CN212148809U - 一种自动驾驶系统的执行部件及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动驾驶系统的执行部件及车辆，属于汽车技术领域。本实用新型的目的是这样实现的：一种车辆，包括车体，车体上安装有行驶装置，行驶装置包括油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备；油门驱动设备包括油门转轴，油门转轴一端设置有油门转轴转接座，另一端连接有油门踏板，油门转轴上还设置有油门离合器，油门离合器连接有油门齿轮箱，油门齿轮箱上安装有油门电机；刹车驱动设备包括刹车转轴，刹车转轴一端设置有刹车转轴转接座。本实用新型通过在车体上设置行驶装置，从而提供了一种控制车辆的方向盘、油门和刹车的技术方案，从而提供了一种针对现有车辆进行改装从而可以预期能够实现无人驾驶的一种改装技术方案。

Description

一种自动驾驶系统的执行部件及车辆

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，具体涉及一种自动驾驶系统的执行部件以及含有该种执行部件的车辆。

背景技术

目前随着人民生活水平的提高，越来越多的人购买了汽车，随着汽车电子技术及智能技术的快速发展，未来的汽车发展将向着主动安全与智能驾驶及最终实现无人驾驶的方式转变。

现有市场上无人驾驶车辆以新车制造或车辆的改装需要全部替换很多零部件，生产成本高或者改装成本高导致大部分群体难以负担，同时造成资源浪费及资金浪费。同时针对现有技术中，关于控制系统的软件层面或者硬件控制和检测分析方面都有了一定的成熟技术，但是针对实现对驾驶的路径改变的整体化技术方案往往又无法适应改装或者改装成本很高，以至于无法大规模推广。

如申请号为：CN201821163267.2的专利，其具体公开了一种汽车自动驾驶用转向装置，包括：齿圈套，其设置在方向盘下方；内齿圈，其设置在所述齿圈套上，并可拆卸连接方向盘；驱动齿轮，其与所述内齿圈啮合，并能够带动所述内齿圈旋转；驱动电机，其可拆卸连接所述齿圈套，所述驱动电机输出轴连接所述驱动齿轮，并带动其旋转，本装置采用齿圈组件连接方向盘驱动转向，无需改变原车结构，安装方便。

如上述专利文中采用的技术方案已经提供了一些简易改装的技术方案，但是这样的改装依旧存在技术复杂加工要求高的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自动驾驶系统的执行部件，通过在现有车辆上改进，从而能够提供一种解决通过改装现有车辆，理论上实现无人驾驶成本高昂问题的解决方案。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种自动驾驶系统的执行部件，包括油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备；所述油门驱动设备包括油门转轴，油门转轴一端设置有油门转轴转接座，另一端用于连接油门踏板，所述油门转轴上还设置有油门离合器，油门离合器连接有油门齿轮箱，油门齿轮箱上安装有油门电机；所述刹车驱动设备包括刹车转轴，刹车转轴一端设置有刹车转轴转接座，另一端用于连接刹车踏板，所述刹车转轴上还设置有刹车离合器，刹车离合器连接有刹车齿轮箱，刹车齿轮箱上安装有刹车电机；所述方向控制设备包括转向轴，转向轴一端用于安装方向盘，所述转向轴上还设置有方向盘离合器，方向盘离合器连接有变速齿轮箱，变速齿轮箱上安装有方向盘转向电机，方向盘转向电机上设置有角度编码器电路板。

进一步的，所述油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备上均设置有电机，电机外壳的转动轴上设置有光电编码器，所述电机线圈上设置有霍尔传感器和电机温度传感器，所述电机外壳上设置有电机震动传感器。

