CN209795595U - 一种无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘、转向执行装置和转向轮装置；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；双联式万向节一与电子助力转向器的输入端通过传动轴一连接，电子助力转向器的输出端与双联式万向节二通过传动轴二连接；电子助力转向器由相互平行，分置于电子助力转向器两侧的转向执行电机一和转向执行电机二同步驱动；转向执行电机一的输出端螺杆一和转向执行电机二的输出端螺杆二分别与电子助力转向器的驱动涡轮相啮合。通过双电机同步带动电子助力转向器，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

一种无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构

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的双电机同步驱动转向执行机构。

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的双电机同步驱动转向执行机构，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的双电机同步驱动转向执行机构，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传动轴一连接，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二连接；

所述电子助力转向器由转向执行电机一和转向执行电机二同步驱动，所述转向执行电机一和转向执行电机二相互平行，分置于所述电子助力转向器的两侧；所述转向执行电机一的输出端螺杆一和转向执行电机二的输出端螺杆二分别与电子助力转向器的驱动涡轮相啮合。

本实用新型的人驾驶汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构通过对转向执行装置的驱动机构进行改进，将转向执行电机设置为两个，可以从硬件上实现安全冗余，提高系统的响应特性。

进一步地，所述转向执行电机一和转向执行电机二的型号相同。本装置的电子助力转向器由两台型号相同的转向执行电机同步驱动，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，可以提高系统的响应特性，双电机平均分担了转向执行力矩，充分利用了双电机的功率，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。

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。

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插接配合。

进一步地，所述外花键一的长度为20～40mm。

进一步地，所述转向轮装置包括齿轮齿条转向器、转向拉杆和转向轮；所述齿轮齿条转向器设置在所述转向拉杆上，所述转向轮分置于所述转向拉杆两端。

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。

更进一步地，所述外花键二的长度为20～40mm。

本无人驾驶汽车的双电机同步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，将转向执行电机与电子助力转向器之间的动力传递方式为蜗轮蜗杆，且驱动电子助力转向器的两个电机的蜗杆能产生相同作用的驱动力矩，能同步驱动电子助力转向器。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。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，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，通过双电机同步带动电子助力转向器，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。

在无人驾驶的情况下，并且如果其中一个转向执行电机发生故障时，另一个转向执行电机可以驱动转向执行机构，提高了无人驾驶汽车线控转向系统的安全性和稳定性。

本无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构安装方便，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型所述无人驾驶汽车的双电机同步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执行电机一和转向执行电机二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-传动轴一，5-转向执行电机一，6-转向执行电机二，7-电子助力转向器，8-传动轴二，9-双联式万向节二，10-齿轮齿条转向器，11-转向拉杆，12-转向轮，13-铰接孔，14-主动叉，15-从动叉，18-输出端螺杆一，20-驱动涡轮，21-输出端螺杆二，23-齿轮，24-齿条。

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，本无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，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7、双联式万向节二9；方向盘1与转向执行装置的输入端通过转向轴2连接。

具体地，双联式万向节一3与电子助力转向器7的输入端通过传动轴一4连接，电子助力转向器7的输出端与双联式万向节二9通过传动轴二8连接；双联式万向节一3和双联式万向节二9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插接配合。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，外花键一的长度为20～40mm。花键键槽的数目也不应太少，12个为宜。

电子助力转向器7由转向执行电机一5和转向执行电机二6同步驱动，选用的转向执行电机一5和转向执行电机二6的型号相同；转向执行电机一5和转向执行电机二6相互平行，分置于电子助力转向器7的两侧；转向执行电机一5的输出端螺杆一18和转向执行电机二6的输出端螺杆二21分别与电子助力转向器7的驱动涡轮20相啮合。

转向轮装置包括齿轮齿条转向器10、转向拉杆11和转向轮12；齿轮齿条转向器10设置在转向拉杆11上，转向轮12分置于转向拉杆11两端。齿轮齿条式转向器10包括转向万向节9与齿轮齿条式转向器10的连接部分成一体的转向齿轮23和与转向拉杆11做成一体的齿条24组成，齿轮23与齿条24啮合在一起。

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，外花键二的长度为20～40mm。外花键二与双联式万向节二9的内花键配合，使转向轮装置与转向执行装置连接。

另外，如图2所示双联式万向节一3和双联式万向节二9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。

在人工驾驶模式时，方向盘1上的转向力矩通过转向轴2传递给双联式万向节一3，双联式万向节一3改变转向力矩的方向后，将力矩传递至电子助力转向器7的输入端。电子助力转向器7转向执行电机的驱动下，产生转向助力，电子助力转向器7的输出端与双联式万向节二9连接，双联式万向节二9调整变化力矩的传递方向，双联式万向节二9的输出端连接齿轮齿条式转向器10的齿轮，两者之间的连接采用内外花键的形式。双联式万向节二9的输出端为内花键，齿轮齿条式转向器10的齿轮端为外花键二。内花键和外花键二的长度不宜太短，3公分为宜，花键键槽的数目12个为宜。齿轮齿条式转向器10接收到转向力矩，产生转向偏转力，拉动转向拉杆11，完成汽车转向轮12偏转的动作。

在无人驾驶模式时，转向执行电机一5和转向执行电机二6同时驱动电子助力转向器7，使电子助力转向器7产生转向力矩从而通过电子助力转向器7的输出端8传递给双联式万向节二9，经双联式万向节二9调整转向力矩的传递方向后，驱动齿轮齿条式转向器10，完成转向动作。

本无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，采用双转向执行电机同步驱动电子助力转向器，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，双电机平均分担了转向执行力矩，充分利用了双电机的功率，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的双电机同步驱动转向执行机构，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(7)、双联式万向节二(9)；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(7)的输入端通过传动轴一(4)连接，所述电子助力转向器(7)的输出端与双联式万向节二(9)通过传动轴二(8)连接；

所述电子助力转向器(7)由转向执行电机一(5)和转向执行电机二(6)同步驱动，所述转向执行电机一(5)和转向执行电机二(6)相互平行，分置于所述电子助力转向器(7)的两侧；所述转向执行电机一(5)的输出端螺杆一(18)和转向执行电机二(6)的输出端螺杆二(21)分别与电子助力转向器(7)的驱动涡轮(20)相啮合。

2.根据权利要求1所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述转向执行电机一(5)和转向执行电机二(6)的型号相同。

3.根据权利要求1所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述双联式万向节一(3)和双联式万向节二(9)的输入端和输出端的接口处均设有内花键。

4.根据权利要求1～3任意一项所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述双联式万向节一(3)和双联式万向节二(9)均包括主动叉(14)和与所述主动叉(14)铰接的从动叉(15)。

5.根据权利要求4所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，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)插接配合。

6.根据权利要求1～3任意一项所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述转向轮装置包括齿轮齿条转向器(10)、转向拉杆(11)和转向轮(12)；所述齿轮齿条转向器(10)设置在所述转向拉杆(11)上，所述转向轮(12)分置于所述转向拉杆(11)两端。

7.根据权利要求6所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述齿轮齿条转向器(10)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(9)的内花键配合，使转向轮装置与所述转向执行装置连接。

8.根据权利要求5或7所述无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，所述外花键一和外花键二的长度为均20～40mm。