CN112238894B - 路感反馈模块及其构成的汽车电动助力转向线控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路感反馈模块包括：第一扭矩转角传感器采集方向盘管柱扭矩和转角；路感反馈控制器根据第一扭矩转角传感器信号、路感电机反馈信号、转向执行器反馈信号执行路感反馈控制、驱动路感拟电机、驱动中间轴离合器控制以及与转向执行器信号交互；中间轴离合器电路块控制整车离合器的中间轴离合器传动；路感模拟电机仅执行路感反馈控制器MCU‑A信号输出负载扭矩；线控域连接单元将路感反馈控制器通过不同路车辆总线与转向执行器冗余控制器通信。本发明还公开了一种汽车电动助力转向线控系统。本发明能实现上层电子控制单元和下层执行器之间机械传动控制，能满足智能驾驶L3&L4工况要求，实现冗余P‑EPS转向系统和汽车电动助力转向线控系统共用平台。

Description

路感反馈模块及其构成的汽车电动助力转向线控系统

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，特别是涉及一种路感反馈模块。本发明还涉及一种具有所述路感反馈模块的汽车电动助力转向线控系统。

背景技术

汽车电动助力转向线控(Steer-By-Wire)系统，简称SBW系统，对汽车高级自动驾驶具有重大意义，被认为是智能驾驶的关键执行部件之一。根据国家工业和信息化部等发布的《汽车产业中长期发展规划》，预计2025年高度和完全自动驾驶汽车开始进入市场，并开始快速增长，线控转向系统是真正解放人类双手的转向新技术。SBW系统对比传统EPS系统增加了路感模拟控制、可变传动比，主动转向控制等特点，因此SBW系统的预研开发已经成为转向行业的焦点并朝着安全可靠的量产化迈进。

SBW系统框架设计中，如果线控域连接子系统采用了带有离合器中间轴的设计，并能够通过控制器驱动离合器的传动缔结(即中间轴上端转向力输入刚性连接传递至中间轴下端输出)与传动释放，则将其定义为非解耦式SBW系统。相反地，如果线控域连接子系统采用了未带有离合器中间轴的设计，并中间层子系统完全仅依靠线束上的线控域通信的电气信号连接，而无机械传动零部件，则将其定义为解耦式SBW系统。相比较而言，目前主流零部件供应商采用的解耦式SBW系统，解耦式SBW系统在智能驾驶发展趋势上至少存在三个缺点:

1、仅支持SAE定义智驾级别L4及其以上的自动驾驶需求，不符合智驾级别L3及其以下的电控系统失效时的"紧急时驾驶员操控回避"的需求，较低驾级别的广大市场应用需要且普遍存在不及机械传动的上下层子系统响应实时性；

2、从车辆道路安全角度考虑，尚无法规支持解耦式SBW系统的量产化，必须在待相关法律制度完善后，产品设计方案才可落地实施；

3、在电控协同策略复杂程度上，解祸式SBW系统需要实现上下子系统的上下电时序同步、上下层转向系统状态校核、电气系统防尘防水等级极为复杂苛刻，对于任一失效场景，将导致SBW系统出错，车辆无法使用。

因此，在产品定位和研发方向上，本发明立足的技术背景是非解耦式SBW系统，采用带离合器的中间轴的技术路线，并由路感反馈器的上层电控单元实现驱动控制传动缔结或传动释放。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种沿用传统管柱式电动助力转向C-EPS的结构，在上层电子控制单元和下层执行器之间实现机械传动控制的路感反馈模块。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有所述路感反馈模块，能满足SAE定义的自动驾驶的智能驾驶L3&L4紧急实时转向工况的技术要求，将冗余P-EPS转向系统和汽车电动助力转向线控系统共用平台的汽车电动助力转向线控系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的路感反馈模块，包括：

