CN110712677A - 一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法，助力转向系统包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；有益效果：可以为驾驶员接管方向盘预留了充足的时间，并通过报警装置提醒驾驶员，有效的保证了转向系统的安全。

Description

一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种转向系统及其控制方法，特别涉及一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法。
背景技术
目前，根据相关划分标准，智能辅助驾驶分为五个等级，从低到高分别为L1-L5。近年来，随着自动驾驶技术的发展，国内外许多车企都在积极推进从L2级自动驾驶过渡到L3级自动驾驶的计划。其中于2018上市的全新Audi A8，就宣称已经能实现美国汽车工程师协会(SAE)规定的L3级别自动驾驶技术，而日韩厂商中现代、本田和丰田将计划于2020年量产L3系统，此外，2019年7月奔驰和宝马也在自动驾驶领域展开合作，计划于2021年量产L3系统。
对于机械(如小齿轮、齿条等)而言，只要其强度和疲劳满足系统要求，自然不会导致“突然失去助力”情况的发生。而对于电机、传感器和控制单元来说，则存在电机绕组失效、传感器和控制器电子元器件失效。在L2安全等级下，这些失效都会导致EPS终止提供助力，由电动助力状态转入到纯机械状态，以保障车辆和乘员的安全。
满足L3等级自动驾驶的车辆，能够在高速公路上自动设定车辆时速为120km/h，每秒钟车辆行驶的距离为33.33m，如果在转向过程中EPS某个部件发生了故障而不能得到及时有效处理，很明显会发生严重的安全事故。如何确保L3等级自动驾驶车辆的EPS在发生单点或有限多点失效时仍是安全的，是当下急需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决L3等级自动驾驶的车辆在自动驾驶过程中如何保证行驶安全的问题而提供的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法。
本发明提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，第一助力系统、第二助力系统和报警装置均与主控制器相连接，主控制器控制第一助力系统、第二助力系统和报警装置的工作，主控制器还与车辆的CAN主线相连接。
方向盘上装配有压力传感器，压力传感器与主控制器相连接，压力传感器能够把获得的数据实时传输给主控制器。
第一中间轴上装配有转矩转角传感器，转矩转角传感器为两通道冗余转矩转角传感器，每个通道均能获取独立的方向盘转矩转角信号，转矩转角传感器与主控制器相连接，转矩转角传感器能够把获取的数据实时传输给主控制器。
连接第一转矩耦合器和第二转矩耦合器的第二中间轴上装配有第一电磁离合器，第一电磁离合器与主控制器相连接并由主控制器控制工作。
第一助力系统和第二助力系统的结构相同，第一助力系统和第二助力系统均包括有助力电机、转矩传感器、减速器和第二电磁离合器，其中助力电机的控制端与主控制器相连，主控制器根据车速信号和方向盘转矩信号或期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号来控制助力电机输出转矩，助力电机的输出端与减速器的输入端相连，减速器的输出端与第二电磁离合器的输入端相连接，第二电磁离合器的控制端与主控制器相连，通过主控制器实时控制第二电磁离合器的接合和断开，第二电磁离合器的输出端连接到第二转矩耦合器，转矩传感器装配在助力电机和减速器相连接的轴上，用于实时检测助力电机的输出转矩，转矩传感器与主控制器相连接，转矩传感器能够把助力电机的输出转矩实时传输给主控制器。
主控制器为ECU,主控制器采用的是JTEKT公司开发的具有双冗余自诊断功能的控制器，主控制器内部装配有两个相互独立的芯片，能够对采集到的信号完成同步运算处理和输出工作，每个芯片有做独立的诊断校验，当其中一个主控芯片出现故障时能自诊断出是否有故障，并通过对故障主控芯片的使能信号置“零”和未故障的主控芯片使能信号置“壹”，来控制未故障的主控芯片输出信号，主控制器以不同的端口分别连接两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器、转矩传感器、第一电磁离合器、第二电磁离合器、助力电机和报警装置，主控制器接收两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器和转矩传感器所获取的探测信息以及从汽车总线上获取的期望方向盘转角信号和车速信号，主控制器对第一电磁离合器、两个第二电磁离合器、两个助力电机和报警装置起控制作用。
报警装置安装于驾驶室内部，报警装置包括蜂鸣器和四个发红光的LED灯，其中四个发红光的LED灯分别用来提示驾驶员两通道冗余转矩转角传感器故障、主控制器故障和两个助力电机故障。
本发明提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其方法如下所述：
