無人駕駛車輛轉向系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種無人駕駛車輛轉向系統及其方法，包括執行電機、方向機、電機編碼器、非接觸式零位檢測機構、非接觸式左限位檢測機構、非接觸式右限位檢測機構、前輪絕對轉角機構、前輪轉角雙閉環控制系統，執行電機為轉向驅動機構，執行電機的輸入端與方向機的輸出端相連；電機編碼器連接在執行電機后端輸出軸上。本發明專利技術有利于提高無人駕駛車輛的轉向控制精確度，并采用切換開關切換人為駕駛/自主駕駛控制過程，方便程序調試及保證緊急情況下的車輛和人員身體安全。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于車輛轉向技術，特別是一種。
技術介紹
無人駕駛車輛是汽車未來發展方向之一，預計將來無人駕駛車輛會成為人們生活中安全的交通工具。因此，智能化車輛駕駛系統在車輛
也倍受關注。無人駕駛車輛集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發展的產物，是衡量一個國家科研實力和工業水平的一個重要標志。在軍事、探索和救援等危險、惡劣環境下，無人駕駛車輛具有廣闊的應用前景，如目前在美國在火星上面火星車的探索；在民用方面，其也有廣闊的應用前景和巨大的市場，由于其具有發揮可靠、安全、便利及高效的性能優勢，對于提高人為駕駛的智能化和安全性具有重大的現實意義，而且未來無人駕駛汽車可和城市交通指揮中心聯網，選擇最好的路線，有效 避免堵車，盡最大可能保證交通的流暢。如目前美國已經有無人駕駛車輛開始投入民用市場，例如前不久谷哥公司推出的自主駕駛車輛在加州的法律中已經通過，即將投入到市場。2010年上海世博會，游客只需在公園的入口處按下一個按鈕，一輛沒有司機的四座敞篷汽車就會從遠處開過來緩緩停下，然后搭載著乘客前往他們想去的景點。因此，目前世界許多國家都在大力研究無人駕駛技術，將無人駕駛作為展示其人工智能水平、引領車輛未來發展的重要平臺。車輛控制技術是無人駕駛汽車技術的核心技術之一，其中主要包括速度控制和方向控制。而無人駕駛車輛的轉向裝置控制性能是衡量無人車系統性能最關鍵、最重要指標之一，方向控制性能包括自動轉向的正確性、穩定性、實時性、及時性等。而無人駕駛車輛的轉向控制裝置是保證無人駕駛車輛方向控制性能的關鍵，然而目前無人駕駛車輛的轉向控制裝置還沒有一個完整的體系結構和一個完美的控制方法。經過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為200510111220. 2，公開日2006年7月19日，名稱無人駕駛車輛的方向控制機構，采用電機減速器組合經電磁離合器與減速器的輸入軸連接，小齒輪連接在減速箱的輸出軸上，大齒輪經連接法蘭直接與車輛的中央轉向搖臂連接，梯形轉向機構拉桿的另一端與中央轉向搖臂鉸接，梯形轉向機構拉桿的另一端與轉向車輪鉸接，實現無人駕駛車輛的自動轉向。但是此專利雙級齒輪傳動結構復雜，占用車內駕駛空間較大，增加了運動中的傳動誤差，增加了安裝的難度，電機軸、齒輪軸和中央轉向搖臂三軸的平行很難得到保證，不僅如此，這一技術方案需要在車輛的中央轉向搖臂上焊接法蘭，既破壞了車輛的原有機構，同時不便于轉向裝置的裝拆與維護。中國專利申請號為201010104800. X，公開日2011年7月27日，名稱一種無人駕駛車輛轉向裝置及其控制方法，其專利技術米用一電機與一編碼器相連，一相互哨合的潤輪和蝸桿，蝸桿與電機的輸出軸直接聯接，一電磁離合器，其中渦輪與電磁離合器的主動端固連，電磁離合器的被動端與方向盤轉向柱固聯，構成無人車的駕駛轉向裝置，從而實現無人駕駛車輛的自動轉向。