一种智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统及工作方法与流程

1.本发明涉及智能驾驶技术领域，具体涉及一种智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统及其工作方法。


背景技术：

2.目前智能驾驶汽车已经逐步从l3（有条件的自动控制）向l4（高度自动化）发展，所需要解决的场景从单一的封闭场景，再到主干道路及高速公路等场景，再到城区工况场景，所需面对的包括复杂交通路口、自然交通流、高架下智能驾驶等复杂环境，这就需要智能驾驶车辆具备高度的冗余及鲁棒性，以解决在复杂工况的失效影响，将部件失效对系统的影响降至最低。
3.如附图1所示为当前智能驾驶汽车eps（电动助力转向系统）的技术方案，现有技术中的电动助力转向系统主要包括感知传感器、智能驾驶域控制器、eps控制器、转向马达、转向齿轮、转角传感器和扭矩传感器等，转角传感器和扭矩传感器均安装在方向盘下方的转向管柱上，以分别输出方向盘的转角值和扭矩值到eps控制器，感知传感器（激光雷达、毫米波雷达、视觉等）通过感知周围环境信息，将数据信息发送至智能驾驶域控制器（intelligent driving contronller），智能驾驶域控制器接受感知传感器发送的传感器数据并通过can总线输出期望扭矩至eps控制器（eps controller），eps控制器通过can总线接收到智能驾驶域控制器发出的期望转向扭矩指令，结合方向盘的转角值和扭矩值，通过逻辑计算，输出转向马达的控制指令，转向马达再输出驱动力驱动转向齿轮执行车辆转向。
4.这种电动助力转向系统是当前主流的解决方案，但是在针对智能驾驶汽车l4场景的应用，该方案有以下缺点：在复杂场景下若底盘chassis can（转向信号所在can）发生信息故障或失效，导致eps控制器无法收到智能驾驶域控制器发出的期望转向扭矩指令，车辆将无法实施转向，从而具有较大的安全隐患。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能提高电动助力转向控制器与智能驾驶域控制器之间的通信稳定性，进而降低车辆转向失效的概率，大大提高驾驶安全性的智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统及其工作方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统，包括感知传感器组件、智能驾驶域控制器、电动助力转向控制器、转向马达和转向齿轮，所述智能驾驶域控制器与所述电动助力转向控制器通过双路can总线进行通信连接，在方向盘下方的转向管柱上还设有转角传感器组件和扭矩传感器组件，所述转角传感器组件和所述扭矩传感器组件均与所述电动助力转向控制器通信连接，以分别输出方向盘的转角值和扭矩值到所述电动助力转向控制器，所述转角传感器组件包括两个转角传感器，且两个所述转角传感器对称布置在转向管柱的两侧，所述扭矩传感器组件包括两个扭矩传感器，且两个所述扭矩传感器对称布置在
转向管柱的两侧。
7.本发明的工作原理是：本发明在进行转向控制时，感知传感器组件感知环境信息，并将感知到的环境信息数据传递给智能驾驶域控制器；智能驾驶域控制器根据接收到的感知传感器组件传递的环境信息数据，结合地图定位信息，经过感知算法和规划控制算法计算出车辆预期行驶路径，并通过两路can总线输出转向控制信息到所述电动助力转向控制器；电动助力转向控制器根据接收到的智能驾驶域控制器的转向控制信息，结合转角传感器组件和扭矩传感器组件传递的方向盘的转角扭矩值信息进行计算，并根据计算结果输出转向控制信号到转向马达；转向马达根据转向控制信号输出驱动力到转向齿轮以实现车辆的转向。
8.本方案的电动助力转向系统在进行工作时，智能驾驶域控制器和电动助力转向控制器之间通过两路can总线进行通信连接，当其中一路can总线出现通信故障时，另一路can总线仍然能够保证智能驾驶域控制器和电动助力转向控制器之间的正常通信，由此使得两路can总线之间互为冗余，从而有效提高电动助力转向控制器与智能驾驶域控制器之间的通信稳定性，进而降低车辆转向失效的概率，大大提高驾驶安全性；同时转角传感器组件中的两个转角传感器和扭矩传感器组件中的两个扭矩传感器也进行冗余设计，保证方向盘的转角和扭矩信息能够有效的传递给电动助力转向控制器，以使得电动助力转向控制器能够结合智能驾驶域控制器的转向控制信息和方向盘的扭矩、转角信息综合计算并对转向马达进行控制，因此，本方案通过多重冗余的设计，技术先进，提高系统鲁棒性和自动驾驶的安全性，能有效满足智能驾驶汽车l4场景的应用。
