一种无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统的制作方法

本发明涉及转向系统技术领域，更为具体地，本发明涉及一种无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统。

背景技术：

矿用车，属非公路用车，主要用于矿山，工程方面，比一般载重车更耐用，载重也更多。从结构上看，矿用汽车和普通自卸卡车好像没有太大的区别，知识体积更大。但是实际上，矿用汽车从设计理念上就与普通自卸汽车有着本质的区别。普通自卸汽车是为满足公路运输使用的，矿用汽车是为满足矿山施工作业的，因而矿用汽车的整车及所用零部件都考虑了矿山作业环境，是针对此类用户设计和制造的。

随着采矿技术不断发展和国家煤矿政策的改变，自动化、智能化已经成为矿用汽车的发展趋势，而无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统可以辅助驾驶员操纵车辆，提高工作效率和安全性，获得较高经济效益，并且需要该转向系统能够直接应用于无人驾驶系统。因此提供一种控制精度高、反应速率快且能够应用无人驾驶系统的矿用卡车线控液压转向系统是非常有必要的。

技术实现要素：

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提出一种无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，通过在车架前端增加激光雷达传感器；车轮处角度传感器设置最大转向角，转向角达到最大角度，转向电机停止工作，避免转向角度过大对前桥造成损害；方向盘设置手触传感器，检测到方向盘有人手操控时，电子控制单元停止直接控制转向电机，作辅助作用。本发明结构简单，易于布置，成本较低；并且能够提高转向系统的自动控制精度；反应速率高，能够直接应用无人驾驶。

本发明的技术方案如下：

一种无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，其包括激光雷达传感器、角度传感器、转矩转角传感器、手触传感器、电子控制单元、线控转向电机以及全液压转向系统；所述激光雷达传感器、所述角度传感器、所述转矩转角传感器均连接至所述电子控制单元，所述电子控制单元与线控转向电机相连，所述线控转向电机与全液压转向系统连接；所述激光雷达传感器设置在车架前端，通过所述激光雷达传感器识别车辆行驶过程中前方障碍物，所述激光雷达传感器将感知到的位置信息和障碍信息传输至所述电子控制单元，通过电子控制单元控制所述线控转向电机调整转向角度，实现行驶路线的调整和障碍物的规避；所述转矩转角传感器设置在全液压转向系统的转向管柱上；所述转矩转角传感器采集方向盘的转动角度和转矩，并将采集到的角度信息和转矩信息发送至电子控制单元；所述角度传感器布置在靠近车轮位置的车辆前桥上，将沿着行驶方向的车轮转动角度转换为电量信号传输至电子控制单元。

优选地，根据本发明的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，还包括手触传感器，所述手触传感器设置在方向盘外圈；所述手触传感器与所述电子控制单元相连，所述手触传感器所采集的信号通过信号传输线缆传输至电子控制单元的手触信号输入端。

优选地，所述手触传感器为电容传感器；方向盘有人手操控时，手触传感器通过电容变化获取电量信号，并反馈到电子控制单元，电子控制单元停止直接控制转向电机，切换为辅助驾驶模式，作辅助作用。

优选地，全液压转向系统包括液压油箱、转向油泵、压力油滤器、优先阀、转向机、油冷器、左侧转向油缸、右侧转向油缸、转向管柱和方向盘。

优选地，，所述线控转向电机安装在转向机和转向管柱对接处，所述线控转向电机的控制信号输入端与电子控制单元的控制信号输出端通过线束连接，所述线控转向作为线控转向的执行机构，电子控制单元调整线控转向电机的输出力矩，控制转向盘的转动角度和速度，实现对转向系统的精密控制。

有人驾驶状态时，电子控制单元通过转矩转角传感器采集的信息识别驾驶员驾驶意图，电子控制单元的输出端与线控转向电机的控制信号的输入端通过线束相连，以便根据所识别的驾驶意图，调整电机，辅助驾驶员完成车辆转向；无人驾驶时电子控制单元通过转矩转角传感器实时监控方向盘状态，因车辆颠簸或抖动导致的方向盘转动以实时矫正。

优选地，所述激光雷达传感器固定至支架，所述支架固定至保险杠的前端。

优选地，所述电子控制单元位于驾驶室内的操作面板下方。

优选地，通过车桥的转向拉臂确定最大转向角并且将该最大转向角在电子控制单元进行设定。

优选地，当角度传感器将所采集到的转向角度信息反馈至电子控制单元，单子控制单元检测到车辆转向角达到最大转向角时，电子控制单元控制线控转向电机停止工作，以避免转向角度过大对车辆的前桥造成损害。

