CN209795594U - 无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘、转向执行装置和转向轮装置；电子助力转向器由转向助力电机驱动；转向助力电机的输出端螺杆与电子助力转向器的驱动涡轮相啮合；转向轮装置包括齿轮齿条转向器、转向拉杆和转向轮，转向轮装置由两个转向执行电机驱动，转向执行电机分布于转向拉杆上，转向执行电机的输出端齿轮与齿轮齿条式转向器的齿条啮合。本转向系统通过三个电机配合，在无人驾驶模式下，既有转向助力电机驱动电子助力转向器提供转向助力，又有转向执行电机驱动齿轮齿条转向器工作，提供转向力矩；可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。

Description

无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构

技术领域

本实用新型属于汽车转向技术领域，具体地，涉及一种无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构。

背景技术

随着汽车保有量的增加，交通拥堵和交通事故发生率不断提高，无人驾驶汽车作为解决此问题的重要手段，急需对其进行深入研究。线控技术由于可实现驾驶员操作和车辆运动的解耦，可提高紧急情况下转向操作的准确性和驾驶员的安全性。线控技术采用电机控制直接驱动实现车辆转向，更容易与车辆的其他主动安全控制子系统配合，进行通讯和集成控制，为无人驾驶汽车实现自主转向提供良好的硬件基础；因此，线控转向系统被认为是实现高级自动驾驶的关键部件之一，其研发进展成为关注的焦点。

转向执行机构是实现线控转向(SBW)控制的执行系统，是SBW系统的核心硬件，它的响应特性、结构冗余安全性和寿命等都决定了SBW系统的性能。SBW系统转向执行电机的良好运行是保证其功能实现的关键一环，现有的用于无人驾驶的SBW系统的转向执行机构有很多种，但多为单电机驱动齿条的SBW执行机构，一旦转向执行电机发生故障，特别是在无人驾驶时，情况将不堪设想。因此研究一种无人驾驶汽车线控转向系统，提高无人驾驶汽车转向系统的响应特性和可靠性，延长转向执行电机的使用寿命是无人驾驶汽车的重要课题，具有现实意义。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供了一种无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，以提高无人驾驶汽车转向系统的响应特性和可靠性，延长转向执行电机的使用寿命。

本实用新型通过以下方案实现：

公开的无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘、转向执行装置和转向轮装置；所述转向执行装置包括转向轴、双联式万向节一、电子助力转向器、双联式万向节二；所述方向盘与转向执行装置的输入端通过转向轴连接；

所述双联式万向节一与电子助力转向器的输入端通过电子助力转向器驱动轴连接，所述电子助力转向器的输出端与双联式万向节二通过传动轴连接；

所述电子助力转向器由转向助力电机驱动，置于所述电子助力转向器的一侧；所述转向助力电机的输出端螺杆与电子助力转向器的驱动涡轮相啮合；

所述转向轮装置包括齿轮齿条转向器、转向拉杆和转向轮，所述齿条转向器设置在所述转向拉杆上，所述转向轮对称设置于所述转向拉杆的两端；所述转向轮装置由两个转向执行电机驱动，所述转向执行电机分布于所述齿轮齿条转向器两端的转向拉杆上，所述转向执行电机的输出端齿轮与齿轮齿条式转向器的齿条啮合。

本实用新型的无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，转向轮装置采用的转向执行电机为相同型号的，同一规格的两个电机。转向执行电机分布于齿轮齿条转向器的两端，转向执行电机的输出端与齿轮齿条转向器的齿条啮合，两个电机能产生相同作用的驱动力矩。

进一步地，所述两个转向执行电机的型号相同。

进一步地，所述齿轮齿条转向器的齿条外侧套设有转向控制器。转向控制器与两个转向执行电机连接，用于在切换驾驶模式时，控制两个转向执行电机电源的通与断。转向控制器主要由微处理器，信号输入传感器，电机驱动和控制电路组成。

接收到汽车驾驶模式的信号后，转向控制器做出判断处理，接通或断开转向执行电机电源。在人工驾驶模式下，转向控制器同时切断两个转向执行电机的电源，使两个转向执行电机不工作，此时转向执行机构由驾驶员和转向助力电机驱动；在无人驾驶模式下，转向控制器同时接通两个转向执行电机的电源，启动两个转向执行电机，汽车进入三电极同步驱动转向机构的状态。

