CN109204442A - 无机械备用连接的线控转向系统的失效操作控制 - Google Patents

无机械备用连接的线控转向系统的失效操作控制 Download PDF

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Abstract

车辆和车辆的转向系统。转向系统包括转向柱仿真器、转向齿条组件和备用系统，该转向柱仿真器响应于驾驶员输入而生成电驱动信号，该转向齿条组件从转向柱仿真器接收电驱动信号并且如由接收到的信号指示来控制车辆的转向。备用系统被配置为在转向柱仿真器发生故障时向转向齿条组件提供备用电驱动信号，并且该转向齿条组件在转向柱仿真器发生故障时如备用电驱动信号指示来使车辆转向。

Description

无机械备用连接的线控转向系统的失效操作控制
引言
本主题涉及一种用于使车辆转向的线控转向系统，并且具体地涉及一种用于使用电信号操作的线控转向系统的电气备用系统。
用于车辆的传统转向系统包括转向柱，该转向柱通过中间轴(I轴)机械地连接到转向齿条组件，以便将方向盘处的转矩或旋转传递到转向齿条组件。线控转向系统通过在转向柱仿真器与转向齿条组件之间传送电信号来执行转向。转向柱仿真器将方向盘的测量旋转转换为电信号，并且将电信号提供给转向齿条组件，该转向齿条组件操作装置以执行与方向盘的旋转对应的机械动作。因为转向柱与转向齿条组件之间的机械连接在转向柱仿真器发生电气故障的情况下作为可靠备用，所以这样的传统部件仍然与线控转向系统一起使用。因此，线控转向系统的可能优点(诸如对某些机械零部件的需求减少、负载较轻、燃料经济性提高等)尚未实现。因此，希望提供一种在转向柱仿真器发生故障的情况下可不使用传统机械连接来操作线控转向系统。
发明内容
在示例性实施例中，公开了一种车辆的转向系统。转向系统包括转向柱仿真器、转向齿条组件和备用系统，该转向柱仿真器响应于驾驶员输入而生成电驱动信号，该转向齿条组件从转向柱仿真器接收电驱动信号并且如由接收到的信号指示来控制车辆的转向。备用系统在转向柱仿真器发生故障时向转向齿条组件提供备用电驱动信号，并且在转向柱仿真器发生故障时，转向齿条组件如备用电驱动信号指示来使车辆转向。转向齿条组件和转向柱仿真器机械地断开。
备用系统包括备用传感器，该备用传感器确定转向柱仿真器处的转向柱的旋转角度并且将旋转角度传输到转向齿条组件。备用传感器由转向齿条组件供电。确定备用传感器处的转向柱的旋转角度允许以故障保护模式操作转向柱仿真器。
该系统进一步包括齿条位置传感器，其中该转向齿条组件将在齿条位置传感器处测量的前轮角度与转向柱的测量旋转角度进行比较以使车辆转向。
转向柱仿真器通过第一专用总线向转向齿条组件提供电子驱动信号，并且通过第二专用总线向转向齿条组件提供冗余电子驱动信号。第一专用总线的导线与第二专用总线的导线分开捆绑。转向齿条组件包括用于控制车辆的转向的冗余电路，其中该冗余电路从转向柱仿真器接收冗余电子驱动信号。车辆控制器局域网(CAN)在转向柱仿真器与转向齿条组件之间提供进一步的备用通信信道。
该系统进一步包括向转向齿条组件供电的备用电源。备用电源经由与主电源的线束分开的线束对转向齿条组件供电。
在另一个示例性实施例中，公开了一种车辆。车辆包括转向柱仿真器、转向齿条组件和备用系统，该转向柱仿真器响应于驾驶员输入而生成电驱动信号，该转向齿条组件从转向柱仿真器接收电驱动信号并且如由接收到的信号指示来控制车辆的转向。备用系统在转向柱仿真器发生故障时向转向齿条组件提供备用电驱动信号，并且在转向柱仿真器发生故障时，转向齿条组件如备用电驱动信号指示来使车辆转向。转向齿条组件和转向柱仿真器机械地断开。
备用系统包括备用传感器，该备用传感器确定转向柱仿真器处的转向柱的旋转角度并且将旋转角度传输到转向齿条组件。备用传感器由转向齿条组件供电。
