CN112158255A

CN112158255A - 一种北斗导航自动驾驶方向盘装置

Info

Publication number: CN112158255A
Application number: CN202010841134.1A
Authority: CN
Inventors: 韦薇; 刘天宁
Original assignee: Nanjing Zhongzhi Tengfei Aviation Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Zhongzhi Tengfei Aviation Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2021-01-01

Abstract

本发明涉及自动驾驶方向盘技术领域，且公开了一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，包括车体，所述车体固定连接有两个竖块，所述车体固定连接有两个第一轴承座，所述车体固定设置有电机，所述竖块固定连接有滑槽，所述滑槽开设有两个滑孔，所述滑孔套设有滑杆，所述滑杆固定连接有安装座，所述安装座固定设置有齿条，所述安装座同时设置有蜗杆，所述齿条啮合有第一齿轮，所述第一齿轮固定连接有第一轴，实现了由电机带动方向盘的转动，同时把这种转动传递给第三齿轮，再由第三齿轮传递给汽车的车轮转向机构，实现了汽车转向的自动化，这些机械结构动作的相互配合大大减少了目前很多自动驾驶汽车队智能电机的过度依赖。

Description

一种北斗导航自动驾驶方向盘装置

技术领域

本发明涉及自动驾驶方向盘技术领域，具体为一种北斗导航自动驾驶方向盘装置。

背景技术

自动驾驶是最近5年来快速发展与应用的新技术，包括谷歌、腾讯在内的各大科技公司都在参与到这场技术变革中来，并且在部分高效和城市的公共交通路线上已经得到具体应用，比如上海交通大学的无人快递车和深圳市的无人公交车，在细分领域中，存在纯粹的无人驾驶汽车和具有自动驾驶功能的商务乘用车，事实上，传统的强势汽车生产商，比如宝马、奔驰等已经把具有自动巡航功能的汽车投放市场，具体而言，汽车自动驾驶技术是融合了互联网、物联网、卫星导航、地面基站辅助定位、大数据、机器学习和机械设计等各个技术领域的复杂产物，同时还广泛涉及到社会伦理的问题，所以，普及自动驾驶技术是整个社会需要严肃对待的事。

作为自动驾驶技术的关键一环，方向盘的自动转向是机械设计的重点，以往的转向系统过度依赖于电机的智能化，虽然这有方便记录数据的优点，但是其在复杂路况的可靠性与使用寿命一直是个问题，由此带来的高成本是限制自动驾驶汽车普及的一个因素。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，具备简单可靠、使用寿命长等优点，解决了传统自动方向盘过度依赖智能电机而带来的维护复杂、成本较高的问题。

（二）技术方案

为实现上述降低对智能电机的依赖、降低使用成本等目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，包括车体，所述车体固定连接有两个竖块，所述车体固定连接有两个第一轴承座，所述车体固定设置有电机，所述竖块固定连接有滑槽，所述滑槽开设有两个滑孔，所述滑孔套设有滑杆，所述滑杆固定连接有安装座，所述安装座固定设置有齿条，所述安装座同时设置有蜗杆，所述齿条啮合有第一齿轮，所述第一齿轮固定连接有第一轴，所述第一轴过盈配合有两个第一轴承，所述第一轴承的外圈过盈配合在第一轴承座内，所述第一轴的另一端连接有皮带，所述皮带的另一端连接有导盘，所述导盘固定连接在电机的输出端，所述蜗杆啮合有第二齿轮，所述第二齿轮的两端固定连接有第二轴，所述第二轴的一端附近处过盈配合有第二轴承，所述第二轴承的外圈过盈配合在车体上，所述车体上固定连接有第二轴承座，所述第二轴的另一端附近处过盈配合有第三轴承，所述第三轴承的外圈过盈配合在第二轴承座内，所述第二轴的此端固定连接有方向盘安装座，所述方向盘安装座固定连接有T形架，所述T形架固定连接有方向盘，所述第二轴的尾端固定连接有第三齿轮。

