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技术领域

本发明涉及一种能够代替驾驶员自主完成驾驶任务的装置，具体涉及一种 汽车自动驾驶仪执行机构，属于汽车自动驾驶装置领域。

背景技术

自2008年以来我国汽车保有量快速上升，车辆交通事故也急剧上升，对人 们生命财产安全造成了巨大危害。据联合国《道路安全全球现状报告2015》显 示，道路交通死亡人数目前趋于稳定，2013年时为125万人；导致交通事故的 主要原因是超速、酒后驾驶等不当驾驶行为。因此在《中国制造2025》中明确 提出汽车智能化的要求。因此需要汽车自动驾驶仪来代替人们完成驾驶任务，

以确保行驶安全，此外可以节能减排，提高经济性。

国内的申请公布号为CN102393308A，名称为“用于汽车试验的驾驶机器人” 的专利。其包括油门机械腿，制动机械腿，离合器机械腿和换挡机械手，其能 够完成车辆的自动驾驶。但其结构复杂，能耗大，维修麻烦且体积较大占用了 驾驶员的位置，并且驾驶过程中无法实现驾驶机器人与驾驶员之间的切换。

国内的申请公布号为CN102637058A，名称为“自动驾驶机器人”的专利。 其躯体部分包括能够前后移动的水平滑动平台、用于转向的机械手和用于制动、 加速的机械腿。其能够适应不同高度和大小的方向盘的车辆。但其结构复杂、 体积大，可靠性低，无法实现驾驶机器人与驾驶员之间的任务切换。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种汽车自动驾驶仪执行机构， 其可代替驾驶员自主可靠完成驾驶任务，且在驾驶过程中能够与驾驶员之间实 现驾驶任务切换，使车辆实现自动驾驶，还能够适应不同类型，不同型号的车 辆，在不对车辆进行改造的基础上，就可安装在车辆上，且不会影响安全气囊 的正常使用。

本发明的技术方案如下，结合附图：

一种汽车自动驾驶仪执行机构，包括转向部分、制动部分、通信模块，所 述转向部分包括固定平台、转向驱动装置、电磁离合装置；所述转向部分包括 固定平台、转向驱动装置、电磁离合装置，转向驱动装置以转动副与固定平台 组成平面四连杆机构，转向电磁离合装置固定在转向驱动装置上；所述转向驱 动装置包括转向电机固定架11、与减速器一体化的转向电机10、转向驱动齿轮 12、转向驱动齿轮复位弹簧13、齿圈1，转向电机10固定在转向电机固定架11 上，转向驱动齿轮12套接在转向电机10的驱动轴上，转向驱动齿轮复位弹簧 13压紧在转向驱动齿轮12上，齿圈1固定在方向盘上并与转向驱动齿轮12啮 合。

进一步地，所述固定平台包括二号连杆4、一号支架8、三号连杆7、一号 连杆6、螺纹套筒5，三号连杆7、一号支架8、一号连杆6依次铰接，二号连 杆4与三号连杆7通过螺纹套筒5连接，一号支架8固定在汽车中控面板上， 二号连杆4及一号连杆6均与所述转向驱动装置转动连接。

进一步地，所述转向电磁离合装置包括一号电磁铁19、一号拨叉17、一号 拨叉复位弹簧18、一号拨叉销16，一号电磁铁19固定在转向电机固定架11上， 一号拨叉17与一号电磁铁19之间连接部分开有滑槽，一号拨叉复位弹簧18位 于转向电机固定架11与一号拨叉17之间，一号拨叉17底端通过转动副与所述 转向驱动装置的转向驱动齿轮12连接，一号拨叉销16转动连接在一号拨叉17 上，一号拨叉17可绕一号拨叉销16定轴转动。

