CN113329931A - 电动助力转向系统的冗余电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动助力转向系统的冗余电路，包括：多个电子控制单元，相互交叉确认是否出现故障，根据出现故障调整控制比例；及选择控制部，接收所述多个电子控制单元的控制比例和控制量信息的输入来决定与所述多个电子控制单元同数量配置的马达各个的控制量。

Description

电动助力转向系统的冗余电路
技术领域
本发明涉及电动助力转向系统的冗余电路，更详细地说，涉及可适用于自动驾驶汽车的电动助力转向系统的冗余电路。
背景技术
通常，在汽车适用动力转向系统，作为用于减轻转向盘的转向力以保障转向状态的稳定性的工具。
对于动力转向系统，以往利用液压的液压式动力转向系统(HPS；Hydraulic PowerSteering System)广泛利用于汽车，但是近来不同于使用液压的以往的方式，而是在汽车普遍安装利用马达的旋转力使驾驶员的转向力变得容易并且环保的电动助力转向系统(EPS；Electric Power Steering System)。
如上所述的电动转向系统(EPS)为电子控制单元(ECU)根据由车速传感器及扭矩传感器等检测到的汽车行驶条件驱动电机，从而在低速行驶时提供轻盈舒适的转向感，在高速行驶时与沉重的转向感一同赋予良好的方向稳定性，在紧急情况下实现快速转向，进而给驾驶人员提供最佳的转向条件。
以往的电动助力转向系统的电子控制单元可使用如下的方式：利用计算绝对转向角的第一角度元件和计算相对转向角的第二及第三角度元件来测量施加于扭杆的扭矩和绝对转向角，即转向输入轴的旋转量。
在以往的扭矩及转向角检测方式中，在第一角度元件至第三角度元件出现障碍的情况下，无法计算扭矩值和转向角，结果无法辅助控制转向，因此可在汽车的稳定性出现严重的问题。
考虑到如上所述的问题的本发明申请人的韩国公开专利第10-2018-0128106号(电动式转向装置的转向信息检测装置及转向信息检测方法，2018年12月3日公开)记载的结构如下：包括多个转矩传感器和转向角传感器，而且配置有确认各个传感器的同步的同步确认部，因此即使传感器的一部分出现障碍，也正常计算转矩及转向角，从而可实现控制。
通过这种公开专利的结构，具有在一部分传感器出现异常的情况下也可准确计算扭矩和转向角的特征，但是可预测到在接收这些信息来执行控制的电子控制单元(ECU)本身出现异常的情况下没有具体对策的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术课题在于提供一种电动助力转向系统的冗余电路，不仅是传感器，在电子控制单元出现异常的情况下，也可检测该异常来进行应对。
本发明要解决的另一技术课题在于提供一种可防止在诸如自动驾驶汽车的没有驾驶员干预的汽车出现控制间隙的电动助力转向系统的冗余电路。
(二)技术方案
用于解决如上所述的课题的本发明的电动助力转向系统的冗余电路包括：多个电子控制单元，相互交叉确认是否出现故障，根据出现故障调整控制比例；及选择控制部，接收所述多个电子控制单元的控制比例和控制量信息的输入来决定与所述多个电子控制单元同数量配置的马达各个的控制量。
在本发明的实施例中，多个电子控制单元由分别包括控制部和故障判断部的第一电子控制单元及第二电子控制单元构成，所述第一电子控制单元的故障判断部和第二电子控制单元的故障判断部通过相互内部通信交换控制信息来判断是否故障，可将判断为故障的第一电子控制单元或者第二电子控制单元的控制量转换为0％。
在本发明的实施例中，所述选择控制部可包括：第一除法器及第二除法器，将第一电子控制单元的第一控制比例和第二电子控制单元的第二控制比例除以1/2；第一减法器，从第一电子控制单元的第一控制比例减去第二电子控制单元的第二控制比例的50％；第二减法器，从第二电子控制单元的第二控制比例减去第一电子控制单元的第一控制比例的50％；第一乘法器，将第一电子控制单元的第一控制量和第一减法器的计算结果相乘生成第一马达控制信号，以控制第一马达；第二乘法器，将第二电子控制单元的第二控制量和第二减法器的计算结果相乘生成第二马达控制信号，以控制第二马达。
在本发明的实施例中，第一减法器和第二减法器可具有上限为100％、下限为0％以内的输出值。
在本发明的实施例中，在所述第一电子控制单元出现故障时，将出现故障的第一电子控制单元的第一控制量降低至0％，可利用第二电子控制单元的第二控制量的100％控制第二马达。
