CN112660235A - 冗余助力转向系统及其控制方法、以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冗余助力转向系统及其控制方法、以及车辆，属于车辆技术领域。本发明公开的冗余助力转向系统包括：液压助力转向总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力；第一电动助力转向EPS总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力；以及第二电动助力转向EPS总成，其用于在所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下输出用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；其中，所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成还被配置为，在自动驾驶模式下所述液压助力转向总成失效时能够共同输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。本发明的冗余助力转向系统在自动驾驶模式下安全性好。

Description

冗余助力转向系统及其控制方法、以及车辆

技术领域

本发明属于车辆技术领域，涉及助力转向系统，尤其涉及一种冗余助力转向系统及其在自动驾驶模式下的控制方法、以及使用该冗余助力转向系统的车辆。

背景技术

车辆的转向系统中，从最初的机械式转向系统(Manual Steering，简称MS)发展为液压助力转向(Hydraulic Power Steering，简称HPS)系统，然后又出现了电控液压助力转向(Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统和电动助力转向(ElectricPower Steering，简称EPS)系统。其中，对于重型商用车目前主要采用液压助力转向系统。

随着自动驾驶技术的成熟，越来越多的车辆安装了自动驾驶系统以及转向辅助系统。对于常规的乘用车(例如轿车等)，其通常配置有EPS系统，在其处于自动驾驶模式下时，即使驾驶员不手动输入任何转向力，单一的EPS系统能够提供足够用于实现转向操作的转向助力。但是，对于转向助力要求较大的车辆而言(例如重型商用车等)，其通常配置有EPS系统和液压助力转向总成(例如HPS系统或EHPS系统)，在其处于自动驾驶模式下时，液压助力转向总成提供用于主要地实现转向操作的较大的转向助力(主转向助力)，EPS系统提供用于实现转向操作的补充转向助力(补充转向助力例如替代手动驾驶模式下对应驾驶员手动输入的转向力)，主转向助力和补充转向助力可以一起在动驾驶模式下完成转向操作。

然而，相应的自动驾驶标准对安全性提出了非常高的要求，相应地，具有自动驾驶功能的车辆的助力转向系统必须满足自动驾驶的安全性要求。

中国专利申请号为201810150007.X、名称为“冗余电子转向制动系统”的中国专利中，提出了为EPS系统中的电子助力转向单元设置相应的冗余电子助力转向单元，当其中一个电子助力转向单元失效或出现故障时，另一个电子助力转向单元能够迅速接管，以保证自动驾驶的安全。但是，现有技术并没有公开或教导使用液压助力转向总成的车辆(例如重型商用车)如何在转向控制方面满足自动驾驶的安全性要求。

发明内容

为有效解决或者至少缓解现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。

按照本发明的第一方面，提供一种冗余助力转向系统，其包括：

液压助力转向总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力；

第一电动助力转向EPS总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力；以及

第二电动助力转向EPS总成，其用于在所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下输出用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；

其中，所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成还被配置为，在自动驾驶模式下所述液压助力转向总成失效时，能够共同输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

根据本发明一实施例的冗余助力转向系统，其中，所述第一电动助力转向EPS总成包括：第一电机和对应所述第一电机设置的第一电控模块；所述第二电动助力转向EPS总成包括：第二电机和对应所述第二电机设置的第二电控模块；

其中，所述第一电控模块包括：

第一控制单元，其用于控制所述第一电机输出所述第一补充转向助力；和

第一扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元；

其中，所述第二电控模块包括：

第二控制单元，其用于控制所述第二电机输出所述第二补充转向助力；和

第二扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第二控制单元。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，对应所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成分别设置第一电源和第二电源。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，对应所述第一电控模块设置第一CAN总线，对应所述第二电控模块设置第二CAN总线。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，在所述第一电控模块和所述第二电控模块之间设置私有CAN线。

按照本发明的第二方面，提供一种具有自动驾驶功能的车辆，包括方向盘总成和自动驾驶系统，并且还包括对应所述方向盘总成而设置的以上任一所述冗余助力转向系统。

根据本发明一实施例的车辆，其中，所述自动驾驶系统被配置为在所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下或者在所述液压助力转向总成失效的情况下发出退出自动驾驶模式的提醒信号。

根据本发明一实施例的车辆，其中，所述车辆包括重型商用车。

按照本发明的第三方面，提供一种以上任一冗余助力转向系统在自动驾驶模式下的控制方法，其包括：

通过正常运行的所述液压助力转向总成输出主转向助力、通过正常运行的第一电动助力转向EPS总成输出第一补充转向助力，其中所述主转向助力和所述第一补充转向助力共同用来实现转向操作；

在确定所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下，通过所述第二电动助力转向EPS总成输出用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；以及

在确定所述液压助力转向总成失效的情况下，通过所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成共同输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