进一步地，所述转向驱动装置还包括角速度传感器9，角速度传感器9连接 在转向电机10前端。

进一步地，所述制动部分包括制动驱动装置及制动电磁离合装置，制动电 磁离合装置固定在制动驱动装置上；所述制动驱动装置包括与减速器一体化的 制动电机30、制动电机固定架22、牙嵌离合器26、钢丝轮24、钢丝轮复位弹 簧23，制动电机固定架22固定在驾驶室下的底盘上，制动电机30固定在制动 电机固定架22上，牙嵌离合器26固定在制动电机30的驱动轴上，钢丝轮24 与牙嵌离合器26啮合并空套在制动电机30的驱动轴上，钢丝轮复位弹簧23紧 压在钢丝轮24上。

进一步地，所述制动电磁离合装置包括二号电磁铁29、二号拨叉复位弹簧 28、二号拨叉27、二号拨叉销25，二号电磁铁29固定在制动电机固定架22上， 二号拨叉27与二号电磁铁29之间连接部分开有滑槽，二号拨叉27底端通过转 动副与所述制动驱动装置的钢丝轮24连接，二号拨叉复位弹簧28位于制动电 机固定架22与二号拨叉27之间，二号拨叉销25转动连接在二号拨叉27上， 二号拨叉可绕二号拨叉销25定轴转动。

进一步地，所述通信模块包括控制器、控制器信号发生器、控制器信号接 收器、转向部分信号发生器、转向部分信号接收器、制动部分信号发生器、制 动部分信号接收器，控制器分别与控制器信号发生器及控制器信号接收器通信 连接，控制器信号发生器同时与转向部分信号接收器及制动部分信号接收器通 信连接，转向部分信号发生器及制动部分信号发生器分别与控制器信号接收器 通信连接。

本发明同时提供一种汽车自动驾驶仪，包括环境感知单元、路径规划单元、 路径跟踪单元、控制单元以及执行机构，所述执行机构包括转向部分、制动部 分、通信模块；环境感知将汽车外部环境即交通状况告知路径规划单元；路径 规划单元计算汽车行驶最佳路径并将汽车行驶最佳路径告知控制单元；控制单 元根据汽车自身速度以及位置姿态等参数，向执行机构的控制部分发送控制指 令；路径跟踪单元根据汽车实际的行驶路径对汽车自动驾驶仪实现反馈控制。

本发明所达到的有益效果是：能够代替驾驶员自主完成驾驶任务，并且能 够在驾驶过程中实现与驾驶员之间的驾驶任务切换，提供更多的驾驶方式选择。 执行单元转向部分与制动部分与控制器采用通信模块联接，在保证数据传输速 度和精度的情况下，便于自动驾驶仪执行机构在车辆上的布置，能够适应不同 类型，不同型号的车辆，具有更强的适应性，且不对原车辆进行改造，不影响 安全气囊的正常使用。且本发明结构简单，便于控制，体积小。另外本发明采 用反馈控制，能够减少系统误差，使车辆按照预定轨迹行驶。

附图说明

图1是转向部分的主视图

图2是转向电机总成的主视图

图3是制动部分的主视图

图4是通信模块框图

其中：1-齿圈，2-一号电机固定夹，3-二号电机固定夹，4-二号连杆，5-螺 纹套筒，6-一号连杆，7-三号连杆，8-一号支架，9-角速度传感器，10-转向电机， 11-转向电机固定架，12-转向驱动齿轮，13-转向驱动齿轮复位弹簧，14-一号弹 簧座，15-一号套筒，16-一号拨叉销，17-一号拨叉，18-一号拨叉复位弹簧，19 一号电磁铁，20-二号套筒，21-二号弹簧座，22-制动电机固定架，23-钢丝轮复 位弹簧，24-钢丝轮，25-二号拨叉销，26-牙嵌离合器，27-二号拨叉，28-二号拨 叉复位弹簧，29-二号电磁铁，30-制动电机，31-底座，32-线位移传感器

