CN110979464A - 一种用于无人驾驶领域的线控底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于无人驾驶领域的线控底盘，所述线控底盘包括车身车架系统、车轮系统、悬架系统、驱动系统、转向系统以及控制电路系统。该线控底盘整体尺寸小，但性能齐全，成本低、可量产、易于通用化；通信协议、硬件接口更易实现标准化、通用化；驱动系统和转向系统通过整车控制器进行直接控制，能够直接收取决策系统发出的指令；该线控底盘具有通用化、平台化的特点，可在其上加装各类机械装置，实现清扫、运输等各类用途；整个底盘完全封装，其上部完全空白，可安装各类传感器与机械装置，可用于各类商用车辆的使用，包括快递、清扫、检查等。

Description

一种用于无人驾驶领域的线控底盘
技术领域
本发明实施例涉及无人驾驶技术领域，具体涉及一种用于无人驾驶领域的线控底盘。
背景技术
目前，市场上对于各类小型无人车的需求日渐增强，在厂区、住宅区、工业园等场景下的无人驾驶项目越来越多。然而，目前无人驾驶企业多数选择传统的商用汽车、观光车等作为其运载底盘或者定制商用车、改装商用车作为其运载底盘。这种方式主要缺陷在于：(1)传统底盘(现有商用车)多针对有人驾驶的情况进行设计，除驱动系统外，转向、悬架等系统完全为机械连接，难以进行线控化改造，无法直接为无人车辆的感知系统供电，也无法收取决策系统发出的指令；(2)定制商用车、改装商用车改装难度大、适应性差、不通用、成本高，而且通信协议、硬件接口等需重新定制、周期长、难以量产。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种用于无人驾驶领域的线控底盘，以解决现有无人驾驶领域中传统底盘难以进行线控化改造，无法直接为无人车辆的感知系统供电，也无法收取决策系统发出的指令，以及定制商用车、改装商用车作为运载底盘存在改装难度大、适应性差、不通用、成本高，通信协议、硬件接口等需重新定制、周期长、难以量产的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种用于无人驾驶领域的线控底盘，所述线控底盘包括车身车架系统、车轮系统、悬架系统、驱动系统、转向系统以及控制电路系统，所述车身车架系统包括车架以及外包于所述车架上的封闭车身，所述车轮系统通过悬架系统与所述车架连接，所述车轮系统包括两个前车轮和两个后车轮，所述驱动系统、转向系统和控制电路系统均安装在所述车架上，所述驱动系统设置于车后侧并与两个后车轮连接，所述转向机构设置于车前侧并与两个前车轮连接，所述控制电路系统包括整车控制器、感知系统以及上装接口系统，所述驱动系统、转向系统以及感知系统均连接至所述整车控制器。
进一步地，所述驱动系统包括驱动伺服电机、行星减速器以及传动机构，所述驱动伺服电机和行星减速器均与所述线控底盘的车架连接，所述控制电路系统还包括与所述整车控制器连接的伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器连接所述驱动伺服电机，所述行星减速器包括一个输入轴和两个输出轴，所述驱动伺服电机的电机轴连接所述行星减速器的输入轴，所述行星减速器的两个输出轴分别通过一组传动机构连接至两个后车轮的轮毂上。
进一步地，所述传动机构包括减速器连接轴、传动轴和车轮连接轴，所述减速器连接轴通过万向节连接所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端通过万向节连接所述车轮连接轴，所述车轮连接轴连接所述后车轮的轮毂。
进一步地，所述转向系统包括转向电机、转向减速器、齿轮齿条机构和两根转向拉杆，所述控制电路系统还包括与所述整车控制器连接的转向电机驱动器，所述转向电机驱动器连接所述转向电机，所述转向电机的输出轴连接所述转向减速器的输入轴，所述齿轮齿条机构包括输入齿轮以及与所述输入齿轮啮合连接的齿条，所述转向减速器的输出轴与所述输入齿轮轴通过联轴器连接，所述齿条两端分别连接一根转向拉杆，两根转向拉杆分别连接至两个前车轮的转向节，所述转向拉杆端部设置有万向接头，所述万向接头通过螺栓与所述转向节连接。