按照本发明的第四方面，提供一种冗余助力转向系统，其包括：

液压助力转向总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力；

电动助力转向EPS总成，其包括具有第一绕组和第二绕组的双绕组电机、对应第一绕组布置的第一电控模块和对应第二绕组布置的第二电控模块，其中，所述第一电控模块用于驱动所述第一绕组以至于在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力，在第一电控模块和/或第一绕组失效的情况下第二电控模块驱动所述第二绕组以至于提供用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；

其中，所述电动助力转向EPS总成被配置为，在自动驾驶模式下所述液压助力转向总成失效时能够通过所述第一电控模块和第二电控模块分别驱动所述第一绕组和第二绕组以至于使所述双绕组电机输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

根据本发明一实施例的冗余助力转向系统，其中，所述第一电控模块包括：

第一控制单元，其用于驱动所述双绕组电机的第一绕组以输出所述第一补充转向助力；和

第一扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元；

其中，所述第二电控模块包括：

第二控制单元，其用于驱动所述双绕组电机的第二绕组以输出所述第二补充转向助力；和

第二扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第二控制单元。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，对应所述第一电控模块和所述第二电控模块分别设置第一电源和第二电源。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，对应所述第一电控模块设置第一CAN总线，对应所述第二电控模块设置第二CAN总线。

根据本发明又一实施例或以上任一实施例的冗余助力转向系统，其中，在所述第一电控模块和所述第二电控模块之间设置私有CAN线。

按照本发明的第五方面，提供一种具有自动驾驶功能的车辆，包括方向盘总成和自动驾驶系统，并且还包括对应所述方向盘总成而设置的以上任一所述的冗余助力转向系统。

根据本发明一实施例的车辆，其中，所述自动驾驶系统被配置为在所述第一电控模块和/或第一绕组失效的情况下或者在所述液压助力转向总成失效的情况下发出退出自动驾驶模式的提醒信号。

根据本发明一实施例的车辆，其中，所述车辆包括重型商用车。

按照本发明的第六方面，提供一种以上任一所述的冗余助力转向系统在自动驾驶模式下的控制方法，其包括：

通过正常运行的所述液压助力转向总成输出主转向助力、通过正常运行的第一电控模块驱动所述第一绕组来提供第一补充转向助力，其中所述主转向助力和所述第一补充转向助力共同用来实现转向操作；

在确定所述第一电控模块和/或第一绕组总成失效的情况下，通过所述第二电控模块驱动所述第二绕组来提供用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；以及

在确定所述液压助力转向总成失效的情况下，通过所述第一电控模块和第二电控模块分别驱动所述第一绕组和第二绕组以至于使所述双绕组电机输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

根据以下描述和附图本发明的以上特征和操作将变得更加显而易见。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是使用本发明一实施例的冗余助力转向系统的重型商用车的局部结构示意图，其中示出了本发明一实施例的冗余助力转向系统。

图2是按照本发明一实施例的冗余助力转向系统的结构示意图。

图3是图2所示实施例的冗余助力转向系统的具体电气结构示意图。

图4是按照本发明一实施例的冗余助力转向系统的控制方法流程图。

图5是使用本发明又一实施例的冗余助力转向系统的重型商用车的局部结构示意图，其中示出了本发明又一实施例的冗余助力转向系统。

图6是图5所示实施例的冗余助力转向系统的具体电气结构示意图。

图7是按照本发明又一实施例的冗余助力转向系统的模块结构示意图。

图8是图7所示实施例的冗余助力转向系统中控制单元与总线的连接示意图。

图9是按照本发明又一实施例的冗余助力转向系统的控制方法流程图。

具体实施方式

出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的转向系统并且可以在其中实施这些相同的原理，以及任何此类变化不背离本专利申请的真实精神和范围。而且，在下文描述中，参考了附图，这些附图图示特定的示范实施例。在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改。此外，虽然本发明的特征是结合若干实施/实施例的仅其中之一来公开的，但是如针对任何给定或可识别的功能可能是期望和/或有利的，可以将此特征与其他实施/实施例的一个或多个其他特征进行组合。因此，下文描述不应视为在限制意义上的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等效物来定义。

在被使用的情况下，术语“第一”、“第二”等不一定表示任何顺序或优先级关系，而是可以用于更清晰地将元件或对象进行彼此区分。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以借助软件程序来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同子网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

以下结合图1至图3首先示例说明本发明一实施例的冗余助力转向系统10以及使用该冗余助力转向系统10的重型商用车(例如重型卡车)。本发明一实施例的重型商用车具有自动驾驶功能，例如对应地配置有相应的自动驾驶系统(图中未示出)，其例如可以实现L3或L4级别的自动驾驶功能的自动驾驶系统。将理解，重型商用车上使用的自动驾驶系统不是限制性的，甚至还可以使用本申请的申请日之后涌现的各种类型的自动驾驶系统。

如图1示意，本发明一实施例的重型商用车对应地配置有方向盘总成91、转向管柱及伸缩轴总成92、转向杆系总成93、转向梯形模块94和轮毂总成95，它们均配合冗余助力转向系统10用来实现该实施例的重型商用车的转向功能。将理解，该实施例的重型商用车还可以包括其他常规部件。

