CN111674458A - 一种冗余机构线控转向装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种冗余机构线控转向装置和控制方法，冗余机构线控转向装置包括转向盘；路感模拟器，包括：两个互为冗余的第一驱动电机和第二驱动电机，均与所述转向盘传动连接；两个互为冗余且相互通讯连接的第一控制器和第二控制器；第一传感器；转向执行器，包括：转向执行件，能够与汽车的轮胎连接；两个互为冗余的第三驱动电机和第四驱动电机，均与所述转向执行件传动连接；两个互为冗余且相互通讯连接的第三控制器和第四控制器；第二传感器；所述第一控制器能够与所述第三控制器通讯连接，所述第二控制器能够与所述第四控制器通讯连接。本发明能够防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶。

Description

一种冗余机构线控转向装置和控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种冗余机构线控转向装置和控制方法。

背景技术

近年来，汽车智能化控制已经成为行业热点，底盘智能化的要求越来越高。线控转向技术与自动驾驶技术融合度高、结构集约化设计、被动安全性好、转向角传比可变等优点而被关注，该技术已经成为转向技术趋势。

但现有技术中，线控转向系统中的一些电子部件没有进行冗余设置，当车辆在行驶过程中，容易因没有进行冗余设置的电子部件单点失效而造成的整车转向失效，甚至会影响到车辆的安全驾驶。

因此，需要一种冗余机构线控转向装置和控制方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冗余机构线控转向装置和控制方法，对线控转向系统中的电子部件进行全冗余设计，从而有效防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种冗余机构线控转向装置，包括转向盘，还包括：

路感模拟器，包括：

两个互为冗余的第一驱动电机和第二驱动电机，均与所述转向盘传动连接；

两个互为冗余且相互通讯连接的第一控制器和第二控制器，所述第一控制器与所述第一驱动电机电连接，所述第二控制器与所述第二驱动电机电连接，所述第一控制器能够控制所述第一驱动电机施加在所述转向盘上的力矩，所述第二控制器能够控制所述第二驱动电机施加在所述转向盘上的力矩；

第一传感器，所述第一传感器分别与所述第一控制器和第二控制器通讯连接，所述第一传感器能够采集汽车转向的扭矩和转角信号；

转向执行器，包括：

转向执行件，能够与汽车的轮胎连接；

两个互为冗余的第三驱动电机和第四驱动电机，均与所述转向执行件传动连接；

两个互为冗余且相互通讯连接的第三控制器和第四控制器，所述第三控制器与所述第三驱动电机电连接，所述第四控制器与所述第四驱动电机电连接，所述第三控制器能够通过控制所述第三驱动电机控制所述转向执行件实现转向，所述第四控制器能够通过控制所述第四驱动电机控制所述转向执行件实现转向；

第二传感器，所述第二传感器分别与所述第三控制器和所述第四控制器通讯连接，所述第二传感器能够采集汽车转向的转角信号；

所述第一控制器能够与所述第三控制器通讯连接，所述第二控制器能够与所述第四控制器通讯连接。

可选地，还包括网关，所述网关分别与所述第一控制器、所述第二控制器、所述第三控制器和所述第四控制器通讯连接。

可选地，还包括互为冗余的第一点火器和第二点火器，所述第一点火器分别与所述第一控制器和所述第三控制器连接，所述第二点火器分别与所述第二控制器和所述第四控制器连接。

可选地，还包括互为冗余的第一电源和第二电源，所述第一电源分别与所述第一控制器和所述第三控制器电连接，所述第二电源分别与所述第三控制器和所述第四控制器电连接。

可选地，所述第一传感器为扭矩转角传感器。

可选地，所述第二传感器为转角传感器。

一种冗余机构线控转向装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、第一控制器接收第一传感器采集的汽车转向的扭矩转角信号扭矩和转角信号，接收网关转发的车速信号，接收第三控制器发出的第三驱动电机输出的扭矩信号和转角信号，第二控制器接收所述第一传感器采集的汽车转向的所述扭矩转角信号扭矩和转角信号，；接收所述网关转发的车速信号，接收第四控制器发出的第四驱动电机输出的扭矩信号和转角信号；