第一扭矩转角传感器，其用于采集方向盘管柱扭矩和转角，其传感器A具有两路扭矩双冗余信号，其传感器B具有两路转角双冗余信号；

路感反馈控制器，其是分别由不同的点火信号运行唤醒功能的MCU-A和MCU-B两侧同构的冗余结构，冗余结构相互进行监控校验和功能诊断；其根据第一扭矩转角传感器信号、路感电机反馈信号、转向执行器反馈信号执行路感反馈控制、驱动路感拟电机、驱动中间轴离合器缔结与释放以及与转向执行器信号交互；

中间轴离合器电路块，其通过线控域连接单元线束硬线连接至整车离合器的中间轴离合器，其根据路感反馈控制器MCU-B输出信号经逻辑判断后输出逻辑门驱动信号控制整车离合器的中间轴离合器传动缔结或释放；

路感模拟电机，其仅执行路感反馈控制器MCU-A的电机驱动电路信号输出负载扭矩,其仅反馈电机运行参数至路感反馈控制器的MCU-A；其路感模拟电机转子位置传感器具有冗余电路模块双芯片输出，路感模拟电机转子位置传感器分别输出冗余转子位置信号至路感反馈控制器的冗余结构；

线控域连接单元，其用于路感反馈控制器通过不同路车辆总线与转向执行器的冗余控制器分别建立通信链接；

其中，第一扭矩转角传感器传感器A和传感器B冗余结构其中一侧、路感反馈控制器冗余结构其中一侧、路感模拟电机和路感模拟电机转子位置传感器芯片一由独立电源一供电，第一扭矩转角传感器传感器A和传感器B冗余结构另一侧、路感反馈控制器冗余结构另一侧、中间轴离合器电路块和路感模拟电机转子位置传感器芯片二由独立电源二供电。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，路感反馈控制器的MCU-A和MCU-B之间通过CANFD通信。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，路感电机转子位置传感器每间隔第一周期通过CANFD通信将输出至MCU-B的转子位置信号转发至MCU-A进行双路校验。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，第一周期范围是100us-300us。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，电机驱动电路信号由预设调节周期的PWM占空比调制。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，预设调节周期范围为30us-70us。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，电源一是路感模拟电机驱动电源，电源二是可调恒流源。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，线控域连接单元是车载CAN总线和/或CANFD总线。

可选择的，进一步改进所述的路感反馈模块，中间轴离合器电路块通过逻辑门执行以下逻辑判断；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第一电控状态S0；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第二电控状态S1；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第三电控状态S2；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第四电控状态S3；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第五电控状态S4；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第六电控状态S5；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第七电控状态S6；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第八电控状态S7；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑ON传动释放，执行第九电控状态S8。

本发明提供一种具有上述任意一项所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于，还包括：

转向执行器，其转向执行控制器根据第二扭矩转角传感器信号控制输出驱动执行转向；

整车离合器，其具有集成在其中间轴上的中间轴离合器，中间轴离合器根据中间轴离合器电路块输出信号执行传动缔结或释放；

供电系统，其由整车电气系统的两路独立车载电池模块形成两路电源，两路电源分别为路感反馈控制器、转向执行控制器和路感电机转子位置传感器的冗余结构供电。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，转向执行器包括：

第二扭矩转角传感器，其用于采集转向管柱扭矩和转角，其传感器C具有两路扭矩双冗余信号，其传感器D具有两路转角双冗余信号；

转向执行控制器，其ECU-A根据第二扭矩转角传感器的一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的三相，其ECU-B根据第二扭矩转角传感器的另一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的另外三相，其ECU-A和其ECU-B执行实时协同控制；

转向执行电机，其执行ECU-A和ECU-B双侧电机驱动信号输出助力扭矩；

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，逻辑门驱动信号处于第一电流范围I1时，中间轴离合器电路块输出信号处于传动区，中间轴离合器为传动缔结，汽车电动助力转向线控系统处于由整车离合器中间轴刚性连接的机械传动状态；

