CN112092826A - 一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，包括第一车轮和第二车轮，第一驱动器包括传动连接的第一驱动电机和第一传动装置，第二驱动器包括传动连接的第二驱动电机和第二传动装置；第一传动装置和第二传动装置之间设有离合装置；当第一驱动电机和第二驱动电机正常工作时，离合装置处于分离状态，第一车轮通过第一驱动电机实现独立驱动运行，第二车轮通过第二驱动电机实现独立驱动运行；当第一驱动电机或第二驱动电机发生故障时，离合装置处于非分离状态，第一传动装置和第二传动装置成为耦合传动装置，该耦合传动装置与没有发生故障的驱动电机传动连接，用于实现对第一车轮和第二车轮的同时驱动运行，达到冗余效果。

Description

一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统。

背景技术

现有的自动驾驶汽车驱动系统设计通常都是沿用现成的电动汽车驱动系统技术，目前具体包括有两种典型的自动驾驶电动汽车驱动系统：请参见图1所示，最为典型的自动驾驶电动汽车驱动系统由驱动电机、减速箱和差速器组成，通过差速器同时驱动连接第一车轮和第二车轮(即为左右车轮)，该动力系统没有冗余，无法实现自动驾驶对安全的要求，同时左右车轮不能实现独立驱动，然而独立驱动可以提高车辆整体的操纵性。请参见图2所示的另外一种典型自动驾驶汽车驱动系统，由第一驱动电机、第一减速箱、第二驱动电机和第二减速箱组成，其分别可以实现第一车轮和第二车轮的独立驱动，但是不能实现驱动系统的冗余，具体体现在：当第一驱动电机发生故障无法输出动力时，若第二驱动电机可以正常输出动力，由于左右车轮驱动力不同，会导致车辆非预期转弯，无法正常行驶。

因此，市场迫切需要寻求技术方案来解决以上技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，可以实现正常工作模式和冗余工作模式的快速便捷切换，在正常工作模式时，第一车轮和第二车轮分别进行独立驱动运行，在冗余工作模式时，第一车轮和第二车轮同时实现驱动运行。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，包括采用第一驱动器驱动的第一车轮和采用第二驱动器驱动的第二车轮，所述第一驱动器包括传动连接的第一驱动电机和第一传动装置，所述第二驱动器包括传动连接的第二驱动电机和第二传动装置；其中，

所述第一传动装置和所述第二传动装置之间设有离合装置，所述离合装置具有分离状态和非分离状态；

当第一驱动电机和第二驱动电机正常工作时，所述离合装置处于分离状态，所述第一车轮通过第一驱动电机实现独立驱动运行，所述第二车轮通过第二驱动电机实现独立驱动运行；

当第一驱动电机或第二驱动电机发生故障时，所述离合装置处于非分离状态，所述第一传动装置和第二传动装置成为耦合传动装置，该耦合传动装置与没有发生故障的驱动电机传动连接，用于实现对所述第一车轮和第二车轮的同时驱动运行，达到冗余效果。

优选地，当第二驱动电机发生故障时，将实现第一车轮和第二车轮的目标转速作为驱动目标，控制第一驱动电机的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制所述离合装置的结合程度；其中，

当离合装置处于滑摩结合状态时，所述第一驱动电机向第一车轮传递扭矩的同时，通过所述离合装置向第二车轮传递扭矩；

当离合装置处于完全结合状态时，所述离合装置成为一个刚性整体，所述第一驱动电机同时向所述第一车轮和第二车轮传递扭矩。

优选地，当离合装置处于滑摩结合状态时，向第一车轮传递的扭矩＝第一驱动电机的驱动扭矩-离合装置的传递扭矩，向第二车轮传递的扭矩＝离合装置的传递扭矩。

优选地，当第一驱动电机发生故障时，将实现第一车轮和第二车轮的目标转速作为驱动目标，控制第二驱动电机的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制所述离合装置的结合程度；其中，

