CN113264106A - 一种转向执行机构及移动工具 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种转向执行机构，包括：轮毂电机总成、编码器、转向传动结构和扭矩输出单元；轮毂电机总成与车轮连接；编码器与轮毂电机总成同轴设置；转向传动结构设置在轮毂电机总成的上方，包括主动轮组件和从动轮组件；从动轮组件的底面与轮毂电机总成的顶面固定连接；主动轮组件与从动轮组件配合传动；扭矩输出单元与主动轮组件连接。本发明的转向执行机构，可以实现对自动驾驶车辆转向精度的控制。

Description

一种转向执行机构及移动工具

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种转向执行机构及移动工具。

背景技术

自动驾驶是近年来的热门领域，自动驾驶技术在环卫方面发展尤其迅速，越来越多的自动驾驶车辆上路测试。但是现有的转向执行机构多以方向盘、万向节、蜗轮蜗杆等机械结构实现转向，无法实现自动驾驶控制。比如无法控制转向精度，当转向失控时，无法找到车轮正方向，导致车轮偏转或反向，并且电机与转向车轮之间缺少减振机构，导致地面对车轮的反馈，直接传递给电机，减少电机使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种转向执行机构及移动工具，该转向执行机构可以实现对车辆转向精度的控制，从而使其更加适用于自动驾驶车辆。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种转向执行机构，所述转向执行机构包括：轮毂电机总成、编码器、转向传动结构和扭矩输出单元；

所述轮毂电机总成与车轮连接；

所述编码器与所述轮毂电机总成同轴设置；

所述转向传动结构设置在所述轮毂电机总成的上方，包括主动轮组件和从动轮组件；所述从动轮组件的底面与所述轮毂电机总成的顶面固定连接；所述主动轮组件与所述从动轮组件齿轮连接；

所述扭矩输出单元与所述主动轮组件连接；

所述主动轮组件与所述从动轮组件配合传动。

优选的，所述转向执行机构还包括转向轴承座；

所述转向轴承座设置在所述扭矩输出单元与所述转向传动结构之间；

所述转向轴承座包括第一通孔和第二通孔。

进一步优选的，所述主动轮组件包括：主动轮轴承、主动轮轴和主动轮；

所述主动轮轴承设置在所述第一通孔中；

所述主动轮轴穿过所述主动轮轴承的内孔，一端露出于所述转向轴承座的上表面，一端露出于所述转向轴承座的下表面；

所述主动轮与所述主动轮轴连接。

更进一步优选的，所述转向传动结构还包括内花键轴和弹性联轴器；

所述内花键轴与所述扭矩输出单元的输出轴的外花键连接；

所述弹性联轴器分别与所述内花键轴和所述主动轮轴平键连接。

进一步优选的，所述从动轮组件包括：一对从动轮轴承、从动轮轴和从动轮；

所述从动轮轴承设置在所述第二通孔中；

所述从动轮轴穿过所述从动轮轴承的内孔，一端露出于所述转向轴承座的下表面；

所述从动轮与所述从动轮轴连接。

更进一步优选的，所述从动轮具有限位结构。

更进一步优选的，所述从动轮组件还包括隔套；

所述隔套设置在所述一对从动轮轴承之间。

进一步优选的，所述转向执行机构还包括支架；

所述支架与所述转向轴承座固定连接；所述支架具有第三通孔；所述第三通孔与所述第一通孔对准；所述扭矩输出单元的输出轴设置在所述第三通孔中。

优选的，所述转向传动结构还包括转向传动板；

所述转向传动板的顶部与所述从动轮组件固定，底部与所述轮毂电机总成固定。

本发明实施例第二方面提供了一种移动工具，所述移动工具包括上述第一方面所述的转向执行机构。

本发明实施例提供的一种转向执行机构及移动工具，该转向执行机构通过扭矩输出单元输出动力，通过主动轮组件和从动轮组件的配合传动，起到了减速增扭的作用，将动力传递至轮毂电机总成，实现对自动驾驶车辆的转向控制，在此过程中，通过编码器检测车轮转速，进而实现对转向精度的控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转向执行机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的转向执行机构的主视图；

图3为本发明实施例提供的转向轴承座与转向传动结构的连接关系示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的一种转向执行机构，可应用于移动工具中，例如自动驾驶车辆，实现对自动驾驶车辆的转向控制。

图1为本发明实施例提供的转向执行机构的结构示意图；图2为本发明实施例提供的转向执行机构的主视图。如图1和图2中所示，本发明实施例一提供的一种转向执行机构包括：转向轴承座1、支架2、扭矩输出单元3、转向传动结构4、轮毂电机总成5和编码器6。