逻辑门驱动信号处于第二电流范围I2时，中间轴离合器电路块输出信号处于滞连区和传动释放过渡区，中间轴离合器为传动缔结与传动释放之间的过渡状态，汽车电动助力转向线控系统处于机械传动状态或线控状态；

逻辑门驱动信号处于第三电流范围I3时，中间轴离合器电路块输出信号处于线控区，中间轴离合器为传动释放，汽车电动助力转向线控系统处于整车离合器中间轴上下传动断开的线控状态；

其中,0≤I1＜I2＜I3。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，第一电流范围I1∈[OA，1.5A)，第二电流范围I2∈[1.5A，3.5A]，第三电流范围I3∈(3.5A，+∞A]。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，第三电流范围时I3的范围极值由路感反馈控制器硬件可耐过流极值和中间轴离合器控制回路电流极值两者中较小的确定。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动缔结，逻辑门驱动信号电流值由小至大变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动缔结；

若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动释放，逻辑门驱动信号电流值由大至小变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动释放。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，路感反馈控制器以第二周期监控逻辑门驱动信号是否发生过流，若发生过流则发出故障报警。

可选择的，进一步改进所述的汽车电动助力转向线控系统，第二周期范围是500us-1500us。

本发明提供的路感反馈模块沿用传统的管柱式电动助力转向C-EPS的结构，并增设对离合器中间轴进行控制的逻辑门驱动信号，实现了上下子系统之间的机械传动控制，路感反馈器采用可调恒流源驱动方法控制整车离合器中间轴的离合器，并提供了ECU-C电控单元的AB侧逻辑门联合控制，提供了全部离合器传动缔结和释放的工况，使得电控策略更加清晰、准确，避免了逻辑错误导致的安全隐患，提高了路感反馈模块的安全性。

本发明提供的汽车电动助力转向线控系统，如图1所示，主要组件包含:路感反馈器、线控域连接单元、转向执行器，通过上述方案的硬件及控制设计，本发明在功能实现要求至少能满足以下需求:

1、路感反馈器子系统能实现路感反馈功能，实现上下角度控制功能，机械硬锁止功能，管柱机械性能等上层要求。

2、转向执行器子系统能实现角度控制功能，实现冗余失效功能，提供10kN以上助力输出性能等下层要求。

3、线控域连接单元是上下层子系统之间的中间层，是主要以线控连接方式达到承担连接路感反馈器子系统与转向执行器子系统的域通讯与机械传动作用的子系统。支持机械上的解耦/非解耦两种方式的传动连接，线束上的线控域通信的电气信号连接等要求。

通过上述方案的硬件及控制设计，本发明至少能实现以下技术效果：

一、本发明从双电池系统、多路冗余传感器、双侧控制器、电机执行器的供电、信号备份、安全机制等放在在工作原理和硬件结构上相对现有技术均进行了改进，实现了关键器件的单点故障的电气隔离与冗余备份，提升了线控转向应用的功能安全需求，减少了底盘安全件的失效风险。

二、本发明沿用了现有转向执行器主要组件，将ECU-A和ECU-B分别增加了与ECU-C信号交互的CAN通讯接口，由"线控域连接单元"相关线束形成了三个控制器之间的域控制器系统。

三、本发明提出由路感反馈器通过可调恒流源驱动中间轴离合器控制整车离合器，并并提供了ECU-C电控单元的AB侧逻辑门联合控制，提供了全部离合器传动缔结和释放的工况，使得电控策略更加清晰、准确，避免了逻辑错误导致的安全隐患，提高了路感反馈模块的安全性。

四、本发明将冗余P-EPS做了方案优化做为SBW系统的转向执行器的子系统，增强了产品迭代的复用率和平台化，节省了零部件成本、缩短了开发周期也便于维护，对于智驾级别的不同应用场景有很强的普适性。

