CN207955769U - 车辆冗余电子转向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了车辆冗余电子转向系统，包括第一电源、第二电源和两个电子助力转向单元；其中一个电子助力转向单元与第一电源连接，另一个电子助力转向单元与第二电源连接；每一所述电子助力转向单元均包括处理器，以及分别与处理器连接的转角转矩传感器和电机。本实用新型能够满足自动驾驶的安全要求。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车电子转向技术领域，具体涉及车辆冗余电子转向系统。
背景技术
随着现代技术进步和科技发展，人们对车辆的要求越来越高，在满足传统行驶的基础上，还需要能够实现车辆的智能化控制，如无人驾驶汽车、自适应巡航、车辆主动安全、全自动泊车等功能。其中的电动助力转向控制系统作为智能化控制中的重要部分，用于实现智能改变汽车的行驶方向，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向性能，以及操控的稳定性和行驶的安全性。
现有的电动助力转向控制系统（EPS）由转角转矩传感器、车速传感器、控制单元处理器、助力电机等组成。其基本工作原理是：转角转矩传感器测得的方向盘转矩信号和车速信号一同送给控制单元处理器，经处理器处理和计算以决定助力电机的转向和助力电流的大小，从而完成转向助力控制。但现有的电动助力转向控制系统是基于驾驶员转向提高助力进行设计，其功能安全等级只能达到KSIL-B，若其中的每一个节点处于异常，整个电动助力转向控制系统将失效，将会给安全驾驶带来严重的后果，故无法满足自动驾驶的功能安全要求。
如CN 101308383B公开了一种电动助力转向控制方法和系统，该系统基于现有的EPS控制技术，采用双微处理器处理器的形式，主处理器控制助力电机工作，从处理器监控主处理器的工作状态，当主处理器工作异常，则由从处理器剥夺主处理器的工作权，取而代之控制助力电机正常工作，构成冗余控制方式。具有冗余控制功能的电动助力转向系统可以很好的提高电动转向控制系统的可靠性，有效地提高了汽车驾驶安全性和舒适性。但该系统只针对处理器进行了冗余，若电动助力转向控制系统的传感器和/或零部件或者电动机的零部件发生失效的情况下，该系统仍无法维持转向辅助功能。另外，该系统仍是针对基于驾驶员转向提高助力进行设计的，同样无法满足自动驾驶的功能安全要求。
因此，有必要开发车辆冗余电子转向系统。
发明内容
本实用新型的目的是提高车辆冗余电子转向系统，以满足自动驾驶的安全要求。
本实用新型所述的车辆冗余电子转向系统，包括第一电源、第二电源和两个电子助力转向单元；其中一个电子助力转向单元与第一电源连接，另一个电子助力转向单元与第二电源连接；
每一所述电子助力转向单元均包括处理器，以及分别与处理器连接的转角转矩传感器和电机。
还包括中央控制器，该中央控制器通过汽车总线分别与两个处理器连接；
所述中央控制器还分别与第一电源和第二电源连接。
所述中央控制器通过第一汽车总线与两个处理器连接；
所述中央控制器还通过第二汽车总线与两个处理器连接；对汽车总线进行了冗余，当其中一路汽车总线出现故障失效时，另一条汽车总线能够整个系统的正常运行，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。
两个处理器之间通过一条或两条通信线连接；两个处理器之间通过通信线进行信息的交互，主要用于两个处理器之间的相互校验和监测等。
两个处理器之间通过两条通信线连接，即实现了两个处理器之间的通信线的冗余，当其中一条通信线出现失效时，另一条通信线还能够确保系统的正常运行，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。
两个所述电子助力转向单元共同控制车辆转向；当两个电子助力转向单元均正常时，由两个电子助力转向单元共同控制所述车辆实现转向，每个电机的峰值扭矩不需要达到车辆所需的最大扭矩，故可适当降低对电机的性能要求，以达到在满足自动驾驶安全的前提下，能够降低车辆成本。
本实用新型的有益效果：当系统中的两个处理器、两个转角转矩传感器和两个电机中均的任意一个失效时，另一个正常运行的电子助力转向单元也能够单独控制车辆实现转向，故能够满足自动驾驶的安全要求。本系统对电源还进行了冗余，当其中一个电源出现故障失效时，另一个电源还能够确保一路电子助力转向单元正常运行，此时，通过能正常运行的电子助力转向单元来接管整个系统工作，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本实用新型中的原理框图；
图2本本实用新型中两个电子助力转向单元的控制流程图；
图3为本实用新型中第一电源与第二电源的控制流程图；
图中：1、转角转矩传感器，2、处理器，3、电机，4、中央控制器，5、第一电源，6、第一汽车总线，7、第二汽车总线，8、通信线，9、第二电源。
具体实施方式
以下结合附图本对实用新型进行详细的说明。
如图1所示，车辆冗余电子转向系统，包括第一电源5、第二电源9和两个电子助力转向单元；其中一个电子助力转向单元与第一电源5连接，另一个电子助力转向单元与第二电源9连接；由两个电子助力转向单元共同控制车辆转向。
每一所述电子助力转向单元（即EPS）均包括处理器2，以及分别与处理器2连接的转角转矩传感器1和电机3。其中，所述转角转矩传感器1用于输出扭矩信号（扭矩信号反馈给EPS,保证EPS达到期望转角）与角度信号并发送给与其相连接的处理器2。所述处理器2用于从汽车总线上获取当前期望的方向盘转角信号。所述处理器2还用于根据当前期望的方向盘转角信号以及扭矩信号与角度信号，计算出整个系统当前需输出的总扭矩值K，并按照分配机制计算出各自所在电子助力转向单元需输出的扭矩值。所述处理器2还用于根据扭矩值控制与其对应连接的电机3，控制所述车辆实现转向。
本实施例中，所述分配机制为：
当两个电子助力转向单元均正常时，两个电子助力转向单元同时工作，各输出0.5K，共同控制所述车辆实现转向。
当其中一个电子助力转向单元中的处理器，或转角转矩传感器，或电机出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元（输出K）接管系统，单独控制所述车辆实现转向。此时，系统会发出提示，以提醒驾驶员系统出现故障，需要驾驶员接管汽车。
