[发明专利]一种无人驾驶车辆转向装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆转向装置。更具体地说是一种无人驾驶车辆的转向装置及控制方法。

背景技术

无人驾驶车辆是验证机器感知与认知理论、方法与技术的最佳平台之一，尤其是在非结构化动态变化环境中。无人驾驶车辆不仅在军事、探险和救援等危险、恶劣环境下具有广阔的应用前景，同时无人驾驶车辆所涉及到的各种汽车传感器、环境感知系统、行驶安全预警与辅助驾驶智能决策等关键技术对于提高有人驾驶汽车的智能化程度和行驶安全性具有重要意义。因此，世界主要发达国家将无人驾驶车辆作为展示人工智能技术水平、引领车辆工业未来的重要平台，纷纷开展无人驾驶车辆的研究。

无人驾驶车辆的自动转向性能是衡量整车性能的最重要指标之一，而无人驾驶车辆的转向控制装置则是保证无人驾驶车辆自动转向性能的关键。然而，目前对于无人驾驶车辆的转向控制装置尚无完善的方案。

检索现有的技术文献，中国专利申请号为012682254.3，公开日：2002年9月11日，名称：机动车自动驾驶方向控制伺服机构，其伺服机构用步进电机作为动力源，步进电机轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴经电磁离合器、齿形同步带传动机构与方向盘轴连接，从而可以成功地实现自动转向。但是，在方向盘轴上增加同步带传动机构占用了驾驶室空间，破坏了原有的车辆外形机构，而且，此方案力矩的传递要经过原转向机构的方向盘轴、齿轮齿条机构和转向梯形机构，最终到达转向车轮，会产生较大的传动误差。

中国专利申请号为200510111220.2，公开日：2006年7月19日，名称：无人驾驶车辆的方向控制机构，采用电机减速器组合经电磁离合器与减速箱的输入轴连接，小齿轮连接在减速箱的输出轴上，大齿轮经连接法兰直接与车辆的中央转向摇臂连接，梯形转向机构拉杆的另一端与中央转向摇臂铰接，梯形转向机构拉杆的另一端与转向车轮铰接，实现无人驾驶车辆的自动转向。但是双级齿轮传动结构复杂，占用车内空间较大，增大了运动的传动误差，增加了安装的难度，电机轴、齿轮轴和中央转向摇臂三轴的平行很难得到保证，不仅如此，这一技术方案需要在车辆的中央转向摇臂上焊接法兰，既破坏了车辆的原有结构，又不便于装置的装拆。

发明内容

本发明是为了克服现有无人驾驶车辆转向装置方案的不足之处，提供一种结构简单紧凑、成本低、传动效率高、智能化程度高的无人驾驶车辆转向装置及其控制方法，使原车的 结构和外观皆不受到破坏、易于装拆，并具有一定的通用性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明无人驾驶车辆转向装置的特点是具有：

一电机，为转向驱动机构；

一相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗杆与电机的输出轴直接联接；

一电磁离合器，以所述蜗轮与电磁离合器的主动端固联；以所述电磁离合器的被动端与方向盘转向柱固联；

一夹具，与转向柱支架固联，作为电机的固定支架，使电机与蜗杆为同轴，并使蜗杆与蜗轮的轴线为垂直；

一非接触式零位检测机构，由固定设置在夹具上、位于电磁离合器侧部的零位传感器和固定设置在电磁离合器外周的零位传感器触头构成，所述零位传感器触头能够在方向盘转向柱转动时通过零位传感器上的感应凹槽；

一限位机构，由固定设置在车架上的限位传感器和固联在车轮转向节上的限位传感器拨片构成，限位状态下的限位传感器拨片能够触动限位传感器；

一编码器，连接于所述电机后端的输出轴上。

本发明无人驾驶车辆转向装置的特点也在于是所述夹具是以设置在其上的“V”形口夹持在转向柱支架上，以固联在夹具上的侧板作为电机的固定支架。

本发明无人驾驶车辆转向装置的转向绝对零位的标定方法的特点是：

车辆保持绝对直线行驶时，方向盘转向柱所对应的位置为绝对零位，设定方向盘转向柱在绝对零位下的车辆的前进方向为Y轴；

设定零位传感器所在位置为参考零位，零位传感器与所述方向盘转向柱的中心的连线为Y’轴；Y轴与Y’轴之间的夹角为定值α；

方向盘转向柱绝对零位的标定过程为：

首先手动使方向盘转向柱处于车辆直线行驶状态，然后使电磁离合器通电吸合，并且电机开始正转，方向盘转向柱带动零位传感器触头逆时针转动，直至零位传感器触头到达参考零位，此时零位传感器输出参考零位检测信号，电机从参考零位开始反转并带动方向盘转向柱顺时针转动，当电机带动方向盘转向柱反向转过α角度时，标定此时方向盘转向柱所处的位置为绝对零位。

本发明无人驾驶车辆转向装置的自动转向控制方法的特点是：