一种车辆转向控制装置的制作方法

本实用新型涉及无人自动驾驶车辆设备技术领域，尤其涉及一种车辆转向控制装置。

背景技术：

近些年，随着车辆技术和计算机技术的不断发展，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。比如目前的物流车需要人工驾驶，功能单一，不够方便，一定程度上浪费了人力资源，故人工驾驶的物流车势必将逐渐被智能化的无人驾驶自动物流车所代替。

其中，汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的机构，对车辆的行驶安全起到了至关重要的作用。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，尤其是自动化驾驶技术中的车轮转向存在一定问题。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。

同时，现有技术中也并没有针对无人自动驾驶物流车所设计的车辆转向控制装置，因此，需要设计一种针对无人自动驾驶物流车且能够保证车轮转向角控制精度、提高转向精度的车辆转向控制装置。

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，提供一种针对无人自动驾驶物流车且能够保证车轮转向角控制精度、提高转向精度的车辆转向控制装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种车辆转向控制装置，所述车辆转向控制装置包括：

转向机构，所述转向机构包括转向机构主体和转向万向节；所述转向万向节与所述转向机构主体相连；

电动力转向EPS系统，所述EPS系统固定安装在车辆底盘的上表面；所述EPS系统的输出轴穿设所述车辆底盘，并与所述转向万向节相连接；

EPS系统控制器，所述EPS系统控制器安装在所述车辆底盘上；所述EPS系统控制器与所述EPS系统电性连接；

后轮轴，所述后轮轴安设于所述车辆底盘的后端；所述后轮轴的两端分别装配一个后车轮；

两个轮速器，两个所述轮速器通过车轮轴套分别套设于所述后轮轴的两端，且所述轮速器与所述车辆底盘固定连接。

优选的，所述车辆转向控制装置还包括主控制器，所述主控制器的输入端分别与所述EPS系统控制器和两个所述轮速器的输出端电性连接；所述主控制器的输出端与所述EPS系统控制器的输入端电性连接。

优选的，所述EPS系统包括EPS电机、角度传感器和力矩传感器；所述EPS电机、所述角度传感器和所述力矩传感器分别与所述EPS系统控制器电性连接。

进一步优选的，所述车辆转向控制装置还包括驱动电机，所述驱动电机设置在所述后轮轴上，且所述驱动电机的输出轴与所述后轮轴相连。

再进一步优选的，所述车辆底盘上安置有电机控制器，所述电机控制器与所述驱动电机电性连接。

再进一步优选的，所述电机控制器的输入端与所述主控制器的输出端电性连接。

优选的，所述轮速器的内圈与所述车轮轴套过盈连接；所述轮速器的外圈与所述车辆底盘固定连接。

优选的，所述转向机构主体包括转向传动轴、转向器、左转向节、转向横拉杆和右转向节；

所述转向传动轴与所述转向万向节相互连接；

所述转向器的输入端与所述转向传动轴相连，所述转向器的输出端与所述左转向节相连；

所述左转向节与所述右转向节通过所述转向横拉杆相连。

进一步优选的，所述左转向节和所述右转向节上均安装一个前车轮。

进一步优选的，所述转向器与所述左转向节之间通过转向摇臂和转向节臂相连。

本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置，采用电动力转向系统与转向机构相结合的转向控制装置，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。此外，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车辆转向控制装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置的EPS系统部分的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的车辆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。

本实用新型实施例涉及提供的车辆转向控制装置，采用电动力转向系统与转向机构相结合的转向控制装置，节能环保，并具有调整简单、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。此外，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。

图1、图2、图3和图4分别为本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置的结构示意图一、结构示意图二、EPS系统部分的结构示意图和结构框图。结合图1、图2、图3和图4所示：

本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置包括转向机构1、电动力转向系统(Electric Power Steering，EPS)2、EPS系统控制器3、后轮轴4、两个轮速器6、主控制器7、驱动电机8、电机控制器81和前车轮9。

其中，转向机构1为车辆转向控制装置的主要执行机构。具体的，转向机构1包括转向机构主体11和转向万向节12，转向万向节12与转向机构主体11相连，转向万向节12为转向机构主体11与转向控制机构的连接件。

优选的，转向机构主体11包括转向传动轴111、转向器112、左转向节113、转向横拉杆114和右转向节115。

其中，转向传动轴111与转向万向节12相互连接，转向传动轴111用于传递转向万向节12所输入的转向角度。转向器12用于增大转向万向节12所传递的力和改变力的传递方向，是转向机构1中最重要的部件，转向器112的输入端与转向传动轴111相连，转向器112的输出端与左转向节113相连，为保证转向器112与左转向节113之间连接的牢固性以及稳定性，并保证两者之间的传输精度，转向器112与左转向节113之间通过转向摇臂116和转向节臂117相连。此外，左转向节113与右转向节115通过转向横拉杆114相连。左转向节113和右转向节115上均安装一个前车轮9，两个前车轮9分别通过左转向节113和右转向节115进行转向操作。