9.优选的，所述智能驾驶域控制器与所述电动助力转向控制器同时通过主can总线和副can总线进行通信连接，所述电动助力转向控制器包括第一can总线芯片、第二can总线芯片、第一电动助力转向控制芯片和第二电动助力转向控制芯片，所述第一can总线芯片分别与所述主can总线和所述第一电动助力转向控制芯片通信连接，以通过所述主can总线接收所述智能驾驶域控制器的控制信号，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的控制信号传递给所述第一电动助力转向控制芯片，所述第二can总线芯片分别与所述副can总线和所述第二电动助力转向控制芯片通信连接，以通过所述副can总线接收所述智能驾驶域控制器的控制信号，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的控制信号传递给所述第二电动助力转向控制芯片，所述第一电动助力转向控制芯片和所述第二电动助力转向控制芯片均与所述转向马达通信连接，以分别向所述转向马达发出转向控制信号。
10.这样，当主can总线正常通信时，智能驾驶域控制器通过主can总线输出转向控制信息到第一can总线芯片，第一can总线芯片将接收到的智能驾驶域控制器的转向控制信息传递给第一电动助力转向控制芯片，第一电动助力转向控制芯片向转向马达发出转向控制信号；当主can总线故障时，智能驾驶域控制器通过副can总线输出转向控制信息到第二can总线芯片，第二can总线芯片将接收到的智能驾驶域控制器的转向控制信息传递给第二电动助力转向控制芯片，第二电动助力转向控制芯片向转向马达发出转向控制信号，由此第一can总线芯片和第二can总线芯片互为冗余，第一电动助力转向控制芯片和第二电动助力转向控制芯片互为冗余，进一步提高智能驾驶的安全性。
11.优选的，所述电动助力转向控制器还包括第一电源模块和第二电源模块，所述第
一电源模块和所述第二电源模块分别输出第一路电源和第二路电源对电动助力转向系统供电。
12.这样，第一电源模块和第二电源模块互为冗余，当其中一个电源模块故障时，另一个电源模块仍然能够为电动助力转向系统供电，进而提高电动助力转向系统工作的可靠性。
13.优选的，电动助力转向系统还包括位置传感器组件，所述位置传感器组件安装在所述转向马达上，以用于采集所述转向马达的位置信息，且所述位置传感器组件还与所述电动助力转向控制器通信连接，以将采集到的所述转向马达的位置信息传递给所述电动助力转向控制器。
14.这样，位置传感器组件将采集到的转向马达的位置信息传递给电动助力转向控制器，电动助力转向控制器还将结合位置传感器组件传递的转向马达的位置信息进行计算，从而实现对转向马达的反馈控制。
15.优选的，所述位置传感器组件包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器和所述第二位置传感器均安装在所述转向马达上，以分别对所述转向马达的位置信息进行采集。
16.这样，第一位置传感器和第二位置传感器互为冗余，保证对转向马达位置采集信号的稳定性。
17.一种如上述智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统的工作方法，包括以下步骤：步骤1）所述感知传感器组件感知环境信息，并将感知到的环境信息数据传递给所述智能驾驶域控制器；步骤2）所述智能驾驶域控制器根据接收到的所述感知传感器组件传递的环境信息数据，结合地图定位信息，经过感知算法和规划控制算法计算出车辆预期行驶路径，并通过两路can总线输出转向控制信息到所述电动助力转向控制器；步骤3）所述电动助力转向控制器根据接收到的所述智能驾驶域控制器的转向控制信息，结合所述转角传感器组件和所述扭矩传感器组件传递的方向盘的转角扭矩值信息进行计算，并根据计算结果输出转向控制信号到所述转向马达；步骤4）所述转向马达根据转向控制信号输出驱动力到所述转向齿轮以实现车辆的转向。
18.优选的，所述智能驾驶域控制器与所述电动助力转向控制器同时通过主can总线和副can总线进行通信连接，所述电动助力转向控制器包括第一can总线芯片、第二can总线芯片、第一电动助力转向控制芯片和第二电动助力转向控制芯片，所述第一can总线芯片分别与所述主can总线和所述第一电动助力转向控制芯片通信连接，以通过所述主can总线接收所述智能驾驶域控制器的控制信号，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的控制信号传递给所述第一电动助力转向控制芯片，所述第二can总线芯片分别与所述副can总线和所述第二电动助力转向控制芯片通信连接，以通过所述副can总线接收所述智能驾驶域控制器的控制信号，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的控制信号传递给所述第二电动助力转向控制芯片，所述第一电动助力转向控制芯片和所述第二电动助力转向控制芯片均与所述转向马达通信连接，以分别向所述转向马达发出转向控制信号；