控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；
第一部分：主动转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器从CAN总线上采集期望方向盘转角信号，从传感器上采集实际方向盘转角信号和方向盘上的压力信号以及两个助力电机的输出转矩信号；
步骤二、主控制器根据期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号计算出助力电机需要输出的转矩；
步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“否”则进入步骤四，如果“是”则进入步骤五；
步骤四、主控制器中的两个芯片中有一个芯片的使能信号为“零”，使能信号为“壹”的芯片输出信号给第一助力系统和第二助力系统来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器的故障灯亮起或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“壹”，第一芯片输出信号；
步骤六、两个助力电机是否均正常工作，如果“否”进入步骤七，如果“是”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机中有一个故障，主控制器通过控制两个第二电磁离合器的开闭，来控制未故障助力电机输出转矩，来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器控制报警装置中助力电机的故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤八、两个助力电机均正常工作时，第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在主动转向模式；
第二部分：助力转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器采集车速信号、方向盘转矩信号以及两个助力电机输出转矩信号；
步骤二、主控制器根据车速信号，方向盘转矩信号计算助力电机需要输出的转矩；
步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“零”，如果“是”则进入步骤四，如果“否”则进入步骤五；
步骤四、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“零”，主控制器控制第一电磁离合器断开，同时主控制器或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均不为“零”，判断主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“是”则主控制器中的第一个芯片输出转矩信号，如果“否”则使能信号为“壹”的芯片输出转矩信号，同时主控制器控制报警装置中的主控制器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒；
步骤六、两个助力电机是否均故障，如果“是”进入步骤七，如果“否”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机均故障，主控制器控制第一电磁离合器断开，同时主控制器控制报警装置中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤八、第一助力系统中的助力电机是否故障，如果是“是”进入步骤九，如果是“否”进入步骤十；
步骤九、第一助力系统中的助力电机故障，第二助力系统中的助力电机未故障，主控制器控制第一助力系统中的第二电磁离合器断开，第二助力系统中的第二电磁离合器闭合，同时主控制器控制报警装置中的第一助力系统中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第二助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十、第二助力系统中的助力电机是否故障，如果“是”进入步骤十一，如果“否”进入步骤十二；
步骤十一、第二助力系统中的助力电机故障，第一助力系统中的助力电机未故障，主控制器控制报警装置中的第二助力系统中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十二、第一助力系统和第二助力系统中的助力电机均正常工作，由第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式。