以重型商用车为例的车辆在驾驶过程中需要较大的转向助力，因此，需要使用包括液压助力转向总成11的冗余助力转向系统10来实现转向操作。液压助力转向总成11具体对应地配置有转向油管111和转向油泵112，转向油泵112可以但不限于通过发动机带动。液压助力转向总成11的具体结构、类型和/或其在重型商用车上的设置方式不是限制性的，例如，其可以是HPS系统，甚至也可以是EHPS系统。

液压助力转向总成11在重型商用车处于自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力F_M；主转向助力F_M可以输出至例如转向杆系总成93上，从而帮助实现转向功能。

继续如图1和图2所示，冗余助力转向系统10还包括第一电动助力转向(EPS)总成12；其中，第一EPS总成12用于在重型商用车处于自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力F_A1，在自动驾驶模式下，第一补充转向助力F_A1可以但不限于替代手动驾驶模式下驾驶员通过方向盘总成91输入的转向力，从而，在正常情况下，第一补充转向助力F_A1作为主转向助力F_M的补充，其相对较小；主转向助力F_M和第一补充转向助力F_A1共同用作自动驾驶模式下的转向助力，输出至例如转向杆系总成93上，从而实现自动驾驶模式下的转向操作。

继续如图1和图2所示，为保证自动驾驶过程中的安全性，特别是自动驾驶模式向手动驾驶模式转换的过程的安全性，冗余助力转向系统10还配置有第二电动助力转向(EPS)总成13，在该实施例中，第二EPS总成13用作第一EPS总成12的冗余EPS总成，以至于自动驾驶模式下第一EPS总成12失效或发生故障的情况下也能保证转向功能或转向操作的正确执行；第二EPS总成13可以在第一EPS总成12失效的情况下输出用于替代第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2。在一实施例中，第二补充转向助力F_A2可以等于第一补充转向助力F_A1，从而基本替代第一补充转向助力F_A1；即使在第一EPS总成12失效的情况下(例如由其中某个部件发生故障导致失效)，第二EPS总成13可以在相应信号触发下马上工作并替代第一EPS总成12的功能，输出第二补充转向助力F_A2，第二补充转向助力F_A2同样作为主转向助力F_M的补充，共同用作自动驾驶模式下的转向助力，输出至例如转向杆系总成93上。因此，自动驾驶模式下的自动转向功能同样能够继续安全可靠地实现，直到退出自动驾驶模式。

继续如图1和图2所示，为进一步提高自动驾驶过程中的安全性，本发明实施例的冗余助力转向系统10中，考虑到液压助力转向总成11发生失效的可能(例如由液压助力转向总成11中的某个部件发生故障导致失效)，第一EPS总成12和第二EPS总成13还被配置成具有为液压助力转向总成11提供冗余的功能，也即，第一EPS总成12和第二EPS总成13在自动驾驶模式下并在液压助力转向总成11失效时能够共同输出用于至少部分地替代主转向助力F_M的冗余转向助力F_R；从而，第一EPS总成12和第二EPS总成13可以用来共同接替液压助力转向总成11来继续完成例如短时间段内(例如在手动驾驶接管之前的时间段内)的自动驾驶模式下的自动转向操作，大大提高重型商用车等在自动驾驶模式下的安全性。具体地，冗余转向助力F_R可以等于F_A1与F_A2之和，也可以等于F_A1与F_A2之和，甚至也可以大于(F_A1+F_A2)，例如也可以趋于等于(F_M+F_A1)。

继续如图1至图3所示，第一EPS总成12和第二EPS总成13基于双电机结构实现，以下将详细示例说明第一EPS总成12和第二EPS总成的基本结构和工作原理。

第一EPS总成12对应地包括第一电机129和对应第一电机129设置的第一电控模块120，第二EPS总成13包括第二电机139和对应第二电机139设置的第二电控模块130；第一电机129和第二电机139可以具有基本相同的配置，从而第二电机139可以用作第一电机129的冗余电机；第一电机129和第二电机139可以并行地安装，其具体安装方式不是限制性。第一电控模块120和第二电控模块130也可以具有基本相同的配置，从而第二电控模块130也可以用作第一电控模块120的冗余电控模块。

具体地，在第一电控模块120和第二电控模块130中分别为第一电机129和第二电机139配置了相应的扭矩转角传感器和控制单元(例如ECU芯片)；示例地，如图2和图3所示，第一电控模块120中设置有第一控制单元121和第一扭矩转角传感器122，第二电控模块130中设置有第二控制单元131和第二扭矩转角传感器132；从而，不仅仅控制单元可以实现冗余配置，扭矩转角传感器也可以实现相应的冗余配置。