步骤2）中，当所述主can总线正常通信时，所述智能驾驶域控制器通过所述主can总线输出转向控制信息到所述电动助力转向控制器；当所述主can总线故障时，所述智能驾驶域控制器通过所述副can总线输出转向控制信息到所述电动助力转向控制器；步骤3）中，当所述主can总线正常通信时，所述第一can总线芯片通过所述主can总线接收所述智能驾驶域控制器的转向控制信息，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的转向控制信息传递给所述第一电动助力转向控制芯片，所述第一电动助力转向控制芯片向所述转向马达发出转向控制信号；当所述主can总线故障时，所述第二can总线芯片通过所述副can总线接收所述智能驾驶域控制器的转向控制信息，并将接收到的所述智能驾驶域控制器的转向控制信息传递给所述第二电动助力转向控制芯片，所述第二电动助力转向控制芯片向所述转向马达发出转向控制信号。
19.优选的，所述主can总线故障的判断方法为：所述电动助力转向控制器无法接收所述主can总线的信号、或接收到所述主can总线的故障持续时间超过5个周期。
20.优选的，将所述主can总线的工作状态以主控通道状态字的形式赋值给第一电动助力转向控制芯片，将所述副can总线的工作状态以备份通道状态字的形式赋值给第二电动助力转向控制芯片；步骤3）中，当所述主can总线正常通信时，所述转向马达接收第一电动助力转向控制芯片发出的转向控制信号；当所述第一电动助力转向控制芯片接收不到所述第一can总线芯片的转向控制信息、或所述第一电动助力转向控制芯片接收到所述主can总线故障的主控通道状态字且持续时间超过5个周期时，所述第二电动助力转向控制芯片向所述转向马达发出转向控制信号。
21.这样，当第一电动助力转向控制芯片与第一can总线芯片的通信故障时，通过第二电动助力转向控制芯片向转向马达发出转向控制信号，由此进一步提高系统工作的可靠性。
22.优选的，电动助力转向系统还包括位置传感器组件，所述位置传感器组件安装在所述转向马达上，以用于采集所述转向马达的位置信息，且所述位置传感器组件还与所述电动助力转向控制器通信连接，以将采集到的所述转向马达的位置信息传递给所述电动助力转向控制器；步骤3）中，所述电动助力转向控制器还将结合所述位置传感器组件传递的转向马达的位置信息进行计算。
附图说明
23.图1为现有技术中电动助力转向系统的系统框图；图2为本发明智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统的系统连接框图；图3为本发明智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统中电动助力转向控制器的内部构架图。
24.附图标记说明：智能驾驶域控制器1、电动助力转向控制器2、第一can总线芯片21、第二can总线芯片22、第一电动助力转向控制芯片23、第二电动助力转向控制芯片24、第一电源模块25、第二电源模块26、转向马达3、转向齿轮4、转角传感器组件5、扭矩传感器组件6、位置传感器组件7、方向盘8、转向管柱9。
具体实施方式
25.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
26.如附图2所示，一种智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统，包括感知传感器组件、智能驾驶域控制器1（iecu）、电动助力转向控制器2（eps ecu）、转向马达3和转向齿轮4，智能驾驶域控制器1与电动助力转向控制器2通过双路can总线进行通信连接，在方向盘8下方的转向管柱9上还设有转角传感器组件5和扭矩传感器组件6，转角传感器组件5和扭矩传感器组件6均与电动助力转向控制器2通信连接，以分别输出方向盘的转角值和扭矩值到电动助力转向控制器2，转角传感器组件5包括两个转角传感器，且两个转角传感器对称布置在转向管柱9的两侧，扭矩传感器组件6包括两个扭矩传感器，且两个扭矩传感器对称布置在转向管柱9的两侧。