主控制器中的两个芯片能够分别对其中的输入信号模块、功能逻辑模块和输出信号模块做独立的诊断校验，当其中一个芯片中检测到有模块发生故障时，使能信号置“零”，芯片不输出信号，当其中一个芯片中所有模块均正常工作时，使能信号置“壹”，芯片输出信号，当两个芯片的使能信号均为“壹”时，优先输出第一个芯片的输出信号，能够保证同一时间发送至第一助力系统和第二助力系统的信号只有一路有效信号，当主控制器内部其中一个芯片检测到其输入信号模块故障时，主控制器控制报警装置中的传感器故障灯亮起，当主控制器内部其中一个芯片检测到其功能逻辑模块故障时，主控制器控制报警装置中的主控制器故障灯亮起，主控制器能够根据采集的两个助力电机的输出转矩信号与计算转矩信号作比对来校验两个助力电机是否正常工作，当助力电机的输出转矩与计算转矩相差小于等于10％时，则认为该助力电机处于正常工作状态，当助力电机的输出转矩与计算转矩相差大于10％时，则认为该助力电机处于故障状态。
第一助力系统中的第二电磁离合器常闭，第二助力系统中的第二电磁离合器常开，第一电磁离合器常闭，当两个助力电机均正常工作时，主控制器控制第一助力系统中的助力电机输出转矩，当第一助力系统中的助力电机故障时，主控制器能够通过控制第一助力系统内的第二电磁离合器断开和第二助力系统内的第二电磁离合器的接合，来控制第二助力系统中的助力电机输出转矩，当第二助力系统中的助力电机故障时，主控制器控制第一助力系统中的助力电机输出转矩，当第一助力系统和第二助力系统中的助力电机均故障时，主控制器控制第一电磁离合器断开，转向系统切换到纯机械转向模式。
上述的第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、压力传感器、转矩转角传感器、第一电磁离合器、助力电机、转矩传感器、减速器和第二电磁离合器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的有益效果：
本发明提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统及其控制方法安全可靠性强，能够对两路转矩转角信号，两个主控芯片，两个助力电机同步监管，只有当所有的电控系统硬件均正常工作时，转向系统才可以处于主动转向模式。此外，针对L3级自动驾驶车辆的转向系统设计了多种转向模式的冗余保护，例如当转向系统中有一路转矩转角信号，或一个主控芯片，或一个助力电机出现失效时，主控制器能够通过报警装置“唤醒”驾驶员尽快接管方向盘，同时另一个正常工作的电控系统硬件仍可以满足车辆主动转向要求，可以为驾驶员接管方向盘预留了充足的时间，当检测到方向盘上有压力信号时转向系统切换到助力转向模式。再如当转向系统中有两路转矩转角信号，或两个主控芯片或两个助力电机出现失效时，通过主控制器控制第一电磁离合器断开，转向系统可以切换到纯机械转向模式，并通过报警装置提醒驾驶员，有效的保证了转向系统的安全。
时间同步性好：两路独立的转矩转角信号可以同步的分别发送给主控制器中的两个芯片，两个芯片能够同步的对输入信号进行运算处理和输出，同时通过芯片中的使能信号置“零”或置“壹”，能够保证只有一路有效信号同一时间发送至第一助力系统和第二助力系统，这样能够有效地保证当其中一路转矩转角信号，或一个主控芯片，或一个助力电机出现失效时，另一个正常工作的电控系统硬件仍可以满足转向系统的需求
完善的故障报警机制：报警装置包括蜂鸣器和四个发红光的LED灯。其中四个发红光的LED灯分别用来提示驾驶员两通道冗余转矩转角传感器故障，主控制器故障，两个助力电机的故障，这样可以更准确的提醒驾驶员故障发生的位置，让驾驶员更好的掌握车辆的工作状态。此外，针对助力转向模式和主动转向模式还制定了不同的故障报警策略，在助力转向模式下当系统出现单点或多点失效时，主控制器控制相应的故障灯亮起，并控制蜂鸣器持续发声五秒，仅用来对驾驶员做出适当的提醒；在主动转向模式下当系统出现单点或多点失效时，主控制器控制相应的故障灯亮起，并控制蜂鸣器持续发声，直到检测到方向盘上有压力信号时蜂鸣器才停止发声，可以有效地保证驾驶员被及时的“唤醒”来接管方向盘，保证行车安全。
附图说明
图1为本发明所述转向系统的整体结构示意图。
图2为本发明所述主动转向模式控制流程示意图。
图3为本发明所述助力转向模式控制流程示意图。
上图中的标注如下：
1、第一转矩耦合器 2、第二转矩耦合器 3、第一助力系统
4、第二助力系统 5、主控制器 6、报警装置 7、方向盘
8、第一中间轴 9、第二中间轴 10、第三中间轴 11、转向器
12、CAN主线 13、压力传感器 14、转矩转角传感器
15、第一电磁离合器 16、助力电机 17、转矩传感器 18、减速器
19、第二电磁离合器 20、蜂鸣器 21、LED灯。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示：
本发明提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统包括有第一转矩耦合器1、第二转矩耦合器2、第一助力系统3、第二助力系统4、主控制器5和报警装置6，其中方向盘7通过第一中间轴8与第一转矩耦合器1相连接，第一助力系统3和第二助力系统4并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器2相连接，第二转矩耦合器2通过第二中间轴9与第一转矩耦合器1相连接，第一转矩耦合器1通过第三中间轴10与转向器11相连接，第一助力系统3、第二助力系统4和报警装置6均与主控制器5相连接，主控制器5控制第一助力系统3、第二助力系统4和报警装置6的工作，主控制器5还与车辆的CAN主线12相连接。