作为示例，当电子助力转向单元Y中的处理器出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元X接管系统，单独控制所述车辆实现转向。
作为另一示例，当电子助力转向单元Y中的转角转矩传感器出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元X接管系统，单独控制所述车辆实现转向。
作为又一示例，当电子助力转向单元X中的电机出现故障失效时，此时，由电子助力转向单元Y接管系统，单独控制所述车辆实现转向。
如图1所示，车辆冗余电子转向系统还包括中央控制器4，该中央控制器4为车辆上用于运算和决策自动驾驶功能，本实施例中的中央控制器4是用于计算出当前期望的方向盘转角信号并发送至汽车总线上。中央控制器4通过汽车总线分别与两个处理器2连接；所述中央控制器4还分别与第一电源5和第二电源9连接。当其中一个电源出现故障失效时，另一个电源还能够确保系统正常工作。
所述中央控制器4通过第一汽车总线6与两个处理器2连接。所述中央控制器4还通过第二汽车总线7与两个处理器2连接；对汽车总线进行了冗余，当其中一路汽车总线出现故障失效时，另一条汽车总线能够整个系统的正常运行，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。中央控制器4将计算出当前期望的方向盘转角信号通过第一汽车总线6分别发生给两个电子助力转向单元，同时还通过第二汽车总线7分别发生给两个电子助力转向单元。
两个处理器之间通过一条或两条通信线连接；主要用于两个处理器2之间的计算结果的相互校验和故障监测。优选为，通信线11采用两条（比如：私有CAN），即实现了通信线的冗余，当其中的一条通信线出现故障失效时，另一条通信线还能够保证系统的正常运行。
本实施例中，第一汽车总线6采用公共CAN，第二汽车总线7采用私有CAN，当然，亦可采用其它总线。
本实施例中，每个电机3的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩B（即车辆处于静止且满载，将方向盘转到极限转角所需的扭矩）的50%～100%，当车辆在非静止状态下，即使有一个电子转向助力单元发生故障失效了，另一个电子转向助力单元也能够满足车辆的转向要求。
作为优选，每个电机的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值B的50%；其优点为：（1）当整个制动系统均正常时，两者相加后的能力为B，能够满足车辆设计的需求；（2）经试验验证，在单点失效情况下，即使将电机的峰值扭矩设置为0.5B，单个电子助力转向单元也能够满足转向需求，除了静止或超低速工况的末端所需助力，但车辆在静止或超低速时，自动驾驶状态本属于安全状态，故将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B就能够确保系统的安全；（3）电机的峰值扭矩值越高，其成本配置越高，将每个电机的峰值扭矩设计为0.5B，既能够保证系统的安全性和可靠性，还实现了成本配置最低；（4）若两个电机的峰值扭矩不相同，比如；一个峰值扭矩为0.3B，一个峰值扭矩为0.7B，当两个需同时使出较大的扭矩（比如：0.3B）时，峰值扭矩为0.3B的电机需要满负荷运行；而对于峰值扭矩为0.7B的电机输出0.3B的扭矩则非常轻松，这种情况会导致峰值扭矩为0.3B的电机更容易失效；另外，如果峰值扭矩为0.7B的电机失效了，峰值扭矩为0.3B的电机是无法输出0.6B的扭矩，故在某一个单点失效时，系统无法保证自动驾驶切换为人类驾驶的基础助力功能。
Claims (6)
1.车辆冗余电子转向系统，其特征在于，包括第一电源（5）、第二电源（9）和两个电子助力转向单元；其中一个电子助力转向单元与第一电源（5）连接，另一个电子助力转向单元与第二电源（9）连接；
每一所述电子助力转向单元均包括处理器（2），以及分别与处理器（2）连接的转角转矩传感器（1）和电机（3）。
2.根据权利要求1所述的车辆冗余电子转向系统，其特征在于：还包括中央控制器（4），该中央控制器（4）通过汽车总线分别与两个处理器（2）连接；
所述中央控制器（4）还分别与第一电源（5）和第二电源（9）连接。
3.根据权利要求2所述的车辆冗余电子转向系统，其特征在于：所述中央控制器（4）通过第一汽车总线（6）与两个处理器（2）连接；
所述中央控制器（4）还通过第二汽车总线（10）与两个处理器（2）连接。
4.根据权利要求 1至3任一所述的车辆冗余电子转向系统，其特征在于：两个所述处理器（2）之间通过一条或两条通信线（11）连接。
5.根据权利要求 1至3任一所述的车辆冗余电子转向系统，其特征在于：两个所述电子助力转向单元共同控制车辆转向。
6.根据权利要求 4所述的车辆冗余电子转向系统，其特征在于：两个所述电子助力转向单元共同控制车辆转向。
Priority Applications (1)
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| CN201820257260.0U CN207955769U (zh) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 车辆冗余电子转向系统 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111762260A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-13 | 北京汽车股份有限公司 | 基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统、方法及车辆 |
| CN113968237A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-01-25 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种无人驾驶车辆转向系统及运行方法、存储装置 |
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| CN111762260B (zh) * | 2020-06-22 | 2021-11-19 | 北京汽车股份有限公司 | 基于标定车速的助力转向系统冗余控制系统、方法及车辆 |
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