CN108297933B - 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：
Figure BDA0001619510400000021
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
Figure BDA0001619510400000031
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：
Figure BDA0001619510400000051
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
Figure BDA0001619510400000052
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 (3)

1.一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，
所述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；
所述第一滑道孔和所述第二滑道孔中设置有轴承，所述轴承为直线轴承；
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第二滑道孔中滑动，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；
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；
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；
所述电机和所述转向齿轮之间还连接有行星齿轮减速器；
所述无人驾驶电动赛车线控化转向系统的控制方法，包括：
根据电机转速控制第二齿条的移动距离为：
Figure QLYQS_1
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为驱动齿轮的齿数，μ为行星齿轮减速器的减速比，h为齿距，单位为mm；
所述影响因子
Figure QLYQS_2
其中，f为空气阻力系数，k为环境系数，ω1为第一摩擦系数，为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，为第二齿条总成与第二滑道孔之间的摩擦系数。
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的控制方法，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2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。
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