农机辅助驾驶用电控转向系统及农机的制作方法

1.本发明涉及电控技术领域，尤其涉及一种农机辅助驾驶用电控转向系统及农机。


背景技术：

2.随着目前导航技术的发展，农机(如拖拉机)作业过程中用到辅助驾驶场景越来越多。现有的农机辅助驾驶多使用电动方向盘控制转向系统，然而电动方向盘控制转向系统加装了方向盘电机，方向盘电机需要电机支架进行固定，因此会加高方向盘高度，影响驾驶员的驾乘体验；且电动方向盘安装结构较为复杂，通过支架的连接容易出现连接间隙，安装难度较大，控制时由电机转动方向管柱，方向管柱带动液压转向器旋转，过程连接件较多会降低转向角度控制精度。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种农机辅助驾驶用电控转向系统及农机。
4.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种农机辅助驾驶用电控转向系统，包括：方向盘操纵机构、转接套件、方向盘转角传感器、电控转向器、前桥转角传感器以及辅助驾驶控制器；所述方向盘操纵机构的方向管柱与所述电控转向器通过所述转接套件齿合传动连接；所述方向盘转角传感器套设在所述转接套件的传动轴上且与所述传动轴齿合传动连接，用于测量方向盘转向角度，所述方向盘转角传感器与所述辅助驾驶控制器电连接；所述前桥转角传感器安装在前桥上且与所述辅助驾驶控制器电连接，用于测量前桥转向角度；所述辅助驾驶控制器与所述电控转向器电连接。
5.本发明的有益效果是：通过转接套件齿合传动连接方向盘操纵机构的方向管柱和电控转向器，实现了方向盘操纵机构与电控转向器之间的动力传输，方向盘转角传感器套设在转接套件的传动轴上且与传动轴齿合传动连接，从而实时测量方向盘转向角度，辅助驾驶控制器可根据方向盘转向角度进行驾驶模式的切换，且在辅助驾驶模式时可根据预设路径和前桥转向角度控制电控转向器工作，从而实现自动转向控制；本发明整体结构简单，各结构连接紧凑，易于安装；且无需加装方向盘电机即可实现辅助驾驶控制，避免了因加装方向盘电机及电机支架导致转向控制系统占用空间大、加高方向盘高度，从而影响驾驶员驾乘体验的情况。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
7.进一步，所述辅助驾驶控制器用于在接收到辅助驾驶激活指令时，进入电控辅助驾驶模式，并记录进入电控辅助驾驶模式时的初始方向盘转向角度。
8.采用上述进一步方案的有益效果是，辅助驾驶控制器在接收到辅助驾驶激活指令时，进入辅助驾驶模式，并记录进入辅助驾驶模式时的方向盘转向角度，为后续判断驾驶员是否越权控制提供判断依据。
9.进一步，所述辅助驾驶控制器用于实时计算当前方向盘转向角度与所述初始方向
盘转向角度的差值，当所述差值大于预设值时，将驾驶模式由电控辅助驾驶模式切换为手动操作驾驶模式，由所述方向盘操纵机构控制所述电控转向器工作。
10.采用上述进一步方案的有益效果是，方向盘转向角度变化值大于预设值时，说明驾驶员此时转动了方向盘，驾驶员需要越权控制车辆，车辆会退出辅助驾驶模式，车辆转向由驾驶员手动操作控制。
11.进一步，所述辅助驾驶控制器还用于在当前方向盘转向角度与所述初始方向盘转向角度的差值小于预设值时，继续保持电控辅助驾驶模式，电控辅助驾驶模式下，根据预设驾驶路径和所述前桥转向角度生成转向控制指令，根据所述转向控制指令控制所述电控转向器工作。
12.采用上述进一步方案的有益效果是，方向盘转向角度变化值小于预设值且持续预设时长时，则说明预设时长时间内驾驶员一直未转动方向盘，此时继续保持辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器按照预定的路径控制电控转向器换向，实现了驾驶模式的智能自动切换，以及电控辅助驾驶模式下转向角度的高精度高可靠性控制。
