CN111762260A - 基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统、方法及车辆。该系统包括：转向管柱冗余系统，用于控制设置在转向管柱上的第一电机在车速v≤A或v＞A时，提供助力扭矩；转向器冗余系统，用于控制设置在转向器上的第二电机在车速v≤A，且第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩；电控单元信息通道，用于实现转向管柱冗余系统与转向器冗余系统的通信。所述方法包括：正常工作模式下，在车速v≤A或v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A，且第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩。

Description

基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统、方法及车辆

技术领域

本发明涉及汽车转向系统领域，具体地涉及一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统以及一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法。

背景技术

汽车未来发展有以下四大趋势：自动驾驶、非接触式控制(声控等)、共享汽车以及电动汽车。各个国家和地区对于自动驾驶有很高的安全要求，如果没有冗余架构，像EPS这样的关键部件失效后会非常危险，例如：高速公路上突然无助力等。冗余架构能够大大降低整个系统的失效概率，在系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，从而满足法规对安全方面的要求。

申请号为201910260459.8的发明专利公开了一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法，ASIL即Automotive Safety Integration Level，是ISO 26262中规定的汽车安全完整性等级，包括A、B、C、D四个等级，A是最低的等级，D是最高的等级。该专利申请中公开了设置在管柱带上的第一扭矩及转角传感器、第一电控单元ECU和第一电机，以及第二扭矩及转角传感器、第二电控单元ECU和第二电机，该方案中转向时第一电机产生路感模拟力矩，并通过第一减速机构为驾驶员提供驾驶转向手感，第二电机带动机械结构控制转向动作，转向力矩主要由第二电机输出，在这种方案下，电机功率利用率低。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统及方法，冗余控制系统中转向管柱冗余系统和转向器冗余系统互为冗余，转向管柱冗余系统中的任一元件失效时，转向器冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，转向器冗余系统中任一元件失效时，转向管柱冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，满足自动驾驶对转向系统的冗余要求，系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，降低整个系统的失效概率。同时根据车速和需求扭矩的不同，转向管柱冗余系统在车速v≤A或者v＞A时，提供助力扭矩，转向器冗余系统在车速v≤A且助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，所述系统包括：

转向管柱冗余系统，用于控制设置在转向管柱上的第一电机在车速v≤A或者v＞A时，提供助力扭矩；

转向器冗余系统，用于控制设置在转向器上的第二电机在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩；以及

电控单元信息通道，用于实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信；

其中，A为标准阀值车速。

所述标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。

根据车速信号和转向管柱冗余系统、转向器冗余系统采集到的信号综合计算，大于标准阀值车速时采用转向管柱冗余系统控制助力扭矩，标准阀值车速以下采用转向器冗余系统和转向管柱冗余系统共同控制助力扭矩，达到性能最优，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

可选的，所述转向管柱冗余系统包括：

第一扭矩转角传感器，设置在所述转向管柱上，用于采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元，用于根据所述第一扭矩信号、所述第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；以及

第一电机，用于根据所述第一电机控制信号提供第一电动转向助力；

所述转向器冗余系统包括：

第二扭矩转角传感器，设置在所述转向器上，用于采集第二扭矩信号和第二转角信号并传输到第二电子控制单元；

所述第二电子控制单元，用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；以及

第二电机，用于根据所述第二电机控制信号提供第二电动转向助力；

所述第一电子控制单元通过所述电控单元信息通道与所述第二电子控制单元通信连接。转向管柱冗余系统与转向冗余系统互为冗余，可使车辆在转向时稳定可靠，在系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，满足法规对安全方面的要求。

可选的，所述第一电子控制单元还用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；

所述第一电子控制单元还用于根据第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第一扭矩信号和第一转角信号生成第一电机控制信号；

所述第二电子控制单元还用于根据所述第一扭矩信号、所第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；

所述第二电子控制单元还用于根据第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第二扭矩信号和第二转角信号生成第二电机控制信号。

进一步地，所述第一电机的额定输出扭矩为20～30N.m，所述第二电机的额定输出扭矩为30～90N.m。第一电机功率小成本低，在车速大于标准阀值车速时，第一电机性能达到最优，第二电机应用在低速大扭矩的场景，将两个电机差别设置，提升电机功率利用率。

