CN112623023A - 一种双冗余线控转向控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双冗余线控转向控制系统及方法，转角控制信号模块与电子转向控制器模块双向连接，所述电子转向控制器模块分别与主电机模块以及辅电机模块单向连接，所述主电机模块分别与传动机构模块以及主电机转矩转角传感器模块单向连接，所述辅电机模块分别与传动机构模块以及辅电机转矩转角传感器模块单向连接，所述主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块皆与电子转向控制器模块双向连接，所述传动机构模块与执行机构模块单向连接，所述执行机构模块与车辆的左右前轮模块单向连接；本发明的系统的可靠性、安全性、实时通讯性得到提高和优化，同时结构简单。
Description
技术领域
本发明属于车辆转向系统领域，具体是一种双冗余线控转向控制系统及方法。
背景技术
线控转向系统与传统的机械转向系统相比：转向盘不与转向器直接连接，车轮的抖动不会直接传递给驾驶员，从而提高了转向操纵舒适性；线控转向系统是利用电信号控制车辆转向，更加便于和其他底盘系统进行集成控制；能实现主动转向控制，提高车辆操纵安全性；可以自由设计转向系统的角传递特性，通过设计理想的角传动比适应不同驾驶员的驾驶习惯等，因此安全可靠的线控转向系统成为车辆转向系统的主流。目前现有的线控转向系统都是单电机的线控转向系统，一旦发生故障就会丧失转向能力，安全可靠性不高。
线控转向是汽车智能化发展过程中的关键环节。线控转向技术逐渐成熟，已经应用到各类车型中。由于线控转向系统缺少可靠的机械连接，要避免故障发生时丧失转向能力、驾驶员丧失路感必须采用容错技术，需要提供一种高安全性线控转向系统。目前的线控转向系统一般具有容错功能，这需要大量的算法，导致线控转向系统硬件布置复杂，成本较高，硬件利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供双冗余线控转向控制系统及方法方法，结构简单，可提高车辆线控转向的安全稳定性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双冗余线控转向控制系统包括转角控制信号模块、电子转向控制器模块、主电机模块、辅电机模块、主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块、传动机构模块、执行机构模块以及车辆的左右前轮模块，所述转角控制信号模块与电子转向控制器模块双向连接，所述电子转向控制器模块分别与主电机模块以及辅电机模块单向连接，所述主电机模块分别与传动机构模块以及主电机转矩转角传感器模块单向连接，所述辅电机模块分别与传动机构模块以及辅电机转矩转角传感器模块单向连接，所述主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块皆与电子转向控制器模块双向连接，所述传动机构模块与执行机构模块单向连接，所述执行机构模块与车辆的左右前轮模块单向连接；
所述转角控制信号模块用于发送转向指令并接收电子转向控制器模块的转矩转角信息；
所述电子转向控制器模块用于向主电机模块以及辅电机模块发送控制指令并为主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电，同时接收主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块的转矩转角信息；
所述主电机模块用于控制传动机构模块转动；
所述辅电机模块用于控制传动机构模块转动；
所述主电机转矩转角传感器模块用于探测主电机模块的转矩转角数据；
所述辅电机转矩转角传感器模块用于探测辅电机模块的转矩转角数据；
所述传动机构模块用于控制执行机构模块转动；
所述执行机构模块用于对车辆的左右前轮模块进行转向控制。
进一步地，所述电子转向控制器模块需要车辆提供12V供电电压。
进一步地，所述电子转向控制器模块通过三端稳压块输出直流5V供电电压，所述5V供电电压分别向主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电。
进一步地，所述辅电机模块通过齿轮与输入轴固定连接，所述输入轴的上端与方向盘固定连接，所述输入轴下端通过上结合器与中间轴的上端固定连接，所述辅电机转矩转角传感器模块安装于输入轴上，所述中间轴的下端通过下结合器与输出轴上端固定连接，所述主电机转矩转角传感器模块安装于输出轴上，所述主电机模块通过齿轮与齿轮齿条转向器固定连接，所述齿轮齿条转向器与车辆的左右前轮转动连接。
本发明提出了一种转向控制系统的工作方法具体为如下步骤：
步骤一：所述转角控制信号模块向电子转向控制器模块发送转向指令；
步骤二：所述电子转向控制器模块接收到转向指令，将转向指令转换为主电机模块以及辅电机模块的电机控制信号，并将电机控制信号传递至主电机模块以及辅电机模块中；
