一种具备冗余电机的智能汽车线控转向装置及控制方法与流程

1.本发明涉及汽车转向助力技术领域，具体为一种具备冗余电机的智能汽车线控转向装置及控制方法。


背景技术：

2.线控转向系统由于其结构紧凑、安装布置方便且可以实现驾驶员与车辆运动控制之间的解耦，在智能辅助驾驶领域和无人驾驶领域有着广泛的应用前景。l2/l3级智能辅助驾驶系统对车辆转向系统提出了更高的功能安全需求。
3.但是现有技术在实际使用时，线控转向系统由于方向盘和转向器无机械结构连接，当转向电机或路感电机其中一个发生故障时，将会带来严重的安全隐患甚至造成人员及财产损失，安全性较低限制了线控转向系统在更高安全级别智能驾驶领域的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具备冗余电机的智能汽车线控转向装置及控制方法，以解决转向电机或路感电机其中一个发生故障时，将会带来严重的安全隐患甚至造成人员及财产损失，安全性较低限制了线控转向系统在更高安全级别智能驾驶领域应用的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括：
6.上转向器，所述上转向器包括方向盘、转向管柱、第一tas传感器、路感电机和蜗轮减速器，所述转向管柱固定连接在方向盘的底部，所述蜗轮减速器固定连接在转向管柱的底部，且第一tas传感器设置在蜗轮减速器的表面，以使第一tas传感器检测驾驶员施加在方向盘的转矩信号及转角信号，所述路感电机固定连接在蜗轮减速器的一端，以使路感电机为蜗轮减速器的驱动提供动力，所述路感电机的内部设有与第一tas传感器同时进行角度校验的第一电角度传感器；
7.下转向器，所述下转向器包括第二tas传感器、转向电机和齿轮齿条转向器，所述第二tas传感器的一端转动设有小齿轮，且小齿轮啮合在齿轮齿条转向器的表面，所述转向横拉杆的数量为两个，且转向横拉杆固定连接在齿轮齿条转向器的两端，所述转向横拉杆远离齿轮齿条转向器位置的一端转动连接有车轮，其中一个所述转向横拉杆与齿轮齿条转向器相对面的一端固定设有用于配合齿轮齿条转向器和转向横拉杆驱动车轮转向的皮带轮减速器，且转向电机固定设置在皮带轮减速器的一端，以使转向电机为皮带轮减速器的驱动提供动力，所述转向电机的内部设有与第二tas传感器同时进行角度转角校验的第二电角度传感器；
8.电子控制单元，所述电子控制单元的连接端分别通过导线与第一tas传感器、路感电机、第二tas传感器和转向电机的连接端连接。
9.优选的，所述第一tas传感器和第二tas传感器的角度解析功能分别与第一电角度传感器和第二电角度传感器为相同性质冗余。
10.优选的，所述路感电机和转向电机均分别为双冗余电机，且路感电机和转向电机
内部的线圈均分别为具有a和b两组的双绕组线圈。
11.一种基于上述的具备冗余电机的智能汽车线控转向装置的控制方法，包括辅助驾驶模式控制方法和自动驾驶模式控制方法；
12.所述辅助驾驶模式控制方法包括以下步骤：
13.步骤一：电子控制单元采集车速、挡位、方向盘的转角和转矩信号，完成初始化；
14.步骤二：第一tas传感器和第二tas传感器的角度解析与第一电角度传感器和第二电角度传感器的检测是否出现故障，如果“否”，则进入步骤三，如果“是”进入步骤五；
15.步骤三：路感电机的a或b两相绕组与转向电机的a或b两相绕组是否同时故障，如果“否”，则进入步骤四，如果“是”，则进入步骤五；
16.步骤四：路感电机的a或b两相绕组是否同时故障，如果“否”，进入步骤六，如果“是”，进入步骤二十三；
17.步骤五：向电子控制单元发出停止转向信号；
18.步骤六：路感电机的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤七，如果“否”，则进入步骤十二；
19.步骤七：路感电机的b相绕组正常进行转向工作，并判断转向电机的a和b两相绕组是否同时故障，如果“是”，则进入步骤八，如果“否”，进入步骤九；
20.步骤八：向电子控制单元发出停止转向信号；
21.步骤九：转向电机的a相绕组是否故障，如果“是”，则进入步骤十，如果“否”，则进入步骤十一；
22.步骤十：路感电机的b相绕组与转向电机的b相绕组正常进行工作，进行转向；
