一种转向控制装置的制作方法

本实用新型涉及低速无人自动驾驶车辆技术领域，尤其涉及一种转向控制装置。

背景技术：

随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，智能机器人技术已经成为了国内外众多学者研究的热点。其中，服务型机器人开辟了机器人应用的新领域，服务型机器人的出现主要有以下几方面原因：国内劳动力成本有上升的趋势；人口老龄化和社会福利制度的完善为服务型机器人提供了广泛的市场应用前景；人类想摆脱重复的劳动。比如目前的扫地车需要人工驾驶，功能单一，不够方便，故人工清扫被智能化的无人驾驶自动清扫所代替势不可挡。

而现有的自动化驾驶技术大多数应用于乘用车上，且乘用车自动驾驶距真正商业化还有一定的距离，仅在部分小型物流车上有所应用。尤其是自动化驾驶技术中的车轮转向问题，一方面，在车辆行驶过程中，车轮转向角不断变化，依据不变的车轮转向角来预测下一时间段后车辆的位置点，存在较大误差，当基于这一预测的位置点进行目标位置点定位时，所定位的目标位置点是实际中不可达到的位置，据此进行车轮转向角控制时，车轮转向角的控制精度难以保证，并且上述方法以预测位置点与目标位置点之间的位移差进行车轮转向角控制，并未考虑车轮转向角对车辆转向特性的影响；另一方面，虽然现有的自动化驾驶技术大多数采用电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)，但由于EPS系统与车轮之间的传动机构为链条传动，传动精度较低，故也会影响其转向精度。

因此，需要设计一种能够保证车轮的转向角控制精度、提高转向精度的转向控制装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种保证车轮转向角的控制精度并提高转向精度的转向控制装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种转向控制装置，所述转向控制装置包括：

减速器，通过减速器底座固定安装在底盘上；

车轮固定架，所述车轮固定架包括减速器连接部、连接板和车轮连接部；

所述减速器连接部的一端设置在所述连接板的水平部上，另一端与所述减速器的输出孔相连，且所述减速器连接部通过轴承连接在所述底盘上；

所述车轮连接部设于所述连接板的竖直部上，所述车轮连接部上安设前车轮；

电动助力转向系统EPS，所述EPS系统的输出轴与所述减速器的输入孔连接；

轮速传感器，装置于左右后车轮的轮轴上；

车辆控制器，所述车辆控制器的输入端与所述轮速传感器的输出端电性连接，所述车辆控制器的输出端与所述EPS系统的输入端电性连接。

优选的，所述EPS系统包括EPS控制器、EPS电机、角度传感器和力矩传感器；所述EPS控制器的输入端分别与所述车辆控制器、所述角度传感器和所述力矩传感器的输出端电性连接，所述EPS控制器的输出端分别与所述EPS电机、所述角度传感器和所述力矩传感器的输入端电性连接。

优选的，所述连接板的横截面为倒置L形。

进一步优选的，所述转向控制装置还包括驱动电机，所述驱动电机设置在所述前车轮上；所述驱动电机的输入端与所述车辆控制器的输出端电性连接。

优选的，所述EPS系统通过多个固定螺栓安设于所述减速器底座上。

优选的，所述EPS系统的输出轴与所述减速器的输入孔通过输入轴套相连。

优选的，所述减速器连接部通过传动连接件与所述减速器的输出孔相连。

进一步优选的，所述传动连接件包括相互连接的传动轴和安装部，所述传动轴固设于所述输出孔的所述键槽内，所述安装部与所述减速器连接部的另一端固定连接。

再进一步优选的，所述减速器的所述输出孔内设有键槽；所述键槽内设有平键，所述传动轴通过所述平键连接在所述输出孔内。

本实用新型实施例提供的转向控制装置，采用电动转向系统与减速器相结合的转向机构。由电动机直接提供转向动力，省去了液压动力转向所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省了能量，又保护了环境，此外，还具有调整简单、装置灵活以及无论在何种工况下都能提供转向动力的特点；用减速器代替现有技术中的链条传动，提高了传动精度和转向精度；通过角度传感器实时监测车轮的实际转向角度，并随时调整电机的转向圈数，增强了转向跟随性，改善了转向回正性，从而进一步保证了车轮转向角的控制精度，并通过力矩传感器实时监测扭矩值的大小，防止由于扭矩过大导致功率过大，避免由于电路中的电流过大损害电机。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的转向控制装置的主要部分的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的转向控制装置的主要部分的主视图；

图3为本实用新型实施例提供的转向控制装置的主要部分的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的转向控制装置的主要部分的局部放大图；