在本发明的实施例中，所述第一电子控制单元的第一控制量可以是以已设定的单位从100％至0％逐步降低。
所述第一电子控制单元的第一控制量降低可以是在感应故障以后经过已设定的故障计数器之后执行。
(三)有益效果
本发明的效果如下：使用多个电子控制单元，对电子控制单元提供相同的扭矩信号及转向角信号，比较根据该扭矩信号及转向角信号的各个电子控制单元的控制信号，检测出现异常的电子控制单元，之后利用正常电子控制单元的控制信号来驱动电动助力转向系统的马达，进而在电子控制单元出现异常时也可执行正常动作。
另外，本发明的效果如下：在多个电子控制单元中从使用特定电子控制单元转换为使用其他电子控制单元时，调节转换时间点以防止出现控制间隙，进而可消除驾驶人员感到不适或者在自动行驶的状况下因为出现汽车控制间隙而引起的危险事故。
附图说明
图1是本发明的优选实施例的电动助力转向系统的冗余电路图。
图2是本发明的一实施例的动作波形图。
附图标记说明
10：第一电子控制单元 11：第一控制部
12：第一故障判断部 20：第二电子控制单元
21：第二控制部 22：第二故障判断部
30：控制选择部 31：第一减法器
32：第二减法器 33：第一除法器
34：第二除法器 35：第一乘法器
36：第二乘法器 40：第一马达
50：第二马达
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的电动助力转向系统的冗余电路。
本发明的实施例是为了向在本技术领域中具有普通知识的人员更完整地说明本发明而提供的，以下说明的实施例可以以各种不同的形式进行修改，本发明的范围不限于以下实施例。相反，这些实施例是为了使本发明更加充实并完整并且将本发明的思想完整地传递给技术人员而提供的。
在本说明书中使用的用语是为了说明特定实施例而使用的，并非用于限定本发明。如本说明书所用，对于单数形式，除非在文中明确指出不同的情况，否则可包括复数形式。另外，对于“包括(comprise)”及/或者“包括的(comprising)”，在本说明书中使用的情况下，是指定所谈及的形状、数字、步骤、动作、部件、构成元素及/或者这些群组的存在，并不排除一个以上的其他形状、数字、动作、部件、构成元素及/或者群组的存在或者附加。如本说明书所用，用语“及/或者”包括所列项目中的某一项或多项的所有组合。
在本说明书中，第一、第二等的用语是为了说明各种部件、区域及/或者部位而使用的，但是这些部件、零部件、区域、层及/或者部位不限于这些用语是显而易见的。这些用语并不意味着特定顺序、上下或者优劣，而是只是为了将一个部件、区域或者部位与其他部件、区域或者部位区分而使用。从而，以下上述第一部件、区域或者部位在不脱离本发明的教导的情况下也可称为第二部件、区域或者部位。
以下，参照概略示出本发明的实施例的附图说明本发明的实施例。在附图中，例如，根据制造技术及/或者公差可预测示出的形状的变形。从而，对于本发明的实施例不得限于在本说明书示出的区域的特定形状来解释，例如应该包括制造上引起的形状变化。
图1是本发明的优选实施例的电动助力转向系统的冗余电路图。
参照图1，本发明的优选实施例的电动助力转向系统的冗余电路包括：第一电子控制单元10和第二电子控制单元20，分别接收扭矩、转向角、车速、高级驾驶辅助系统(ADAS)输入信号来分别输出第一马达控制信号和第二马达控制信号；控制选择部30，选择性输出所述第一电子控制单元10的第一马达控制信号或者第二电子控制单元20的第二马达控制信号，或者在转换马达控制信号时调节第一马达控制信号和第二马达控制信号的控制量来输出。
以下，更加详细说明如上述构成的本发明的优选实施例的电动助力转向系统的冗余电路的结构和作用。
首先，本发明包括第一电子控制单元10和第二电子控制单元20，所述第一电子控制单元10和第二电子控制单元20利用相同的扭矩信息、转向角信息、车速信息及ADAS输入信息来控制马达。
在本发明中，为了便于说明示出并说明了两个电子控制单元，但是实际上在一个硬件结构内可包括一对功能性电子控制单元，并且可使用两个以上的电子控制单元，而非一对。
所述第一电子控制单元10包括第一控制部11和第一故障判断部12，第二电子控制单元20也可包括第二控制部21和第二故障判断部12。
