[发明专利]一种智能车辆转向机构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种智能车辆转向机构及其控制方法。

背景技术

随着人们对车辆的安全性与智能性要求的不断提高以及军事方面的需求，智能车辆正已成为人们的研究热点。可靠、精准的转向机构是实现车辆无人驾驶的重要保障，但是目前尚无定型的智能车辆转向控制机构，并且鉴于目前的智能车辆均处于研究调试阶段，车辆行驶过程中不可避免的要进行人工干预，这要求无人驾驶转向控制机构既能工作在无人驾驶自动控制模式，又能工作在人工控制模式。

为解决智能车辆的转向问题，常见的做法有1、采用步进电机经齿型同步带传动，控制转向输入轴；2、在电动助力转向的基础上，加装额外的控制器，直接接收转向力矩、方向信号，对助力电机进行控制；3、直接对车辆的中央转向摇臂进行伺服控制。

方法1可以实现基本的转向控制，但是存在以下问题：①在转向输入轴上增加同步带传动机构占用了较大空间，给整车布置带来了新的挑战；②由于在无人驾驶过程中，方向盘会出现随动现象，增大了转动惯量，无法实现转向角度的精准控制，同时影响了乘客体验；③工作在开环控制模式下的步进电机可能出现失步，影响驾驶安全。

方法2对整车改动比较小，只需增加额外的控制器，但存在以下问题：①无法实现精准的转向角度控制；②助力电机的功率一般不足以单独完成转向控制；③普通的助力电机不能长时间进行静态转矩输出，不能实现巡航控制；④方向盘存在随动问题。

方法3能够实现转向角度的精准控制，但存在普通的伺服电机不能长时间进行静态转矩输出，不能实现巡航控制的问题。

发明内容

本发明一种智能车辆转向机构及其控制方法的目的在于解决现有技术中车辆转向机构空间占用较大、方向盘随动现象、转向角度不精确的问题。

一种智能车辆转向机构，包括方向盘（1）、扭矩传感器（2）、转向输入轴（3）、模式离合器（4）、蜗轮蜗杆减速机构（5）、转向输出轴（6）、旋转编码器（7）、电动机（8）、安全离合器（9）、转向齿轮（10）、转向齿条（11）、控制器（12）；

方向盘（1）经扭矩传感器（2）与转向输入轴（3）相连；

转向输入轴（3）经模式离合器（4）与蜗轮蜗杆减速机构（5）中的蜗杆相连接，电动机（8）的输出轴经安全离合器（9）与蜗轮蜗杆减速机构（5）中的蜗轮相连接；

扭矩传感器（2）、模式离合器（4）、旋转编码器（7）、电动机（8）及安全离合器（9）均与控制器（12）相连；

转向输出轴（6）与转向齿轮（10）相连，转向齿轮（10）与转向齿条（11）啮合。

所述模式离合器（4）为常合型单片干式电磁离合器。

所述安全离合器（9）为常开型刚性电磁离合器。

所述电动机（8）为直流无刷力矩型伺服电机。

一种智能车辆转向机构控制方法，采用上述的智能车辆转向机构，通过模式选择开关设定模式离合器的工作方式；选择模式离合器对应工况的控制方法对控制器进行控制，从而完成对车辆转向机构的控制。

当通过模式选择开关将控制模式设定为无人驾驶自动控制模式时，控制器（12）采用位置伺服控制算法实施控制；当通过模式选择开关将控制模式设定为人工控制模式时，控制器（12）采用力矩控制算法实施控制。

当通过模式选择开关将控制模式设定为无人驾驶自动控制模式时，控制器（12）根据从驾驶决策终端接收到的转向指令，根据转向指令的方向对转向信号灯进行控制。

还包括系统故障控制，控制器根据故障的等级决定是否将安全离合器分离；所述系统故障包括电机过流、电机失效、扭矩传感器失效、车速信号故障、系统供电电压故障；当系统发生故障时，控制器将通过工作指示灯和CAN总线输出相应的故障闪码和故障代码。

有益效果

本发明一种智能车辆转向机构及其控制方法，转向机构包括方向盘、扭矩传感器、转向输入轴、模式离合器、蜗轮蜗杆减速机构、转向输出轴、旋转编码器、电动机、安全离合器、转向齿轮、转向齿条、控制器；方向盘经扭矩传感器与转向输入轴相连；转向输入轴经模式离合器与蜗轮蜗杆减速机构中的蜗杆相连接，电动机的输出轴经安全离合器与蜗轮蜗杆减速机构中的蜗轮相连接；控制器通过对模式选择开关的判断，在两种控制模式中选择相应的控制模式，既实现了无人驾驶自动控制模式的精准角度和角速度控制，又实现了人工控制模式的良好驾驶体验；高可靠性的安全冗余设计，保证了系统发生故障时的安全驾驶；能够实现长时间巡航控制。

附图说明