CN109733461B - 自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法，两个电子助力转向单元；其中，每一电子助力转向单元均包括处理器，以及分别与处理器连接的转角转矩传感器和电机；转角转矩传感器用于输出扭矩信号与角度信号；处理器还用于根据当前期望的方向盘转角信号以及扭矩信号与角度信号，计算出整个系统当前需输出的总扭矩值K，并按照分配机制计算出各自所在电子助力转向单元需输出的扭矩值；处理器还用于根据扭矩值控制与其对应连接的电机，控制车辆实现转向。本发明实现了电子转向系统的全冗余，能够满足自动驾驶的安全要求。

Description

自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法

技术领域

本发明属于汽车电子转向技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法。

背景技术

随着现代技术进步和科技发展，人们对车辆的要求越来越高，在满足传统行驶的基础上，还需要能够实现车辆的智能化控制，如无人驾驶汽车、自适应巡航、车辆主动安全、全自动泊车等功能。其中的电动助力转向控制系统作为智能化控制中的重要部分，用于实现智能改变汽车的行驶方向，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向性能，以及操控的稳定性和行驶的安全性。

现有的电动助力转向控制系统（EPS）由转角转矩传感器、车速传感器、控制单元处理器、助力电机等组成。其基本工作原理是：转角转矩传感器测得的方向盘转矩信号和车速信号一同送给控制单元处理器，经处理器处理和计算以决定助力电机的转向和助力电流的大小，从而完成转向助力控制。但现有的电动助力转向控制系统是基于驾驶员转向提高助力进行设计，其功能安全等级只能达到KSIL-B，若其中的每一个节点处于异常，整个电动助力转向控制系统将失效，将会给安全驾驶带来严重的后果，故无法满足自动驾驶的功能安全要求。

如CN 2652762Y公开了一种具备监控功能的EPS，它可以实现对EPS信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路的监控，以分别对上述监控对象进行保护以及使系统能通过CAN总线收发电路与外界进行通讯交流，并使系统具有故障自诊断能力，及时发出故障警报，提醒驾驶人员注意安全。但该系统一旦故障，转向系统只能切换成普通无助力的转向形式。该系统同样是针对基于驾驶员转向提高助力进行设计的，故仍满足不了自动驾驶的功能安全要求。

又如CN 101308383B公开了一种电动助力转向控制方法和系统，该系统基于现有的EPS控制技术，采用双微处理器处理器的形式，主处理器控制助力电机工作，从处理器监控主处理器的工作状态，当主处理器工作异常，则由从处理器剥夺主处理器的工作权，取而代之控制助力电机正常工作，构成冗余控制方式。具有冗余控制功能的电动助力转向系统可以很好的提高电动转向控制系统的可靠性，有效地提高了汽车驾驶安全性和舒适性。但该系统只针对处理器进行了冗余，若电动助力转向控制系统的传感器和/或零部件或者电动机的零部件发生失效的情况下，该系统仍无法维持转向辅助功能。另外，该系统仍是针对基于驾驶员转向提高助力进行设计的，同样无法满足自动驾驶的功能安全要求。

因此，有必要开发一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的是提高一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，以满足自动驾驶的安全要求。

本发明的另一目的是提高一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，以满足自动驾驶的安全要求。

本发明所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，包括：

两个电子助力转向单元，用于控制车辆转向；

其中，每一所述电子助力转向单元均包括处理器，以及分别与处理器连接的转角转矩传感器和电机；

所述转角转矩传感器用于输出当前方向盘实际扭矩信号与角度信号,并发送给与其相连接的处理器；

所述处理器用于从汽车总线上获取当前期望的方向盘转角信号；

所述处理器还用于根据当前期望的方向盘转角信号,以及从转角转矩传感器获得的角度信号，计算出整个系统当前需输出的总扭矩值K，并按照分配机制计算出各自所在电子助力转向单元需输出的扭矩值；所述处理器还根据该扭矩值控制与其对应连接的电机，控制所述车辆实现转向；

所述分配机制为：

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机工作，共同控制车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K， a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值；

