CN109229200A - 一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法 - Google Patents

一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法，包括动力装置、与赛车前轮连接的用于监测转向角的转向角监测装置和与方向盘连接的用于监测方向盘转角的方向盘转角监测装置，其中，转向角监测装置通过第二转向传动杆与方向盘转角监测装置连接，动力装置与转向角监测装置联通，动力装置为整个转向系统提供动力；本发明可实现赛车自动转向的精准控制，而且无需加装齿轮分离装置以消除转向舵机的巨大转向阻力，便可实现有人驾驶无人驾驶状态切换，结构简单，降低了无人驾驶方程式赛车的设计加工成本，具有一定的通用性。

Description

一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法，属于无人驾驶领域。
背景技术
FSAC(中国大学生无人驾驶方程式大赛)赛车是在预定赛道上进行无人驾驶，并不适用与所有路况，加之目前无人驾驶技术还未成熟，很多工况下还不能够实现完全自主的无人驾驶，因此无人驾驶和有人驾驶状态的转换方案就十分必要，而传统的切换方案是加装转向执行机构离合器，这势必使转向系统变得复杂，设计加工成本高。
发明内容
本发明提供一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法，可实现赛车自动转向的精准控制，而且无需加装齿轮分离装置以消除转向舵机的巨大转向阻力，便可实现有人驾驶无人驾驶状态切换，结构简单，降低了无人驾驶方程式赛车的设计加工成本，具有一定的通用性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统，包括动力装置、与赛车前轮连接的用于监测转向角的转向角监测装置和与方向盘连接的用于监测方向盘转角的方向盘转角监测装置，其中，转向角监测装置通过第二转向传动杆与方向盘转角监测装置连接，动力装置与转向角监测装置联通，动力装置为整个转向系统提供动力；作为本发明的进一步优选，转向角监测装置包括安装在动力装置上的转向小齿轮，第三转向传动杆上套设转向大齿轮，其与转向小齿轮啮合，在第三转向传动杆上还安装第二角位移传感器；
方向盘转角监测装置包括第一转向传动杆，其一端与方向盘连接，另一端与第二转向传动杆连接，在第一转向传动杆上安装第一角位移传感器；
还包括控制装置ECU，其分别与上位机、第一角位移传感器、第二角位移传感器和动力装置相连通；
还包括模式切换开关，其与控制装置ECU联通，模式切换开关同时并联上拉电阻；作为本发明的进一步优选，前述的第二转向传动杆为扭杆，手动转动方向盘后，转向系统内只有扭杆发生扭转变形；
作为本发明的进一步优选，前述的动力装置为舵机。
一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统的控制方法，
当方程式赛车处于有人驾驶模式时：模式切换开关断开，在上拉电阻作用下模式控制引脚电平被拉高，ECU处于有人驾驶模式，其不接收上位机控制请求，对第一角位移传感器、第二角位移传感器信号进行检测并计算角度，驾驶员转动方向盘，在方向盘扭矩以及转向阻力共同作用下，第二转向传动杆扭转变形，此时第一转向传动杆与第三转向传动杆转动角度不满足预定对应关系，ECU根据第一角位移传感器、第二角位移传感器两者当量角度差控制舵机转动，直至当量角度为零；
当方程式赛车处于无人驾驶模式时：模式切换开关闭合，模式控制引脚电平被拉低，ECU进入无人驾驶模式，对第一角位移传感器放弃检测，接收上位机发出的控制请求转角信号，对第二角位移传感器信号进行检测并计算出当前转角，ECU根据请求转角与当前转角之间的角度偏差，对舵机正反转方向以及转动速度发出控制指令实现转向控制。
