CN115214765A - 一种冗余助力转向系统及车辆 - Google Patents

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CN115214765A CN202210004723.3A CN202210004723A CN115214765A CN 115214765 A CN115214765 A CN 115214765A CN 202210004723 A CN202210004723 A CN 202210004723A CN 115214765 A CN115214765 A CN 115214765A
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程翔
王祥
潘良聪
李沐恒
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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Abstract

本申请属于车辆自动驾驶领域，涉及一种冗余助力转向系统及车辆，包括：两路电源、绕组电机、控制单元的组合，电源通过控制单元耦接与绕组电机；两路扭矩传感器、电机位置传感器、CAN总线的组合，用于提供转向信号。本申请提供的冗余助力转向系统及车辆，在任意一路电源、绕组电机、控制单元失效的情况下采用另一路电源和控制单元驱动绕组电机以提供1/2的转向助力；和/或在任意一路扭矩传感器、电机位置传感器、CAN总线提供的信号丢失的情况下，采用另一路信号提供全助力。

Description

一种冗余助力转向系统及车辆
技术领域
本申请涉及车辆自动驾驶领域，特别是涉及一种冗余助力转向系统及车辆。
背景技术
随着自动驾驶辅助的功能越来越多，对转向系统的功能安全要求越来高，目前的转向系统方案不能支持更高等级的自动驾驶辅助功能，需要转向系统提供更加可靠的系统结构和控制方案。目前转向助力系统由单个扭矩传感器，单绕组电机，一路驱动桥和控制桥电路组成，其中一个失效点就可能导致转向助力系统切断助力。现有技术中，提升转向系统安全性的方式为增加信号判断，比如车速信号和4个车轮轮速信号校验，增加车辆偏航率校验等来实现转向助力的安全机制。这些信号校验出问题，助力系统会提供安全助力(以车速100km/h助力曲线提供助力)或者直接切断助力。此外，现有的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆，例如专利号为CN 110481468A，其涉及的为冗余系统提供的电源系统和方案。现有的汽车驾驶冗余控制系统及其方法，如专利号为CN110737192A，其涉及的为汽车驾驶系统的冗余控制及其方法。但是没有涉及其中一个执行机构比如转向助力系统的冗余系统和控制。
针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本申请要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供了一种冗余助力转向系统及车辆，以实现任何单点失效故障不会导致转向助力系统切断助力，为自动驾驶辅助提供安全保障。
本申请提供一种冗余助力转向系统，包括：第一电源、第二电源、第一绕组电机、第二绕组电机、第一控制单元、第二控制单元、第一扭矩传感器、第二扭矩传感器；
所述第一电源、第二电源用于分别给所述第一绕组电机、第二绕组电机供电，分别通过接插件与所述第一控制单元、第二控制单元相连；
所述第一绕组电机、第二绕组电机分别耦接与所述第一控制单元相连、第二控制单元；
所述第一控制单元、第二控制单元分别包括第一主芯片、第二主芯片、多个收发器；所述第一主芯片、第二主芯片分别独立控制所述第一绕组电机、第二绕组电机以输出所述转向助力；所述多个收发器互联，用于接收发送总线信号；
所述第一扭矩传感器、第二扭矩传感器分别与所述第一控制单元、所述第二控制单元相连，用于分别输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元、第二控制单元。
冗余助力转向系统还包括：第一电机位置传感器、第二电机位置传感器、第一CAN总线和第二CAN总线；