进一步的，所述油门齿轮箱、刹车齿轮箱和变速齿轮箱的内部均设置有齿轮箱温度传感器，外壳上均设置有齿轮箱震动传感器。

进一步的，所述油门离合器上设置有油门压力传感器，油门压力传感器设置在所述油门转轴上并靠近所述油门踏板的一侧；所述刹车离合器上设置有刹车压力传感器，刹车压力传感器设置在所述刹车转轴上并靠近所述刹车转轴转接座的一侧，所述刹车踏板上安装有重力感应器；所述方向盘离合器上设置有分离传感器，分离传感器设置所述转向轴上并靠近方向盘的一侧。

一种车辆，包括车体，还包括有上述任一项所述的自动驾驶系统的执行部件；所述车体包括有油门踏板、刹车踏板和方向盘；所述油门踏板、刹车踏板和方向盘分别与油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备连接实现对驾驶路径的改变。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、本实用新型通过在车体上设置行驶装置，从而提供了一种控制车辆的方向盘、油门和刹车的技术方案，从而提供了一种针对现有车辆进行改装从而可以预期能够实现无人驾驶的一种改装技术方案。

2、本实用新型具体公开了一种增加温度传感器和增加震动感器的技术方案。通过增加这两种传感器可以进一步清楚知道油门齿轮箱、刹车齿轮箱和变速齿轮箱的温度情况和振动情况，进而可以判断车辆目前的形式状态，进一步提高行驶的安全程度。

3、本实用新型通过增加油门压力传感器、刹车压力传感器、以及重力传感器，可以进一步掌握车辆的油门和刹车这两个核心执行部件的运行状态，从而能够提高行驶的安全程度。

4、本实用新型通过设置电机来实现动力的驱动并通过光电编码器控制电机转动的角度和圈数，这样的设计能够控制的更加精确，从而能够让转向的角度的可控性越来越高。

5、本实用新型通过在车辆内增加这样的一个执行部件，从而能够初步的理论上能够实现自动驾驶的目标。同时这样的结构都是在现有的车辆的成熟的结构上进行的改装，不需要对原本的车体做调整，非常的简便。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图之一。

图2是本实用新型的结构示意图之二。

图3是本实用新型的车内部分结构示意图。

图4是本实用新型的电机结构示意图。

图5是本实用新型的油门驱动设备结构示意图。

图6是本实用新型的刹车驱动设备结构示意图。

图7是本实用新型的方向控制设备结构示意图。

图8是本实用新型的主控装置结构图。

附图标记：

1-车体；2-激光测距传感器；3-超声波测距传感器；4-毫米波雷达；

5-激光雷达；6-第一摄像头；7-第二摄像头；8-第三摄像头；

9-水位监测传感器；10-双目摄像头；11-数据链收发器；12-酒精检测器；

13-超载检测摄像头；14-触控屏；15-驾驶切换按钮；16-生物感应器；

17-红外探测器；18-摄像探测器；19-蜂鸣器；20-电机外壳；21-光电编码器；

22-电机线圈；23-霍尔传感器；24-电机温度传感器；25-电机震动传感器；

26-油门转轴；27-油门转轴转接座；28-油门踏板；29-油门离合器；

30-油门齿轮箱；31-油门电机；32-刹车转轴；33-刹车转轴转接座；

34-刹车踏板；35-刹车离合器；36-刹车齿轮箱；37-刹车电机；38-转向轴；

39-方向盘；40-方向盘离合器；41-变速齿轮箱；42-方向盘转向电机；

43-角度编码器电路板；44-齿轮箱温度传感器；45-齿轮箱震动传感器；

46-油门压力传感器；47-刹车压力传感器；48-重力感应器；49-分离传感器；

50-空调系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

一种车辆。

如图1和图2所示，包括车体1，所述车体1上安装有用于切换驾驶状态的转换装置、用于监测交通路况的采集装置、用于计算分析并发出相应指令的主控装置和用于接收所述主控装置发出的指令并执行的行驶装置。所述转换装置、采集装置、主控装置与行驶装置均通过电连接。本实用新型是在自动挡车辆现有结构上巧妙设置不同的功能设备，达到车辆无人驾驶与主动驾驶的自由切换。