但是此專利依然改裝原有轉向機構，所以并沒有避免萬向節的誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種結構簡單、智能化程度高、易操作、精度高的轉向裝置及其轉向控制方法，使原車已有轉向裝置和外觀均不受到破壞，且新增轉向裝置和已有轉向裝置能夠緊密配合 ，互不干擾工作，并具有一定的通用性。實現本專利技術目的的技術解決方案為一種無人駕駛車輛轉向系統，包括執行電機、方向機、電機編碼器、非接觸式零位檢測機構、非接觸式左限位檢測機構、非接觸式右限位檢測機構、前輪絕對轉角機構、前輪轉角雙閉環控制系統，執行電機為轉向驅動機構，執行電機的輸入端與方向機的輸出端相連；電機編碼器連接在執行電機后端輸出軸上； 非接觸式零位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂上面的零位固定塊和固定安裝在固定懸架上的零位檢測器構成，當所述零位固定塊轉動到零位檢測器正下方時，零位檢測器能夠感應零位固定塊； 非接觸式左限位檢測機構由固定安裝在左轉動擺臂上面的左限位固定塊和固定安裝在左固定懸架上的左限位檢測器構成，當左前輪轉角處于左限位狀態下，左限位檢測器能夠感應左限位固定塊；非接觸式右限位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂上面的右限位固定塊和固定安裝在右固定懸架上的右限位檢測器構成，當右前輪轉角處于右限位狀態下，右限位檢測器能夠感應右限位固定塊； 前輪絕對轉角機構，由前輪轉角傳感器和前輪轉角傳感器旋轉軸組成，前輪轉角傳感器本體固定安裝在車底固定懸架上，前輪轉角傳感器旋轉軸一端與前輪轉角傳感器想連接，另一端通過關節臂與車輛梯形轉向機構拉桿的左右擺動桿連接； 位置控制器一端通過CAN電纜與工控機連接；執行電機、電機編碼器以及前輪轉角傳感器分別通過電纜與位置控制器的相應接口電氣連接；左、右限位檢測器和零位檢測器分別與位置控制器的相應數字輸入端電氣連接； 所述前輪轉角雙閉環控制系統由電機編碼器和前輪轉角傳感器構成，電機編碼器反饋執行電機當前位置給位置控制器，前輪轉角傳感器直接檢測前輪的轉向角度，將轉角角度閉環反饋給位置控制器，同時電機編碼器不再作為環反饋，而是作為速度閉環反饋，從而控制執行電機的轉速，最終位置控制器控制前輪轉向角度精確達到命令期望值。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點(1)本專利技術在執行電機尾部安電機編碼器和在車底固定懸架上安裝前輪轉角傳感器，利用編碼器對轉向裝置進行雙閉環控制，直接精確控制前輪的轉角，有利于提高無人駕駛車輛的轉向控制精確度。(2)本專利技術零位檢測機構采用非接觸式零位傳感器，轉動中不存在摩擦力，提高了裝置的傳動效率及精確度；另外本專利技術采用左、右限位機構，能夠充分保證車輛在運動中的平穩狀態和行駛安全。(3 )本專利技術不破壞原有轉向機構，且新增轉向機構與原有轉向機構對稱、并行聯接到梯形轉向機構拉桿，避免了車輛原有轉向裝置萬向節的間隙誤差，精度更高，比已有專利技術更容易操作、維護與拆裝。(4)本專利技術采用切換開關切換人為駕駛/自主駕駛控制過程，方便程序調試及保證緊急情況下的車輛和人員身體安全。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。附圖說明圖I是本專利技術轉向裝置結構示意圖。圖2是本專利技術總裝置結構示意圖。圖3是本專利技術系統電氣化示意圖。圖4是本專利技術限位結構零位示意圖。圖5是本專利技術右轉向極限位置示意圖。圖6是本專利技術前輪轉角雙閉環控制系統示意圖。圖7是本專利技術前輪轉角零位初始化流程圖。圖8是本專利技術自主轉向控制流程圖。