CN112810692A - 基于汽车转向系统冗余电源、电源拓扑结构及供电方法 - Google Patents

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王泽兴
朱明哲
赵子曦
原诚寅
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Abstract

本发明涉及本发明涉及自动驾驶电动汽车的转向系统技术领域，公开了一种基于汽车转向系统冗余电源、拓扑结构和供电方法，其特征在于，包括主电源模块、副电源模块、控制模块、供配电系统和转向电机控制系统；主要由主、副电源模块、转换器、上下电管理电路、主、副转向系统和控制模块构成的冗余电源拓扑结构；当主电源、主转向电机控制器或主网络CAN通讯出现任何故障时，系统将强制进入副转向电机控制系统工作模式，此时副电源为保证转向系统可以正常工作向转向系统提供最大的电流。本发明在车辆转向系统因电源断电、控制器故障、通讯中断等故障发生时，自动驾驶车辆仍然可以驱动转向电机控制方向，帮助车辆低速跛行或行驶至应急车道。

Description

基于汽车转向系统冗余电源、电源拓扑结构及供电方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶电动汽车的转向系统技术领域，具体涉及转向系统冗余电源、电源拓扑结构和供电方法。
背景技术
1)2013年以来，全球很多国家陆续将发展自动驾驶汽车上升为国家战略，并不断出台政策措施支持自动驾驶汽车产业的发展，主要包括产业指导、产业规范、信息安全、配套支持等方向，重点围绕自动/无人驾驶、智能交通等重要应用领域。从一定程度上，政策的支持推动了自动驾驶汽车产业的深化发展，推动着自动驾驶汽车技术的进步，引导着企业朝着规范有序的方向发展。2016年，联合国修订《维也纳道路交通公约》允许自动驾驶技术应用，签约国覆盖欧洲、美洲等74个国家。美国、日本等传统汽车工业大国也都早早开始将自动驾驶汽车作为重要的未来战略而重点布局。
2)进入自动驾驶时代以后，机器拥有比人类更强的控制能力、更快速的反应、更稳定的状态，自动驾驶汽车能不能实现，最大的挑战在于安全。如果没有安全底线，就很难大规模产业化。要想无人驾驶汽车上路行驶，自动驾驶生态系统需要攻克的首要课题就是安全问题。
发明内容
本发明涉及一种自动驾驶电动汽车的转向系统冗余电源，旨在解决目前自动驾驶车辆的转向系统发生故障时，EPS因故障而停止导致车辆转向失控，本发明中所描述的设计方案可保证车辆转向系统因电源断电、控制器故障、通讯中断等故障发生时，自动驾驶车辆仍然可以驱动转向电机控制方向，帮助车辆低速跛行或行驶至应急车道。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于汽车转向系统冗余电源包括主电源模块、副电源模块、控制模块、供配电系统和转向电机控制系统；
其中主电源模块与副电源模块采用冗余控制方式连接到供配电系统；
控制模块自动选择主电源模块、副电源模块供电；
转向电机控制系统通过导线与主电源模块端和副电源模块端连接，主电源为自动驾驶电动汽车提供12V电源，车辆负载中副电源模块不为车辆提供二次供电。
优选的，供配电系统包括低压供电回路，控制模块包括DC/DC转换器， DC/DC转换器为低压供电回路提供能量。
优选的，低压供电回路中，主电源模块和副电源模块充满电后保持浮动充电。
优选的，低压供电回路设有用电器，副电源模块与低压供电回路的用电器之间设有隔离开关，隔离开关隔开副电源模块与用电器，
通过研究测试，人操作方向盘的最大转角率为1000°/s，端到端的最大转向角行程约为1200°，最大瞬态电流消耗为100A rms，峰值电流可达到 140A，故自动驾驶车辆紧急避障转向角度也必须达到此要求。副电源的最大放电电流需＞140A，持续时间＞2s。
一种基于汽车转向系统冗余电源拓扑结构其主要由12v主电源模块、12v 副电源模块、DC/DC转换器、上下电管理电路、EPAS主转向系统、EPAS副转向系统和控制模块构成，上下电管理电路根据上下电控制信号来源不同，分为上部电管理电路和下部电管理电路，上电管理电路主要由主电源模块提供电源，下电管理电路主要由副电源模块提供电源。优选的，12v副电源模块电管理电路上至少包括EPS电子助力转向系统、SIC半导体集成电路、FBCM前车身控制模块、CGW中央网关、IMU惯性测量单元和ACM辅助控制模块。
一种基于汽车转向系统冗余电源的供电方法，当主电源、主转向电机控制器或主网络CAN通讯出现任何故障时，系统将强制进入副转向电机控制系统工作模式，此时副电源为保证转向系统可以正常工作向转向系统提供最大的电流，优选地，当DC/DC转换器能够正常工作且副转向电机控制系统工作正常的情况下，车辆上报故障后仍可继续行驶至维修点进行故障维修；当 DC/DC转换器无法正常工作或车辆有其他影响行驶的严重故障时，冗余电源将为转向系统提供紧急避障的能量。
本发明通过转向系统冗余电源，在EPS故障的情况下，保障转向系统能够以最低限度运行，使车辆可以低速跛行或行驶至应急车道，不出现车辆失控的情况，其中EPS是汽车转向的关键安全部件，EPS功能安全对自动驾驶汽车尤其重要，传统汽车如果电动助力转向系统因故障而停止，驾驶员必须使用非常大的力量操作方向盘来控制方向，随着近年来全自动驾驶的加速发展，在高级自动驾驶功能的情况下，驾驶员不再使用方向盘，EPS因故障而停止的情况下，车辆方向将处于失控状态。
本发明所描述的冗余电源方法不仅适用于自动驾驶车辆，也可应用于个人乘用车、运营车辆和物流车，如出租车、公交车、客运车、观光车、摆渡车、物流转运车等等。
