一种三电机线控转向系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三电机线控转向系统及其控制方法，该系统包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块。转向盘模块用于驾驶员操作控制车辆转向，转向模块包括第一离合器、第三电机、行星齿轮机构、第二离合器、第一电机、第二电机、转向齿轮和转向齿条，ECU控制模块中ECU读取车辆行驶速度、转向盘的转角信号、转向杆的转矩信号、各电机控制器反馈的电流等信号，分析判断车辆所处转向工况，进而控制各电机运行和离合器开闭，电机动力经过行星齿轮机构进行耦合、分配后配合离合器开闭，实现转向系统不同转向模式的切换，进而满足不同转向工况的需求以及系统的安全性。

A Three-motor Wire-controlled Steering System and Its Control Method

The invention discloses a three-motor wire-controlled steering system and its control method, which comprises steering wheel module, steering module and ECU control module. Steering wheel module is used for driver to control vehicle steering. Steering module includes first clutch, third motor, planetary gear mechanism, second clutch, first motor, second motor, steering gear and steering rack. In ECU control module, ECU reads vehicle speed, steering wheel angle signal, steering rod torque signal and feedback current of motor controller. No. 3, analysis and judgment of vehicle steering conditions, and then control the operation of each motor and clutch opening and closing, motor power through the planetary gear mechanism coupling, distribution, with clutch opening and closing, to achieve different steering mode switching of steering system, and then meet the needs of different steering conditions and system safety.

