自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法，两个电子助力转向单元；其中，每一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；转角转矩传感器用于输出扭矩信号与角度信号；处理器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；处理器还用于根据扭矩值控制与其对应连接的电机，控制车辆实现转向。本发明专利技术实现了电子转向系统的全冗余，能够满足自动驾驶的安全要求。

Redundant Electronic Steering System and Control Method of Auto-driving Vehicle

The invention discloses a redundant electronic steering system and a control method for an automatic driving vehicle, two electronic power steering units, in which each electronic power steering unit includes a processor, angular torque sensors and motors connected with the processor respectively; angular torque sensors are used to output torque signals and angular signals; and processors are also used to output torque signals and angular signals according to current expectations. The steering wheel angle signal, torque signal and angle signal are used to calculate the total output torque K of the whole system, and the output torque of each electronic power steering unit is calculated according to the distribution mechanism. The processor is also used to control the motor corresponding to the steering unit according to the torque value and control the vehicle to realize steering. The invention realizes the full redundancy of the electronic steering system and meets the safety requirements of automatic driving.

【技术实现步骤摘要】
自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法
本专利技术属于汽车电子转向
，具体涉及一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法。
技术介绍
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CN2652762Y公开了一种具备监控功能的EPS，它可以实现对EPS信号采集电路、助力转向电动机以及其驱动电路的监控，以分别对上述监控对象进行保护以及使系统能通过CAN总线收发电路与外界进行通讯交流，并使系统具有故障自诊断能力，及时发出故障警报，提醒驾驶人员注意安全。但该系统一旦故障，转向系统只能切换成普通无助力的转向形式。该系统同样是针对基于驾驶员转向提高助力进行设计的，故仍满足不了自动驾驶的功能安全要求。又如CN101308383B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，有必要开发一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统及控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，以满足自动驾驶的安全要求。本专利技术的另一目的是提高一种自动驾驶车辆的冗余电子转向控制方法，以满足自动驾驶的安全要求。本专利技术所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，包括：两个电子助力转向单元，用于控制车辆转向；其中，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；所述转角转矩传感器用于输出当前方向盘实际扭矩信号与角度信号,并发送给与其相连接的处理器；所述处理器用于从汽车总线上获取当前期望的方向盘转角信号；所述处理器还用于根据当前期望的方向盘转角信号,以及从转角转矩传感器获得的角度信号，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；所述处理器还根据该扭矩值控制与其对应连接的电机，控制所述车辆实现转向；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，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机工作，共同控制车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K，a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值；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接管系统，单独控制所述车辆实现转向。进一步，当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：0.4K≤a≤0.6K。当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：a=0.5K；即两个电子助力转向单元各输出0.5K；当两个电子助力转向单元均正常时，由于两个电子助力转向单元是均匀做功，故不会有一方出现过损耗的问题；当某一个电子助力转向单元中的任意一个节点出现故障失效时，另一个电子助力转向单元的输出能够快速地从0.5K提升到目标值K，相对于从0提升到目标值，其响应速度会更快，故本系统能够满足自动驾驶的安全要求。进一步，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；该中央控制器被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，并发送至汽车总线上。还包括：安全控制器，该安全控制器通过汽车总线分别与两个处理器连接，在所述中央控制器失效时，该安全控制器接替中央控制器；实现了控制器的冗余，在监测到中央控制器出现故障失效时，本系统还能够通过安全控制器将当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器，以确保系统正常运行。所述安全控制器被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，在监测到中央控制器未失效时，不发送当前期望的方向盘转角信号给两个处理器，或将该当前期望的方向盘转角信号添加无效标签，并将带无效标签的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器；另外，当中央控制器未失效时，安全控制器不发出或发出带有无效标签的当前期望的方向盘转角信号，故能够保证同一时间发送至电子助力转向单元的当前期望的方向盘转角信号只有一路信号为有效信号。进一步，还包括：电源模块，分别为中央控制器和两个电子转向单元供电，该电源模块分别与中央控制器以及两个电子转向单元电连接。所述电源模块包括：所述主电源分别与中央控制器以及其中一电子助力转向单元电连接；所述从电源分别与安全控制器以及另一电子助力转向单元电连接；本技术方案实现了电源的冗余，当其中一个电源出现故障时，通过另一个电源还能够确保一路电子助力转向单元正常工作。所述中央控制器通过网关、第一汽车总线与两个处理器连接；因中央控制器除了处理转向系统的数据外，还需要处理车辆上其他系统的数据，所以中央中控器将与转向系统有关的信息通过网关转发至两个处理器。所述安全控制器通过第二汽车总线与两个处理器连接；中央控制器通过第一汽车总线与两个电子助力转向单元进行通信，安全控制器通过第二汽车总线与两个电子助力转向单元进行通信，当第一汽车总线出现故障失效时，第二汽车总线还能够保证制动系统能够正常运行，故提高了自动驾驶的安全性和可靠性。两个处理器之间还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；优选为采用两条通信线，即实现通信线的冗余，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。每个电机的峰值扭矩分别为车辆所需最大扭矩值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，即使有一个电机发生故障，另一个电机也能够满足车辆的转向要求。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，在单点失效情本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，包括：两个电子助力转向单元，用于控制车辆转向；其中，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）；所述转角转矩传感器（1）用于输出当前方向盘实际扭矩信号与角度信号,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,以及从转角转矩传感器获得的角度信号，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）还根据该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；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，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机（3）工作，共同控制车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K， a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值；当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。...

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，包括：两个电子助力转向单元，用于控制车辆转向；其中，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）；所述转角转矩传感器（1）用于输出当前方向盘实际扭矩信号与角度信号,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,以及从转角转矩传感器获得的角度信号，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）还根据该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；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，并按照各自当前所需输出的扭矩值控制对应的电机（3）工作，共同控制车辆实现转向，两个电子助力转向单元需输出的扭矩值应满足以下公式：a+b=K，且0.3K≤a≤0.7K，a为其中一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值，b为另一个电子助力转向单元当前所需输出的扭矩值；当其中一个电子助力转向单元中的处理器（2），或转角转矩传感器（1），或电机（3）出现失效时，另一个正常的电子助力转向单元接管系统，单独控制所述车辆实现转向。2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：0.4K≤a≤0.6K。3.根据权利要求2所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于：当两个电子助力转向单元均正常时，所述a满足：a=0.5K。4.根据权利要求1至3任一所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，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）被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，并发送至汽车总线上。5.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，还包括：安全控制器（8），该安全控制器（8）分别与两个处理器（2）连接，在所述中央控制器（4）失效时，该安全控制器（8）接替所述中央控制器（4）。6.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆的冗余电子转向系统，其特征在于，所述安全控制器（8）被配置为：用于计算当前期望的方向盘转角信号，在监测到中央控制器（4）未失效时，不发送当前期望的方向盘转角信号给两个处理器（2），或将该当前期望的方向盘转角信号添加无效标签，并将带无效标签的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器（2）；在监测到中央控制器（4）失效时，所述安全控制器（8）直接将所计算出的当前期望的方向盘转角信号发送给两个处理器（2）。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建强，丁可，孔周维，周增碧，梁锋华，何举刚，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50