所述第一电机位置传感器、第二电机位置传感器分别设置于所述第一绕组电机与所述第一控制单元、所述第二绕组电机与所述第二控制单元之间，用于输出其感测的电机位置信号至所述第一控制单元、第二控制单元；
所述第一CAN总线/第二CAN总线分别与所述第一控制单元和所述第二控制单元相连，用于提供整车CAN线信号。
可选地，所述第一控制单元与所述第二控制单元设置于包含所述第一绕组电机与所述第二绕组电机的电机壳体末端，并与其同轴。
可选地，所述第一控制单元中的所述第一主芯片和所述第二控制单元中的所述第二主芯片集成于同一电路板，并呈对称设置。
可选地，所述第一主芯片与所述第二主芯片之间进行传输一般数据、同步命令、信号交流操作的至少其中一项。
可选地，所述第一扭矩传感器、所述第二扭矩传感器集成于同一壳体。
可选地，所述第一控制单元、所述第二控制单元通过内部协议进行信号的共享和校验。
本申请提供一种车辆，包括自动驾驶系统，还包括上述冗余助力转向系统。
可选地，所述自动驾驶系统被配置为在第一电源和/或第一绕组电机和/或第一控制单元失效的情况下第二控制单元和第二电源驱动所述第二绕组电机以提供1/2的转向助力。
可选地，所述自动驾驶系统被配置为在所述第一扭矩传感器/第一电机位置传感器/第一CAN总线输出的信号丢失的情况下采用所述第二扭矩传感器/第二电机位置传感器/第二CAN总线输出的信号提供全助力。
本申请提供了一种冗余助力转向系统及车辆，在任意一路电源、绕组电机、控制单元失效的情况下采用另一路电源和控制单元驱动绕组电机以提供1/2的转向助力；和/或在任意一路扭矩信号、转角信号、电机位置信号、整车CAN线信号丢失的情况下，助力系统采用另一路信号提供全助力。
为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的工作原理图；
图2是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的双路控制原理图；
图3是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的控制单元工作原理图。
具体实施例
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体实施例对本申请的方案进行详细说明。
请参阅图1，图1是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的工作原理图。
本申请提供的冗余助力转向系统包括：第一电源11、第二电源12、第一绕组电机23与第二绕组电机24(图中未画出)、第一控制单元A、第二控制单元B、第一扭矩传感器17、第二扭矩传感器18。
第一电源11通过电源接插件与第一控制单元A相连；第二电源12通过电源接插件与第二控制单元B相连。第一绕组电机23耦接于第一控制单元A，第二绕组电机24耦接于第二控制单元B。第一扭矩传感器17与第一控制单元A相连，第二扭矩传感器18与第二控制单元B相连。
一实施例中，两个电源接插件分别插在第一控制单元A与第二控制单元B末端，电源线从车辆仪表线束引出。其他实施例中，电源接插件可接于控制单元的不同位置。
其中，第一电源11用于给第一绕组电机23供电，第二电源12用于给第二绕组电机24供电。一实施例中，第一整车电源1通过电源滤波操作获得第一电源11，同理获得第二电源12。
一实施例中，第一控制单元A包括第一主芯片15、第一电机驱动桥21、两个收发器(图中未画出)。第一主芯片15通过第一电机驱动桥21与第一绕组电机23相连，第一电机驱动桥21通过第一电源11输入的电流控制第一绕组电机23输出1/2的转向助力。
第二控制单元B包括第二主芯片16、第二电机驱动桥22、两个收发器(图中未画出)；第二主芯片16通过第二电机驱动桥22与第二绕组电机24相连，第二电机驱动桥22通过第二电源12输入的电流控制第二绕组电机24输出1/2的转向助力。
一实施例中，第一扭矩传感器17用于输出其感测的扭矩信号和转角信号至第一控制单元A，第二扭矩传感器18用于输出其感测的扭矩信号和转角信号至第二控制单元B；两路扭矩传感器输出的信号独立工作。其中一路扭矩传感器信号出现问题，控制单元可以根据另一路信号提供全助力。