无、本发明采用冗余双电控(两侧电路布置)同步输出，使得每个电控单元的电机驱动电流减小50％，转向执行六相电机功率密度较传统三相电机而言提升至112％，而总功率输出降额高达20％，提高了供电系统的能源利用率。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明框架示意图。

图2是一种现有冗余P-EPS转向系统结构示意图。

图3是本发明框架示意图。

图4是本发明路感反馈控制器ECU-C结构示意图。

图5是本发明可调恒流源与传动滞回关系示意图。

图6是本发明故障车况下转向线控系统时序图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。应当以相同的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“与……相邻”和“与……直接相邻”、“在……上”和“直接在……上”等)。

第一实施例，参考图3、图4所示，路感反馈模块，包括：

第一扭矩转角传感器，其用于采集方向盘管柱扭矩和转角，其传感器A具有两路扭矩双冗余信号，其传感器B具有两路转角双冗余信号；

路感反馈控制器ECU-C，其是分别由不同的点火信号运行唤醒功能的MCU-A和MCU-B两侧同构的冗余结构，冗余结构相互进行监控校验和功能诊断；其根据第一扭矩转角传感器信号、路感电机反馈信号、转向执行器反馈信号执行路感反馈控制、驱动路感拟电机、驱动中间轴离合器缔结与释放以及与转向执行器信号交互；

中间轴离合器电路块，其通过线控域连接单元线束硬线连接至整车离合器的中间轴离合器，其根据路感反馈控制器MCU-B输出信号经逻辑判断后输出逻辑门驱动信号控制整车离合器的中间轴离合器传动缔结或释放；

路感模拟电机，其仅执行路感反馈控制器MCU-A的电机驱动电路信号输出负载扭矩,其仅反馈电机运行参数至路感反馈控制器的MCU-A；其路感模拟电机转子位置传感器具有冗余电路模块双芯片输出，路感模拟电机转子位置传感器分别输出冗余转子位置信号至路感反馈控制器的冗余结构；

线控域连接单元，其用于路感反馈控制器MCU-A、MCU-B通过不同路车辆总线CAN1、CAN2与转向执行器的冗余控制器ECU-A、ECU-B分别建立通信链接；

其中，第一扭矩转角传感器传感器A Sensor3和传感器B Sensor4冗余结构其中一侧、路感反馈控制器冗余结构其中一侧MCU-A、路感模拟电机和路感模拟电机转子位置传感器芯片一Die1由独立电源一供电，第一扭矩转角传感器传感器A Sensor3和传感器BSensor4冗余结构另一侧、路感反馈控制器冗余结构另一侧MCU-B、中间轴离合器电路块和路感模拟电机转子位置传感器芯片二Die2由独立电源二供电。

第二实施例，继续参考图3、图4所示，路感反馈模块，包括：

第一扭矩转角传感器，其用于采集方向盘管柱扭矩和转角，其传感器A具有两路扭矩双冗余信号，其传感器B具有两路转角双冗余信号；

路感反馈控制器ECU-C，其是分别由不同的点火信号运行唤醒功能的MCU-A和MCU-B两侧同构的冗余结构，冗余结构相互进行监控校验和功能诊断；其根据第一扭矩转角传感器信号、路感电机反馈信号、转向执行器反馈信号执行路感反馈控制、驱动路感拟电机、驱动中间轴离合器缔结与释放以及与转向执行器信号交互；路感反馈控制器的MCU-A和MCU-B之间通过CANFD通信；

中间轴离合器电路块，其通过线控域连接单元线束硬线连接至整车离合器的中间轴离合器，其根据路感反馈控制器MCU-B输出信号经逻辑判断后输出逻辑门驱动信号控制整车离合器的中间轴离合器传动缔结或释放；