13.进一步，转接套件包括法兰盘和套管形式的传动轴，法兰盘套设固定在传动轴一端外侧壁上，传动轴内侧壁上设有内花键并通过内花键与方向盘操纵机构的方向管柱啮合，传动轴另一端外侧壁上设有外花键并通过外花键与电控转向器啮合。
14.采用上述进一步方案的有益效果是，通过法兰盘固定传动轴，传动轴设计为内外均带有花键的套管，套管通过内外花键分别与方向管柱和电控转向器齿合传动连接，实现了方向管柱和电控转向器之间的动力传输，且便于安装方向盘转角传感器，实现方向盘转向角度的测量。
15.进一步，所述方向盘转角传感器包括传感器外壳，所述传感器外壳内设置有第一齿轮、第二齿轮和霍尔传感器，所述第一齿轮与所述转接套件传动轴的外花键齿合传动连接。
16.采用上述进一步方案的有益效果是，第一齿轮可以与第二齿轮之间设定不同的齿比，如第一齿轮齿数少，第二齿轮齿数多，就可以将方向盘转角通过齿轮比放大，进而霍尔传感器检测到的齿数多，精度就会增加。
17.进一步，电控转向器采用全液压转向器。
18.采用上述进一步方案的有益效果是，全液压转向器是在普通转向器的基础上增加了电控液动比例转向控制装置，在手动操作驾驶模式下，由方向盘操纵机构控制，在电控辅助驾驶模式下，由辅助驾驶控制器控制。
19.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种农机，包括上述技术方案提供的农机辅助驾驶用电控转向系统。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的农机辅助驾驶用电控转向系统结构示意图；
21.图2为图1中转接套件连接方向管柱和电控转向器的结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供农机辅助驾驶用电控转向系统电路连接图；
23.图4为本发明实施例提供的转接套件结构示意图；
24.图5为本发明施例提供的方向盘转角传感器内部结构示意图；
25.图6为本发明施例提供的方向盘转角传感器侧视图；
26.图7为本发明实施例提供的方向盘转角传感器的内部齿爪与转接套件的传动轴外花键配合示意图；
27.图8为图7中齿爪与外花键齿合处的局部放大图；
28.图9为本发明实施例提供的电控转向器结构示意图；
29.图10为本发明实施例提供的前桥转角传感器采集的转向角度曲线图。
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
31.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
32.图1为本发明实施例提供的农机辅助驾驶用电控转向系统结构示意图。图2为本发明实施例提供农机辅助驾驶用电控转向系统电路连接图。图3为本发明实施例提供农机辅助驾驶用电控转向系统电路连接图。
33.如图1至图3所示，该系统包括：方向盘操纵机构1、转接套件2、方向盘转角传感器3、电控转向器4、前桥转角传感器5以及辅助驾驶控制器；方向盘操纵机构1的方向管柱11与电控转向器4通过转接套件2齿合传动连接；方向盘转角传感器3套设在转接套件2的传动轴上且与传动轴齿合传动连接，用于测量方向盘转向角度；方向盘转角传感器3与辅助驾驶控制器电连接，前桥转角传感器5安装在前桥上且与辅助驾驶控制器电连接，用于测量前桥转向角度；辅助驾驶控制器5与电控转向器4电连接。
34.通过转接套件2齿合传动连接方向盘操纵机构1的方向管柱和电控转向器4,实现了方向盘操纵机构1与电控转向器4之间的动力传输，在手动驾驶模式下，可由方向盘操纵机构1直接控制电控转向器4工作，从而可实现手动转向控制。
35.电控转向器4可以采用全液压转向器。如图9所示，电控转向器4由手动转向模块41和电控转向模块42两部分构成，开启电控辅助驾驶模式时手动转向部分不工作，电控转向部分工作。
