一种电传改装系统、其安装方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种电传改装系统、其安装方法及车辆。

背景技术

目前大部分的无人驾驶车辆都是基于新研发生产的线控底盘进行设计的，即转向系统实际与车辆的前轮之间无实际的机械结构连接，而是通过传感器来获取转向角度并通过车机控制单独的伺服电机系统控制转向机进行方向的调节。同样车辆的加速和制动系统也是通过传感器获取加速幅度和制动力矩并控制对应的电控系统进行加减速。现有技术中，在传统的机械传动控制的汽油发动机车辆上进行电传操纵系统的改装时，需要在车辆的方向盘、转向柱甚至是转向机等部件上进行破拆，并安装一套外力传动作用的伺服控制电机来实现方向的调节。然而，方向盘、转向柱等原有结构被破坏，属于非法改装；由于方向盘上安装了巨大的转向伺服控制器后已经无法同时兼顾人工常规的驾驶方案，导致车辆失去了原有的驾驶功能，一旦遥控信号丢失或者无人驾驶系统失控，则没有紧急人工制动的可能，造成巨大的交通事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电传改装系统、其安装方法及车辆，无损改装，能够实现人工模式与电传控制模式切换，不影响原有的人工驾驶功能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种电传改装系统，车辆包括转向系统、制动踏板、离合踏板和油门踏板，所述转向系统包括方向盘、转向柱、下花键、万向节、转向机和转向助力电机，所述万向节和所述转向柱通过所述下花键连接，其特征在于，电传改装系统包括：

角度传感器单元，包括第一电位器和传动组件，所述第一电位器设于转向柱，所述传动组件的输入端连接于所述下花键，输出端连接于所述第一电位器的出轴，所述角度传感器单元用于采集所述方向盘的角度；

单刀双掷继电器，一个输入端连接所述转向柱的电脑驱动器的端子，另一个输入端连接第一外驱动器的端子，输出端连接所述转向助力电机的端子；

三个单向驱动装置，分别与所述制动踏板、所述离合踏板和所述油门踏板对应驱动连接；

卫星定位系统和雷达；

控制装置，所述角度传感器单元、所述单刀双掷继电器、所述单向驱动装置、所述卫星定位系统和所述雷达均与所述控制装置通讯连接。

在一些可能的实施方式中，所述电传改装系统还包括安装支架，所述安装支架安装于所述转向柱，所述第一电位器安装于所述安装支架。

在一些可能的实施方式中，所述传动组件包括第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，所述同步带绕设于所述第一同步带轮和所述第二同步带轮，所述第一同步带轮套设且固定于所述下花键，且设于所述万向节和所述转向柱之间的间隙内，所述第二同步带轮套设于所述第一电位器的出轴。

在一些可能的实施方式中，所述第一电位器的转动圈数为十圈。

在一些可能的实施方式中，所述角度传感器单元正投影于所述转向柱末端且不超出所述转向柱末端的范围，所述第一同步带轮和所述第二同步带轮的传动比为i，其中0.3i≤1。

在一些可能的实施方式中，所述单向驱动装置包括钢丝拉线、带有第二电位器的电动撑杆和第二外驱动器，所述钢丝拉线连接所述电动撑杆的输出端，所述第二外驱动器和所述电动撑杆电连接，所述第二外驱动器和所述第二电位器分别与所述控制装置通信连接。

