CN112249151A - 一种线控转向系统、控制方法以及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种线控转向系统、控制方法以及汽车，所述系统包括控制单元和电机组，所述控制单元包括相互校验进行冗余验证的多个处理器、与处理器对应的桥路以及备用桥路；所述电机组包括与桥路对应的电机，所述处理器通过桥路与电机连通，所述处理器与电机之间的桥路故障时通过切换至备用桥路实现与电机的连通；本发明通过两块处理器的相互校验进行冗余验证，避免控制逻辑出现异常，保证安全；如果桥路出现异常，可以通过闲置的备用桥路替补损坏的桥路，备用桥路电性连接来代替之前线控转向系统中的许多过度冗余部分，可以显著降低线控转向系统的成本。

Description

一种线控转向系统、控制方法以及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种线控转向系统、控制方法以及汽车。
背景技术
目前线控转向系统由转向手感作动器(用途是给驾驶员方向盘力的反馈)与车轮位置作动器(用途是控制车辆转向轮转动合适的角度)两者构成。为了保证车辆的安全需求，通常转向手感作动器需要有一单绕组电机提供反馈力矩；车轮位置作动器需要有一双绕阻电机提供车轮位置控制。因此，线控转向系统成本较高。
目前，现有技术中的线控转向系统多采用两种方案，其中第一种现有技术方案如图1所示：
转向手感作动器由角度传感器、力矩传感器、减速机构、电机1、控制单元1和控制单元2组成，原理如下，角度传感器和力矩传感器用来检测驾驶员的驾驶意图，控制单元1和控制单元2识别到驾驶员意图以后通过计算，使得电机1产生一作用力，为驾驶员提供路感。控制单元1和控制单元2在计算与控制命令上相互冗余，保证车辆安全。
车轮位置作动器由电机3、电机3、控制单元3、控制单元4、减速机构和齿条机构传感器组成，原理如下，减速机构和齿条机构传感器用来检测推动车轮的齿条位置，然后电机3与减速机构在检测到齿条位置之后通过计算，使得电机3和电机4同时施加作用力，维持并控制齿条/车轮在目标位置。控制单元3和控制单元4在计算与控制命令上相互冗余，电机3与电机4在施加作用力上相互冗余，保证车辆安全。电机3与电机4可以为两个独立的电机，也可以为同一个电机的两部分绕阻。
特别地，当电机3或控制单元3出现失效时，由于缺少了一半的电机作用力，车轮位置作动器只能产生系统设定目标50％的作用力。
第二种现有技术方案如图1所示，
处理器1、桥路1与桥路2共同组成控制单元1(控制转向手感作动器)；处理器2、桥路2与桥路3共同组成控制单元2(控制车轮位置作动器)；即通过两个处理器去分别独立控制“转向手感作动器”与“车轮位置作动器”；
如果想要实现控制单元控制的处理器fail以后的备份，就要每个单元都使用两颗处理器，所以两个单元一共使用4颗处理器。而图2中是一颗处理器的非冗余方案；
如果想要实现控制桥路fail以后的备份，就要每个电机都被两套驱动桥去驱动，一共2x2＝4套驱动桥。
综上，现有方案的缺点是：
(1)、如果采用第一种现有技术想要注重冗余，那就要使用4颗处理器和3个电机，成本高；
(2)、如果采用第二种现有技术想要注重成本，那使用2颗处理器就够了，但是因为非冗余，安全性不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够在保证安全性的前提下降低成本的线控转向系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
一种线控转向系统，包括
控制单元，所述控制单元包括相互校验进行冗余验证的多个处理器、与处理器对应的桥路以及备用桥路；以及
电机组，所述电机组包括与桥路对应的电机，所述处理器通过桥路与电机连通，所述处理器与电机之间的桥路故障时通过切换至备用桥路实现与电机的连通。
进一步的，所述电机均为单绕组电机。
进一步的，所述系统还包括与处理器对应的传感器单元，所述传感器单元包括转角传感器、力矩传感器和齿条位置传感器中的一种或者多种。
进一步的，所述备用桥路与电机、桥路之间设置有开关，所述控制单元控制开关动作。
进一步的，所述控制单元包括第一处理器、第二处理器、第一桥路、第二桥路以及备用桥路，所述第一处理器和第二处理器相互校验进行冗余验证，所述第一处理器与第一桥路电性连接，所述第二处理器与第二桥路电性连接，所述备用桥路分别与第一处理器、第二处理器电性连接；
所述电机组包括第一电机和第二电机，所述控制单元控制第一电机与第一桥路或备用桥路连通，所述控制单元控制第二电机与第二桥路或备用桥路连通。