方向盘7上装配有压力传感器13，压力传感器13与主控制器5相连接，压力传感器13能够把获得的数据实时传输给主控制器5。
第一中间轴8上装配有转矩转角传感器14，转矩转角传感器14为两通道冗余转矩转角传感器，每个通道均能获取独立的方向盘7转矩转角信号，转矩转角传感器14与主控制器5相连接，转矩转角传感器14能够把获取的数据实时传输给主控制器5。
连接第一转矩耦合器1和第二转矩耦合器2的第二中间轴9上装配有第一电磁离合器15，第一电磁离合器15与主控制器5相连接并由主控制器5控制工作。
第一助力系统3和第二助力系统4的结构相同，第一助力系统3和第二助力系统4均包括有助力电机16、转矩传感器17、减速器18和第二电磁离合器19，其中助力电机16的控制端与主控制器5相连，主控制器5根据车速信号和方向盘转矩信号或期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号来控制助力电机16输出转矩，助力电机16的输出端与减速器18的输入端相连，减速器18的输出端与第二电磁离合器19的输入端相连接，第二电磁离合器19的控制端与主控制器5相连，通过主控制器5实时控制第二电磁离合器19的接合和断开，第二电磁离合器19的输出端连接到第二转矩耦合器2，转矩传感器17装配在助力电机16和减速器18相连接的轴上，用于实时检测助力电机16的输出转矩，转矩传感器17与主控制器5相连接，转矩传感器17能够把助力电机16的输出转矩实时传输给主控制器5。
主控制器5为ECU,主控制器5采用的是JTEKT公司开发的具有双冗余自诊断功能的控制器，主控制器5内部装配有两个相互独立的芯片，能够对采集到的信号完成同步运算处理和输出工作，每个芯片有做独立的诊断校验，当其中一个主控芯片出现故障时能自诊断出是否有故障，并通过对故障主控芯片的使能信号置“零”和未故障的主控芯片使能信号置“壹”，来控制未故障的主控芯片输出信号，主控制器5以不同的端口分别连接两通道冗余转矩转角传感器14、压力传感器13、转矩传感器17、第一电磁离合器15、第二电磁离合器19、助力电机16和报警装置6，主控制器5接收两通道冗余转矩转角传感器14、压力传感器13和转矩传感器17所获取的探测信息以及从汽车总线上获取的期望方向盘转角信号和车速信号，主控制器5对第一电磁离合器15、两个第二电磁离合器19、两个助力电机16和报警装置6起控制作用。
报警装置6安装于驾驶室内部，报警装置6包括蜂鸣器20和四个发红光的LED灯21，其中四个发红光的LED灯21分别用来提示驾驶员两通道冗余转矩转角传感器14故障、主控制器5故障和两个助力电机16故障。
本发明提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其方法如下所述：
控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；
第一部分：主动转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器5从CAN总线12上采集期望方向盘转角信号，从传感器上采集实际方向盘7转角信号和方向盘7上的压力信号以及两个助力电机16的输出转矩信号；
步骤二、主控制器5根据期望方向盘7转角信号和实际方向盘7转角信号计算出助力电机16需要输出的转矩；
步骤三、主控制器5中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“否”则进入步骤四，如果“是”则进入步骤五；
步骤四、主控制器5中的两个芯片中有一个芯片的使能信号为“零”，使能信号为“壹”的芯片输出信号给第一助力系统3和第二助力系统4来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器5的故障灯亮起或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘7上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤五、主控制器5中的两个芯片的使能信号均为“壹”，第一芯片输出信号；
步骤六、两个助力电机16是否均正常工作，如果“否”进入步骤七，如果“是”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机16中有一个故障，主控制器5通过控制两个第二电磁离合器19的开闭，来控制未故障助力电机16输出转矩，来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器5控制报警装置6中助力电机16的故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘7上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤八、两个助力电机16均正常工作时，第一助力系统3中的助力电机16输出助力转矩，系统保持在主动转向模式；