在一些可能的实施方式中，所述车辆包括行车电脑，所述行车电脑与所述控制装置通讯连接。

在一些可能的实施方式中，所述控制装置还包括储存模块，所述储存模块用于储存数据。

第二方面，提供一种上述的电传改装系统的安装方法，包括：

安装角度传感器单元时，包括：方向盘和第一电位器分别置中，传动组件连接所述方向盘和所述第一电位器；

安装单刀双掷继电器时，包括：

将转向助力电机的三相端子与电脑驱动器的三相端子断开；

将所述电脑驱动器的三相端子用电线延出；

将三个所述单刀双掷继电器分别连接所述转向助力电机、所述电脑驱动器和第一外驱动器；

测试所述转向助力电机的转向方向是否与车辆的转向方向一致，如果不一致，则将三个单刀双掷继电器分别与所述转向助力电机、所述电脑驱动器和第一外驱动器重新连接。

第三方面，提供一种车辆，转向系统、制动踏板、离合踏板和油门踏板，所述转向系统包括方向盘、转向柱、下花键、万向节、转向机和转向助力电机，所述万向节和所述转向柱通过所述下花键连接，所述车辆还包括上述的电传改装系统。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种电传改装系统、其安装方法及车辆，无损加装角度传感器单元、单向驱动装置，通过角度传感器单元对车辆转向控制角度进行采集，配合车辆原有助力系统，实现了电传方向的精准控制。通过单向驱动装置对离合踏板、油门踏板和制动踏板实现精准电传控制。在不破坏原有结构和电路的前提下，加装转向助力系统的第一外驱动器和单刀双掷继电器，将单刀双掷继电器与第一外驱动器和转向助力电机的连接，可以切换至电传控制模式也可以切换至人工驾驶模式。车辆采用上述电传改装系统，通过控制装置能够实现人工模式与电传控制模式切换，不影响原有的人工驾驶功能。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的转向系统的示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的转向系统的部分示意图；

图3是本发明的具体实施方式提供的角度传感器单元安装于转向系统的示意图；

图4是本发明的具体实施方式提供的角度传感器单元安装于转向系统的爆炸图；

图5是本发明的具体实施方式提供的单向驱动装置与制动踏板连接的示意图；

图6是本发明的具体实施方式提供的电传改装系统的示意图。

图中：

100、转向系统；101、方向盘；102、转向柱；103、下花键；104、万向节；105、转向机；106、转向助力电机；200、制动踏板；300、电脑驱动器；

1、角度传感器单元；11、第一电位器；12、传动组件；121、第一同步带轮；122、第二同步带轮；123、同步带；13、安装支架；131、圆柱；132、平板；133、螺丝；

2、单刀双掷继电器；

3、单向驱动装置；31、钢丝拉线；32、电动撑杆；33、第二外驱动器；

4、控制装置；

5、卫星定位系统；

6、雷达；

7、第一外驱动器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种车辆，如图1-图6所示，包括转向系统100、制动踏板200、离合踏板和油门踏板，转向系统100包括方向盘101、转向柱102、下花键103、万向节104、转向机105和转向助力电机106，万向节104和转向柱102通过下花键103连接，车辆还包括电传改装系统。本实施例还提供了一种电传改装系统，包括角度传感器单元1、单刀双掷继电器2、三个单向驱动装置3、卫星定位系统5、雷达6和控制装置4；角度传感器单元1包括第一电位器11和传动组件12，第一电位器11设于转向柱102，传动组件12的输入端连接于下花键103，输出端连接于第一电位器11的出轴，角度传感器单元1用于采集方向盘101的角度；单刀双掷继电器2的一个输入端连接转向柱102的电脑驱动器300的端子，另一个输入端连接第一外驱动器7的端子，输出端连接转向助力电机106的端子；三个单向驱动装置3分别与制动踏板200、离合踏板和油门踏板对应驱动连接；角度传感器单元1、单刀双掷继电器2、单向驱动装置3、卫星定位系统5和雷达6均与控制装置4通讯连接。

车辆采用上述电传改装系统，包括如下操作步骤：

准备工作：控制装置4向两个单向驱动装置3发送信号，两个单向驱动装置3分别驱动离合踏板和制动踏板200置于踩下状态；

换挡：手动挡车人工换挡前进或后退，自动挡车自动换挡前进或后退；

人工切换至电传控制模式：通过控制装置4控制单刀双掷继电器2，切换至使第一外驱动器7与转向助力电机106导通，即实现第一外驱动器7驱动转向助力电机106；

进入电传控制模式：

控制装置4向两个单向驱动装置3发送信号，两个单向驱动装置3分别驱动离合踏板和制动踏板200置于上抬状态，车辆开始行进；

根据预设程序或遥控向第一外驱动器7发送信号，第一外驱动器7控制转向助力电机106向一个方向转动，使方向盘101的转向并转动；第一电位器11通过传动组件12与下花键103连接，从而第一电位器11采集方向盘101的转动角度，当达到预设角度时，则第一电位器11向控制装置4反馈信号，控制转向助力电机106停止驱动方向盘101转动，车辆按方向盘101的转向控制车辆行进。

