[实用新型]一种集成式手自一体化方向盘

说明书

本实用新型公开了一种集成式手自一体化方向盘，涉及车辆自动驾驶领域。该方向盘包括转向盘轴系、步进电机驱动轴系和转向盘转角测量轴系；本实用新型通过控制器接收上位机传输的方向盘目标转角与转向信号，并采集角度传感器的信号，按本实用新型分析方向盘的当前操作状态，控制器可自动判断3种异常情况：人工抱持方向盘不动、人工与步进电机同向转动方向盘和人工与步进电机反向转动方向盘，此时控制器将方向盘切换为手动驾驶模式。当方向盘处于自动驾驶时，采用速度位置双闭环PID控制原理，使转向轴按给定方向与速度实时跟踪方向盘的目标转角，方向盘转角更加精确。

技术领域

本实用新型涉及到车辆自动驾驶领域，尤其涉及到一种集成式手自一体化方向盘

背景技术

自动转向系统是自动驾驶车辆的重要组成部分，该系统的性能会直接影响导航的可靠性和平稳性，因此设计合适的用于自动转向系统的方向盘对自动转向系统至关重要。现有技术中一般去掉车辆原有的方向盘，加装一个电动方向盘装置，且电动方向盘装置由电机作为动力源直接驱动或者通过传动机构间接驱动方向盘转动，从而实现旋转方向盘转向轴的目的。但是，由于电机转动的角度存在偏差以及机械传动误差，会导致电动方向盘转向不精确。另外，在车辆自动驾驶过程中，电机带动方向盘转向轴转动，若车辆遇到突发情况，方向盘应能被操作人员手工操控，避免发生安全事故。但目前的电动方向盘存在自动与手动强制切换损坏电机的问题，或者无法人工操控方向盘，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型针对目前市场上电动方向盘存在的技术缺陷，设计了一种集成式手自一体化方向盘，使其能够对电机的转角转速与方向进行反馈与调整，并且能够在自动驾驶与手动驾驶之间自由切换，实现安全驾驶且保护方向盘的电机，从而提高了自动转向系统的精确性和安全性。

本实用新型是通过如下技术方案得以实现的：

一种集成式手自一体化方向盘，包括转向盘轴系Ⅰ、步进电机驱动轴系Ⅱ和转向盘转角测量轴系Ⅲ；

所述转向盘轴系Ⅰ包括转向盘、转向轴；转向盘安装在转向轴的一端，转向轴上同轴设置有第一齿轮和第三齿轮转向轴的另一端通过花键套与车辆转向柱连接；

所述步进电机驱动轴系Ⅱ包括步进电机和第二齿轮，步进电机的输出端与减速器连接，减速器的输出端上安装有第二齿轮；

所述转向盘转角测量轴系Ⅲ包括第四齿轮、套筒轴和角度传感器，套筒轴的输入端安装有第四齿轮，输出端与角度传感器的输入端连接；

所述第一齿轮与第二齿轮可啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合。

进一步的，所述第一齿轮与转向轴之间设置有扭矩限制器，所述扭矩限制器内圈与转向轴键连接，第一齿轮与扭矩限制器外圈同轴滑套连接。

进一步的，还包括状态切换开关，所述状态切换开关设置在转向盘上，当状态切换开关为“关”状态时，步进电机失能，可手动转向盘。

进一步的，当状态切换开关为“开”状态时，手动转向盘，扭矩限制器与第一齿轮之间打滑，方向盘处于手动驾驶模式，步进电机驱动轴系(Ⅱ)不工作。

进一步的，当状态切换开关为“开”状态时，步进电机使能，控制器通过航空插头接收来自上位机的方向盘目标转角、转速与转向信号，将目标转角与角度传感器提供的方向盘当前位置作比较，控制器发出指令给步进电机驱动器使步进电机转动，按给定方向与速度实时跟踪方向盘的目标转角。

进一步的，所述第四齿轮与第三齿轮传动比为3，角度传感器感知转向轴正转与反转各1.5圈的转角。

集成式手自一体化方向盘的控制方法，包括如下模式：

集成式手自一体化方向盘的控制方法可自动判断3种异常情况：

人工抱持方向盘不动、人工与步进电机同向转动方向盘、人工与步进电机反向转动方向盘；