CN117799697A - 线控转向控制系统、控制方法及其车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线控转向控制系统、控制方法及其车辆，属于车辆技术领域，其中线控转向控制系统，包括转向执行器和路感模拟器，路感控制器通过路感电机进行路感模拟，能够给予驾驶员路感反馈；转向控制器接收转角请求并控制执行电机进行转向，当转向执行器的齿轮转动到机械限位位置时，转向控制器对执行电机的输出扭矩进行控制，避免与机械限位位置发生过大机械干涉；同时路感模拟器同步控制路感电机的输出扭矩，对路感模拟器通过路感电机进行限位，达到限制方向盘转角的目的，这样能够使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，以保证二者的位置对应关系，有效减小出现限位位置关系不对应而导致保护失效的可能性。

Description

线控转向控制系统、控制方法及其车辆

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控制系统、控制方法及其车辆。

背景技术

目前，针对转向系统执行器齿条末端行程止点保护的研究，大多是通过识别方向盘的转动角度，以判断小齿轮是否接近齿条末端，当接近齿条末端时，通过增加转动方向盘所需要的手力，来提醒驾驶员车轮已接近转角极限，并保护齿条免受刚性冲击。对于线控转向系统，由于转向执行器与方向盘之间取消了机械连接，无法通过方向盘转角直接判断转向执行器中小齿轮距离齿条机械末端极限的距离。

相关技术中，通过在识别到小齿轮转动接近齿条行程末端时，利用路感模拟器控制路感电机产生与驾驶员手力反向的扭矩，以防止齿条末端刚性冲击。然而，其缺少考虑线控转向系统的传动比，存在转向执行器与路感模拟器的角度状态不一致的问题，容易出现限位位置不对应而导致保护失效的情况。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种线控转向控制系统，能够实现转向执行器与路感模拟器的转角状态一致，有效提高线控转向的可靠性和安全性。

本发明还提供包括应用于上述线控转向控制系统的控制方法、车辆控制器及其车辆。

根据本发明实施例第一方面的线控转向控制系统，包括：

转向执行器，包括转角传感器、执行电机和转向控制器，所述转角传感器和所述执行电机均与所述转向控制器连接；

路感模拟器，包括转角扭矩传感器、路感电机和路感控制器，所述转角扭矩传感器和所述路感电机均与所述路感控制器连接；

其中，所述转向控制器与所述路感控制器连接，所述转角传感器用于检测所述转向执行器的齿轮转角，所述转角扭矩传感器用于检测方向盘的转角；所述转向控制器和所述路感控制器被配置为，当所述转向执行器的齿轮转动至机械限位位置，所述转向控制器控制所述执行电机的输出扭矩以限制所述齿轮的转角，所述路感控制器同步控制所述路感电机的输出扭矩以限制所述方向盘的转角，使所述转向执行器和所述路感模拟器的转角状态一致。

根据本发明实施例的线控转向控制系统，至少具有如下有益效果：

路感控制器通过路感电机进行路感模拟，能够给予驾驶员路感反馈，并通过转角扭矩传感器可以检测方向盘的转角；转向控制器接收转角请求并控制执行电机进行转向，当转向执行器的齿轮转动到机械限位位置时，转向控制器对执行电机的输出扭矩进行控制，可以限制齿轮的转角，避免与机械限位位置发生过大机械干涉，损坏机械结构；路感模拟器在转向执行器到达机械限位位置时同步控制路感电机的输出扭矩，对路感模拟器通过路感电机进行限位，达到限制方向盘转角的目的，这样能够使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，以保证二者的位置对应关系，有效减小出现限位位置关系不对应而导致保护失效的可能性，提高线控转向的可靠性和安全性。

根据本发明的一些实施例，所述转向控制器和所述路感控制器还被配置为，所述路感控制器根据所述转向执行器的传动比确定所述方向盘当前的最大转角；所述转向控制器根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置。

根据本发明的一些实施例，所述转向执行器设有两个所述转向控制器和两个所述转角传感器，两个所述转向控制器分别与所述执行电机连接；所述路感模拟器设有两个所述路感控制器和两个所述转角扭矩传感器，两个所述路感控制器分别与所述路感电机连接；所述转向执行器和所述路感模拟器均采用双路供电和双路通信传输。

