一种可实现多种转向模式切换的转向系统的制作方法

本发明属于电动汽车驾驶技术领域,特别是涉及到一种基于线控转向和EPS技术。

背景技术：

汽车转向系统可按照驾驶员意图控制汽车行驶方向，汽车转向系统对行车安全性具有至关重要的作用。传统机械结构的液压助力转向系统已经十分成熟，为驾驶员提供良好的转向便利性。但是传统机械液压助力式转向系统，其液压助力必然要依靠发动机来提供动力，如果用于电动汽车上，必然要加装液压驱动装置，增加复杂程度；因此，针对电动汽车来讲，EPS技术的诞生，一定程度上解决了这个问题；而且传统的转向系统多采用齿轮齿条式转向器结构，将路感传递给驾驶员的同时，也将路面不平引起的颠簸传递给驾驶员，尤其在行驶路面条件较差的情况下，会增加“打手”的风险，也容易造成新手驾驶员的心理负担；然而，线控转向技术的出现却能够避免这一问题。

近年来，随着科技的进步，无人驾驶技术迅速发展，针对无人车转向系统底层结构的开发，既要能够实现人工驾驶与自动驾驶之间的切换，也要保证线控转向功能发生故障失效后转向系统的稳定性与可控性。因此，开发一套适用于电动汽车无人驾驶车辆的转向系统显得尤为重要。

通常无人驾驶车辆转向系统都是基于传统车辆纯机械结构的转向实现的，转向盘与转向轮之间都是通过机械结构连接的；虽然传统机械液压助力性能稳定、技术成熟，但是其液压驱动装置在电动汽车上实现会有困难。在传统无人车转向控制系统中，通常利用大扭矩的电动机作为转向系统的驱动电机。其控制精度较低，难以精确地控制转向角度；且大转矩电机对驱动设备要求较高。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可实现多种转向模式切换的转向系统，经过对无人驾驶车辆转向系统功能的需求的深入分析，将线控转向技术与EPS技术相结合，不但实现了自动/手动转向功能，而且保证了自动驾驶时转向角度的控制精度；还可以在手动转向模式下，根据驾驶员的需要，可以选择基于线控转向或机械转向的手动转向模式。

一种可实现多种转向模式切换的转向系统，其特征是：包括左转向轮、转向器、右转向轮、角度和扭矩传感器Ⅰ、动力传输齿轮组、离合器、EPS电机、EPS控制器、角度和扭矩传感器Ⅱ、角度和扭矩传感器Ⅲ、转向盘、伺服电机、转向管柱、伺服电机控制器以及车辆控制系统；

所述转向盘与转向管柱的一端连接；所述转向管柱上依次设置有角度和扭矩传感器Ⅲ、伺服电机、角度和扭矩传感器Ⅱ、离合器、动力传输齿轮组、角度和扭矩传感器Ⅰ以及转向器；

所述角度和扭矩传感器Ⅰ的信号输出端分别通过角度传感器信号线Ⅰ和扭矩传感器信号线Ⅰ与伺服电机控制器连接；所述伺服电机控制器通过信号线与伺服电机连接；

所述角度和扭矩传感器Ⅲ的信号输出端分别通过角度传感器信号线Ⅱ和扭矩传感器信号线Ⅱ与EPS控制器连接；所述EPS控制器与EPS电机连接；所述EPS电机的输出轴与动力传输齿轮组连接；

所述转向器的一端与左转轮连接，另一端与右转轮连接；

所述车辆控制系统的信号输出端通过信号线与伺服电机控制器连接。

所述动力传输齿轮组为一对相互啮合的斜齿轮。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种可实现多种转向模式切换的转向系统，经过对无人驾驶车辆转向系统功能的需求的深入分析，将线控转向技术与EPS技术相结合，不但实现了自动/手动转向功能，在自动驾驶模式下提高转向控制精度；还可以在手动转向模式下，根据驾驶员的需要，可以选择基于线控转向或机械转向的手动转向模式。

其中，系统中的伺服电机是小转矩、控制精度高的伺服电机，通过与EPS系统配合使用，在保证了转向角度控制精度的同时，利用EPS提供的助力，放大了伺服电机的输出力矩。能提高控制转向角度的精度，避免了使用大转矩电机控制转向角度误差大的问题。人工驾驶车辆时，伺服电机用于为驾驶员提供“路感”的电机弥补线控转向技术缺失的路感；车辆自动驾驶时，伺服电机作为转向系统的驱动控制电机。因此，系统中的伺服电机既可以作为线控转向的路感电机，也可用于转向系统的驱动电机。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明一种可实现多种转向模式切换的转向系统伺服电机与方向盘、转向柱之间的安装方式结构示意图。