转向柱仿真器通过第一专用总线向转向齿条组件提供电子驱动信号，并且通过第二专用总线向转向齿条组件提供冗余电子驱动信号。第一专用总线的导线与第二专用总线的导线分开捆绑。转向齿条组件包括用于控制车辆的转向的冗余电路，其中该冗余电路从转向柱仿真器接收冗余电子驱动信号。车辆的车辆控制器局域网(CAN)在转向柱仿真器与转向齿条组件之间提供备用通信信道。
车辆进一步包括专用于对转向齿条组件供电的备用电源，其中该备用电源经由与用于主电源的线束分离的线束对转向齿条组件供电。
从以下结合附图的详细描述中，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。
附图说明
其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在具体实施方式中，该详细描述参考附图，其中：
图1说明了车辆的示意平面图，该车辆使用线控转向系统来使车辆转向；并且
图2示出了根据示例性实施例的说明线控转向系统的电子装置的详细示意图。
具体实施方式
以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的零部件和特征。
根据示例性实施例，图1说明了车辆100的平面图，该车辆使用线控转向系统108来使车辆100转向。该车辆包括具有车轮的车架102，其可包括两个前轮104和两个后轮106。线控转向系统108用于改变前轮104相对于车辆100的车架102的方向，由此使车辆100转向。线控转向系统108包括转向柱仿真器110和转向齿条组件112。转向柱仿真器110包括方向盘114，其连接到壳体所容纳的转向柱116。转向柱仿真器110向驾驶员仿真驾驶车辆100和使车辆100转向的体验。当驾驶员旋转方向盘114时，附接的转向柱116旋转并且通过各种传感器测量旋转角度。转向柱仿真器110包括如下电路(诸如处理器)：记录转向柱116的旋转，确定转向柱的旋转角度并且生成指示转向柱116的旋转程度的电气转向信号。电信号然后可通过通信链路132(诸如导线)被提供给转向齿条组件112。
转向齿条组件112包括如下电路120：该电路120从转向柱仿真器110接收电信号并且执行由电信号指示的动作。例如，转向柱116处的旋转角度在转向柱仿真器110处生成转向信号，并且转向齿条组件112响应于转向信号而改变前轮104相对于车辆100的车架的旋转角度。道路角度的范围对应于转向柱116的旋转角度并且由通过转向柱116的旋转生成的信号来指示。转向齿条组件112包括如下电路120：该电路120从转向柱仿真器110接收电信号并且激活致动器122，该致动器产生由电信号指示的道路角度。电路120可包括处理器。转向齿条组件112的致动器122机械地连接到转向齿条124，并且适于改变车轮方向或道路角度。
应当注意的是，转向柱仿真器110和转向齿条组件112没有彼此机械地连接。换句话说，施加到转向柱116的力或转矩没有机械地传递到转向齿条组件112。相反，通过转向柱116的旋转生成的电信号被提供给转向齿条组件112，并且转向齿条组件112处的致动器122响应于电信号而生成用于使车辆100转向的机械力。
线控转向系统108进一步包括备用转向系统130，其在转向柱仿真器110发生故障的情况下或者在转向柱仿真器110与转向齿条组件112之间的通信线路出现故障的情况下向转向齿条组件112提供指令。备用转向系统130向转向齿条组件112提供备用电气转向信号以便在转向齿条组件112处生成动作。备用转向系统130没有机械地连接到转向齿条组件112。换句话说，力并非从备用转向系统130机械地传递到转向齿条组件112。相反，备用转向系统130将备用电气转向信号传递到转向齿条组件112，并且转向齿条组件112生成与备用电气转向信号对应的动作以便使车辆100转向。
图2示出了根据示例性实施例的说明线控转向系统108的电子装置的详细示意图。线控转向系统108包括转向柱仿真器110、转向齿条组件112、主电源240、齿条位置传感器224(包括第一齿条位置传感器224a和第二齿条位置传感器224b)、车辆控制器局域网(CAN)250和备用系统的各种部件，这些部件部分地包括备用角度和转矩传感器230和232以及备用或辅助电源242。