继续如图3所示，在第一电控模块120和第二电控模块130中分别配置了第一电源(即电源1)和第二电源(即电源2)，第二电源可以作为第一电源的冗余电源，从而电源也实现了相应的冗余配置，也实现了双电源结构。另外，还可以对应第一电控模块120设置第一CAN总线123(即CAN1)、对应第二电控模块130设置第二CAN总线133(即CAN1)，第二CAN总线133可以作为第一CAN总线123的冗余总线，从而CAN总线也实现了相应的冗余配置，也实现了双CAN通道结构。这样，第一电控模块120和第二电控模块130基本可以彼此独立的工作，完全实现冗余控制。

第一控制单元121和第二控制单元131具有基本相同的配置，例如，例如它们各自都包括控制芯片、电机位置传感器、电机驱动桥模块、预驱动芯片、收发电路等；控制芯片之间可以通过私有CAN总线138连接，从而第一电控模块120和第二电控模块130之间可以通过私有CAN总线138实现信号校验。私有CAN总线138帮助实现的信号校验操作有助于第一控制单元121与第二控制单元131之间相互实现相互状态监控，例如，如果互相发现有一方有故障，立即上报给自动驾驶系统，自动驾驶系统退出AD模式，通知人工接管。

在第二控制单元131作为冗余单元的情况下，第二控制单元131的控制芯片可以作为第一控制单元121的主控制芯片的冗余控制芯片；控制芯片具体可以为各种类型的ECU芯片，其可以被写入相应的程序指令以实现控制单元121或131的相应的供；电机位置传感器可以采集相应电机(例如第一电机129或第二电机139)的位置信号，将例如位置信号Ch1和Ch2输入控制芯片，从而控制芯片可以基于这些位置信号对电机进行控制。具体地，第一电控模块120和第二电控模块130分别设置相应的电源1和电源2，对应每个电源分别配置有滤波器和电源芯片，并且可以为每个控制芯片甚至每个控制单元独立供电，保证其供电的可靠性。

第一扭矩转角传感器122和第二扭矩转角传感器132可以为相同配置的传感器，它们安装在基本相同的位置并且可以对同一对象进行例如扭矩和角度的信息采集，示例地，第一扭矩转角传感器122和第二扭矩转角传感器132可以具有扭矩T1采集部件、扭矩T2采集部件、角度A1采集部件和角度A2采集部件，从而可以同时采集方向盘扭矩T1、方向盘扭矩T2、方向盘转过角度A1和方向盘转过角度A2，并将它们反馈输入至相应的控制芯片。

第一CAN总线123、第二CAN总线133可以分别与重型商用车的中央网关连接，第一CAN总线123各自第二CAN总线133可以通过相应的收发电路与相应的控制芯片连接；这样，重型商用车的CAN网络中的MCU等发出的指令(例如关于自动驾驶控制的相关指令等)都可以通过CAN总线传输至第一控制单元121或第二控制单元131，当然，第一控制单元121或第二控制单元131的相关信息可以通过相应的CAN总线反馈或上送至CAN网络中。

需要说明的是，以上实施例的冗余助力转向系统10实现了为第一EPS总成12提供了冗余备份系统，即第二EPS总成13，并且整个冗余助力转向系统10的EPS总成具备双电源、双CAN通道、双扭矩角度传感器、双控制单元、双电机，工作可靠性好，在自动驾驶模式下的安全性好。

如图2和图3所示，在自动驾驶模式，当第一EPS总成12正常工作时，第二EPS总成13可以整体待机，此时第一EPS总成12能够正常输出第一补充转向助力F_A1；当第一EPS总成12失效或出现故障时，第二EPS总成13可以启动、第一EPS总成12停止工作，从而第二EPS总成13可以接管第一EPS总成12进行工作并输出用于替代第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2；其中，第一EPS总成12的第一电控模块(即主控制芯片)与第一EPS总成12的第二电控模块(即冗余控制芯片)之间通过私有CAN总线138进行彼此信号校验，以保证二者之间顺利地过渡。

以下结合图4中示例的控制方法示来说明图2所示实施例的冗余助力转向系统10的工作原理。

首先，从步骤S410开始，即重型商用车进入自动驾驶模式，冗余助力转向系统10也相应地进入自动驾驶模式下的工作模式。

步骤S420，液压助力转向总成11正常运行，其输出主转向助力F_M。将理解，主转向助力F_M的具体大小是可以根据工况的变化而变化。

步骤S430，第一EPS总成12正常运行，第一EPS总成12输出第一补充转向助力F_A1。将理解，第一EPS总成12可以通过第一电控模块120控制第一电机129动态变化地输出第一补充转向助力F_A1，第一补充转向助力F_A1与主转向助力F_M的具体大小可以根据行驶工况被协同地控制。

步骤S440，判断第一EPS总成12是否失效，也即判断第一EPS总成12是否发生故障。需要说明的是，第一EPS总成12是否失效或发生故障可以通过相应的故障检测模块(图中未示出)等来确定，例如在第一补充转向助力F_A1输出不正常时(例如未达到预定值或输出为0)时，可以判断第一EPS总成12失效。如果判断为“是”则进入步骤S450，否则进入步骤S460。