步骤三：主电机模块以及辅电机模块根据电机控制信号进行转动，并控制传动机构模块转动；
步骤四：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤五：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤六：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤七：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据进行对比，并将对比结果反馈给转角控制信号模块中。
进一步地，所述主电机模块以及辅电机模块出现故障时的具体工作步骤如下：
步骤一：主电机模块以及辅电机模块获得两路扭矩信号以及两路转角信号；
步骤二：当主电机模块和辅电机模块任意一个模块出现故障，另一个电机皆正常转动，并控制传动机构模块转动；
步骤三：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤四：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤五：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤六：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据进行对比，两数据不同，进而向转角控制信号模块发送故障指令；
步骤七：转角控制信号模块发出报警。
本发明的具体工作原理：一种具有冗余机构的车用线控转向装置，主电机转矩转角传感器模块和辅电机转矩转角传感器模块获得两路扭矩信号和两路转角信号，当一路信号出错时仍能获得准确的转矩转角信息。对主电机模块以及辅电机模块进行控制，使转向系统能成功实现转向的基本功能，特别当一个电机出现故障，另一个电机能完成转向任务。即当转向系统处于线控转向模式时，在正常工作状态下，作为主电机正常工作，大负载情况下作为辅电机的直流有刷电机提供辅助助力矩；当主电机出现故障时，作为辅电机实现冗余功能，即辅电机转变控制方案，从转矩控制方案切换到转角控制方案：具体为通过电子转向控制器对辅电机进行控制，通过检测主电机的转矩转角信号识别到主电机故障后，由转矩助力模式，转换为转角控制模式，来伺服线控策略的转角信号。通过冗余电机保证在无主电机工作时转向系统的正常运行。同时电子转向控制器通过CAN总线向整车控制器给出故障处理通讯和报警方式，保证系统一旦出现故障即可进行维修处理。
本发明的有益效果：本发明提供了一种具有冗余机构的车用线控转向装置，通过主电机转矩转角传感器模块和辅电机转矩转角传感器模块可以获得两路扭矩信号和两路转角信号，当一路信号出错时依旧可以获得准确的转矩转角信息。设有两个电机，两个电机皆可完成转向任务，当一个电机出现故障，另一个电机依旧可以完成转向任务，在正常工作状态下，主电机正常工作，大负载情况下辅电机的直流有刷电机提供辅助助力矩，当主电机出现故障时，辅电机实现冗余功能，辅电机转换为主电机进行转向任务，通过冗余电机保证在无主电机工作时转向系统的正常运行，本发明的系统的可靠性、安全性、实时通讯性得到提高和优化，同时结构简单。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的总系统图；
图2为本发明的结构组成示意图。
具体实施方式
参阅图1-2所示，双冗余线控转向控制方法，包括转向控制系统以及转向控制系统的工作方法，转向控制系统包括转角控制信号模块、电子转向控制器模块、主电机模块、辅电机模块、主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块、传动机构模块、执行机构模块以及车辆的左右前轮模块，其特征在于，转角控制信号模块与电子转向控制器模块双向连接，电子转向控制器模块分别与主电机模块以及辅电机模块单向连接，主电机模块分别与传动机构模块以及主电机转矩转角传感器模块单向连接，辅电机模块分别与传动机构模块以及辅电机转矩转角传感器模块单向连接，主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块皆与电子转向控制器模块双向连接，传动机构模块与执行机构模块单向连接，执行机构模块与车辆的左右前轮模块单向连接；
转角控制信号模块用于发送转向指令并接收电子转向控制器模块的转矩转角信息；
电子转向控制器模块用于向主电机模块以及辅电机模块发送控制指令并为主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电，同时接收主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块的转矩转角信息；
主电机模块用于控制传动机构模块转动；
辅电机模块用于控制传动机构模块转动；
