CN108297933A - 一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统，包括：电机；转向齿轮，其连接所述电机动力输出端；固定限位块，其设置在所述转向齿轮两侧，并开设有第一滑道孔和第二滑道孔；第一齿条总成，其穿过所述第一滑道孔与所述转向齿轮配合；第二齿条总成，其穿过所述第二滑道孔与所述第一齿条总成平行设置，并且与所述第一齿条总成固定连接保；接头，其设置在所述第二齿条总成的两端，用于连接转向拉杆；其中，通过驱动所述转向齿轮带动所述第二齿条总成在所述滑道孔中滑动，进而拉动所述转向拉杆进行转向，并通过所述固定限位块限制车轮的转向角度。从结构上保证了赛车的线控化转向，从实用方面解决了影响驾驶舱狭小的问题。

Description

一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶赛车技术领域，特别涉及一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统及其控制方法。
背景技术
无人驾驶在智能技术和互联技术的发展下应运而生，为了推进我国汽车产业人才培养，高校学生通过改装原有电动赛车，研究无人驾驶赛车技术，赛事要求在驾驶员能开的基础上实现无人驾驶，参加大学生方程式大赛。转向系统线控化改装是其中重要的一部分，原有的无人驾驶赛车转向系统通常在转向柱上加上齿轮，由电机驱动齿轮转动转向柱，进而驱动转向器使汽车转向。这一驱动模式严重影响座舱的驾驶空间，给驾驶员驾驶时带来很多不便。
针对上述问题，需要设计一种不妨碍有人驾驶时的线控转向系统，从而保证在不妨碍有人驾驶的基础上实现无人驾驶赛车线控转向。
发明内容
本发明设计开发了一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统，通过圆键将第一齿条总成和第二齿条总成进行连接，在无人驾驶时通过电机驱动第一转向器带动第二齿条总成进行转向，
本发明的另一发明目的：在有人驾驶时，通过方向盘驱动第二转向器进行转向，在不妨碍有人驾驶的基础上实现无人驾驶赛车转向的问题。
本发明的另一发明目的：通过电机的转速来控制第二齿条在限位固定块中的移动距离，进而控制车轮的转角。
本发明提供的技术方案为：
一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统，包括：
电机；
转向齿轮，其连接所述电机动力输出端；
固定限位块，其设置在所述转向齿轮两侧，并开设有第一滑道孔和第二滑道孔；
第一齿条总成，其穿过所述第一滑道孔与所述转向齿轮配合；
第二齿条总成，其穿过所述第二滑道孔与所述第一齿条总成平行设置，并且与所述第一齿条总成固定连接；
接头，其设置在所述第二齿条总成的两端，用于连接转向拉杆；
其中，通过驱动所述转向齿轮带动所述第二齿条总成在所述滑道孔中滑动，进而拉动所述转向拉杆进行转向，并通过所述固定限位块限制车轮的转向角度。
优选的是，还包括：
第二转向器，其与所述第二齿条总成配合，用于驱动第二齿条总成。
优选的是，所述第一齿条总成包括：
第一齿条，其与所述转向齿轮啮合；
第一钼块，其固定连接在所述第一齿条的两端。
优选的是，所述第二齿条总成包括：
第二齿条，其通过所述圆键与所述第一齿条连接；
第二钼块，其固定连接在所述第二齿条的两端。
优选的是，所述第一齿条和所述第二齿条的一侧均开设有圆键槽，用于固定圆键。
优选的是，所述第一滑道孔和所述第二滑道孔中设置有轴承。
优选的是，所述电机和所述转向齿轮之间还连接有行星齿轮减速器。
优选的是，所述轴承为直线轴承。
一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统的控制方法，其特征在于，根据电机转速控制所述第二齿条的移动距离为：
其中，L为第二齿条移的动距离，单位为mm，λ为所述第二齿条移动距离的影响因子，t为时间，单位为s，nt为t时刻的电机转速，单位为：r/min，z为第二齿条的齿数，μ为行星齿轮减速器的减速比，h为齿距，单位为mm。
优选的是，所述影响因子
其中，f为空气阻力系数，k为环境系数，ω1为第一摩擦系数，ω2为第二摩擦系数。
本发明所述的有益效果：本发明提供的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，通过圆键将第一齿条总成和第二齿条总成进行连接，在无人驾驶时通过电机驱动第一转向器带动第二齿条总成进行转向，在有人驾驶时，通过方向盘驱动第二转向器进行转向，在不妨碍有人驾驶的基础上实现无人驾驶赛车转向的问题。并通过电机转速控制第二齿条的移动距离，进而控制车轮的转角，该控制方法简单易行，可操作性强。本发明提供的无人驾驶赛车线控化转向系统，从结构上保证了赛车的线控化转向，从实用方面解决了影响驾驶舱狭小的问题。
附图说明
图1为本发明所述的无人驾驶赛车线控化转向系统的轴测图。
图2为本发明所述的无人驾驶赛车线控化转向系统的俯视图。
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1-2所示，本发明提供一种无人驾驶赛车线控化转向系统，包括：电机100、行星齿轮减速器200、底座300、限位固定块400、接头500、圆键600、第一转向器700以及第二转向器800。
底座300用螺栓固定在车架上，电机100的动力输出端连接行星齿轮减速器200，固定在底座300的前侧，第一转向器700连接行星齿轮减速器200的动力输出端，转向齿轮设置在第一转向器700中，其中第一转向器700为无人驾驶转向器。
第一转向器700用螺栓固定在底座300上，与行星齿轮减速器200的输出轴用方孔固定连接。
固定限位块400对称设置在电机的两侧，并且两个固定限位块相互平行，每个固定限位块400上均开设有第一滑道孔和第二滑道孔，在其中均设置有直线轴承，能够减少磨损。
第一齿条总成包括第一齿条710和连接在其两端的第一钼块720，第一钼块720依次穿过设置在两个固定限位块400上的第一滑道孔，与限位固定块400滑动连接，在第一钼块的一侧开设有圆键槽，用于固定原圆键。
第二齿条总成包括第二齿条810和连接在其两端的第二钼块820，第二钼块820依次穿过设置在两个固定限位块400上的第二滑道孔，与限位固定块400滑动连接，在第二钼块820朝向第一钼块的一侧开设有圆键槽，用于固定圆键。第二齿条总成两端连接有接头500，用于转向拉杆连接。
其中，第一齿条总成和第二齿条总成通过圆键600进行固定连接，转向齿轮能够与第一齿条710啮合，通过电机100驱动转向齿轮，第一齿条710与转向齿轮啮合，并带动第二齿条总成一起左右移动，
当第一转向器的进行驱动时，两齿条总成在固定限位块的滑道中左右滑动，接头500拉动转向拉杆实现转向，当转到最大角度时，圆键600会触碰到固定限位块400，限制赛车的最大转角。
第二转向器800为有人驾驶转向器，固定在底座300上，能够驱动第二齿条总成，带动接头进行左右滑动。
工作原理为：
无人驾驶时，电机控制器发送给电机100命令使转向电机转动，0电机带动行星齿轮减速器200的输出轴旋转，驱动转向齿轮转动，进而使转向齿条在限位固定块400的滑道中左右滑动，为了减少磨损，在滑道中放有直线轴承，在两个圆键600的作用下，驱动有人驾驶时的第二齿条810一起在限位固定块400的滑道中一起左右滑动，带动转向横拉杆使赛车实现转向，当赛车车轮转到最大角度时圆键600会触碰到固定限位块400，从而来限制车轮的最大转角。
有人驾驶时，驾驶员转动方向盘，方向盘带动转向轴旋转，进而驱动转向器齿轮转动使转向齿条在限位块中左右滑动，带动转向横拉杆使赛车实现有人驾驶时的转向。
本发明还提供一种无人驾驶赛车线控化转向系统的控制方法，包括：
电机转速控制所述第二齿条的移动距离为：
其中，L为第二齿条的移动距离，单位为mm，λ为移动距离的影响因子，t为时间，单位为s，nt为t时刻的电机转速，单位为：r/min，z为第二齿条的齿数，μ为行星齿轮减速器的减速比，h为齿距，单位为mm。
对第二齿条的移动距离进行校正，第二齿条的移动距离L的影响因子为λ
其中，f为空气阻力系数，k为环境系数，ω1为第一摩擦系数，即第一齿条总成与第一滑道孔之间的摩擦系数，ω2为第二摩擦系数，及第二齿条总成与第二滑道孔之间的摩擦系数。
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)