优选地，在所述压力油滤器和所述转向机之间设置优先阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，其通过在车架前端增加激光雷达传感器；车轮处角度传感器设置最大转向角，转向角达到最大角度，转向电机停止工作，避免转向角度过大对前桥造成损害；方向盘设置手触传感器，检测到方向盘有人手操控时，电子控制单元停止直接控制转向电机，作辅助作用。本发明该转向系统通过采集车辆行驶信息，电子控制单元控制电机适当调整车辆转弯角度，保证转向角度的准确性，避免转向不足或者转向过度，并且能够和无人驾驶直接对接，其结构简单，易于布置，成本较低；并且能够提高转向系统的自动控制精度；反应速率高，能够直接应用无人驾驶。本发明取消了转向机与转向轮之间的硬连接，转向阻力与震动很少传递到方向盘上，解决了大吨位车型在路况差的路面上行驶时机械式连接操作阻力大、舒适性差的问题。由于液压转向系统存在液压内泄漏问题，导致方向盘与车轮不对应，所以在车轮上加装磁性角度传感器，实现车轮绝对转角的反馈。该绝对角度通过模拟信号发送给转向控制器，控制单元控制电机调整转向角度，解决了液压转阀与车轮之间的非线性、不固定关系。结合整车提供的方向盘转角指令信号对前轮位置伺服，实现无人驾驶功能，并能在驾驶员手动介入时，及时切换到辅助助力模式。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统的结构示意图。

图2为根据本发明的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统的控制简图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示为根据本发明实施例的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，该转向系统通过采集车辆行驶信息，电子控制单元控制电机适当调整车辆转弯角度，保证转向角度的准确性，避免转向不足或者转向过度，并且能够和无人驾驶直接对接。

本发明的无人驾驶矿用车用的线控全液压转向系统，其包括激光雷达传感器、角度传感器、转矩转角传感器、减速机、电子控制单元、线控转向电机以及全液压转向系统。

激光雷达传感器设置在车架前端。

优选地，激光雷达传感器设置在保险杠的前端，激光雷达传感器1通过紧固件固定至支架，所述支架通过紧固件，例如螺栓，固定至保险杠的前端。通过所述激光雷达传感器识别车辆行驶过程中前方障碍物，激光雷达将感知到的位置信息和障碍信息传输至电子控制单元，通过电子控制单元控制转向电机调整转向角度，实现行驶路线的调整和障碍物的规避。所述激光雷达其能够结合高精地图以实现高精度自定位和物体识别跟踪，定位可以精确到具体车道。激光雷达传感器所采集的信息传递到电子控制单元。优选地，激光雷达传感器通过信号传输线缆将位置信息和障碍信息传输至电子控制单元的信号输入端口。电子控制单元位于驾驶室内的操作面板下方。电子控制单元通过紧固件，例如，螺栓连接至操作面板的下方。转矩转角传感器设置在转向管柱上；优选地，转矩转角传感器位于与方向盘连接的转向管柱的端部，也就是说，转矩转角传感器位于转向管柱的第一端。所述转矩转角传感器通过线束传输至电子控制单元的信号输入端，转矩转角传感器采集方向盘的转动角度和转矩，并将采集到的角度信息和转矩信息发送至电子控制单元。有人驾驶状态时，电子控制单元通过转矩转角传感器采集的信息识别驾驶员驾驶意图，电子控制单元的输出端与线控转向电机的控制信号的输入端通过线束相连，以便根据所识别的驾驶意图，调整电机，辅助驾驶员完成车辆转向。无人驾驶时电子控制单元通过转矩转角传感器实时监控方向盘状态，因车辆颠簸或抖动导致的方向盘转动以实时矫正。

所述角度传感器布置在靠近车轮位置的车辆前桥上，将沿着行驶方向的车轮转动角度转换为电量信号传输至电子控制单元，实现对车轮运动状态，例如，车轮与行驶方向的夹角，的实时监控。

针对液压转向系统，若出现车轮转向与方向盘转动不同步，即方向盘打死，但是车轮还没有转动极限位置，角度传感器就将其所采集到的信息传输至电子控制单元，通过调整电机及时纠正转向不足和转向过度。

角度传感器与电子控制单元通过线束连接。

所述线控转向电机安装在转向机和转向管柱对接处，线控转向电机的控制信号输入端与电子控制单元的控制信号输出端通过线束连接，所述线控转向电机作为线控转向的执行机构，电子控制单元调整线控转向电机的输出力矩，控制转向盘的转动角度和速度，实现对转向系统的精密控制。