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

进一步，当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：0.4K≤a≤0.6K。

当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足： a=0.5K；即两个电子助力转向单元各输出0.5K；当两个电子助力转向单元均正常时，由于两个电子助力转向单元是均匀做功，故不会有一方出现过损耗的问题；当某一个电子助力转向单元中的任意一个节点出现故障失效时，另一个电子助力转向单元的输出能够快速地从0.5K提升到目标值K，相对于从0提升到目标值，其响应速度会更快，故本系统能够满足自动驾驶的安全要求。

进一步，还包括：

中央控制器，该中央控制器通过汽车总线分别与两个处理器连接；

该中央控制器被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，并发送至汽车总线上。

还包括：

安全控制器，该安全控制器通过汽车总线分别与两个处理器连接，在所述中央控制器失效时，该安全控制器接替中央控制器；实现了控制器的冗余，在监测到中央控制器出现故障失效时，本系统还能够通过安全控制器将当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器，以确保系统正常运行。

所述安全控制器被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，在监测到中央控制器未失效时，不发送当前期望的方向盘转角信号给两个处理器，或将该当前期望的方向盘转角信号添加无效标签，并将带无效标签的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器；另外，当中央控制器未失效时，安全控制器不发出或发出带有无效标签的当前期望的方向盘转角信号，故能够保证同一时间发送至电子助力转向单元的当前期望的方向盘转角信号只有一路信号为有效信号。

进一步，还包括：

电源模块，分别为中央控制器和两个电子转向单元供电，该电源模块分别与中央控制器以及两个电子转向单元电连接。

所述电源模块包括：

所述主电源分别与中央控制器以及其中一电子助力转向单元电连接；

所述从电源分别与安全控制器以及另一电子助力转向单元电连接；

本技术方案实现了电源的冗余，当其中一个电源出现故障时，通过另一个电源还能够确保一路电子助力转向单元正常工作。

所述中央控制器通过网关、第一汽车总线与两个处理器连接；因中央控制器除了处理转向系统的数据外，还需要处理车辆上其他系统的数据，所以中央中控器将与转向系统有关的信息通过网关转发至两个处理器。

所述安全控制器通过第二汽车总线与两个处理器连接；中央控制器通过第一汽车总线与两个电子助力转向单元进行通信，安全控制器通过第二汽车总线与两个电子助力转向单元进行通信，当第一汽车总线出现故障失效时，第二汽车总线还能够保证制动系统能够正常运行，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。

两个处理器之间还通过一条或两条通信线连接，两个处理器之间通过通信线进行信息的交互，主要用于两个处理器之间的相互校验和监测等；优选为采用两条通信线，即实现通信线的冗余，当其中一条通信线出现失效时，另一条通信线还能够确保系统的正常运行。

每个电机的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值B（即车辆处于静止且满载，将方向盘转到极限转角所需的扭矩）的50%-100%，当车辆在非静止状态下，即使有一个电机发生故障，另一个电机也能够满足车辆的转向要求。

每个电机的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值B的50%；其优点为：（1）当整个制动系统均正常时，两者相加后的能力为B，能够满足车辆设计的需求；（2）经试验验证，在单点失效情况下，即使将电机的峰值扭矩设置为0.5B，单个电子助力转向单元也能够满足转向需求，除了静止或超低速工况的末端所需助力，但车辆在静止或超低速时，自动驾驶状态本属于安全状态，故将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B就能够确保系统的安全；（3）电机的峰值扭矩值越高，其成本配置越高，将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B，既能够保证系统的安全性和可靠性，还实现了成本配置最低；（4）若两个电机的峰值扭矩不相同，比如；一个峰值扭矩为0.3B，一个峰值扭矩为0.7B，当两个需同时使出较大的扭矩（比如：0.3B）时，峰值扭矩为0.3B的电机需要满负荷运行；而对于峰值扭矩为0.7B的电机输出0.3B的扭矩则非常轻松，这种情况会导致峰值扭矩为0.3B的电机更容易失效；另外，如果峰值扭矩为0.7B的电机失效了，峰值扭矩为0.3B的电机是无法输出0.6B的扭矩，故在某一个单点失效时，系统无法保证自动驾驶切换为人类驾驶的基础助力功能。

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元按照整个系统当前需输出的总扭矩值K控制对应的电机工作。

本发明所述的一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，采用本发明所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其方法包括以下步骤：