转向轴承座1是该转向执行机构中转向传动结构4的固定部件。其中，转向轴承座1包括第一通孔(图中未示出)和第二通孔(图中未示出)。转向轴承座1设置在扭矩输出单元3与转向传动结构4之间。转向轴承座1的设置，使得转向传动结构4的结构紧凑，间隙很小，降低转向时的噪音。

支架2是扭矩输出单元3的固定部件，支架2具有第三通孔(图中未示出)。第三通孔与第一通孔对准设置，支架2与转向轴承座1之间可以采用螺栓固定连接。

扭矩输出单元3是该转向执行结构的控制驱动机构，它可以接收自动驾驶车辆的中央处理单元发出的指令，输出相应的扭矩。扭矩输出单元3与支架2固定，且扭矩输出单元3的输出轴穿过第三通孔设置。输出轴具有外花键结构。在本例中扭矩输出单元3具体采用电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)电机，简称EPS电机。

EPS电机输出的扭矩通过转向传动结构4进行传递。转向传动结构4包括内花键轴41、弹性联轴器42、主动轮组件43和从动轮组件44。

内花键轴41的内部具有内花键结构。该内花键结构与输出轴的外花键结构相匹配，使得扭矩输出单元3与内花键之间通过花键传递扭矩。花键使得扭矩的传动平稳可靠，受力均匀，耐久性好。

弹性联轴器42与内花键轴41平键连接。弹性联轴器42的设置，可以减少转向时，地面对车轮的反馈，不会直接传递给EPS电机，减少了转向时对EPS电机的振动，从而延长EPS电机的使用寿命，还可以减小转向时的噪音。

图3为本发明实施例提供的转向轴承座与转向传动结构的连接关系示意图。结合图3所示，主动轮组件43具体包括：主动轮轴承431、主动轮轴432和主动轮433。

主动轮轴承431设置在第一通孔中。

主动轮轴432穿过主动轮轴承431的内孔，一端露出于转向轴承座1的上表面，与弹性联轴器42平键连接，从而传递扭矩，一端露出于转向轴承座1的下表面。

主动轮433设置在转向轴承座1的下方，与主动轮轴432连接。在本例中，主动轮433具体可以采用具有直齿或斜齿的齿轮。

从动轮组件44包括：一对从动轮轴承441、隔套442、从动轮轴443和从动轮444。

从动轮轴承441设置在第二通孔中。

隔套442设置在一对从动轮轴承441之间，使得从动轮轴承441内圈的力比较均匀，也可以保护从动轮轴承441不受损伤。

从动轮轴443穿过从动轮轴承441和隔套442的内孔，一端露出于转向轴承座1的下表面。

从动轮444位于转向轴承座1的下方，与从动轮轴443连接。

优选地，从动轮444与主动轮433之间通过齿轮啮合连接。具体的，从动轮444可以采用具有直齿或斜齿的齿轮。为了达到转向过程中减速增扭的效果，从动轮444的直径大于主动轮433的直径。当然，在一些其他可选的实施例中，从动轮444和主动轮433之间还可以通过皮带同传、链条同传的方式配合传动，对于从动轮444和主动轮433之间的连接方式，本申请不做严格限定。

优选地，主动轮433和从动轮444可采用镀锌处理、发黑处理或者涂抹润滑脂防腐润滑等处理，提高主动轮433和从动轮444的防腐蚀性。

在一个优选的方案中，为避免转向失控时，无法找到车轮正方向，导致车轮偏转或反向行驶的风险，提高自动驾驶车辆在转向中的安全性。当从动轮444和主动轮433之间采用齿轮啮合连接时，从动轮444上设置有限位结构4441。在本实施例中，该限位结构为从动轮444的非全齿结构。即，从动轮444具有非齿状结构4441和齿状结构4442，齿状结构4442可以与主动轮433啮合，使得从动轮444转动，非齿状结构4441不能与主动轮433啮合，从而限制了从动轮444与主动轮433啮合的范围，在转向过程中，当转向失控时，起到机械限位保护的作用。