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提出的一种汽车自动驾驶仪实施例进行详细描述。

一种汽车自动驾驶仪执行机构，包括转向部分、制动部分、通信模块。

参见图1、图2所示的转向电机总成，转向部分包括固定平台、转向驱动装 置、转向电磁离合装置，固定平台包括二号连杆4、一号支架8、三号连杆7、 一号连杆6、螺纹套筒5、一号电机固定夹2、二号电机固定夹3，转向驱动装 置包括转向电机固定架11、与减速器一体化的转向电机10、转向驱动齿轮12、 转向驱动齿轮复位弹簧13、一号弹簧座14、齿圈1、角速度传感器9、一号套 筒15，转向电磁离合装置包括一号电磁铁19、一号拨叉17、一号拨叉复位弹簧 18、一号拨叉销16。

三号连杆7、一号支架8、一号连杆6依次铰接，一号支架8固定在汽车中 控面板上，二号连杆4与三号连杆7通过螺纹套筒5连接，一号电机固定夹2 与二号连杆4转动连接，二号电机固定夹3与一号连杆6转动连接。转向驱动 装置通过一号电机固定夹2、二号电机固定夹3以转动副与所述固定平台组成平 面四连杆机构，可以对转向驱动装置进行位置调整，螺纹套筒5可以对转向驱 动装置姿态进行微调，使转向部分能够适应不同型号、规格的车辆。转向电磁 离合装置固定在转向驱动装置的转向电机固定架11上。转向电机10固定在转 向电机固定架11上，角速度传感器9连接在转向电机10前端，转向驱动齿轮 12套接在转向电机10的驱动轴上，转向驱动齿轮复位弹簧13一端支撑在一号 弹簧座14上，另一端压紧在转向驱动齿轮12上，齿圈1固定在方向盘上并与 转向驱动齿轮12啮合。一号电磁铁19固定在转向电机固定架11上，一号拨叉 17底端通过转动副和转向驱动齿轮12连接，一号拨叉复位弹簧18位于转向电 机固定架11与一号拨叉17之间，一号拨叉销16转动连接在一号拨叉17上。 一号拨叉17与一号电磁铁19之间连接部分开有滑槽，一号拨叉可相对一号电 磁铁水平运动和上下运动；一号拨叉17与转向驱动齿轮12通过转动副连接， 一号拨叉17可绕一号拨叉销16定轴转动。转向驱动齿轮复位弹簧18贴合在一 号弹簧座上，转向驱动齿轮复位弹簧18使转向驱动齿轮12始终压紧一号拨叉 17。一号电磁铁19断电时，转向驱动齿轮12在转向驱动齿轮复位弹簧18以及 一号拨叉17的作用下处于平衡状态，保持与齿圈1的啮合状态。一号电磁铁19 通电时，在电磁力的作用下，转向驱动齿轮12与齿圈1脱离啮合。

参加图3，制动部分包括制动驱动装置以及与转向部分电磁离合装置类似的 制动电磁离合装置。制动驱动装置包括与减速器一体化的制动电机30、制动电 机固定架22、牙嵌离合器26、钢丝轮24、钢丝轮复位弹簧23、二号弹簧座21、 二号套筒20、线位移传感器32、底座31。制动电磁离合装置包括二号电磁铁 29、二号拨叉复位弹簧28、二号拨叉27、二号拨叉销25。制动电磁离合装置固 定在制动驱动装置上。