在自动驾驶过程中，处理器从汽车总线上实时获取当前期望的方向盘转角信号；同时利用转角转矩传感器输出扭矩信号与角度信号并发送给与其相连接的处理器；

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机工作，共同完成车辆转向的控制；

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

当两个电子助力转向单元均正常时，每个电机输出的扭矩值均为0.5K，在两个电子助力转向单元均正常时，每个电机只输出0.5K，两个电子助力转向单元均匀做功，由于两个电子助力转向单元的受力均等，两个电子助力转向单元的寿命也基本上能够保证均等，故不会有一方出现过损耗；当某一个电子助力转向单元中的任意一个点出现失效时，另一个电子助力转向单元也能够确保车辆的驾驶安全。

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元的电机输出的扭矩为K。当其中一个电子助力转向单元失效了，另一个正常的电子助力转向单元也能够确保系统正常运行。

本发明的有益效果：当两个电子助力转向单元均正常时，由两个电子助力转向单元共同控制所述车辆实现转向，每个电机的峰值扭矩不需要达到车辆所需的最大扭矩，故可适当降低对电机的性能要求，以达到在满足自动驾驶安全的前提下，能够降低车辆成本。另外，当系统中的两个处理器、两个转角转矩传感器和两个电机中均的任意一个失效时，另一个正常运行的电子助力转向单元也能够单独控制车辆实现转向，故能够满足自动驾驶的安全要求。

附图说明

图1为本发明中实施例一的原理框图；

图2为本发明中两个电子助力转向单元的控制流程图；

图3为本发明中实施例二的原理框图；

图4 为本发明中实施例三的原理框图；

图5为本发明中中央控制器与安全控制器的控制流程图；

图6为本发明中实施例四的原理框图；

图7为本发明中主电源与从电源的控制流程图；

图中：1、转角转矩传感器，2、处理器，3、电机，4、中央控制器，5、主电源，6、第一汽车总线，7、网关，8、安全控制器，9、从电源，10、第二汽车总线，11、通信线。

具体实施方式

以下，基于图1至图7对本发明的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统的实施方式一～实施方式四进行详细说明。

实施例一

如图1和图2所示，本发明所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，包括两个电子助力转向单元；两个电子助力转向单元用于控制车辆转向。

每一所述电子助力转向单元（即EPS）均包括处理器2，以及分别与处理器2连接的转角转矩传感器1和电机3。

所述转角转矩传感器1用于输出扭矩信号与角度信号并发送给与其相连接的处理器2。其中，转角转矩传感器所输出的扭矩信号反馈给EPS,保证EPS达到期望转角。

所述处理器2用于从汽车总线上获取当前期望的方向盘转角信号。

所述处理器2还用于根据当前期望的方向盘转角信号以及扭矩信号与角度信号，计算出整个系统当前需输出的总扭矩值K，并按照分配机制计算出各自所在电子助力转向单元需输出的扭矩值。

所述处理器2还用于根据扭矩值控制与其对应连接的电机3，控制所述车辆实现转向。

所述分配机制为：

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机3工作，共同控制所述车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K， a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值。

此种分配机制的优点是：

（1）EPS系统（指两个电子助力转向单元）与上层控制器相互隔绝的机制，上层控制器仅向EPS系统笼统发出总体转向角度目标，而由EPS系统内部的双处理器相互协商，基于总体转角目标的扭矩任务分配，在上层控制器阶段无需考虑EPS系统的任务分工，实现了智能汽车领域EPS系统与上层控制器各自运算功能的隔绝，在上层控制器或EPS系统需要各自升级时，可以实现另一系统的无缝衔接。

（2）考虑智能汽车行驶安全性，必须要实现重要EPS的冗余，现有技术中也有将电子转向系统设计为双冗余系统，即两套电子转向助力单元，正常情况下，只有一套电子转向助力的是那单元处于工作状态，仅仅在默认的电子转向单元失效后才会调用另一套冗余的电子转向助力单元。而本发明公开的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，在两个电子助力转向单元均正常时，由两个电子助力转向单元共同控制所述车辆实现转向，能够实现冗余电子助力转向系统有效资源利用。

（3）本发明公开的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统在两个电子助力转向单元均正常时，由两个电子助力转向单元共同控制所述车辆实现转向，每个电机的峰值扭矩不需要达到车辆所需的最大扭矩，故可适当降低对电机的配置要求，以达到在满足自动驾驶安全的前提下，能够降低车辆的成本。