根据本发明的一些实施例，所述执行电机为六相电机，所述执行电机的其中三相由一个所述转向控制器控制，另外三相由另一个所述转向控制器控制；所述路感电机为六相电机，所述路感电机的其中三相由一个所述路感控制器控制，另外三相由另一个所述路感控制器控制。

根据本发明实施例第二方面的线控转向控制方法，应用于上述实施例第一方面所述的线控转向控制系统，所述线控转向控制方法，包括：

获取所述转向执行器的齿轮转角位置和所述方向盘的转角位置；

当所述转向执行器的齿轮转动至机械限位位置，控制所述执行电机的输出扭矩以限制所述齿轮的转角，并同步控制所述路感电机的输出扭矩以限制所述方向盘的转角，使所述转向执行器和所述路感模拟器的转角状态一致。

根据本发明实施例的线控转向控制方法，至少具有如下有益效果：

通过转角扭矩传感器可以获取方向盘的转角位置，并通过转角传感器可以获取转向执行器的齿轮转角位置，根据转向执行器的齿轮转角位置判断是否达到机械限位位置，当转向执行器的齿轮转动到机械限位位置时，通过对执行电机的输出扭矩进行控制，可以限制齿轮的转角，避免与机械限位位置发生过大机械干涉，损坏机械结构；路感模拟器在转向执行器到达机械限位位置时同步控制路感电机的输出扭矩，通过路感电机进行限位，达到限制方向盘转角的目的，这样能够使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，以保证二者的位置对应关系，有效减小出现限位位置关系不对应而导致保护失效的可能性，提高线控转向的可靠性和安全性。

根据本发明的一些实施例，所述获取所述转向执行器的齿轮转角位置和所述方向盘的转角位置，包括：

根据所述转向执行器的传动比计算得到所述方向盘当前的最大转角；

所述线控转向控制方法，还包括：

当所述方向盘的转动角度超过所述最大转角，控制所述路感电机施加与当前所述方向盘转动方向相反的扭矩，以限制所述方向盘继续转动；

根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置。

根据本发明的一些实施例，所述路感模拟器还包括转速控制模块，所述线控转向控制方法，还包括：

当所述方向盘转动至最大转角位置，控制所述转速控制模块驱动所述方向盘降低转动速度。

根据本发明的一些实施例，所述转向执行器具有与所述齿轮啮合的齿条，所述根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置，包括：

当所述齿轮角度信号与上一时刻所述齿条一端的机械极限干涉角度差值的绝对值小于10°，得到机械极限角度临近标志位；

当所述齿轮的转速绝对值小于10r/min，且所述机械极限角度临近标志位发生超过第一预设时间阈值，得到机械极限转速标志位；

根据电机Q轴电流计算所述执行电机和所述路感电机的输出扭矩，当所述执行电机和所述路感电机的输出扭矩之和大于1Nm，且所述机械极限角度临近标志位发生超过第二预设时间阈值，得到机械扭矩转速标志位；

当所述机械极限角度临近标志位、所述机械极限转速标志位以及所述机械扭矩转速标志位同时成立时，当前时刻的所述齿轮的角度为机械极限干涉角，并确定所述齿轮到达所述机械限位位置。

根据本发明的一些实施例，所述转向执行器具有与所述齿轮啮合的齿条，所述控制所述路感电机施加与当前方向盘转动方向相反的扭矩，包括：

在所述齿条的行程范围内，控制增大所述路感电机的输出扭矩；

当所述方向盘的转动扭矩达到预设最大扭矩，维持所述路感电机当前的输出扭矩，并发出提醒信号以提醒车轮已接近转角极限。

根据本发明的一些实施例，所述转向执行器设有两个所述转向控制器和两个所述转角传感器，两个所述转向控制器分别与所述执行电机连接；所述路感模拟器设有两个所述路感控制器和两个所述转角扭矩传感器，两个所述路感控制器分别与所述路感电机连接；所述转向执行器和所述路感模拟器均采用双路供电和双路通信传输，所述线控转向控制方法，还包括：