可选的，所述电控单元信息通道为多通道结构。多通道结构实现通道冗余，避免通道失效引起的冗余控制系统失效。

可选的，所述转向管柱冗余系统包括：

第一电子控制单元热敏传感器，用于采集第一电子控制单元温度信号并传输到第一电子控制单元；

第一电机热敏传感器，用于采集第一电机温度信号并传输到第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元，用于根据所述第一电子控制单元温度信号和所述第一电机温度信号判断所述转向管柱冗余系统是否过热，并在判断过热时发送通知信号到所述转向器冗余系统；

所述转向器冗余系统还包括：

第二电子控制单元热敏传感器，用于采集第二电子控制单元温度信号并传输到第二电子控制单元；以及

第二电机热敏传感器，用于采集第二电机温度信号并传输到第二电子控制单元；

第二电子控制单元还根据第二电子控制单元温度信号和第二电机温度信号判断转向器冗余系统是否过热，并在过热时发送通知信号到转向管柱冗余系统。多个热敏传感器分别采集第一电子控制单元、第一电机、第二电子控制单元、第二电机的温度，进行温度监控，在温度超过标准阀值时，执行热保护策略，避免冗余控制系统由于过热而损坏，从而在系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力。

本发明第二方面提供一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，通过前述的助力转向系统冗余控制系统进行冗余控制，所述方法包括：

正常工作模式下，在车速v≤A或者v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩；

其中，A为标准阀值车速。

根据车速信号和转向管柱冗余系统、转向器冗余系统采集到的信号综合计算，大于标准阀值车速时采用转向管柱冗余系统控制助力扭矩，标准阀值车速以下采用转向器冗余系统和转向管柱冗余系统共同控制助力扭矩，达到性能最优，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

进一步的，所述在车速v≤A或者v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩，包括：

当接收到的车速v≤A时，控制所述转向管柱冗余系统开启，由设置在所述转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，通过第一扭矩转角传感器采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元，当所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述转向器冗余系统开启，由设置在所述转向器上的第二电机共同提供助力扭矩；

当车速v≤A时，且所述第一电机提供的助力扭矩小于第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩；

当车速v＞A时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩。第一电机和第二电机相互协调配合着提供助力扭矩，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

所述标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。

进一步的，所述方法还包括故障冗余模式：

当所述转向管柱冗余系统的第一电机失效，由所述转向器冗余系统的第二电机代替第一电机提供全部助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器失效，根据所述转向器冗余系统的第二扭矩转角传感器采集的第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元失效，由所述转向器冗余系统的第二电子控制单元代替所述第一电子控制单元生成第一电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统的第二电机失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电机代替第二电机提供全部助力扭矩；

当所述转向器冗余系统第二扭矩转角传感器失效，根据所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器采集的第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统第二电子控制单元失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元代替所述第二电子控制单元生成第二电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述电控单元信息通道中的某一通道失效，由任意另一通道代替失效通道实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信连接。转向柱冗余系统与转向器冗余系统互为冗余，转向管柱冗余系统中的任一元件失效时，转向器冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，转向器冗余系统中任一元件失效时，转向管柱冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，满足自动驾驶对转向系统的冗余要求，系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，降低整个系统的失效概率。

可选的，在所述故障冗余模式下，系统还在故障时生成报警提示信息并记录相关故障码。故障码与故障类型一一对应，有利于进行维修时定位到对应的元件，降低检查发现故障元件的时间，提升车辆维修效率。

可选的，所述方法还包括系统热保护工作模式：

若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值大于第一标准阀值，则所述转向器冗余系统退出助力；在所述转向器冗余系统退出助力的情况下，若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值小于第一标准阀值且持续时间超过第一预设时间，所述转向器冗余系统恢复助力；

若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值大于第二标准阀值，则所述转向管柱冗余系统退出助力；在所述转向管柱冗余系统退出助力的情况下，若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值小于第二标准阀值且持续时间超过第二预设时间，则所述转向管柱冗余系统恢复助力。

