CN115009358A - 一种转向机双冗余控制结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转向机双冗余控制结构，设置右转向机驱动电机、左转向机驱动电机，并分别通过右转向机齿轮齿条机构和左转向机齿轮齿条机构分别与两个前半轴上的车轮机械连接；控制结构设置右转向机驱动电机、左转向机驱动电机；转向系统控制器通过控制电路分别与右转向机驱动电机、左转向机驱动电机连接；采用上述技术方案，采用两套独立的转向机构，分别控制一个转向车轮，进而实现：在一个系统故障时，另一套系统可以保证车轮安全靠边停车，保证驾驶员和车辆安全；当正常行驶时，自动驾驶模式下，转向系统可以实现内外侧车轮根据计算得出最优的转角，实现最优的阿克曼率，使转向更灵敏和准确控制。
Description
技术领域
本发明属于车辆运行安全控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种具有车辆智能驾驶功能的转向机双冗余控制结构。
背景技术
近年来，车辆智能化水平越来越高，随着车辆智能驾驶的高速发展，尤其是目前正在推进的L3甚至L4级别的自动驾驶，对于车辆的功能安全要求越来越高，在提升控制系统的安全等级的同时，对于转向系统，转向机是最为主要的功能实行器，当智能驾驶不断发展，达到无人驾驶的程度时，转向机的功能安全要求将达到一个极高的程度。
在现有技术中，车辆的两个转向轮都是采用联动控制，实现所需要的转向角度。这种控制能满足一般情况下的转向要求，但是如果转向系统出现故障，就不能对车辆进行准确的转向控制，不能实现车辆灵敏地转向，给安全行车和停车带来极大隐患，甚至发生事故。
发明内容
本发明提供一种转向机双冗余控制结构，其目的是通过双冗余技术，实现车辆转向更灵敏和更准确的控制，确保车辆转向安全。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的转向机双冗余控制结构，应用于车辆转向轮的转角控制，所述的控制结构设有转向系统控制器；所述的控制结构设置右转向机驱动电机、左转向机驱动电机，并分别通过右转向机齿轮齿条机构和左转向机齿轮齿条机构与两个前半轴上的车轮机械连接；所述的转向系统控制器通过控制电路分别与右转向机驱动电机、左转向机驱动电机连接；
所述的右转向机驱动电机、左转向机驱动电机的电机轴分别与右转向机齿轮齿条机构和左转向机齿轮齿条机构的输入轴紧固连接。
两个所述的前半轴互不关联。
所述的控制结构设有蓄电池，所述的蓄电池通过电源/信号线束分别与右转向机驱动电机、左转向机驱动电机及转向系统控制器连接。
所述的控制结构设置智能驾驶模块控制器，所述的智能驾驶模块控制器通过信号电路与转向系统控制器连接。
所述的智能驾驶模块控制器处理接收到信息，包括雷达的信号、摄像头的信号以及车辆上其他传感器的信息；综合评估车辆状态；进而智能驾驶模块控制器向转向系统控制器发出转向请求。
所述的转向系统控制器接收到智能驾驶模块控制器的转向请求后，对转向请求进行处理运算，转化成对右转向机驱动电机、左转向机驱动电机的扭矩输入信号。
所述的控制结构设置雷达，所述的雷达通过信号电路与智能驾驶模块控制器连接。
所述的控制结构设置摄像头，所述的摄像头通过信号电路与智能驾驶模块控制器连接。
所述的车辆包括方向盘，所述的方向盘的下方设置转向传感器；所述的转向传感器通过信号电路与转向系统控制器连接。
所述的转向传感器包括转向手力模拟器和转角传感器。
本发明采用上述技术方案，采用两套独立的转向机构，分别控制一个转向车轮，进而实现：在一个系统故障时，另一套系统可以保证车轮安全靠边停车，保证驾驶员和车辆安全；当正常行驶时，自动驾驶模式下，转向系统可以实现内外侧车轮根据计算得出最优的转角，实现最优的阿克曼率，使转向更灵敏和准确控制。
附图说明
附图所示内容及图中的标记简要说明如下：
图1为本发明的左右转向轮互相独立控制的结构示意图；
图2为驾驶员介入、转向系统接收转向传感器信号的示意图；
图3为车辆内、外轮向轮转角关系示意图；
图4为现有技术的转向系统和本发明的阿克率对比图。
图中标记为：