控制所述转向执行器的其中一路通信传输和所述路感模拟器的其中一路通信传输运行；

当所述转向执行器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

当所述路感模拟器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

当所述转向执行器或所述路感模拟器中的两路通信传输均出现信号失效或报文丢失，退出所述线控转向控制方法的步骤。

根据本发明实施例第三方面的车辆控制器，包括至少一个处理器；以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，执行上述实施例第二方面所述的线控转向控制方法。

根据本发明实施例的车辆控制器，至少具有如下有益效果：

车辆控制器执行上述实施例的线控转向控制方法，当转向执行器的齿轮转动到机械限位位置时，能够使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，以保证二者的位置对应关系，避免与机械限位位置发生过大机械干涉，损坏机械结构，有效提高线控转向的可靠性和安全性。

根据本发明实施例第四方面的车辆，包括上述实施例第一方面所述的线控转向控制系统，或上述实施例第三方面所述的车辆控制器。

由于车辆采用了上述实施例的线控转向控制系统或车辆控制器的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1是本发明一实施例的线控转向控制系统的原理框图；

图2是本发明一实施例的线控转向控制方法的流程图；

图3是本发明另一实施例的线控转向控制方法的流程图；

图4是本发明一实施例中判断齿轮是否到达机械限位位置步骤的流程图；

图5是本发明一实施例中冗余容错及故障诊断步骤的流程图。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、 小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，需要说明的是，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

对于线控转向系统，由于转向执行器与方向盘之间取消了机械连接，无法通过方向盘转角直接判断转向执行器中小齿轮距离齿条机械末端极限的距离。因此相关技术中，大多基于虚拟的转向传动比，识别到小齿轮转动接近齿条行程末端时，通过路感模拟器控制路感电机产生与驾驶员手力反向的扭矩，从而防止齿条末端刚性冲击。

此外，相关技术中还有一些通过将扭矩参考值，以及齿条末端保护扭矩、扰动估计扭矩进行求和计算，得到路感电机的目标扭矩，通过控制路感电机输出目标扭矩，以实现车辆行驶过程中的路感模拟。

然而上述方法缺少考虑线控转向系统的传动比，存在转向执行器与路感模拟器的角度状态不一致的问题，在转向执行器与路感模拟器的限位位置不对应的情况下，容易出现齿条行程末端产生机械冲击，导致软止点保护功能失效，难以保证线控转向的可靠性和安全性。

基于此，本发明实施例提供了一种线控转向控制系统，可以防止转向执行器的机械结构发生过大干涉，避免机械结构损坏；同时可以对路感模拟器通过路感电机限位，以维持路感模拟器与转向执行器的限位位置对应关系。

参考图1描述根据本发明实施例的线控转向控制系统，该线控转向控制系统适用于线控转向车辆，下面以具体为示例对线控转向控制系统进行说明。

参照图1所示，本发明实施例的线控转向控制系统，包括转向执行器和路感模拟器，转向执行器包括转角传感器、执行电机和转向控制器，转角传感器和执行电机均与转向控制器连接；路感模拟器包括转角扭矩传感器、路感电机和路感控制器，转角扭矩传感器和路感电机均与路感控制器连接，转向控制器与路感控制器连接。

参照图1所示，方向盘与转向执行器之间实现机械解耦，并通过电信号传输控制指令，也就是说，转向执行器与驾驶员之间无直接的物理力矩传输路径，可通过软件算法的调试，任意调节传动比、任意调节路感反馈。利用路感电机进行路感模拟，给予驾驶员一定的路感反馈。转向执行器接收路感模拟器发出的转角请求，并控制执行电机实现转角闭环。

具体来说，驾驶员转动方向盘时，路感控制器通过转角扭矩传感器获取方向盘的转角和扭矩信号，并生成路感力矩指令和转向指令，路感控制器根据路感力矩指令控制路感电机进行路感模拟，使驾驶员获得路感，以及将转向指令发送给转向控制器，转向控制器根据转向指令控制执行电机进行转向控制。

参照图1所示，可以理解的是，转向执行器通过执行电机助力齿轮与齿条产生啮合，其中齿轮也称为小齿轮，通过转角传感器可以检测齿轮的转角，其中齿条的末端可理解是齿轮的机械限位位置，能够限制齿轮的转动，也称为机械极限位置。当转向执行器的齿轮转动至机械限位位置时，转向控制器通过对该工况进行识别，并对执行电机的输出扭矩进行控制，具体可以控制降低执行电机的输出电流，从而限制齿轮的转角，避免与机械限位位置发生过大机械干涉，损坏机械结构，实现机械极限防干涉功能。