优选的，所述滑孔的直径略大于滑杆，且滑孔的深度大于滑杆的长度。

优选的，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承均采用圆柱滚子轴承。

优选的，所述方向盘安装座的轴向与T形架的平面呈垂直关系，方向盘安装座与第二轴的轴线在同一条直线上，且二者之间开设有过度圆角。

优选的，所述所述T形架的上表面开设有一按钮、二按钮、三按钮。

优选的，所述皮带的截面形状为圆形，且为绷紧状态，所述第一轴的靠近皮带的一端固定设置两个有限位环。

优选的，所述蜗杆与齿条的长度相等，且第二齿轮的周长是蜗杆的轴向长度的五分之一。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，具备以下有益效果：

1、该北斗导航自动驾驶方向盘装置，通过设置电机、竖块、滑槽6，滑槽、滑孔、滑杆、安装座、齿条、蜗杆、第一齿轮、第一轴、第一轴承、第一轴承座、皮带、第二齿轮、第二轴、第二轴承、第二轴承座、第三轴承、、方向盘安装座、T形架、方向盘和第三齿轮，实现了由电机带动方向盘的转动，同时把这种转动传递给第三齿轮，再由第三齿轮传递给汽车的车轮转向机构，实现了汽车转向的自动化，这些机械结构动作的相互配合大大减少了目前很多自动驾驶汽车队智能电机的过度依赖，不仅减少了采购与维护成本，降低了车辆价格，还使得转向机构结构简单，动作可靠，可以满足绝大多数的乘用车的使用要求。

2、该北斗导航自动驾驶方向盘装置，通过设置一按钮、二按钮和三按钮，实现了在完全手动驾驶模式、智能切换模式和完全自动驾驶模式这三种模式下的快速切换，可以满足日常下对自动驾驶汽车的驾驶需求。

3、该北斗导航自动驾驶方向盘装置，通过要求滑孔的直径略大于滑杆，且滑孔的深度大于滑杆的长度，可以使安装座在限定的平面上做平移运动，进而使得运动的部件仅在水平方向上运动，以满足在复杂的路况下保证整体结构的稳定性。

4、该北斗导航自动驾驶方向盘装置，通过要求蜗杆与齿条的长度相等，且第二齿轮的周长是蜗杆的轴向长度的五分之一，实现了简单结构下满足汽车行业的行业规范，这样，在右转或者左转时转动方向盘两圈半来达到最大转动角度。

5、该北斗导航自动驾驶方向盘装置，通过要求第一轴承、第二轴承、第三轴承均采用圆柱滚子轴承，这样可以使得运动中的汽车在左右转向时，整体的结构能承受足够的横向冲击载荷，以此来保证整体结构在横向的稳定性。

附图说明

图1为本发明的上前视整体结构示意图；

图2为本发明的下前视整体结构示意图；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的A处结构示意图；

图6为本发明的侧视图。

图中：1、车体；2、竖块；3、第一轴承座；4、电机；5、第二轴承座；6、滑槽；7、滑孔；8、滑杆；9、安装座；10、齿条；11、蜗杆；12、第一轴承；13、第一轴；14、第一齿轮；15、限位环；16、皮带；17、导盘；18、第三轴承；19、第二轴；20、第二齿轮；21、方向盘安装座；22、圆角；23、T形架；24、一按钮；25、二按钮；26、三按钮；27、方向盘；28、第三齿轮；29、第二轴承。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，包括车体1，车体1固定连接有两个竖块2，车体1固定连接有两个第一轴承座3，车体1固定设置有电机4，竖块2固定连接有滑槽6，滑槽6开设有两个滑孔7，滑孔7套设有滑杆8，滑杆8固定连接有安装座9，安装座9固定设置有齿条10，安装座9同时设置有蜗杆11，齿条10啮合有第一齿轮14，第一齿轮14固定连接有第一轴13，第一轴13过盈配合有两个第一轴承12，第一轴承12的外圈过盈配合在第一轴承座3内，第一轴13的另一端连接有皮带16，所述皮带16的另一端连接有导盘17，所述导盘17固定连接在电机4的输出端，蜗杆11啮合有第二齿轮20，第二齿轮20的两端固定连接有第二轴19，第二轴19的一端附近处过盈配合有第二轴承29，第二轴承29的外圈过盈配合在车体1上，车体1上固定连接有第二轴承座5，第二轴19的另一端附近处过盈配合有第三轴承18，第三轴承18的外圈过盈配合在第二轴承座5内，第二轴19的此端固定连接有方向盘安装座21，方向盘安装座21固定连接有T形架23，T形架23固定连接有方向盘27，第二轴19的尾端固定连接有第三齿轮28，这样的结构，实现了由电机4带动方向盘27的转动，同时把这种转动传递给第三齿轮28，再由第三齿轮28传递给汽车的转向机构，实现了汽车转向的自动化。