制动电机固定架22固定在驾驶室下的底盘上，制动电机30固定在制动电 机固定架22上，牙嵌离合器26固定在制动电机30的驱动轴上，钢丝轮24与 牙嵌离合器26啮合并空套在制动电机30的驱动轴上，钢丝轮复位弹簧23一端 支撑在二号弹簧座21上，另一端紧压在钢丝轮24上。二号电磁铁29固定在制 动电机固定架22上，二号拨叉27通过转动副和钢丝轮24连接，二号拨叉复位 弹簧28位于制动电机固定架22与二号拨叉27之间，二号拨叉销25转动连接 在二号拨叉27上。二号拨叉27与二号电磁铁29之间连接部分开有滑槽，二号 拨叉可相对二号电磁铁水平运动和上下运动；二号拨叉27与钢丝轮24通过转 动副连接，二号拨叉可绕二号拨叉销25定轴转动。钢丝轮复位弹簧23贴合在 二号弹簧座21上，钢丝轮复位弹簧23使钢丝轮24始终压紧二号拨叉27。二号 电磁铁29断电时，钢丝轮24在钢丝轮复位弹簧23以及二号拨叉27的作用下 处于平衡状态，保持与牙嵌离合器26的啮合状态。二号电磁铁29通电时，在 电磁力的作用下，钢丝轮24与牙嵌离合器26脱离啮合。

参见图4所示的通信模块流程图，通信模块包括控制器、控制器信号发生 器、控制器信号接收器、转向部分信号发生器、转向部分信号接收器、制动部 分信号发生器、制动部分信号接收器，控制器分别与控制器信号发生器及控制 器信号接收器通信连接，控制器信号发生器同时与转向部分信号接收器及制动 部分信号接收器通信连接，转向部分信号发生器及制动部分信号发生器分别与 控制器信号接收器通信连接。通信模块用于转向部分、制动部分与控制单元的 双向通信和信号传输。通信模块预留有无线通信端口，其用于向服务器或云端 发送接收数据。

一种汽车自动驾驶仪，包括环境感知单元、路径规划单元、路径跟踪单元、 控制单元以及执行机构，环境感知单元包括雷达、摄像头等传感器。其将汽车 外部环境即交通状况告知路径规划单元。路径规划单元计算汽车行驶最佳路径 并将汽车行驶最佳路径告知控制单元。控制单元根据汽车自身速度以及位置姿 态等参数，向执行机构的控制器发送控制指令。路径跟踪单元能够根据汽车实 际的行驶路径对汽车自动驾驶仪实现反馈控制。执行机构的转向部分包括转向 电机角速度传感器，制动部分还包括线位移传感器，将实际方向盘转角，制动 压力反馈给控制器，进而对汽车自动驾驶仪执行机构进行反馈控制。

以下简要介绍本发明的工作原理：

当路径规划单元根据环境感知单元的数据规划出最佳路径并发送给控制单 元时，控制器根据控制单元的控制指令，控制转向电机10以及制动电机30运 动。当转向电机10在控制器的控制下旋转时，通过减速器减速，使转向驱动齿 轮12旋转，此时转向驱动齿轮12与固定在方向盘上的齿圈1处于啮合状态， 进而带动方向盘旋转。固定在转向电机10上的角速度传感器9将转向电机10 实际的角速度反馈给控制器，进而对转向部分进行反馈控制，使方向盘精确按 照控制单元的控制指令运动。当驾驶员接通电磁离合器的开关后，一号电磁铁 19通电，使一号拨叉17克服一号拨叉复位弹簧18和转向驱动齿轮复位弹簧13 的弹簧力，绕一号拨叉销16定轴转动使转向驱动齿轮12与齿圈1脱离啮合。 进而可人为控制转向。

当控制器接到控制单元的控制指令时，制动电机30在控制器的控制下旋转， 经自带减速器减速后，带动牙嵌离合器26旋转，进而带动与牙嵌离合器26啮 合的钢丝轮24旋转，通过缠绕在钢丝轮24上的钢丝拉动制动踏板运动进而完 成制动动作。当驾驶员接通电磁离合器开关后，二号电磁铁29通电，在电磁力 的作用下，使二号拨叉27克服二号拨叉复位弹簧28和钢丝轮复位弹簧23的弹 簧力，从而绕二号拨叉销25定轴转动。推动钢丝轮24与牙嵌离合器26脱离啮 合。从而人为制动。