在转向执行器到达机械限位位置时，路感模拟器同步控制路感电机的输出扭矩，通过路感电机进行限位，达到限制方向盘转角的目的，该限位位置可理解为软止点，也就是说，转向执行器和路感模拟器能够同步进行限位控制，维持转向执行器和路感模拟器的位置对应关系，使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，有效减小出现限位位置关系不对应而导致保护失效的可能性，有效提高线控转向的可靠性和安全性。

需要说明的是，转向执行器和路感模拟器的转角状态一致可理解是齿轮转角的限位状态与路感电机对方向盘的转动限位状态同步响应，保证二者位置对应关系。

可以理解的是，相关技术中，线控转向系统由于存在转向执行器与路感模拟器的角度状态不一致的问题，在转向执行器与路感模拟器的限位位置不对应的情况下，例如转向执行器的齿轮到达机械极限位置，而路感模拟器并没有同步反馈给驾驶员，此时驾驶员继续施加手力矩容易出现齿条行程末端产生机械冲击，导致软止点保护功能失效。本发明实施例的线控转向控制系统能够实现线控转向虚拟末端软止点控制，具有虚拟末端软止点保护功能，有效减小齿条行程末端机械冲击的可能性，保持合理的驾驶员手感。

本发明实施例的线控转向控制系统具备可变传动比功能，转向执行器的齿条行程固定，不同传动比下能够确定对应方向盘不同的最大转角，该最大转角为最大软限位的转动角度。具体来说，通过部署在路感模拟器中的软件，可以实现虚拟末端计算功能，由路感模拟器根据线控转向的传动比计算方向盘的最大软限位转角，驾驶员转动方向盘的角度超过当前传动比对应的最大方向盘转角时，启用上述功能。驾驶员可根据自身驾驶风格选择不同模式，如运动模式下对应较小的方向盘满转角度，通过不同软件MAP图实现可变传动比，提升驾驶体验。

可理解到，在不同传动比下，根据转向执行器的齿轮的位置、齿轮的转动速度以及执行电机的输出扭矩值判断是否到达机械限位位置，也即是判断是否激活齿条虚拟末端软止点控制功能。具体可以通过部署的软件根据齿轮的位置、齿轮的转动速度和输出扭矩值计算确定机械限位位置，从而能够准确开启虚拟末端软止点保护功能。

此外，实施例的线控转向控制系统还具备基本虚拟限制力矩设计功能和防回弹设计功能。其中，基本虚拟限制力矩设计功能为，当驾驶员转动方向盘的角度超过最大软限位转角时，路感模拟器输出方向盘限位状态，输出末端限位力矩提供限位手感。防回弹设计功能为，路感模拟器还具有转速控制模块，通过转速控制模块减少方向盘撞击虚拟末端后的回弹，同时控制方向盘达到滥用区脱手后的运动，驾驶员具有合理的手感。

需要说明的是，虚拟末端软止点保护功能开启条件：在线控转向控制系统上电时即启用。虚拟末端软止点保护功能激活条件：驾驶员转动方向盘的角度超过当前传动比对应的最大方向盘转角时，启用本功能。虚拟末端软止点保护功能关闭条件：当驾驶员转动方向盘角度小于当前传动比对应的最大转角时，路感模拟器输出未限位状态。当转向执行器的齿轮目标角度信号小于齿轮角度信号时，虚拟末端软止点保护功能失效。

本发明实施例中，转向执行器设有两个转向控制器和两个转角传感器，两个转向控制器和两个转角传感器一一对应连接，两个转向控制器分别与执行电机连接，组成双路通信传输，并采用双路供电。路感模拟器设有两个路感控制器和两个转角扭矩传感器，两个路感控制器和两个转角扭矩传感器一一对应连接，两个路感控制器分别与路感电机连接，同样地组成双路通信传输，并采用双路供电。其中，转向控制器和路感控制器均为电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU），也就是说，转向执行器和路感模拟器均采用双路供电、双冗余ECU、双路传感器和双路通信传输，这样在软硬件层面做到冗余备份和安全处理，具备故障诊断及冗余容错功能，当一路通信传输出现信号失效或者报文丢失时，可以通过板间通信使用另一路通信传输信号，保障汽车安全完整性等级（Automotive SafetyIntegrity Level，ASIL）D功能安全等级的实现。