可选的，在所述系统热保护工作模式下，在所述转向管柱冗余系统或所述转向器冗余系统退出助力时，生成报警提示信息并记录相关故障码。

各电机、电子控制单元过热报警可能存在两种情况，第一种是各电机、电子控制单元直接损坏且不能再实现其功能；另一种是各电机、电子控制单元中某些不影响功能的部件损坏，各电机、电子控制单元还能够持续使用，但是使用过程中容易发热。在第一种情况下，报警记录和相关故障码可以用于车辆维修提升车辆维修效率，在第二中情况下，报警记录和相关故障码可以用于车辆保养时的检修，从统计学的角度分析过热发生的频率以及原因，做好车辆的维保，在各电机、电子控制单元直接损坏前做好维修，预防电机或电子控制单元在车辆行驶过程中发生损坏，造成安全隐患。

本发明第三方面提供一种车辆，所述车辆包括所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统。

通过上述技术方案，根据车速信号、扭矩信号、转角信号和热敏传感信号综合计算，根据标准阀值车速来提供不同的助力策略，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。系统提供转向管柱冗余系统和转向器冗余系统，满足自动驾驶对转向系统的冗余要求，系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，降低整个系统的失效概率。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明第一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统框图；

图2是第一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统安装示意图；

图3是本发明第二种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统框图；

图4是本发明一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法流程图。

附图标记说明

10-转向管柱冗余系统，20-转向器冗余系统，30-电控单元信息通道，

11-第一电子控制单元，12-第一电机，13-第一扭矩转角传感器；

21-第二电子控制单元，22-第二第一电机，23-第二扭矩转角传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明第一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统框图。如图1所示，所述系统包括：

转向管柱冗余系统，用于控制设置在转向管柱上的第一电机在车速v≤A或者v＞A时，提供助力扭矩；

转向器冗余系统，用于控制设置在转向器上的第二电机在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩；以及

电控单元信息通道，用于实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信；

其中，A为标准阀值车速。第一设定比例S可以任意设定，考虑机械结构加工会存在公差，因此第一设定比列不能是100％，另一方面，为了最大限度的利用第一电机的功率，第一设定比例S不能太低。第一设定比例S优选为80％。

所述转向管柱冗余系统包括：

第一扭矩转角传感器，设置在所述转向管柱上，用于采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元，用于根据所述第一扭矩信号、所述第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；以及

第一电机，用于根据所述第一电机控制信号提供第一电动转向助力；

所述转向器冗余系统包括：

第二扭矩转角传感器，设置在所述转向器上，用于采集第二扭矩信号和第二转角信号并传输到第二电子控制单元；

所述第二电子控制单元，用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；以及

第二电机，用于根据所述第二电机控制信号提供第二电动转向助力；

所述第一电子控制单元通过电控单元信息通道与所述第二电子控制单元通信连接。

可选的，在故障工作模式下，当第二电子控制单元故障时，第一电子控制单元还用于根据第二扭矩信号、第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号，控制第二电机提供助力扭矩；

当第二电机故障时，所述第一电子控制单元根据第一扭矩信号、第一转角信号和车速信号重新生成第一电机控制信号，控制第一电机提供助力扭矩；此时，需要将需求扭矩与第一电机最大输出扭矩进行比较，若需求扭矩小于第一电机的最大输出扭矩，则第一电机提供需求扭矩；若需求扭矩大于第一电机的最大输出扭矩，则第一电机仅提供最大输出扭矩；

当第一扭矩转角传感器故障时，所述第一电子控制单元还用于根据第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第一扭矩信号和第一转角信号生成第一电机控制信号；第一扭矩信号和第一转角信号可以根据传动比由第二扭矩信号和第二转角信号推算。

同理，当第一电子控制单元故障时，所述第二电子控制单元还用于根据第一扭矩信号、第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号，控制第一电机提供助力扭矩；

当第一电机故障时，所述第二电子控制单元根据第二扭矩信号、第二转角信号和车速信号重新生成第二电机控制信号，控制第二电机提供助力扭矩；此时，需要将需求扭矩与第二电机的最大输出扭矩进行比较，若需求扭矩小于第二电机的最大输出扭矩，则第二电机提供需求扭矩；若需求扭矩大于第二电机的最大输出扭矩，则第二电机仅提供最大输出扭矩；

