TWI719703B - 自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統 - Google Patents

Abstract

一種自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，包括一外殼、一感應套管、一角度感知控制單元、一減速機構及一電動馬達。其中該外殼安裝於一轉向機柱之一側，該感應套管活動設於該外殼內且套設於該轉向機柱外部，使該感應套管隨該轉向機柱同步進行旋轉，該角度感知控制單元係連接該感應套管以偵測其旋轉角度，該減速機構具有一出力端及一入力端，藉由該電動馬達與該減速機構的該入力端相連接，該出力端並藉由一連接件而連接至該感應套管以帶動其同步旋轉；據此，本創作能夠大幅降低安裝建置的成本，並能夠精確控制其轉向角度，並於控制失效時立即切換手動控制以提升其安全性。

Description

自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統

本創作係有關於一種車輛用的輔助設備，尤其是有關於一種自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，俾能夠透過外掛於一轉向機柱上，利用其電動馬達及減速機構的搭配設計，從角度感知調整單元來控制整體轉向的調整者。

按，現行各種大小型車輛所使用的輔助轉向系統（又稱作動力方向盤）多為液壓輔助式(HPS)，利用引擎或馬達來驅動一液壓泵以提供所需的轉向動力輔助功能。然而，近年來為了在商用車上實現自動駕駛等智慧化功能，以及克服傳統馬達出力不足與傳統HPS無法主動控制轉向等問題，出現了許多結合電動輔助轉向(EPS)模組與液壓方向主機的產品。

而，現有的商用客車依據車輛噸數分為大型巴士、中型巴士及小型巴士三個種類，其中大型巴士多屬於長前懸車種，小型巴士多屬於短前懸車種，而中型巴士則為長前懸車種及短前懸車種的其中一種，相較於噸數較輕的中、小型巴士，若要使用EPS完全取代HPS以實現自動駕駛等智慧化功能，同時省去液壓系統的生產與維護成本是相當有機會的。然而，對於中長前懸車種的大型巴士，由於驅動輪胎轉向的一方向主機是沿水平方向相對位於一方向機柱的後方，因此其轉向輔助裝置係於該方向機柱的下方安裝有一傘齒輪箱，進而由該傘齒輪箱連動後方的該轉向機柱運作，進而改變輪胎的方向。

而，前述的短前懸車種則是因為該轉向機柱直接連結該轉向的輪軸運作以改變輪胎的方向。 因此，不同車種間在配置轉向機構時，因為組配不同元件的需求，在組配車輛時就會增加流程的複雜度，且多種類的元件也會導致成本增加。

是以，如何能有效解決目前電動轉向輔助系統在安裝建置時的缺失問題，是本創作人亟欲解決的課題，有鑑於此，本創作人遂累積多年車輛設計及維修的實務經驗，設計出一種方便建置於各式大小車輛的自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統。

本創作之一目的，旨在提供一種自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，俾利用一感應套管直接套用在原來車輛上之一轉向機柱上，並透過一角度感知控制單元連接該感應套管以偵測其旋轉角度，接著再分別將一電動馬達及一減速機構連接至該轉向機柱，藉以降低安裝建置的成本，並能夠精確控制其轉向角度；再者，本創作亦設置了一扭矩感知器，可於控制失效時立即切換手動控制以提升其安全性等功效。

為達上述目的，本創作之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，電性連接至該自動駕駛車輛的一導航駕駛系統，提供該自動駕駛車輛轉向時所需的動力，該自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統係包括：一外殼，安裝於該自動駕駛車輛之一轉向機柱一側；一感應套管，活動設於該外殼內，且該感應套管係用來套設於該轉向機柱外部，使該感應套管隨該轉向機柱同步進行旋轉；一角度感知控制單元，設於該外殼內部，且該角度感知控制單元係連接該感應套管，以及電性連接該導航駕駛系統，用來偵測該感應套管的旋轉角度並產生一控制訊號；一減速機構，設於該外殼內部且位於該感應套管之一側，且該減速機構具有一出力端及一入力端，該出力端並藉由一連接件而連接至該感應套管以帶動其同步旋轉；及一電動馬達，設於該外殼一側，且該電動馬達設有一驅動軸而與該減速機構的該入力端相連接，另該電動馬達電性連接該角度感知控制單元以接收該控制訊號；據此，透過該導航駕駛系統發出訊號給該角度感知控制單元後，驅動該電動馬達帶動該減速機構而使該感應套管及該轉向機柱進行旋轉轉向，其過程中，該角度感知控制單元還會感測該感應套管的旋轉角度是否正常，避免轉動角度錯誤造成事故。

