CN108860297A - 一种自动驾驶转向系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动驾驶转向系统，通过设置于车身周围的车身传感器检测周围环境情况；通过计算处理模块接收车身传感器的检测信号，计算并输出转向信号；本系统至少同排设置的两个车轮为转向车轮，转向车轮通过固定架与车身相连接，固定架的底部固定连接回转支承的内圈，回转支承的外圈设置外齿，回转支承的外圈固定于车轮支架，车轮支架转动连接车轮，车轮由轮毂电机带动前进或后退；转向执行器接收计算处理模块发出的转向信号，能够与回转支承外圈上的外齿相啮合，带动回转支承的外圈转动；通过齿牙之间的啮合实现转向，省去了机械传动结构；由回转支承实现车辆转向，可实现更大角度的转动范围。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，更进一步涉及一种自动驾驶转向系统及车辆。
背景技术
自动驾驶汽车是一种通过处理器电脑系统实现无人驾驶的智能汽车，通过处理器电脑系统自动判别行驶路况，控制车速和转向，解放驾驶员的双手，是未来汽车发展的趋势，目前已经有众多企业正在研发自动驾驶汽车。
目前的自动驾驶汽车与传统汽车结构基本相同，通过发动机经由变速箱带动车轮运动，或者由电动机经一系列传动结构带动车轮运动，由电脑系统控制车轮转向和油门大小，通过电机等转向驱动装置带动方向盘的转向轴转动，转向轴通过一系统的传统结构带动车轮转向，转向驱动装置接收由电脑系统发出的控制指令，转向系统比传统的汽车转向系统更加复杂，不利于降低车重，硬件成本高且不利于节能降耗。
发明内容
本发明提供一种自动驾驶转向系统，不需要设置复杂的传动结构，有利于降低车重和改善车内空间布局，具体方案如下：
一种自动驾驶转向系统，包括：
车身传感器，设置于车身周围，用于检测周围环境情况；
计算处理模块，接收所述车身传感器的检测信号，计算并输出转向信号；
转向车轮，至少同排设置的两个车轮为所述转向车轮，所述转向车轮包括与车身相连接的固定架，所述固定架的底部固定连接回转支承的内圈，所述回转支承的外圈设置外齿，所述回转支承的外圈固定于车轮支架，所述车轮支架转动连接车轮，所述车轮由轮毂电机带动前进或后退；
转向执行器，与车体相固定，接收所述计算处理模块发出的转向信号，所述转向执行器能够与所述回转支承外圈上的外齿相啮合，带动所述回转支承的外圈转动。
可选地，所述转向执行器包括固定在所述固定架上的转向电机，所述转向电机通过与其传动连接的减速机带动传动齿轮，所述传动齿轮与所述回转支承外圈的外齿相啮合。
可选地，所述固定架为减震器，所述固定架的顶端与底端分别设置法兰盘，顶部的法兰盘与车架相固定，底部的法兰盘与所述车轮支架相固定。
可选地，与所述车轮同心固定设置刹车盘，所述车轮支架上固定设置刹车钳；
所述计算处理模块控制液压泵驱动刹车片与所述刹车盘摩擦制动。
可选地，所述刹车盘通过电子助力系统提供刹车动力，所述电子助力系统包括刹车电机，所述刹车电机的输出轴带动刹车齿轮转动，所述刹车齿轮与刹车齿条啮合传动，所述刹车齿轮条由导向机构导向作平移运动，所述刹车齿条的端部连接刹车拉杆，所述刹车拉杆的一端伸入刹车总泵，所述刹车总泵向刹车油管泵送刹车油，所述刹车油管向所述刹车钳提供刹车油；
所述减震器和所述回转支承的中心竖向掏空设置，所述刹车油管和所述轮毂电机的信号线从掏空孔中穿过。
可选地，所述车轮支架呈“冂”字型，所述车轮支架的顶部平板上设置掏空孔；所述车轮支架底部的两侧分支分别与所述车轮的转轴相连接。
可选地，所述计算处理模块结合所述车身传感器的检测信号、数字地图和GPS信号控制所述车轮转向和行驶速度。
可选地，还包括方向盘和转向轴，所述转向轴上固定设置转向齿轮，所述转向齿轮啮合带动转向齿条平移，测距传感器检测所述转向齿条的位移，所述计算处理模块根据所述齿条的位移确定所述车轮的转向幅度。
可选地，还包括方向盘和转向轴，所述转向轴上固定设置转向齿轮，所述转向齿轮啮合带动编码器上的齿轮旋转，所述计算处理模块根据所述编码器检测所述转向轴的转角，并确定所述车轮的转向幅度。
本发明还提供一种车辆，包括上述任一项所述的自动驾驶转向系统。
本发明还提供一种车辆，包括上述任一项的自动驾驶转向系统。