36.电控转向模块42包括电控液动比例换向阀421、减压阀422、换向阀423和溢流阀424。电控转向器4的l口接左转向油缸，r口接右转向油缸，p口接液压动力源，t口作为转向
的回油口，ls口在转向时输出液压压力信号。
37.电控液动比例换向阀421有三位，中位时电控转向器4只能通过手动转向控制，另外两位用来控制左右转向油缸的充油。通过电控液动比例换向阀421的精确控制推动换向阀阀芯实现液压压力油流向左右转向油缸；减压阀422提供稳定的液压先导油源保障电控液动比例换向阀能精确控制换向阀阀芯位置，将压力降低为电控液动比例换向阀421所需的压力，利于电控液动比例换向阀的控制；换向阀423用于切断或打开转向时输出的液压信号；溢流阀424用来平衡系统油压，保障系统油压稳定，保证电控转向时的转向压力；以上装置确保液压系统稳定运行。
38.方向盘转角传感器3套设在转接套件2的传动轴上且与传动轴齿合传动连接，从而实时测量方向盘转向角度，方向盘转角传感器3与辅助驾驶控制器电连接，便于辅助驾驶控制器根据方向盘转向角度进行驾驶模式的切换。
39.前桥转角传感器5安装在前桥上且与所述辅助驾驶控制器电连接，用于测量前桥转向角度。前桥转向角度为辅助驾驶控制器控制转向角度提供参考依据，如果前桥实际转向角度超出控制角度，就再往回转，该过程是一个闭环控制过程，辅助驾驶控制器根据前桥转角传感器反馈的实际值和理论值对比，然后决策是不是继续左转或者右转，实现辅助驾驶的精准智能控制。
40.上述实施例提供的农机辅助驾驶用电控转向系统整体结构简单，各结构连接紧凑，无需加装方向盘电机即可实现辅助驾驶控制，避免了因加装方向盘电机导致控制系统占用空间大、加高方向盘高度，从而影响驾驶员驾乘体验的情况。
41.辅助驾驶控制器用于在接收到辅助驾驶激活指令时，进入电控辅助驾驶模式，并记录进入电控辅助驾驶模式时的初始方向盘转向角度，为后续判断驾驶员是否越权控制提供判断依据。
42.辅助驾驶控制器用于当所述方向盘转角变化值大于预设值时，将驾驶模式由电控辅助驾驶模式切换为手动操作驾驶模式；由所述方向盘操纵机构控制所述电控转向器工作。方向盘转角变化值大于预设值时，说明驾驶员此时转动了方向盘，驾驶员需要越权控制车辆，车辆会退出辅助驾驶模式，车辆转向由驾驶员手动操作控制。
43.辅助驾驶控制器还用于当所述方向盘转角变化值小于预设变化值且持续预设时长时，继续保持电控辅助驾驶模式，电控辅助驾驶模式下，根据预设驾驶路径和所述前桥转向角度生成转向控制指令，根据所述转向控制指令控制所述电控转向器工作。方向盘转角变化值小于预设值且持续预设时长时，则说明预设时长时间内驾驶员一直未转动方向盘，此时自动进入辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器按照预定的路径控制电控转向器换向，实现了驾驶模式的智能自动切换，以及电控辅助驾驶模式下转向角度的高精度高可靠性控制，控制精度直线度可以达到
±
2.5cm。
44.可选地，在一个实施例中，如图4所示，转接套件2包括法兰盘21和套管形式的传动轴22，法兰盘21套设固定在传动轴22一端外侧壁上，传动轴22内侧壁上设有内花键并通过内花键与方向管柱啮合，传动轴另一端外侧壁上设有外花键并通过外花键与电控转向器4啮合。通过法兰盘21固定传动轴22，传动轴22设计为内外均带有花键的套管，套管通过内外花键分别与方向盘操纵机构1的方向管柱和电控转向器4齿合传动连接，实现了方向盘操纵机构1和电控转向器4之间的动力传输，且便于安装方向盘转角传感器，实现方向盘转向角
度的测量。