所述第一控制部11和第二控制部21利用分别输入的扭矩信息、转向角信息、车速信息及ADAS输入信息生成控制电动助力转向系统的马达的控制信号。此时，控制信号可包括控制比例信息和控制量信息。
所述第一电子控制单元10和第二电子控制单元20通过内部通信IS1、IS2相互收发各个马达控制信息，通过该马达控制信息第一故障判断部12和第二故障判断部22判断是否出现故障。
此时的是否故障的判断可以是收发各个控制信息来监控彼此的状态。
所述第一电子控制单元10和第二电子控制单元20分别用于控制第一马达40和第二马达50的，第一马达40和第二马达50可以是在一个封装内将线圈分为两个的马达或者独立结构的马达。
此时的第一马达40和第二马达50全部是用于提供电动助力转向系统的转向感的。
在所述第一电子控制单元10和第二电子控制单元20都没有异常的状态下，均等地设定控制比例，利用根据该控制比例的控制量的第一马达控制信号和第二马达控制信号分别控制第一马达40和第二马达50。
如上所述的功能通过控制选择部30的作用实现，在第一电子控制单元10和第二电子控制单元20都没有异常的状态的控制选择部30的作用如下。
控制选择部30的结构包括：第一除法器33及第二除法器34，分别将第一电子控制单元10的第一控制比例和第二电子控制单元20的第二控制比例除以1/2；第一减法器31，从第一电子控制单元10的第一控制比例减去第二电子控制单元20的第二控制比例的50％；第二减法器32，从第二电子控制单元20的第二控制比例减去第一电子控制单元10的第一控制比例的50％；第一乘法器35，将第一电子控制单元10的第一控制量和第一减法器31的计算结果相乘以生成第一马达控制信号；第二乘法器36，将第二电子控制单元20的第二控制量和第二减法器32的计算结果相乘以生成第二马达控制信号。
第一电子控制单元10和第二电子控制单元20都处于正常状态的情况下，第一控制比例和第二控制比例分别为100％，该值通过第一除法器33和第二除法器34分别变为50％。
从而，第一减法器31和第二减法器32的输出值也是50％。即，第一电子控制单元10和第二电子控制单元20的控制权限分别为50％。
此时的控制权限是指相对于要求的马达控制量总量的控制量，从而通过第一乘法器35计算的第一控制量是总控制量的50％，同样地通过第二乘法器36计算的第二控制量是总控制量的50％。
也就是说，第一电子控制单元10和第二电子控制单元20分别设定50％的控制权限，将总控制量的50％各设定为第一马达控制信号和第二马达控制信号，以分别控制第一马达40和第二马达50。
在如上所述的状态下，在第一电子控制单元10出现软件或者硬件性异常的情况下，可由第二电子控制单元20的第二故障判断部22确认该故障，第一电子控制单元10和第二电子控制单元20通过内部通信共享故障判断结果。
出现异常的第一电子控制单元10将第一控制比例从100％降低，以使第二马达控制信号的第一控制量达到0％。此时，第二控制比例是将第二控制量保持在100％的值。即，可使100％的第二控制量作为第二马达控制信号来控制第二马达50。
将所述第一控制比例的转换从100％降低的转换过程是使控制权限变为0％以将所有控制权限转换给第二电子控制单元20的动作。
相反地，在第二电子控制单元20出现异常的情况下，将第二电子控制单元20的第二控制量变为0％，通过第一电子控制单元10的100％控制量的第一马达控制信号可控制第一马达40。
在上述的示例中，说明了将第一控制比例或者第二控制量从100％即刻变为0％，虽然也可瞬间改变控制量，但是在判断故障及转换控制权限的过程中在故障判断时间期间可出现控制间隙，据此可使驾驶人员感到不适或者在自动行驶的状况下可在车辆控制上出现间隙。
为了防止该问题，在本发明中可使用线性转换控制权限可防止汽车控制间隙或者驾驶员感到不适的方法。
图2是本发明的一实施例的转换控制权限的时序图。
在由第二电子控制单元20的第二故障判断部22检测出第一电子控制单元10出现故障的时间点不将第一电子控制单元10的第一控制比例的值即刻设定为第一控制量为0％的值，而是逐渐降低最终将第一控制量变为0％。
例如，在确认第一电子控制单元10是故障的时间点或者从确认故障开始经过预定延迟时间之后将第一控制比例从100％线性降低，以使第一控制量变为0％。
例如，在将第一控制比例降低至80％的状态下，第一除法器33的输出值变为一半，即40％，求与增加至120％的第二控制比例的差的第二减法器32的输出为80％，进而将第二控制量的80％作为第二马达控制信号来控制第二马达50。