步骤S450，第二EPS总成13被触发工作，第二EPS总成13输出用于替代的第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2；F_A2可以等于F_A1以完全替代F_A1(例如在第一EPS总成12当前输出的F_A1等于0的情况下)，也可以小于F_A1以部分地替代F_A1(例如在第一EPS总成12当前输出的F_A1小于预定值的情况下)。

第二补充转向助力F_A2可以在自动驾驶模式下即使第一EPS总成12失效也能保证自动转向功能的正常实现，提高自动驾驶模式下的行驶安全性。第二EPS总成13可以被触发工作例如直到退出自动驾驶模式。在一实施例中，确定第一EPS总成12失效时，而可以通过例如自动驾驶系统发出退出自动驾驶模式的提醒信号，即步骤S490，从而提醒驾驶员接管驾驶操作，避免发生危险事故。

步骤S460，进一步判断液压助力转向总成11是否失效，也即判断液压助力转向总成11是否发生故障。需要说明的是，判断液压助力转向总成11是否失效或发生故障可以通过相应的故障检测模块(图中未示出)等来确定，例如在主转向助力F_M输出不正常时(例如未达到预定值或输出为0)时，可以判断液压助力转向总成11失效。如果判断为“是”则进入步骤S470，否则进入步骤S480。

步骤S470，第一EPS总成12和第二EPS总成13共同输出用于至少部分地替代主转向助力F_M的冗余转向助力F_R。F_R可以等于F_M以完全替代F_M(例如在液压助力转向总成11当前输出的F_M等于0的情况下)，也可以小于F_M以部分地替代F_M(例如在液压助力转向总成11当前输出的F_M小于预定值的情况下)。

在一实施例中，确定液压助力转向总成11失效时，而可以通过例如自动驾驶系统发出退出自动驾驶模式的提醒信号(例如语言报警信号等)，即步骤S490，从而提醒驾驶员接管驾驶操作，避免发生危险事故。

步骤S480，第一EPS总成12继续输出第一补充转向助力F_A1，此时第一EPS总成12和液压助力转向总成11均正常工作，返回步骤S420，第一EPS总成12与液压助力转向总成11一同正常工作来实现正常的转向操作。

因此，以上实施例的冗余助力转向系统10及其控制方法可以实现对液压助力转向总成11和第一EPS总成12二者均进行冗余操作，大大提高依赖于液压助力转向总成11和第一EPS总成12二者一起工作的冗余助力转向系统10的可靠性。

以下结合图5至图8示例说明本发明又一实施例的冗余助力转向系统50以及使用该冗余助力转向系统50的重型商用车。区别于冗余助力转向系统10中使用双电机冗余的方式，冗余助力转向系统50采用双绕组电机实现冗余功能。

参照图5和图1，具有冗余助力转向系统50的重型商用车与具有冗余助力转向系统10的重型商用车具有基本相应的结构和操作原理，因此，以下着重描述冗余助力转向系统50的具体结构和工作原理。

继续如图5和图7所示，冗余助力转向系统50包括液压助力转向总成51，液压助力转向总成51具体对应地配置有转向油管111和转向油泵112等，转向油泵112可以但不限于通过发动机带动。液压助力转向总成11的具体结构、类型和/或其在重型商用车上的设置方式不是限制性的，例如，其可以是HPS系统，甚至也可以是EHPS系统。液压助力转向总成51在重型商用车处于自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力F_M；主转向助力F_M可以输出至例如转向杆系总成93上，从而帮助实现转向功能。

继续如图5和图7所示，冗余助力转向系统50还包括电动助力转向(EPS)总成52；其中，EPS总成52包括具有第一绕组5291和第二绕组5292的双绕组电机529、对应第一绕组5291布置的第一电控模块520和对应第二绕组5292布置的第二电控模块520’；第一电控模块520可以驱动控制第一绕组5291从而使双绕组电机529输出相应的转向助力，第二电控模块520’同样可以驱动控制第二绕组5292从而使双绕组电机529输出相应的转向助力。第一绕组5291和第二绕组5292可以具有相应的配置(例如具有相同的匝数等)，它们可以被独立地驱动控制以各自输出相应的扭矩或力，第一绕组5291和第二绕组5292彼此可以作为另一个的冗余，在其中一个失效时另一个被驱动工作。第一电控模块520和第二电控模块520’二者也可以具有基本相同的配置，其中一个可以作为另一个的冗余。这样，自动驾驶模式下第一电控模块520和第一绕组5291的至少一个失效或发生故障时，第二电控模块520’和第二绕组5292能接替第一电控模块520和第一绕组5291工作，从而保证自动转向操作能够在自动驾驶模式下正确执行。