27.本发明在进行转向控制时，感知传感器组件感知环境信息，并将感知到的环境信息数据传递给智能驾驶域控制器1；智能驾驶域控制器1根据接收到的感知传感器组件传递的环境信息数据，结合地图定位信息，经过感知算法和规划控制算法计算出车辆预期行驶路径，并通过两路can总线输出转向控制信息到电动助力转向控制器2；电动助力转向控制器2根据接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息，结合转角传感器组件5和扭矩传感器组件6传递的方向盘的转角扭矩值信息进行计算，并根据计算结果输出转向控制信号到转向马达3；转向马达3根据转向控制信号输出驱动力到转向齿轮4以实现车辆的转向。
28.本方案的电动助力转向系统在进行工作时，智能驾驶域控制器1和电动助力转向控制器2之间通过两路can总线进行通信连接，当其中一路can总线出现通信故障时，另一路can总线仍然能够保证智能驾驶域控制器1和电动助力转向控制器2之间的正常通信，由此使得两路can总线之间互为冗余，从而有效提高电动助力转向控制器2与智能驾驶域控制器1之间的通信稳定性，进而降低车辆转向失效的概率，大大提高驾驶安全性；同时转角传感器组件5中的两个转角传感器和扭矩传感器组件6中的两个扭矩传感器也进行冗余设计，保证方向盘的转角和扭矩信息能够有效的传递给电动助力转向控制器2，以使得电动助力转向控制器2能够结合智能驾驶域控制器1的转向控制信息和方向盘的扭矩、转角信息综合计算并对转向马达3进行控制，因此，本方案通过多重冗余的设计，技术先进，提高系统鲁棒性和自动驾驶的安全性，能有效满足智能驾驶汽车l4场景的应用。
29.如附图3所示，在本实施例中，智能驾驶域控制器1与电动助力转向控制器2同时通过主can总线和副can总线进行通信连接，电动助力转向控制器2包括第一can总线芯片21、第二can总线芯片22、第一电动助力转向控制芯片23和第二电动助力转向控制芯片24，第一can总线芯片21分别与主can总线和第一电动助力转向控制芯片23通信连接，以通过主can总线接收智能驾驶域控制器1的控制信号，并将接收到的智能驾驶域控制器1的控制信号传递给第一电动助力转向控制芯片23，第二can总线芯片22分别与副can总线和第二电动助力转向控制芯片24通信连接，以通过副can总线接收智能驾驶域控制器1的控制信号，并将接收到的智能驾驶域控制器1的控制信号传递给第二电动助力转向控制芯片24，第一电动助力转向控制芯片23和第二电动助力转向控制芯片24均与转向马达3通信连接，以分别向转向马达3发出转向控制信号。
30.这样，当主can总线正常通信时，智能驾驶域控制器1通过主can总线输出转向控制
信息到第一can总线芯片21，第一can总线芯片21将接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息传递给第一电动助力转向控制芯片23，第一电动助力转向控制芯片23向转向马达3发出转向控制信号；当主can总线故障时，智能驾驶域控制器1通过副can总线输出转向控制信息到第二can总线芯片22，第二can总线芯片22将接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息传递给第二电动助力转向控制芯片24，第二电动助力转向控制芯片24向转向马达3发出转向控制信号，由此第一can总线芯片21和第二can总线芯片22互为冗余，第一电动助力转向控制芯片23和第二电动助力转向控制芯片24互为冗余，进一步提高智能驾驶的安全性。
31.在本实施例中，电动助力转向控制器2还包括第一电源模块25和第二电源模块26，第一电源模块25和第二电源模块26分别输出第一路电源和第二路电源对电动助力转向系统供电。
32.这样，第一电源模块25和第二电源模块26互为冗余，当其中一个电源模块故障时，另一个电源模块仍然能够为电动助力转向系统供电，进而提高电动助力转向系统工作的可靠性。
33.在本实施例中，电动助力转向系统还包括位置传感器组件7，位置传感器组件7安装在转向马达3上，以用于采集转向马达3的位置信息，且位置传感器组件7还与电动助力转向控制器2通信连接，以将采集到的转向马达3的位置信息传递给电动助力转向控制器2。
34.这样，位置传感器组件7将采集到的转向马达3的位置信息传递给电动助力转向控制器2，电动助力转向控制器2还将结合位置传感器组件7传递的转向马达3的位置信息进行计算，从而实现对转向马达3的反馈控制。
35.在本实施例中，位置传感器组件7包括第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器和第二位置传感器均安装在转向马达3上，以分别对转向马达3的位置信息进行采集。
36.这样，第一位置传感器和第二位置传感器互为冗余，保证对转向马达3位置采集信号的稳定性。
