CN112373559A - 一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，该系统包括转向电机、备用电机、传动机构和齿轮齿条减速器，所述的转向电机和备用电机均通过传动机构连接至齿轮齿条减速器，该系统还包括主控制器和失效控制器，所述的转向电机连接主控制器，所述的转向电机、备用电机和主控制器均连接至所述的失效控制器；所述的主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机运作控制后轮转向；所述的失效控制器获取转向电机转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机断电，同时启动备用电机控制后轮回正，回正后，备用电机断电。与现有技术相比，本发明能够保证四轮转向汽车在任何驾驶情况下发生线控后转向桥控制故障时实现及时回正。

Description

一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及四轮转向汽车驱动控制技术领域，尤其是涉及一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统及控制方法。

背景技术

随着汽车行业在当下不断地发展，在世界范围内的汽车保有量也在不断提高，这样也不可避免地会带来能源短缺、环境污染、交通事故等问题。尤其是因为技术的不断发展，汽车的高速驾驶工况越来越多，而在高速情况下发生的交通事故也会带来较高的人员伤亡率，且当下各种新型控制技术也在不断发展，其具有反应速度快、响应效果好等优点，如果将其应用在车辆的主动安全控制和操纵稳定性控制的这几个方面是有很大的研究价值的。而相较于传统的前轮转向系统，四轮转向具有低速灵活、高速稳定的转向特性，四轮转向控制通过后轮的主动参与转向运动，来实现对后轮侧向力的直接调整，以达到增强系统抵御外界干扰以及保持车辆行驶稳定等目的，其有效改善车辆操纵稳定性的特性已经在行业内得到了广泛认可。

但四轮转向汽车中的后转向桥不同于传统前转向桥可以由线控设备和机械结构共同驱动，后转向桥由于汽车结构原因大多只能利用纯线控的方式进行驱动。如果线控设备失效，传统前转向桥仍然可以通过机械结构受到驾驶员的控制，而后转向桥如果不设计一种失效回正方案则会完全失控。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，该系统包括转向电机、备用电机、传动机构和齿轮齿条减速器，所述的转向电机和备用电机均通过传动机构连接至齿轮齿条减速器，该系统还包括主控制器和失效控制器，所述的转向电机连接主控制器，所述的转向电机、备用电机和主控制器均连接至所述的失效控制器；

所述的主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机运作控制后轮转向；

所述的失效控制器获取转向电机转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机断电，同时启动备用电机控制后轮回正，回正后，备用电机断电。

优选地，所述的传动机构包括依次连接传动轴和涡轮蜗杆减速箱，所述的转向电机通过联轴器连接传动轴，所述的备用电机通过斜齿轮传动器连接所述的传动轴，所述的涡轮蜗杆减速箱连接所述的齿轮齿条减速器；

失效回正后，备用电机断电，利用涡轮蜗杆减速箱逆效率为零的机械特性实现机械锁止。

优选地，所述的转向电机和备用电机分别设置电机转角传感器，进行失效判断时，通过电机转角传感器获取转向电机转角，进行后轮回正时，通过电机转角传感器获取备用电机转角确认是否回正。

优选地，所述的失效判断方式为：

持续获取转向电机转角以及理想后轮转角，判断转向电机转角与理想后轮转角的差值，若超过设定阈值，则检测到一次异常，否则为正常，在一个检测周期内，每检测到一次异常，计数器计数加1，没有发现异常则计数器保持当前计数，检测周期结束时，若计数器没有达到预先设定的X值，则判定该检测周期内无失效发生，若检测周期结束时，计数器已经达到设定的X值，则确认故障发生；

一旦确认失效发生，则将计数器设定为X，从下一个检测周期开始，每发现一次正常，计数器就会减少1，而检测到异常，则计数器保持不变，若在检测周期结束时，计数器已经减少到0，则认为故障自动解除；

若连续两个检测周期确认故障发生，则判定汽车后转向桥失效。

一种具备失效回正功能的汽车后转向桥的控制方法，该方法用于所述的系统进行汽车后轮转向控制，包括如下步骤：

主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机运作控制后轮转向；

失效控制器获取转向电机转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机断电，同时启动备用电机控制后轮回正，回正后，备用电机断电。

失效判断方式为：

持续获取转向电机转角以及理想后轮转角，判断转向电机转角与理想后轮转角的差值，若超过设定阈值，则检测到一次异常，否则为正常，在一个检测周期内，每检测到一次异常，计数器计数加1，没有发现异常则计数器保持当前计数，检测周期结束时，若计数器没有达到预先设定的X值，则判定该检测周期内无失效发生，若检测周期结束时，计数器已经达到设定的X值，则确认故障发生；