转向柱仿真器110包括电子控制单元(ECU)202，其执行用于仿真车辆100的驾驶员的驾驶体验的各种程序。转向柱仿真器110包括用于测量转向柱116的旋转角度的角度传感器204和用于测量施加到转向柱116的转矩的转矩传感器206。角度和转矩测量值被发送到ECU202进行处理。转向柱仿真器110进一步包括用于确定电动机状态的电动机位置传感器210。电子转向柱锁208用作防盗装置以接合和/或脱离转向柱116。ECU202从角度传感器204接收角度测量值和从转矩传感器206接收转矩测量值，并且将这些测量值传送给转向齿条组件112。
转向齿条组件112根据从转向柱仿真器110发送到转向齿条组件112的角度和转矩测量值来使车辆100转向。转向齿条组件112包括第一转向电路112a和用作第一转向电路112a的冗余电路的第二转向电路112b。
第一转向电路112a包括处理信号的第一转向齿条电控单元(ECU)220和生成转向齿条124和相关前轮104的机械运动的第一致动器221。第一转向电路112a的ECU220与转向柱仿真器110的ECU202进行通信。转向柱仿真器110的ECU202向第一转向电路112a的ECU220传输转向柱角度和转矩信号。作为响应，ECU220向第一致动器221提供转向信号以便控制车辆的转向。第一齿条位置传感器224a确定指示前轮104相对于向前对准的角度的转向齿条124的初始位置。与第一齿条致动器221相关联的第一电动机位置传感器跟踪转向齿条的运动以向第一转向电路112a提供反馈。ECU220从第一电动机位置传感器接收反馈信号以跟踪转向齿条的运动以便提供正确的转向。另外，第一转向电路112a的ECU220确定施加在转向齿条处的力和转矩，并且向转向柱仿真器110传输与力、转矩和位置对应的这些信号。转向柱仿真器110的ECU202可使用所接收的力、转矩和位置来仿真驾驶员在方向盘114处的“路感”。
第二转向电路112b包括第二转向齿条电控单元(ECU)222，其与第一转向电路112a的第一ECU220执行相同的功能。第二转向电路112b进一步包括第二致动器223，其生成转向齿条124和相关前轮104的机械运动以提供转向。第二齿条位置传感器224b确定指示前轮104相对于向前对准的角度的转向齿条124的初始位置。与第二齿条致动器223相关联的第二电动机位置传感器跟踪转向齿条的运动并且向第二ECU222提供对应的反馈信号。第二转向电路112b确定施加在转向齿条处的力和转矩，并且向转向柱仿真器110传输与力、转矩和位置对应的信号。转向柱仿真器110可使用这些信号来向驾驶员仿真路感。第二转向电路112b、其第二ECU222、第二致动器223和第二齿条位置传感器224b是第一转向电路112a的对应元件的冗余元件。这些元件与第一转向电路112a的对应元件并行地运行。在第一转向电路112a发生故障的情况下，第二转向电路112b用作第一转向电路112a的备用。第一转向电路112a和第二转向电路112b被设计成并行地操作，使得每个ECU(220和222)在选定时间控制输出的一半。如箭头225a和225b所示，信息可在第一ECU220与第二ECU222之间来回共享，以便在转向齿条组件112的单独元件发生故障的情况下确保转向齿条组件112的正常运作。也在冗余通信路径(即，由箭头225a和225b所示的通信路径)上提供共享信息。
第一转向电路112a和第二转向电路112b通过单独的通信信道与转向柱仿真器110进行通信。第一专用总线226在转向柱仿真器110与转向齿条组件112的第一转向电路112a之间提供第一通信信道。第二专用总线228在转向柱仿真器110与转向齿条组件112的第二转向电路112b之间提供第二通信信道。