为使扭矩的传动更加平稳均匀，作为优选方案，该转向传动结构4还包括转向传动板45。

转向传动板45的顶部与从动轮444通过螺栓固定连接。

轮毂电机总成5是对自动驾驶车辆直接驱动的装置，与车轮的轮毂连接，因此，轮毂电机总成5的转动方向即车轮的转向。

轮毂电机总成5的顶部与转向传动板45的底部通过螺栓固定连接。

编码器6与轮毂电机总成5同轴设置，可以实时将车轮的转速反馈至自动驾驶车辆的中央处理单元，从而实现对自动驾驶车辆转向精度的控制。

以上介绍了本发明实施例提供的一种转向执行机构的组成部件以及各个部件之间的连接关系，下面介绍该转向执行机构的工作原理。

扭矩输出单元3接收指令，通过输出轴输出动力，内花键轴41在动力的作用下，产生第一方向的旋转运动，并通过弹性联轴器42带动主动轮轴432沿第一方向转动，从而带动主动轮433沿第一方向旋转；主动轮433对与其啮合的从动轮444的齿状结构4442产生沿第一方向的切向方向的推动力，使得从动轮444沿第一方向的相反方向运动，从而带动转向传动板45和轮毂电机总成5沿第一方向的相反方向运动，实现了对车轮的转向控制，在此过程中，编码器6可以对车轮的转速进行检测，因此，可以实现对转向精度进行控制。当转向失控时，通过从动轮444的非齿状结构4441进行限位，提高自动驾驶车辆转向的安全性。

本发明实施例提供的一种转向执行机构，该转向执行机构通过扭矩输出单元输出动力，通过主动轮组件和从动轮组件的配合传动，起到了减速增扭的作用，将动力传递至轮毂电机总成，实现对自动驾驶车辆的转向控制，在此过程中，通过编码器检测车轮转速，进而实现对转向精度的控制。

本发明实施例二提供了一种移动工具，包括上述实施例一所述的转向执行机构。其中，移动工具可以是任何可以移动的工具，例如清扫车、洗地车、吸尘车、乘用车、公交车、大巴车、厢式货车、卡车、载重车、挂车、甩挂车、吊车、挖掘机、铲土机、公路列车、扫地车、洒水车、垃圾车、工程车、救援车、物流小车、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，AGV)等，本申请对于移动工具的类型不做严格限定，在此不再穷举。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转向执行机构，其特征在于，所述转向执行机构包括：轮毂电机总成、编码器、转向传动结构和扭矩输出单元；

所述轮毂电机总成与车轮连接；

所述编码器与所述轮毂电机总成同轴设置；

所述转向传动结构设置在所述轮毂电机总成的上方，包括主动轮组件和从动轮组件；所述从动轮组件的底面与所述轮毂电机总成的顶面固定连接；所述主动轮组件与所述从动轮组件齿轮连接；

所述扭矩输出单元与所述主动轮组件连接；

所述主动轮组件与所述从动轮组件配合传动。

2.根据权利要求1所述的转向执行机构，其特征在于，所述转向执行机构还包括转向轴承座；

所述转向轴承座设置在所述扭矩输出单元与所述转向传动结构之间；

所述转向轴承座包括第一通孔和第二通孔。

3.根据权利要求2所述的转向执行机构，其特征在于，所述主动轮组件包括：主动轮轴承、主动轮轴和主动轮；

所述主动轮轴承设置在所述第一通孔中；

所述主动轮轴穿过所述主动轮轴承的内孔，一端露出于所述转向轴承座的上表面，一端露出于所述转向轴承座的下表面；

所述主动轮与所述主动轮轴连接。

4.根据权利要求3所述的转向执行机构，其特征在于，所述转向传动结构还包括内花键轴和弹性联轴器；

所述内花键轴与所述扭矩输出单元的输出轴的外花键连接；

所述弹性联轴器分别与所述内花键轴和所述主动轮轴平键连接。

5.根据权利要求2所述的转向执行机构，其特征在于，所述从动轮组件包括：一对从动轮轴承、从动轮轴和从动轮；

所述从动轮轴承设置在所述第二通孔中；

所述从动轮轴穿过所述从动轮轴承的内孔，一端露出于所述转向轴承座的下表面；

所述从动轮与所述从动轮轴连接。

6.根据权利要求5所述的转向执行机构，其特征在于，所述从动轮具有限位结构。

7.根据权利要求5所述的转向执行机构，其特征在于，所述从动轮组件还包括隔套；

所述隔套设置在所述一对从动轮轴承之间。

8.根据权利要求2所述的转向执行机构，其特征在于，所述转向执行机构还包括支架；

所述支架与所述转向轴承座固定连接；所述支架具有第三通孔；所述第三通孔与所述第一通孔对准；所述扭矩输出单元的输出轴设置在所述第三通孔中。

9.根据权利要求1所述的转向执行机构，其特征在于，所述转向传动结构还包括转向传动板；

所述转向传动板的顶部与所述从动轮组件固定，底部与所述轮毂电机总成固定。

10.一种移动工具，其特征在于，所述移动工具包括权利要求1～9任一项所述的转向执行机构。

Images