一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法，该系统的转向执行机构由冗余电动液压助力转向系统模块和轮毂电机差速转向系统模块两部分组成，该系统既可实现差速转向功能，同时可通过冗余电动液压助力转向系统模块实现助力转向功能，防止由于轮毂电机发生故障使车辆无法转向，保证了车辆的行驶安全。

A vehicle steer by wire system, fault tolerant control method and fault diagnosis method

The invention discloses a vehicle steering-by-wire system, a fault-tolerant control method and a fault diagnosis method. The steering actuator of the system consists of a redundant electro-hydraulic power steering system module and a hub motor differential steering system module. The system can realize the differential steering function as well as the redundant electro-hydraulic power steering system. The pressure-assisted power steering system module realizes the power steering function, prevents the vehicle from turning because of the hub motor fault, and ensures the vehicle's driving safety.

【技术实现步骤摘要】
一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法
本专利技术属于车辆转向系统
，具体指代一种重型车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法。
技术介绍
随着科技的发展，汽车的传统转向系统也迎来了革新，出现了线控转向系统，通过ECU控制车轮上的轮毂电机实现汽车的转向。线控转向系统将车辆转向系统从传统机械转向机构中解放出来，形成一种全新的四轮可独立转向的先进转向系统。与传统的转向系统相比，它具有更多的可控自由度，因此可以实现常规汽车无法完成的原地转向，斜行以及横向移动等特殊功能，极大的提高了汽车的机动性能。现今重型汽车上的转向系统多采用电动液压助力转向系统，该助力转向系统具有良好的转向轻便性以及操纵稳定性，它兼顾液压助力转向系统的操作柔顺性以及电动助力转向系统的经济性，克服了传统机械转向系统笨重，操纵困难的缺点；为此，电动液压助力转向系统得到了广泛地应用。对于线控转向系统来说，如果该系统的控制元件或者轮毂电机出现问题时，便会导致汽车的转向系统不能进行及时有效的转向操作，大大地增加了车辆行驶的安全隐患，因此对于线控转向系统，容错控制很重要，必须考虑软件容错与硬件容错相结合，才能更好的保证车辆行驶的安全性。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法，以实现线控转向操作，并且在线控转向系统出现问题时，能及时发现并转由电液复合转向系统进行转向操作，更好保障行车安全。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种车辆线控转向系统，包括：转向盘，转向轴，转矩传感器，循环球转向器，转向摇臂，转向节臂，转向梯形，轮毂电机，电子控制单元，助力电机，转向助力泵，高压油管，控制阀，转阀，液压助力缸，回油油管，油箱，轮毂电机控制器，速度/加速度传感器及车轮；所述的转向盘连接转向轴的力矩输入端，转矩传感器置于转向轴的力矩输出端和循环球转向器的输入端之间，并与电子控制单元相连接，力矩经转向摇臂，转向节臂，转向梯形输出至车轮；速度/加速度传感器与电子控制单元相连接，电子控制单元将接收到的速度/加速度传感器传输的速度/加速度信号传给助力电机，助力电机通过转向助力泵将电能转化为液压能，液压能通过转向助力泵，高压油管，控制阀，转阀传给液压助力缸，液压助力缸将液压能转化为机械能传给转向梯形，转向梯形再将机械能输出至车轮；电子控制单元还将接收到的速度/加速度信号传给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器将信号传给轮毂电机，轮毂电机驱动车轮进行转向操作；所述助力电机，转向助力泵，油箱，高压油管，控制阀，转阀，液压助力缸及回油油管构成冗余电动液压助力转向系统模块；轮毂电机控制器和轮毂电机构成轮毂电机差速转向系统模块；其中，电子控制单元通过电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流对助力电机进行控制，驱动转向助力泵工作，使油液经由高压油管流至控制阀、转阀、液压助力缸，结束循环的工作液经由回油油管回流至油箱；电子控制单元通过电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流对轮毂电机控制器进行控制，轮毂电机控制器将轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流传给轮毂电机，然后轮毂电机驱动车轮进行转向操作。