进一步地，所述悬架系统包括与每个前车轮或后车轮连接的双横臂独立悬架，所述双横臂独立悬架的两根横臂一端均与前车轮或后车轮连接，另一端与车架连接，两根横臂之间设置有减震器，所述减震器一端与所述双横臂独立悬架连接，另一端与车架固接。
进一步地，所述感知系统用于获取线控底盘行驶信息、位置信息以及周围环境信息，所述感知系统包括与所述整车控制器连接的GPS定位装置、超声波传感器、激光雷达以及IMU惯性测量单元，所述激光雷达设置在所述线控底盘前侧。
进一步地，所述上装接口系统包括多个供电接口、充电接口以及通讯接口。
进一步地，所述整车控制器连接上位机。
进一步地，所述控制电路系统还包括用于为整车供电的可充电电源，所述可充电电源为锂电池，所述锂电池固定在所述车架上并位于整车中心。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，所述线控底盘包括车身车架系统、车轮系统、悬架系统、驱动系统、转向系统以及控制电路系统。该线控底盘整体尺寸小，但性能齐全，成本低、可量产、易于通用化；通信协议、硬件接口更易实现标准化、通用化；驱动系统和转向系统通过整车控制器进行直接控制，能够直接收取决策系统发出的指令；该线控底盘具有通用化、平台化的特点，可在其上加装各类机械装置，实现清扫、运输等各类用途；整个底盘完全封装，其上部完全空白，可安装各类传感器与机械装置，可用于各类商用车辆的使用，包括快递、清扫、检查等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种用于无人驾驶领域的线控底盘俯视图；
图2为本发明实施例1提供的一种用于无人驾驶领域的线控底盘主视图；
图3为本发明实施例1提供的一种用于无人驾驶领域的线控底盘右视图；
图4为本发明实施例1提供的一种用于无人驾驶领域的线控底盘左视图；
图5为本发明实施例1提供的一种用于无人驾驶领域的线控底盘转向系统的结构示意图。
图中：车身车架系统1、车轮系统2、悬架系统3、驱动系统4、转向系统5、控制电路系统6、车架11、前车轮21、后车轮22、双横臂独立悬架31、减震器32、驱动伺服电机41、行星减速器42、传动机构43、减速器连接轴431、传动轴432、车轮连接轴433、万向节434、转向电机51、转向减速器52、齿轮齿条机构53、转向拉杆54、转向节55、万向接头56、联轴器57、输入齿轮531、齿条532、GPS定位装置61、激光雷达62、可充电电源63、上装接口系统64。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出了一种用于无人驾驶领域的线控底盘，如图1和图2所示，该线控底盘包括车身车架系统1、车轮系统2、悬架系统3、驱动系统4、转向系统5以及控制电路系统6。
车身车架系统1包括车架11以及外包于车架11上的封闭车身，车身车架11系统1采用封闭车身和方管焊接而成的车架11作为整体支撑，车身上表面完全平整，最大程度的留出空间用于其他用途的改造，包括不同传感器的安装、货运或者其他装备的安装。车身外壳采用钣金件或者塑料件，外包在车架11上，将车架11封闭，保正其内部电路系统防水。
车轮系统2通过悬架系统3与车架11连接，车轮系统2包括两个前车轮21和两个后车轮22。驱动系统4、转向系统5和控制电路系统6均安装在车架11上，驱动系统4设置于车后侧并与两个后车轮22连接，转向机构设置于车前侧并与两个前车轮21连接。控制电路系统6包括整车控制器、感知系统以及上装接口系统，驱动系统4、转向系统5以及感知系统均连接至整车控制器，整车控制器连接上位机。
具体的，悬架系统3包括与每个前车轮21或后车轮22连接的双横臂独立悬架31，双横臂独立悬架31的两根横臂一端均与前车轮21或后车轮22连接，另一端与车架11连接，两根横臂之间设置有减震器32，减震器32一端与双横臂独立悬架31连接，另一端与车架11固接。每个车轮对应一个悬架系统3，保证车轮运动过程中的参数稳定。