一实施例中，第一扭矩传感器17与第二扭矩传感器18集成于同一壳体，第一扭矩传感器17插在第一控制单元A对应的接触口上，第二扭矩传感器18插在第二控制单元B对应的接触口上。
一实施例中，第一绕组电机23与第二绕组电机24集成于同一电机壳体，节省系统布置空间。在其他实施例中，第一绕组电机23与第二绕组电机24可不必集中设置，也可以分散设置于冗余助力转向系统。
一实施例中，第一控制单元A与第二控制单元B集成于电机壳体末端，并与该双绕组电机同轴。其中第一控制单元A中的第一主芯片15和第二控制单元B中的第二主芯片16集成于同一电路板，并以同轴线呈对称设置。
一实施例中，第一主芯片15和第二主芯片16没有主辅之分，型号和算力完全一致，两个芯片分别控制第一绕组电机23与第二绕组电机24进行工作。
一实施例中，第一主芯片15与第二主芯片16之间进行传输一般数据、同步命令、信号交流操作的至少其中一项，并双向进行信号校验，可提升冗余系统的一致性。
如图1所示，为提高自动驾驶过程中的安全性，冗余助力转向系统还包括：第一电机位置传感器19、第二电机位置传感器20、第一CAN总线13和第二CAN总线14。
第一电机位置传感器19设置于第一绕组电机23与第一控制单元A之间，第二电机位置传感器20设置于第二绕组电机24与第二控制单元B之间。
第一CAN总线13分两路与第一控制单元A、第二控制单元B连通，第二CAN总线14分两路与第一控制单元A、第二控制单元B连通。
一实施例中，车辆冗余信号有两路CANG和GANL信号，采用1个集成了两路CAN信号的接插件，其他实施例中，采用2个整车信号接插件，一个接插件集成一路CAN信号的接插件。
一实施例中，第一电机位置传感器19与第二电机位置传感器20用于检测电机绝对位置和/或进行转角检验。在其他实施例中，若第一扭矩传感器17与第二扭矩传感器18功能安全达不到ASIL D等级，第一电机位置传感器19与第二电机位置传感器20执行转角检验的措施，则可以达到D等级。电机位置信号可靠性达到相关要求，可外发至第一控制单元A/第二控制单元B。
一实施例中，第一CAN总线13和第二CAN总线14用于接收整车CAN线信号
本申请提供一种车辆，包括自动驾驶系统，还包括上述冗余助力转向系统。
一实施例中，自动驾驶系统被配置为在第一电源11和/或第一绕组电机23和/或第一控制单元A失效的情况下第二控制单元B和第二电源12驱动第二绕组电机24以提供1/2的转向助力。
一实施例中，自动驾驶系统被配置为在所述第一扭矩传感器17/第一电机位置传感器19/第一CAN总线13输出的信号丢失的情况下采用第二扭矩传感器18/第二电机位置传感器20/第二CAN总线14输出的信号提供全助力。
请参阅图2、图3，图2是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的双路控制原理图，图3是本申请一实施例提供的冗余助力转向系统的控制单元工作原理图。
如图2，第一控制单元A接收第一电源11的供电电流输入1，使得第一控制单元A独立控制第一绕组电机23输出1/2的转向助力；第二控制单元B接收第二电源12的供电电流输入2，使得第二控制单元B独立控制第二绕组电机24输出1/2的转向助力；本系统中，双路电源-控制单元-绕组电机同时工作，总输出为1/2+1/2＝1的转向助力。
第一电源11-第一控制单元A-第一绕组电机23这第一单路失效，第二单路中第二电源12-第二控制单元B-第二绕组电机24可提供1/2的最大助力能力；同理，第二单路失效，第一单路可提供1/2的最大助力能力，可提供跛行功能。
如图3，第一控制单元A、第二控制单元B分别与第一绕组电机23、第二绕组电机24相连，第一控制单元A与第二控制单元B双向进行信号的共享与校验，若第一控制单元A出现故障，第二控制单元B可控制第二绕组电机24为汽车提供1/2助力能力，实现基本转向功能，提高安全性。同理，第二控制单元B失效，第一控制单元A控制第一绕组电机23为汽车提供1/2助力能力。
在本实施例的车辆中，第一电源11-第一绕组电机23-第一控制单元A的单路中任意一项失效的情况下第二控制单元B和第二电源12驱动第二绕组电机24以提供1/2的转向助力。