本专利技术的一种车辆线控转向系统的容错控制方法，包括步骤如下：1)判断传感器传给电子控制单元的信号电流I3是否大于电子控制单元控制判断电流I0，若“否”则电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块完成转向操作；若“是”则电子控制单元对传感器传来的信号进行分析计算，产生电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流I4并传递给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器对传递来的信号进行计算分析，进入步骤2)；2)判断电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流I4是否大于轮毂电机控制器控制判断电流I1，若“否”则轮毂电机控制器进行分析，得出轮毂电机控制器发生故障，不能执行转向指令，从而将轮毂电机控制器传给电子控制单元的反馈电流I6传到电子控制单元中，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机控制器产生轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流I5并传给轮毂电机，进入步骤3)；3)判断轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流I5是否大于轮毂电机控制判断电流I2，若“否”则轮毂电机进行分析得到轮毂电机出现故障，不能执行转向操作，从而将轮毂电机传给电子控制单元的反馈电流I7传递给电子控制单元，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机执行轮毂电机控制器传来的信号，进行转向操作，完成转向。本专利技术的一种车辆线控转向系统的故障诊断方法，包括步骤如下：设定确切的采集数据时间间隔Ts，分别采集系统中两个轮毂电机及助力电机C的信息，即：轮毂电机A的电流、电压、转角速度信息；轮毂电机B的电流、电压、转角速度信息；助力电机C的电流、电压、转角速度信息；采集完成后分别对轮毂电机A、B和助力电机C进行信息综合处理分析；设定轮毂电机A低转速为ωA，轮毂电机B低转速为ωB，轮毂电机A低电流为IA，轮毂电机B低电流为IB；当轮毂电机A、轮毂电机B同时满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当轮毂电机A、轮毂电机B两者中存在低转速，低电流大于设定值时，则对超过设定低转速，低电流的轮毂电机进行轮毂电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：轮毂电机A和B电阻残差阈值为ΔRA，轮毂电机A和B电流残差阈值为ΔIA；当轮毂电机A、轮毂电机B同时满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当轮毂电机A、轮毂电机B两者中存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为Ne，在Ts周期内，若未达到故障累积阈值Ne，则认为轮毂电机工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值Ne，认为轮毂电机存在故障，故障界定为故障；对于助力电机C设定低转速为ωC，低电流为IC，当助力电机C满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当助力电机C存在低转速，低电流大于设定值时，则对该助力电机C进行电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：助力电机C电阻残差阈值为ΔRB，助力电机C电流残差阈值为ΔIB；当助力电机C满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当助力电机C存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为Ne，在Ts周期内，若未达到故障累积阈值Ne，则认为助力电机C工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值Ne，认为助力电机C存在故障，故障界定为故障。优选地，所述故障诊断算法采用自适应卡尔曼滤波技术的直流电机参数估计算法，该算法具体表示为：设定电机模型为式中u表示电机的电枢电压，i表示电机的电枢电流，R表示电机的内阻，k表示电机的反电动势系数，L表示电机的电感，ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆线控转向系统，其特征在于，包括：转向盘(1)，转向轴(2)，转矩传感器(3)，循环球转向器(4)，转向摇臂(5)，转向节臂(6)，转向梯形(7)，轮毂电机(8)，电子控制单元(9)，助力电机(10)，转向助力泵(11)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)，液压助力缸(15)，回油油管(16)，油箱(17)，轮毂电机控制器(18)，速度/加速度传感器(19)及车轮(20)；所述的转向盘(1)连接转向轴(2)的力矩输入端，转矩传感器(3)置于转向轴(2)的力矩输出端和循环球转向器(4)的输入端之间，并与电子控制单元(9)相连接，力矩经转向摇臂(5)，转向节臂(6)，转向梯形(7)输出至车轮(20)；速度/加速度传感器(19)与电子控制单元(9)相连接，电子控制单元(9)将接收到的速度/加速度传感器(19)传输的速度/加速度信号传给助力电机(10)，助力电机(10)通过转向助力泵(11)将电能转化为液压能，液压能通过转向助力泵(11)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)传给液压助力缸(15)，液压助力缸(15)将液压能转化为机械能传给转向梯形(7)，转向梯形(7)再将机械能输出至车轮(20)；电子控制单元(9)还将接收到的速度/加速度信号传给轮毂电机控制器(18)，轮毂电机控制器(18)将信号传给轮毂电机(8)，轮毂电机(8)驱动车轮(20)进行转向操作；所述助力电机(10)，转向助力泵(11)，油箱(17)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)，液压助力缸(15)及回油油管(16)构成冗余电动液压助力转向系统模块；轮毂电机控制器(18)和轮毂电机(8)构成轮毂电机差速转向系统模块；其中，电子控制单元(9)通过电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流对助力电机(10)进行控制，驱动转向助力泵(11)工作，使油液经由高压油管(12)流至控制阀(13)、转阀(14)、液压助力缸(15)，结束循环的工作液经由回油油管(16)回流至油箱(17)；电子控制单元(9)通过电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流对轮毂电机控制器(18)进行控制，轮毂电机控制器(18)将轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流传给轮毂电机(8)，然后轮毂电机(8)驱动车轮(20)进行转向操作。...

