[發明專利]一種無人駕駛車輛轉向裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201010104800.X
• 申請日: 2010-02-01
• 公開（公告）號: CN101758855A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 梅濤;張衛忠;梁華為;李碧春;祝輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B62D5/04;B62D1/02;B62D113/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及車輛轉向裝置。更具體地說是一種無人駕駛車輛的轉向裝置及控制方法。

背景技術

無人駕駛車輛是驗證機器感知與認知理論、方法與技術的最佳平臺之一，尤其是在非結構化動態變化環境中。無人駕駛車輛不僅在軍事、探險和救援等危險、惡劣環境下具有廣闊的應用前景，同時無人駕駛車輛所涉及到的各種汽車傳感器、環境感知系統、行駛安全預警與輔助駕駛智能決策等關鍵技術對于提高有人駕駛汽車的智能化程度和行駛安全性具有重要意義。因此，世界主要發達國家將無人駕駛車輛作為展示人工智能技術水平、引領車輛工業未來的重要平臺，紛紛開展無人駕駛車輛的研究。

無人駕駛車輛的自動轉向性能是衡量整車性能的最重要指標之一，而無人駕駛車輛的轉向控制裝置則是保證無人駕駛車輛自動轉向性能的關鍵。然而，目前對于無人駕駛車輛的轉向控制裝置尚無完善的方案。

檢索現有的技術文獻，中國專利申請號為012682254.3，公開日：2002年9月11日，名稱：機動車自動駕駛方向控制伺服機構，其伺服機構用步進電機作為動力源，步進電機軸與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸經電磁離合器、齒形同步帶傳動機構與方向盤軸連接，從而可以成功地實現自動轉向。但是，在方向盤軸上增加同步帶傳動機構占用了駕駛室空間，破壞了原有的車輛外形機構，而且，此方案力矩的傳遞要經過原轉向機構的方向盤軸、齒輪齒條機構和轉向梯形機構，最終到達轉向車輪，會產生較大的傳動誤差。

中國專利申請號為200510111220.2，公開日：2006年7月19日，名稱：無人駕駛車輛的方向控制機構，采用電機減速器組合經電磁離合器與減速箱的輸入軸連接，小齒輪連接在減速箱的輸出軸上，大齒輪經連接法蘭直接與車輛的中央轉向搖臂連接，梯形轉向機構拉桿的另一端與中央轉向搖臂鉸接，梯形轉向機構拉桿的另一端與轉向車輪鉸接，實現無人駕駛車輛的自動轉向。但是雙級齒輪傳動結構復雜，占用車內空間較大，增大了運動的傳動誤差，增加了安裝的難度，電機軸、齒輪軸和中央轉向搖臂三軸的平行很難得到保證，不僅如此，這一技術方案需要在車輛的中央轉向搖臂上焊接法蘭，既破壞了車輛的原有結構，又不便于裝置的裝拆。

發明內容

本發明是為了克服現有無人駕駛車輛轉向裝置方案的不足之處，提供一種結構簡單緊湊、成本低、傳動效率高、智能化程度高的無人駕駛車輛轉向裝置及其控制方法，使原車的?結構和外觀皆不受到破壞、易于裝拆，并具有一定的通用性。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明無人駕駛車輛轉向裝置的特點是具有：

一電機，為轉向驅動機構；

一相互嚙合的蝸輪和蝸桿，所述蝸桿與電機的輸出軸直接聯接；

一電磁離合器，以所述蝸輪與電磁離合器的主動端固聯；以所述電磁離合器的被動端與方向盤轉向柱固聯；

一夾具，與轉向柱支架固聯，作為電機的固定支架，使電機與蝸桿為同軸，并使蝸桿與蝸輪的軸線為垂直；

一非接觸式零位檢測機構，由固定設置在夾具上、位于電磁離合器側部的零位傳感器和固定設置在電磁離合器外周的零位傳感器觸頭構成，所述零位傳感器觸頭能夠在方向盤轉向柱轉動時通過零位傳感器上的感應凹槽；

一限位機構，由固定設置在車架上的限位傳感器和固聯在車輪轉向節上的限位傳感器撥片構成，限位狀態下的限位傳感器撥片能夠觸動限位傳感器；

一編碼器，連接于所述電機后端的輸出軸上。

本發明無人駕駛車輛轉向裝置的特點也在于是所述夾具是以設置在其上的“V”形口夾持在轉向柱支架上，以固聯在夾具上的側板作為電機的固定支架。

本發明無人駕駛車輛轉向裝置的轉向絕對零位的標定方法的特點是：

車輛保持絕對直線行駛時，方向盤轉向柱所對應的位置為絕對零位，設定方向盤轉向柱在絕對零位下的車輛的前進方向為Y軸；

設定零位傳感器所在位置為參考零位，零位傳感器與所述方向盤轉向柱的中心的連線為Y’軸；Y軸與Y’軸之間的夾角為定值α；

方向盤轉向柱絕對零位的標定過程為：

首先手動使方向盤轉向柱處于車輛直線行駛狀態，然后使電磁離合器通電吸合，并且電機開始正轉，方向盤轉向柱帶動零位傳感器觸頭逆時針轉動，直至零位傳感器觸頭到達參考零位，此時零位傳感器輸出參考零位檢測信號，電機從參考零位開始反轉并帶動方向盤轉向柱順時針轉動，當電機帶動方向盤轉向柱反向轉過α角度時，標定此時方向盤轉向柱所處的位置為絕對零位。

本發明無人駕駛車輛轉向裝置的自動轉向控制方法的特點是：