一种自动驾驶车辆的转向装置的制作方法

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆的转向装置。

背景技术：

随着自动控制技术的发展，无人驾驶和自动导航技术取得了很大进步，其中作为关键技术之一的自动转向技术水平也在不断提高，过内外学者对车辆自动转向执行部分和控制方式进行了许多研究。在一些危险行业和高危领域内，无人车辆能够代替人来完成工作，这对降低劳动者的工作强度和提高工作效率有着重要的意义。在对车辆原有的转向机构进行自动化改装时，其改装方案往往受限于车辆原来转向机构，传统的电机经过齿轮传动或皮带传动，将动力传递到转向轴上这种解决方案具有一定的局限性，需要占用较大的空间，在一些布置空间比较局促的车型中，这种传统的转向机构安装十分不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构紧凑，方便安装布置，通用性较强，方便人工驾驶与自动驾驶切换的自动驾驶车辆的转向装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种自动驾驶车辆的转向装置，包括双输出轴伺服电机、第一行星齿轮减速器、第二行星齿轮减速器、转向编码器、第一联轴器、第二联轴器、方向盘、转向轴和电机固定支架，其中，所述第一行星齿轮减速器设置于所述双输出轴伺服电机的上方，所述第二行星齿轮减速器设置于所述双输出轴伺服电机的下方；所述转向编码器设置于所述第二行星齿轮减速器的下方；所述方向盘通过所述第一联轴器与所述第一行星齿轮减速器相连接；所述转向轴通过所述第二联轴器与所述第二行星齿轮减速器相连接；所述电机固定支架设置于所述双输出轴伺服电机的外表面；

所述双输出轴伺服电机包括定子、转子、第一转子输出轴和第二转子输出轴，其中，所述第一转子输出轴设置于所述转子的上方，所述第二转子输出轴设置于所述转子的下方，且所述第一转子输出轴和第二转子输出轴上都设有齿轮；

所述第一行星齿轮减速器包括第一行星轮、第一行星架和第一减速器输出轴，其中，所述第一行星轮与所述第一行星架相连接，所述第一行星架与所述第一减速器输出轴相连接，且所述第一行星轮与所述第一转子输出轴上的齿轮相啮合；所述第二行星齿轮减速器包括第二行星轮、第二行星架和第二减速器输出轴，其中，所述第二行星轮与所述第二行星架相连接，所述第二行星架与所述第二减速器输出轴相连接，且所述第二行星轮与所述第二转子输出轴上的齿轮相啮合；

所述转向编码器中间设有内圈，所述内圈与所述转向编码器活动连接，所述内圈中间设有通孔，所述第二减速器输出轴从所述通孔处伸出，所述通孔处设有键槽，所述内圈通过所述键槽与所述第二减速器输出轴紧密配合。

优选地，所述双输出轴伺服电机与第一行星齿轮减速器和第二行星齿轮减速器的连接方式都为螺栓固定连接；这样设置能够保证伺服电机与行星减速器之间连接可靠，减少由于配合连接问题引起的转向动力传递失效等问题。

优选地，所述转向编码器与第二行星齿轮减速器通过锁紧螺栓固定连接；这样设置能够防止在长期运行中因为配合连接问题引起的转向编码器松动导致的转向角度测量失准，可以使转向角度的测量保持长期稳定可靠。

优选地，所述电机固定支架包括两个支座，所述两个支座分别设置于所述双输出轴伺服电机外表面的两侧；这样设置方便根据改装的实际情况将自动转向系统与车辆的车身或车架进行连接。

优选地，所述双输出轴伺服电机为直流电机；这样设置方便在现有车辆的电器基础上进行安装，同时采用直流伺服电机可以实现对转向角度的稳定、准确、快速的控制。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)本发明采用双输出轴伺服电机，两端配合行星齿轮减速器，使自动转向的执行机构结构紧凑，占用体积很小，在进行改装时，只需将原有转向轴的其中一段取下，替换为双输出轴伺服电机、行星齿轮减速器和转向编码器即可，有很强的实用性，方便安装布置，其通用性较强；

(2)本发明的结构相对于电机在转向轴一侧通过皮带轮、摩擦轮或者齿轮驱动的方式能够减少空间的占用，同时系统在运行时不会出现较大的震动，以及避免由于皮带松动等问题而引起的打滑失效等情况的发生；

