CN207496765U - 电动转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动转向系统。电动转向系统包括两个用于转向的电机和一个用于控制电机的转向控制模块，在所述转向控制模块中集成有两个微控制芯片，其通过SPI总线连接用于互相校验；两个电机预驱动芯片，其能够诊断出电机回路的故障；和两个驱动回路，每个驱动回路分别包含一个微控制芯片和一个电机预驱动芯片，每个驱动回路分别独立地控制一个电机。当一个电机回路失效时，控制另一电机的驱动回路控制车辆转向以靠边停车；当一个驱动回路失效时，另一驱动回路控制车辆转向以靠边停车。通过冗余设置的电机、驱动回路以及使微控制芯片通过SPI总线连接，能够在一个电机回路或电机驱动回路失效时迅速控制车辆靠边停车以保证车辆安全。

Description

电动转向系统

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，具体而言，涉及一种用于带有自动驾驶功能的车辆的电动转向系统。

背景技术

目前已有的道路车辆转向控制系统主要采用液压助力或者电动助力转向系统。液压助力转向系统液压泵靠发动机皮带直接驱动，无法满足纯电动汽车的转向系统开发的需求；现有的电动助力转向系统由于是单电机助力，在电机控制回路失效后，转向系统不再提供助力，进入到机械转向模式。对于自动驾驶车辆的开发，需要当电机驱动回路失效后，仍然需要保证车辆具备转向能力，使车辆安全停靠。

以基本助力功能为代表的传统电动助力系统，这类系统当驾驶员驾驶车辆时，通过方向盘扭矩传感器感知驾驶员输入力矩，采集轮速计算出车辆的行驶速度，并根据预先标定好的转向助力曲线，控制器驱动电机提供助力扭矩，当电机控制回路出现故障，电控单元（ECU）切断电机助力输出，系统进入到机械转向模式。

以自动泊车辅助（APA）/车道保持（LKA）/车道中心保持（LCC）功能为代表的主动安全系统，这类系统一般通过布置在车辆前面的雷达及摄像头，对周围环境进行识别，在需要时，向转向控制系统发出转向请求，从而通过控制转向系统电机，实现无需驾驶员输入的车辆自主转向，当电机控制回路出现故障，电控单元（ECU）切断电机助力输出，系统进入到机械转向模式。

实用新型内容

本实用新型提出一种电动转向系统，其能够在一个电机回路或电机驱动回路失效时满足车辆转向需求。

根据本实用新型一个方面提出的电动转向系统，包括两个用于转向的电机和一个用于控制电机的转向控制模块，在所述转向控制模块中集成有：两个微控制芯片，这两个微控制芯片通过SPI总线连接用于互相校验；两个电机预驱动芯片，所述电机预驱动芯片能够诊断出电机回路的故障；以及两个驱动回路，每个驱动回路分别包含一个微控制芯片和一个电机预驱动芯片，每个驱动回路分别独立地控制一个电机。当一个电机回路失效时，控制另一电机的驱动回路控制车辆转向以靠边停车；以及当一个驱动回路失效时，另一驱动回路控制车辆转向以靠边停车。

本实用新型的有益效果是：通过冗余设置的电机、冗余设置的用于控制每个电机的驱动回路以及使微控制芯片通过SPI总线连接，能够在一个电机回路或电机驱动回路失效时迅速控制车辆靠边停车以保证车辆安全。

附图说明

参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1示意性显示了根据本实用新型一个实施方式的转向控制模块的结构示意图。