当第二扭矩转角传感器故障时，所述第二电子控制单元还用于根据第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第二扭矩信号和第二转角信号生成第二电机控制信号；第二扭矩信号和第二转角信号可以根据传动比由第一扭矩信号和第一转角信号推算。

图2是本发明第一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统安装示意图，如图2所示，转向管柱冗余系统10设置在转向管柱上，第一扭矩转角传感器13设置在转向管柱上，其输出端与第一电子控制单元11连接，第一电子控制单元11和第一电机12设置在转向管柱的一侧，第一电机12与第一电子控制单元11的输出端连接。转向器冗余系统20设置在转向器上，第二扭矩转角传感器23设置在转向器上，其输出端与第二电子控制单元21连接，第二电子控制单元21和第二电机22固定安装在转向器的客体上，第二电机22与第二电子控制单元21的输出端连接；第一电子控制单元11通过电控单元信息通道30与第二电子控制单元21通信连接。

根据车速信号和转向管柱冗余系统、转向器冗余系统采集到的信号综合计算，大于标准阀值车速时采用转向管柱冗余系统控制助力扭矩，标准阀值车速以下采用转向器冗余系统和转向管柱冗余系统共同控制助力扭矩，达到性能最优，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。转向管柱冗余系统与转向冗余系统互为冗余，可使车辆在转向时稳定可靠，在系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，满足法规对安全方面的要求。

进一步地，所述第一电机的额定输出扭矩为20～30N.m，所述第二电机的额定输出扭矩为30～90N.m。第一电机功率小成本低，在车速大于标准阀值车速时，第一电机性能达到最优，第二电机应用在低速大扭矩的场景，将两个电机差别设置，提升电机功率利用率。需要注意的是，在选择第二电机时，其额定输出扭矩需要满足车辆的倒车和自动入库需求。

标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。第二设定比例可以任意设定，考虑机械结构加工会存在公差，因此，第二设定比列不能是100％，另一方面，为了最大限度的利用第一电机的功率，第二设定比例不能太低。第二设定比例优选为90％。

在本发明的一个实施例中，第一电机采用额定输出扭矩为30N.m的电机，在进行标准阀值车速标定时，通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值为第一电机额定输出扭矩的90％，即27N.m时测定的车速为标准阀值车速A。

可选的，所述电控单元信息通道为多通道结构。多通道结构实现通道冗余，避免通道失效引起的冗余控制系统失效。

图3是本发明第二种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统框图。如图3所示，所述系统包括：

转向管柱冗余系统，用于控制设置在转向管柱上的第一电机在车速v≤A或者v＞A时，提供助力扭矩；

转向器冗余系统，用于控制设置在转向器上的第二电机在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩；以及

电控单元信息通道，用于实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信；

其中，A为标准阀值车速。

所述转向管柱冗余系统包括：

第一扭矩转角传感器，用于采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元，用于根据所述第一扭矩信号、所述第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；

第一电机，用于根据所述第一电机控制信号提供第一电动转向助力；

第一电子控制单元热敏传感器，用于采集第一电子控制单元温度信号并传输到所述第一电子控制单元；

第一电机热敏传感器，用于采集第一电机温度信号并传输到所述第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元还用于根据所述第一电子控制单元温度信号和所述第一电机温度信号判断所述转向管柱冗余系统是否过热，并在判断过热时发送通知信号到所述转向器冗余系统；

所述转向器冗余系统包括：

第二扭矩转角传感器，用于采集第二扭矩信号和第二转角信号并传输到第二电子控制单元；

所述第二电子控制单元，用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；

第二电机，用于根据所述第二电机控制信号提供第二电动转向助力；

第二电子控制单元热敏传感器，用于采集第二电子控制单元温度信号并传输到所述第二电子控制单元；

第二电机热敏传感器，用于采集第二电机温度信号并传输到所述第二电子控制单元；

所述第二电子控制单元还用于根据所述第二电子控制单元温度信号和所述第二电机温度信号判断所述转向器冗余系统是否过热，并在判断过热时发送通知信号到所述转向管柱冗余系统；

所述第一电子控制单元通过所述电控单元信息通道与所述第二电子控制单元通信连接。

在本实施例中，系统还包括多个热敏传感器，多个热敏传感器分别采集第一电子控制单元、第一电机、第二电子控制单元、第二电机的温度，进行温度监控，在温度超过标准阀值时，执行热保护策略，避免冗余控制系统由于过热而损坏，从而在系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力。