当离合装置处于滑摩结合状态时，所述第二驱动电机向第二车轮传递扭矩的同时，通过所述离合装置向第一车轮传递扭矩；

当离合装置处于完全结合状态时，所述离合装置成为一个刚性整体，所述第二驱动电机同时向所述第一车轮和第二车轮传递扭矩。

优选地，当离合装置处于滑摩结合状态时，向第二车轮传递的扭矩＝第二驱动电机的驱动扭矩-离合装置的传递扭矩，向第一车轮传递的扭矩＝离合装置的传递扭矩。

优选地，所述第一传动装置包括啮合连接的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一驱动电机之间通过第一输入端传动轴连接，且所述第二齿轮与第一车轮之间通过第一输出端传动轴连接。

优选地，所述第二传动装置包括啮合连接的第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第二驱动电机之间通过第二输入端传动轴连接，且所述第四齿轮与第二车轮之间通过第二输出端传动轴连接；其中，所述第一齿轮和第三齿轮呈平行分布，所述第二齿轮和第四齿轮呈平行分布。

优选地，所述第一输入端传动轴和第二输入端传动轴之间连接所述离合装置，且所述离合装置位于所述第一齿轮与第三齿轮之间。

优选地，所述第一输出端传动轴和第二输出端传动轴之间连接所述离合装置，且所述离合装置位于所述第二齿轮与第四齿轮之间。

优选地，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别通过变频控制器进行驱动控制，所述离合装置设有离合控制器；各变频控制器以及离合控制器之间通信连接用于实现协调管理控制。

本发明首先通过由第一驱动电机、第一传动装置组成的第一驱动器、由第二驱动电机、第二传动装置组成的第二驱动器来分别实现对第一车轮和第二车轮的独立驱动，然后在第一传动装置与第二传动装置之间设置离合装置实现正常工作模式和冗余工作模式的快速便捷切换，当在实际工作时，当第一驱动电机和第二驱动电机正常工作时，自动驾驶汽车驱动系统处于正常工作模式，离合装置处于分离状态，第一车轮和第二车轮分别进行独立驱动运行；当第一驱动电机或第二驱动电机发生故障时，自动驾驶汽车驱动系统切换至冗余工作模式，离合装置处于非分离状态，使得第一传动装置和第二传动装置成为耦合传动装置，第一车轮和第二车轮同时实现驱动运行，达到冗余效果，有力杜绝了当某一驱动电机发生故障后，车辆发生非预期转弯的问题；本发明还进一步优选地提出采用滑摩方式控制的离合装置，可以根据各车轮的转速驱动目标，来选择离合装置的结合程度，当处于滑摩结合状态(即未进行完全结合时)，通过离合装置来传递扭矩；当处于完全结合状态时，离合装置成为一个刚性整体，通过未发生故障的驱动电机同时向第一车轮和第二车来传递扭矩，进一步有力保障了自动驾驶汽车驱动系统的控制精度。

附图说明

图1是现有技术中最为典型的自动驾驶电动汽车驱动系统的模块连接示意图；

图2是现有技术中另一典型的自动驾驶电动汽车驱动系统的模块连接示意图；

图3是本发明具体实施方式下的自动驾驶电动汽车驱动系统的模块连接示意图；

图4是本发明具体实施方式下的自动驾驶电动汽车驱动系统的结构示意图；

图5是图4中自动驾驶电动汽车驱动系统处于正常工作模式下的扭矩传递方向示意图；

图6是图4中自动驾驶电动汽车驱动系统处于冗余工作模式(第二驱动电机22发生故障)下的扭矩传递方向示意图；

图7是图4中自动驾驶电动汽车驱动系统处于冗余工作模式(第一驱动电机12发生故障)下的扭矩传递方向示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，包括采用第一驱动器驱动的第一车轮和采用第二驱动器驱动的第二车轮，第一驱动器包括传动连接的第一驱动电机和第一传动装置，第二驱动器包括传动连接的第二驱动电机和第二传动装置；其中，第一传动装置和第二传动装置之间设有离合装置，离合装置具有分离状态和非分离状态；当第一驱动电机和第二驱动电机正常工作时，离合装置处于分离状态，第一车轮通过第一驱动电机实现独立驱动运行，第二车轮通过第二驱动电机实现独立驱动运行；当第一驱动电机或第二驱动电机发生故障时，离合装置处于非分离状态，第一传动装置和第二传动装置成为耦合传动装置，该耦合传动装置与没有发生故障的驱动电机传动连接，用于实现对第一车轮和第二车轮的同时驱动运行，达到冗余效果。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图3和图4所示，一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，包括采用第一驱动器驱动的第一车轮11和采用第二驱动器驱动的第二车轮21，第一驱动器包括传动连接的第一驱动电机12和第一传动装置13，第二驱动器包括传动连接的第二驱动电机22和第二传动装置23；其中，