於一實施例中，本創作之該角度感知控制單元包括一角度感知器及一角度控制器，該角度感知器係連接該感應套管以偵測其旋轉角度，該角度控制器電性連接該該導航駕駛系統以產生控制轉向之一控制訊號；再者，本創作之該自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，更具有一扭矩感知器，電性連接該角度感知控制單元，當旋轉角度超過限度則切斷該電動馬達的運轉，讓駕駛人可以介入利用手動控制，避免發生危險。另外，本創作搭配該扭矩感知器還設有一手動切換開關，用來使該角度感知控制單元重新復歸，或是直接切換進入手動控制模式，大幅提昇使用時的便利性者。

於另一實施例中，本創作之該外殼對應該轉向機柱設有一對軸承，且該對軸承位於該轉向機柱的中心軸線上，以增加該轉向機柱在進行旋轉時的潤滑度，提升其順暢性。並且，本創作之該電動馬達係選自如伺服馬達及步進馬達其中之一者，進而可以進行更精細的旋轉角度控制。再者，該連接件係選自如皮帶及鏈條其中之一者，而能有效傳遞動力。另外，該感應套管之至少一端部對應該轉向機柱而設有一固定夾具，以供定位夾持該轉向機柱於該感應套管內部，避免在操作過程中滑脫。

為使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱圖1、圖2、圖3及圖4，係為本創作較佳實施例的立體分解圖及其結構示意圖，及其組裝時的配置示意圖，以及操作狀態示意圖。如以下各圖所示，本創作之自動駕駛車輛1之外掛式電動轉向輔助系統2，其用來電性連接至該自動駕駛車輛1的一導航駕駛系統11，提供該自動駕駛車輛轉向時所需的動力，該外掛式電動轉向輔助系統2包括一外殼21、一感應套管22、一角度感知控制單元23、一減速機構24及一電動馬達25。

其中該外殼21係安裝於該自動駕駛車輛1之一轉向機柱12一側，並且，於該外殼21的二側面分別對應該轉向機柱12設有一對軸承211，且該對軸承211位於該轉向機柱12的中心軸線上，使該轉向機柱12在進行旋轉時更加平穩、順暢。

該感應套管22活動設於該外殼21內，且該感應套管22係用來套設於該轉向機柱12的外部，使該感應套管22可隨著該轉向機柱12同步進行旋轉，這樣的設計也可避免破壞原來之該轉向機柱12的結構；另外，本創作之該感應套管22的二端部分別對應該轉向機柱12而設有一固定夾具221，以供定位夾持該轉向機柱12於該感應套管22內部，而可避免在操作時的滑脫問題。

該角度感知控制單元23係設於該外殼21內部，且該角度感知控制單元23包括一角度感知器231及一角度控制器232，該角度感知器231係連接該感應套管22，用來偵測該感應套管22的旋轉角度，該角度控制器232電性連接該該導航駕駛系統11以產生控制轉向之一控制訊號。

該減速機構24設於該外殼21內部且位於該感應套管22之一側，且該減速機構24具有一出力端241及一入力端242，該出力端241並藉由一連接件243而連接至該感應套管22以帶動其同步旋轉。應注意的是，該感應套管22的表面對應該連接件243而設有一連接部222，如該連接件243採用了皮帶作為連接手段時，則該連接部222係為一皮帶輪設置，倘若該連接件243採用了鏈條作為連接手段時，則該連接部222係為一齒輪設置，如此一來，也不用破壞到該轉向機柱12的原始設計及結構。

該電動馬達25同樣設於該外殼21一側，且該電動馬達25設有一驅動軸251而與該減速機構251的該入力端242相連接，另該電動馬達25也會電性連接該角度控制器232以接收該控制訊號，本創作之該電動馬達25係選自如伺服馬達及步進馬達其中之一者，皆屬於可控制轉速及轉動方向的精密馬達，而能夠透過該控制訊號驅動該電動馬達25運轉。