进一步的，所述第一电机与第一桥路之间的开关为第一开关；所述第一电机与备用桥路之间的开关为第二开关；所述第二电机与第二桥路之间的开关为第三开关；所述第二电机与备用桥路之间的开关为第四开关。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第二种技术方案为：
一种采用上述的线控转向系统的控制方法，包括
所述电机组提供转向手感作动与车轮位置作动；
判断桥路是否是否异常，若否，则不动作；若是，则将异常桥路切断，同时切换至预备桥路实现处理器与电机的连通。
进一步的，若动桥路异常，则发出警报。
进一步的，所述第一电机和第二电机分别提供转向手感作动与车轮位置作动；
所述第一桥路与第一电机连通，所述第二桥路与第二电机连通；
判断第一桥路和第二桥路是否异常，若否，则不动作；所述第一电机和第二电机分别提供转向手感作动与车轮位置作动；
所述第一桥路与第一电机连通，所述第二桥路与第二电机连通；
判断第一桥路和第二桥路是否异常，若否，则不动作；若第一桥路异常，断开第一桥路与第一电机，并将第一电机与备用桥路接通；若第二桥路异常，断开第二桥路与第二电机，并将第二电机与备用桥路接通。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第三种技术方案为：
一种汽车，包括上述的线控转向系统以及控制方法。
本发明的有益效果在于：通过两块处理器的相互校验进行冗余验证，避免控制逻辑出现异常，保证安全；如果桥路出现异常，可以通过闲置的备用桥路替补损坏的桥路，但两个桥路两桥路路同时损坏的概率非常小，且通过控制软件，可以在桥路出现单一故障时，就提醒驾驶员系统目前的状态，靠边停车；通过开关所述第一电机通过开关分别与第一桥路、备用桥路电性连接，所述第二电机通过开关分别与第二桥路、备用桥路电性连接来代替之前线控转向系统中的许多过度冗余部分，可以显著降低线控转向系统的成本。通过控制单元和电机组的设置，能够使得系统采用成本更低的单绕组电机就能达成线控转向功能。
附图说明
图1为第一种现有技术；
图2为第二种现有技术；
图3为本发明具体实施方式的一种线控转向系统的结构示意图；
标号说明：1、第一处理器；2、第二处理器；3、第一桥路；4、第二桥路；5、备用桥路；6、第一电机；7、第二电机；8、第一转角传感器；9、第一力矩传感器；10、第一齿条位置传感器；11、第二转角传感器；12、第二力矩传感器；13、第二齿条位置传感器；14、第一开关；15、第二开关；16、第三开关；17、第四开关。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
实施例一
请参照图3，一种线控转向系统，包括
控制单元，所述控制单元包括第一处理器1、第二处理器2、第一桥路3、第二桥路4以及备用桥路5，所述第一处理器1和第二处理器2相互校验进行冗余验证，所述第一处理器1与第一桥路3电性连接，所述第二处理器2与第二桥路4电性连接，所述备用桥路5分别与第一处理器1、第二处理器2电性连接；以及
电机组，所述电机组包括第一电机6和第二电机7，所述控制单元控制第一电机6与第一桥路3或备用桥路5连通，所述控制单元控制第二电机7与第二桥路4或备用桥路5连通。
所述第一传感器单元和第二传感器单元，所述第一传感器单元与第一处理器1电性连接，所述第二传感器单元与第二处理器2电性连接；
所述第一传感器单元包括第一转角传感器8、第一力矩传感器9和第一齿条位置传感器10；
所述第二传感器单元包括第二转角传感器11、第二力矩传感器12和第二齿条位置传感器13。
所述第一电机6与第一桥路3、备用桥路5之间设置有开关，所述第二电机7与第二桥路4、备用桥路5之间设置有开关；所述控制单元控制开关动作。
所述第一电机6与第一桥路3之间的开关为第一开关14；所述第一电机6与备用桥路5之间的开关为第二开关15；所述第二电机7与第二桥路4之间的开关为第三开关16；所述第二电机7与备用桥路5之间的开关为第四开关17。
从控制逻辑而言，首先从功能上确认第一电机与第二电机的重要程度及失效的安全性要求，如第一电机为主要功能，第二电机为次要功能。当第一电机所配合的桥路出现失效后，备用可通过开关的接合与开关的断开迅速接管第一电机的控制，从而实现备份控制。同样的，当第二电机所配合的桥路出现失效后，备份桥路可以通过开关的接合与开关的断开迅速接管第二电机的控制，从而实现备份控制。
实施例二
一种线控转向系统，与实施例一相同之处不再赘述，区别在于，所述第一电机6和第二电机7均为单绕组电机。
实施例三
一种采用实施例一或者实施例二所述的线控转向系统的控制方法，包括
所述第一电机6和第二电机7分别提供转向手感作动与车轮位置作动；