第一传动装置13和第二传动装置23之间设有离合装置30，离合装置30具有分离状态(参见图5)和非分离状态(参见图6和图7)；优选地，在本实施方式中，第一驱动电机12和第二驱动电机22分别通过变频控制器进行驱动控制，离合装置30设有离合控制器；各变频控制器以及离合控制器之间通信连接用于实现协调管理控制，进而实现精确控制效果；

请进一步参见图5所示，当第一驱动电机12和第二驱动电机22正常工作时，离合装置30处于分离状态，第一车轮11通过第一驱动电机12实现独立驱动运行，第二车轮21通过第二驱动电机22实现独立驱动运行；

当第一驱动电机12或第二驱动电机22发生故障时，离合装置30处于非分离状态，第一传动装置13和第二传动装置23成为耦合传动装置40，该耦合传动装置40与没有发生故障的驱动电机传动连接，用于实现对第一车轮11和第二车轮21的同时驱动运行，达到冗余效果；

请进一步参见图6所示，优选地，在本实施方式中，当第二驱动电机22发生故障时，将实现第一车轮11和第二车轮21的目标转速作为驱动目标，控制第一驱动电机12的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制离合装置30(可直接从市场中采购得到)的结合程度；其中，

当离合装置30处于滑摩结合状态时，第一驱动电机12向第一车轮11传递扭矩的同时，通过离合装置30向第二车轮21传递扭矩，其中，向第一车轮11传递的扭矩＝第一驱动电机12的驱动扭矩-离合装置30的传递扭矩，向第二车轮21传递的扭矩＝离合装置30的传递扭矩；

当离合装置30处于完全结合状态时，离合装置30成为一个刚性整体，第一驱动电机12同时向第一车轮11和第二车轮21传递扭矩。

请进一步参见图7所示，优选地，在本实施方式中，当第一驱动电机12发生故障时，将实现第一车轮11和第二车轮21的目标转速作为驱动目标，控制第二驱动电机22的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制离合装置30的结合程度；其中，

当离合装置30处于滑摩结合状态时，第二驱动电机22向第二车轮21传递扭矩的同时，通过离合装置30向第一车轮11传递扭矩，其中，向第二车轮21传递的扭矩＝第二驱动电机22的驱动扭矩-离合装置30的传递扭矩，向第一车轮11传递的扭矩＝离合装置30的传递扭矩；

当离合装置30处于完全结合状态时，离合装置30成为一个刚性整体，第二驱动电机22同时向第一车轮11和第二车轮21传递扭矩。

优选地，为了实现对各驱动电机12，22的减速输出连接，在本实施方式中，第一传动装置13包括啮合连接的第一齿轮13a和第二齿轮13b，第一齿轮13a与第一驱动电机12之间通过第一输入端传动轴13c连接，且第二齿轮13b与第一车轮11之间通过第一输出端传动轴13d连接；第二传动装置23包括啮合连接的第三齿轮23a和第四齿轮23b，第三齿轮23a与第二驱动电机22之间通过第二输入端传动轴23c连接，且第四齿轮23b与第二车轮21之间通过第二输出端传动轴23d连接；其中，第一齿轮13a和第三齿轮23a呈平行分布，第二齿轮13b和第四齿轮23b呈平行分布；

优选地，第一输入端传动轴13c和第二输入端传动轴23c之间连接离合装置30，且离合装置30位于第一齿轮13a与第三齿轮23a之间；当然地，作为次优选的替代方案，也可以在其他实施方式中，第一输出端传动轴13d和第二输出端传动轴23d之间连接离合装置30，且离合装置30位于第二齿轮13b与第四齿轮23b之间，同样可以获得类似的冗余效果。