附图标记清单

1 转向控制模块

2、2' 微控制芯片

3 SPI总线

4、4' 电机预驱动芯片

5、5' 驱动回路

6、6' 电机驱动桥电路

7、7' 金属氧化物半导体场效应晶体管

8、8' 门电路。

具体实施方式

根据本实用新型的一实施方式，电动转向系统包括两个用于转向的电机和一个用于控制电机的转向控制模块1（参见图1），在所述转向控制模块中集成有：两个微控制芯片2、2'，这两个微控制芯片通过SPI（串行外设接口）总线3连接用于互相校验；两个电机预驱动芯片4、4'，所述电机预驱动芯片能够诊断出电机回路的故障；以及两个驱动回路5、5'，每个驱动回路分别包含一个微控制芯片和一个电机预驱动芯片，每个驱动回路分别独立地控制一个电机。当一个电机回路失效时，控制另一电机的驱动回路控制车辆转向以靠边停车；以及当一个驱动回路5失效时，另一驱动回路5'控制车辆转向以靠边停车。SPI总线用于两个微控制芯片的互相校验，传输高度快，实时性强，准确性高。通过冗余设置的电机、冗余设置的用于控制每个电机的驱动回路以及使微控制芯片通过SPI总线连接，能够在一个电机回路或电机驱动回路失效时迅速控制车辆靠边停车以保证车辆安全。

根据本实用新型的一实施方式，每个驱动回路还包括：电机驱动桥电路6、6'；集成式金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）7、7'；以及与所述微控制芯片连接的门电路8、8'，用于根据所述微控制芯片的状态来控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管以开闭所述电机驱动桥电路。MOSFET能够方便地集成在转向控制模块中，更好地控制电机驱动桥电路的开闭。

根据本实用新型的一实施方式，每个门电路的输入端与两个微控制芯片的输出端的各一个管脚连接，方便获取每个微控制芯片的状态，并且根据每个微控制芯片的状态来做出判断。

根据本实用新型的一实施方式，所述门电路为与门或者或门。例如在与门的情况下，例如当无故障时每个微控制芯片的输出端的两个管脚都输出1，则每个微控制芯片所在的驱动回路各自分别控制一个电机；当一个电机回路或一个驱动回路故障时，其所在的微控制芯片的输出端的两个管脚分别输出1和0，则相应的与门断开引起该驱动回路断开，而另一个驱动回路正常工作。在或门的情况下，也可根据类似原理工作。

根据本实用新型的一实施方式，所述电机为三相永磁同步电机，所述电机驱动桥电路为三相桥电路。

根据本实用新型的一实施方式，所述电动转向系统还包括方向盘、方向盘扭矩和转角传感器和轮速传感器。

根据本实用新型的一实施方式，所述方向盘扭矩和转角传感器为双电源、四通道数字式扭矩信号及双通道数字式的方向盘扭矩转角传感器。

根据本实用新型的一实施方式，所述轮速传感器用于探测车辆行驶过程中的轮速，并通过线束与电子制动控制模块相连，通过CAN总线将测量结果输入所述转向控制模块，方便进行随速控制转向。

根据本实用新型的一实施方式，所述电动转向系统还包括齿轮齿条式转向器，所述两个电机驱动一个蜗杆，经过蜗轮蜗杆减速增扭后，电机的驱动力矩被传递到齿轮轴，齿轮轴驱动齿条进行车辆的转向动作。

根据本实用新型的一实施方式，在有人驾驶时，所述转向控制模块以预先标定的助力电流驱动电机，为驾驶员提供转向辅助力；在无人驾驶时，根据整车总线上的扭矩指令和方向盘位置指令，驱动电机工作，从而实现整车的转向需求，通过安装在电机上的电机位置传感器进行方向盘位置的闭环控制。