本发明提供了一种自动驾驶转向系统，通过设置于车身周围的车身传感器检测周围环境情况；通过计算处理模块接收车身传感器的检测信号，计算并输出转向信号；本系统至少同排设置的两个车轮为转向车轮，转向车轮通过固定架与车身相连接，固定架的底部固定连接回转支承的内圈，回转支承的外圈设置外齿，回转支承的外圈固定于车轮支架，车轮支架转动连接车轮，车轮由轮毂电机带动前进或后退；转向执行器接收计算处理模块发出的转向信号，能够与回转支承外圈上的外齿相啮合，带动回转支承的外圈转动；通过齿牙之间的啮合实现传动，不需要通过发动机或电动机输出动力，且省去了机械传动结构；由回转支承实现车辆转向，可实现更大角度的转动范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自动驾驶转向系统的逻辑框图；
图2A为转向车轮一个方向的结构示意图；
图2B为转向车轮另一方向的结构示意图；
图3A为转向车轮各部件一个方向的爆炸结构图；
图3B为转向车轮各部件另一方向的爆炸结构图；
图4为电子助力系统的结构示意图；
图5A为本发明提供的转向信号输入机构的一种结构图；
图5B为齿条处于中间位置的示意图；
图5C为齿条处于最右侧的示意图；
图5D为齿条处于最左侧的示意图；
图6为本发明提供的转向信号输入机构的另一种结构图。
图中包括：
固定架1、回转支承2、车轮支架3、车轮4、刹车盘41、刹车钳42、转向电机5、传动齿轮51、方向盘61、转向轴62、转向齿轮63、转向齿条64、测距传感器65、编码器66、刹车电机71、刹车齿轮72、刹车齿条73、刹车拉杆74、刹车总泵75、刹车油管76。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种自动驾驶转向系统，不需要设置复杂的传动结构，有利于降低车重和改善车内空间布局。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的自动驾驶转向系统进行详细的介绍说明。
本发明提供的自动驾驶转向系统包括车身传感器、计算处理模块、转向车轮等结构，如图1所示，为本发明自动驾驶转向系统的逻辑框图；车身传感器设置于车身周围，可采用雷达测距传感器、超声波传感器、激光测距传感器、毫米波雷达传感器、视觉传感器、CCD传感器，转速传感器，光电传感器，电磁传感器等多种传感器的一种或多种的组合，通过车身传感器检测周围环境情况；包括行驶方向上是否有障碍物以及障碍物的距离、车道位置、是否有可变车道等各种环境信息。
计算处理模块接收车身传感器的检测信号，计算并输出转向信号，控制转向执行器工作。计算处理模块可采用单片机、PLC、PAC等。
如图2A和图2B所示，分别为转向车轮两种不同方向的结构示意图；图3A和图3B分别为转向车轮各部件两种不同方向的爆炸结构图；至少同排设置的两个车轮为转向车轮，也可将全部车轮均设置为转向车轮，采用本发明提供的车轮结构，每个车轮都可转动。转向车轮包括与车身相连接的固定架1，固定架1的顶部与车身相连，底部固定连接回转支承2的内圈，回转支承2的内圈保持相对固定，外圈可相对于内圈转动；回转支承2的外圈设置外齿，回转支承2的外圈固定于车轮支架3，车轮支架3转动连接车轮4，车轮4由轮毂电机带动前进或后退；当回转支承2的外圈相对于内圈转动时，车轮支架3和车轮4同步转动，实现车轮的转向。
转向执行器与车体相连接固定，能够接收计算处理模块发出的转向信号，转向执行器能够与回转支承2外圈上的外齿相啮合，带动回转支承2的外圈转动，转向执行器是车轮转向的动力部件。
本发明通过轮毂电机带动车辆前进或后退，不需要通过发动机或电动机输出动力，且省去了从发动机到车轮之间的机械传动结构，通过转向执行器与回转支承2之间的齿牙啮合实现转动，有利于降低车身重量；由回转支承实现车辆转向，可实现更大角度的转动范围。
在上述方案的基础上，本发明中的转向执行器包括固定在固定架1上的转向电机5，也即转向电机5与回转支承2的内圈相对固定，转向电机5通过与其传动连接的减速机带动传动齿轮51旋转，转向电机5通过减速机降速增加扭矩，传动齿轮51与回转支承2外圈的外齿相啮合传动，使车轮改变行进方向；传动齿轮51可为伺服电机、步进电机、伺服步进混合电机等。