线控转向系统的备用系统在转向柱仿真器110发生故障或者第一专用总线226和第二专用总线228中的一个或多个发生故障的情况下向转向齿条组件112提供电驱动信号。备用系统包括用于测量施加到转向柱116的转向角度和转矩的第一备用角度和转矩传感器230以及为第一备用角度和转矩传感器230提供冗余测量的第二备用角度和转矩传感器232。第一备用角度和转矩传感器230以及第二备用角度和转矩传感器232独立于转向柱仿真器110被供电。相反，这些备用传感器(230和232)通过电力线从转向齿条组件112接收它们的电力。因此，这些备用传感器(230和232)能够在转向柱仿真器110处发生电力损失的情况下向转向齿条组件112提供转向角和转矩测量值。
第一备用角度和转矩传感器230通过第一通信导线231向转向齿条组件112的第一转向电路112a提供角度和转矩测量值。第二备用角度和转矩传感器232通过第二通信导线233向转向齿条组件112的第二转向电路112b提供角度和转矩测量值。第二备用角度和转矩传感器232由此向转向齿条组件112提供冗余测量值并且通过冗余通信导线提供这些测量值。第一备用角度和转矩传感器230和第二备用角度和转矩传感器232的存在允许转向柱仿真器110能够以故障保护模式以及失效操作模式来操作。在失效操作模式中，即使转向柱仿真器110的部件失效，转向柱仿真器110也能够操作。这通常通过在转向柱仿真器110中具有冗余部件(未示出)来提供。在故障保护模式下，当转向柱仿真器110发生故障时，备用传感器230和232能够进行转向柱测量并且向转向齿条组件提供测量值以保持转向能力。备用传感器230和232因此提供了向转向柱仿真器110的操作提供失效操作模式或故障保护模式的能力。
齿条位置传感器224测量前轮104的角度。转向齿条组件112将前轮104的测量角度与由第一和第二备用角度和转矩传感器(230和232)测量的转向柱116的角度进行比较，以确保前轮104的角度与转向柱116的角度一致。在实施例中，ECU220将在第一备用角度和转矩传感器230处测量的角度与在第一齿条位置传感器224a处测量的车轮角度进行比较，并且ECU222将在第二备用角度和转矩传感器232处测量的角度与与在第二齿条位置传感器224b处测量的车轮角度进行比较。
第一专用总线226的导线与第一备用角度和转矩传感器230的通信导线231捆绑在第一线束214中。类似地，第二专用总线228的导线与第二备用角度和转矩传感器232的通信导线233捆绑在第二线束216中。这些线束中的每一个都彼此物理地分离，使得在一个线束的位置处发生的物理损伤不会影响另一个线束的导线。第一线束214的导线与第二线束216的导线之间的这种物理分离对转向柱仿真器110与转向齿条组件112之间的通信故障提供了额外的保护。
另外，车辆控制器局域网(CAN)250的公共总线256可用于在第一专用总线226和第二专用总线228中的一个或两个发生故障的情况下在转向柱仿真器110与转向齿条组件112之间来回提供信号。车辆CAN250提供用于控制车辆的各种电气部件(诸如电锁、挡风玻璃雨刮器、镜子调整器等)的网络。公共总线256向车辆CAN250提供来自转向柱仿真器110的信号。车辆CAN250包括主车辆CAN250a和辅助车辆CAN250b，该辅助车辆CAN250b在主车辆CAN250a发生故障的情况下向主车辆CAN250a提供冗余以用作备用。通信导线258a从主车辆CAN250a延伸到第一转向电路112a，以经由公共总线256、主车辆CAN250a和通信导线258a提供转向柱仿真器110与第一转向电路112a之间的通信。类似地，通信导线258b从辅助车辆CAN250b延伸到第二转向电路112b，以经由公共总线256、辅助车辆CAN250b和通信导线258b提供转向柱仿真器110与第二转向电路112b之间的通信。否则将通过第一专用总线226或第二专用总线228传送的信号因此可通过公共总线256发送。