图5为本实用新型实施例提供的转向控制装置的车轮固定架的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的转向控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。可以理解的是，下述描述具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于表述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例涉及提供的转向控制装置，调整简单、装置灵活，无论在何种工况下都能提供转向动力，节能环保，增强了转向跟随性，改善了转向回正性，通过实时监测车轮的实际转向角度，调整电机的旋转圈数，保证了车轮转向角的控制精度，提高了转向精度，通过实时监测电机的扭矩大小，避免了电路中的电流过大损害电机，增加了电机的使用寿命。

图1、图2、图3、图4、图5、图6分别为本实用新型实施例提供的转向控制装置的主要部分的结构示意图、主要部分的主视图、主要部分的剖视图、主要部分的局部放大图、车轮固定架的剖视图和结构框图。结合图1-图6所示：

本实用新型实施例所提供的转向控制装置包括：减速器2、减速器底座14、车轮固定架3、EPS系统4、轮速传感器7、车辆控制器8和驱动电机9。

具体的，本实施例的转向控制装置安装在底盘1上，图1-图4中所示出的底盘1仅包括安装转向控制装置的主要部分的底板部分。其中，减速器2为转向控制装置的传动部件，用于连接EPS系统4中的EPS电机与前车轮6，传递转动力矩和转动圈数，从而实现车轮的转向，减速器2通过减速器底座14固定安装在底盘1上；车轮固定架3为前车轮6的固定架，减速器2通过车轮固定架3带动前车轮6进行转向操作，车轮固定架3包括减速器连接部31、连接板32和车轮连接部33，连接板32的水平部321、竖直部322上分别连接减速器连接部31和车轮连接部33，进一步的，为使得减速器2能够与车轮固定架3相连接，且保证车轮固定架3转动时的稳定性，底盘1上开有与减速器2的输出孔(图中未示出)相对应的轴承槽(图中未示出)，轴承槽内安装轴承5，减速器连接部31的一端设置在连接板32的水平部321上，另一端与减速器2的输出孔相连，且减速器连接部31通过轴承5连接在底盘1上，从而减速器2输出转向时能够带动车轮固定架3和前车轮6进行转动，车轮连接部33设于连接板32的竖直部322上，车轮连接部33上安设前车轮6，前车轮6与车轮连接部33之间也通过安装轴承连接；电动助力转向系统EPS系统4为车辆转向操作的驱动执行部件，根据车辆控制器8的控制指令进行动作，EPS系统4的输出轴与减速器2的输入孔连接，通过减速器2带动前车轮6进行转向操作，优选的，EPS系统4通过多个固定螺栓10安设于减速器底座14上，且EPS系统4的输出轴与减速器2的输入孔通过输入轴套11相连。

其中，EPS系统4包括EPS控制器41、EPS电机42、角度传感器43和力矩传感器44，EPS控制器41的输入端分别与车辆控制器8、角度传感器43和力矩传感器44的输出端电性连接，EPS控制器41的输出端分别与EPS电机42、角度传感器43和力矩传感器44的输入端电性连接。EPS控制器41为EPS系统4中的控制单元，用于获取车辆控制器8所发送的转向控制指令，并根据转向控制指令驱动EPS电机42；EPS电机42为EPS系统4中的执行部件，用于输出转向力矩和转动圈数；角度传感器43和力矩传感器44均为EPS系统4中的信号反馈部件，使得EPS系统4具有自诊断功能，可以进行自动调节，详细的，角度传感器43用于监测前车轮6的实际转向角度，力矩传感器44用于监测EPS电机42的输出扭矩。

此外，轮速传感器7装置于左右后车轮(图中未示出)的轮轴上，用于监测左右后车轮的车速，并将车速信息传输给车辆控制器8；车辆控制器8的输入端与轮速传感器7的输出端电性连接，车辆控制器8的输出端与EPS系统4的输入端电性连接。

在一个具体的实施例中，当前车轮6作为主动轮时，也就是前车轮6上还需要连接驱动电机9，故优选的连接板32的横截面为倒置L形，前车轮6的一侧与车轮连接部33连接，另一侧与驱动电机9相连，驱动电机9的输入端与车辆控制器8的输出端电性连接，由车辆控制器8进行控制。

为使得减速器2与车轮固定架3之间安装简便，且保证转向跟随性，减速器连接部31通过传动连接件12与减速器2的输出孔相连。传动连接件12包括相互连接的传动轴121和安装部122，传动轴121固设于输出孔内，用于转向动作的传动，优选的，减速器2的输出孔上设有键槽21，键槽21内设有平键，传动轴121通过平键13连接在输出孔内，通过平键13与键槽21传动扭矩，从而实现转向传动功能；安装部122与减速器连接部31的另一端固定连接，从而将传动连接件12与车轮固定架3固定连接。