主电机转矩转角传感器模块用于探测主电机模块的转矩转角数据；
辅电机转矩转角传感器模块用于探测辅电机模块的转矩转角数据；
传动机构模块用于控制执行机构模块转动；
执行机构模块用于对车辆的左右前轮模块进行转向控制。
电子转向控制器模块需要车辆提供12V供电电压。
电子转向控制器模块通过三端稳压块输出直流5V供电电压，5V供电电压分别向主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电。
如图2所示，辅电机模块通过齿轮与输入轴固定连接，输入轴的上端与方向盘固定连接，输入轴下端通过上结合器与中间轴的上端固定连接，辅电机转矩转角传感器模块安装于输入轴上，中间轴的下端通过下结合器与输出轴上端固定连接，主电机转矩转角传感器模块安装于输出轴上，主电机模块通过齿轮与齿轮齿条转向器固定连接，齿轮齿条转向器与车辆的左右前轮转动连接。
转向控制系统的工作方法具体为如下步骤：
步骤一：转角控制信号模块向电子转向控制器模块发送转向指令；
步骤二：电子转向控制器模块接收到转向指令，将转向指令转换为主电机模块以及辅电机模块的电机控制信号，并将电机控制信号传递至主电机模块以及辅电机模块中；
步骤三：主电机模块以及辅电机模块根据电机控制信号进行转动，并控制传动机构模块转动；
步骤四：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤五：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤六：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤七：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据进行对比，并将对比结果反馈给转角控制信号模块中。
主电机模块以及辅电机模块出现故障时的具体工作步骤如下：
步骤一：主电机模块以及辅电机模块获得两路扭矩信号以及两路转角信号；
步骤二：当主电机模块和辅电机模块任意一个模块出现故障，另一个电机皆正常转动，并控制传动机构模块转动；
步骤三：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤四：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤五：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤六：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据进行对比，两数据不同，进而向转角控制信号模块发送故障指令；
步骤七：转角控制信号模块发出报警。
本发明的具体工作原理：一种具有冗余机构的车用线控转向装置，主电机转矩转角传感器模块和辅电机转矩转角传感器模块获得两路扭矩信号和两路转角信号，当一路信号出错时仍能获得准确的转矩转角信息。对主电机模块以及辅电机模块进行控制，使转向系统能成功实现转向的基本功能，特别当一个电机出现故障，另一个电机能完成转向任务。即当转向系统处于线控转向模式时，在正常工作状态下，作为主电机正常工作，大负载情况下作为辅电机的直流有刷电机提供辅助助力矩；当主电机出现故障时，作为辅电机实现冗余功能，即辅电机转变控制方案，从转矩控制方案切换到转角控制方案：具体为通过电子转向控制器对辅电机进行控制，通过检测主电机的转矩转角信号识别到主电机故障后，由转矩助力模式，转换为转角控制模式，来伺服线控策略的转角信号。通过冗余电机保证在无主电机工作时转向系统的正常运行。同时电子转向控制器通过CAN总线向整车控制器给出故障处理通讯和报警方式，保证系统一旦出现故障即可进行维修处理。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
Claims (6)
1.一种双冗余线控转向控制系统，包括转角控制信号模块、电子转向控制器模块、主电机模块、辅电机模块、主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块、传动机构模块、执行机构模块以及车辆的左右前轮模块，其特征在于，所述转角控制信号模块与电子转向控制器模块双向连接，所述电子转向控制器模块分别与主电机模块以及辅电机模块单向连接，并行控制；
所述主电机模块分别与传动机构模块以及主电机转矩转角传感器模块单向连接，所述辅电机模块分别与传动机构模块以及辅电机转矩转角传感器模块单向连接，所述主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块皆与电子转向控制器模块双向连接，所述传动机构模块与执行机构模块单向连接，所述执行机构模块与车辆的左右前轮模块单向连接；
所述转角控制信号模块用于发送转向指令并接收电子转向控制器模块的转矩转角信息；
