CN116714663A - 线控转向系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线控转向系统和车辆，所述系统包括：方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元，方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元均分别与转向电机和路感电机相连，方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元之间通信连接，其中，方向盘路感控制单元用于在车轮执行控制单元出现异常时，根据控制信号驱动转向电机和路感电机；车轮执行控制单元用于在方向盘路感控制单元出现异常时，根据控制信号驱动转向电机和路感电机。本发明的线控转向系统，能够通过路感电机和转向电机自带的控制器互相作为备份控制器以实现系统安全容错，不需要加装额外的电子系统，从而使得线控转向系统布置空间更小，降低系统功耗和成本，并减轻系统的重量。

Description

线控转向系统和车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种线控转向系统和一种车辆。

背景技术

为满足智能驾驶发展需求，汽车转向系统采用全线控技术替代传统转向系统。取消转向系统之间的机械连接，减少了转向系统机械间的空间布置限制，为智能驾驶座舱设计提供了良好的基础，同时为转向系统与其他底盘系统之间配合增加了可能。为避免电子部件故障导致整个转向系统失效进而影响到车辆的安全驾驶，通常需要在线控转向装置中增加安全容错设计，从而能够提供备用转向功能，提高转向安全性。

相关技术中，线控转向系统中的路感电机和转向电机各自额外加装一套电子系统，以提供备用转向功能。但是，安装两套电子系统实现安全容错功能，需要较大的布置空间，系统功耗较大，成本、重量都较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种线控转向系统，能够通过路感电机和转向电机自带的控制器互相作为备份控制器以实现系统安全容错，不需要加装额外的电子系统，从而使得线控转向系统布置空间更小，降低系统功耗和成本，并减轻系统的重量。

本发明的第二个目的在于提出一种车辆。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种线控转向系统，包括：方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元，方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元均分别与转向电机和路感电机相连，方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元之间通信连接，其中，方向盘路感控制单元用于在车轮执行控制单元出现异常时，根据控制信号驱动转向电机和路感电机；车轮执行控制单元用于在方向盘路感控制单元出现异常时，根据控制信号驱动转向电机和路感电机。

根据本发明实施例的线控转向系统，在系统运行正常时，由方向盘路感控制单元控制路感电机，车轮执行控制单元控制转向电机，并在车轮执行控制单元出现异常时，方向盘路感控制单元，根据控制信号驱动转向电机和路感电机；在方向盘路感控制单元出现异常时，车轮执行控制单元根据控制信号驱动转向电机和路感电机。由此，该系统能够通过路感电机和转向电机自带的控制器互相作为备份控制器以实现系统安全容错，不需要加装额外的电子系统，从而使得线控转向系统布置空间更小，降低系统功耗和成本，并减轻系统的重量。

另外，根据本发明上述实施例的线控转向系统，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，方向盘路感控制单元包括：第一控制器，第一控制器的一端与车轮执行控制单元通信相连；至少一个第一驱动模块，第一驱动模块的一端与第一控制器的另一端相连，第一驱动模块的另一端与转向电机相连；至少一个第二驱动模块，第二驱动模块的一端与第一控制器的另一端相连，第二驱动模块的另一端与路感电机相连。

根据本发明的一个实施例，在第一驱动模块为多个，第二驱动模块为多个时，多个第一驱动模块互为备份，多个第二驱动模块互为备份。

根据本发明的一个实施例，方向盘路感控制单元包括：第一CAN(Controller AreaNetwork，控制器域网)收发器，第一CAN收发器的一端与第一控制器相连，第一控制器通过第一CAN收发器与车轮执行控制单元通信。

根据本发明的一个实施例，车轮执行控制单元包括：第二控制器，第二控制器的一端与方向盘路感控制单元通信相连；至少一个第三驱动模块，第三驱动模块的一端与第二控制器的另一端相连，第三驱动模块的另一端与转向电机相连；至少一个第四驱动模块，第四驱动模块的一端与第二控制器的另一端相连，第四驱动模块的另一端与路感电机相连。

根据本发明的一个实施例，在第三驱动模块为多个，第四驱动模块为多个时，多个第三驱动模块互为备份，多个第四驱动模块互为备份。

根据本发明的一个实施例，车轮执行控制单元还包括：第二CAN收发器，第二CAN收发器的一端与第二控制器相连，第二控制器通过第二CAN收发器与方向盘路感控制单元通信。

根据本发明的一个实施例，方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元独立设置。

根据本发明的一个实施例，第一控制器与第二控制器互为备份。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种车辆，包括上述的线控转向系统。