驱动系统4采用一个驱动源、中央驱动的形式，驱动系统4由伺服电机向作为驱动轮的后车轮22提供驱动力矩和制动力矩，并通过内部的抱闸实现驻车制动。如图3所示，驱动系统4包括驱动伺服电机41、行星减速器42以及传动机构43，驱动伺服电机41和行星减速器42均与线控底盘的车架11连接，控制电路系统6还包括与整车控制器连接的伺服电机驱动器，伺服电机驱动器连接驱动伺服电机41。行星减速器42包括一个输入轴和两个输出轴，驱动伺服电机41的电机轴连接行星减速器42的输入轴，行星减速器42的两个输出轴分别通过一组传动机构43连接至两个后车轮22的轮毂上。传动机构43包括减速器连接轴431、传动轴432和车轮连接轴433，减速器连接轴431通过万向节434连接传动轴432的一端，传动轴432的另一端通过万向节434连接车轮连接轴433，车轮连接轴433连接后车轮22的轮毂。整车控制器从上位机(遥控器、工控机等)获得指令后，向驱动伺服电机41发布转矩指令，驱动力或制动力通过行星减速器42经传动机构43传递至两个驱动后轮，从而驱动或制动车轮。
如图4和图5所示，转向系统5包括转向电机51、转向减速器52、齿轮齿条机构53和两根转向拉杆54，控制电路系统6还包括与整车控制器连接的转向电机驱动器，转向电机驱动器连接转向电机51，转向电机51的输出轴连接转向减速器52的输入轴，齿轮齿条机构53包括输入齿轮531以及与输入齿轮531啮合连接的齿条532，转向减速器52的输出轴与输入齿轮531轴通过联轴器57连接，齿条532两端分别连接一根转向拉杆54，两根转向拉杆54分别连接至两个前车轮21的转向节55，转向拉杆54端部设置有万向接头56，万向接头56通过螺栓与转向节55连接。整车控制器从上位机(遥控器、工控机等)获得指令后，向转向电机51发布位置信号控制转向电机51，转向电机51通过转向减速器52带动齿轮齿条机构53中的输入齿轮531旋转，输入齿轮531带动齿条532水平移动，齿条532推动转向拉杆54，从而带动前车轮21转向。
感知系统用于获取线控底盘行驶信息、位置信息以及周围环境信息，感知系统包括与整车控制器连接的GPS定位装置61、超声波传感器、激光雷达62以及IMU惯性测量单元，GPS定位装置61包括GPS模组以及GPS天线，激光雷达62设置在线控底盘前侧，通过各传感器以及GPS定位装置将获取的底盘行驶信息、位置信息以及周围环境信息发送至整车控制器，整车控制器可将这些信息进行计算和处理后上传，实现对底盘行驶过程中的精确信息获取和行驶控制。
控制电路系统6还包括用于为整车供电的可充电电源63，可充电电源63为锂电池，锂电池固定在车架11上并位于整车中心。电路系统布置在车前部，锂电池位于整车中心，整车控制器与电机控制器布置在电池箱两侧。
上装接口系统64置于整车最后端，上装接口系统64包括多个供电接口、充电接口以及通讯接口。底盘整体封装后，在底盘后端留有急停开关、供电接口、通信接口、充电接口和开关等。供电接口可提供5-24V、10-25A的直流供电输出。通信接口可提供CAN通信及RS232通信，充电接口为锂电池的充电接口。各接口具备防水功能，为激光雷达、GPS以及规划系统的整车控制器等用电元器件保留供电接口以及信号流接口，并可以进行整车快速充电功能。以上接口全部安装在钢板上，钢板焊接在车架11上。
本发明实施例提出的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，该线控底盘包括车身车架系统、车轮系统、悬架系统、驱动系统、转向系统以及控制电路系统。底盘整体尺寸小，但性能齐全，成本低、可量产、易于通用化；通信协议、硬件接口更易实现标准化、通用化；驱动系统和转向系统通过整车控制器进行直接控制，能够直接收取决策系统发出的指令；该线控底盘具有通用化、平台化的特点，可在其上加装各类机械装置，实现清扫、运输等各类用途；整个底盘完全封装，其上部完全空白，可安装各类传感器与机械装置，可用于各类商用车辆的使用，包括快递、清扫、检查等；在该底盘上集成具有电源的电路系统，能够直接为无人车辆的感知系统供电；每个电机的转矩和旋转方向都独立可控，在转弯过程中，通过对转向电机扭矩的协调，进行整车横摆力矩的控制，提升车辆的操纵稳定性；为保证平台的运动平顺性以及操纵稳定性，采用双横臂式悬架系统，车轮通过悬架系统与车架相连，并保证车轮运动过程中的参数稳定；驱动系统中的电机采用伺服电机，使其同时具备有驱动与制动功能。