需要说明的是，实施例中执行电机为六相电机，执行电机的其中三相由一个转向控制器控制，另外三相由另一个转向控制器控制；路感电机为六相电机，路感电机的其中三相由一个路感控制器控制，另外三相由另一个路感控制器控制。也即是，每个控制器控制电机的三相，满足冗余和安全的要求。路感模拟器和转向执行器均采用双冗余ECU，两个ECU之间通过板间通信方式实现信息传递，在功能正常运行时，每个ECU分别执行总扭矩需求的一半。

因此，全冗余线控转向控制系统满足ASIL D功能安全等级要求，具备虚拟末端软止点控制功能，虚拟末端软止点控制功能由分别部署在转向执行器与路感模拟器中的软件协同实现。

其中，在转向执行器中的软件实现机械极限防干涉功能，转向执行器转动到机械极限位置时，通过对该工况进行识别，并对执行器电机输出电流进行控制，避免与机械限位发生过大机械干涉，损坏机械结构。

在路感模拟器中的软件实现方向盘极限限位功能，路感模拟器在转向执行器到达机械限位时同步控制路感电机进行限位，以保证二者位置对应关系。部署在转向执行器与路感模拟器中的两部分软件协同作用，实现虚拟末端软止点控制功能。

参考图2至图5描述本发明实施例的线控转向控制方法，应用于上述实施例的线控转向控制系统，具体参见图1所示的系统示意图，下面以具体示例对线控转向控制方法进行说明。

参照图2所示，本发明实施例提供的线控转向控制方法，包括但不限于以下：

步骤S100，获取转向执行器的齿轮转角位置和方向盘的转角位置；

步骤S200，当转向执行器的齿轮转动至机械限位位置，控制执行电机的输出扭矩以限制齿轮的转角，并同步控制路感电机的输出扭矩以限制方向盘的转角，使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致。

结合图1可理解到，在步骤S100中，通过转角传感器可以获取执行执行器的齿轮的转角信号，通过转角扭矩传感器可以获取方向盘的转角和扭矩信号，根据齿轮的转角信号判断转向执行器是否达到机械极限位置，根据方向盘的转角和扭矩信号判断方向盘是否转动到最大转角。

在步骤S200中，当齿轮转动至机械极限位置时，通过对该工况进行识别，并对转向执行器电机输出电流进行控制，从而限制齿轮的转角，避免与齿条末端机械限位发生过大机械干涉，损坏机械结构，实现机械极限防干涉功能。同时，路感模拟器同步控制路感电机进行限位，达到限制方向盘转角的目的，这样能够维持转向执行器和路感模拟器的位置对应关系，使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，有效减小出现限位位置关系不对应而导致保护失效的可能性，有效提高线控转向的可靠性和安全性。

参照图3所示，在一些实施例中，线控转向控制方法包括但不限于以下：

步骤S110，根据转向执行器的传动比计算得到方向盘当前的最大转角；

步骤S120，当方向盘的转动角度超过最大转角，控制路感电机施加与当前方向盘转动方向相反的扭矩，以限制方向盘继续转动；

步骤S130，根据齿轮的位置、齿轮的转动速度和执行电机的输出扭矩值判断齿轮是否到达机械限位位置。

可以理解的是，通过部署在路感模拟器中的软件，可以实现虚拟末端计算功能，由路感模拟器根据线控转向的传动比计算方向盘的最大软限位转角，即方向盘的最大转角。当驾驶员转动方向盘的角度超过当前传动比对应的最大方向盘转角时即可执行虚拟末端计算功能。

在步骤S120中，由于线控转向控制系统具有基本虚拟限制力矩设计功能，当驾驶员转动方向盘角度超过最大软限位转角时，路感模拟器采取增大反向扭矩输出的措施，起到大幅增加方向盘手力感的效果，以限制方向盘继续转动。