第二部分：助力转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器5采集车速信号、方向盘转矩信号以及两个助力电机16输出转矩信号；
步骤二、主控制器5根据车速信号，方向盘转矩信号计算助力电机16需要输出的转矩；
步骤三、主控制器5中的两个芯片的使能信号是否均为“零”，如果“是”则进入步骤四，如果“否”则进入步骤五；
步骤四、主控制器5中的两个芯片的使能信号均为“零”，主控制器5控制第一电磁离合器15断开，同时主控制器5或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤五、主控制器5中的两个芯片的使能信号均不为“零”，判断主控制器5中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“是”则主控制器5中的第一个芯片输出转矩信号，如果“否”则使能信号为“壹”的芯片输出转矩信号，同时主控制器5控制报警装置6中的主控制器5故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒；
步骤六、两个助力电机16是否均故障，如果“是”进入步骤七，如果“否”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机16均故障，主控制器5控制第一电磁离合器15断开，同时主控制器5控制报警装置6中的助力电机16故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤八、第一助力系统3中的助力电机16是否故障，如果是“是”进入步骤九，如果是“否”进入步骤十；
步骤九、第一助力系统3中的助力电机16故障，第二助力系统4中的助力电机16未故障，主控制器5控制第一助力系统3中的第二电磁离合器19断开，第二助力系统4中的第二电磁离合器19闭合，同时主控制器5控制报警装置6中的第一助力系统3中的助力电机16故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第二助力系统4中的助力电机16输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十、第二助力系统4中的助力电机16是否故障，如果“是”进入步骤十一，如果“否”进入步骤十二；
步骤十一、第二助力系统4中的助力电机16故障，第一助力系统3中的助力电机16未故障，主控制器5控制报警装置6中的第二助力系统4中的助力电机16故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第一助力系统3中的助力电机16输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十二、第一助力系统3和第二助力系统4中的助力电机16均正常工作，由第一助力系统3中的助力电机16输出助力转矩，系统保持在助力转向模式。
主控制器5中的两个芯片能够分别对其中的输入信号模块、功能逻辑模块和输出信号模块做独立的诊断校验，当其中一个芯片中检测到有模块发生故障时，使能信号置“零”，芯片不输出信号，当其中一个芯片中所有模块均正常工作时，使能信号置“壹”，芯片输出信号，当两个芯片的使能信号均为“壹”时，优先输出第一个芯片的输出信号，能够保证同一时间发送至第一助力系统3和第二助力系统4的信号只有一路有效信号，当主控制器5内部其中一个芯片检测到其输入信号模块故障时，主控制器5控制报警装置6中的传感器故障灯亮起，当主控制器5内部其中一个芯片检测到其功能逻辑模块故障时，主控制器5控制报警装置6中的主控制器5故障灯亮起，主控制器5能够根据采集的两个助力电机16的输出转矩信号与计算转矩信号作比对来校验两个助力电机16是否正常工作，当助力电机16的输出转矩与计算转矩相差小于等于10％时，则认为该助力电机16处于正常工作状态，当助力电机16的输出转矩与计算转矩相差大于10％时，则认为该助力电机16处于故障状态。
第一助力系统3中的第二电磁离合器19常闭，第二助力系统4中的第二电磁离合器19常开，第一电磁离合器15常闭，当两个助力电机16均正常工作时，主控制器5控制第一助力系统3中的助力电机16输出转矩，当第一助力系统3中的助力电机16故障时，主控制器5能够通过控制第一助力系统3内的第二电磁离合器19断开和第二助力系统4内的第二电磁离合器19的接合，来控制第二助力系统4中的助力电机16输出转矩，当第二助力系统4中的助力电机16故障时，主控制器5控制第一助力系统3中的助力电机16输出转矩，当第一助力系统3和第二助力系统4中的助力电机16均故障时，主控制器5控制第一电磁离合器15断开，转向系统切换到纯机械转向模式。
上述的第一转矩耦合器1、第二转矩耦合器2、压力传感器13、转矩转角传感器14、第一电磁离合器15、助力电机16、转矩传感器17、减速器18和第二电磁离合器19均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

Claims (10)