行驶过程中，如果出现如障碍物等异常，如果雷达6发现前方有障碍物，则雷达6向控制装置4反馈信号，控制装置4向单向驱动装置3发送信号，进行制动。

电传控制模式结束时，人工或自动控制单刀双掷继电器2，切换至使电脑驱动器300与转向助力电机106导通，即实现原车的电脑驱动器300驱动转向助力电机106；

进入人工驾驶模式，之后人工接管方向盘101、制动踏板200和离合踏板，不再赘述。

控制装置4中预设回中程序，当切换至电传控制模式后，方向盘101和第一电位器11均回中，以提高后续第一电位器11检测方向盘101转动角度的精度。

通过控制三套单刀双掷继电器2的同步切换，即可实现电传控制与原始人工驾驶模式的切换，不影响原有的人工驾驶功能。通过卫星定位系统5接入电传控制的如单片机等控制装置4，可实现行驶任务的规划，通过激光或超声波雷达6可对障碍物进行感知和规避。

在不破坏原有结构和电路的前提下，加装针对C型电动助力转向（C-EPS）即转向助力电机106在方向柱上，P型电动助力转向（P-EPS）即为转向助力电机106在横置的转向机105上，转向助力电机106的第一外驱动器7即无刷外驱动器。具体地，转向助力电机106多为带编码器的三相直流无刷电机，因编码器的协议未知，则在改装时不接入编码器，将助力电机视为无感电机使用，第一外驱动器7采用PWM控制的直流无刷电机宽电压输入的变频驱动器，额定输入电压为DC12-24V。

如图6所示，将原有的转向助力电机106与电脑驱动器300之间的三相端子断开，将原有电脑驱动器300的三相端子用50A电线分别延出并分别与单刀双掷继电器2一组通断输入端连接。将该组的通断输出端接回转向助力电机106对应的三相端子。将单刀双掷继电器2另一组通断输入端分别与第一外驱动器7的三相输入端连接，连接后测试电机的控制转向方向应与车辆转向方向一致，如不一致，则第一外驱动器7三相线中任意两条线换相即可。转向助力电机106包括U、V、W三相端子，因此通过三个单刀双掷继电器2进行连接。

无损加装角度传感器单元1、单向驱动装置3，通过角度传感器单元1对车辆转向控制角度进行采集，配合车辆原有助力系统，实现了电传方向的精准控制。通过单向驱动装置3对离合踏板、油门踏板和制动踏板200实现精准电传控制。

切换至电传控制模式时，控制装置4可以通过预设程序进行自动驾驶，也可以通过遥控控制进行遥控驾驶，切换至人工驾驶模式时，进行人工驾驶，即同一车辆上能够实现三种驾驶模式。

在一种实施例中，如图3和图4所示，电传改装系统还包括安装支架13，安装支架13安装于转向柱102，第一电位器11安装于安装支架13，实现第一电位器11与转向柱102连接。

在一种实施例中，传动组件12包括第一同步带轮121、第二同步带轮122和同步带123，同步带123绕设于第一同步带轮121和第二同步带轮122，第一同步带轮121套设且固定于下花键103，且设于万向节104和转向柱102之间的间隙内，第二同步带轮122套设于第一电位器11的出轴，从而实现第一电位器11与下花键103有对应传动关系，第一电位器11采集方向盘101的数据。

进一步地，第一同步带轮121的厚度较小，根据万向节104和转向柱102之间的间隙进行设置，假如间隙过小时，可在不影响万向节104的功能和转向柱102的功能的情况下去除一部分万向节104或转向柱102端部结构，以安装第一同步带轮121。