所述转换装置可以根据驾驶人需要进行自由切换，包括电子智能主控板，电子智能主控板包括触控屏14，触控屏14设置在所述车体1的显示器上，或者或更换依据本实用研发的专用显示屏；所述触控屏一侧设置有驾驶切换按钮15；所述车体1内还设置有用于监控驾驶者状态的探测装置和警报装置。所述探测装置用于探测主动驾驶模式下是否处于无人状态时，并根据情况进行报警。

具体参见图3，所述探测装置包括设置在方向盘39上的生物感应器16、设置在所述车体1内部上方的红外探测器17和摄像探测器18；所述警报装置包括蜂鸣器19或扬声器。

所述采集装置包括设置在所述车体1周围的激光测距传感器2和超声波测距传感器3，所述激光测距传感器2用于检测车体1周围环境包括障碍物、路面，所述超声波测距传感器3用于短距离障碍物检测；所述车体1前方设置有毫米波雷达4，用于检测车体1前方障碍物；所述车体1顶部设置有激光雷达5，用于检测车体1周围3D全方位障碍物；所述车体1前方左右两侧的倒车镜上设置有第一摄像头6、第二摄像头7以及设置在所述车体1尾部的第三摄像头8，第三摄像头8接入车体1的倒车摄像影像系统；所述车体1底盘上设置有水位监测传感器9，用于探测当前车辆水位情况；所述车体1头部设置有双目摄像头 10，用于探测车辆前方水坑。通过双目摄像头10采集车体1前方的水坑的波纹图案、倒影或区域内的环境对比等，通过水的形态变动进行图像识别算法判断前方水坑深度、面积，当所述双目摄像头10采集的水坑水位深度无法确定或水位面积过大时，将采集的信息发送至主控装置，通过主控装置发送指令至行驶装置进行减速并停车，同时提醒驾驶人员并手动切换至主动驾驶状态。所述采集装置还包括数据链收发器11，数据链收发器11设置所述车体1后方，主要通过GPRS、WiFi、3G/4G/5G还包括其他无线信号传输。所属采集装置采集数据用于环境路况分析，如当前交通路况包括指示灯、限速、限行、行驶路线、道路结构、路面、行驶车道等、周围固定障碍物如：停靠车辆、隔离护栏、花台、临时的阻挡物等、移动障碍物如：行人、移动车辆、动物等、水位等，若采集装置发现异常，将信息传输至所述主控装置，所述主控装置接收到信息后向所述行驶装置发送指令，自动报警并驱动车辆停靠安全地带停车检查。

所述主控装置包括设置在所述车体1的主板及其支持设备上的集成电路板、存储器、I/0电路、总线、供电电路、防火防水线路接头、设备盒、散热线路、防干扰电路及电磁屏蔽层，所述主控装置还包括用于路径规划的导航装置。所述集成电路板包括CPU,GPU,FPGA,DSP等集成电路及其附属电路板。所述导航装置包括卫星定位器、北斗地图、高德地图、腾讯地图、百度地图、室内导航系统、存储器、输入输出接口。所述卫星定位器、北斗地图、高德地图、腾讯地图、百度地图用于导航信息获取，通过获取导航图案信息并规划出目的地的机动车行驶路径，所述自动导航信息来源于嫁接外部的如北斗地图、高德地图、腾讯地图或百度地图等来实现路径规划，室内导航可根据停车场的停车位、固定停车位的坐标点采用室内导航系统来主导车辆倒车、停车；所述倒车换挡在主动驾驶状态进行。

所述主控装置还包括相配套的软件部分，包括数据接收、数据分析、数据决策、路径规划、导航及指令发出。所述路径规划包括无人驾驶时车辆自动导航、倒车、转向，路径规划由主控装置无线接收，并发出指令在无人驾驶状态时进行车辆的导航且显示在触控屏14上。所述主控装置是对采集到的当前交通路况包括指示灯、限速、限行、行驶路线、道路结构、路面、行驶车道等、周围固定障碍物如：停靠车辆、隔离护栏、花台、临时的阻挡物等、移动障碍物如：行人、移动车辆、动物等的速度、距离、方向等信息进行计算与分析，并发出起步、停止、加速、减速、避障、转向、变道等指令。