23.步骤十一：路感电机的b相绕组与转向电机的a和b两相绕组同时进行工作，进行转向；
24.步骤十二：路感电机的b相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤十三，如果“否”，则进入步骤十八；
25.步骤十三：转向电机的a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤十四，如果“否”，则进入步骤十五；
26.步骤十四：向电子控制单元发出停止转向信号；
27.步骤十五：转向电机的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤十六，如果“否”，则进入步骤十七；
28.步骤十六：路感电机的a相绕组与转向电机的b相绕组正常进行工作，进行转向；
29.步骤十七：路感电机的a相绕组与转向电机的a和b两相绕组同时进行工作，进行转向；
30.步骤十八：路感电机a或b两相绕组均正常进行工作，并判断转向电机a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤十九，如果“否”，则进入步骤二十；
31.步骤十九：向电子控制单元发出停止转向信号；
32.步骤二十：转向电机的a相是否发生故障，如果“是”，则进入步骤二十一，如果“否”，则进入步骤二十二；
33.步骤二十一：路感电机的a和b两相绕组、转向电机a相绕组正常进行工作，进行转向；
34.步骤二十二：路感电机的a和b两相绕组、转向电机的a和b同时进行工作，进行转向；
35.步骤二十三：路感电机的a和b两相绕组均不工作，此时路感电机不产生任何阻力矩，第一tas传感器正常检测方向盘的转角，功能安全降级，判断转向电机的a和b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤二十四，如果“否”，则进入步骤二十五；
36.步骤二十四：向电子控制单元发出停止转向信号；
37.步骤二十五：转向电机的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤二十六，如果“否”，则进入步骤二十七；
38.步骤二十六：转向电机的b相绕组正常进行工作，进行转向；
39.步骤二十七：转向电机的a和b两相绕组均正常进行工作，进行转向；
40.所述自动驾驶模式控制方法包括以下步骤：
41.s1：电子控制单元采集车速、挡位、方向盘的转角和转矩信号，完成初始化；
42.s2：第一tas传感器和第二tas传感器的角度解析与第一电角度传感器和第二电角度传感器的检测是否出现故障，如果“否”，则进入s3，如果“是”进入s4；
43.s3：判断驾驶员是否接管方向盘，如果“是”，则进入s4，如果“否”，则进入s5；
44.s4：从自动驾驶模式切换为辅助驾驶模式；
45.s5：转向电机的a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入s6，如果“否”，则进入s7；
46.s6：向电子控制单元发出停止转向信号；
47.s7：转向电机的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入s8，如果“否”，则进入s9；
48.s8：转向电机的b相绕组正常进行工作；
49.s9：转向电机的a和b两相绕组正常进行工作。
50.优选的，所述步骤s4中自动驾驶模式切换为辅助驾驶模式的条件为：
51.第一tas传感器监测到驾驶员施加在方向盘上的力矩值大于2.5nm，且持续时间超过0.5s。
52.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
53.1、本发明提供两种控制方法，第一种为辅助驾驶模式控制方法，在此模式下当路感电机或转向电机的六相有三相损坏时，转向系统仍可正常工作，第二种为自动驾驶模式控制方法，在此模式下，即使当路感电机完全损坏转向电机在三相和六相状态下也可接收电子控制单元发出的转向指令，实现转向，本发明路感电机和转向电机均采用冗余电机，占用空间小空间布置更加紧凑，安全性和可靠性更高，可在更高安全级别智能驾驶领域应用。
附图说明