（4）在某一个电子助力转向单元中的任意一个节点（比如：处理器2，或转角转矩传感器，或电机3）出现失效时，在非特殊工况下，另一个电子助力转向单元也能够保证驾驶的安全。

作为示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，若分配机制是电子助力转向单元X输出0.3K，电子助力转向单元Y输出0.7K，则电子助力转向单元X输出0.3K的扭矩，电子助力转向单元Y输出0.7K的扭矩。

作为另一示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，若分配机制是电子助力转向单元X输出0.7K，电子助力转向单元Y输出0.3K，则电子助力转向单元X输出0.7K的扭矩，电子助力转向单元Y输出0.3K的扭矩。

作为又一示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，若分配机制是两个电子助力转向单元平均分配，则电子助力转向单元X输出0.5K的扭矩，电子助力转向单元Y输出0.5K的扭矩。

每个电机3各输出0.5K的优点是：

（1）在两个电子助力转向单元均正常时，每个电机只输出0.5K，两个电子助力转向单元均匀做功，由于两个电子助力转向单元的受力均等，使两个电子助力转向单元的寿命也基本上能够保证均等，故不会有一方出现过损耗；

（2）当某一个电子助力转向单元中的任意一个点出现失效时，另一个电子助力转向单元也能够快速的0.5K提升到目标值K，相对于从0提升到目标值K，其响应速度更快，故本系统能够确保车辆驾驶安全。

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

作为示例，当电子助力转向单元Y中的处理器出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元X接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

作为另一示例，当电子助力转向单元Y中的转角转矩传感器出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元X接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

作为又一示例，当电子助力转向单元X中的电机出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元Y接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

本实施例中，还包括电源模块，该电源模块分别为两个电子助力转向单元供电，该电源模块分别与两个电子助力转向单元电连接。本实施例中，电源模块仅包括主电源5，通过主电源5为两个电子助力转向单元供电。

由此可见，当ESP系统中的任意一部分发生单点失效，整个系统仍然可以执行自动驾驶转向控制。

本发明所述的一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，采用本发明所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其方法包括以下步骤：

在自动驾驶过程中，两个处理器2分别从汽车总线上实时获取当前期望的方向盘转角信号；同时利用转角转矩传感器1输出扭矩信号与角度信号并发送给与其相连接的处理器2。

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机3工作，共同完成车辆转向的控制。

作为示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，所述a为0.5K，所述b为0.5K。

作为另一示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，所述a为0.4K，所述b为0.6K。

作为又一示例，当两个转角转矩传感器1、两个处理器2和两个电机3均正常时，所述a为0.6K，所述b为0.4K。

当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。此时，系统会发出提示，以提醒驾驶员系统出现故障，需要驾驶员接管汽车。

作为示例，当电子助力转向单元Y中的电机出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元X接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

作为另一示例，当电子助力转向单元X中的处理器故障时，此时，由电子助力转向单元Y接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

作为又一示例，当电子助力转向单元X中的转角转矩传感器出现故障时效时，此时，由电子助力转向单元Y接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

实施例二

如图3所示，所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，还包括中央控制器4，用于计算出当前期望的方向盘转角信号并发送至汽车总线上。中央控制器4（即上层控制器）为车辆上用于运算和决策自动驾驶功能。

所述中央控制器4通过网关7、第一汽车总线6与两个处理器2连接，中央控制器4将计算出的当前期望的方向盘转角信号通过网关7发送至第一汽车总线6上，两个处理器2分别从第一汽车总线6上读取由中央控制器4发出的当前期望的方向盘转角信号。

本实施例中，电源模块仅包括主电源5，通过主电源5为中央控制器4、网关7以及两个电子助力转向单元供电。

本实施例中，第一汽车总线6采用公共CAN。当然，第一汽车总线6亦可采用车辆上的其它总线来实现数据的交互。

本发明所述的一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，采用本实施例中所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统。

其余部分与实施例一相同。

实施例三

如图4和图5所示，自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，还包括安全控制器8，该安全控制器8通过第二汽车总线10与两个处理器2连接。安全控制器对电子助力转向单元的控制与中央控制器对电子助力转向单元的控制相同。