中间轴离合器电路块布置在MCU-B侧，由MCU-A输出的电控信号Gate A和MCU-B输出的电控信号Gate B共同控制，即高阻态(即，悬空或断路)和低电平(如，诊断结果异常时)代表"逻辑0"控制有效传动缔结离合器；高电平(如，诊断结果正常时〉代表"逻辑1"控制有效传动释放离合器；离合器电路块内置了一个"逻辑门"其判定真值表(如表1所示)的输出结果通过线控域连接子系统的线束内的硬线连接至带离合器中间轴，即电气信号线命名为"逻辑门驱动信号Current 1"；

表1

路感模拟电机，其仅执行路感反馈控制器MCU-A的电机驱动电路信号(经过电机驱动电路)输出负载扭矩,其仅反馈电机运行参数至路感反馈控制器的MCU-A；其路感模拟电机转子位置传感器具有冗余电路模块双芯片输出，路感模拟电机转子位置传感器分别输出冗余转子位置信号至路感反馈控制器的冗余结构；路感电机转子位置传感器每间隔第一周期通过CANFD通信将输出至MCU-B的转子位置信号转发至MCU-A进行双路校验，第一周期范围是100us-300us，优选为150us、200us或250us；电机驱动电路信号由预设调节周期的PWM占空比调制，预设调节周期范围为30us-70us，优选为35us、40us、45us、50us、55us、60us或65us；

线控域连接单元，可选选择车载CAN总线和/或CANFD总线，其用于路感反馈控制器MCU-A、MCU-B通过不同路车辆总线CAN1、CAN2与转向执行器的冗余控制器ECU-A、ECU-B分别建立通信链接；

其中，第一扭矩转角传感器传感器A Sensor3和传感器B Sensor4冗余结构其中一侧、路感反馈控制器冗余结构其中一侧MCU-A、路感模拟电机和路感模拟电机转子位置传感器芯片一Die1由独立电源一供电，第一扭矩转角传感器传感器A Sensor3和传感器BSensor4冗余结构另一侧、路感反馈控制器冗余结构另一侧MCU-B、中间轴离合器电路块和路感模拟电机转子位置传感器芯片二Die2由独立电源二供电。

其中，电源一大功率电源是路感模拟电机驱动电源，电源二是可调恒流源，其由整车供电系统的不同电池模块提供，例如前置电池模块和后置电池模块；

此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”“A”“B”“C”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

第三实施，如图1、图3所示，本发明提供一种上述第一或第二实施例所述路感反馈模块的汽车电动助力转向线控系统，还包括：

转向执行器，其转向执行控制器根据第二扭矩转角传感器信号控制输出驱动执行转向；

整车离合器，其具有集成在其中间轴上的中间轴离合器，中间轴离合器根据中间轴离合器电路块输出信号执行传动缔结或释放；

供电系统，其由整车电气系统的两路独立车载电池模块形成两路电源，两路电源分别为路感反馈控制器、转向执行控制器和路感电机转子位置传感器的冗余结构供电。

第四实施例，如图1、图3-图5所示，本发明提供一种上述第一或第二实施例所述路感反馈模块的汽车电动助力转向线控系统，还包括：

转向执行器，其转向执行控制器根据第二扭矩转角传感器信号控制输出驱动执行转向，包括：

第二扭矩转角传感器，其用于采集转向管柱扭矩和转角，其传感器C Sensor1具有两路扭矩双冗余信号，其传感器D Sensor2具有两路转角双冗余信号；

转向执行控制器，其ECU-A根据第二扭矩转角传感器的一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的UVW三相，其ECU-B根据第二扭矩转角传感器的另一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的XYZ三相，其ECU-A和其ECU-B执行实时协同控制；

转向执行电机，其执行ECU-A和ECU-B双侧电机驱动信号输出助力扭矩；

整车离合器，其具有集成在其中间轴上的中间轴离合器，中间轴离合器根据中间轴离合器电路块输出信号执行传动缔结或释放；

供电系统，其由整车电气系统的两路独立车载电池模块形成两路电源，两路电源分别为路感反馈控制器、转向执行控制器和路感电机转子位置传感器的冗余结构供电。

第五实施例，如图1、图3-图5所示，该第五实施例是在上述第四实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述：