在本实施例中，所述第一电机的额定输出扭矩为20～30N.m，所述第二电机的额定输出扭矩为30～90N.m。第一电机功率小成本低，在车速大于标准阀值车速时，第一电机性能达到最优，第二电机应用在低速大扭矩的场景，将两个电机差别设置，提升电机功率利用率。需要注意的是，在选择第二电机时，其额定输出扭矩需要满足车辆的倒车和自动入库需求。

标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。第二设定比例可以任意设定，考虑机械结构加工会存在公差，因此，第二设定比列不能是100％，另一方面，为了最大限度的利用第一电机的功率，第二设定比例不能太低。第二设定比例优选为90％。

在本实施例中，在转向管柱及转向器分别布置电机、转角扭矩传感器、电子控制单元、热敏传感器实现失效替换策略，大于标准阀值车速采用转向管柱冗余系统控制助力、标准阀值车速以下采用转向器冗余系统控制助力。转向管柱冗余系统采用小功率、低成本电机，标准阀值车速以上达到性能最优，转向器冗余系统电机应用在低速大扭矩场景。根据车速信号、扭矩信号、转角信号、热敏传感器信号综合计算，提供不同助力策略，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

图4是本发明一种实施方式提供的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法流程图。如图4所示，该方法通过前述的助力转向系统冗余控制系统进行冗余控制，所述方法包括：

正常工作模式下，在车速v≤A或者v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩，包括：

当接收到的车速v≤A时，控制所述转向管柱冗余系统开启，由设置在所述转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，通过第一扭矩转角传感器采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元，当所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述转向器冗余系统开启，由设置在所述转向器上的第二电机共同提供助力扭矩；

当车速v≤A时，且所述第一电机提供的助力扭矩小于第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩；

当车速v＞A时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩。第一电机和第二电机相互协调配合着提供助力扭矩，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

其中，A为标准阀值车速。

根据车速信号和转向管柱冗余系统、转向器冗余系统采集到的信号综合计算，大于标准阀值车速时采用转向管柱冗余系统控制助力扭矩，标准阀值车速以下采用转向器冗余系统和转向管柱冗余系统共同控制助力扭矩，达到性能最优，提升电机功率利用率及适应转向条件恶劣的工况。

所述标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。

进一步的，所述方法还包括故障冗余模式：

当所述转向管柱冗余系统的第一电机失效，由所述转向器冗余系统的第二电机代替所述第一电机提供全部助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器失效，根据所述转向器冗余系统的第二扭矩转角传感器采集的第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元失效，由所述转向器冗余系统的第二电子控制单元代替所述第一电子控制单元生成第一电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统的第二电机失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电机代替第二电机提供全部助力扭矩；

当所述转向器冗余系统第二扭矩转角传感器失效，根据所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器采集的第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统第二电子控制单元失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元代替所述第二电子控制单元生成第二电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述电控单元信息通道中的某一通道失效，由任意另一通道代替失效通道实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信连接。转向柱冗余系统与转向器冗余系统互为冗余，转向管柱冗余系统中的任一元件失效时，转向器冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，转向器冗余系统中任一元件失效时，转向管柱冗余系统中对应部件代替该失效元件实现功能，满足自动驾驶对转向系统的冗余要求，系统出现无助力类型故障后，能够保证系统正常工作或保持部分助力，降低整个系统的失效概率。

可选的，在所述故障冗余模式下，系统还在故障时生成报警提示信息并记录相关故障码。在发生故障时进行报警并记录相关故障码，故障码与故障类型一一对应，有利于进行维修时定位到对应的元件，降低检查发现故障元件的时间，提升车辆维修效率。

可选的，所述方法还包括系统热保护工作模式：

若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值大于第一标准阀值，则所述转向器冗余系统退出助力；在所述转向器冗余系统退出助力的情况下，若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值小于第一标准阀值且持续时间超过第一预设时间，所述转向器冗余系统恢复助力；

若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值大于第二标准阀值，则所述转向管柱冗余系统退出助力；在所述转向管柱冗余系统退出助力的情况下，若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值小于第二标准阀值且持续时间超过第二预设时间，则所述转向管柱冗余系统恢复助力。