在一实施例中，以第一电控模块520和第一绕组5291作为补充转向助力的提供方为例，在第一电控模块520和第一绕组5291正常运行的情况下，正常运行的第一电控模块520及其驱动的第一绕组5291能够在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力F_A1，在第一电控模块520和/或第一绕组5291失效的情况下，第二电控模块520’及其驱动的第二绕组5292能够输出用于替代第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2。在一实施例中，第二补充转向助力F_A2可以等于第一补充转向助力F_A1，从而基本替代第一补充转向助力F_A1；即使在第一电控模块520和/或第一绕组5291失效的情况下(例如由其中某个部件发生故障导致失效)，第二电控模块520’可以在相应信号触发下马上工作并替代第一电控模块520的功能，也即，第二电控模块520’马上驱动控制第二绕组5292输出第二补充转向助力F_A2，第二补充转向助力F_A2同样作为主转向助力F_M的补充，共同用作自动驾驶模式下的转向助力，输出至例如转向杆系总成93上。因此，自动驾驶模式下的自动转向功能同样能够继续安全可靠地实现，直到退出自动驾驶模式。

继续如图5和图7所示，为进一步提高自动驾驶过程中的安全性，本发明实施例的冗余助力转向系统50中，考虑到液压助力转向总成51发生失效的可能(例如由液压助力转向总成51中的某个部件发生故障导致失效)，EPS总成52还被配置成具有为液压助力转向总成51提供冗余的功能，也即，EPS总成52在自动驾驶模式下并在液压助力转向总成11失效时还能够通过第一电控模块520和第二电控模块520’分别驱动第一绕组5291和第二绕组5292以至于使双绕组电机529输出用于至少部分地替代主转向助力F_M的冗余转向助力F_R；从而，EPS总成52可以用来接替液压助力转向总成11来继续完成例如短时间段内(例如在手动驾驶接管之前的时间段内)的自动驾驶模式下的转向功能，大大提高重型商用车等在自动驾驶模式下的安全性。具体地，冗余转向助力F_R可以等于F_A1与F_A2之和，也可以等于F_A1与F_A2之和，甚至也可以大于(F_A1+F_A2)，例如也可以等于或小于(F_M+F_A1)。双绕组电机529及其第一绕组5291和第二绕组5292的具体配置可以根据其需要输出的转向助力大小等来确定。

继续如图7所示，EPS总成52采用双电源结构，具体地，对应第一电控模块520设置第一电源524，对应第二电控模块520’设置第二电源527，第二电源527作为第一电源524的冗余电源，第一电源524可以单独为第一电控模块520等供电，第二电源527可以单独为第二电控模块520’等供电。

EPS总成52采用双CAN总线通道结构，具体地，对应第一电控模块520设置第一CAN总线523，对应所述第二电控模块520’设置第二CAN总线526，第二CAN总线526可以作为第一CAN总线523的冗余总线。如图8所示，通过第一CAN总线523，第一电控模块520可以与车身CAN网络(例如中央网关)保持通信，通过第二CAN总线526，第二电控模块520’可以与车身CAN网络(例如中央网关)保持通信。第一电控模块520和第二电控模块520’之间也可以通过私有CAN总线538连接，从而第一电控模块520和第二电控模块520’之间可以通过私有CAN总线538实现信号校验。

需要说明的是，第一电控模块520的具体配置可以与图2和图3所示实施例的第一电控模块120的具体配置基本相同，例如也具有相应的扭矩转角传感器、控制芯片等；第二电控模块520’的具体配置可以与图3所示实施例的第二电控模块130的具体配置基本相同，例如也具有相应的扭矩转角传感器、控制芯片等；因此，在此不再具体赘述。

如图5和图7所示，在自动驾驶模式，当第一电控模块520和第一绕组5291都正常工作时，第二电控模块520’可以整体待机，此时第一电控模块520驱动控制第一绕组5291，从而能够正常输出第一补充转向助力F_A1；当第一电控模块520和第一绕组5291的至少一个失效或出现故障时，第二电控模块520’可以启动、第一电控模块520停止工作，从而第二绕组5292可以接管第一绕组5291进行工作并输出用于替代第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2；其中，第一电控模块520与第二电控模块520’之间通过私有CAN总线538进行彼此信号校验，以保证二者之间顺利地过渡。

相比于以上实施例的冗余助力转向系统10，冗余助力转向系统50可以不依赖于两个电机实现，因此，结构更加简单紧凑、实现成本相对较低。

以下结合图9中示例的控制方法示来说明图7所示实施例的冗余助力转向系统50的工作原理。

首先，从步骤S810开始，即重型商用车进入自动驾驶模式，冗余助力转向系统50也相应地进入自动驾驶模式下的工作模式。

步骤S820，液压助力转向总成51正常运行，其输出主转向助力F_M。将理解，主转向助力F_M的具体大小是可以根据工况的变化而变化。

步骤S830，第一电控模块520和第一绕组5291正常运行，EPS总成520通过其第一绕组5291输出第一补充转向助力F_A1。将理解，第一电控模块520可以驱动控制双绕组电机529的第一绕组5291动态变化地输出第一补充转向助力F_A1，第一补充转向助力F_A1与主转向助力F_M的具体大小可以根据行驶工况被协同地控制。