方向盘101常规转向最大角度为两侧各一圈半，在一种实施例中，第一电位器11的转动圈数为十圈，以避免超过电位器的最大限位。在一种实施例中，角度传感器单元1正投影于转向柱102末端且不超出转向柱102末端的范围，第一同步带轮121和第二同步带轮122的传动比为i，其中0.3i≤1。方向盘101常规转向最大角度为两侧各±540°，第一电位器11电压值为0-5V，安装时将方向盘101置中，电位器置中阻值为2.5V，将第一同步带轮121和第二同步带轮122用同步带123连接好，并锁紧第一电位器11位置。方向盘101向一侧转动1.5圈时，传动组件12带动的第一电位器11转动圈数小于5圈，未超过第一电位器11最大的旋转圈数限制。测得方向盘101两侧转动到限位时电位器两侧的电压值，设置为对应的电压和角度最大最小对应量。在一种实施例中，第一同步带轮121的齿数为70齿，在转向柱102下端开设有螺纹孔，安装支架13包括圆柱131、平板132和螺丝133、螺丝133穿过平板132和圆柱131并安装在螺纹孔上，实现安装支架13安装在转向柱102上，安装支架13用于安装圈数为10圈的5K电位器，第一电位器11上安装24齿的第二同步带轮122，同步轮减速比约为2.92。传动组件12带动的第一电位器11转动圈数为4.38圈，小于5圈，未超过第一电位器11最大的旋转圈数限制。

在一种实施例中，如图5所示，单向驱动装置3包括钢丝拉线31、带有第二电位器的电动撑杆32和第二外驱动器33，钢丝拉线31连接电动撑杆32的输出端，第二外驱动器33和电动撑杆32电连接，第二外驱动器33和第二电位器分别与控制装置4通信连接。通过电动撑杆32的伸缩控制三个踏板的行程。电动撑杆32采用直流有刷驱动装置PWM信号控制伸缩；通过第二电位器的阻值变化获得行程量的数值采样；离合踏板、刹车踏板、油门踏板通过钢丝拉线31连接，实现了柔性连接，在三个踏板的电撑杆全部放松后，由于使用了软质钢丝单向拉动，则电传模式下人工可随时踩下制动和离合踏板，实现人为制动。如果人在车上时，车辆传感器未发现前方障碍物或者人为主观要刹车急停状态下，可以人为超越自动控制系统直接踩下制动踏板200和离合踏板进行制动，即人工制动控制保持优先。图5中，实线结构为踏板上抬状态，虚线为踏板踩下状态。

在一种实施例中，车辆包括行车电脑，行车电脑与控制装置4通讯连接。对CVT无极变速、AT自动档变速箱、双离合自动挡变速箱等的车辆可接入行车电脑（ElectronicControl Unit，ECU），以获取档位状态，手动档部分变速箱可接入ECU通过车速和发动机转速虚拟计算获知档位状态。也可通过倒车灯的通断获知是否为倒车状态，用以配合自动驾驶任务的控制。

在一种实施例中，控制装置4还包括储存模块，储存模块用于储存数据。自动驾驶控制系统具备示教存储功能，可将示教动作中的路线数据、方向角数据、速度数据、踏板行程数据等按时间进行记录并可回溯，回溯程序可自动控制车辆按照示教动作演示并完成示教的实际行驶、驾驶动作的示范。

在一种实施例中，在车辆安装多角度图像采集和回传设备后，可通过远程模拟驾驶舱进行实时远程遥控驾驶。

本实施例还提供了一种电传改装系统的安装方法，包括以下步骤：

S100：安装角度传感器单元1时，包括：

方向盘101和第一电位器11分别置中，传动组件12连接方向盘101和第一电位器11，从而保证方向盘101驱动第一电位器11的转动圈数不超过第一电位器11最大的旋转圈数，保证了第一电位器11使用可靠性。

S200：安装单刀双掷继电器2时，包括：

S201：将转向助力电机106的三相端子与电脑驱动器300的三相端子断开；

S202：将电脑驱动器300的三相端子用电线延出；

S203：将三个单刀双掷继电器2分别连接转向助力电机106、电脑驱动器300和第一外驱动器7；

S204：测试转向助力电机106的转向方向是否与车辆的转向方向一致，如果不一致，则将三个单刀双掷继电器2分别与转向助力电机106、电脑驱动器300和第一外驱动器7重新连接，从而保证转向助力电机106的转向与车辆的转向一致。

上述电传改装系统，主要应用于将传统手动档或自动档的汽油发动机车辆无损升级改装为遥控或者自动驾驶控制，并可通过程序编程进行自动行驶，且遥控、自动驾驶状态和人工驾驶模式可随时切换，在遥控、自动驾驶状态下，人工仍可对车辆进行制动。此项技术主要应用于无人运输、战场机动以及驾驶示范教学等领域。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。