作为本发明的进一步优选，方程式赛车在有人驾驶模式与无人驾驶模式过程中，ECU均是通过期望转角遇当前转角的偏差进行转向控制，其中，有人驾驶模式时，期望转角是驾驶员意图，通过第一角位移传感器反应，无人驾驶模式时，期望转角是上位机根据路况计算并发送至ECU处请求转角。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明无需加装齿轮分离装置以消除转向舵机的巨大转向阻力，便可实现有人驾驶与无人驾驶状态切换，结构简单，降低了无人驾驶方程式赛车的设计加工成本，通用性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的系统控制流程图；
图3是本发明的优选实施例的控制装置连接关系图。
图中：1为方向盘，2为第一转向传动杆，3为第一角位移传感器，4为第二转向传动杆，5为转向大齿轮，6为第三转向传动杆，7为第二角位移传感器，8为转向小齿轮，9为舵机。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，1为方向盘，2为第一转向传动杆，3为第一角位移传感器，4为第二转向传动杆，5为转向大齿轮，6为第三转向传动杆，7为第二角位移传感器，8为转向小齿轮，9为舵机。
图1所示，本发明的一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统，包括动力装置、与赛车前轮连接的用于监测转向角的转向角监测装置和与方向盘连接的用于监测方向盘转角的方向盘转角监测装置，其中，转向角监测装置通过第二转向传动杆与方向盘转角监测装置连接，动力装置与转向角监测装置联通，动力装置为整个转向系统提供动力；作为本发明的进一步优选，转向角监测装置包括安装在动力装置上的转向小齿轮，第三转向传动杆上套设转向大齿轮，其与转向小齿轮啮合，在第三转向传动杆上还安装第二角位移传感器；
方向盘转角监测装置包括第一转向传动杆，其一端与方向盘连接，另一端与第二转向传动杆连接，在第一转向传动杆上安装第一角位移传感器；
图3所示，还包括控制装置ECU，其分别与上位机、第一角位移传感器、第二角位移传感器和动力装置相连通；
还包括模式切换开关，其与控制装置ECU联通，模式切换开关同时并联上拉电阻；作为本发明的进一步优选，前述的第二转向传动杆为扭杆，手动转动方向盘后，转向系统内只有扭杆发生扭转变形；
作为本发明的进一步优选，前述的动力装置为舵机。
一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统的控制方法，
当方程式赛车处于有人驾驶模式时：模式切换开关断开，在上拉电阻作用下模式控制引脚电平被拉高，ECU处于有人驾驶模式，其不接收上位机控制请求，对第一角位移传感器、第二角位移传感器信号进行检测并计算角度，驾驶员转动方向盘，在方向盘扭矩以及转向阻力共同作用下，第二转向传动杆扭转变形，此时第一转向传动杆与第三转向传动杆转动角度不满足预定对应关系，ECU根据第一角位移传感器、第二角位移传感器两者当量角度差控制舵机转动，直至当量角度为零；
当方程式赛车处于无人驾驶模式时：模式切换开关闭合，模式控制引脚电平被拉低，ECU进入无人驾驶模式，对第一角位移传感器放弃检测，接收上位机发出的控制请求转角信号，对第二角位移传感器信号进行检测并计算出当前转角，ECU根据请求转角与当前转角之间的角度偏差，对舵机正反转方向以及转动速度发出控制指令实现转向控制。
作为本发明的进一步优选，方程式赛车在有人驾驶模式与无人驾驶模式过程中，ECU均是通过期望转角遇当前转角的偏差进行转向控制，其中，有人驾驶模式时，期望转角是驾驶员意图，通过第一角位移传感器反应，无人驾驶模式时，期望转角是上位机根据路况计算并发送至ECU处请求转角。
具体的，如图2所示，在无人驾驶模式时，当前转角定义为θ，期望转角（在无人驾驶模式时为请求转角）定义为θt；在有人驾驶模式时，第一角位移传感器监测方向盘计算出的角度为θ1，第二角位移传感器监测方向盘计算出的角度为θ2，；