本实施例增设安全控制器8的目的是，以实现控制器的冗余，中央控制器4和安全控制器8会相互校验。当中央控制器4处于正常工作状态时，由中央控制器4计算并发出当前期望的方向盘转角信号；当中央控制器4发生故障失效时，由安全控制器接管中央控制器；此时，中央控制器4发出的当前期望的方向盘转角信号号将变为无效信号，安全控制器发出的当前期望的方向盘转角信号变为有效信号；这种设计方式能够确保同一时间发送至电子助力转向单元的当前期望的方向盘转角信号只有一路信号为有效信号。

作为示例，如图5所示，系统开始工作，当中央控制器4未失效时，系统由中央控制器4计算当前期望的方向盘转角信号，并分两路发送给两个电子助力转向单元。此时，安全控制器8也会计算当前期望的方向盘转角信号，但不会发出。

作为又一示例，如图5所示，系统开始工作，当中央控制器4出现故障失效时，此时中央控制器4发出的当前期望的方向盘转角信号变为无效信号，由安全控制器8发送当前期望的方向盘转角信号给两个处理器2。同时，系统还会发出提示，以提醒驾驶员系统已出现故障，需要驾驶员接管车辆。

本实施例中，第二汽车总线10采用私有CAN，当然，亦可采用其它总线。

本实施例中，电源模块仅包括主电源5，通过主电源5为中央控制器4、网关7、安全控制器8以及两个电子助力转向单元供电。

本发明所述的一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，采用本实施例中所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统。

其余部分与实施例三相同。

实施例四

如图6和图7所示，所述自动驾驶车辆的冗余电子转向系统中，所述电源模块包括主电源5和从电源9；其中，所述主电源5分别与中央控制器4、网关7以及其中一电子助力转向单元（比如：电子助力转向单元X）电连接，主电源5为中央控制器4、网关7和电子助力转向单元X）供电；所述从电源9分别与安全控制器8以及另一电子助力转向单元（比如：电子助力转向单元Y）电连接，从电源9为安全控制器8和电子助力转向单元Y供电；以实现电源的冗余。

作为示例，如图7所示，系统开始工作，当系统监测到主电源5发生故障时，此时中央控制器4、网关7和电子助力转向单元X将被断电，即无法正常工作。但由于安全控制器8和电子助力转向单元Y是由从电源9供电，故电子助力转向单元Y仍能够正常工作，以保证系统仍可正常运行。当系统监测到主电源5发生故障时，系统同样会发出报警提示，以提醒驾驶员系统出现故障，需要驾驶员接管车辆。

作为另一示例，系统开始工作，当从电源9发生故障失效时，此时安全控制器8和电子助力转向单元Y将被断电，即无法正常工作。但由于中央控制器4、网关7和电子助力转向单元X是由主电源5供电，此时电子助力转向单元X仍能正常工作，以保证系统仍可正常运行。当从电源9发生故障失效时，系统同样会发出提示，以提醒驾驶员系统出现故障，并通知驾驶员接管车辆。

本发明所述的一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，采用本实施例中所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统。

其余部分与实施例三相同。

在实施方式一～实施方式四，两个处理器2之间还通过一或两条通信线11连接，两个处理器2之间通过通信线11进行信息的交互，主要用于两个处理器2之间的计算结果的相互校验和故障监测。优选为，通信线11采用两条，即实现了通信线的冗余，当其中的一条通信线出现故障失效时，另一条通信线还能够保证系统的正常运行。

在实施方式一～实施方式四，每个电机3的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩B（即车辆处于静止且满载，将方向盘转到极限转角所需的扭矩）的50%～100%，优选为50%，当车辆在非静止状态下，即使有一个电子转向助力单元发生故障失效了，另一个电子转向助力单元也能够满足车辆的转向要求。