所述电子转向控制器模块用于向主电机模块以及辅电机模块发送控制指令并为主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电，同时接收主电机转矩转角传感器模块、辅电机转矩转角传感器模块的转矩转角信息；
所述主电机模块、辅电机模块用于控制传动机构模块转动；
所述主电机转矩转角传感器模块用于探测主电机模块的转矩转角数据；
所述辅电机转矩转角传感器模块用于探测辅电机模块的转矩转角数据；
所述传动机构模块用于控制执行机构模块转动；
所述执行机构模块用于对车辆的左右前轮模块进行转向控制。
2.根据权利要求1所述的双冗余线控转向控制系统，其特征在于，所述电子转向控制器模块供电由车辆提供DC12V或DC24V直流电源。
3.根据权利要求1所述的双冗余线控转向控制系统，其特征在于，所述电子转向控制器模块内通过汽车级降压稳压模块输出DC5V供电电压，所述DC5V供电电压分别向主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块进行供电。
4.根据权利要求1所述的双冗余线控转向控制系统，其特征在于，所述辅电机模块通过齿轮与输入轴固定连接，所述输入轴的上端与方向盘固定连接，所述输入轴下端通过上结合器与中间轴的上端固定连接，所述辅电机转矩转角传感器模块安装于输入轴上，所述中间轴的下端通过下结合器与输出轴上端固定连接，所述主电机转矩转角传感器模块安装于输出轴上，所述主电机模块通过齿轮与齿轮齿条转向器固定连接，所述齿轮齿条转向器与车辆的左右前轮转动连接。
5.一种如权利要求1-4任一所述的双冗余线控转向系统的控制方法，其特征在于，如下步骤：
步骤一：所述转角控制信号模块通过CAN总线向电子转向控制器模块发送目标转角指令；
步骤二：所述电子转向控制器模块接收到转角控制信号发送过的目标转角指令后，将目标转角值与主电机转矩转角传感器模块和辅电机转矩转角传感器模块的实际转角值比较，若有偏差将转角的差值经过PID计算后转换为主电机模块以及辅电机模块的电机控制信号，并将电机控制信号传递至主电机模块以及辅电机模块中；
步骤三：首先主电机模块根据电机控制信号进行向目标转角转动，并控制传动机构模块转动；电子转向控制器模块时时监控主电机模块工作情况，诺在20ms内主电机模块未能控制传动机构模块转动，并通过CAN总线上报主电机模块有故障；立即启动辅电机模块根据电机控制信号进行向目标转角转动，并控制传动机构模块转动；保证传动模块正常工作；
步骤四：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤五：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤六：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤七：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据与主电机模块和辅电机模块标定时的数据进行对比，并将对比结果反馈给转角控制信号模块中。
6.根据权利要求5所述的双冗余线控转向控制方法，其特征在于，所述主电机模块以及辅电机模块出现故障时的具体工作步骤如下：
步骤一：主电机模块以及辅电机模块并行控制，获得两路扭矩信号以及两路转角信号；
步骤二：当主电机模块和辅电机模块任意一个模块出现故障，另一个电机皆正常转动，并控制传动机构模块转动；
步骤三：传动机构模块将转动传递至执行机构模块中；
步骤四：执行机构模块对车辆的左右前轮模块进行转向控制；
步骤五：同时主电机转矩转角传感器模块以及辅电机转矩转角传感器模块检测主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，并将该数据皆传送至电子转向控制器模块中；
步骤六：电子转向控制器模块分别接收主电机模块以及辅电机模块的转矩转角数据，将该两数据进行对比，两数据不同，进而向转角控制信号模块发送故障指令；
步骤七：转角控制信号模块发出报警。
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| CN202011566086.6A CN112623023A (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种双冗余线控转向控制系统及方法 |
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Publications (1)
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- 2020-12-25 CN CN202011566086.6A patent/CN112623023A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210409 |