在热保护工作模式下，任一冗余系统过热退出助力，另一冗余系统重新生成控制信号，控制电机提供助力扭矩，同时考虑电机的最大输出扭矩，若需求扭矩小于电机的最大输出扭矩，则电机提供需求扭矩；若需求扭矩大于电机的最大输出扭矩，则电机仅提供最大输出扭矩。

在本发明的一个实施例中，第一标准阀值为135℃，第二标准阀值为125℃，第一预设时间为10分钟，第二预设时间为6分钟。在其他实施例中也可以设置其他时间和温度，本发明对此不做限制。标准阀值温度越小，越容易达到，系统越安全，但是切换到热保护模式的可能性越大；标准阀值温度越高，越不容易达到，但是容易在过热情况下损坏电子控制单元和电机；设置时间越长越利于过热的电子控制单元或电机的降温，但是相对的对提供全部助力的系统的损耗会变大。

可选的，在所述系统热保护工作模式下，在所述转向管柱冗余系统或所述转向器冗余系统退出助力时，生成报警提示信息并记录相关故障码。

各电机、电子控制单元过热报警可能存在两种情况，第一种是各电机、电子控制单元直接损坏且不能再实现其功能；另一种是各电机、电子控制单元中某些不影响功能的部件损坏，各电机、电子控制单元还能够持续使用，但是使用过程中容易发热。在第一种情况下，报警记录和相关故障码可以用于车辆维修提升车辆维修效率，在第二中情况下，报警记录和相关故障码可以用于车辆保养时的检修，从统计学的角度分析过热发生的频率以及原因，做好车辆的维保，在各电机、电子控制单元直接损坏前做好维修，预防车辆在行驶过程中发生电机或电子控制单元直接损坏，造成安全隐患。

本发明实施方式还提供一种车辆，所述车辆包括所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统。

本实施方式提供的车辆包括所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，能够在车辆出现无助力类型故障后，保证系统正常工作或保持部分助力，降低整个车辆的失效概率。保障车辆行驶过程中的安全。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (15)

1.一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述系统包括：

转向管柱冗余系统，用于控制设置在转向管柱上的第一电机在车速v≤A或者v＞A时，提供助力扭矩；

转向器冗余系统，用于控制设置在转向器上的第二电机在车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，提供助力扭矩；以及

电控单元信息通道，用于实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信；

其中，A为标准阀值车速。

2.根据权利要求1所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。

3.根据权利要求1所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述转向管柱冗余系统包括：

第一扭矩转角传感器，设置在所述转向管柱上，用于采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元；

第一电子控制单元，用于根据所述第一扭矩信号、所述第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；以及

第一电机，用于根据所述第一电机控制信号提供第一电动转向助力；

所述转向器冗余系统包括：

第二扭矩转角传感器，设置在所述转向器上，用于采集第二扭矩信号和第二转角信号并传输到第二电子控制单元；

第二电子控制单元，用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；以及

第二电机，用于根据所述第二电机控制信号提供第二电动转向助力；

所述第一电子控制单元通过所述电控单元信息通道与所述第二电子控制单元通信连接。

4.根据权利要求3所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述第一电子控制单元还用于根据所述第二扭矩信号、所述第二转角信号和车速信号生成第二电机控制信号；

所述第一电子控制单元还用于根据第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第一扭矩信号和第一转角信号生成第一电机控制信号；

所述第二电子控制单元还用于根据所述第一扭矩信号、所述第一转角信号和车速信号生成第一电机控制信号；

所述第二电子控制单元还用于根据第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，然后根据车速信号以及计算得到的第二扭矩信号和第二转角信号生成第二电机控制信号。

5.根据权利要求2所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述第一电机的额定输出扭矩为20～30N.m，所述第二电机的额定输出扭矩为30～90N.m。

6.根据权利要求1所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述电控单元信息通道为多通道结构。

7.根据权利要求1所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统，其特征在于，所述转向管柱冗余系统包括：