步骤S540，判断第一绕组5291和/或第一电控模块520是否失效，也即判断第一绕组5291和第一电控模块520的至少一个是否发生故障。需要说明的是，判断它们是否失效或发生故障可以通过相应的故障检测模块(图中未示出)等来确定，例如在第一补充转向助力F_A1输出不正常时(例如未达到预定值或输出为0)时，可以判断第一绕组5291和第一电控模块520的至少一个失效。如果判断为“是”则进入步骤S850，否则进入步骤S860。

步骤S450，第二电控模块520’被触发工作，EPS总成520通过其第二绕组5292输出用于替代的第一补充转向助力F_A1的第二补充转向助力F_A2；F_A2可以等于F_A1以完全替代F_A1(例如在第一绕组5291当前输出的F_A1等于0的情况下)，也可以小于F_A1以部分地替代F_A1(例如在第一绕组5291当前输出的F_A1小于预定值的情况下)。

第二补充转向助力F_A2可以在自动驾驶模式下即使第一绕组5291或第一电控模块520失效也能保证自动转向功能的正常实现，提高自动驾驶模式下的行驶安全性。第二电控模块520’和第二绕组5291可以被触发工作例如直到退出自动驾驶模式。在一实施例中，确定第一绕组5291和第一电控模块520的至少一个失效时，而可以通过例如自动驾驶系统发出退出自动驾驶模式的提醒信号，即步骤S890，从而提醒驾驶员接管驾驶操作，避免发生危险事故。

步骤S860，进一步判断液压助力转向总成51是否失效，也即判断液压助力转向总成51是否发生故障。需要说明的是，判断液压助力转向总成51是否失效或发生故障可以通过相应的故障检测模块(图中未示出)等来确定，例如在主转向助力F_M输出不正常时(例如未达到预定值或输出为0)时，可以判断液压助力转向总成51失效。如果判断为“是”则进入步骤S870，否则进入步骤S880。

步骤S870，EPS总成520通过第一绕组5291和第二绕组5292共同输出用于至少部分地替代主转向助力F_M的冗余转向助力F_R。F_R可以等于F_M以完全替代F_M(例如在液压助力转向总成51当前输出的F_M等于0的情况下)，也可以小于F_M以部分地替代F_M(例如在液压助力转向总成51当前输出的F_M小于预定值的情况下)。

在一实施例中，确定液压助力转向总成51失效时，而可以通过例如自动驾驶系统发出退出自动驾驶模式的提醒信号，即步骤S890，从而提醒驾驶员接管驾驶操作，避免发生危险事故。

步骤S880，EPS总成520通过其第一绕组5291继续输出第一补充转向助力F_A1，此时EPS总成520和液压助力转向总成51均正常工作，返回步骤S820，EPS总成520与液压助力转向总成51一同正常工作来实现正常的转向操作。

因此，以上实施例的冗余助力转向系统50及其控制方法可以实现对液压助力转向总成51和EPS总成52的第一电控模块520和第一绕组5291二者均进行冗余操作，大大提高依赖于液压助力转向总成51和EPS总成52二者一起工作的冗余助力转向系统50的可靠性。

需要说明的是，第一EPS总成12的失效包括第一EPS总成12的第一补充转向助力F_A1为0的情形，也包括第一EPS总成12的第一补充转向助力F_A1小于或不足以达到当前预定值的情形，其中，该预定值是转向系统根据当前驾驶工况等而为第一EPS总成12分配的预定的转向助力，该预定值是可以动态变化的。同样地，液压助力转向总成11或51的失效包括液压助力转向总成所输出的主转向助力F_M为0的情形，也包括液压助力转向总成所输出的主转向助力F_M小于或不足以达到当前预定值的情形，其中，该预定值是转向系统根据当前驾驶工况等而为液压助力转向总成分配的预定的转向助力，该预定值是可以动态变化的。

需要说明的是，尽管以上实施例是基于重型商用车为示例对其使用的冗余助力转向系统进行示例说明的，但是将理解到，本发明实施例的冗余助力转向系统(例如冗余助力转向系统10或50)可以类推地应用于其他类型的需要使用液压助力转向总成的车辆中，例如大型客车等。

同样地，本发明的以上实施例的第一电控模块/第二电控模块中的第一或第二控制单元可以由计算机程序指令实现，例如，通过专用的程序来实现，可以将这些计算机程序指令提供给微控制器或其他可编程数据处理设备的处理器以构成本发明实施例的第一或第二控制单元，并且，可以由微控制器或其他可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令来创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的单元或部件。

还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。

需要说明的是，本文公开和描绘的元件(包括附图中的流程图、方块图)意指元件之间的逻辑边界。然而，根据软件或硬件工程实践，描绘的元件及其功能可通过计算机可执行介质在机器上执行，计算机可执行介质具有能够执行存储在其上的程序指令的处理器，所述程序指令作为单片软件结构、作为独立软件模块或作为使用外部程序、代码、服务等的模块，或这些的任何组合，且全部这些执行方案可落入本公开的范围内。

以上例子主要说明了本发明的冗余助力转向系统及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (18)