45.如图5至图8所示，方向盘转角传感器3包括传感器外壳，所述传感器外壳内设置有第一齿轮、第二齿轮和霍尔传感器，所述第一齿轮与所述传动轴的外花键齿合传动连接。转动方向盘时方向盘操纵机构1的方向管柱通过转接套件2的外花键拨动第一齿轮，第一齿轮带动第二齿轮旋转。方向盘转角传感器3安装在转接套件2和电控转向器4之间，方向盘转角传感器3的内部的齿爪与转接套件2下方的花键配合，在方向盘操纵机构1的方向管柱转动时带动方向盘转角传感器3内部齿轮的转动，内部霍尔传感器通过检测转过的齿数转化为角度传递至辅助驾驶控制器。方向盘转角传感器3的外壳31主要用来安装第一齿轮32、第二齿轮33和霍尔传感器34；第一齿轮32和第二齿轮33之间齿轮外啮合，霍尔传感器34的检测触点和第二齿33轮之间的间隙控制由不同霍尔传感器的特性决定，一般为0.5mm-1.5mm。
46.方向管柱转动时带动方向盘转角传感器3内部第一齿轮32转动，第一齿轮32带动第二齿轮33转动，内部霍尔传感器34检测第二齿轮齿轮33转过的齿数，并将齿数转化为角度传递至辅助驾驶控制器。
47.如图10所示，前桥转角传感器5输出信号1和信号2，辅助驾驶控制器对两路信号进行对比，确保测量准确。前桥转角传感器5根据转向角度会输出对应的电压信号，目前传感器可以覆盖左右转向75
°
。
48.本发明实施例提供的农机辅助驾驶用电控转向系统的工作原理如下：
49.1.当进入辅助驾驶时，辅助驾驶控制器会记录此时方向盘转角的数值，随后辅助驾驶控制器会计算设定的时间间隔内方向盘转角传感器的变化值，为了防止出现误判驾驶员意图，一般会设置一个方向盘转角变化值，转角变化值为现在的转向角度值与进入辅助驾驶时角度的差值，如果变化值大于设定值则说明驾驶员此时转动了方向盘，此时驾驶员需要越权控制车辆，车辆会退出辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器不控制电控液动比例换向阀，电控液动比例换向阀处于中位，车辆转向由驾驶员手动控制。
50.2.在辅助驾驶模式下，辅助驾驶控制器会计算设定的时间间隔内方向盘转角传感器的变化值，如果变化值小于设定值则说明驾驶员此时未转动方向盘，此时会继续保持辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器按照预定的路径控制电控液动比例换向阀换向，实现左转或右转。
51.3.在辅助驾驶模式时，辅助驾驶控制器会根据路径变化实时调控转向角度，前桥转向角度传感器为角度的调控提供参考及当前转向角度的反馈，驾驶过程中如果前桥转角传感器的转向角度反馈数值大于辅助驾驶控制器预设值则表示转向过度，辅助驾驶控制器会控制电控液动比例换向阀往相反方向运动；驾驶过程中如果前桥转角传感器的转向角度反馈数值小于辅助驾驶控制器预设值则表示转向不足，辅助驾驶控制器会控制电控液动比例换向阀继续动作；驾驶过程中如果前桥转角传感器的转向角度反馈数值等于辅助驾驶控制器预设值则表示转向满足要求，辅助驾驶控制器会控制电控液动比例换向阀在中位。
52.4.在辅助驾驶模式时，驾驶员任何时刻均可越权转向，当越权转向激活时车辆会退出辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器控制电控液动比例换向阀处于中位，车辆转向由驾驶员手动控制,当方向盘转角传感器数值在设定的时间间隔内的变化值小于设定值时，辅助驾驶控制器会再次进入辅助驾驶。
53.5.辅助驾驶模式的激活需要单独的指令或者开关给辅助驾驶控制器提供指令，一
旦驾驶员取消辅助驾驶模式，辅助驾驶控制器控制电控液动比例换向阀处于中位，车辆转向由驾驶员手动控制。
54.本发明实施例提供一种农机，包括上述实施例提供的农机辅助驾驶用电控转向系统。农机可以为拖拉机、收获机和插秧机等。
55.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。