一旦确认失效发生，则将计数器设定为X，从下一个检测周期开始，每发现一次正常，计数器就会减少1，而检测到异常，则计数器保持不变，若在检测周期结束时，计数器已经减少到0，则认为故障自动解除；

若连续两个检测周期确认故障发生，则判定汽车后转向桥失效。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明针对四轮转向汽车在后转向桥上安全性不足的问题提出了一种能有效提升失效安全性的方案，并通过令后轮回正来实现更高行驶安全性，而非大多数现有技术直接令后轮原地锁死。

(2)本发明通过所设计的失效判定系统能够实时有效地检测汽车的线控后转向桥是否发生失效，从而保证系统能及时作用，保证汽车在任何状态下行驶的安全性。

(3)本发明通过设定备用电机和独立的失效控制器能够有效应对汽车线控后转向系统在主控制器失效、转向电机失效等危险情况，保证四轮转向汽车在行驶过程中的安全性；

(4)本发明利用涡轮蜗杆减速箱逆效率为零的机械特性实现机械锁止，保证安全性。

附图说明

图1为本发明一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统的结构示意图；

图2为本发明故障确认过程的示意图；

图3为本发明一种具备失效回正功能的汽车后转向桥的控制方法的流程图。

图中，1为转向电机，2为备用电机，3为联轴器，4为斜齿轮传动器，5为传动轴，6为涡轮蜗杆减速箱，7为齿轮齿条减速器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，该系统包括转向电机1、备用电机2、传动机构和齿轮齿条减速器7，转向电机1和备用电机2均通过传动机构连接至齿轮齿条减速器7，该系统还包括主控制器和失效控制器，转向电机1连接主控制器，转向电机1、备用电机2和主控制器均连接至失效控制器；

主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机1运作控制后轮转向；失效控制器获取转向电机1转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机1断电，同时启动备用电机2控制后轮回正，回正后，备用电机2断电。

传动机构包括依次连接传动轴5和涡轮蜗杆减速箱6，转向电机1通过联轴器3连接传动轴5，备用电机2通过斜齿轮传动器4连接传动轴5，涡轮蜗杆减速箱6连接齿轮齿条减速器7；失效回正后，备用电机2断电，利用涡轮蜗杆减速箱6逆效率为零的机械特性实现机械锁止。

转向电机1和备用电机2分别设置电机转角传感器，进行失效判断时，通过电机转角传感器获取转向电机1转角，进行后轮回正时，通过电机转角传感器获取备用电机2转角确认是否回正。

在失效判定系统的设计时，由于控制器自身及外界因素的干扰，电机信号的测量与参数估计的计算可能偶尔和有一些抖动。当系统检测到一次异常情况后，不能直接将其视作发生失效，而是需要通过一定方式进行失效信号的计量累积，当累积结果达到某种程度时，才可以最终判定为系统失效。这样可以提高系统的稳定性，避免正常抖动对失效判定的影响。失效判定算法具体原理如下所示：

本发明采用“X/Y/T”计数法对故障进行确认，X表示确认故障的异常上限值，Y表示每个检测周期内的检测次数，T表示检测的周期。通过X/Y可以控制故障判断的灵敏度，通过Y/T可以控制采样的频率，通过T可以控制检测的时间宽度。系统需要设置一个计数器，用来对异常发生的次数进行累积。本专利中，若电机实际反馈转角信号和理想电机转角控制信号之间的差值超出所设定的阈值范围，则算作检测到一次异常发生。在一个检测周期T内，每发现一次异常，计数器计数加1，没有发现异常则计数器保持当前计数。当周期结束时，如果计数器没有达到预先设定的X值，则判定该周期内无故障发生。若周期结束时，计数器已经达到设定的X值，则确认故障发生。一旦确认故障发生，则将计数器设定为X，从下一个周期开始，每发现一次正常情况，计数器就会减少1，而检测到异常，则计数器保持不变。如果在周期结束时，计数器已经减少到0，则认为故障自动解除；否则，认为故障仍然存在。其估计故障判定过程可参照图2所示；若连续两个检测周期确认故障发生，则判定汽车后转向桥失效。

如图3所示，一种具备失效回正功能的汽车后转向桥的控制方法，该方法用于系统进行汽车后轮转向控制，包括如下步骤：

主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机1运作控制后轮转向；

失效控制器获取转向电机1转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机1断电，同时启动备用电机2控制后轮回正，回正后，备用电机2断电。