启动系统，当方程式赛车处于无人驾驶模式时：模式切换开关闭合，模式控制引脚电平被拉低，ECU进入无人驾驶模式，对第一角位移传感器放弃检测，接收上位机发出的控制请求转角信号，对第二角位移传感器信号进行检测并计算出当前转角，ECU根据请求转角与当前转角之间的角度偏差，算出当前当量转角θerr=θ-θt，对舵机正反转方向以及转动速度发出控制指令实现转向控制，具体的，当θerr大于0时，舵机顺时针转动，当θerr小于0时，舵机逆时针转动；
当方程式赛车处于有人驾驶模式时：模式切换开关断开，在上拉电阻作用下模式控制引脚电平被拉高，ECU处于有人驾驶模式，其不接收上位机控制请求，对第一角位移传感器、第二角位移传感器信号进行检测并计算角度，分别为θ1和θ2，驾驶员转动方向盘，在方向盘扭矩以及转向阻力共同作用下，第二转向传动杆扭转变形，此时第一转向传动杆与第三转向传动杆转动角度不满足预定对应关系，ECU根据第一角位移传感器、第二角位移传感器两者当量角度差控制舵机转动，当θerr=θ1-θ2，其小于0时，舵机逆时针转动，其大于0时，舵机顺时针转动，直至当量角度为零；。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统，其特征在于：包括动力装置、与赛车前轮连接的用于监测转向角的转向角监测装置和与方向盘连接的用于监测方向盘转角的方向盘转角监测装置，其中，转向角监测装置通过第二转向传动杆与方向盘转角监测装置连接，动力装置与转向角监测装置联通，动力装置为整个转向系统提供动力。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车通用转向系统，其特征在于：转向角监测装置包括安装在动力装置上的转向小齿轮，第三转向传动杆上套设转向大齿轮，其与转向小齿轮啮合，在第三转向传动杆上还安装第二角位移传感器；
方向盘转角监测装置包括第一转向传动杆，其一端与方向盘连接，另一端与第二转向传动杆连接，在第一转向传动杆上安装第一角位移传感器；
还包括控制装置ECU，其分别与上位机、第一角位移传感器、第二角位移传感器和动力装置相连通；
还包括模式切换开关，其与控制装置ECU联通，模式切换开关同时并联上拉电阻。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车通用转向系统，其特征在于：前述的第二转向传动杆为扭杆，手动转动方向盘后，转向系统内只有扭杆发生扭转变形。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶方程式赛车通用转向系统，其特征在于：前述的动力装置为舵机。
5.一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统的控制方法，其特征在于：
当方程式赛车处于有人驾驶模式时：模式切换开关断开，在上拉电阻作用下模式控制引脚电平被拉高，ECU处于有人驾驶模式，其不接收上位机控制请求，对第一角位移传感器、第二角位移传感器信号进行检测并计算角度，驾驶员转动方向盘，在方向盘扭矩以及转向阻力共同作用下，第二转向传动杆扭转变形，此时第一转向传动杆与第三转向传动杆转动角度不满足预定对应关系，ECU根据第一角位移传感器、第二角位移传感器两者当量角度差控制舵机转动，直至当量角度为零；
当方程式赛车处于无人驾驶模式时：模式切换开关闭合，模式控制引脚电平被拉低，ECU进入无人驾驶模式，对第一角位移传感器放弃检测，接收上位机发出的控制请求转角信号，对第二角位移传感器信号进行检测并计算出当前转角，ECU根据请求转角与当前转角之间的角度偏差，对舵机正反转方向以及转动速度发出控制指令实现转向控制。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶方程式赛车通用转向系统的控制方法，其特征在于：方程式赛车在有人驾驶模式与无人驾驶模式过程中，ECU均是通过期望转角遇当前转角的偏差进行转向控制，其中，有人驾驶模式时，期望转角是驾驶员意图，通过第一角位移传感器反应，无人驾驶模式时，期望转角是上位机根据路况计算并发送至ECU处请求转角。
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