每个车轮4对应设置一个转向电机5，转向电机5独立控制其所对应的车轮，每个车轮可独立改变行进方向，若需要原地调头，可以将车轮全部沿顺时针或逆时针方向行进即可。回转支承2的外圈侧壁上设置360度环绕的外齿，车轮可实现360度转向，可以旋转到任意角度，可根据计算控制模块的指令实现原地旋转、横向平移、前进、后退等多种不同形式的移动，可更好地适应空间狭小的场地。
转向执行器除了采用减速机带动传动齿轮51的形式之外，还可采用蜗杆或齿条带动回转支承2的外圈旋转，这些具体的设置形式均应受到本发明的保护。
优选地，本发明中的固定架1为减震器，用于缓解车轮受地面冲击产生的震动；固定架1的顶端与底端分别设置法兰盘，顶部的法兰盘与车架相固定，底部的法兰盘与车轮支架3相固定。转向电机5安装在减震器的侧面，减震器底部的法兰盘向外凸出一部分，用于安装减速机和转向电机5。
车轮4同心固定设置刹车盘41，刹车盘与车轮4同步转动，车轮支架3上固定设置刹车钳42，刹车钳42上的刹车片通过液压驱动与刹车盘41摩擦制动；油门踏板和刹车踏板为电子踏板，当驾驶员踩下刹车踏板后，检测刹车踏板的信号，计算处理模块根据踩下的深度控制刹车力度，计算处理模块进而向控制液压泵的电机发送指令，液压泵工作向刹车片处提供液压，驱动刹车片与刹车盘41摩擦制动；计算处理模块也可根据道路情况主动控制刹车减速。若行驶速度不快，也可通过轮毂电机反向驱动车轮的方式实现减速。
刹车盘41通过电子助力系统提供刹车动力，如图4所示，为电子助力系统的结构示意图，电子助力系统的各部件安装在其底座上，其中包括刹车电机71，刹车电机71的输出轴带动刹车齿轮72转动，刹车齿轮72与刹车齿条73啮合传动，刹车齿条73由刹车齿轮72带动作平移运动，且刹车齿条73由其导向机构导向，仅可沿直线作往复平移。刹车齿条73的端部连接刹车拉杆74，刹车拉杆74随刹车齿条73同步运动，刹车拉杆74的一端伸入刹车总泵75，刹车总泵75向刹车油管76泵送刹车油，刹车油管76向刹车钳42提供刹车油。
减震器和回转支承2的中心竖向掏空设置，也即减震器为筒形，回转支承2为环形；刹车油管76和轮毂电机的信号线从掏空孔中穿过，并且刹车油管76和信号线向下穿过通孔后被固定在各部件的表面在车轮作大角度转动时不会造成线束和管道缠绕。
车轮支架3呈“冂”字型，也即其由三个侧壁构成，顶部的平板上设置掏空孔，与减震器和回转支承2上的掏空结构相对应；车轮支架3底部的两侧分支分别与车轮4的转轴相连接，使车轮转轴的两侧均得到支撑。
在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明中的计算处理模块结合车身传感器的检测信号、数字地图和GPS信号控制车轮4转向和行驶速度。GPS定位车辆在数字地图中的位置，从而确定行驶路径；通过车身传感器检测周围的车辆信息，判断周围车辆的车道信息和距离信息，并获取前方行驶路径上是否存在障碍物，检测到障碍物时选择旁边没有车辆的车道并线，并将车速控制在合理的范围之内。
如图5A所示，为本发明提供的转向信号输入机构的一种具体结构图；本发明还包括方向盘61和转向轴62，方向盘伸出于驾驶室内，驾驶员可转动方向盘完成转向，在自动驾驶模式之外还可由驾驶员控制车辆转向、前进、刹车等操作；转向轴62转动安装在车体上，能够沿自身的轴线旋转；转向轴62上固定设置转向齿轮63，转向齿轮63啮合带动转向齿条64平移，齿条64在限位轨道的限定下仅能作往复平移，如图5B至图5D所示，分别表示齿条处于中间位置、最右侧和最左侧三种不同状态的结构图；测距传感器65检测转向齿条64的位移，测距传感器65可为红外传感器或激光传感器等非接触式传感器，也可采用接触式的检测方式。
计算处理模块根据齿条64的位移确定车轮4的转向幅度，转向齿轮63的转向角度与转向齿条64的移动线位移成正比，从而检测方向盘的转动角度，并将方向盘转动角度按相应的比例关系换算至车轮的转动角度，比例关系可根据具体情况设置，本发明在上不再赘述。
以上检测方向盘转动角度是一种优选方案，也可采用编码器直接检测转角，如图6所示，为本发明提供的转向信号输入机构的另一种具体结构图，具体结构为：设置方向盘61和转向轴62，转向轴62上固定设置转向齿轮63，编码器上安装齿轮，转向齿轮63啮合带动编码器66上的齿轮旋转，计算处理模块根据编码器检测转向轴62的转角，确定车轮4的转向幅度，方向盘的转角与车轮的转角也可设置不同的比例。