备用系统进一步包括双车辆电源。主电源240或电池通过第一电源线束244向转向柱仿真器110和第一转向电路112a两者供电。辅助或备用电源242向第二转向电路112b供电(即，专用于对转向齿条组件112供电)并且通过第二电力线束246提供该电力。在主电源240发生故障或者第一电源线束244物理中断的情况下，可经由辅助电源242向转向齿条组件112供电。然后来自转向齿条组件112的电力可用于为备用系统的各种元件供电。例如，第一转向电路112a向第一备用角度和转矩传感器230供电，并且第二转向电路112b向第二备用角度和转矩传感器232供电。
由于本文所述的备用系统，提供了一种不需要转向柱与转向齿条之间的机械连接的转向系统。结果，转向系统包括更少的机械零部件，导致整体车辆重量更轻并且提高燃料经济性。
虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种车辆的转向系统，包括：
转向柱仿真器，其被配置为响应于驾驶员输入而生成电驱动信号；
转向齿条组件，其被配置为从所述转向柱仿真器接收所述电驱动信号，并且如所述接收到的信号所指示来控制所述车辆的转向；以及
备用系统，其被配置为在所述转向柱仿真器发生故障时向所述转向齿条组件提供备用电驱动信号，其中所述转向齿条组件在所述转向柱仿真器发生故障时如所述备用电驱动信号指示来使所述车辆转向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述备用系统包括备用传感器，所述备用传感器被配置为确定所述转向柱仿真器处的转向柱的旋转角度并且将所述旋转角度传输到所述转向齿条组件，其中所述备用传感器由所述转向齿条组件供电。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述转向柱仿真器被配置为通过第一专用总线向所述转向齿条组件提供所述电子驱动信号，并且通过第二专用总线向所述转向齿条组件提供冗余电子驱动信号，其中所述第一专用总线的导线与所述第二专用总线的导线分开捆绑。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置为向所述转向齿条组件供电的备用电源，其中所述备用电源被配置为经由与用于所述主电源的线束分离的线束向所述转向齿条组件供电。
5.根据权利要求1所述的系统，其中车辆控制器局域网(CAN)被配置为在所述转向柱仿真器与所述转向齿条组件之间提供备用通信信道。
6.一种车辆，包括：
转向柱仿真器，其被配置为响应于驾驶员输入而生成电驱动信号；
转向齿条组件，其被配置为从所述转向柱仿真器接收所述电驱动信号，并且如所述接收到的信号所指示来控制所述车辆的转向；以及
备用系统，其被配置为在所述转向柱仿真器发生故障时向所述转向齿条组件提供备用电驱动信号，其中所述转向齿条组件在所述转向柱仿真器发生故障时如所述备用电驱动信号指示来使所述车辆转向。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中所述备用系统包括备用传感器，所述备用传感器被配置为确定所述转向柱仿真器处的转向柱的旋转角度并且将所述旋转角度传输到所述转向齿条组件，其中所述备用传感器由所述转向齿条组件供电。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中所述转向柱仿真器被配置为通过第一专用总线向所述转向齿条组件提供所述电子驱动信号，并且通过第二专用总线向所述转向齿条组件提供冗余电子驱动信号，并且其中所述第一专用总线的导线与所述第二专用总线的导线分开捆绑。
9.根据权利要求6所述的车辆，进一步包括专用于向所述转向齿条组件供电的备用电源，其中所述备用电源被配置为经由与用于所述主电源的线束分离的线束向所述转向齿条组件供电。
10.根据权利要求6所述的车辆，其中所述转向齿条组件和所述转向柱仿真器机械地断开。
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