1.一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，第一助力系统、第二助力系统和报警装置均与主控制器相连接，主控制器控制第一助力系统、第二助力系统和报警装置的工作，主控制器还与车辆的CAN主线相连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的方向盘上装配有压力传感器，压力传感器与主控制器相连接，压力传感器能够把获得的数据实时传输给主控制器。
3.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的第一中间轴上装配有转矩转角传感器，转矩转角传感器为两通道冗余转矩转角传感器，每个通道均能获取独立的方向盘转矩转角信号，转矩转角传感器与主控制器相连接，转矩转角传感器能够把获取的数据实时传输给主控制器。
4.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的连接第一转矩耦合器和第二转矩耦合器的第二中间轴上装配有第一电磁离合器，第一电磁离合器与主控制器相连接并由主控制器控制工作。
5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的第一助力系统和第二助力系统的结构相同，第一助力系统和第二助力系统均包括有助力电机、转矩传感器、减速器和第二电磁离合器，其中助力电机的控制端与主控制器相连，主控制器根据车速信号和方向盘转矩信号或期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号来控制助力电机输出转矩，助力电机的输出端与减速器的输入端相连，减速器的输出端与第二电磁离合器的输入端相连接，第二电磁离合器的控制端与主控制器相连，通过主控制器实时控制第二电磁离合器的接合和断开，第二电磁离合器的输出端连接到第二转矩耦合器，转矩传感器装配在助力电机和减速器相连接的轴上，用于实时检测助力电机的输出转矩，转矩传感器与主控制器相连接，转矩传感器能够把助力电机的输出转矩实时传输给主控制器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的主控制器为ECU,主控制器采用的是JTEKT公司开发的具有双冗余自诊断功能的控制器，主控制器内部装配有两个相互独立的芯片，能够对采集到的信号完成同步运算处理和输出工作，每个芯片有做独立的诊断校验，当其中一个主控芯片出现故障时能自诊断出是否有故障，并通过对故障主控芯片的使能信号置“零”和未故障的主控芯片使能信号置“壹”，来控制未故障的主控芯片输出信号，主控制器以不同的端口分别连接两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器、转矩传感器、第一电磁离合器、第二电磁离合器、助力电机和报警装置，主控制器接收两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器和转矩传感器所获取的探测信息以及从汽车总线上获取的期望方向盘转角信号和车速信号，主控制器对第一电磁离合器、两个第二电磁离合器、两个助力电机和报警装置起控制作用。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的报警装置安装于驾驶室内部，报警装置包括蜂鸣器和四个发红光的LED灯，其中四个发红光的LED灯分别用来提示驾驶员两通道冗余转矩转角传感器故障、主控制器故障和两个助力电机故障。
8.一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其特征在于：其方法如下所述：
控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；
第一部分：主动转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器从CAN总线上采集期望方向盘转角信号，从传感器上采集实际方向盘转角信号和方向盘上的压力信号以及两个助力电机的输出转矩信号；
步骤二、主控制器根据期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号计算出助力电机需要输出的转矩；
步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“否”则进入步骤四，如果“是”则进入步骤五；
步骤四、主控制器中的两个芯片中有一个芯片的使能信号为“零”，使能信号为“壹”的芯片输出信号给第一助力系统和第二助力系统来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器的故障灯亮起或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“壹”，第一芯片输出信号；
步骤六、两个助力电机是否均正常工作，如果“否”进入步骤七，如果“是”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机中有一个故障，主控制器通过控制两个第二电磁离合器的开闭，来控制未故障助力电机输出转矩，来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器控制报警装置中助力电机的故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；