在步骤S130中，在不同传动比下，根据转向执行器的齿轮的位置、齿轮的转动速度以及执行电机的输出扭矩值判断是否激活齿条虚拟末端软止点控制功能，通过部署的软件根据齿轮的位置、齿轮的转动速度和输出扭矩值计算确定机械限位位置，从而能够准确开启虚拟末端软止点保护功能。

在一些实施例中，上述步骤S120具体包括：

步骤S121，在齿条的行程范围内，控制增大路感电机的输出扭矩；

步骤S122，当方向盘的转动扭矩达到预设最大扭矩，维持路感电机当前的输出扭矩，并发出提醒信号以提醒车轮已接近转角极限。

可理解到，在齿条虚拟末端保护行程作用范围内，路感模拟器向与当前方向盘转动方向相反的方向施加力矩，使转动方向盘所需的手力矩在虚拟末端保护行程作用范围内大幅线性增加。方向盘的转动扭矩达到预设最大扭矩，也即是，方向盘手力矩达到设计最大手力矩，然后维持此固定值，提示驾驶员车轮已接近齿条行程末端，同时保护转向执行器免受机械的刚性冲击。

在一些实施例中，线控转向控制方法还包括：

步骤S300，当方向盘转动至最大转角位置，控制转速控制模块驱动方向盘降低转动速度。

可以理解的是，由于线控转向控制系统具有防回弹设计功能，当方向盘转动至最大转角位置时，通过转速控制模块可以减少方向盘撞击虚拟末端后的回弹，同时控制方向盘达到滥用区脱手后的运动，手感更佳。

参照图4所示，在一些实施例中，上述步骤S130具体包括但不限于以下步骤：

步骤S131，当齿轮角度信号与上一时刻齿条一端的机械极限干涉角度差值的绝对值小于10°，得到机械极限角度临近标志位；

步骤S132，当齿轮的转速绝对值小于10r/min，且机械极限角度临近标志位发生超过第一预设时间阈值，得到机械极限转速标志位；

步骤S133，根据电机Q轴电流计算执行电机和路感电机的输出扭矩，当执行电机和路感电机的输出扭矩之和大于1Nm，且机械极限角度临近标志位发生超过第二预设时间阈值，得到机械扭矩转速标志位；

步骤S134，当机械极限角度临近标志位、机械极限转速标志位以及机械扭矩转速标志位同时成立时，当前时刻的齿轮的角度为机械极限干涉角，并确定齿轮到达机械限位位置。

可以理解的是，通过部署在转向执行器中的软件，对于转向执行器齿条任意一侧末端软止点，可以实现以下功能：

当小齿轮角度信号与上一时刻左侧机械极限干涉角度差值的绝对值小于10°，械极限角度临近标志位成立。

通过执行电机转速计算齿轮转速，当齿轮转速绝对值小于10r/min且机械极限角度临近标志位成立发生超过一定时间阈值时，机械极限转速标志位成立；可以设置第一预设时间阈值，具体可以设置1s、2s等。

通过电机Q轴电流计算执行电机和路感电机两路的输出扭矩，当两路电机的输出扭矩和大于1Nm且机械极限角度临近标志位成立发生超过一定时间阈值，机械扭矩转速标志位成立；第二预设时间阈值可设置于第一预设时间阈值相同或不同，具体根据实际要求进行设置。

当机械极限角度临近标志位、机械极限转速标志位以及机械扭矩转速标志位同时成立时，机械极限干涉标志位成立，当前时刻齿轮角度为机械极限干涉角，这样可以更加准确判断是否激活齿条虚拟末端软止点控制功能。需要说明的是，图4所示流程图仅为示例，各步骤的执行顺序不限于图4中箭头所示的流程顺序，步骤S131、步骤S132和步骤S133根据实际触发情况而执行。

当机械极限干涉标志位成立时，路感模拟器采取增大反向扭矩输出的措施，起到大幅增加方向盘手力感的效果。

在齿条虚拟末端保护行程作用范围内，路感模拟器向与当前方向盘转动方向相反的方向施加力矩，使转动方向盘所需的手力矩在虚拟末端保护行程作用范围内大幅线性增加。方向盘手力矩达到设计最大手力矩后，维持此固定值，提示驾驶员车轮已接近齿条行程末端，避免转向执行器免受机械的刚性冲击。