以上是对本实施例提供的转向控制装置的各个部件、它们之间的连接关系进行了介绍，下面结合图1-图6，对转向控制装置的完整结构和工作原理进行详述。

为了更好地体现本实用新型的发明点以及帮助理解本实用新型的发明目的，从而达到良好的发明效果，下面对现有技术中的电动助力转向系统与本实用新型的EPS系统进行对比介绍。

电动助力转向系统作为一种新的转向技术，符合现代汽车机电一体化的设计思路，逐渐代替传统的液压转向系统,EPS系统是未来转向系统的发展方向，该系统由电动机直接提供转向助力，省去了液压动力转向所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境，另外，还具有调整简单、装置灵活以及无论在何种工况下都能提供转向助力的特点。现有技术中的EPS系统由转向传感器、车速传感器、助力机械装置、电动机及微电脑控制单元组成，该系统工作时，转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号，与车速传感器测得的车速信号一起不断地输入微电脑控制单元，该控制单元通过数据分析以决定转向方向和所需的最佳助力值，然后发出相应的指令给控制器，从而驱动电动机，通过助力装置实现汽车的转向。也就是说，EPS系统中的控制单元根据检测到的转向轴上的转动力矩与转向盘位置两个信号进行转向控制操作。

本实用新型中EPS系统4为转向控制装置的主要部分，EPS系统4的EPS控制器41直接接受车辆控制器8的转向指令信号，从而根据转向指令信号进行转向控制操作，故不需要转向传感器检测转向轴的转动力矩以及转向盘位置，简化了不必要的机械结构，进一步提高了车轮转向角的控制精度。

此外，EPS系统4所输出的转向力矩传输给减速器2，而减速器2与前车轮6之间通过车轮固定架3相连接，即EPS系统4与前车轮6之间仅采用减速器2进行传动，使用减速器2代替现有技术中的链条传动，不但使得传动部件结构简单，还减小了传动误差，增强了转向跟随性。

在本实施例中，当无人驾驶车辆识别到行驶的路线前方有障碍物时，车辆控制器8对其进行分析得出相应的转向角度，同时，轮速传感器7对车辆的左右后车轮进行测速，并将车速信息通过脉冲信号传输给车辆控制器8，车辆控制器8根据轮速传感器7所传输的脉冲信号频率生成车速信息，车辆控制器8根据车速信息与转向角度生成转向控制指令，并将该转向控制指令通过CAN总线发送给EPS系统4中的EPS控制器41。EPS控制器41接收车辆控制器8发送的转向控制指令，并对其进行解析，确定前车轮6的目标转向角度，根据转向控制指令中的车速信息确定EPS电机42的转向力矩，并根据该EPS系统4转向力矩、转向角度和电机转动圈数的标定值确定EPS电机42所需转动的电机转动圈数。EPS控制器41根据所获取的转向力矩和转动圈数对EPS电机42进行控制，并通过减速器2的传动带动前车轮6按照目标转向角度执行转向操作。

同时，在车轮执行转向操作的过程中，一方面，EPS控制器41控制角度传感器43实时监测前车轮6的实际转向角度，并将前车轮6的实际转向角度与目标转向角度进行比对，根据实际情况对电机的剩余转动圈数进行调节，从而保证了转向精度；另一方面，EPS控制器41控制力矩传感器44实时监测EPS电机42的输出扭矩，并将EPS电机42的输出扭矩与预设的扭矩阈值进行比较，当输出扭矩超过扭矩阈值达到上限值时，EPS控制器41降低电路中电流的大小，防止电流过大，烧毁EPS电机42，从而增加了电机的使用寿命。

本实用新型实施例提供的转向控制装置，采用电动转向系统与减速器相结合的转向机构。由电动机直接提供转向动力，省去了液压动力转向所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省了能量，又保护了环境，此外，还具有调整简单、装置灵活以及无论在何种工况下都能提供转向动力的特点；用减速器代替现有技术中的链条传动，提高了传动精度和转向精度；通过角度传感器实时监测车轮的实际转向角度，并随时调整电机的转向圈数，增强了转向跟随性，改善了转向回正性，从而进一步保证了车轮转向角的控制精度，并通过力矩传感器实时监测扭矩值的大小，防止由于扭矩过大导致功率过大，避免由于电路中的电流过大损害电机。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。