S2、第三控制器接收第二传感器采集的汽车转向的转角信号，接收所述第一控制器发的转角请求信号，第四控制器接收所述第二传感器采集的汽车转向的所述转角信号，接收所述第二控制器发的转角请求信号；

S3、所述第一控制器根据所述扭矩转角信号扭矩和转角信号、所述车速信号、所述第三驱动电机输出的所述扭矩信号和所述转角信号和所述转角信号计算得到施加在转向盘上的转向反向力矩，所述第二控制器根据所述扭矩转角信号扭矩和转角信号、所述车速信号、所述第四驱动电机输出的所述扭矩信号和所述转角信号和所述转角信号计算得到施加在所述转向盘上的转向反向力矩；

S4、所述第一控制器和所述第二控制器相互通讯校验；

S5、所述第一控制器根据校验结果控制第一驱动电机，所述第二控制器根据校验结果控制第二驱动电机，同步输出力矩作用在所述转向盘上；

S6、所述第三控制器根据所述转角信号和所述扭矩转角信号所述第一控制器发的转角请求信号，计算得到施加在转向执行件的转向助力力矩，所述第四控制器根据所述转角信号和所述扭矩转角信号所述第二控制器发的转角请求信号，计算得到施加在所述转向执行件的转向助力力矩；

S7、所述第三控制器和所述第四控制器相互通讯校验；

S8、所述第三控制器根据校验结果控制第三驱动电机，所述第四控制器根据校验结果控制第四驱动电机，同步输出力矩作用在所述转向执行件上。

可选地，当所述第一控制器或所述第二控制器无法接收所述扭矩转角信号扭矩和转角信号和所述转角信号时，所述第一控制器和所述第二控制器通过相互通讯校验实现所述第一驱动电机和所述第二驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在所述转向盘上。

可选地，当所述第三控制器或所述第四控制器无法接收所述扭矩转角信号扭矩和转角信号和所述第一控制器发出的转角请求信号转角信号时，所述第三控制器和所述第四控制器通过相互通讯校验实现所述第三驱动电机和所述第四驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在所述转向执行件上。

可选地，当所述第一控制器或或者所述第一驱动电机无法工作时，所述第二控制器能够控制所述第二驱动电机正常工作，输出力矩作用在所述转向盘上。

本发明的有益效果：

本发明所提供的一种冗余机构线控转向装置，通过设置路感模拟器和转向执行器，其中，路感模拟器包括互为冗余的第一驱动电机和第二驱动电机，以及互为冗余且能够分别控制第一驱动电机和第二驱动电机的第一控制器和第二控制器，以及第一传感器分别与第一控制器和第二控制器连接；转向执行器包括互为冗余的第三驱动电机和第四驱动电机，以及互为冗余且能够分别控制第三驱动电机和第四驱动电机的第三控制器和第四控制器，以及第二传感器分别与第三控制器和第四控制器连接，通过对线控转向系统中的电子部件进行全冗余设计，从而有效防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶。

本发明还提供了一种冗余机构线控转向装置的控制方法，第一控制器根据校验结果控制第一驱动电机，第二控制器根据校验结果控制第二驱动电机，同步输出力矩作用在转向盘上；第三控制器根据校验结果控制第三驱动电机，第四控制器根据校验结果控制第四驱动电机，同步输出力矩作用在转向执行件上，通过对线控转向系统中的电子部件进行全冗余设计，从而有效防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶。

附图说明

图1是本发明一种冗余机构线控转向装置的原理图；

图2是本发明一种冗余机构线控转向装置的示意图。

图中：

1-转向盘；2-路感模拟器；21-第一控制器；22-第一驱动电机；23-第一传感器；3-转向执行器；31-第三控制器；32-第三驱动电机；33-第二传感器；4-第一点火器；5-网关；6-第一电源；7-第二电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。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。

实施例一

为了有效防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶，如图1-图2所示，本发明提供一种冗余机构线控转向装置，包括转向盘1、路感模拟器2和转向执行器3。