1、转向机壳体，2、右转向机齿轮齿条机构，3、左转向机齿轮齿条机构，4、电源/信号线束，5、右转向机驱动电机，6、左转向机驱动电机，7、转向系统控制器，8、蓄电池，9、智能驾驶模块控制器，10、雷达，11、摄像头，12、转向传感器，13、方向盘，14、车轮，15、前半轴。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2所表达的本发明的结构，为一种转向机双冗余控制结构，应用于车辆转向轮的转角控制，所述的控制结构设有转向系统控制器7。双冗余控制策略也成为一个重要的设计手段和发展方向，目前已有部分系统开始实施双冗余控制，比如制动稳定模块等。双冗余设计是解决功能安全不足的方法之一，也是最有效的方法，可以简单理解为，对于同一个功能，由两套独立的系统执行，当一套系统故障时，另一套系统可以保证车辆安全停车或正常行驶。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现车辆转向更灵敏和更准确的控制，确保车辆转向安全的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明的转向机双冗余控制结构设置右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6，并分别通过右转向机齿轮齿条机构2和左转向机齿轮齿条机构3与两个前半轴15上的车轮14机械连接；所述的转向系统控制器7通过控制电路分别与右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6连接；
所述的右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6的电机轴分别与右转向机齿轮齿条机构2和左转向机齿轮齿条机构3的输入轴紧固连接。
转向系统控制器7包括双芯片，每个芯片分别控制一个转向机驱动电机。
右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6；右转向机齿轮齿条机构2、左转向机齿轮齿条机构3：为独立转向机的基本组件，是车辆转向动作的执行器。
所述的右转向机齿轮齿条机构2和左转向机齿轮齿条机构3安装在转向机壳体1内。
本发明是一种转向机双冗余控制设计，主要是将两个前轮(转向轮)实现完全独立的转向控制。当一边转向机构或控制器故障时，另一边可以实现一定程度的转向能力，确保车辆安全行驶或靠边停车。
两个所述的前半轴15互不关联。
所述的控制结构设有蓄电池8，所述的蓄电池8通过电源/信号线束4分别与右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6及转向系统控制器7连接。
蓄电池8是向系统控制器7的电源，同时，也向右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6提供电源。
所述的控制结构设置智能驾驶模块控制器9，所述的智能驾驶模块控制器9通过信号电路与转向系统控制器7连接。
当正常行驶时，左右轮接收来自智能驾驶模块的转向需求，进行两个车轮同步转向控制，在满足整车需求的同时，还能实现最优的阿克曼率，使智能驾驶模式下的转向更为灵敏准确，也更为安全；当其中一个电机或控制器故障时，另一个电机仍能实现一个车轮的转向能力，在整车同步减速下，可以满足车辆靠边停车或寻找合适路线到达安全地点的需求，为智能驾驶的转向系统安全提供重要保障。
所述的智能驾驶模块控制器9处理接收到信息，包括雷达的信号、摄像头的信号以及车辆上其他传感器的信息；综合评估车辆状态；进而智能驾驶模块控制器9向转向系统控制器7发出转向请求。
所述的车辆上其他传感器包括温度传感器、速度传感器等。
所述的转向系统控制器7接收到智能驾驶模块控制器9的转向请求后，对转向请求进行处理运算，转化成对右转向机驱动电机5、左转向机驱动电机6的扭矩输入信号。
此时，需要转向系统控制器7内的运算模块进行对转向角的运算，内外侧转向角根据实际情况进行运算输出，可以实现最优的阿克曼率，使转向灵敏、准确。
所述的控制结构设置雷达10，所述的雷达10通过信号电路与智能驾驶模块控制器9连接。所述的控制结构设置摄像头11，所述的摄像头11通过信号电路与智能驾驶模块控制器9连接。
雷达10、摄像头11的功能为：识别车辆所处路况，将采集到的周围车辆、行人的相对位置及路况影像等信息传输给智能驾驶模块控制器9。
图2为驾驶员介入时的一个说明：
所述的车辆包括方向盘13，所述的方向盘13的下方设置转向传感器12；所述的转向传感器12通过信号电路与转向系统控制器7连接。
所述的转向传感器12包括转向手力模拟器和转角传感器。
本发明主要针对的是自动驾驶模式，但也要考虑驾驶员介入时的情况，车辆上配备传统转向系统的操作机构，即方向盘13，方向盘13下方为手力模拟器和转角传感器。