具體實施例方式結合圖I、圖2和圖3,本專利技術無人駕駛車輛轉向系統,包括執行電機I、方向機2、電機編碼器3、非接觸式零位檢測機構、非接觸式左限位檢測機構、非接觸式右限位檢測機構、前輪絕對轉角機構、前輪轉角雙閉環控制系統，執行電機I為轉向驅動機構，執行電機I的輸入端與方向機2的輸出端相連；電機編碼器3連接在執行電機I后端輸出軸上。結合圖4，非接觸式零位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂12上面的零位固定塊7和固定安裝在固定懸架18上的零位檢測器4構成，當所述零位固定塊7轉動到零位檢測器4正下方時，零位檢測器4能夠感應零位固定塊7。非接觸式左限位檢測機構由固定安裝在左轉動擺臂15上面的左限位固定塊9和固定安裝在左固定懸架19上的左限位檢測器6構成，當左前輪轉角處于左限位狀態下，左限位檢測器6能夠感應左限位固定塊9 ;非接觸式右限位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂12上面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無人駕駛車輛轉向系統，其特征是包括執行電機（1）、方向機（2）、電機編碼器（3）、非接觸式零位檢測機構、非接觸式左限位檢測機構、非接觸式右限位檢測機構、前輪絕對轉角機構、前輪轉角雙閉環控制系統，執行電機（1）為轉向驅動機構，執行電機（1）的輸入端與方向機（2）的輸出端相連；電機編碼器（3）連接在執行電機（1）后端輸出軸上；非接觸式零位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂（12）上面的零位固定塊（7）和固定安裝在固定懸架（18）上的零位檢測器（4）構成，當所述零位固定塊（7）轉動到零位檢測器（4）正下方時，零位檢測器（4）能夠感應零位固定塊（7）；非接觸式左限位檢測機構由固定安裝在左轉動擺臂（15）上面的左限位固定塊（9）和固定安裝在左固定懸架（19）上的左限位檢測器（6）構成，當左前輪轉角處于左限位狀態下，左限位檢測器（6）能夠感應左限位固定塊（9）；非接觸式右限位檢測機構由固定安裝在右轉動擺臂（12）上面的右限位固定塊（8）和固定安裝在右固定懸架（18）上的右限位檢測器（5）構成，當右前輪轉角處于右限位狀態下，右限位檢測器（5）能夠感應右限位固定塊（8）；前輪絕對轉角機構，由前輪轉角傳感器（10）和前輪轉角傳感器旋轉軸（16）組成，前輪轉角傳感器（10）本體固定安裝在車底固定懸架上（17），前輪轉角傳感器旋轉軸（16）一端與前輪轉角傳感器（10）想連接，另一端通過關節臂（20）與車輛梯形轉向機構拉桿（13）的左右擺動桿連接；位置控制器（33）一端通過CAN電纜（32）與工控機（30）連接；執行電機（1）、電機編碼器（3）以及前輪轉角傳感器（10）分別通過電纜與位置控制器（33）的相應接口電氣連接；左、右限位檢測器（5、6）和零位檢測器（4）分別與位置控制器（33）的相應數字輸入端電氣連接；所述前輪轉角雙閉環控制系統由電機編碼器（3）和前輪轉角傳感器（10）構成，電機編碼器（3）反饋執行電機（1）當前位置給位置控制器（33），前輪轉角傳感器（10）直接檢測前輪的轉向角度，將轉角角度閉環反饋給位置控制器（33），同時電機編碼器（3）不再作為環反饋，而是作為速度閉環反饋，從而控制執行電機（1）的轉速，最終位置控制器（33）控制前輪轉向角度精確達到命令期望值。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉永，唐振民，龔毅，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：