失效判断方式为如上，这里不再详细说明。

在该实施案例中，假设转向电机1故障，无法准确实现主控制器输出的理想后轮转角，所配备的失效控制器会通过事先设定的失效策略实时对理想后轮转角和传感器返回的实际后轮转角进行对比判定。从而通过上述方式实现失效判定，因该案例中是因为电机无法正常工作，所以控制器会因理想和实际转角不匹配而做出失效判断和相关措施：对主转向电机1进行断电操作，同时对备用电机2通电令后轮回到正中位置(在这一过程中由于主电机断电，所以备用电机2能够拖动主电机转动)，当后轮回正之后，立即对备用电机2也实施断电，利用蜗轮蜗杆减速器逆效率为零的机械特性，对后转向桥实现锁止，可靠性高，安全性好。

实施例2

本实施例一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统及其控制方法均与实施例1相同，不同于案例1，在该案例中，假设主控制器故障，无法输出的理想后轮转角。正常情况下，在控制器发生故障时，会返回相应的错误代码或直接不输出数据。而由于失效控制器是独立于主控制器之外的设备，主控制器的故障不会影响失效判定机制，通过事先设定的失效策略，当从主控制器处收到错误代码或是空信号时，该策略同样会判定为线控转向系统发生故障，从而启动失效措施：对主转向电机1进行断电操作，同时对备用电机2通电令后轮回到正中位置(在这一过程中由于主电机断电，所以备用电机2能够拖动主电机转动)，当后轮回正之后，立即对备用电机2也实施断电，利用蜗轮蜗杆减速器逆效率为零的机械特性，对后转向桥实现锁止，可靠性高，安全性好。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (6)

1.一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，其特征在于，该系统包括转向电机、备用电机、传动机构和齿轮齿条减速器，所述的转向电机和备用电机均通过传动机构连接至齿轮齿条减速器，该系统还包括主控制器和失效控制器，所述的转向电机连接主控制器，所述的转向电机、备用电机和主控制器均连接至所述的失效控制器；

所述的主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机运作控制后轮转向；

所述的失效控制器获取转向电机转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机断电，同时启动备用电机控制后轮回正，回正后，备用电机断电。

2.根据权利要求1所述的一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，其特征在于，所述的传动机构包括依次连接传动轴和涡轮蜗杆减速箱，所述的转向电机通过联轴器连接传动轴，所述的备用电机通过斜齿轮传动器连接所述的传动轴，所述的涡轮蜗杆减速箱连接所述的齿轮齿条减速器；

失效回正后，备用电机断电，利用涡轮蜗杆减速箱逆效率为零的机械特性实现机械锁止。

3.根据权利要求1所述的一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，其特征在于，所述的转向电机和备用电机分别设置电机转角传感器，进行失效判断时，通过电机转角传感器获取转向电机转角，进行后轮回正时，通过电机转角传感器获取备用电机转角确认是否回正。

4.根据权利要求1所述的一种具备失效回正功能的汽车后转向桥系统，其特征在于，所述的失效判断方式为：

持续获取转向电机转角以及理想后轮转角，判断转向电机转角与理想后轮转角的差值，若超过设定阈值，则检测到一次异常，否则为正常，在一个检测周期内，每检测到一次异常，计数器计数加1，没有发现异常则计数器保持当前计数，检测周期结束时，若计数器没有达到预先设定的X值，则判定该检测周期内无失效发生，若检测周期结束时，计数器已经达到设定的X值，则确认故障发生；

一旦确认失效发生，则将计数器设定为X，从下一个检测周期开始，每发现一次正常，计数器就会减少1，而检测到异常，则计数器保持不变，若在检测周期结束时，计数器已经减少到0，则认为故障自动解除；

若连续两个检测周期确认故障发生，则判定汽车后转向桥失效。

5.一种具备失效回正功能的汽车后转向桥的控制方法，其特征在于，该方法用于权利要求1～3任意一项所述的系统进行汽车后轮转向控制，包括如下步骤：

主控制器输出理想后轮转角并控制转向电机运作控制后轮转向；

失效控制器获取转向电机转角以及理想后轮转角，进行失效判断，若失效则控制主转向电机断电，同时启动备用电机控制后轮回正，回正后，备用电机断电。

6.根据权利要求5所述的一种具备失效回正功能的汽车后转向桥的控制方法，其特征在于，失效判断方式为：

持续获取转向电机转角以及理想后轮转角，判断转向电机转角与理想后轮转角的差值，若超过设定阈值，则检测到一次异常，否则为正常，在一个检测周期内，每检测到一次异常，计数器计数加1，没有发现异常则计数器保持当前计数，检测周期结束时，若计数器没有达到预先设定的X值，则判定该检测周期内无失效发生，若检测周期结束时，计数器已经达到设定的X值，则确认故障发生；

一旦确认失效发生，则将计数器设定为X，从下一个检测周期开始，每发现一次正常，计数器就会减少1，而检测到异常，则计数器保持不变，若在检测周期结束时，计数器已经减少到0，则认为故障自动解除；

若连续两个检测周期确认故障发生，则判定汽车后转向桥失效。

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