CN111634333A - 适用于自动驾驶的电动车底盘及具有其的电控系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于自动驾驶的电动车底盘及具有其的电控系统和车辆,电动车底盘包括底盘框架和设于底盘框架的四个电动轮总成,相邻的两个电动轮总成的转向中心连接互相垂直且长度相等;每一电动轮总成包括车轮、轮速控制单元、以及转向控制单元,其中,轮速控制单元设置于轮胎中,组成车轮,用于控制相应车轮的行驶速度;转向控制单元设于车轮与底盘框架之间,转向控制单元包括驱动设备、齿轮传动设备、以及导向悬架,其中,导向悬架连接到车轮,驱动设备通过齿轮传动设备驱动连接导向悬架,以通过驱动导向悬架转动而控制相应车轮的转向角。本发明提供的电动车底盘的结构模块化程度高,便于根据不同需求定制、改造或维修。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域,特别是关于一种适用于自动驾驶的电动车底盘及具有其的电控系统和车辆。
背景技术
传统的汽车底盘,由于轮胎转向角度的限制,导致其最小转弯半径较大,无法原地转向,因此在很多场合下很不灵活。而且,传统的汽车底盘由于最初发展过程中,均设计成由驾驶员驾驶,所以都包含了整个转向系统,例如:电动助力转向、方向盘等。现在,随着自动驾驶的发展,对汽车的灵活控制要求越来越高,汽车底盘结构要求进一步优化,以适应自动驾驶功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于自动驾驶的电动车底盘,其能够更加符合自动驾驶汽车的应用需求。
为实现上述目的,本发明提供一种适用于自动驾驶的电动车底盘,其包括底盘框架和设于所述底盘框架的四个电动轮总成,相邻的两个所述电动轮总成的转向中心连接互相垂直且长度相等;每一所述电动轮总成包括车轮、轮速控制单元、以及转向控制单元,其中,所述轮速控制单元设置于轮胎中,组成所述车轮,用于控制相应所述车轮的行驶速度;所述转向控制单元设于所述车轮与所述底盘框架之间,所述转向控制单元包括驱动设备、齿轮传动设备、以及导向悬架,其中,所述导向悬架连接到所述车轮,所述驱动设备通过所述齿轮传动设备驱动连接所述导向悬架,以通过驱动所述导向悬架转动而控制相应所述车轮的转向角。
进一步地,正向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=0°
侧向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=90°
原地转向情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=-90°
θ2=θ4=0°
θ3=90°
斜向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
0°<θ1=θ2=θ3=θ4<90°或-90°<θ1=θ2=θ3=θ4<0°。
其中,θ1为前轮的转向角,θ2为左轮的转向角,θ3为后轮的转向角,θ4为后轮的转向角。
进一步地,所述齿轮传动设备包括齿轮箱、以及内置于所述齿轮箱且相啮合的主动齿轮和从动齿轮,所述齿轮箱的底部以转动连接的方式连接所述导向悬架,而所述从动齿轮的转动轴固定连接到所述导向悬架。
进一步地,所述驱动设备设置在所述齿轮箱的外侧面,并与所述齿轮箱内的所述主动齿轮驱动连接。
进一步地,所述导向悬架具有上支架和下摆臂,其中,所述上支架通过轴承与所述齿轮箱转动连接,所述下摆臂的一端与所述上支架铰接,另一端连接到所述车轮。
进一步地,所述上支架呈方U型,具体包括水平布置的齿轮箱连接板,所述齿轮箱连接板的两端分别垂直连接有一体成型的上叉臂,两所述上叉臂布置在所述车轮的两侧,每一侧的所述上叉臂与一所述下摆臂铰接,所述齿轮箱连接板通过轴承与所述齿轮箱转动连接。
进一步地,所述上叉臂与所述下摆臂之间设置有减振器和/或减振弹簧。
本发明还提供一种电动车底盘的电控系统,所述电控系统包括如上所述的适用于自动驾驶的电动车底盘、整车控制器、以及感知单元,所述整车控制器根据所述感知单元感知的自车信息和环境信息,控制所述适用于自动驾驶的电动车底盘中的轮速控制单元和转向控制单元。
本发明还提供一种车辆,所述车辆包括如上所述的电动车底盘或包括如上所述的电动车底盘的电控系统。
本发明提供的电动车底盘的结构模块化程度高,便于根据不同需求定制、改造或维修。
附图说明
图1是本发明实施例中适用于自动驾驶的电动车底盘的立体结构图。
图2是图1中电动车底盘的俯视图。
图3是图1中电动轮总成一实施例的结构示意图。
图4是图3中的电动轮总成的左视图。
图5是图3中的电动轮总成的右视图。
图6是图3中上叉臂的结构示意图。
图7是本发明实施例中适用于自动驾驶的电动车底盘的电控系统的结构示意图。
图8是本发明实施例中适用于自动驾驶的电动车底盘的工作示例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1和图2所示,本发明实施例所提供的适用于自动驾驶的电动车底盘包括底盘框架1和四个电动轮总成2,四个电动轮总成2均设置于底盘框架1,相邻的两个电动轮总成2的转向中心连接互相垂直且长度相等,组成正方形。这种四轮的对称菱形布置方式,进而为完成车辆的侧向行驶、原地转向、以及斜向行驶等任务提供了有利条件。