第一电子控制单元热敏传感器，用于采集第一电子控制单元温度信号并传输到第一电子控制单元；

第一电机热敏传感器，用于采集第一电机温度信号并传输到第一电子控制单元；

所述第一电子控制单元，用于根据所述第一电子控制单元温度信号和所述第一电机温度信号判断所述转向管柱冗余系统是否过热，并在判断过热时发送通知信号到所述转向器冗余系统；

所述转向器冗余系统包括：

第二电子控制单元热敏传感器，用于采集第二电子控制单元温度信号并传输到第二电子控制单元；

第二电机热敏传感器，用于采集第二电机温度信号并传输到第二电子控制单元；

所述第二电子控制单元，用于根据所述第二电子控制单元温度信号和所述第二电机温度信号判断所述转向器冗余系统是否过热，并在判断过热时发送通知信号到所述转向管柱冗余系统。

8.一种基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，通过权利要求1-7中任一项所述的助力转向系统冗余控制系统进行冗余控制，特征在于，所述方法包括：

正常工作模式下，在车速v≤A或者v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩；

其中，A为标准阀值车速。

9.根据权利要求8所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，所述在车速v≤A或者v＞A时，由设置在转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，在车速v≤A且所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，由设置在转向器上的第二电机提供助力扭矩，包括：

当车速v≤A时，控制所述转向管柱冗余系统开启，由设置在所述转向管柱上的第一电机提供助力扭矩，通过第一扭矩转角传感器采集第一扭矩信号和第一转角信号并传输到第一电子控制单元，当所述第一电机提供的助力扭矩达到第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述转向器冗余系统开启，由设置在所述转向器上的第二电机共同提供助力扭矩；

当车速v≤A，且所述第一电机提供的助力扭矩小于第一电机额定输出扭矩K的第一设定比例S时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩；

当车速v＞A时，控制所述第二电机的助力扭矩退出，仅由所述第一电机提供助力扭矩。

10.根据权利要求8所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，所述标准阀值车速A为：通过策略方向盘进行转向力矩测量标定，测试转向扭矩平均值等于所述第一电机额定输出扭矩的第二设定比例时，测定的车速。

11.根据权利要求9所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，所述方法还包括故障冗余模式：

当所述转向管柱冗余系统的第一电机失效，由所述转向器冗余系统的第二电机代替第一电机提供全部助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器失效，根据所述转向器冗余系统的第二扭矩转角传感器采集的第二扭矩信号和第二转角信号计算第一扭矩信号和第一转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元失效，由所述转向器冗余系统的第二电子控制单元代替所述第一电子控制单元生成第一电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统的第二电机失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电机代替第二电机提供全部助力扭矩；

当所述转向器冗余系统第二扭矩转角传感器失效，根据所述转向管柱冗余系统的第一扭矩转角传感器采集的第一扭矩信号和第一转角信号计算第二扭矩信号和第二转角信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述转向器冗余系统的第二电子控制单元失效，由所述转向管柱冗余系统的第一电子控制单元代替第二电子控制单元生成第二电机控制信号，由第一电机、第二电机共同提供助力扭矩；

当所述电控单元信息通道中的某一通道失效，由任意另一通道代替失效通道实现所述转向管柱冗余系统与所述转向器冗余系统之间的通信连接。

12.根据权利要求11所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，在所述故障冗余模式下，生成报警提示信息并记录相关故障码。

13.根据权利要求8所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，所述方法还包括系统热保护工作模式：

若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值大于第一标准阀值，则所述转向器冗余系统退出助力；在所述转向器冗余系统退出助力的情况下，若所述转向器冗余系统的第二电机热敏传感器或第二电子控制单元热敏传感器阀值小于第一标准阀值且持续时间超过第一预设时间，所述转向器冗余系统恢复助力；

若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值大于第二标准阀值，则所述转向管柱冗余系统退出助力；在所述转向管柱冗余系统退出助力的情况下，若所述转向管柱冗余系统的第一电机热敏传感器或第一电子控制单元热敏传感器阀值小于第二标准阀值且持续时间超过第二预设时间，则所述转向管柱冗余系统恢复助力。

14.根据权利要求13所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制方法，其特征在于，在所述系统热保护工作模式下，在所述转向管柱冗余系统或所述转向器冗余系统退出助力时，生成报警提示信息并记录相关故障码。

15.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-7中任意一项所述的基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统。

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