根据本实用新型的一实施方式，电动转向系统主要包括：1个方向盘、转向输入轴、万向节、转向输出轴、减速器、小齿轮、齿条、转向横拉杆、一个扭矩及转角传感器、4个轮速传感器通过制动模块采集，并通过CAN总线传输给电动转向控制模块，一个电动转向控制模块；方向盘扭矩和转角传感器，用于检测驾驶员的输入力矩和方向盘的转角及方向盘转速；方向盘扭矩和转角传感器为双电源冗余供电、四通道数字式扭矩信号采用SENT协议及双通道数字式的方向盘转角发送，相互校验，提供系统可靠性；2个永磁同步电机驱动同一蜗杆，经过涡轮蜗杆减速增扭后，力矩被传递到齿轮轴，齿轮轴驱动齿条进行车辆的转向动作；4个轮速传感器，用于探测车辆行驶过程中轮速的变化，并通过电子制动控制模块（EBCM）采集车辆轮速信号，并且通过CAN总线信号，发送给转向控制模块的两个微控制芯片，冗余采集，提高可靠性；转向控制模块，其内部包含：两个电子控制微控制芯片，两个电机预驱动芯片，两个永磁同步电机驱动三相桥电路，两个集成的金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）用于2个三相永磁同步电机的3相线断路控制，MOSFET分别由两个微控制芯片进行与门控制。通过安装在控制器上的电机预驱动芯片，诊断电机及驱动桥路的诊断，并通过SPI总线发送给微控制芯片，通过两个微控制芯片的I/O端口，通过与门电路，控制电机相线上的集成MOSFET，从而断开失效回路电机，在单一电机回路失效时，另一电机及驱动回路仍然可以提供转向助力或主动功能。转向控制模块通过方向盘的扭矩信号判断，如果驾驶员转向时，转向控制模块提供预先标定好的助力电流驱动双电机，为驾驶员提供辅助助力；如果驾驶员不操纵车辆（自动驾驶），可以根据整车总线上的扭矩指令和方向盘位置指令，驱动双电机工作，从而实现整车的转向需求，通过安装在电机上的电机位置传感器进行方向盘位置的闭环控制；使用控制器上的电流传感器，根据永磁电机的扭矩方程，实施扭矩闭环控制。

本实用新型的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动转向系统，其特征在于，包括两个用于转向的电机和一个用于控制电机的转向控制模块，在所述转向控制模块中集成有：

两个微控制芯片，这两个微控制芯片通过SPI总线连接用于互相校验；

两个电机预驱动芯片，所述电机预驱动芯片能够诊断出电机回路的故障；以及

两个驱动回路，每个驱动回路分别包含一个所述微控制芯片和一个所述电机预驱动芯片，每个驱动回路分别独立地控制一个所述电机，

当一个电机回路失效时，控制另一电机的驱动回路控制车辆转向以靠边停车；以及

当一个驱动回路失效时，另一驱动回路控制车辆转向以靠边停车。

2.根据权利要求1所述的电动转向系统，其特征在于，每个驱动回路还包括：

电机驱动桥电路；

集成式金属氧化物半导体场效应晶体管；以及

与所述微控制芯片连接的门电路，用于根据所述微控制芯片的状态来控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管以开闭所述电机驱动桥电路。

3.根据权利要求2所述的电动转向系统，其特征在于，每个门电路的输入端与各个微控制芯片的输出端连接。

4.根据权利要求2所述的电动转向系统，其特征在于，所述门电路为与门或者或门。

5.根据权利要求2所述的电动转向系统，其特征在于，所述电机为三相永磁同步电机，所述电机驱动桥电路为三相桥电路。

6.根据权利要求1所述的电动转向系统，其特征在于，所述电动转向系统还包括方向盘、方向盘扭矩和转角传感器和轮速传感器。

7.根据权利要求6所述的电动转向系统，其特征在于，所述方向盘扭矩和转角传感器为双电源、四通道数字式扭矩信号及双通道数字式的方向盘扭矩转角传感器。

8.根据权利要求6所述的电动转向系统，其特征在于，所述轮速传感器用于探测车辆行驶过程中的轮速，并通过线束与电子制动控制模块相连，通过CAN总线将测量结果输入所述转向控制模块。

9.根据权利要求1所述的电动转向系统，其特征在于，所述电动转向系统还包括齿轮齿条式转向器，所述两个电机驱动一个蜗杆，经过蜗轮蜗杆减速增扭后，电机的驱动力矩被传递到齿轮轴，齿轮轴驱动齿条进行车辆的转向动作。

10.根据权利要求1所述的电动转向系统，其特征在于，在有人驾驶时，所述转向控制模块以预先标定的助力电流驱动电机，为驾驶员提供转向辅助力；在无人驾驶时，根据整车总线上的扭矩指令和方向盘位置指令，驱动电机工作，从而实现整车的转向需求，通过安装在电机上的电机位置传感器进行方向盘位置的闭环控制。