在一个实施例中,每一电动轮总成2包括车轮、轮速控制单元22、以及转向控制单元。
轮速控制单元22设置在轮胎中,组成车轮。轮速控制单元22包括轮毂电机及制动器,用于控制车轮的行驶速度,比如控制车轮的加速、减速和停止。
转向控制单元设于车轮与底盘框架1之间,并且,转向控制单元与轮速控制单元22相连接,用于控制相应车轮的转向角(包括前轮的转向角θ1、左轮的转向角θ2、后轮的转向角θ3、和后轮的转向角θ4)。如图8所示,下面举例说明车辆的行驶方向与四个车轮的转向角之间的对应关系。
车辆正向行驶的情形下,四个车轮均无转向,与传统车辆的行驶相同,四个轮胎21的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=0°
车辆侧向(横向)行驶的情形下,四个车轮均逆时针转向90°,四个轮胎21的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=90°
车辆原地360°转向的情形下,左右两个车轮无转向,前轮顺时针转动90°,后轮逆时针转动90°,四个轮胎21的转向角分别为:
θ1=-90°
θ2=θ4=0°
θ3=90°
车辆斜向行驶的情形下,四个车轮向相同方向旋转相同角度,四个轮胎21的转向角分别为下面情形之一:
情形一:0°<θ1=θ2=θ3=θ4<90°;
情形二:-90°<θ1=θ2=θ3=θ4<0°。
需要说明的是,本实施例提供的电动底盘行动灵活,除了以上四种车辆行驶方向之外,还可以根据实际需求,通过控制四个车轮中的一个或多个车轮转向角,达到灵活控制车辆行驶方向的目的。由以上示例可以看出,该底盘运动灵活,可适应不同工况,如狭窄空间侧向停车等情况。
通过上述实施例提供的电动底盘,可实现四轮的独立驱动和独立转向,相互之间不耦合,控制自由度高,而无方向盘的设计要求,也没有车体正方向的设计要求,符合自动驾驶开发需求。
在一个实施例中,如图3至图5所示,所述转向控制单元包括驱动设备23、齿轮传动设备24、以及导向悬架25,其中,驱动设备23包括转向电机和减速机,其通过齿轮传动设备24驱动连接导向悬架25,导向悬架25连接到车轮,这样可以通过齿轮传动设备24,驱动导向悬架25转动,进而控制车轮的转向角。本实施例中所采用的齿轮传动方式一方面传动精度高,另一方面可以节省空间,满足结构紧凑的要求。
在一个实施例中,齿轮传动设备24包括齿轮箱241,齿轮箱241中设置有主动齿轮242和从动齿轮243,主动齿轮242和从动齿轮243相啮合,二齿轮均为锥齿轮。齿轮箱241的顶部可以通过固连方式(例如焊接、螺栓连接等)连接到底盘框架1,也可以通过衬套与底盘框架1相连,以起到隔离来自于轮胎所产生振动的作用。齿轮箱241的侧面固定设置驱动设备23的外壳,驱动设备23与主动齿轮242驱动连接。齿轮箱241的底部以转动连接方式连接到导向悬架25,而从动齿轮243的转动轴固定连接到导向悬架25。本实施例提供的安装方式可以使得每个一电动轮总成2的整体结构紧凑。
本实施例转向传动过程如下:
启动驱动设备23,依序带动主动齿轮242、从动齿轮243转动,由于齿轮箱241与导向悬架25之间是通过轴承连接,所以转向过程中,齿轮箱241不转动,而驱动导向悬架25转动,从而带动车轮转动,进而实现车辆转向。本实施例的传动精度高。
在一个实施例中,导向悬架25具有上支架251和下摆臂252,其中,上支架251通过轴承5与齿轮箱241转动连接,下摆臂252的一端与上支架251铰接,另一端连接到车轮。从动齿轮243通过轴承5将扭矩传递给上支架251,由于上支架251和下摆臂252形成连杆结构形式,因此,上支架251的转动便可以带动下摆臂252的转动,进而带动车轮转向。本实施例除了采用连杆结构形式的中间传递件之外,还可以采用凸轮的结构形式以及现有的较为节省空间的其它传动结构形式。
如图6所示,上支架251呈方U型,具体包括水平布置的齿轮箱241连接板,齿轮箱241连接板的两端分别垂直连接有一体成型的上叉臂2511,两上叉臂2511布置在轮胎21的两侧,每一上叉臂2511与下摆臂252铰接,齿轮箱241连接板通过轴承与齿轮箱241转动连接。上支架251除了采用本实施例的结构形式之外,还可以采用例如摩托车双前叉悬架或其它的悬架结构形式。
在一个实施例中,上叉臂2511与下摆臂252之间设置有减振器3和/或减振弹簧4。具体地,减振器3、减振弹簧4的上端均通过橡胶衬套连接或者固连到上叉臂2511,减振器3下端通过橡胶衬套连接或者固连到下摆臂252,减振弹簧4下端与下摆臂252固连。导向悬架25与齿轮箱241通过轴承5连接,齿轮箱241与底盘框架1固连。减振器13和减振弹簧4用于减小来自于车轮所产生的振动,削弱振动向上传播,从而减少底盘框架1的颠簸。
上述各实施例提供的电动车底盘模块化程度高,便于根据不同需求定制、改造或维修。
本发明还提供一种电动车底盘的电控系统,如图7所示,该电控系统包括如上述各实施例所述的适用于自动驾驶的电动车底盘、整车控制器6、以及感知单元7。