在本实施例的车辆中，第一扭矩传感器17、第二扭矩传感器18分别提供两路独立的扭矩传感器信号至第一控制单元A、第二控制单元B，其中一扭矩传感器信号出现问题，控制单元可以根据另一路信号提供全助力。例如第一扭矩传感器17故障，无法输出其感测的扭矩信号和转角信号至第一控制单元A，第二扭矩传感器18将输出其感测的扭矩信号和转角信号至第二控制单元B，第一控制单元A与第二控制单元B信号共享，即第一控制单元A与第二控制单元B都可以根据第二扭矩传感器18输出其感测的扭矩信号和转角信号为车辆转向提供全助力。
同理，可以推论第一电机位置传感器19与第二电机位置传感器20可以为车辆转向提供全助力。
在本实施例的车辆中，第一CAN总线13和第二CAN总线14均用于接收整车CAN线信号，并输出至第一控制单元A与第二控制单元B。其中一CAN总线信号丢失，汽车也可根据另一CAN总线为车辆转向提供全助力。例如第一CAN总线13信号丢失，无法为第一控制单元A与第二控制单元B提供整车CAN信号，第二CAN总线14可提供整车CAN信号，以为车辆转向提供全助力。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冗余助力转向系统，其特征在于，包括：第一电源、第二电源、第一绕组电机、第二绕组电机、第一控制单元、第二控制单元、第一扭矩传感器、第二扭矩传感器；
所述第一电源、第二电源用于分别给所述第一绕组电机、第二绕组电机供电，分别通过接插件与所述第一控制单元、第二控制单元相连；
所述第一绕组电机、第二绕组电机分别耦接与所述第一控制单元相连、第二控制单元；
所述第一控制单元、第二控制单元分别包括第一主芯片、第二主芯片、多个收发器；所述第一主芯片、第二主芯片分别独立控制所述第一绕组电机、第二绕组电机以输出所述转向助力；所述多个收发器互联，用于接收发送总线信号；
所述第一扭矩传感器、第二扭矩传感器分别与所述第一控制单元、所述第二控制单元相连，用于分别输出其感测的扭矩信号和转角信号至所述第一控制单元、第二控制单元。
2.如权利要求1所述冗余助力转向系统，其特征在于，还包括：第一电机位置传感器、第二电机位置传感器、第一CAN总线和第二CAN总线；
所述第一电机位置传感器、第二电机位置传感器分别设置于所述第一绕组电机与所述第一控制单元、所述第二绕组电机与所述第二控制单元之间，用于输出其感测的电机位置信号至所述第一控制单元、第二控制单元；
所述第一CAN总线/第二CAN总线分别与所述第一控制单元和所述第二控制单元相连，用于提供整车CAN线信号。
3.如权利要求1所述冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一控制单元与所述第二控制单元设置于包含所述第一绕组电机与所述第二绕组电机的电机壳体末端，并与其同轴。
4.如权利要求1所述冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一控制单元中的所述第一主芯片和所述第二控制单元中的所述第二主芯片集成于同一电路板，并呈对称设置。
5.如权利要求4所述第一控制单元和所述第二控制单元，其特征在于，所述第一主芯片与所述第二主芯片之间进行传输一般数据、同步命令、信号交流操作的至少其中一项。
6.如权利要求1所述的冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一扭矩传感器、所述第二扭矩传感器集成于同一壳体。
7.如权利要求1所述的冗余助力转向系统，其特征在于，所述第一控制单元、所述第二控制单元通过内部协议进行信号的共享和校验。
8.一种车辆，其特征在于，包括自动驾驶系统，还包括如权利要求1-7中任一项所述冗余助力转向系统。
9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述自动驾驶系统被配置为在第一电源和/或第一绕组电机和/或第一控制单元失效的情况下第二控制单元和第二电源驱动所述第二绕组电机以提供1/2的转向助力。
10.如权利要求8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扭矩传感器、第一电机位置传感器、第一CAN总线输出的信号丢失的情况下采用所述第二扭矩传感器、第二电机位置传感器、第二CAN总线输出的信号提供全助力。
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