其中，路感模拟器2包括：两个互为冗余的第一驱动电机22和第二驱动电机，均与转向盘1传动连接；两个互为冗余且相互通讯连接的第一控制器21和第二控制器，第一控制器21与第一驱动电机22电连接，第二控制器与第二驱动电机电连接，第一控制器21能够控制第一驱动电机22施加在转向盘1上的力矩，第二控制器能够控制第二驱动电机施加在转向盘1上的力矩；第一传感器23，第一传感器23分别与第一控制器21和第二控制器通讯连接，第一传感器23能够采集汽车转向的扭矩和转角信号。

转向执行器3包括：转向执行件，能够与汽车的轮胎连接；两个互为冗余的第三驱动电机32和第四驱动电机，均与转向执行件传动连接；两个互为冗余且相互通讯连接的第三控制器31和第四控制器，第三控制器31与第三驱动电机32电连接，第四控制器与第四驱动电机电连接，第三控制器31能够通过控制第三驱动电机32控制转向执行件实现转向，第四控制器能够通过控制第四驱动电机控制转向执行件实现转向；第二传感器33，第二传感器33分别与第三控制器31和第四控制器通讯连接，第二传感器33能够采集汽车转向的转角信号；第一控制器21能够与第三控制器31通讯连接，第二控制器能够与第四控制器通讯连接。

通过设置路感模拟器2和转向执行器3，其中，路感模拟器2包括互为冗余的第一驱动电机22和第二驱动电机，以及互为冗余且能够分别控制第一驱动电机22和第二驱动电机的第一控制器21和第二控制器，以及第一传感器23分别与第一控制器21和第二控制器连接；转向执行器3包括互为冗余的第三驱动电机32和第四驱动电机，以及互为冗余且能够分别控制第三驱动电机32和第四驱动电机的第三控制器31和第四控制器，以及第二传感器33分别与第三控制器31和第四控制器连接，通过对线控转向系统中的电子部件进行全冗余设计，从而有效防止电子部件单点失效而造成的整车转向失效，保证车辆能够安全行驶。

进一步地，冗余机构线控转向装置还包括网关5，网关5分别与第一控制器21、第二控制器、第三控制器31和第四控制器通讯连接。通过网关5提供公共通讯，使得第一控制器21、第二控制器、三控制器和第四控制器的信号实现互通，保证路感模拟器2和转向执行器3之间通过信号联系，使得车辆在转向时能够模拟反映现实的转向情况。

进一步地，冗余机构线控转向装置还包括互为冗余的第一点火器4和第二点火器，第一点火器4分别与第一控制器21和第三控制器31连接，第二点火器分别与第二控制器和第四控制器连接。通过设置两路点火器保证即使其中一路出现问题，另一路仍能够正常控制，保证路感模拟器2和转向执行器3能够正常工作，从而保证行车安全。

进一步地，冗余机构线控转向装置还包括互为冗余的第一电源6和第二电源7，第一电源6分别与第一控制器21和第三控制器31电连接，第二电源7分别与第三控制器31和第四控制器电连接。通过设置两路电源，保证冗余机构线控转向装置能够正常工作。

进一步地，第一传感器23为扭矩转角传感器。用于采集扭矩和转角信号，并将信号传递至第一控制器21和第二控制器，第二传感器33为转角传感器，能够采集汽车转向过程中所需转角并传递至第三控制器31和第四控制器。

实施例二

本实施例提供了一种冗余机构线控转向装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、第一控制器21接收第一传感器23采集的汽车转向的扭矩和转角信号，接收网关转发的车速信号，接收第三控制器发出的第三驱动电机(32)输出的扭矩信号和转角信号，第二控制器接收第一传感器23采集的汽车转向的扭矩和转角信号，接收网关转发的车速信号，接收第四控制器发出的第四驱动电机输出的扭矩信号和转角信号；

S2、第三控制器31接收第二传感器33采集的汽车转向的转角信号，接收第一控制器21发的转角请求信号，第四控制器接收第二传感器33采集的汽车转向的转角信号，接收第二控制器发的转角请求信号；