步骤八、两个助力电机均正常工作时，第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在主动转向模式；
第二部分：助力转向模式的控制方法如下所述：
步骤一、主控制器采集车速信号、方向盘转矩信号以及两个助力电机输出转矩信号；
步骤二、主控制器根据车速信号，方向盘转矩信号计算助力电机需要输出的转矩；
步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“零”，如果“是”则进入步骤四，如果“否”则进入步骤五；
步骤四、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“零”，主控制器控制第一电磁离合器断开，同时主控制器或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均不为“零”，判断主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“壹”，如果“是”则主控制器中的第一个芯片输出转矩信号，如果“否”则使能信号为“壹”的芯片输出转矩信号，同时主控制器控制报警装置中的主控制器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒；
步骤六、两个助力电机是否均故障，如果“是”进入步骤七，如果“否”进入步骤八；
步骤七、两个助力电机均故障，主控制器控制第一电磁离合器断开，同时主控制器控制报警装置中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；
步骤八、第一助力系统中的助力电机是否故障，如果是“是”进入步骤九，如果是“否”进入步骤十；
步骤九、第一助力系统中的助力电机故障，第二助力系统中的助力电机未故障，主控制器控制第一助力系统中的第二电磁离合器断开，第二助力系统中的第二电磁离合器闭合，同时主控制器控制报警装置中的第一助力系统中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第二助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十、第二助力系统中的助力电机是否故障，如果“是”进入步骤十一，如果“否”进入步骤十二；
步骤十一、第二助力系统中的助力电机故障，第一助力系统中的助力电机未故障，主控制器控制报警装置中的第二助力系统中的助力电机故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，由第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式；
步骤十二、第一助力系统和第二助力系统中的助力电机均正常工作，由第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在助力转向模式。
9.根据权利要求8所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其特征在于：所述的主控制器中的两个芯片能够分别对其中的输入信号模块、功能逻辑模块和输出信号模块做独立的诊断校验，当其中一个芯片中检测到有模块发生故障时，使能信号置“零”，芯片不输出信号，当其中一个芯片中所有模块均正常工作时，使能信号置“壹”，芯片输出信号，当两个芯片的使能信号均为“壹”时，优先输出第一个芯片的输出信号，能够保证同一时间发送至第一助力系统和第二助力系统的信号只有一路有效信号，当主控制器内部其中一个芯片检测到其输入信号模块故障时，主控制器控制报警装置中的传感器故障灯亮起，当主控制器内部其中一个芯片检测到其功能逻辑模块故障时，主控制器控制报警装置中的主控制器故障灯亮起，主控制器能够根据采集的两个助力电机的输出转矩信号与计算转矩信号作比对来校验两个助力电机是否正常工作，当助力电机的输出转矩与计算转矩相差小于等于10％时，则认为该助力电机处于正常工作状态，当助力电机的输出转矩与计算转矩相差大于10％时，则认为该助力电机处于故障状态。
10.根据权利要求8所述的一种自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其特征在于：所述的第一助力系统中的第二电磁离合器常闭，第二助力系统中的第二电磁离合器常开，第一电磁离合器常闭，当两个助力电机均正常工作时，主控制器控制第一助力系统中的助力电机输出转矩，当第一助力系统中的助力电机故障时，主控制器能够通过控制第一助力系统内的第二电磁离合器断开和第二助力系统内的第二电磁离合器的接合，来控制第二助力系统中的助力电机输出转矩，当第二助力系统中的助力电机故障时，主控制器控制第一助力系统中的助力电机输出转矩，当第一助力系统和第二助力系统中的助力电机均故障时，主控制器控制第一电磁离合器断开，转向系统切换到纯机械转向模式。
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