根据本发明实施例的车辆，通过上述的线控转向系统，能够使得线控转向系统布置空间更小，降低车辆的功耗和成本，并减轻车辆的重量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的线控转向系统的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的线控转向系统的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图4为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图5为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图6为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图7为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图8为根据本发明一个实施例的线控转向系统的方框示意图；

图9为根据本发明实施例的车辆的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的线控转向系统和车辆。

图1为根据本发明实施例的线控转向系统的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的线控转向系统100，包括：方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120，方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120均分别与转向电机140和路感电机130相连，方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120之间通信连接，其中，方向盘路感控制单元110用于在车轮执行控制单元120出现异常时，根据控制信号驱动转向电机140和路感电机130；车轮执行控制单元120用于在方向盘路感控制单元110出现异常时，根据控制信号驱动转向电机140和路感电机130。

需要说明的是，方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120独立设置。

具体而言，如图1和图2所示，在车辆正常行驶过程中，路感电机130由方向盘路感控制单元110控制，用于反馈给方向盘可变的转向力，当车低速行驶时，路感电机130可以提供大的助力，保证方向盘转动轻盈和灵活；当车速较高时，路感电机130提供的助力就会较小，以增强行车的安全性和稳定性。转向电机140由车轮执行控制单元120控制，用于为车轮转向提供助力。方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120均由整车电源150供电，并通过整车网关160实现通信连接，并可以通过CAN总线读取对方的状态信号，其中，整车电源150可以为单路电源，也可以为双路电源。在本发明的一些实施例中，状态信号包括方向盘转角、方向盘转矩、车速、油门踏板开度、车辆横摆角速度、整车质心侧偏角、其他关联ECU状态信号等，以及通过电机位置传感器获取的电机位置信号。方向盘路感控制单元110中存储有路感电机130控制程序、转向电机140状态检测程序和转向电机140控制程序，并在线控转向系统100正常运行时，根据控制信号控制路感电机130，并通过CAN总线实时监测车轮执行控制单元120的运行情况。车轮执行控制单元120中存储有转向电机140控制程序、路感电机130状态检测程序和路感电机130控制程序，并在线控转向系统100正常运行时，根据控制信号控制转向电机140，并通过CAN总线实时监测方向盘路感控制单元110的运行情况。当驾驶员转动方向盘时，方向盘路感控制单元110根据当前车速、转矩信号与转角信号进行计算后控制路感电机130回馈方向盘相应的转向力以确保驾驶员的驾驶感受，同时车轮执行控制单元120控制转向电机140提供相应的转向力确保车轮按照驾驶员意图进行转向。

当方向盘路感控制单元110检测到车轮执行控制单元120出现异常时，方向盘路感控制单元110同时执行路感电机130控制程序和转向电机140控制程序，并根据向盘转角、方向盘转矩、车速、油门踏板开度、车辆横摆角速度、整车质心侧偏角、电机位置信号等信号生成路感电机130和转向电机140对应的控制信号，如目标转矩等，同时驱动路感电机130和转向电机140。基于同样的原理，当车轮执行控制单元120检测到方向盘路感控制单元110出现异常时，车轮执行控制单元120同时执行路感电机130控制程序和转向电机140控制程序，同时驱动路感电机130和转向电机140。由此，可以在一个控制单元出现异常时，仍能确保线控转向系统100能够按照驾驶员意图实现转向功能,从而实现安全容错，保证系统的安全性。

具体地，当车辆上电以后，线控转向系统100进行自检，自检通过进入正常工作状态，自检发现异常则向何亮发出异常信号，车辆则根据预先定义的异常处理策略采取相应对策，其中，对策包括亮灯、警报、功能降级、禁止启动等。

在线控转向系统100自检通过后，方向盘路感控制单元110和车轮执行控制单元120通过CAN总线读取对方的状态信号，如方向盘转角、方向盘转矩、车速、油门踏板开度、车辆横摆角速度、整车质心侧偏角、电机位置信号等，并对读取到的信号进行E2E校验以确认信号的有效性。如果方向盘路感控制单元110或车轮执行控制单元120中的信号校验不通过，则该路信号线异常状态计数加1,并在路信号线异常状态次数达到预设值时，确定该路信号对应的控制单元出现异常。在本发明的另一个实施例中，还可以通过固定时间内异常数量等其他方式进行异常状态统计。当方向盘路感控制单元110或车轮执行控制单元120出现异常时，该控制单元外发DTC(Diagnostic Trouble Code,诊断故障码)信号异常，并在内部采取降级该路信号可靠性、标记该路信号线故障、该控制单元的信号故障等。