进一步地，所述双联式万向节一和双联式万向节二的输入端和输出端的接口处均设有内花键。

进一步地，所述方向盘与转向轴的一端可拆卸连接；所述转向轴的另一端设有外花键一与所述双联式万向节一的内花键插接配合。

进一步地，所述齿轮齿条转向器靠近所述转向执行装置的一端设有外花键二，所述外花键二与双联式万向节二的内花键配合，使转向轮装置与所述转向执行装置连接。

进一步地，所述双联式万向节一和双联式万向节二均包括主动叉和与所述主动叉铰接的从动叉。

更进一步地，所述外花键一和外花键二的长度均为20～40mm。

本无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构改变了传统的转向执行装置只采用一个电机驱动的设置，转向轮装置采用的转向执行电机为相同型号的，同一规格的两个电机。转向执行电机分布于齿轮齿条转向器的两端，转向执行电机的输出端与齿轮齿条转向器的齿条啮合，两个电机能产生相同作用的驱动力矩。由人工驾驶模式切换到无人驾驶模式时，转向执行电机启动，进入工作状态，驱动齿轮齿条转向器的齿条运动，产生转向力矩。因此，在无人驾驶模式下，既有转向助力电机驱动电子助力转向器提供转向助力，又有转向执行电机驱动齿轮齿条转向器工作，提供转向力矩。该无人驾驶汽车线控转向系统的三电机同步驱动转向执行机构可以从硬件上实现安全冗余，避免了任意单电机故障导致的转向执行失效，可以提高整个系统的响应特性，而且三电机分担了转向执行力矩，充分利用了三电机的功率，可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。

在人工驾驶模式时，转向执行电机不工作，只由转向助力电机驱动电子助力转向器提供转向助力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘、转向执行装置和转向轮装置，将上述三块结构形成一体，通过助力电机驱动电子助力转向器，两个转向执行电机驱动转向轮装置，三个电机配合，在无人驾驶模式下，既有转向助力电机驱动电子助力转向器提供转向助力，又有转向执行电机驱动齿轮齿条转向器工作，提供转向力矩。

该无人驾驶汽车线控转向系统的三电机同步驱动转向执行机构可以从硬件上实现安全冗余，避免了任意单电机故障导致的转向执行失效，可以提高整个系统的响应特性，而且三电机分担了转向执行力矩，充分利用了三电机的功率，可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构的结构示意图。

图2为本实用新型所述双联式万向节一和双联式万向节二的结构示意图。

图3为本实用新型所述转向助力电机与电子助力转向器的连接示意图。

图4为本实用新型所述双联式万向节二与齿轮齿条式转向器连接示意图。

其中，1-方向盘，2-转向轴，3-双联式万向节一，4-电子助力转向器驱动轴，5-转向助力电机，6-电子助力转向器，7-传动轴，8-双联式万向节二，9-齿轮齿条转向器，10-转向拉杆，11-转向轮，12-转向执行电机，13-铰接孔，14-主动叉，15-从动叉，20-输出端螺杆，21-驱动涡轮，24-输出端齿轮，26-齿条，27-转向控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1～图4所示，本无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘1、转向执行装置和转向轮装置；其中，转向执行装置包括转向轴2、双联式万向节一3、电子助力转向器6、双联式万向节二8。

具体地，双联式万向节一3与电子助力转向器6的输入端通过电子助力转向器驱动轴4连接，电子助力转向器6的输出端与双联式万向节二8通过传动轴7连接；双联式万向节一3和双联式万向节二8的输入端和输出端的接口处均设有内花键。方向盘1与转向执行装置的输入端通过转向轴2连接；即方向盘1与转向轴2的一端可拆卸连接；转向轴2的另一端设有外花键一与双联式万向节一3的内花键插接配合。

电子助力转向器6由转向助力电机5驱动，置于电子助力转向器6的一侧；转向助力电机5的输出端螺杆20与电子助力转向器6的驱动涡轮21相啮合。

转向轮装置包括齿轮齿条转向器9、转向拉杆10和转向轮11，齿条转向器9设置在转向拉杆10上，转向轮11对称设置于转向拉杆10的两端；转向轮装置由型号相同的两个转向执行电机12驱动，转向执行电机12分布于齿轮齿条转向器9两端的转向拉杆10上，其输出端齿轮24与齿轮齿条式转向器9的齿条26啮合。齿轮齿条转向器10靠近转向执行装置的一端设有外花键二，外花键二与双联式万向节二8的内花键配合，使转向轮装置与转向执行装置连接。外花键一和外花键二的长度均为20～40mm。