进一步的，在上方案中，滑孔7的直径略大于滑杆8，且滑孔7的深度大于滑杆8的长度，这样可以使安装座9在限定的平面上做平移运动。

进一步的，在上方案中，第一轴承12、第二轴承29、第三轴承18均采用圆柱滚子轴承，这样可以承受足够的横向冲击载荷。

进一步的，在上方案中，方向盘安装座21的轴向与T形架23的平面呈垂直关系，方向盘安装座21与第二轴19的轴线在同一条直线上，且二者之间开设有过度圆角22，这样的要求可以获得足够的结构强度，当驾驶员在紧急情况下突然手动介入时，不至于对此转向系统造成严重的伤害。

进一步的，在上方案中，T形架23的上表面开设有一按钮24、二按钮25、三按钮26，这些按钮用于控制自动驾驶的模式。

进一步的，在上方案中，皮带16的截面形状为圆形，且为绷紧状态，第一轴13的靠近皮带16的一端固定设置两个有限位环15，这样，可以把皮带16限定在固定的位置内运动。

进一步的，在上方案中，蜗杆11与齿条10的长度相等，且第二齿轮20的周长是蜗杆11的轴向长度的五分之一，这样满足可以满足汽车行业的行业规范，且能让驾驶员在汽车转向时清楚的知道方向盘27转了几圈，进而为其执行具体的驾驶决策时提供依据。