所述行驶装置包括油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备。所述行驶装置是根据所述主控装置发出的指令如当前交通路况、限速要求、避障等对车辆的刹车、油门进行动作，完成车辆的启动、加速、减速、转向等操作。

如图3所示，所述车体1上还安装有安全装置，对刹车油或刹车片、酒驾、超载等信息进行采集与报警，安全装置包括设置在遮阳板或方向盘39上的酒精检测器12，通过所述酒精检测器12识别驾驶员是否酒驾并提醒驾驶员手动转换无人驾驶状态；设置在所述车体1内部的后视镜上的超载检测摄像头13，通过图像识别车辆载员情况，如果超员，车辆将自动提醒在无人驾驶状态停止行驶；所述安全装置还包括用于读取并监测所述车体1相关数据的数据总线对接口，可对车辆刹车片、刹车油、胎压、车门、速度、油量、齿轮油等其他数据读取并进行监测、提醒与使用，若影响安全驾驶时，主控装置将自动提示报警并指示行驶装置驱动车辆停靠安全地带停车检查。

如图5、图6、图7所示，所述油门齿轮箱30、刹车齿轮箱36和变速齿轮箱41的内部均设置有齿轮箱温度传感器44，外壳上均设置有齿轮箱震动传感器 45。本实用新型通过探测齿轮箱的机油温度、齿轮转动等参数判断各个齿轮箱是否正常运行，发现异常时，主控装置将自动提示报警并指示行驶装置驱动车辆停靠安全地带停车检查，并启动应急灯。所述油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备上均设置有电机。具体参见图4，电机外壳20的转动轴上设置有光电编码器21，所述电机线圈22上设置有霍尔传感器23和电机温度传感器24，所述电机外壳20上设置有电机震动传感器25。本实用新型通过采集电机的转速、温度、震动等参数判断电机是否正常运行，发现异常时，主控装置将自动报警并指示行驶装置驱动车辆停靠安全地带停车检查，并启动应急灯。

如图5所示，所述油门驱动设备包括油门转轴26，油门转轴26一端设置有油门转轴转接座27，另一端连接有油门踏板28，所述油门转轴26上还设置有油门离合器29，油门离合器29连接有油门齿轮箱30，油门齿轮箱30上安装有油门电机31。所述油门离合器29上设置有油门压力传感器46，通过油门的重量来探测油门离合器29是否正常工作。油门压力传感器46设置在所述油门转轴26上并靠近所述油门踏板28的一侧。所述油门离合器29接收行驶装置的指令，有自动合拢或分离功能，所述油门离合器29合拢时自动控制油门踏板28 力度大小、即供给油量大小转换的行驶速度，所述油门离合器29分离即实现手动控制。

如图6所示，所述刹车驱动设备包括刹车转轴32，刹车转轴32一端设置有刹车转轴转接座33，另一端连接有刹车踏板34，所述刹车转轴32上还设置有刹车离合器35，刹车离合器35连接有刹车齿轮箱36，刹车齿轮箱36上安装有刹车电机37。所述刹车离合器35上设置有刹车压力传感器47，通过刹车的重量来探测刹车离合器35是否正常工作。刹车压力传感器47设置在所述刹车转轴32上并靠近所述刹车转轴转接座33的一侧，所述刹车踏板34上安装有重力感应器48，当所述主控装置送指令至刹车驱动设备，所述刹车离合器35不能正常工作时，所述重力感应器48向所述主控装置发送指令，提醒驾驶员后，进行人为刹车减速并停车。所述刹车离合器35接收行驶装置指令，有自动合拢或分离功能，所述刹车离合器35合拢时自动控制刹车踏板34力度大小控制车辆行驶速度或停车，所述刹车离合器35分离即实现手动控制。