其中，逻辑门驱动信号处于第一电流范围I1，I1∈[OA，1.5A)时，中间轴离合器电路块输出信号处于传动区，中间轴离合器为传动缔结，汽车电动助力转向线控系统处于由整车离合器中间轴刚性连接的机械传动状态；

逻辑门驱动信号处于第二电流范围I2，I2∈[1.5A，3.5A]时，中间轴离合器电路块输出信号处于滞连区和传动释放过渡区，中间轴离合器为传动缔结与传动释放之间的过渡状态，汽车电动助力转向线控系统处于机械传动状态或线控状态；

逻辑门驱动信号处于第三电流范围I3，I3∈(3.5A，+∞A]时，中间轴离合器电路块输出信号处于线控区，中间轴离合器为传动释放，汽车电动助力转向线控系统处于整车离合器中间轴上下传动断开的线控状态；

需要说明的是，原则上只要满足0≤I1＜I2＜I3的关系即可。上述I1、I2、I3的范围是示例性的。I3电流范围上限+∞A显然受制于现有技术，因此第三电流范围时I3的范围极值由路感反馈控制器硬件可耐过流极值和中间轴离合器控制回路电流极值两者中较小的确定。

第六实施例，该第六实施例是在上述第五实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述：

若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动缔结，逻辑门驱动信号电流值由小至大变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动缔结；

若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动释放，逻辑门驱动信号电流值由大至小变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动释放。

第七实施例，该第七实施例是在上述第五实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述：

路感反馈控制器以第二周期监控逻辑门驱动信号是否发生过流，若发生过流则发出故障报警，第二周期范围是500us-1500us，优选为600us、700us、800us、900us、1000us、1100us、1200us、1300us或1400us。

第八实施例，如图6所示，兹举故障示例：路感模拟电机转子位置传感器芯片二Die2信号丢失和车辆CAN1故障，用于进一步说明本发明的工作原理及在安全性方面的提高效果；

A、车辆点火启动前发生了"路感模拟电机转子位置传感器芯片二Die2丢失"故障，由于路感控制器的双侧MCU均处于休眠态Sleep中，整车离合器及其相关电路处于自然静置缔结常态，此时的电控状态为S0；

B、驾驶员启动车辆，点火信号进入IGN On，路感控制器双侧MCU进行上电自检态Init，持续时间ΔT0为30ms-200ms，并由MCU-B识别诊断出该异常后发送至MCU-A进行仲裁，因预设电控策略认为MCU-A采集到的主路Die1信号正常而MCU-B采集到的从路Die2信号异常时的离合器输出功能应为轻微预警错误，不足以进入故障态Fail，因此从高鲁棒性要求，系统时序继续转入正常运行态Normal，此时的电控状态为S4；整车离合器工作区的机械时序从Init输出明确电平开始，处于传动区的离合器逻辑门输出传动缔结状态；

C、正常运行态Normal先将双侧的逻辑门电路输入电平信号Gate A和Gate B均拉高，电控状态为S8，再由逻辑门驱动信号Current 1输出可调的恒流源信号至3.5A以上，ΔT1为传动状态过渡的滞连区一般要求时间<300ms，否则转向手感有明显不适的拖滞感；

D、汽车电动助力转向线控系统处于线控区时，离合器中间轴的原始刚性传动功能被线控域通讯传递的可变传动比转角(或力矩)上下层电控等策略所替代，宏观上等效于解耦式SBW系统；