S3、第一控制器21根据扭矩和转角信号、车速信号、第三驱动电机32输出的扭矩信号和转角信号计算得到施加在转向盘1上的转向反向力矩，第二控制器根据扭矩和转角信号、第四驱动电机输出的扭矩信号和转角信号计算得到施加在转向盘1上的转向反向力矩；

S4、第一控制器21和第二控制器相互通讯校验；

S5、第一控制器21根据校验结果控制第一驱动电机22，第二控制器根据校验结果控制第二驱动电机，同步输出力矩作用在转向盘1上；

S6、第三控制器31根据转角信号和扭矩和转角信号、第一控制器发的转角请求信号计算得到施加在转向执行件的转向助力力矩，第四控制器根据转角信号和扭矩和转角信号、第二控制器发的转角请求信号计算得到施加在转向执行件的转向助力力矩；

S7、第三控制器31和第四控制器相互通讯校验；

S8、第三控制器31根据校验结果控制第三驱动电机32，第四控制器根据校验结果控制第四驱动电机，同步输出力矩作用在转向执行件上。

进一步地，当第一控制器21无法接收扭矩和转角信号、车速信号和转角信号时，第一控制器21和第二控制器通过相互通讯校验实现第一驱动电机22和第二驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在转向盘1上。同理当第二控制器无法接收扭矩和转角信号、车速信号和转角信号时，通过与第一控制器21通讯保证第一驱动电机22和第二驱动电机正常工作。

进一步地，当第三控制器31无法接收扭矩和转角信号和第一控制器发出的转角请求信号时，第三控制器31和第四控制器通过相互通讯校验实现第三驱动电机32和第四驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在转向执行件上。同理当第四控制器无法接收扭矩和转角信号和第二控制器发出的转角请求信号，通过与第三控制器31通讯，保证第三驱动电机32和第四驱动电机正常工作。

进一步地，当第一驱动电机22无法工作时，第二控制器能够控制第二驱动电机正常工作，输出力矩作用在转向盘1上。

转向执行器3的第三控制器31和第四控制器根据路感模拟器2外发的转角信号进行转角跟随控制，跟随目标转角实现转向控制。路感模拟器2的第一控制器21和第二控制器根据网关5转发的车速信号、转向执行器3种第三驱动电机32和第四驱动电机输出的力矩信号，计算转向盘1的转向力矩，并根据转向执行器3的转角信号、转向执行器3输出力矩信号模拟路感激励，路感与转向手力叠加后通过路感模拟器2的电机输出反向力矩，模拟转向手力和手感；当外部信号发生单点失效，路感模拟器2和转向执行器3均可以根据一路信号通过各自内部私有通讯进行信息交互，保证两路正常工作。当路感模拟器2或转向执行器3的内部信号单点失效，另一路均可以正常工作，保证转向安全。

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。

Claims (10)

1.一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，包括转向盘(1)，还包括：

路感模拟器(2)，包括：

两个互为冗余的第一驱动电机(22)和第二驱动电机，均与所述转向盘(1)传动连接；

两个互为冗余且相互通讯连接的第一控制器(21)和第二控制器，所述第一控制器(21)与所述第一驱动电机(22)电连接，所述第二控制器与所述第二驱动电机电连接，所述第一控制器(21)能够控制所述第一驱动电机(22)施加在所述转向盘(1)上的力矩，所述第二控制器能够控制所述第二驱动电机施加在所述转向盘(1)上的力矩；

第一传感器(23)，所述第一传感器(23)分别与所述第一控制器(21)和第二控制器通讯连接，所述第一传感器(23)能够采集汽车转向的扭矩和转角信号；

转向执行器(3)，包括：

转向执行件，能够与汽车的轮胎连接；

两个互为冗余的第三驱动电机(32)和第四驱动电机，均与所述转向执行件传动连接；

两个互为冗余且相互通讯连接的第三控制器(31)和第四控制器，所述第三控制器(31)与所述第三驱动电机(32)电连接，所述第四控制器与所述第四驱动电机电连接，所述第三控制器(31)能够通过控制所述第三驱动电机(32)控制所述转向执行件实现转向，所述第四控制器能够通过控制所述第四驱动电机控制所述转向执行件实现转向；