当然地，在其他实施方式中，当采用直接驱动技术不需要进行减速输出时，各传动装置13，23也可以不设置齿轮结构，具体为：第一传动装置包括分别与第一驱动电机和第一车轮传动连接的第一传动轴，第二传动装置包括分别与第二驱动电机和第二车轮传动连接的第二传动轴，将离合装置设置在第一传动轴与第二传动轴之间，同样可以获得类似的冗余效果，区别仅在于传动减速比的区别。

需要特别说明的是，本申请式设计的齿轮采用直齿轮，也可以采用其他公知齿轮结构，各传动轴具体在实施时可以设置1个或多个连轴器实现传动安装连接；本申请在实施时，还可以为了实现合适的减速比传送效果，在第一齿轮13a和第二齿轮13b、以及第三齿轮23a和第四齿轮23b之间进一步设置中间齿轮；这些都是本领域技术人员的常规技术选择，本申请在实施时对此没有特别限定之处。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种具有冗余效果的自动驾驶汽车驱动系统，包括采用第一驱动器驱动的第一车轮和采用第二驱动器驱动的第二车轮，其特征在于，所述第一驱动器包括传动连接的第一驱动电机和第一传动装置，所述第二驱动器包括传动连接的第二驱动电机和第二传动装置；其中，

所述第一传动装置和所述第二传动装置之间设有离合装置，所述离合装置具有分离状态和非分离状态；

当第一驱动电机和第二驱动电机正常工作时，所述离合装置处于分离状态，所述第一车轮通过第一驱动电机实现独立驱动运行，所述第二车轮通过第二驱动电机实现独立驱动运行；

当第一驱动电机或第二驱动电机发生故障时，所述离合装置处于非分离状态，所述第一传动装置和第二传动装置成为耦合传动装置，该耦合传动装置与没有发生故障的驱动电机传动连接，用于实现对所述第一车轮和第二车轮的同时驱动运行，达到冗余效果。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，当第二驱动电机发生故障时，将实现第一车轮和第二车轮的目标转速作为驱动目标，控制第一驱动电机的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制所述离合装置的结合程度；其中，

当离合装置处于滑摩结合状态时，所述第一驱动电机向第一车轮传递扭矩的同时，通过所述离合装置向第二车轮传递扭矩；

当离合装置处于完全结合状态时，所述离合装置成为一个刚性整体，所述第一驱动电机同时向所述第一车轮和第二车轮传递扭矩。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，当离合装置处于滑摩结合状态时，向第一车轮传递的扭矩＝第一驱动电机的驱动扭矩-离合装置的传递扭矩，向第二车轮传递的扭矩＝离合装置的传递扭矩。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，当第一驱动电机发生故障时，将实现第一车轮和第二车轮的目标转速作为驱动目标，控制第二驱动电机的驱动扭矩，同时通过滑摩方式控制所述离合装置的结合程度；其中，

当离合装置处于滑摩结合状态时，所述第二驱动电机向第二车轮传递扭矩的同时，通过所述离合装置向第一车轮传递扭矩；

当离合装置处于完全结合状态时，所述离合装置成为一个刚性整体，所述第二驱动电机同时向所述第一车轮和第二车轮传递扭矩。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，当离合装置处于滑摩结合状态时，向第二车轮传递的扭矩＝第二驱动电机的驱动扭矩-离合装置的传递扭矩，向第一车轮传递的扭矩＝离合装置的传递扭矩。

6.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，所述第一传动装置包括啮合连接的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一驱动电机之间通过第一输入端传动轴连接，且所述第二齿轮与第一车轮之间通过第一输出端传动轴连接。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，所述第二传动装置包括啮合连接的第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第二驱动电机之间通过第二输入端传动轴连接，且所述第四齿轮与第二车轮之间通过第二输出端传动轴连接；其中，所述第一齿轮和第三齿轮呈平行分布，所述第二齿轮和第四齿轮呈平行分布。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，所述第一输入端传动轴和第二输入端传动轴之间连接所述离合装置，且所述离合装置位于所述第一齿轮与第三齿轮之间。

9.根据权利要求7所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，所述第一输出端传动轴和第二输出端传动轴之间连接所述离合装置，且所述离合装置位于所述第二齿轮与第四齿轮之间。

10.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车驱动系统，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别通过变频控制器进行驱动控制，所述离合装置设有离合控制器；各变频控制器以及离合控制器之间通信连接用于实现协调管理控制。

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