【技术特征摘要】
1.一种车辆线控转向系统，其特征在于，包括：转向盘(1)，转向轴(2)，转矩传感器(3)，循环球转向器(4)，转向摇臂(5)，转向节臂(6)，转向梯形(7)，轮毂电机(8)，电子控制单元(9)，助力电机(10)，转向助力泵(11)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)，液压助力缸(15)，回油油管(16)，油箱(17)，轮毂电机控制器(18)，速度/加速度传感器(19)及车轮(20)；所述的转向盘(1)连接转向轴(2)的力矩输入端，转矩传感器(3)置于转向轴(2)的力矩输出端和循环球转向器(4)的输入端之间，并与电子控制单元(9)相连接，力矩经转向摇臂(5)，转向节臂(6)，转向梯形(7)输出至车轮(20)；速度/加速度传感器(19)与电子控制单元(9)相连接，电子控制单元(9)将接收到的速度/加速度传感器(19)传输的速度/加速度信号传给助力电机(10)，助力电机(10)通过转向助力泵(11)将电能转化为液压能，液压能通过转向助力泵(11)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)传给液压助力缸(15)，液压助力缸(15)将液压能转化为机械能传给转向梯形(7)，转向梯形(7)再将机械能输出至车轮(20)；电子控制单元(9)还将接收到的速度/加速度信号传给轮毂电机控制器(18)，轮毂电机控制器(18)将信号传给轮毂电机(8)，轮毂电机(8)驱动车轮(20)进行转向操作；所述助力电机(10)，转向助力泵(11)，油箱(17)，高压油管(12)，控制阀(13)，转阀(14)，液压助力缸(15)及回油油管(16)构成冗余电动液压助力转向系统模块；轮毂电机控制器(18)和轮毂电机(8)构成轮毂电机差速转向系统模块；其中，电子控制单元(9)通过电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流对助力电机(10)进行控制，驱动转向助力泵(11)工作，使油液经由高压油管(12)流至控制阀(13)、转阀(14)、液压助力缸(15)，结束循环的工作液经由回油油管(16)回流至油箱(17)；电子控制单元(9)通过电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流对轮毂电机控制器(18)进行控制，轮毂电机控制器(18)将轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流传给轮毂电机(8)，然后轮毂电机(8)驱动车轮(20)进行转向操作。2.一种车辆线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，包括步骤如下：1)判断传感器传给电子控制单元的信号电流I3是否大于电子控制单元控制判断电流I0，若“否”则电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块完成转向操作；若“是”则电子控制单元对传感器传来的信号进行分析计算，产生电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流I4并传递给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器对传递来的信号进行计算分析，进入步骤2)；2)判断电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流I4是否大于轮毂电机控制器控制判断电流I1，若“否”则轮毂电机控制器进行分析，得出轮毂电机控制器发生故障，不能执行转向指令，从而将轮毂电机控制器传给电子控制单元的反馈电流I6传到电子控制单元中，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机控制器产生轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流I5并传给轮毂电机，进入步骤3)；3)判断轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流I5是否大于轮毂电机控制判断电流I2，若“否”则轮毂电机进行分析得到轮毂电机出现故障，不能执行转向操作，从而将轮毂电机传给电子控制单元的反馈电流I7传递给电子控制单元，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流I8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机执行轮毂电机控制器传来的信号，进行转向操作，完成转向。3.一种车辆线控转向系统的故障诊断方法，其特征在于，包括步骤如下：设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔岩，栾众楷，赵万忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32