齿轮齿条转向器9的齿条26外侧套设有转向控制器27。转向控制器27与两个转向执行电机5连接，用于在切换驾驶模式时，控制两个转向执行电机12电源的通与断。转向控制器27主要由微处理器，信号输入传感器，电机驱动和控制电路组成。接收到汽车驾驶模式的信号后，转向控制器27做出判断处理，接通或断开转向执行电机12电源。在人工驾驶模式下，转向控制器27同时切断两个转向执行电机12的电源，使两个转向执行电机12不工作，此时整个转向执行机构由驾驶员和转向助力电机5驱动；在无人驾驶模式下，转向控制器27同时接通两个转向执行电机12的电源，启动两个转向执行电机12，汽车进入三电极同步驱动转向机构的状态。

另外，如图2所示双联式万向节一3和双联式万向节二8均包括主动叉14和与主动叉14通过铰接孔13铰接的从动叉15。为保证转向轴2与双联式万向节一3连接强度的需求，以及满足转向轴2的固定需求，花键的长度不宜太短，20～40mm为宜。花键键槽的数目也不应太少，12个为宜。

由人工驾驶模式切换到无人驾驶模式时，转向执行电机12启动，进入工作状态，驱动齿轮齿条转向器9的齿条26运动，产生转向力矩。因此，在无人驾驶模式下，既有转向助力电机5驱动电子助力转向器6提供转向助力，又有转向执行电机12驱动齿轮齿条转向器9工作，提供转向力矩。该无人驾驶汽车线控转向系统的三电机同步驱动转向执行机构可以从硬件上实现安全冗余，避免了任意单电机故障导致的转向执行失效，可以提高整个系统的响应特性，而且三电机分担了转向执行力矩，充分利用了三电机的功率，可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。

在人工驾驶模式时，转向执行电机9不工作，只由转向助力电机5驱动电子助力转向器6提供转向助力。

本无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构在无人驾驶模式下，采用一个助力电机驱动电子助力转向器，转向执行双电机驱动齿轮齿条转向器，可以从硬件上实现安全冗余，避免了传统的单转向执行电机故障导致的转向执行失效，可以提高系统的响应特性，三电机分担了转向执行力矩，充分利用了三电机的功率，可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。因此，本实用新型既可解决无人驾驶汽车转向执行机构安全隐患的问题，又可以提高无人驾驶汽车转向执行机构的使用寿命，实现无人驾驶汽车转向的安全冗余。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，包括依次连接的方向盘(1)、转向执行装置和转向轮装置；所述转向执行装置包括转向轴(2)、双联式万向节一(3)、电子助力转向器(6)、双联式万向节二(8)；所述方向盘(1)与转向执行装置的输入端通过转向轴(2)连接；

所述双联式万向节一(3)与电子助力转向器(6)的输入端通过电子助力转向器驱动轴(4)连接，所述电子助力转向器(6)的输出端与双联式万向节二(8)通过传动轴(7)连接；

所述电子助力转向器(6)由转向助力电机(5)驱动，置于所述电子助力转向器(6)的一侧；所述转向助力电机(5)的输出端螺杆(20)与电子助力转向器(6)的驱动涡轮(21)相啮合；

所述转向轮装置包括齿轮齿条转向器(9)、转向拉杆(10)和转向轮(11)，所述齿条转向器(9)设置在所述转向拉杆(10)上，所述转向轮(11)对称设置于所述转向拉杆(10)的两端；所述转向轮装置由两个转向执行电机(12)驱动，所述转向执行电机(12)分布于所述齿轮齿条转向器(9)两端的转向拉杆(10)上，所述转向执行电机(12)的输出端齿轮(24)与齿轮齿条式转向器(9)的齿条(26)啮合。

2.根据权利要求1所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述两个转向执行电机(12)的型号相同。

3.根据权利要求2所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述齿轮齿条转向器(9)的齿条(26)外侧套设有转向控制器(27)。

4.根据权利要求1～3任意一项所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述双联式万向节一(3)和双联式万向节二(8)的输入端和输出端的接口处均设有内花键。

5.根据权利要求4所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述方向盘(1)与转向轴(2)的一端可拆卸连接；所述转向轴(2)的另一端设有外花键一与所述双联式万向节一(3)的内花键插接配合。

6.根据权利要求4所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述齿轮齿条转向器(9)靠近所述转向执行装置的一端设有外花键二，所述外花键二与双联式万向节二(8)的内花键配合，使转向轮装置与所述转向执行装置连接。

7.根据权利要求5或6所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述双联式万向节一(3)和双联式万向节二(8)均包括主动叉(14)和与所述主动叉(14)铰接的从动叉(15)。

8.根据权利要求7所述无人驾驶汽车线控转向系统的三电机驱动转向执行机构，其特征在于，所述外花键一和外花键二的长度均20～40mm。