电动力转向EPS系统2为车辆转向控制装置的转向控制机构，去掉了车辆转向盘的设计，简化了车辆的结构，通过智能障碍物及道路识别功能，直接通过EPS系统2进行转向操作，实现了完全自动化驾驶，节约了人力资源。具体的，EPS系统2固定安装在车辆底盘10的上表面，EPS系统2的输出轴穿设车辆底盘10，并与转向万向节12相连接，从而通过EPS系统2输出轴的转动传递转向力矩以及转向角度。此外，车辆底盘10上还安装有EPS系统控制器3，EPS系统控制器3与EPS系统2电性连接。EPS系统控制器3用于生成EPS系统控制指令，并发送给EPS系统2，从而控制EPS系统2作业。

优选的，EPS系统2包括EPS电机21、角度传感器22和力矩传感器23。其中，EPS电机21、角度传感器22和力矩传感器23分别与EPS系统控制器3电性连接，EPS系统控制器3为EPS系统2的控制单元，用于获取车辆的主控制器7所发送的转向控制指令，并根据转向控制指令驱动EPS电机21工作。EPS电机21为EPS系统2的执行部件，用于输出转向力矩和转向角度。角度传感器22和力矩传感器23均为EPS系统2的信号反馈部件，使得EPS系统2具有自我诊断的功能，从而能够自动进行调节，详细的，角度传感器22用于监测前车轮9的实际转向角度，并将实际转向角度反馈给EPS系统控制器3，EPS系统控制器3根据预设转向角度以及反馈的实际转向角度进行下一步的操作判断，从而实时控制前车轮9的转向角度，保证了车轮转向角度的控制精度；力矩传感器23用于监测EPS电机21的输出扭矩，并反馈给EPS系统控制器3。

此外，为保证车辆在转向过程中的行车安全，本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置还设有用于测量后车轮5的轮速器6。具体的，车辆底盘10的后端上安设有用于安装后车轮5的后轮轴4，在后轮轴4的两端分别装配一个后车轮5。两个轮速器6分别测量两个后车轮5的轮速，两个轮速器6通过车轮轴套(图中未示出)分别套设于后轮轴4的两端，且轮速器6与车辆底盘10固定连接。详细的，轮速器6的内圈与车轮轴套过盈连接，轮速器6的外圈与车辆底盘10固定连接。

由于车轮轴套与后轮轴4固定连接，而轮速器6的内圈与车轮轴套紧固连接，而轮速器6的外圈固定连接于车辆底盘10上，因此，当车辆行驶时，轮速器6的外圈相对车辆静止，轮速器6的内圈随车辆的后车轮5以及后轮轴4的转动而转动，从而测量车辆的轮速。

另外，本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置所应用的车辆为后轮驱动，故该装置上的驱动电机8设置在后轮轴4上，且驱动电机8的输出轴与后轮轴4相连，从而通过驱动电机8工作带动后轮轴4转动。为方便对驱动电机8进行控制，车辆底盘10上还安置有电机控制器81，电机控制器81与驱动电机8电性连接。优选的，该驱动电机8的型号为C01-9816-800-24-5000。

而主控制器7为本实用新型车辆转向控制装置的车辆总控制单元，主控制器7的输入端分别与EPS系统控制器3和两个轮速器6的输出端电性连接；主控制器7的输出端分别与EPS系统控制器3和电机控制器81的输入端电性连接。

以上是对本实施例提供的车辆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4，对车辆转向控制装置的工作原理进行详述。

在本实施例中，当无人自动驾驶物流车进行作业行进过程中识别到行驶的路线前方有障碍物时，主控制器7对其进行分析得出相应的转向角度，同时，轮速器6对车辆的左右后车轮5进行测速，并将车速信息通过脉冲信号传输给主控制器7，主控制器7根据轮速器6所传输的脉冲信号频率生成车速信息，主控制器7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系统控制器3。EPS系统控制器3接收主控制器7发送的转向控制指令，并对其进行解析，确定前车轮9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21的转向力矩，并根据该EPS系统2的转向力矩、转向角度和电机转动圈数的标定值确定EPS电机21所需转动的电机转动圈数。EPS系统控制器3根据所获取的转向力矩和转动圈数对EPS电机21进行控制，并通过转向机构1带动前车轮9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系统控制器3控制EPS系统2中的角度传感器22实时监测前车轮9的实际转向角度，并将前车轮9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系统控制器3控制EPS系统2中的力矩传感器23实时监测EPS电机21的输出扭矩，并将EPS电机21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系统控制器3降低电路中电流的大小，防止电流过大，烧毁EPS电机21，从而增加了电机的使用寿命。

本实用新型实施例提供的车辆转向控制装置，采用电动力转向系统与转向机构相结合的转向控制装置，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。此外，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。

在本实用新型中，术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书中的描述中，术语“一个具体的实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。