第二传感器(33)，所述第二传感器(33)分别与所述第三控制器(31)和所述第四控制器通讯连接，所述第二传感器(33)能够采集汽车转向的转角信号；

所述第一控制器(21)能够与所述第三控制器(31)通讯连接，所述第二控制器能够与所述第四控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，还包括网关(5)，所述网关(5)分别与所述第一控制器(21)、所述第二控制器、所述第三控制器(31)和所述第四控制器通讯连接。

3.根据权利要求1所述的一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，还包括互为冗余的第一点火器(4)和第二点火器，所述第一点火器(4)分别与所述第一控制器(21)和所述第三控制器(31)连接，所述第二点火器分别与所述第二控制器和所述第四控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，还包括互为冗余的第一电源(6)和第二电源(7)，所述第一电源(6)分别与所述第一控制器(21)和所述第三控制器(31)电连接，所述第二电源(7)分别与所述第三控制器(31)和所述第四控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，所述第一传感器(23)为扭矩转角传感器。

6.根据权利要求1所述的一种冗余机构线控转向装置，其特征在于，所述第二传感器(33)为转角传感器。

7.一种冗余机构线控转向装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、第一控制器(21)接收第一传感器(23)采集的汽车转向的扭矩和转角信号，接收网关(5)转发的车速信号，接收第三控制器发出的第三驱动电机(32)输出的扭矩信号和转角信号，第二控制器接收所述第一传感器(23)采集的汽车转向的所述扭矩和转角信号，接收所述网关(5)转发的车速信号，接收第四控制器发出的第四驱动电机输出的扭矩信号和转角信号；

S2、第三控制器(31)接收第二传感器(33)采集的汽车转向的转角信号，接收所述第一控制器(21)发的转角请求信号，第四控制器接收所述第二传感器(33)采集的汽车转向的所述转角信号，接收所述第二控制器发的转角请求信号；

S3、所述第一控制器(21)根据所述扭矩和转角信号、所述车速信号、所述第三驱动电机(32)输出的扭矩信号和转角信号计算得到施加在转向盘(1)上的转向反向力矩，所述第二控制器根据所述扭矩和转角信号、所述车速信号、所述第四驱动电机输出的扭矩信号和转角信号计算得到施加在所述转向盘(1)上的转向反向力矩；

S4、所述第一控制器(21)和所述第二控制器相互通讯校验；

S5、所述第一控制器(21)根据校验结果控制第一驱动电机(22)，所述第二控制器根据校验结果控制第二驱动电机，同步输出力矩作用在所述转向盘(1)上；

S6、所述第三控制器(31)根据所述转角信号和所述第一控制器发的转角请求信号，计算得到施加在转向执行件的转向助力力矩，所述第四控制器根据所述转角信号和所述第二控制器发的转角请求信号，计算得到施加在所述转向执行件的转向助力力矩；

S7、所述第三控制器(31)和所述第四控制器相互通讯校验；

S8、所述第三控制器(31)根据校验结果控制第三驱动电机(32)，所述第四控制器根据校验结果控制第四驱动电机，同步输出力矩作用在所述转向执行件上。

8.根据权利要求7所述的一种冗余机构线控转向装置的控制方法，其特征在于，当所述第一控制器(21)或所述第二控制器无法接收所述扭矩和转角信号和所述转角信号时，所述第一控制器(21)和所述第二控制器通过相互通讯校验实现所述第一驱动电机(22)和所述第二驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在所述转向盘(1)上。

9.根据权利要求7所述的一种冗余机构线控转向装置的控制方法，其特征在于，当所述第三控制器(31)或所述第四控制器无法接收所述扭矩和转角信号和所述第一控制器发出的转角请求信号时，所述第三控制器(31)和所述第四控制器通过相互通讯校验实现所述第三驱动电机(32)和所述第四驱动电机正常工作，同步输出力矩作用在所述转向执行件上。

10.根据权利要求7所述的一种冗余机构线控转向装置的控制方法，其特征在于，当所述第一控制器或(21)或者所述第一驱动电机(22)无法工作时，所述第二控制器能够控制所述第二驱动电机正常工作，输出力矩作用在所述转向盘(1)上。

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