当方向盘路感控制单元110或车轮执行控制单元120出现异常时，以车轮执行控制单元120出现异常为例，方向盘路感控制单元110根据读取到的车轮执行控制单元120的信号内容判断对方状态，如车轮执行控制单元120的状态信号标记为异常、或持续无信号超过预定时间阈值则判断对方车轮执行控制单元120异常，方向盘路感控制单元110进入系统接管状态，同时执行路感电机130控制程序和转向电机140控制程序，同时驱动路感电机130和转向电机140，并按照预定的异常处理策略进行处理，其中处理策略除报DTC系统部分失效外，包含报警、亮灯、功能降级等。方向盘路感控制单元110根据有效CAN信号的具体数值判断相关传感器、硬件、ECU状态情况，并根据预先定义的响应策略采取相应对策，如发现关联硬件状态异常，除报DTC信号故障外，同时采取更换算法、更换控制策略、功能降级、功能关闭、运行状态转换等对策进行响应。

进一步地，方向盘路感控制单元110调用路感电机130控制程序和转向电机140控制程序，对输入信号进行运算，最终转换为路感电机130和转向电机140的目标扭矩等信号，并根据电机路感电机130和转向电机140的目标扭矩，分别驱动路感电机130和转向电机140。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，方向盘路感控制单元110包括：第一控制器111，第一控制器111的一端与车轮执行控制单元120通信相连；至少一个第一驱动模块112，第一驱动模块112的一端与第一控制器111的另一端相连，第一驱动模块112的另一端与转向电机140相连；至少一个第二驱动模块113，第二驱动模块113的一端与第一控制器111的另一端相连，第二驱动模块113的另一端与路感电机130相连。

具体而言，如图3所示，第一控制器111与车轮执行控制单元120通信相连，并监测车轮执行控制单元120的运行状态。当车轮执行控制单元120未出现异常时，第一控制器111控制第二驱动模块113驱动路感电机130。当车轮执行控制单元120出现异常时，第一控制器111控制第二驱动模块113驱动路感电机130，并控制第一驱动模块112驱动转向电机140。

根据本发明的一个实施例，在第一驱动模块112为多个，第二驱动模块113为多个时，多个第一驱动模块112互为备份，多个第二驱动模块113互为备份。

具体而言，如图4所示，以第一驱动模块112和第二驱动模块113均为两个为例，两个第一驱动模块112的驱动信号互为备份，两个第二驱动模块113的驱动信号互为备份，当第一驱动模块112或第二驱动模块113的其中一个出现异常，如出现故障或损坏时，第一控制器111可以控制另一个工作，使得系统能够正常运行，从而提升了系统的可靠性。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，方向盘路感控制单元110包括：第一CAN收发器114，第一CAN收发器114的一端与第一控制器111相连，第一控制器111通过第一CAN收发器114与车轮执行控制单元120通信。由此，第一控制器111通过第一CAN收发器114可以监测车轮执行控制单元120的运行状况。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，车轮执行控制单元120包括：第二控制器121，第二控制器121的一端与方向盘路感控制单元110通信相连；至少一个第三驱动模块122，第三驱动模块122的一端与第二控制器121的另一端相连，第三驱动模块122的另一端与转向电机140相连；至少一个第四驱动模块123，第四驱动模块123的一端与第二控制器121的另一端相连，第四驱动模块123的另一端与路感电机130相连。

具体而言，如图6所示，第二控制器121与方向盘路感控制单元110通信相连，并监测方向盘路感控制单元110的运行状态。当方向盘路感控制单元110未出现异常时，第二控制器121控制第三驱动模块122驱动转向电机140。当方向盘路感控制单元110出现异常时，第二控制器121控制第三驱动模块122驱动转向电机140，并控制第四驱动模块123驱动路感电机130。

根据本发明的一个实施例，第一控制器111与第二控制器121互为备份。

具体而言，在车辆行驶过程中，当第一控制器111与第二控制器121均未出现异常时，第一控制器111控制第二驱动模块113驱动路感电机130，第二控制器121控制第三驱动模块122驱动转向电机140，并且第一控制器111与第二控制器121的控制信号互相备份。当第二控制器121出现异常时，第一控制器111控制第二驱动模块113驱动路感电机130，并控制第一驱动模块112驱动转向电机140。当第一控制器111出现异常时，第二控制器121控制第三驱动模块122驱动转向电机140，并控制第四驱动模块123驱动路感电机130。