其中全液压转向系统由液压油箱、转向油泵、压力油滤器、优先阀、转向机、油冷器、左侧转向油缸、右侧转向油缸、转向管柱和方向盘。

液压油箱与转向油泵相连，液压油箱内置液压油；通过转向油泵为液压油加压，为全液压转向系统提供动力。液压油箱位于驾驶室右侧的工作平台上，转向油泵位于发动机后部，液压油箱的出口通过管路连接至转向油泵的进油口；液压油箱的入口与转向机的t口，即转向机的回油口以及优先阀的回油口相连通。压力滤油器位于车架上，例如，压力滤油器位于车架的左侧且靠近发动机的位置处；压力油滤器与转向油泵相接，转向油泵的出油口与压力油滤器的进油口通过管路相连。通过压力油滤器将经过转向油泵加压后的高压液压油进行过滤，以过滤高压油中的杂质。在压力油滤器和转向机之间设置优先阀，所述优先阀的进油口为p口；压力油滤器的出油口连接优先阀的进油口，优先阀的cf口为优先阀的出油口，优先阀的出油口转向机的进油口，即转向机的p口连接。

优先阀ls口为优先阀的控制口，优先阀的控制口与转向机的控制口相连，所述转向机的控制口为转向机的ls口。优先阀的t口为优先阀内部的安全阀回油口，优先阀内部的安全阀的回油口与优先阀的ef口通过管路连通，优先阀的ef口与工作系统的回油管路连接。

当优先阀的p口进油时，液压油经优先阀的阀芯供应到优先阀的cf口。具体地，转向机不工作时，优先阀的cf口为封闭状态，优先阀的ls口压力为零，优先阀的阀芯右端进油，液压油克服弹簧的预压力，使优先阀的阀芯向左移动，此时优先阀的p口与优先阀ef口连通，转向油泵中的油合流到工作系统中去。当转向机工作时，优先阀的cf口经转向机的出油口与转向油缸的进油口连接，转向油泵来油进入转向油缸，使车轮转向；具体地，转向机的出油口包括转向机的l口和转向机的r口，其中转向机的l口分别连接至左侧转向油缸的左进油口和右侧转向油缸的左进油口，转向机的r口分别连接至左侧转向油缸的右进油口和右侧转向油缸的右进油口。

优先阀ls口的压力信号作用在优先阀的阀芯的左端，此时阀芯右端的压力较转向器出口的压力低，由于优先阀的阀芯左右两端压差的变化及弹簧的作用，当转向器转速很大时，使得优先阀阀芯向右移动至关闭，液压油优先供给转向用油，即优先为转向机提供高压油

左侧转向油缸和右侧转向油缸安装在转向桥上，通过高压油管和转向机相连，转向机安装在车架左侧，转向机的p口为进油口，与优先阀的cf口的相连接；ls为控制口，与优先阀的ls口相连；t口为回油口，与液压油箱的回油管路相连；r和l口与各个转向油缸相连，通过高压油推动油缸来控制车轮的相对于行驶方向的左右运动。方向盘左右转时，液压转向机通过方向盘的转动推动转向机内部的转阀进行转动，转向机的进油口，即转向机的p口与转向机的l口或转向机的r口连通，高压油通过转向机进入转向油缸以推动活塞杆，活塞杆与车桥梯形臂连接，推动梯形臂移动完成转向；方向盘处于中位时，转向机的p口与t口联通，高压油通过回油管路回到油箱。

减速机和线控转向电机安装在转向管柱和转向机之间，转向管柱上安装有转矩转角传感器以监测方向盘转动角度；角度传感器安装在车轮位置，用于检测车轮转动角度；角度传感器和转矩转角传感器均与电子控制单元连接，并将所采集到信号，所述信号包括方向盘转动角度以及车轮转动角度，传输至电子控制单元，电子控制单元通过采集到的信号检测转向管柱与车轮的转动角度，并输出信号通过控制线控转向机来控制转向机对液压油缸的液力输出，对转向角度不断进行纠正，实现转向控制。

优选地，通过车桥的转向拉臂确定最大转向角并且将该最大转向角在电子控制单元进行设定。当角度传感器将所采集到的转向角度信息反馈至电子控制单元，单子控制单元检测到车辆转向角达到最大转向角时，电子控制单元控制线控转向电机停止工作，以避免转向角度过大对车辆的前桥造成损害。

方向盘设置手触传感器，手触传感器为电容传感器，布置在方向盘外圈。手触传感器所采集的信号通过信号传输线缆传输至电子控制单元的手触信号输入端；方向盘有人手操控时，手触传感器通过电容变化获取电量信号，并反馈到电子控制单元，电子控制单元停止直接控制转向电机，切换为辅助驾驶模式，作辅助作用。本发明该转向系统通过采集车辆行驶信息，电子控制单元控制电机适当调整车辆转弯角度，保证转向角度的准确性，避免转向不足或者转向过度，并且能够和无人驾驶直接对接。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。