控制液压调节器804的泵电机和电磁阀来实现轮缸压力的调整。

所述的吊架12包括上安装板1201和吊杆1202，所述的安装板1201与两根吊杆1202焊接在一起，安装板1201通过螺钉连接上板403，用螺栓穿过两根吊杆1202的槽孔用来固定转向系统1的中部，槽孔用来调整螺栓的上下位置；所述的安装座410包括竖支撑板41001、加强板41002和座板41003，所述的两块支撑板41001焊接于座板41003上，支撑板41001上的槽孔用来调整电机安装架412斜向安装位置，座板41003上的槽孔用来调整安装在底板409上的前后位置，四块加强板41002用来提高安装座410的支撑刚度；所述的电机安装架412包括固定板41201、侧板41202和横拉板41203，所述的固定板41201与两块侧板41202焊接在一起，横拉板41203用来加强电机安装架412的刚度，固定板41201通过螺钉与减速器106连接，侧板41202下端5个安装孔用来调整电机安装架412相对安装座410的角度。

所述的控制信号示意图由上位机3、下位机7、转向角传感器102、转向执行电机104、伺服电机107、接线盒6、转向控制器9、轮缸压力传感器803、液压调节器804、制动控制器813和伺服电机控制器11组成，所述的上位机3与下位机7之间采用TCP/IP通信，通过下位机7的CAN卡实时采集转向角传感器102的CAN信号，根据上位机3获取的道路信息和某型号的转向管柱自带的转向力矩传感器103获取的驾驶员转矩信息搭建驾驶员意图识别模块，如果识别到车辆即将偏离车道且驾驶员没有纠正意图，那么生成的期望纠正转矩信号通过下位机7的数据采集卡和接线盒6发送给转向控制器9，通过转向控制器9实现对转向执行电机104转矩闭环控制，从而纠正车辆恢复到正常车道；通过伺服电机107和减速器106模拟转向管柱所受的道路负载，道路负载力矩信号通过下位机7的数据采集卡和接线盒6发送给伺服电机控制器11，伺服电机控制器11用来实现转矩闭环控制。如果是较复杂车道偏离工况，需要转向和制动系统共同介入纠正车辆恢复到正常车道，通过制动控制器813实现对液压调节器804的泵电机和电磁阀的控制，从而控制每个轮缸的制动压力，实现对车辆施加纠正横摆力矩，进而通过转向和制动系统共同纠正车辆恢复到正常车道。轮缸压力传感器803获得轮缸的压力通过接线盒6和下位机7的数据采集卡发送给上位机3，实现对安装在上位机3的车辆动力学仿真软件中的车辆进行横向纠正控制，最终通过转向和制动系统共同纠正车辆恢复到正常车道。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，其特征在于：由转向系统、显示屏、上位机、固定台架、储液罐、接线盒、下位机、制动台架、转向控制器、制动踏板总成、伺服电机控制器和吊架组成。所述的转向系统的上端通过螺栓固定在转向台架的转向柱固定板上，中部通过螺栓固定在吊架上，下部通过螺钉固定在电机安装架上，显示屏和上位机放置于转向台架上，通过上位机设计驾驶车辆的人机交互界面，借助车辆动力学仿真软件，显示屏可以实时显示驾驶环境等信息，储液罐安装于转向台架的上横方管上，接线盒放置于下位机上，下位机放置于中板上，制动台架通过主缸制动液管与制动踏板总成连接，转向控制器放置于中板上，制动踏板总成上端通过螺栓固定在横角钢上，下端通过螺栓固定在竖管上，通过真空泵产生制动踏板总成所需的真空度，伺服电机控制器通过螺钉安装于底板上。

2.根据权利要求1所述的一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，其特征在于：所述的转向系统包括转向盘、转向角传感器、转向力矩传感器、转向执行电机、万向轴、减速器和伺服电机，所述的转向盘安装在转向管柱上，转向角传感器内置于某型号的转向组合开关内，组合开关安装于转向管柱上，转向力矩传感器为某型号的EPS系统自带的，转向执行电机通过蜗轮蜗杆减速机构驱动转向管柱旋转，万向轴连接转向管柱和减速器，减速器通过螺钉与伺服电机连接。

3.根据权利要求1所述的一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，其特征在于：所述的转向台架包括长方管、转向柱固定板、上板、中板、竖方管、横方管、连接方管、竖管、底板、安装座、横角钢和电机安装架，所述的4根长方管、6根竖方管、8根横方管和2根连接方管焊接组成了转向台架的支撑台架，转向柱固定板焊接在长方管下，用来固定转向系统的上端，上板焊接于转向台架上端，中板焊接于连接方管的上端，竖管和横角钢焊接于转向台架合适位置，用来固定制动踏板总成，底板焊接于转向台架底端，安装座通过螺钉固定于底板上，电机安装架通过螺栓固定在安装座内。

4.根据权利要求1所述的一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，其特征在于：所述的制动台架包括固定台、主缸制动液管、轮缸压力传感器、液压调节器、轮缸制动液管、制动卡钳、轴、竖板、端盖、制动盘、供电线、三通接头和制动控制器，所述的两根主缸制动液管用来连接制动踏板总成，四个轮缸压力传感器分别安装在四个三通接头上，用来实时采集四个轮缸的压力，液压调节器通过螺钉固定在制动台架上，四根轮缸制动液管用来连接三通接头和四个制动卡钳，轴用来安装制动盘，两端分别固定于两块竖板上，端盖用来给轴进行轴向定位，供电线用来给压力传感器供电，四个三通接头安装在固定台上，三通接头一端连接液压调节器，另一端连接制动卡钳，通过车道偏离防避上层控制器发送的信号控制液压调节器的泵电机和电磁阀的动作，用来实现制动轮缸压力的调整。

5.根据权利要求1所述的一种转向和制动执行器在环的车道偏离防避试验装置，其特征在于：所述的车道偏离防避控制环节由上位机、下位机、转向角传感器、转向执行电机、伺服电机、接线盒、转向控制器、轮缸压力传感器、液压调节器、制动控制器和伺服电机控制器组成，所述的上位机与下位机之间采用TCP/IP通信，通过下位机的采集卡获得转向角传感器的信号，根据上位机人机交互界面和某型号的转向管柱自带的转向力矩传感器获取的驾驶员转矩信息，搭建驾驶员意图识别模块，如果识别到车辆即将偏离车道且驾驶员没有纠正意图，那么上位机建立的上层控制器生成的期望纠正转矩信号通过下位机的数据采集卡和接线盒发送给转向控制器，通过转向控制器实现对转向执行电机转矩闭环控制，从而纠正车辆恢复到正常车道；通过伺服电机模拟转向管柱所受的道路负载，减速器给伺服电机进行转矩放大，道路负载转矩信号由上位机的车辆动力学软件通过下位机的数据采集卡和接线盒发送给伺服电机控制器，通过伺服控制器实现负载转矩闭环控制。针对车道偏离较复杂工况，根据上位机的上层控制器决策需要转向和制动系统共同介入纠正车辆恢复到正常车道，通过制动控制器实现对液压调节器的泵电机和电磁阀的控制，从而控制对应轮缸的制动压力，实现对车辆施加纠正横摆力矩，进而通过转向和制动系统共同纠正车辆恢复到正常车道。