(3)本发明采用电机、减速器、编码器一体化的结构设计，方便对转向机构的改装与维护，减少安装难度；

(4)本发明的动力源采用直流伺服电机，方便控制系统进行精准控制；

(5)本发明实现人工驾驶与自动驾驶的切换，能够适用于多种不同的工作方式及工作环境。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图中附图标记为：1、双输出轴伺服电机；2、第一行星齿轮减速器；3、第二行星齿轮减速器；4、转向编码器；5、第二联轴器；6、第一联轴器；7、支座；8、转子；9、第一转子输出轴；10、第一行星架；11、第一减速器输出轴；12、第一行星轮；13、第二转子输出轴；14、内圈；15、键槽；16、第二减速器输出轴。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1至图3所示，一种自动驾驶车辆的转向装置，包括双输出轴伺服电机1、第一行星齿轮减速器2、第二行星齿轮减速器3、转向编码器4、第一联轴器6、第二联轴器5、方向盘、转向轴和电机固定支架，其中，所述第一行星齿轮减速器2设置于所述双输出轴伺服电机1的上方，所述第二行星齿轮减速器3设置于所述双输出轴伺服电机1的下方，所述双输出轴伺服电机1为直流电机；所述转向编码器4设置于所述第二行星齿轮减速器3的下方；所述方向盘通过所述第一联轴器6与所述第一行星齿轮减速器2相连接；所述转向轴通过所述第二联轴器5与所述第二行星齿轮减速器3相连接；所述电机固定支架设置于所述双输出轴伺服电机1的外表面，所述电机固定支架包括两个支座7，所述两个支座7分别设置于所述双输出轴伺服电机1外表面的两侧；所述双输出轴伺服电机1与第一行星齿轮减速器2和第二行星齿轮减速器3的连接方式都为螺栓固定连接；所述转向编码器4与第二行星齿轮减速器3通过锁紧螺栓固定连接；所述双输出轴伺服电机1包括定子、转子8、第一转子输出轴9和第二转子输出轴13，其中，所述第一转子输出轴9设置于所述转子8的上方，所述第二转子输出轴13设置于所述转子8的下方，且所述第一转子输出轴9和第二转子输出轴13上都设有齿轮；所述第一行星齿轮减速器2包括第一行星轮12、第一行星架10和第一减速器输出轴11，其中，所述第一行星轮12与所述第一行星架10相连接，所述第一行星架10与所述第一减速器输出轴11相连接，且所述第一行星轮12与所述第一转子输出轴9上的齿轮相啮合；所述第二行星齿轮减速器3包括第二行星轮、第二行星架和第二减速器输出轴16，其中，所述第二行星轮与所述第二行星架相连接，所述第二行星架与所述第二减速器输出轴16相连接，且所述第二行星轮与所述第二转子输出轴13上的齿轮相啮合；所述转向编码器4中间设有内圈14，所述内圈14与所述转向编码器4活动连接，所述内圈14中间设有通孔，所述第二减速器输出轴16从所述通孔处伸出，所述通孔处设有键槽15，所述内圈14通过所述键槽15与所述第二减速器输出轴16紧密配合。

具体地说，在自动驾驶模式下，双输出轴伺服电机1由控制系统所控制，双输出轴伺服电机1由定子和转子8组成，转子8的两个输出轴与第一行星齿轮减速器2和第二行星齿轮减速器3连接，转向编码器4穿过第二减速器输出轴16固定在第二行星齿轮减速器3的端面上。第一减速器输出轴11和第二减速器输出轴16通过第一联轴器6和第二联轴器5与转向轴的万向传动装置连接在一起，双输出轴伺服电机1的支座7固定到车身或车架上，保持双输出轴伺服电机1的运行时稳定。

图1至图3中第一行星齿轮减速器2和第二行星齿轮减速器3的规格型号完全相同，第一转子输出轴9通过齿轮与第一行星齿轮减速器2中的第一行星轮12相啮合，电机转动带动第一行星轮12转动，第一行星轮12带动第一行星架10转动，第一行星架10与第一减速器输出轴11固联，从而将电机的动力进行减速增扭后输出，对于第二行星齿轮减速器3也是同样的原理。由于第一行星齿轮减速器2和第二行星齿轮减速器3完全一样，由电机转子8两端第一转子输出轴9和第二转子输出轴13输出的动力，可以完全一致的传递到第一行星齿轮减速器2和第二行星齿轮减速器3的第一减速器输出轴11和第二减速器输出轴16上面，第一减速器输出轴11和第二减速器输出轴16具有相同的转速和力矩。

转向编码器4具有通孔结构，直接穿过第二减速器输出轴16，其中转向编码器4内圈14上面留有键槽15可以和第二减速器输出轴16进行配合，可以将第二减速器输出轴16的转动传递到转向编码器4内圈14上面，从而测量转向轴转动角度。

当切换到手动驾驶模式时，继电器切断双输出轴伺服电机1的电源，此时双输出轴伺服电机1无转矩输出。转动方向盘带动第一行星齿轮减速器2的第一减速器输出轴11转动，此时假设方向盘的转速为N，第一行星齿轮减速器2的减速比为k，第一减速器输出轴11通过第一行星齿轮减速器2带动转子8转动，经过第一行星齿轮减速器2反向速度放大之后，转子8的转速为kN，转子8通过第二行星齿轮减速器3将转动的转速又衰减为N，并传递到第二减速器输出轴16，此时第二减速器输出轴16的转速为N，第二减速器输出轴16经过第二联轴器5与下方的转向轴相连，将转动传递到转向轴。手动模式下，动力经过第一行星齿轮减速器2，双输出轴伺服电机1，第二行星齿轮减速器3，转速并没有改变，因此，该自动驾驶车辆的转向装置不会影响手动驾驶。

本发明采用双输出轴伺服电机，两端配合行星齿轮减速器，使自动转向的执行机构结构紧凑，占用体积很小，在进行改装时，只需将原有转向轴的其中一段取下，替换为双输出轴伺服电机、行星齿轮减速器和转向编码器即可，有很强的实用性，方便安装布置，其通用性较强；本发明的结构相对于电机在转向轴一侧通过皮带轮、摩擦轮或者齿轮驱动的方式能够减少空间的占用，同时系统在运行时不会出现较大的震动，以及避免由于皮带松动等问题而引起的打滑失效等情况的发生；采用电机、减速器、编码器一体化的结构设计，方便对转向机构的改装与维护，减少安装难度；动力源采用直流伺服电机，方便控制系统进行精准控制；实现人工驾驶与自动驾驶的切换，能够适用于多种不同的工作方式及工作环境。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。