1.一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，包括：
电机；
转向齿轮，其连接所述电机动力输出端；
固定限位块，其设置在所述转向齿轮两侧，并开设有第一滑道孔和第二滑道孔；
第一齿条总成，其穿过所述第一滑道孔与所述转向齿轮配合；
第二齿条总成，其穿过所述第二滑道孔与所述第一齿条总成平行设置，并且与所述第一齿条总成固定连接；
接头，其设置在所述第二齿条总成的两端，用于连接转向拉杆；
其中，通过驱动所述转向齿轮带动所述第二齿条总成在所述滑道孔中滑动，进而拉动所述转向拉杆进行转向，并通过所述固定限位块限制车轮的转向角度。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，还包括：
第二转向器，其与所述第二齿条总成配合，用于驱动第二齿条总成。
3.根据权利要求1或2所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述第一齿条总成包括：
第一齿条，其与所述转向齿轮啮合；
第一钼块，其固定连接在所述第一齿条的两端。
4.根据权利要求3所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述第二齿条总成包括：
第二齿条，其通过圆键与所述第一齿条连接；
第二钼块，其固定连接在所述第二齿条的两端。
5.根据权利要求4所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述第一齿条和所述第二齿条的一侧均开设有圆键槽，用于固定圆键。
6.根据权利要求1所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述第一滑道孔和所述第二滑道孔中设置有轴承。
7.根据权利要求6所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述电机和所述转向齿轮之间还连接有行星齿轮减速器。
8.根据权利要求7所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统，其特征在于，所述轴承为直线轴承。
9.一种无人驾驶电动赛车线控化转向系统的控制方法，其特征在于，根据电机转速控制第二齿条的移动距离为：
其中，L为第二齿条的移动距离，单位为mm，λ为所述第二齿条移动距离的影响因子，t为时间，单位为s，nt为t时刻的电机转速，单位为：r/min，z为第二齿条的齿数，μ为行星齿轮减速器的减速比，h为齿距，单位为mm。
10.根据权利要求9所述的无人驾驶电动赛车线控化转向系统的控制方法，其特征在于，所述影响因子
其中，f为空气阻力系数，k为环境系数，ω1为第一摩擦系数，ω2为第二摩擦系数。
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