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述线控底盘包括车身车架系统、车轮系统、悬架系统、驱动系统、转向系统以及控制电路系统，所述车身车架系统包括车架以及外包于所述车架上的封闭车身，所述车轮系统通过悬架系统与所述车架连接，所述车轮系统包括两个前车轮和两个后车轮，所述驱动系统、转向系统和控制电路系统均安装在所述车架上，所述驱动系统设置于车后侧并与两个后车轮连接，所述转向机构设置于车前侧并与两个前车轮连接，所述控制电路系统包括整车控制器、感知系统以及上装接口系统，所述驱动系统、转向系统以及感知系统均连接至所述整车控制器。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述驱动系统包括驱动伺服电机、行星减速器以及传动机构，所述驱动伺服电机和行星减速器均与所述线控底盘的车架连接，所述控制电路系统还包括与所述整车控制器连接的伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器连接所述驱动伺服电机，所述行星减速器包括一个输入轴和两个输出轴，所述驱动伺服电机的电机轴连接所述行星减速器的输入轴，所述行星减速器的两个输出轴分别通过一组传动机构连接至两个后车轮的轮毂上。
3.根据权利要求2所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述传动机构包括减速器连接轴、传动轴和车轮连接轴，所述减速器连接轴通过万向节连接所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端通过万向节连接所述车轮连接轴，所述车轮连接轴连接所述后车轮的轮毂。
4.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述转向系统包括转向电机、转向减速器、齿轮齿条机构和两根转向拉杆，所述控制电路系统还包括与所述整车控制器连接的转向电机驱动器，所述转向电机驱动器连接所述转向电机，所述转向电机的输出轴连接所述转向减速器的输入轴，所述齿轮齿条机构包括输入齿轮以及与所述输入齿轮啮合连接的齿条，所述转向减速器的输出轴与所述输入齿轮轴通过联轴器连接，所述齿条两端分别连接一根转向拉杆，两根转向拉杆分别连接至两个前车轮的转向节，所述转向拉杆端部设置有万向接头，所述万向接头通过螺栓与所述转向节连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述悬架系统包括与每个前车轮或后车轮连接的双横臂独立悬架，所述双横臂独立悬架的两根横臂一端均与前车轮或后车轮连接，另一端与车架连接，两根横臂之间设置有减震器，所述减震器一端与所述双横臂独立悬架连接，另一端与车架固接。
6.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述感知系统用于获取线控底盘行驶信息、位置信息以及周围环境信息，所述感知系统包括与所述整车控制器连接的GPS定位装置、超声波传感器、激光雷达以及IMU惯性测量单元，所述激光雷达设置在所述线控底盘前侧。
7.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述上装接口系统包括多个供电接口、充电接口以及通讯接口。
8.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述整车控制器连接上位机。
9.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶领域的线控底盘，其特征在于，所述控制电路系统还包括用于为整车供电的可充电电源，所述可充电电源为锂电池，所述锂电池固定在所述车架上并位于整车中心。
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