参照图5所示，在一些实施例中，由于转向执行器和路感模拟器均采用双路供电、双冗余ECU、双路传感器和双路通信传输，也就是说，线控转向控制系统具有冗余容错及故障诊断功能，具体的，线控转向控制方法，还包括以下步骤：

步骤S400，控制转向执行器的其中一路通信传输和路感模拟器的其中一路通信传输运行；

步骤S500，当转向执行器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

步骤S600，当路感模拟器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

步骤S700，当转向执行器或路感模拟器中的两路通信传输均出现信号失效或报文丢失，异常退出虚拟末端软止点功能。

通过上述步骤S400至步骤S700，线控转向控制系统能够实现路感模拟器功能失效诊断管理和转向执行器功能失效诊断管理功能。

其中，路感模拟器功能失效诊断管理为，针对路感模拟器转角信号失效、扭矩信号失效、方向盘角速度信号失效、角传动比信号失效等情况，当一路通信传输出现信号失效或者报文丢失，该路信号通过路感控制器间私CAN调用另一路通信传输的信号，虚拟末端软止点功能正常工作；当两路信号出现信号失效或者两路报文丢失，虚拟末端软止点功能异常退出。

转向执行器功能失效诊断管理为，针对转向执行器机械限位状态信号、齿轮转角、电机电流失效等情况，当一路通信传输出现信号失效或者报文丢失，该路信号通过转向控制器间私CAN调用另一路通信传输的信号，虚拟末端软止点功能正常工作；当两路信号出现信号失效或者两路报文丢失，虚拟末端软止点功能异常退出。这样在软硬件层面做到冗余备份和安全处理，具备故障诊断及冗余容错功能，保障ASIL D功能安全等级的实现。

此外，本发明实施例还提供一种车辆控制器，包括：至少一个处理器；以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，执行上述实施例的线控转向控制方法。

以车辆控制器中的处理器和存储器可以通过总线连接为例。存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于控制处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至控制器。

实现上述实施例的控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至步骤S200、图3中的方法步骤S110至步骤S130、图4中的方法步骤S131至步骤S134等。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本发明实施例还提供一种车辆，包括上述实施例的线控转向控制系统或车辆控制器。车辆可以为私家车，例如轿车、SUV、MPV或皮卡等。车辆也可以为运营车，例如面包车、公交车、小型货车或大型拖挂车等。车辆可以为油车也可以为新能源车。当车辆为新能源车时，其可以为混动车，也可以为纯电车。

车辆采用车辆控制器执行线控转向控制方法，当转向执行器的齿轮转动到机械限位位置时，能够使转向执行器和路感模拟器的转角状态一致，以保证二者的位置对应关系，避免与机械限位位置发生过大机械干涉，损坏机械结构，有效提高线控转向的可靠性和安全性。

由于车辆采用了上述实施例的车辆控制器的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (12)

1.一种线控转向控制系统，其特征在于，包括：

转向执行器，包括转角传感器、执行电机和转向控制器，所述转角传感器和所述执行电机均与所述转向控制器连接；

路感模拟器，包括转角扭矩传感器、路感电机和路感控制器，所述转角扭矩传感器和所述路感电机均与所述路感控制器连接；

其中，所述转向控制器与所述路感控制器连接，所述转角传感器用于检测所述转向执行器的齿轮转角，所述转角扭矩传感器用于检测方向盘的转角；所述转向控制器和所述路感控制器被配置为，当所述转向执行器的齿轮转动至机械限位位置，所述转向控制器控制所述执行电机的输出扭矩以限制所述齿轮的转角，所述路感控制器同步控制所述路感电机的输出扭矩以限制所述方向盘的转角，使所述转向执行器和所述路感模拟器的转角状态一致。

2.根据权利要求1所述的线控转向控制系统，其特征在于，所述转向控制器和所述路感控制器还被配置为，所述路感控制器根据所述转向执行器的传动比确定所述方向盘当前的最大转角；所述转向控制器根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置。

3.根据权利要求1所述的线控转向控制系统，其特征在于，所述转向执行器设有两个所述转向控制器和两个所述转角传感器，两个所述转向控制器分别与所述执行电机连接；所述路感模拟器设有两个所述路感控制器和两个所述转角扭矩传感器，两个所述路感控制器分别与所述路感电机连接；所述转向执行器和所述路感模拟器均采用双路供电和双路通信传输。