当驾驶员操作方向盘13时，转向系统控制器7以转角传感器信号为输入进行执行转向，此时自动驾驶模块已退出。
因此，本发明可以正常执行驾驶员的转向意图，且以驾驶员的操作为优先级。
图3为车辆内、外轮向轮转角关系示意图；
图4是传统转向系统和本发明可实现的阿克曼转角对比图：
传统转向系统，由于转向机同时控制左右车轮的限制，同时也是主要考虑驾驶员操纵的安全性，转向系统均为不足转向设计。但自动驾驶没有这方面的问题，且由于不足转向率的问题，转向系统在自动控制时容易出现偏差，需要补偿进行修正。
本发明左右两转向轮，独立控制，可以实现内外侧车轮不同的转角，通过系统控制器运算，可以实现最优的阿克曼率，使转向半径最小，且转向更灵敏，控制更准确。
综上所述，本发明的主要特点是：采用两套独立的转向机构，分别控制一个转向车轮，进而实现一个系统故障时，另一套系统可以保证车轮安全靠边停车，保证驾驶员和车辆安全。当正常行驶时，自动驾驶模式下，转向系统可以实现内外侧车轮根据计算得出最优的转角，实现最优的阿克曼率，使转向更灵敏和准确控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转向机双冗余控制结构，应用于车辆转向轮的转角控制，所述的控制结构设有转向系统控制器(7)；其特征在于：所述的控制结构设置右转向机驱动电机(5)、左转向机驱动电机(6)，并分别通过右转向机齿轮齿条机构(2)和左转向机齿轮齿条机构(3)与两个前半轴(15)上的车轮(14)机械连接；所述的转向系统控制器(7)通过控制电路分别与右转向机驱动电机(5)、左转向机驱动电机(6)连接；所述的右转向机驱动电机(5)、左转向机驱动电机(6)的电机轴分别与右转向机齿轮齿条机构(2)和左转向机齿轮齿条机构(3)的输入轴紧固连接。
2.按照权利要求1所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：两个所述的前半轴(15)互不关联。
3.按照权利要求1所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的控制结构设有蓄电池(8)，所述的蓄电池(8)通过电源/信号线束(4)分别与右转向机驱动电机(5)、左转向机驱动电机(6)及转向系统控制器(7)连接。
4.按照权利要求1所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的控制结构设置智能驾驶模块控制器(9)，所述的智能驾驶模块控制器(9)通过信号电路与转向系统控制器(7)连接。
5.按照权利要求4所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的智能驾驶模块控制器(9)处理接收到信息，包括雷达的信号、摄像头的信号以及车辆上其他传感器的信息；综合评估车辆状态；进而智能驾驶模块控制器(9)向转向系统控制器(7)发出转向请求。
6.按照权利要求5所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的转向系统控制器(7)接收到智能驾驶模块控制器(9)的转向请求后，对转向请求进行处理运算，转化成对右转向机驱动电机(5)、左转向机驱动电机(6)的扭矩输入信号。
7.按照权利要求4所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的控制结构设置雷达(10)，所述的雷达(10)通过信号电路与智能驾驶模块控制器(9)连接。
8.按照权利要求4所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的控制结构设置摄像头(11)，所述的摄像头(11)通过信号电路与智能驾驶模块控制器(9)连接。
9.按照权利要求1或2或3所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的车辆包括方向盘(13)，所述的方向盘(13)的下方设置转向传感器(12)；所述的转向传感器(12)通过信号电路与转向系统控制器(7)连接。
10.按照权利要求9所述的转向机双冗余控制结构，其特征在于：所述的转向传感器(12)包括转向手力模拟器和转角传感器。
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