图2为本发明一种可实现多种转向模式切换的转向系统结构示意图。

图3为本发明一种可实现多种转向模式切换的转向系统在人工驾驶线控转向模式下的工作流程示意图。

图4为本发明一种可实现多种转向模式切换的转向系统在人工驾驶机械转向模式下的工作流程示意图。

图5为本发明一种可实现多种转向模式切换的转向系统在无人驾驶转向模式下的工作流程示意图。

图中1-左转向轮、2-转向器、3-右转向轮、4-角度和扭矩传感器Ⅰ、5-动力传输齿轮组、6-离合器、7-EPS电机、8-EPS控制器、9-角度和扭矩传感器Ⅱ、10-扭矩传感器信号线Ⅱ、11-角度传感器信号线Ⅱ、12-角度和扭矩传感器Ⅲ、13-转向盘、14-伺服电机、15-信号线、16-转向管柱、17-伺服电机控制器、18-角度传感器信号线Ⅰ、19-扭矩传感器信号线Ⅰ、20-车辆控制系统。

具体实施方式

一种可实现多种转向模式切换的转向系统，如图1和图2所示，包括左转向轮1、转向器2、右转向轮3、角度和扭矩传感器Ⅰ4、动力传输齿轮组5、离合器6、EPS电机7、EPS控制器8、角度和扭矩传感器Ⅱ9、角度和扭矩传感器Ⅲ12、转向盘13、伺服电机14、转向管柱16、伺服电机控制器17以及车辆控制系统20；

所述转向盘13与转向管柱16的一端连接；所述转向管柱16上依次设置有角度和扭矩传感器Ⅲ12、伺服电机14、角度和扭矩传感器Ⅱ9、离合器6、动力传输齿轮组5、角度和扭矩传感器Ⅰ4以及转向器2；

所述角度和扭矩传感器Ⅰ4的信号输出端分别通过角度传感器信号线Ⅰ18和扭矩传感器信号线Ⅰ19与伺服电机控制器17连接；所述伺服电机控制器17通过信号线15与伺服电机14连接；

所述角度和扭矩传感器Ⅲ12的信号输出端分别通过角度传感器信号线Ⅱ11和扭矩传感器信号线Ⅱ10与EPS控制器8连接；所述EPS控制器8与EPS电机7连接；所述EPS电机7输出轴与动力传输齿轮组5连接；

所述转向器2的一端与左转轮1连接，另一端与右转轮3连接；

所述车辆控制系统20的信号输出端通过信号线与伺服电机控制器17连接。

本发明在人工驾驶线控转向模式下，系统的工作流程如图3所示，首先，离合器6分离，驾驶员输入给转向盘13的转向力经过角度和扭矩传感器Ⅲ12传递至EPS控制器8，控制EPS电机7输出相应的力矩和转向角度，经过动力传输齿轮组5传递至转向管柱16，控制转向器2转向。同时角度和扭矩传感器Ⅰ4将力矩和角度信息传递至伺服电机控制器17，控制伺服电机14输出适当的转向回馈力矩至转向盘13，从而为驾驶员提供适当的路感。

本发明在人工驾驶机械转向模式下，系统的工作流程如图4所示，首先，离合器6结合，驾驶员输入给转向盘13的转向力经过角度和扭矩传感器Ⅲ12采集得到角度和力矩的信息后传递给转向管柱16直至转向器2，其中，传递给转向管柱16的力矩和转角直接传递给转向器2；力矩和转向角度信息经角度和扭矩传感器Ⅲ12通过角度传感器信号线Ⅱ11和扭矩传感器信号线Ⅱ10传递至EPS控制器8后，EPS电机7输出一定力矩，经过动力传输齿轮组5最终传递给转向器2。因此，该转向模式下，输入至转向器的力矩由EPS提供的助力和驾驶员的手力一同提供。

本发明在无人驾驶模式下，系统的工作流程如图5所示，首先，结合转向管柱16上连接方向盘13和转向器2之间的离合器6；系统上电后，伺服电机14接收到由车辆控制系统20发送至伺服电机控制器17的转向指令信号，使转向管柱16转动相应角度；通过安装在伺服电机14与离合器6之间的角度和扭矩传感器Ⅱ9，采集得到角度和力矩信息经过角度传感器信号线Ⅱ11和扭矩传感器信号线Ⅱ10传递至EPS控制器8，从而实现EPS助力转向；因此输入至转向器的力矩由伺服电机14与EPS系统一同提供。