E、当电控状态S8期间发生严重系统故障，如"车辆CAN1故障"违反到路感反馈器与转向执行器的功能安全目标，则MCU-A经过故障诊断确认时间ΔT2<24ms识别出该异常；MCU-B通过CANFD通讯监控机制延时ΔT3<15ms后也识别出该异常；MCU-A进入失效保护态Fail并控制Gate A输出低电平，随之逻辑门判定输出状态为OFF，电控系统状态转入S5；MCU-B较MCU-A延时ΔT3后也进入失效保护态Fail并控制Gate B输出低电平，随之逻辑门判定输出状态为OFF，形成了与MCU-A侧电路安全紧急重复控制的双保障机制；由逻辑门驱动信号Current 1输出可调的恒流源信号至1.5A以下，ΔT5为传动状态过渡的滞连区一般要求时间<80ms，否则导致的转向传动响应延迟将对车辆驾驶员行车安全产生人身危害；此时序阶段中，将ΔT4定义为线控应急降流时间(要求<20ms)，将ΔT6定义为线控故障容忍时间，因此ΔT6表征了非解祸式SBW系统从故障发生到机械传动完成并进入安全状态的重要考核指标，即ΔT6＝ΔT2+ΔT4+ΔT5；

F、当MCU-A和MCU-B均处于失效保护态Fail时，即电控状态为S4，离合器处于传动缔结状态，驾驶员操作的转向执行动作均为传动区内的中间轴刚性连接；

G、驾驶员停车熄火后，路感控制器的两侧MCU均进入下电态AfterRun，所有离合器控制输入信号恢复至于Init相同的初始状态，此时电控状态为S4；

H、下电过程结束后，双侧两侧MCU进入Sleep，离合工作区从传动区回到自然静置缔结常态，电控状态返为SO。

需要进一步说明的是，如图6示例性的展示车辆一次驾驶周期的线控时序，包含有三个电控状态S4，分别区分标注为S4①、S4②、S4③。然而三者的电控和机械控制是不相同的，只有S4②是故障引起的失效应采取安全措施的危害状态，而S4①、S4③分别是零车速条件下的转向线控系统的Init助力尚未建立、AfterRun助力逐渐消失的安全状态。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种路感反馈模块，其特征在于，包括：

第一扭矩转角传感器，其用于采集方向盘管柱扭矩和转角，其传感器A具有两路扭矩双冗余信号，其传感器B具有两路转角双冗余信号；

路感反馈控制器，其是分别由不同的点火信号运行唤醒功能的MCU-A和MCU-B两侧同构的冗余结构，冗余结构相互进行监控校验和功能诊断；其根据第一扭矩转角传感器信号、路感电机反馈信号、转向执行器反馈信号执行路感反馈控制、驱动路感模拟电机、驱动中间轴离合器缔结与释放以及与转向执行器信号交互；

中间轴离合器电路块，其通过线控域连接单元线束硬线连接至整车离合器的中间轴离合器，其根据路感反馈控制器MCU-B输出信号经逻辑判断后输出逻辑门驱动信号控制整车离合器的中间轴离合器传动缔结或释放；

路感模拟电机，其仅执行路感反馈控制器MCU-A的电机驱动电路信号输出负载扭矩,其仅反馈电机运行参数至路感反馈控制器的MCU-A；其路感模拟电机转子位置传感器具有冗余电路模块双芯片输出，路感模拟电机转子位置传感器分别输出冗余转子位置信号至路感反馈控制器的冗余结构；

线控域连接单元，其用于路感反馈控制器通过不同路车辆总线与转向执行器的冗余控制器分别建立通信链接；

其中，第一扭矩转角传感器传感器A和传感器B冗余结构其中一侧、路感反馈控制器冗余结构其中一侧、路感模拟电机和路感模拟电机转子位置传感器芯片一由独立电源一供电，第一扭矩转角传感器传感器A和传感器B冗余结构另一侧、路感反馈控制器冗余结构另一侧、中间轴离合器电路块和路感模拟电机转子位置传感器芯片二由独立电源二供电。

2.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：路感反馈控制器的MCU-A和MCU-B之间通过CANFD通信。

3.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：路感电机转子位置传感器每间隔第一周期通过CANFD通信将输出至MCU-B的转子位置信号转发至MCU-A进行双路校验。