4.根据权利要求3所述的线控转向控制系统，其特征在于，所述执行电机为六相电机，所述执行电机的其中三相由一个所述转向控制器控制，另外三相由另一个所述转向控制器控制；所述路感电机为六相电机，所述路感电机的其中三相由一个所述路感控制器控制，另外三相由另一个所述路感控制器控制。

5.一种线控转向控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一项所述的线控转向控制系统，所述线控转向控制方法，包括：

获取所述转向执行器的齿轮转角位置和所述方向盘的转角位置；

当所述转向执行器的齿轮转动至机械限位位置，控制所述执行电机的输出扭矩以限制所述齿轮的转角，并同步控制所述路感电机的输出扭矩以限制所述方向盘的转角，使所述转向执行器和所述路感模拟器的转角状态一致。

6.根据权利要求5所述的线控转向控制方法，其特征在于，所述获取所述转向执行器的齿轮转角位置和所述方向盘的转角位置，包括：

根据所述转向执行器的传动比计算得到所述方向盘当前的最大转角；

所述线控转向控制方法，还包括：

当所述方向盘的转动角度超过所述最大转角，控制所述路感电机施加与当前所述方向盘转动方向相反的扭矩，以限制所述方向盘继续转动；

根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置。

7.根据权利要求5或6所述的线控转向控制方法，其特征在于，所述路感模拟器还包括转速控制模块，所述线控转向控制方法，还包括：

当所述方向盘转动至最大转角位置，控制所述转速控制模块驱动所述方向盘降低转动速度。

8.根据权利要求6所述的线控转向控制方法，其特征在于，所述转向执行器具有与所述齿轮啮合的齿条，所述根据所述齿轮的位置、所述齿轮的转动速度和所述执行电机的输出扭矩值判断所述齿轮是否到达机械限位位置，包括：

当所述齿轮角度信号与上一时刻所述齿条一端的机械极限干涉角度差值的绝对值小于10°，得到机械极限角度临近标志位；

当所述齿轮的转速绝对值小于10r/min，且所述机械极限角度临近标志位发生超过第一预设时间阈值，得到机械极限转速标志位；

根据电机Q轴电流计算所述执行电机和所述路感电机的输出扭矩，当所述执行电机和所述路感电机的输出扭矩之和大于1Nm，且所述机械极限角度临近标志位发生超过第二预设时间阈值，得到机械扭矩转速标志位；

当所述机械极限角度临近标志位、所述机械极限转速标志位以及所述机械扭矩转速标志位同时成立时，当前时刻的所述齿轮的角度为机械极限干涉角，并确定所述齿轮到达所述机械限位位置。

9.根据权利要求6所述的线控转向控制方法，其特征在于，所述转向执行器具有与所述齿轮啮合的齿条，所述控制所述路感电机施加与当前方向盘转动方向相反的扭矩，包括：

在所述齿条的行程范围内，控制增大所述路感电机的输出扭矩；

当所述方向盘的转动扭矩达到预设最大扭矩，维持所述路感电机当前的输出扭矩，并发出提醒信号以提醒车轮已接近转角极限。

10.根据权利要求5所述的线控转向控制方法，其特征在于，所述转向执行器设有两个所述转向控制器和两个所述转角传感器，两个所述转向控制器分别与所述执行电机连接；所述路感模拟器设有两个所述路感控制器和两个所述转角扭矩传感器，两个所述路感控制器分别与所述路感电机连接；所述转向执行器和所述路感模拟器均采用双路供电和双路通信传输，所述线控转向控制方法，还包括：

控制所述转向执行器的其中一路通信传输和所述路感模拟器的其中一路通信传输运行；

当所述转向执行器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

当所述路感模拟器的其中一路通信传输出现信号失效或报文丢失，调用另一路通信传输运行；

当所述转向执行器或所述路感模拟器中的两路通信传输均出现信号失效或报文丢失，退出所述线控转向控制方法的步骤。

11.一种车辆控制器，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，执行权利要求5至10任一项所述的线控转向控制方法。

12.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述线控转向控制系统或权利要求11所述的车辆控制器。