54.图1为本发明所述具备冗余电机的智能汽车线控转向装置整体结构示意图；
55.图2为本发明所述辅助驾驶模式下的控制方法流程图；
56.图3为本发明所述自动驾驶模式下的控制方法流程图；
57.图4为本发明所述冗余电机内部绕组结构示意图。
58.图中：1、方向盘；2、转向管柱；3、第一tas传感器；4、路感电机；5、蜗轮减速器；6、第二tas传感器；7、转向电机；8、车轮；9、转向横拉杆；10、小齿轮；11、齿轮齿条转向器；12、皮
带轮减速器；13、电子控制单元。
具体实施方式
59.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
60.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：包括：
61.上转向器，上转向器包括方向盘1、转向管柱2、第一tas传感器3、路感电机4和蜗轮减速器5，转向管柱2固定安装在方向盘1的底部，蜗轮减速器5固定安装在转向管柱2的底部，且第一tas传感器3安装在蜗轮减速器5的表面，以使第一tas传感器3检测驾驶员施加在方向盘1的转矩信号及转角信号，路感电机4固定安装在蜗轮减速器5的一端，以使路感电机4为蜗轮减速器5的驱动提供动力，路感电机4的内部设有与第一tas传感器3同时进行角度校验的第一电角度传感器，同时第一电角度传感器将故障传送给电子控制单元13；
62.下转向器，下转向器包括第二tas传感器6、转向电机7和齿轮齿条转向器11，第二tas传感器6的一端转动设有小齿轮10，且小齿轮10啮合在齿轮齿条转向器11的表面，转向横拉杆9的数量为两个，且转向横拉杆9固定安装在齿轮齿条转向器11的两端，转向横拉杆9远离齿轮齿条转向器11位置的一端转动连接有车轮8，其中一个转向横拉杆9与齿轮齿条转向器11相对面的一端固定设有用于配合齿轮齿条转向器11和转向横拉杆9驱动车轮8转向的皮带轮减速器12，且转向电机7固定安装在皮带轮减速器12的一端，以使转向电机7为皮带轮减速器12的驱动提供动力，转向电机7的内部设有与第二tas传感器6同时进行角度转角校验的第二电角度传感器，同时第二电角度传感器将故障传送给电子控制单元13；
63.电子控制单元13，电子控制单元13的连接端分别通过导线与第一tas传感器3、路感电机4、第二tas传感器6和转向电机7的连接端连接。
64.第一tas传感器3和第二tas传感器6的角度解析功能分别与第一电角度传感器和第二电角度传感器为相同性质冗余，第一电角度传感器和第二电角度传感器可以在一定测量范围内对第一tas传感器3和第二tas传感器6解析的角度进行验证，并将角度故障上传给电子控制单元13。
65.路感电机4和转向电机7均分别为双冗余电机，且路感电机4和转向电机7内部的线圈均分别为具有a和b两组的双绕组线圈，每组线圈有单独的供电模块、电机控制模块、电源管理模块以及mcu主控模块，两套电机驱动模块经过spi通讯接收来自电子控制单元13的控制信号，正常工作时，a和b两套绕组协同工作，为路感电机4和转向电机7提供转向所需的转矩或转角，当其中一套绕组及控制系统出现问题时，主控制器协调另一套绕组和控制器系统提高电流输出，以满足转向所需的转矩。
66.一种基于上述的具备冗余电机的智能汽车线控转向装置的控制方法，包括辅助驾驶模式控制方法和自动驾驶模式控制方法；
67.辅助驾驶模式控制方法包括以下步骤：
68.步骤一：电子控制单元13采集车速、挡位、方向盘1的转角和转矩信号，完成初始化；
69.步骤二：第一tas传感器3和第二tas传感器6的角度解析与第一电角度传感器和第二电角度传感器的检测是否出现故障，如果“否”，则进入步骤三，如果“是”进入步骤五；
70.步骤三：路感电机4的a或b两相绕组与转向电机7的a或b两相绕组是否同时故障，如果“否”，则进入步骤四，如果“是”，则进入步骤五；
71.步骤四：路感电机4的a或b两相绕组是否同时故障，如果“否”，进入步骤六，如果“是”，进入步骤二十三；
72.步骤五：向电子控制单元13发出停止转向信号；
73.步骤六：路感电机4的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤七，如果“否”，则进入步骤十二；