感知单元7包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达和定位系统。感知单元7所获取的感知信号,通过PCAN总线8传递给整车控制器6。
整车控制器6根据感知单元7感知得到的自车信息和环境信息,控制所述适用于自动驾驶的电动车底盘中的轮速控制单元22和转向控制单元,控制指令包括驱动指令、制动指令和转向指令,该控制指令通过VCAN总线9传递给四个电动轮总成2中的轮速控制单元22和转向控制单元。本实施例通过整车控制器6统一协调控制下,独立驱动相应的电动轮总成2,控制可靠性高。本电动底盘的电控系统涵盖了自动驾驶所需的全部感知与控制模块,可作为通用底盘开发自动驾驶车辆。
本发明还提供一种车辆,该车辆包括如上述各实施例所述的电动车底盘或包括如上述各实施例所述的电动车底盘的电控系统。所述车辆的其它部分为现有技术,在此不展开描述。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解:可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,包括底盘框架(1)和设于所述底盘框架(1)的四个电动轮总成(2),相邻的两个所述电动轮总成(2)的转向中心连接互相垂直且长度相等;每一所述电动轮总成(2)包括车轮、轮速控制单元(22)、以及转向控制单元,其中,所述轮速控制单元(22)设置于轮胎(21)中,组成所述车轮,用于控制相应所述车轮的行驶速度;所述转向控制单元设于所述车轮与所述底盘框架(1)之间,所述转向控制单元包括驱动设备(23)、齿轮传动设备(24)、以及导向悬架(25),其中,所述导向悬架(25)连接到所述车轮,所述驱动设备(23)通过所述齿轮传动设备(24)驱动连接所述导向悬架(25),以通过驱动所述导向悬架(25)转动而控制相应所述车轮的转向角。
2.如权利要求1所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,正向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=0°
侧向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=θ2=θ3=θ4=90°
原地转向情形下,四个车轮的转向角分别为:
θ1=-90°
θ2=θ4=0°
θ3=90°
斜向行驶情形下,四个车轮的转向角分别为:
0°<θ1=θ2=θ3=θ4<90°或-90°<θ1=θ2=θ3=θ4<0°。
其中,θ1为前轮的转向角,θ2为左轮的转向角,θ3为后轮的转向角,θ4为后轮的转向角。
3.如权利要求1或2所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,所述齿轮传动设备(24)包括齿轮箱(241)、以及内置于所述齿轮箱(241)且相啮合的主动齿轮(242)和从动齿轮(243),所述齿轮箱(241)的底部以转动连接的方式连接所述导向悬架(25),而所述从动齿轮(243)的转动轴固定连接到所述导向悬架(25)。
4.如权利要求3所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,所述驱动设备(23)设置在所述齿轮箱(241)的外侧面,并与所述齿轮箱(241)内的所述主动齿轮(242)驱动连接。
5.如权利要求4所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,所述导向悬架(25)具有上支架(251)和下摆臂(252),其中,所述上支架(251)通过轴承(5)与所述齿轮箱(241)转动连接,所述下摆臂(252)的一端与所述上支架(251)铰接,另一端连接到所述车轮。
6.如权利要求5所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,所述上支架(251)呈方U型,具体包括水平布置的齿轮箱连接板,所述齿轮箱连接板的两端分别垂直连接有一体成型的上叉臂(2511),两所述上叉臂(2511)布置在所述车轮的两侧,每一侧的所述上叉臂(2511)与一所述下摆臂(252)铰接,所述齿轮箱连接板通过轴承与所述齿轮箱(241)转动连接。
7.如权利要求6所述的适用于自动驾驶的电动车底盘,其特征在于,所述上叉臂(2511)与所述下摆臂(252)之间设置有减振器(3)和/或减振弹簧(4)。
8.一种电动车底盘的电控系统,其特征在于,包括如权利要求1至7中任一项所述的适用于自动驾驶的电动车底盘、整车控制器、以及感知单元,所述整车控制器根据所述感知单元感知的自车信息和环境信息,控制所述适用于自动驾驶的电动车底盘中的轮速控制单元(22)和转向控制单元。
9.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求1至7中任一项所述的电动车底盘或包括如权利要求8所述的电动车底盘的电控系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200908 |