此时，将第二控制比例除以1/2的第二除法器34的输出值为60％，求与80％的第一控制比例的差的第一减法器31的输出为20％。
从而，使用第一马达40以总控制量的20％进行控制，并且使用第二马达50以总控制量的80％进行控制。
此时，第一控制比例从100％降低至66.5％左右。这是因为在第一控制比例小于66.5的情况下第一减法器31的输出为负数，所以将第一减法器的输出下限设定为0％，进而在第一控制比例小于66.5的情况下为0％，因此没有控制权限。
对于第二减法器32的输出将100％设定为上限，对于超出100％的比例全部设为100％的输出。
将出现故障的第一电子控制单元10的第一控制比例以1％单位、5％单位等适当的比例逐步降低，同时按降低量提高第二电子控制单元20的第二控制比例，执行至最终第一控制量为0％、第二控制量为100％为止。
所述逐步降低的比例在图2的曲线图上决定第一控制量和第二控制量的倾斜区间的倾斜度。
最初在检测第一电子控制单元10的故障时不即刻执行而是确认故障状态的反复次数，即确认故障计数器的数量的理由是为了防止在第一电子控制单元10瞬间出现异常时转换控制权限，此时的故障计数器的数量可任意设定。
如此，本发明在使用多个电子控制单元的同时使用与所述电子控制单元同数的马达的电动助力转向系统中，使电子控制单元通过相互内部通信检测异常的同时将出现异常的电子控制单元的控制比例降低为0％，而且是线性降低，进而可防止出现失控区间。
本发明不限于所述实施例，而是在不超出本发明的技术要点的范围内可实施各种修改、变形，而且这对本发明所属技术领域中具有普通知识的人是显而易见的。
工业实用性
本发明为在使用多个电子控制单元的系统中确认各个电子控制单元是否有动作异常，利用正常动作的电子控制单元的控制信号操作动力转向系统，因此具有工业实用性。

Claims (7)

1.一种电动助力转向系统的冗余电路，包括：
多个电子控制单元，相互交叉确认是否出现故障，根据出现故障调整控制比例；及
选择控制部，接收所述多个电子控制单元的控制比例和控制量信息的输入来决定与所述多个电子控制单元同数量配置的马达各个的控制量。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
多个电子控制单元由分别包括控制部和故障判断部的第一电子控制单元及第二电子控制单元构成，
所述第一电子控制单元的故障判断部和第二电子控制单元的故障判断部通过相互内部通信交换控制信息来判断是否故障，
将判断为故障的第一电子控制单元或者第二电子控制单元的控制量转换为0％。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
所述选择控制部包括：
第一除法器及第二除法器，将第一电子控制单元的第一控制比例和第二电子控制单元的第二控制比例除以1/2；
第一减法器，从第一电子控制单元的第一控制比例减去第二电子控制单元的第二控制比例的50％；
第二减法器，从第二电子控制单元的第二控制比例减去第一电子控制单元的第一控制比例的50％；
第一乘法器，将第一电子控制单元的第一控制量和第一减法器的计算结果相乘生成第一马达控制信号，以控制第一马达；
第二乘法器，将第二电子控制单元的第二控制量和第二减法器的计算结果相乘生成第二马达控制信号，以控制第二马达。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
第一减法器和第二减法器具有上限为100％、下限为0％以内的输出值。
5.根据权利要求3所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
在所述第一电子控制单元出现故障时，将出现故障的第一电子控制单元的第一控制量降低至0％，利用第二电子控制单元的第二控制量的100％控制第二马达。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
所述第一电子控制单元的第一控制量是以已设定的单位从100％至0％逐步降低。
7.根据权利要求5所述的电动助力转向系统的冗余电路，其特征在于，
所述第一电子控制单元的第一控制量降低是在感应故障以后经过已设定的故障计数器之后执行。
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