根据本发明的一个实施例，在第三驱动模块122为多个，第四驱动模块123为多个时，多个第三驱动模块122互为备份，多个第四驱动模块123互为备份。

具体而言，如图7所示，以第三驱动模块122和第四驱动模块123均为两个为例，当第三驱动模块122或第四驱动模块123的其中一个出现异常，如出现故障或损坏时，第二控制器121可以控制另一个工作，使得系统能够正常运行，从而提升了系统的可靠性。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，车轮执行控制单元120还包括：第二CAN收发器124，第二CAN收发器124的一端与第二控制器121相连，第二控制器121通过第二CAN收发器124与方向盘路感控制单元110通信。由此，第二控制器121通过第二CAN收发器124可以方向盘路感控制单元110的运行状况。

在本发明的一些实施例中，路感电机130和转向电机140均可以为六相双绕组电机。

综上所述，根据本发明实施例的线控转向系统，在系统运行正常时，由方向盘路感控制单元控制路感电机，车轮执行控制单元控制转向电机，并在车轮执行控制单元出现异常时，方向盘路感控制单元，根据控制信号驱动转向电机和路感电机；在方向盘路感控制单元出现异常时，车轮执行控制单元根据控制信号驱动转向电机和路感电机。由此，该系统能够通过路感电机和转向电机自带的控制器互相作为备份控制器以实现系统安全容错，不需要加装额外的电子系统，从而使得线控转向系统布置空间更小，降低系统功耗和成本，并减轻系统的重量。

对应上述实施例，本发明还提出了一种车辆。

图9为根据本发明实施例的车辆的方框示意图。

如图9所示，本发明第实施例的一种车辆200，包括上述的线控转向系统100。

根据本发明实施例的车辆，通过上述的线控转向系统，能够使得线控转向系统布置空间更小，降低车辆的功耗和成本，并减轻车辆的重量。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种线控转向系统，其特征在于，包括：方向盘路感控制单元和车轮执行控制单元，所述方向盘路感控制单元和所述车轮执行控制单元均分别与转向电机和路感电机相连，所述方向盘路感控制单元和所述车轮执行控制单元之间通信连接，其中，

所述方向盘路感控制单元用于在所述车轮执行控制单元出现异常时，根据控制信号驱动所述转向电机和所述路感电机；

所述车轮执行控制单元用于在所述方向盘路感控制单元出现异常时，根据控制信号驱动所述转向电机和所述路感电机。

2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述方向盘路感控制单元包括：

第一控制器，所述第一控制器的一端与所述车轮执行控制单元通信相连；

至少一个第一驱动模块，所述第一驱动模块的一端与所述第一控制器的另一端相连，所述第一驱动模块的另一端与所述转向电机相连；

至少一个第二驱动模块，所述第二驱动模块的一端与所述第一控制器的另一端相连，所述第二驱动模块的另一端与所述路感电机相连。

3.根据权利要求2所述的线控转向系统，其特征在于，在所述第一驱动模块为多个，所述第二驱动模块为多个时，多个所述第一驱动模块互为备份，多个所述第二驱动模块互为备份。

4.根据权利要求2所述的线控转向系统，其特征在于，所述方向盘路感控制单元包括：

第一CAN收发器，所述第一CAN收发器的一端与所述第一控制器相连，所述第一控制器通过所述第一CAN收发器与所述车轮执行控制单元通信。

5.根据权利要求2所述的线控转向系统，其特征在于，所述车轮执行控制单元包括：

第二控制器，所述第二控制器的一端与所述方向盘路感控制单元通信相连；

至少一个第三驱动模块，所述第三驱动模块的一端与所述第二控制器的另一端相连，所述第三驱动模块的另一端与所述转向电机相连；

至少一个第四驱动模块，所述第四驱动模块的一端与所述第二控制器的另一端相连，所述第四驱动模块的另一端与所述路感电机相连。

6.根据权利要求5所述的线控转向系统，其特征在于，在所述第三驱动模块为多个，所述第四驱动模块为多个时，多个所述第三驱动模块互为备份，多个所述第四驱动模块互为备份。

7.根据权利要求5所述的线控转向系统，其特征在于，所述车轮执行控制单元还包括：

第二CAN收发器，所述第二CAN收发器的一端与所述第二控制器相连，所述第二控制器通过所述第二CAN收发器与所述方向盘路感控制单元通信。

8.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述方向盘路感控制单元和所述车轮执行控制单元独立设置。

9.根据权利要求5所述的线控转向系统，其特征在于，所述第一控制器与所述第二控制器互为备份。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的线控转向系统。