如图7所示，所述方向控制设备包括转向轴38，转向轴38一端安装有方向盘39，所述转向轴38上还设置有方向盘离合器40，方向盘离合器40连接有变速齿轮箱41，变速齿轮箱41上安装有方向盘转向电机42，方向盘转向电机42 上设置有角度编码器电路板43。所述方向盘离合器40上设置有分离传感器49，分离传感器49设置所述转向轴38上并靠近方向盘39的一侧。所述方向盘离合器40接收行驶装置指令，有自动合拢或分离功能，所述方向盘离合器40合拢时所述方向盘转向电机42转动，带动所述变速齿轮箱41转动，根据所述角度编码器电路板43上的角度值控制方向盘39的转动。所述分离传感器49通过探测方向盘39与方向盘离合器40方向转动是否正常工作，探测方向盘离合器40 的方向转轴等运转角度数据及分离数据判断方向盘离合器40是否正常运行，发现异常时，主控装置将自动报警并指示行驶装置驱动车辆停靠安全地带停车检查，并启动应急灯。

优选的，所述主控装置连接所述车体1的空调冷却系统50，通过所述空调冷却系统50降低所述主控装置适用环境；所述主控装置还设置有用于监控电路异常的电流电压表；所述主控装置连接有应急备用系统，应急备用系统连接所述油门离合器29、刹车离合器35和方向盘离合器40。当所述电流电压表数据异常时，即所述主控装置工作异常时，所述应急备用系统自动启动并提醒报警，同时发送指令至所述行驶装置，所述油门离合器29、刹车离合器35、方向盘离合器40自动分离后进入主动驾驶模式。

所述自动驾驶和主动驾驶建立于国家行政部门批准的有主动行车执照的本人，操作此车的自动驾驶与主动驾驶。按照本实用新型改装后的车辆经实地反复测试，场模各种移动障碍物、固定障碍物及各种交通规则识别测试后方可投入使用，在自动行驶时确保在交管部门准予下的速度再下调10％-20％，由所述主控装置控制速度，由所述行驶装置确保安全行驶下驾驶。

本实用新型提供一种车辆，在原有车辆结构不变的情况下，增加无人驾驶技术装置，设置硬件功能性设备以及与硬件装置相配套的软件设备，在车辆原有各功能基础上按各功能增加系列设备，在添加设备后，不改变原来车辆所有结构及主动驾驶安全行驶性能的改变和操控的改变，可理论上达到和实现车辆无人驾驶与主动驾驶的自由切换。

在增加自动驾驶技术后，防止人为操作失误，控制超载，减少酒驾及安全事故的发生，同时根据本实用新型，可直接应用现已拥有车辆且对无人驾驶需求和渴望拥有的群体，减少资金投入就可实现和拥有无人驾驶车辆的使用，还可减少国家资源的浪费，节约成本，满足客户多元化及个性化使用需求。

本方案的具体工作过程如下：

本实用新型主要包括转换装置、采集装置、主控装置、行驶装置以及安全装置。所述转换装置在无人驾驶时向采集装置传输信息，所述采集装置接收到的信号后，经所述采集装置采集到的数据稳定传送给所述主控装置，所述主控装置经过分析可实施无人行驶后将指令发送给行驶装置。无人驾驶状态与主动驾驶状态由人为发动后进行人为切换；倒车、换挡在主动驾驶状态下人为操控，通过点击所述触控屏14或驾驶切换按钮15进行无人驾驶与主动驾驶模式切换，所述蜂鸣器19或扬声器进行提醒。所述采集装置接收到所述转换装置指令后，传输至所述主控装置，主控装置接收到信息后向所述行驶装置发送指令，由行驶装置驱动方向盘离合器40、油门离合器29与刹车离合器35执行指令，方向盘离合器40、油门离合器29与刹车离合器35自动合拢后进行无人驾驶，并提示主动驾驶停止操作；方向盘离合器40、油门离合器29与刹车离合器35 自动分离后进入主动驾驶，并提示无人驾驶停止进入主动驾驶操作。