據此，透過該導航駕駛系統11發出訊號給該角度控制器232後，驅動該電動馬達25運轉後，帶動該減速機構251進行降速後而使該感應套管22及該轉向機柱12進行小角度的旋轉轉向，其過程中，該角度感知器231也會不斷地感測該感應套管22的旋轉角度是否正常，以免該轉向機柱12轉動角度錯誤造成事故；另外，本創作之該外掛式電動轉向輔助系統2更具有一扭矩感知器26，其係電性連接該角度感知控制單元23，當旋轉角度超過限度則切斷該電動馬達25的運轉；再者，本創作搭配該扭矩感知器26還設有一手動切換開關261，用來使該角度感知控制單元23重新復歸，或是直接切換進入手動控制模式，大幅提昇使用時的便利性者。因此，本創作的設計能夠降低安裝建置的成本，並能夠精確控制其轉向角度，可於控制失效時立即切換手動控制以提升其安全性等功效。

唯，以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍，故該所屬技術領域中具有通常知識者，或是熟悉此技術所作出將各種元件進行等效替換，或是進行更多重串聯的變化者，在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。

1:自動駕駛車輛 11:導航駕駛系統 12:轉向機柱 2:外掛式電動轉向輔助系統 21:外殼 211:軸承 22:感應套管 221:固定夾具 222:連接部 23:角度感知控制單元 231:角度感知器 232:角度控制器 24:減速機構 241:出力端 242:入力端 243:連接件 25:電動馬達 251:驅動軸 26:扭矩感知器 261:手動切換開關

圖1，為本創作較佳實施例的立體分解圖。 圖2，為本創作較佳實施例的結構示意圖。 圖3，為本創作較佳實施例組裝時的配置示意圖。 圖4，為本創作較佳實施例操作狀態示意圖。

1:自動駕駛車輛

11:導航駕駛系統

12:轉向機柱

2:外掛式電動轉向輔助系統

21:外殼

211:軸承

22:感應套管

221:固定夾具

222:連接部

23:角度感知控制單元

231:角度感知器

232:角度控制器

24:減速機構

241:出力端

242:入力端

243:連接件

25:電動馬達

251:驅動軸

26:扭矩感知器

261:手動切換開關

Claims (6)

1. 一種自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，電性連接至該自動駕駛車輛的一導航駕駛系統，提供該自動駕駛車輛轉向時所需的動力，該自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統係包括：一外殼，安裝於該自動駕駛車輛之一轉向機柱一側；一感應套管，活動設於該外殼內，且該感應套管之至少一端部對應該轉向機柱而設有一固定夾具，用來套設於該轉向機柱外部以形成定位夾持，使該感應套管隨該轉向機柱同步進行旋轉；一角度感知控制單元，設於該外殼內部，且該角度感知控制單元包括一角度感知器及一角度控制器，該角度感知器係連接該感應套管以偵測其旋轉角度，該角度控制器電性連接該導航駕駛系統以產生控制轉向之一控制訊號；一減速機構，設於該外殼內部且位於該感應套管之一側，且該減速機構具有一出力端及一入力端，該出力端並藉由一連接件而連接至該感應套管以帶動其同步旋轉；及一電動馬達，設於該外殼一側，且該電動馬達設有一驅動軸而與該減速機構的該入力端相連接，另該電動馬達電性連接該角度感知控制單元以接收該控制訊號；據此，透過該導航駕駛系統發出訊號給該角度感知控制單元後，驅動該電動馬達帶動該減速機構而使該感應套管及該轉向機柱進行旋轉轉向，其過程中，該角度感知控制單元還會感測該感應套管的旋轉角度是否正常，避免轉動角度錯誤造成事故。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，更具有一扭矩感知器，電性連接該角度感知控制單元，當旋轉角度超過限度則切斷該電動馬達的運轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，更具有一手動切換開關，電性連接該角度感知控制單元，其係用來使該角度感知控制單元重新復歸，或是直接切換進入手動控制模式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，其中，該外殼對應該轉向機柱設有一對軸承，且該對軸承位於該轉向機柱的中心軸線上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，其中，該電動馬達係選自如伺服馬達及步進馬達其中之一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自動駕駛車輛之外掛式電動轉向輔助系統，其中，該連接件係選自如皮帶及鏈條其中之一者。

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