无人驾驶车辆转向系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102941876A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102941876A(43)申请公布日2013.02.27(21)申请号201210481157.1(22)申请日2012.11.23(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人刘永唐振民龚毅(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人唐代盛(51)Int.Cl.B62D6/00(2006.01)B62D5/04(2006.01)B62D113/00(2006.01)权利要求书权利要求书3页3页说明书说明书55页页附图附图66页(54)发明名称无人驾驶车辆转向系统及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种无人驾驶车辆转向系统及其方法，包括执行电机、方向机、电机编码器、非接触式零位检测机构、非接触式左限位检测机构、非接触式右限位检测机构、前轮绝对转角机构、前轮转角双闭环控制系统，执行电机为转向驱动机构，执行电机的输入端与方向机的输出端相连；电机编码器连接在执行电机后端输出轴上。本发明有利于提高无人驾驶车辆的转向控制精确度，并采用切换开关切换人为驾驶/自主驾驶控制过程，方便程序调试及保证紧急情况下的车辆和人员身体安全。CN10294876ACN102941876A权利要求书1/3页1.一种无人驾驶车辆转向系统，其特征是包括执行电机（1）、方向机（2）、电机编码器（3）、非接触式零位检测机构、非接触式左限位检测机构、非接触式右限位检测机构、前轮绝对转角机构、前轮转角双闭环控制系统，执行电机（1）为转向驱动机构，执行电机（1）的输入端与方向机（2）的输出端相连；电机编码器（3）连接在执行电机（1）后端输出轴上；非接触式零位检测机构由固定安装在右转动摆臂（12）上面的零位固定块（7）和固定安装在固定悬架（18）上的零位检测器（4）构成，当所述零位固定块（7）转动到零位检测器（4）正下方时，零位检测器（4）能够感应零位固定块（7）；非接触式左限位检测机构由固定安装在左转动摆臂（15）上面的左限位固定块（9）和固定安装在左固定悬架（19）上的左限位检测器（6）构成，当左前轮转角处于左限位状态下，左限位检测器（6）能够感应左限位固定块（9）；非接触式右限位检测机构由固定安装在右转动摆臂（12）上面的右限位固定块（8）和固定安装在右固定悬架（18）上的右限位检测器（5）构成，当右前轮转角处于右限位状态下，右限位检测器（5）能够感应右限位固定块（8）；前轮绝对转角机构，由前轮转角传感器（10）和前轮转角传感器旋转轴（16）组成，前轮转角传感器（10）本体固定安装在车底固定悬架上（17），前轮转角传感器旋转轴（16）一端与前轮转角传感器（10）想连接，另一端通过关节臂（20）与车辆梯形转向机构拉杆（13）的左右摆动杆连接；位置控制器（33）一端通过CAN电缆（32）与工控机（30）连接；执行电机（1）、电机编码器（3）以及前轮转角传感器（10）分别通过电缆与位置控制器（33）的相应接口电气连接；左、右限位检测器（5、6）和零位检测器（4）分别与位置控制器（33）的相应数字输入端电气连接；所述前轮转角双闭环控制系统由电机编码器（3）和前轮转角传感器（10）构成，电机编码器（3）反馈执行电机（1）当前位置给位置控制器（33），前轮转角传感器（10）直接检测前轮的转向角度，将转角角度闭环反馈给位置控制器（33），同时电机编码器（3）不再作为环反馈，而是作为速度闭环反馈，从而控制执行电机（1）的转速，最终位置控制器（33）控制前轮转向角度精确达到命令期望值。2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆转向系统，其特征是执行电机（1）与方向机（2）固定安装在安装支架（11）上，使执行电机（1）与方向机（2）的轴在水平平面上。3.一种通过权利要求1所述的无人驾驶车辆转向系统实现的控制方法，其特征是包括前轮转角绝对零位初始化的控制和车辆自主转向控制实现的控制，控制过程步骤如下：首先，前轮转角绝对零位初始化的控制过程为：步骤1，首先打开人/机共享控制开关，并拨向自主模式，转向控制系统伺服使能打开，车辆处于自主驾驶模式；步骤2，工控机（30）执行油门放大器、刹车放大器、方向放大器、换挡放大器初始化程序，位置控制器（33）开始自动控制前轮转向；步骤3，方向机（2）带动安装在固定悬架（12）上的零位固定块（7）转动；步骤4，若零位检测器（4）检测到零位信号，则根据零位检测器反馈的零位偏置数值驱动前车轮转动到绝对零位；步骤5，若零位检测器（4）未检测到零位信号，位置控制器（33）继续控制前轮转向，直2CN102941876A权利要求书2/3页到接收到左限位传感器检测器（9）或者右限位传感器检测器（8）发出的限位信号；步骤6，位置