1.一种冗余助力转向系统，包括：

液压助力转向总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力；

第一电动助力转向EPS总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力；以及

第二电动助力转向EPS总成，其用于在所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下输出用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；

其特征在于，所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成还被配置为，在自动驾驶模式下所述液压助力转向总成失效时，能够共同输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

2.如权利要求1所述的冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一电动助力转向EPS总成包括：第一电机和对应所述第一电机设置的第一电控模块；所述第二电动助力转向EPS总成包括：第二电机和对应所述第二电机设置的第二电控模块；

其中，所述第一电控模块包括：

第一控制单元，其用于控制所述第一电机输出所述第一补充转向助力；和

第一扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元；

其中，所述第二电控模块包括：

第二控制单元，其用于控制所述第二电机输出所述第二补充转向助力；和

第二扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第二控制单元。

3.如权利要求2所述的冗余助力转向系统，其特征在于，对应所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成分别设置第一电源和第二电源。

4.如权利要求2所述的冗余助力转向系统，其特征在于，对应所述第一电控模块设置第一CAN总线，对应所述第二电控模块设置第二CAN总线。

5.如权利要求2所述的冗余助力转向系统，其特征在于，在所述第一电控模块和所述第二电控模块之间设置私有CAN线。

6.一种具有自动驾驶功能的车辆，包括方向盘总成和自动驾驶系统，其特征在于，还包括对应所述方向盘总成而设置的如权利要求1至5中任一项所述冗余助力转向系统。

7.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述自动驾驶系统被配置为在所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下或者在所述液压助力转向总成失效的情况下发出退出自动驾驶模式的提醒信号。

8.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括重型商用车。

9.一种如权利要求1所述的冗余助力转向系统在自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于，包括：

通过正常运行的所述液压助力转向总成输出主转向助力、通过正常运行的第一电动助力转向EPS总成输出第一补充转向助力，其中所述主转向助力和所述第一补充转向助力共同用来实现转向操作；

在确定所述第一电动助力转向EPS总成失效的情况下，通过所述第二电动助力转向EPS总成输出用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；以及

在确定所述液压助力转向总成失效的情况下，通过所述第一电动助力转向EPS总成和所述第二电动助力转向EPS总成共同输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

10.一种冗余助力转向系统，包括：

液压助力转向总成，其用于在自动驾驶模式下提供相对较大的主转向助力；

电动助力转向EPS总成，其包括具有第一绕组和第二绕组的双绕组电机、对应第一绕组布置的第一电控模块和对应第二绕组布置的第二电控模块，其中，所述第一电控模块用于驱动所述第一绕组以至于在自动驾驶模式下提供相对较小的第一补充转向助力，在第一电控模块和/或第一绕组失效的情况下第二电控模块驱动所述第二绕组以至于提供用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；

其特征在于，所述电动助力转向EPS总成被配置为，在自动驾驶模式下所述液压助力转向总成失效时，能够通过所述第一电控模块和第二电控模块分别驱动所述第一绕组和第二绕组以至于使所述双绕组电机输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

11.如权利要求10所述的冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一电控模块包括：

第一控制单元，其用于驱动所述双绕组电机的第一绕组以输出所述第一补充转向助力；和

第一扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元；

其中，所述第二电控模块包括：

第二控制单元，其用于驱动所述双绕组电机的第二绕组以输出所述第二补充转向助力；和

第二扭矩转角传感器，其输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第二控制单元。

12.如权利要求11所述的冗余助力转向系统，其特征在于，对应所述第一电控模块和所述第二电控模块分别设置第一电源和第二电源。

13.如权利要求11所述的冗余助力转向系统，其特征在于，对应所述第一电控模块设置第一CAN总线，对应所述第二电控模块设置第二CAN总线。

14.如权利要求11所述的冗余助力转向系统，其特征在于，在所述第一电控模块和所述第二电控模块之间设置私有CAN线。

15.一种具有自动驾驶功能的车辆，包括方向盘总成和自动驾驶系统，其特征在于，还包括对应所述方向盘总成而设置的如权利要求10至14中任一项所述冗余助力转向系统。

16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述自动驾驶系统被配置为在所述第一电控模块和/或第一绕组失效的情况下或者在所述液压助力转向总成失效的情况下发出退出自动驾驶模式的提醒信号。

17.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括重型商用车。

18.一种如权利要求10所述的冗余助力转向系统在自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于，包括：

通过正常运行的所述液压助力转向总成输出主转向助力、通过正常运行的第一电控模块驱动所述第一绕组来提供第一补充转向助力，其中所述主转向助力和所述第一补充转向助力共同用来实现转向操作；

在确定所述第一电控模块和/或第一绕组总成失效的情况下，通过所述第二电控模块驱动所述第二绕组来提供用于替代所述第一补充转向助力的第二补充转向助力；以及

在确定所述液压助力转向总成失效的情况下，通过所述第一电控模块和第二电控模块分别驱动所述第一绕组和第二绕组以至于使所述双绕组电机输出用于至少部分地替代所述主转向助力的冗余转向助力。

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