作为优选，每个电机的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值B的50%；其优点为：（1）当整个制动系统均正常时，两者相加后的能力为B，能够满足车辆设计的需求；（2）经试验验证，在单点失效情况下，即使将电机的峰值扭矩设置为0.5B，单个电子助力转向单元也能够满足转向需求，除了静止或超低速工况的末端所需助力，但车辆在静止或超低速时，自动驾驶状态本属于安全状态，故将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B就能够确保系统的安全；（3）电机的峰值扭矩值越高，其成本配置越高，将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B，既能够保证系统的安全性和可靠性，还实现了成本配置最低；（4）若两个电机的峰值扭矩不相同，比如；一个峰值扭矩为0.3B，一个峰值扭矩为0.7B，当两个需同时使出较大的扭矩（比如：0.3B）时，峰值扭矩为0.3B的电机需要满负荷运行；而对于峰值扭矩为0.7B的电机输出0.3B的扭矩则非常轻松，这种情况会导致峰值扭矩为0.3B的电机更容易失效；另外，如果峰值扭矩为0.7B的电机失效了，峰值扭矩为0.3B的电机是无法输出0.6B的扭矩，故在某一个单点失效时，系统无法保证自动驾驶切换为人类驾驶的基础助力功能。

Claims (16)

1.一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，包括：

两个电子助力转向单元，用于控制车辆转向；

其中，每一所述电子助力转向单元均包括处理器（2），以及分别与处理器（2）连接的转角转矩传感器（1）和电机（3）；

所述转角转矩传感器（1）用于输出当前方向盘实际扭矩信号与角度信号,并发送给与其相连接的处理器（2）；

所述处理器（2）用于从汽车总线上获取当前期望的方向盘转角信号；

所述处理器（2）还用于根据当前期望的方向盘转角信号,以及从转角转矩传感器获得的角度信号，计算出整个系统当前需输出的总扭矩值，并按照分配机制计算出各自所在电子助力转向单元需输出的扭矩值；所述处理器（2）还根据该扭矩值控制与其对应连接的电机（3），控制所述车辆实现转向；

所述分配机制为：

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机（3）工作，共同控制车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K， a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，K为整个系统当前需输出的总扭矩值；

当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

2.根据权利要求 1 所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：0.4K≤a≤0.6K。

3.根据权利要求 2 所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足： a=0.5K。

4.根据权利要求1至3任一所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：还包括：

中央控制器（4），该中央控制器（4）通过汽车总线分别与两个处理器（2）连接；

所述中央控制器（4）被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，并发送至汽车总线上。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，还包括：

安全控制器（8），该安全控制器（8）分别与两个处理器（2）连接，在所述中央控制器（4）失效时，该安全控制器（8）接替所述中央控制器（4）。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，所述安全控制器（8）被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，在监测到中央控制器（4）未失效时，不发送当前期望的方向盘转角信号给两个处理器（2），或将该当前期望的方向盘转角信号添加无效标签，并将带无效标签的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器（2）；在监测到中央控制器（4）失效时，所述安全控制器（8）直接将所计算出的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器（2）。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，还包括：

电源模块，分别为中央控制器（4）和两个电子转向单元供电，该电源模块分别与中央控制器（4）以及两个电子转向单元电连接。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：所示电源模块包括主电源（5）和从电源（9）；

所述主电源（5）分别与中央控制器（4）以及其中一电子助力转向单元电连接；

所述从电源（9）分别与安全控制器（8）以及另一电子助力转向单元电连接。

9.根据权利要求5或6所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：所述中央控制器（4）通过网关（7）、第一汽车总线（6）与两个处理器（2）连接；

所述安全控制器（8）通过第二汽车总线（10）与两个处理器（2）连接。

10.根据权利要求 1或2或3或5或6或7或8所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：两个处理器（2）之间还通过一条或两条通信线（11）连接。

11.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：每个电机（3）的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值的50%～100%。

12.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：每个电机（3）的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值的50%。

13.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元按照整个系统当前需输出的总扭矩值控制对应的电机（3）工作。

14.一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，其特征在于，采用权利要求 1 至 13任一所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其方法包括以下步骤：

在自动驾驶过程中，处理器（2）从汽车总线上实时获取当前期望的方向盘转角信号；同时利用转角转矩传感器（1）输出扭矩信号与角度信号并发送给与其相连接的处理器（2）；

当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机（3）工作，共同完成车辆转向的控制；

当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。

15.根据权利要求14所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，其特征在于：当两个电子助力转向单元均正常时，每个电机（3）输出的扭矩值均为0.5K。

16.根据权利要求 15所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，其特征在于： 当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元的电机（3）输出的扭矩值为K。

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