附图说明
图1为本发明实施例的基于汽车转向系统冗余电源的示意图。
图2为本发明实施例的基于汽车转向系统冗余电源拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1及附图2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，为了在EPS故障的情况下，保障转向系统能够以最低限度运行，使车辆可以低速跛行或行驶至应急车道，不出现车辆失控的情况，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的，包括如图1所示一种基于汽车转向系统冗余电源包括主电源模块、副电源模块、控制模块、供配电系统和转向电机控制系统；
其中主电源模块与副电源模块采用冗余控制方式连接到供配电系统；
控制模块自动选择主电源模块、副电源模块供电；
转向电机控制系统通过导线与主电源模块端和副电源模块端连接，主电源为自动驾驶电动汽车提供12V电源，车辆负载中副电源模块不为车辆提供二次供电。
其中，供配电系统包括低压供电回路，控制模块包括DC/DC转换器，DC/DC 转换器为低压供电回路提供能量；低压供电回路中，主电源模块和副电源模块充满电后保持浮动充电，优选地，低压供电回路设有用电器，副电源模块与低压供电回路的用电器之间设有隔离开关，隔离开关隔开副电源模块与用电器，副电源的最大放电电流需＞140A，持续时间＞2s。
如图2所示，一种基于汽车转向系统冗余电源拓扑结构其主要由12v主电源模块、12v副电源模块、DC/DC转换器、上下电管理电路、EPAS主转向系统、EPAS副转向系统和控制模块构成，上下电管理电路根据上下电控制信号来源不同，分为上部电管理电路和下部电管理电路，上电管理电路主要由主电源模块提供电源，下电管理电路主要由副电源模块提供电源。优选的，12v 副电源模块电管理电路上至少包括EPS电子助力转向系统、SIC半导体集成电路、FBCM前车身控制模块、CGW中央网关、IMU惯性测量单元和ACM辅助控制模块。
一种基于汽车转向系统冗余电源的供电方法，当主电源、主转向电机控制器或主网络CAN通讯出现任何故障时，系统将强制进入副转向电机控制系统工作模式，此时副电源为保证转向系统可以正常工作向转向系统提供最大的电流，
当DC/DC转换器能够正常工作且副转向电机控制系统工作正常的情况下，车辆上报故障后仍可继续行驶至维修点进行故障维修；当DC/DC转换器无法正常工作或车辆有其他影响行驶的严重故障时，冗余电源将为转向系统提供紧急避障的能量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，包括主电源模块、副电源模块、控制模块、供配电系统和转向电机控制系统；
其中所述主电源模块与所述副电源模块采用冗余控制方式连接到所述供配电系统；
所述控制模块自动选择所述主电源模块、所述副电源模块供电；
所述转向电机控制系统通过导线与主电源模块端和副电源模块端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，所述主电源为自动驾驶电动汽车提供12V电源，车辆负载中所述副电源模块不为车辆提供二次供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，所述供配电系统包括低压供电回路，所述控制模块包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器为低压供电回路提供能量。
4.根据权利要求3所述的一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，所述低压供电回路中，所述主电源模块和副电源模块充满电后保持浮动充电。
5.根据权利要求1所述的一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，所述低压供电回路设有用电器，所述副电源模块与低压供电回路的用电器之间设有隔离开关，所述隔离开关隔开副电源模块与用电器。
6.根据权利要求1所述的一种基于汽车转向系统冗余电源，其特征在于，所述副电源的最大放电电流需＞140A，持续时间＞2s。
7.一种基于汽车转向系统冗余电源拓扑结构，特征在于，其主要由12v主电源模块、12v副电源模块、DC/DC转换器、上下电管理电路、EPAS主转向系统、EPAS副转向系统和控制模块构成，所述上下电管理电路根据上下电控制信号来源不同，分为上部电管理电路和下部电管理电路，所述上电管理电路主要由主电源模块提供电源，所述下电管理电路主要由副电源模块提供电源。
8.根据权利要求7所述的一种基于汽车转向系统冗余电源拓扑结构，其特征在于，所述12v副电源模块电管理电路上至少包括EPS电子助力转向系统、SIC半导体集成电路、FBCM前车身控制模块、CGW中央网关、IMU惯性测量单元和ACM辅助控制模块。
9.一种基于汽车转向系统冗余电源的供电方法，其特征在于，当主电源、主转向电机控制器或主网络CAN通讯出现任何故障时，系统将强制进入副转向电机控制系统工作模式，此时副电源为保证转向系统可以正常工作向转向系统提供最大的电流。
10.根据权利要求9所述的一种基于汽车转向系统冗余电源的供电方法，其特征在于，当DC/DC转换器能够正常工作且副转向电机控制系统工作正常的情况下，车辆上报故障后仍可继续行驶至维修点进行故障维修；当DC/DC转换器无法正常工作或车辆有其他影响行驶的严重故障时，冗余电源将为转向系统提供紧急避障的能量。
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