本发明还提供一种车辆，包括上述的自动驾驶转向系统，该车辆可实现相同的技术效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种自动驾驶转向系统，其特征在于，包括：
车身传感器，设置于车身周围，用于检测周围环境情况；
计算处理模块，接收所述车身传感器的检测信号，计算并输出转向信号；
转向车轮，至少同排设置的两个车轮为所述转向车轮，所述转向车轮包括与车身相连接的固定架(1)，所述固定架(1)的底部固定连接回转支承(2)的内圈，所述回转支承(2)的外圈设置外齿，所述回转支承(2)的外圈固定于车轮支架(3)，所述车轮支架(3)转动连接车轮(4)，所述车轮(4)由轮毂电机带动前进或后退；
转向执行器，与车体相固定，接收所述计算处理模块发出的转向信号，所述转向执行器能够与所述回转支承(2)外圈上的外齿相啮合，带动所述回转支承(2)的外圈转动。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，所述转向执行器包括固定在所述固定架(1)上的转向电机(5)，所述转向电机(5)通过与其传动连接的减速机带动传动齿轮(51)，所述传动齿轮(51)与所述回转支承(2)外圈的外齿相啮合。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，所述固定架(1)为减震器，所述固定架(1)的顶端与底端分别设置法兰盘，顶部的法兰盘与车架相固定，底部的法兰盘与所述车轮支架(3)相固定。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，与所述车轮(4)同心固定设置刹车盘(41)，所述车轮支架(3)上固定设置刹车钳(42)；
所述计算处理模块控制液压泵驱动刹车片与所述刹车盘(41)摩擦制动。
5.根据权利要求4所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，所述刹车盘(41)通过电子助力系统提供刹车动力，所述电子助力系统包括刹车电机(71)，所述刹车电机(71)的输出轴带动刹车齿轮(72)转动，所述刹车齿轮(72)与刹车齿条(73)啮合传动，所述刹车齿轮条(73)由导向机构导向作平移运动，所述刹车齿条(73)的端部连接刹车拉杆(74)，所述刹车拉杆(74)的一端伸入刹车总泵(75)，所述刹车总泵(75)向刹车油管(76)泵送刹车油，所述刹车油管(76)向所述刹车钳(42)提供刹车油；
所述减震器和所述回转支承(2)的中心竖向掏空设置，所述刹车油管(76)和所述轮毂电机的信号线从掏空孔中穿过。
6.根据权利要求5所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，所述车轮支架(3)呈“冂”字型，所述车轮支架(3)的顶部平板上设置掏空孔；所述车轮支架(3)底部的两侧分支分别与所述车轮(4)的转轴相连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，所述计算处理模块结合所述车身传感器的检测信号、数字地图和GPS信号控制所述车轮(4)转向和行驶速度。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，还包括方向盘(61)和转向轴(62)，所述转向轴(62)上固定设置转向齿轮(63)，所述转向齿轮(63)啮合带动转向齿条(64)平移，测距传感器(65)检测所述转向齿条(64)的位移，所述计算处理模块根据所述齿条(64)的位移确定所述车轮(4)的转向幅度。
9.根据权利要求7所述的自动驾驶转向系统，其特征在于，还包括方向盘(61)和转向轴(62)，所述转向轴上固定设置转向齿轮(63)，所述转向齿轮(63)啮合带动编码器(66)上的齿轮旋转，所述计算处理模块根据所述编码器检测所述转向轴(62)的转角，并确定所述车轮(4)的转向幅度。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的自动驾驶转向系统。
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