4.如权利要求3所述的路感反馈模块，其特征在于：第一周期范围是100us-300us。

5.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：电机驱动电路信号由预设调节周期的PWM占空比调制。

6.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：预设调节周期范围为30us-70us。

7.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：电源一是路感模拟电机驱动电源，电源二是可调恒流源。

8.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：线控域连接单元是车载CAN总线和/或CANFD总线。

9.如权利要求1所述的路感反馈模块，其特征在于：中间轴离合器电路块通过逻辑门执行以下逻辑判断；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第一电控状态S0；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第二电控状态S1；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第三电控状态S2；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第四电控状态S3；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第五电控状态S4；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第六电控状态S5；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高阻态传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第七电控状态S6；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为低电平传动缔结，逻辑门驱动信号输出逻辑OFF传动缔结，执行第八电控状态S7；

MCU-A路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，MCU-B路感模拟电机驱动信号为高电平传动释放，逻辑门驱动信号输出逻辑ON传动释放，执行第九电控状态S8。

10.一种具有权利要求1-9任意一项所述路感反馈模块的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于，还包括：

转向执行器，其转向执行控制器根据第二扭矩转角传感器信号控制输出驱动执行转向；

整车离合器，其具有集成在其中间轴上的中间轴离合器，中间轴离合器根据中间轴离合器电路块输出信号执行传动缔结或释放；

供电系统，其由整车电气系统的两路独立车载电池模块形成两路电源，两路电源分别为路感反馈控制器、转向执行控制器和路感电机转子位置传感器的冗余结构供电。

11.如权利要求10所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于，转向执行器包括：

第二扭矩转角传感器，其用于采集转向管柱扭矩和转角，其传感器C具有两路扭矩双冗余信号，其传感器D具有两路转角双冗余信号；

转向执行控制器，其ECU-A根据第二扭矩转角传感器的一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的三相，其ECU-B根据第二扭矩转角传感器的另一路输入扭矩和转角信号控制输出驱动转向执行电机单侧绕阻中的另外三相，其ECU-A和其ECU-B执行实时协同控制；

转向执行电机，其执行ECU-A和ECU-B双侧电机驱动信号输出助力扭矩。

12.如权利要求10所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：

逻辑门驱动信号处于第一电流范围I1时，中间轴离合器电路块输出信号处于传动区，中间轴离合器为传动缔结，汽车电动助力转向线控系统处于由整车离合器中间轴刚性连接的机械传动状态；

逻辑门驱动信号处于第二电流范围I2时，中间轴离合器电路块输出信号处于滞连区和传动释放过渡区，中间轴离合器为传动缔结与传动释放之间的过渡状态，汽车电动助力转向线控系统处于机械传动状态或线控状态；

逻辑门驱动信号处于第三电流范围I3时，中间轴离合器电路块输出信号处于线控区，中间轴离合器为传动释放，汽车电动助力转向线控系统处于整车离合器中间轴上下传动断开的线控状态；

其中,0≤I1＜I2＜I3。

13.如权利要求12所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：第一电流范围I1∈[OA，1.5A），第二电流范围I2∈[1.5A，3.5A]，第三电流范围I3∈（3.5A，+∞A]。

14.如权利要求12所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：

第三电流范围时I3的范围极值由路感反馈控制器硬件可耐过流极值和中间轴离合器控制回路电流极值两者中较小的确定。

15.如权利要求12所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：

若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动缔结，逻辑门驱动信号电流值由小至大变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动缔结；

若汽车电动助力转向线控系统初始状态为传动释放，逻辑门驱动信号电流值由大至小变化进入滞连区，则汽车电动助力转向线控系统仍保持前一电控状态传动释放。

16.如权利要求12所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：路感反馈控制器以第二周期监控逻辑门驱动信号是否发生过流，若发生过流则发出故障报警。

17.如权利要求16所述的汽车电动助力转向线控系统，其特征在于：第二周期范围是500us-1500us。

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