74.步骤七：路感电机4的b相绕组正常进行转向工作，并判断转向电机7的a和b两相绕组是否同时故障，如果“是”，则进入步骤八，如果“否”，进入步骤九；
75.步骤八：向电子控制单元13发出停止转向信号；
76.步骤九：转向电机7的a相绕组是否故障，如果“是”，则进入步骤十，如果“否”，则进入步骤十一；
77.步骤十：路感电机4的b相绕组与转向电机7的b相绕组正常进行工作，进行转向；
78.步骤十一：路感电机4的b相绕组与转向电机7的a和b两相绕组同时进行工作，进行转向；
79.步骤十二：路感电机4的b相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤十三，如果“否”，则进入步骤十八；
80.步骤十三：转向电机7的a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤十四，如果“否”，则进入步骤十五；
81.步骤十四：向电子控制单元13发出停止转向信号；
82.步骤十五：转向电机7的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤十六，如果“否”，则进入步骤十七；
83.步骤十六：路感电机4的a相绕组与转向电机7的b相绕组正常进行工作，进行转向；
84.步骤十七：路感电机4的a相绕组与转向电机7的a和b两相绕组同时进行工作，进行转向；
85.步骤十八：路感电机4a或b两相绕组均正常进行工作，并判断转向电机7a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤十九，如果“否”，则进入步骤二十；
86.步骤十九：向电子控制单元13发出停止转向信号；
87.步骤二十：转向电机7的a相是否发生故障，如果“是”，则进入步骤二十一，如果“否”，则进入步骤二十二；
88.步骤二十一：路感电机4的a和b两相绕组、转向电机7a相绕组正常进行工作，进行转向；
89.步骤二十二：路感电机4的a和b两相绕组、转向电机7的a和b同时进行工作，进行转向；
90.步骤二十三：路感电机4的a和b两相绕组均不工作，此时路感电机4不产生任何阻力矩，第一tas传感器3正常检测方向盘1的转角，功能安全降级，判断转向电机7的a和b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入步骤二十四，如果“否”，则进入步骤二十五；
91.步骤二十四：向电子控制单元13发出停止转向信号；
92.步骤二十五：转向电机7的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入步骤二十六，如果“否”，则进入步骤二十七；
93.步骤二十六：转向电机7的b相绕组正常进行工作，进行转向；
94.步骤二十七：转向电机7的a和b两相绕组均正常进行工作，进行转向；
95.自动驾驶模式控制方法包括以下步骤：
96.s1：电子控制单元13采集车速、挡位、方向盘1的转角和转矩信号，完成初始化；
97.s2：第一tas传感器3和第二tas传感器6的角度解析与第一电角度传感器和第二电角度传感器的检测是否出现故障，如果“否”，则进入s3，如果“是”进入s4；
98.s3：判断驾驶员是否接管方向盘1，如果“是”，则进入s4，如果“否”，则进入s5；
99.s4：从自动驾驶模式切换为辅助驾驶模式；
100.s5：转向电机7的a或b两相绕组是否同时发生故障，如果“是”，则进入s6，如果“否”，则进入s7；
101.s6：向电子控制单元13发出停止转向信号；
102.s7：转向电机7的a相绕组是否发生故障，如果“是”，则进入s8，如果“否”，则进入s9；
103.s8：转向电机7的b相绕组正常进行工作；
104.s9：转向电机7的a和b两相绕组正常进行工作。
105.步骤s4中自动驾驶模式切换为辅助驾驶模式的条件为：
106.第一tas传感器3监测到驾驶员施加在方向盘1上的力矩值大于2.5nm，且持续时间超过0.5s。
107.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
108.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。