所述第一桥路3与第一电机6连通，所述第二桥路4与第二电机7连通；
判断第一桥路3和第二桥路4是否异常，若否，则不动作；若第一桥路3异常，断开第一桥路3与第一电机6之间的第一开关14，并将第一电机6与备用桥路通过第二开关15接通，同时发出警报；若第二桥路4异常，断开第二桥路4与第二电机7的第三开关16，并将第二电机7与备用桥路通过第四开关17接通，同时发出警报。
实施例四
一种线控转向系统，包括
控制单元，所述控制单元包括相互校验进行冗余验证的四个处理器、与处理器对应的桥路以及两个的备用桥路；以及
电机组，所述电机组包括与桥路对应的电机，所述处理器通过桥路与电机连通，其中每两个的处理器共用一个备用桥路，所述处理器与电机之间的桥路故障时通过切换至备用桥路实现与电机的连通。
所述系统还包括与处理器对应的传感器单元，所述传感器单元包括转角传感器、力矩传感器和齿条位置传感器中的一种或者多种。
所述备用桥路与电机、桥路之间设置有开关，所述控制单元控制开关动作。
实施例五
一种线控转向系统，与实施例三相同之处不再赘述，区别在于，所述处理器有三个，备用桥路有两个，两两处理器之间共用一个备用桥路。
实施例六
一种采用实施例四或者实施例五所述的线控转向系统的控制方法，包括
所述电机组提供转向手感作动与车轮位置作动；
判断桥路是否是否异常，若否，则不动作；若是，则将异常桥路切断，同时切换至预备桥路实现处理器与电机的连通并发出警报。
实施例七
一种汽车，包括实施例一、实施例二、实施例四、实施例五种的一种所述的线控转向系统以及实施例三或实施例六的控制方法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种线控转向系统，其特征在于，包括
控制单元，所述控制单元包括相互校验进行冗余验证的多个处理器、与处理器对应的桥路以及备用桥路；以及
电机组，所述电机组包括与桥路对应的电机，所述处理器通过桥路与电机连通，所述处理器与电机之间的桥路故障时通过切换至备用桥路实现与电机的连通。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述电机均为单绕组电机。
3.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述系统还包括与处理器对应的传感器单元，所述传感器单元包括转角传感器、力矩传感器和齿条位置传感器中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述备用桥路与电机、桥路之间设置有开关，所述控制单元控制开关动作。
5.根据权利要求4所述的线控转向系统，其特征在于，
所述控制单元包括第一处理器、第二处理器、第一桥路、第二桥路以及备用桥路，所述第一处理器和第二处理器相互校验进行冗余验证，所述第一处理器与第一桥路电性连接，所述第二处理器与第二桥路电性连接，所述备用桥路分别与第一处理器、第二处理器电性连接；
所述电机组包括第一电机和第二电机，所述控制单元控制第一电机与第一桥路或备用桥路连通，所述控制单元控制第二电机与第二桥路或备用桥路连通。
6.根据权利要求5所述的线控转向系统，其特征在于，所述第一电机与第一桥路之间的开关为第一开关；所述第一电机与备用桥路之间的开关为第二开关；所述第二电机与第二桥路之间的开关为第三开关；所述第二电机与备用桥路之间的开关为第四开关。
7.一种采用权利要求1-6任意一项所述的线控转向系统的控制方法，其特征在于，包括
所述电机组提供转向手感作动与车轮位置作动；
判断桥路是否是否异常，若否，则不动作；若是，则将异常桥路切断，同时切换至预备桥路实现处理器与电机的连通。
8.根据权利要求7所述的线控转向系统的控制方法，其特征在于，若动桥路异常，则发出警报。
9.根据权利要求7所述的线控转向系统的控制方法，其特征在于，所述第一电机和第二电机分别提供转向手感作动与车轮位置作动；
所述第一桥路与第一电机连通，所述第二桥路与第二电机连通；
判断第一桥路和第二桥路是否异常，若否，则不动作；所述第一电机和第二电机分别提供转向手感作动与车轮位置作动；
所述第一桥路与第一电机连通，所述第二桥路与第二电机连通；
判断第一桥路和第二桥路是否异常，若否，则不动作；若第一桥路异常，断开第一桥路与第一电机，并将第一电机与备用桥路接通；若第二桥路异常，断开第二桥路与第二电机，并将第二电机与备用桥路接通。
10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的线控转向系统以及权利要求7-9任意一项的控制方法。
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