在使用时，先按各个部件的位置关系组装好整个系统，值得说明的是，北斗芯片集成在车子的控制系统当中，方向盘27的整个外表面也应该贴设有压力传感器，这样做的目的是，若由驾驶员手动驾驶时，其在转动方向盘27时，压力传感器可以将这个信号发送给汽车本来的自动控制系统，再控制电机4的开启或者关闭，实现了自动驾驶与手动驾驶之间的切换，具体来说，当手动驾驶时，按下一按钮24，使电机4不工作，这样驾驶员就可以直接转动方向盘27来控制转向，此时，汽车转向原理与传统方法无异，当需要自动驾驶时，按下二按钮25，同时双手离开方向盘27，车辆自动驾驶系统根据路况判断驾驶策略，需要右转时，电机4正转，带动皮带16正转，带动第一齿轮14逆时针转动，第一齿轮14带动齿条10向右做直线运功，同时，蜗杆11向右运动，带动第二齿轮20在俯视方向上的顺时针运动，由于第二齿轮20与第二轴19、第三齿轮28、方向盘27的轴向相同且彼此之间固定连接，所以带动了方向盘27的右转，同时第三齿轮28将这个转向动作传递给汽车的车轮转向机构，实现了右转，为了实现转向动作的准确与稳定，电机4必须具备低转速下的准确运动能力，同时要有大的转矩以应付复杂路面，除此之外的锁定功能也是必须的，需要说明的是，这种锁定能力指的是在自动驾驶模式下的电机4的转子在按导航控制系统要求下转动一定角度后的停止性，此时，电机4整体在通电状况下转子不发生自主转动，也不会因为路面传递给车轮的反作用力这种外力而导致的转子受迫转动，同时，在手动驾驶时，即电机4整体断电的情况下，电机4的转子可以随外力而发生流畅的受迫转动，这样才不会在自动驾驶时出现方向盘27乱动的现象，并且，手动驾驶时能不阻碍方向盘的转动，由于这样的电机4在自动驾驶汽车行业很广泛的应用，故而其更为具体的细节不做阐述，同时，蜗杆11与齿条10的轴向长度为第二齿轮20的周长的五倍，可以满足汽车行业的转向行业规范，话说回来，当在自动驾驶模式下需要左转时，则电机4反转，带动皮带16反转，带动第一齿轮14顺时针转动，第一齿轮14带动齿条10向左做直线运功，同时，蜗杆11向左运动，带动第二齿轮20在俯视方向上的逆时针运动，由于第二齿轮20与第二轴19、第三齿轮28、方向盘27的轴向相同且彼此之间固定连接，所以带动了方向盘27的左转，同时第三齿轮28将这个转向动作传递给汽车的车轮转向机构，实现了左转，即执行了要求，若出现行驶时的意外情况，则驾驶员可以手动控制方向盘27，由于其内设有压力传感器，所以控制系统接收到信号，并断开电机4的电源，这样就实现了手动驾驶，当在其他情况下，驾驶员需要用到方向盘但并不希望由于触碰到压力传感器而给导航控制系统信号进而自动切换到手动驾驶模式时，就可以按下三按钮26，即强制自动驾驶模式，以上的主要动作由于有滑孔7与滑杆8的存在，且由于滑孔7和滑杆8的数量在每一边均为两个，这就使得运动平面保持固定，从而限制住了安装座9、蜗杆11和齿条10在沿第二轴19的轴向上的运动，保证了运动的可靠性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，包括车体（1），其特征在于：所述车体（1）固定连接有两个竖块（2），所述车体（1）固定连接有两个第一轴承座（3），所述车体（1）固定设置有电机（4），所述竖块（2）固定连接有滑槽（6），所述滑槽（6）开设有两个滑孔（7），所述滑孔（7）套设有滑杆（8），所述滑杆（8）固定连接有安装座（9），所述安装座（9）固定设置有齿条（10），所述安装座（9）同时设置有蜗杆（11），所述齿条（10）啮合有第一齿轮（14），所述第一齿轮（14）固定连接有第一轴（13），所述第一轴（13）过盈配合有两个第一轴承（12），所述第一轴承（12）的外圈过盈配合在第一轴承座（3）内，所述第一轴（13）的另一端连接有皮带（16），所述皮带（16）的另一端连接有导盘（17），所述导盘（17）固定连接在电机（4）的输出端，所述蜗杆（11）啮合有第二齿轮（20），所述第二齿轮（20）的两端固定连接有第二轴（19），所述第二轴（19）的一端附近处过盈配合有第二轴承（29），所述第二轴承（29）的外圈过盈配合在车体（1）上，所述车体（1）上固定连接有第二轴承座（5），所述第二轴（19）的另一端附近处过盈配合有第三轴承（18），所述第三轴承（18）的外圈过盈配合在第二轴承座（5）内，所述第二轴（19）的此端固定连接有方向盘安装座（21），所述方向盘安装座（21）固定连接有T形架（23），所述T形架（23）固定连接有方向盘（27），所述第二轴（19）的尾端固定连接有第三齿轮（28）。

2.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述滑孔（7）的直径略大于滑杆（8），且滑孔（7）的深度大于滑杆（8）的长度。

3.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述述第一轴承（12）、第二轴承（29）、第三轴承（18）均采用圆柱滚子轴承。

4.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述方向盘安装座（21）的轴向与T形架（23）的平面呈垂直关系，方向盘安装座（21）与第二轴（19）的轴线在同一条直线上，且二者之间开设有过度圆角（22）。

5.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述T形架（23）的上表面开设有一按钮（24）、二按钮（25）、三按钮（26）。

6.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述皮带（16）的截面形状为圆形，且为绷紧状态，所述第一轴（13）的靠近皮带（16）的一端固定设置两个有限位环（15）。

7.根据权利要求1所述的一种北斗导航自动驾驶方向盘装置，其特征在于：所述蜗杆（11）与齿条（10）的长度相等，且第二齿轮（20）的周长是蜗杆（11）的轴向长度的五分之一。