需要说明的是，本技术方案的目是提供一种自动驾驶系统的执行部件，而且是一种易于改装的执行部件，也就是说本技术方案主要是提供一种其余的前置功能模块，包括其余的装置如检测装置和总控装置都属于市场上已经能够实现的技术这里不多做赘述。本技术方案只是提供一个执行的装置，当其余的控制装置给信号则触发对应油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备动作从而能够实现改变驾驶路径。

因此本申请仅涉及对自动驾驶系统的执行部件的结构公开，可以和市场上的自动驾驶控制中枢系统配合，接受自动驾驶控制中枢系统的控制指令，再执行相应动作，则至少能够实现路径控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动驾驶系统的执行部件，包括油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备，其特征在于：所述油门驱动设备包括油门转轴(26)，油门转轴(26)一端设置有油门转轴转接座(27)，另一端用于连接油门踏板(28)，所述油门转轴(26)上还设置有油门离合器(29)，油门离合器(29)连接有油门齿轮箱(30)，油门齿轮箱(30)上安装有油门电机(31)。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述油门齿轮箱(30)内部设置有齿轮箱温度传感器(44)，所述油门齿轮箱(30)外壳上设置有齿轮箱震动传感器(45)；所述油门离合器(29)上设置有油门压力传感器(46)，油门压力传感器(46)设置在所述油门转轴(26)上并靠近所述油门踏板(28)的一侧。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述刹车驱动设备包括刹车转轴(32)，刹车转轴(32)一端设置有刹车转轴转接座(33)，另一端用于连接刹车踏板(34)，所述刹车转轴(32)上还设置有刹车离合器(35)，刹车离合器(35)连接有刹车齿轮箱(36)，刹车齿轮箱(36)上安装有刹车电机(37)。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述刹车齿轮箱(36)内部设置有齿轮箱温度传感器(44)；所述刹车齿轮箱(36)外壳上设置有齿轮箱震动传感器(45)；所述刹车离合器(35)上设置有刹车压力传感器(47)，刹车压力传感器(47)设置在所述刹车转轴(32)上并靠近所述刹车转轴转接座(33)的一侧，所述刹车踏板(34)上安装有重力感应器(48)。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述方向控制设备包括转向轴(38)，转向轴(38)一端用于安装方向盘(39)，所述转向轴(38)上还设置有方向盘离合器(40)，方向盘离合器(40)连接有变速齿轮箱(41)，变速齿轮箱(41)上安装有方向盘转向电机(42)，方向盘转向电机(42)上设置有角度编码器电路板(43)。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述变速齿轮箱(41)的内部设置有齿轮箱温度传感器(44)且所述变速齿轮箱(41)外壳上设置有齿轮箱震动传感器(45)。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述方向盘离合器(40)上设置有分离传感器(49)，分离传感器(49)设置所述转向轴(38)上并靠近方向盘(39)的一侧。

8.根据权利要求1所述的自动驾驶系统的执行部件，其特征在于：所述油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备上均设置有电机，电机外壳(20)的转动轴上设置有光电编码器(21)，电机线圈(22)上设置有霍尔传感器(23)和电机温度传感器(24)，所述电机外壳(20)上设置有电机震动传感器(25)。

9.一种车辆，包括车体(1)，其特征在于：还包括有权利要求1-8任一项所述的自动驾驶系统的执行部件；所述车体(1)包括有油门踏板(28)、刹车踏板(34)和方向盘(39)；所述油门踏板(28)、刹车踏板(34)和方向盘(39)分别与油门驱动设备、刹车驱动设备和方向控制设备连接实现对驾驶路径的改变。

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