37.一种如上述智能驾驶汽车的冗余式电动助力转向系统的工作方法，包括以下步骤：步骤1）感知传感器组件感知环境信息，并将感知到的环境信息数据传递给智能驾驶域控制器1；步骤2）智能驾驶域控制器1根据接收到的感知传感器组件传递的环境信息数据，结合地图定位信息，经过感知算法和规划控制算法计算出车辆预期行驶路径，并通过两路can总线输出转向控制信息到电动助力转向控制器2，转向控制信息包含车速信息、唤醒信息、方向盘转角信息、转角/扭矩指令等；步骤3）电动助力转向控制器2根据接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息，结合转角传感器组件5和扭矩传感器组件6传递的方向盘的转角扭矩值信息进行计算，并根据计算结果输出转向控制信号到转向马达3；步骤4）转向马达3根据转向控制信号输出驱动力到转向齿轮4以实现车辆的转向。
38.在本实施例中，步骤2）中，当主can总线正常通信时，智能驾驶域控制器1通过主can总线输出转向控制信息到电动助力转向控制器2；当主can总线故障时，智能驾驶域控制
器1通过副can总线输出转向控制信息到电动助力转向控制器2；步骤3）中，当主can总线正常通信时，第一can总线芯片21通过主can总线接收智能驾驶域控制器1的转向控制信息，并将接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息传递给第一电动助力转向控制芯片23，第一电动助力转向控制芯片23向转向马达3发出转向控制信号；当主can总线故障时，第二can总线芯片22通过副can总线接收智能驾驶域控制器1的转向控制信息，并将接收到的智能驾驶域控制器1的转向控制信息传递给第二电动助力转向控制芯片24，第二电动助力转向控制芯片24向转向马达3发出转向控制信号。
39.在本实施例中，主can总线故障的判断方法为：电动助力转向控制器2无法接收主can总线的信号、或接收到主can总线的故障持续时间超过5个周期。
40.在本实施例中，将主can总线的工作状态以主控通道状态字的形式赋值给第一电动助力转向控制芯片23，将副can总线的工作状态以备份通道状态字的形式赋值给第二电动助力转向控制芯片24；步骤3）中，当主can总线正常通信时，转向马达3接收第一电动助力转向控制芯片23发出的转向控制信号；当第一电动助力转向控制芯片23接收不到第一can总线芯片21的转向控制信息、或第一电动助力转向控制芯片23接收到主can总线故障的主控通道状态字且持续时间超过5个周期时，第二电动助力转向控制芯片24向转向马达3发出转向控制信号。
41.这样，当第一电动助力转向控制芯片23与第一can总线芯片21的通信故障时，通过第二电动助力转向控制芯片24向转向马达3发出转向控制信号，由此进一步提高系统工作的可靠性。
42.在本实施例中，步骤3）中，电动助力转向控制器2还将结合位置传感器组件7传递的转向马达3的位置信息进行计算。
43.本发明电动助力转向系统完整的工作方法为：iecu（智能驾驶域控制器1）通过采集感知传感器组件的数据，经过逻辑计算通过主can总线及辅can总线输出转向控制指令，电动助力转向控制器2采集智能驾驶域控制器1输出的转角及扭矩指令、车速信号及唤醒信号，与智能驾驶域控制器1进行实时通讯。
44.iecu与epsecu（电动助力转向控制器2）通过主、辅can总线进行连接实现双can冗余通讯；当智能驾驶车辆正常行驶（主can总线正常通信）时，epsecu接受来自主can总线的信息，并与iecu通过主can总线实施信息交互，执行电动助力转向系统的闭环控制；当主can总线出现故障，即epsecu接收不到主can总线的信号或接收到主can总线的故障状态字且持续时间超过5个周期，epsecu接受辅can总线信息实施电动助力转向控制。
45.同时，epsecu采集方向盘的转角、扭矩及转向马达3的位置信号，进行综合逻辑计算，最终输出pwm信号，控制转向马达3动作，转向马达3输出驱动力驱动转向齿轮4执行车辆转向。
46.其中epsecu通过冗余的第一can总线芯片21、第二can总线芯片22及第一电动助力转向控制芯片23和第二电动助力转向控制芯片24执行冗余控制，且第一电动助力转向控制芯片23与第二电动助力转向控制芯片24之间进行实施通讯与诊断。
47.当智能驾驶车辆启动时，系统自动进行赋值，将主控通道状态字赋值给第一电动助力转向控制芯片23，将备份通道状态字赋值给第二电动助力转向控制芯片24；当车辆正
常运行时，转向马达3接收第一can总线芯片21发出的控制指令，执行车辆转向控制；当第一电动助力转向控制芯片23接收不到转角/扭矩指令及其他信号，或当第一电动助力转向控制芯片23接收到主can总线故障的主控通道状态字且持续时间超过5个周期，第二电动助力转向控制芯片24进行接管，并执行车辆转向指令。
48.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。