【技术实现步骤摘要】
一种三电机线控转向系统及其控制方法
本专利技术涉及线控转向
，尤其涉及一种兼顾响应速率与可靠性的三电机线控转向系统及其控制方法。
技术介绍
汽车转向系统的发展经历了如下阶段：机械式转向系统、液压助力转向系统(HydraulicPowerSteerting，简称HPS)、电控液压助力转向系统(ElectricalHydraulicPowerSteering，简称EHPS)以及电动助力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)。随着控制理论与车辆电子技术的不断发展，汽车的线控转向系统(Steering-By-Wire，简称SBW)技术也已经成为国内外一个热门的研究课题。线控转向系统作为最新一代的转向系统，与传统转向系统相比，具有明显的技术优势。线控转向系统去掉了方向盘和转向轮之间的机械连接，减少了路面的冲击，降低了噪声，消除了碰撞时方向柱对驾驶员的伤害，增大了驾驶员腿部活动空间，提高了驾驶舒适度。车辆转向时，不再依靠传统的机械连接，而是依靠三组电子控制单元(ECU)进行控制，根据行驶路况和方向盘转动力度、速度进行综合计算，从而指挥转向电机机构实现转向。对于线控转向系统的稳定可靠及安全性，在系统设计中大量引入了“冗余设计”的理念，比如：传感器的冗余、电机的冗余、车载电源系统的冗余等，这使得系统复杂、成本较高。国外一些汽车公司采用了系统冗余、容错技术和出现故障回到传统机械的模式等三种方式解决可靠性的问题。例如在英菲尼迪Q50的线控系统中，当任意一个ECU被监测到出现了问题时，备用模式将立刻通过一个离合器被激活，恢复到传统的机械传动转向模式，然而此转向系统仍旧存在着在如整车断电等极端情况下转向系统还能够可靠工作的问题。Becker等提出一种电控液压的线控转向系统(专利号US20160068182A1)，该装置通过两路电机泵控制转向轮缸的压力，驱动两侧横拉杆左右移动，但电机建立液压的响应速度慢，高压油管路增加的漏油及存在气泡等不可靠因素，且无法实现线控转向失效后的直接机械连接。杨林等提出一种混合型线控转向系统(专利号201610989594.2)，该系统路感电机和助力电机分开，只用一套转向执行电机驱动双排行星齿轮减速器，再经蜗杆齿条带动横拉杆左右移动，方向盘和转向轮之间具有实时可控的力传递特性和角传递特性，在系统失效时通过离合器恢复到机械转向状态，但该系统结构复杂且转向响应速率较慢，电机在转向频繁时需要改变频繁改变电机转向，系统稳定性差且电机使用寿命缩短。
技术实现思路
本专利技术提出了一种结构原理简单、模式选择多样、系统可靠、安全性高、响应速率快的线控转向系统及其控制方法，具体是一种兼顾响应速率与可靠性的三电机线控转向系统及其控制方法，利用三电机系统，经过行星齿轮进行转矩分配，配合离合器实现多模式切换、转向响应快、系统可靠性的目的，满足不同车辆转向系统不同工况的需求。本专利技术系统的技术方案是：一种三电机线控转向系统，包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块；转向盘模块包括转向盘、转角转矩传感器、转向杆、路感电机及减速器，转向盘与转向杆的一端相连，转角转矩传感器安装在转向杆上，路感电机通过减速器与转向杆相连；转向模块包括第一离合器、第三电机、行星齿轮机构、第二离合器、第一电机、第二电机、转向齿轮和转向齿条，行星齿轮机构包括行星架、齿圈和太阳轮，转向杆的一端与第一离合器一端相连，第一离合器另一端与行星架一端固定，行星架另一端与太阳轮相连，太阳轮与转向齿轮、转向齿条依次相连，行星架上固定第二离合器，第二离合器与齿圈相连，齿圈与第一电机、第二电机相连，行星架还与第三电机相连；ECU控制模块包括ECU、第三电机控制器、第一电机控制器、第二电机控制器和路感电机控制器，第三电机控制器、第一电机控制器、第二电机控制器和路感电机控制器分别与第三电机、第一电机、第二电机和路感电机导线连接；转向模块中，将第一电机、第二电机和第三电机不同状态下的动力经过行星齿轮机构进行耦合、分配，再配合第一离合器和第二离合器的开闭，组成多种模式，实现转向系统的不同转向模式的切换，满足不同转向工况需求。一种三电机线控转向系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1)，ECU读取车速、转向盘转角、转向杆转矩信号以及电机反馈的电流信号与工作状态信息；步骤2)，监测电机是否出现故障，若电机未出现故障，进入步骤3)，若电机出现故障，进入步骤4)；步骤3)，将当前车速与预设车速v0进行比较，当车速小于预设车速v0时，转向系统进入“大转矩模式”，当车速大于预设车速v0时，转向系统进入“敏捷模式”；步骤4)，判断第三电机是否故障，是则进入步骤5)，否则进入步骤7)；步骤5)，判断第一电机与第二电机是否工作正常，是则转向系统进入“单电机模式”，否则进入步骤6)；步骤6)，判断第一电机与第二电机是否均故障，是则转向系统进入“失效模式”，否则表明第一电机与第二电机其中之一故障，转向系统进入“冗余单电机模式”；步骤7)，判断第一电机是否故障，是则进入步骤8)，否则进入步骤9)；步骤8)，判断第二电机是否故障，是则转向系统进入“第三电机助力模式”，否则表明第二电机工作正常，进入步骤10)；步骤9)，第一电机工作正常，则第二电机故障，进入步骤10)；步骤10)，第一电机与第二电机其中之一故障、另一工作正常，进一步将当前车速与预设车速v0进行比较，当车速小于预设车速v0时，转向系统进入“冗余大转矩模式”，当车速大于预设车速v0时，转向系统进入“冗余敏捷模式”；步骤11)，将电机电流信号与工作状态，反馈至ECU，形成闭环控制。进一步，所述“大转矩模式”为一种线控转向模式，第一离合器断开，第二离合器闭合，行星架与齿圈固连，ECU通过电机控制器控制电机完成转向，其中第一电机与第二电机工作状态一致。进一步，所述“敏捷模式”为一种线控转向模式，第一离合器、第二离合器均断开，ECU通过电机控制器控制电机完成转向，其中第一电机与第二电机工作状态一致；其中将太阳轮作为行星齿轮机构输出轴，行星架与齿圈作为输入轴，在第一电机与第二电机输出稳定转速的情况下，改变第三电机的转速大小，使太阳轮的旋转方向发生转变。进一步，所述“冗余大转矩模式”为一种线控转向模式，第一电机与第二电机其中之一故障、另一工作正常，第一离合器断开，第二离合器闭合，ECU通过电机控制器控制电机完成转向；其中，第一电机与第二电机中无故障的电机输出量为第一电机与第二电机正常工作时输出量的总和。进一步，所述“冗余敏捷模式”为一种线控转向模式，第一电机与第二电机其中之一故障、另一工作正常，第一离合器、第二离合器均断开，ECU通过电机控制器控制第一电机与第二电机中无故障的电机和第三电机完成转向；其中，第一电机与第二电机中无故障的电机输出量为第一电机与第二电机正常工作时输出量的总和。进一步，所述“第三电机助力模式”为一种电动助力转向模式，第一电机与第二电机均故障，而第三电机工作正常，第一离合器、第二离合器均闭合，ECU计算第三电机的助力转向电流，驾驶员施加转向力与ECU控制的第三电机施加转向助力完成转向。进一步，所述“单电机模式”为一种线控转向模式，第三电机故障，第一电机与第二电机工作正常，第一离合器断开、第二离合器闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电机线控转向系统，其特征在于，包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块；转向盘模块包括转向盘(2)、转角转矩传感器(3)、转向杆(4)、路感电机(5)及减速器(7)，转向盘(2)与转向杆(4)的一端相连，转角转矩传感器(3)安装在转向杆(4)上，路感电机(5)通过减速器(7)与转向杆(4)相连；转向模块包括第一离合器(8)、第三电机(9)、行星齿轮机构、第二离合器(12)、第一电机(14)、第二电机(16)、转向齿轮(19)和转向齿条(20)，行星齿轮机构包括行星架(11)、齿圈(13)和太阳轮(18)，转向杆(4)的一端与第一离合器(8)一端相连，第一离合器(8)另一端与行星架(11)一端固定，行星架(11)另一端与太阳轮18)相连，太阳轮(18)与转向齿轮(19)、转向齿条(20)依次相连，行星架(11)上固定第二离合器(12)，第二离合器(12)与齿圈(13)相连，齿圈(13)与第一电机(14)、第二电机(16)相连，行星架(11)还与第三电机(9)相连；ECU控制模块包括ECU(1)、第三电机控制器(10)、第一电机控制器(15)、第二电机控制器(17)和路感电机控制器(6)，第三电机控制器(10)、第一电机控制器(15)、第二电机控制器(17)和路感电机控制器(6)分别与第三电机(9)、第一电机(14)、第二电机(16)和路感电机(5)导线连接；所述转向模块中，将第一电机(14)、第二电机(16)和第三电机(9)不同状态下的动力经过行星齿轮机构进行耦合、分配，再配合第一离合器(8)和第二离合器(12)的开闭，组成多种模式，实现转向系统的不同转向模式的切换，满足不同转向工况需求。...

【技术特征摘要】
1.一种三电机线控转向系统，其特征在于，包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块；转向盘模块包括转向盘(2)、转角转矩传感器(3)、转向杆(4)、路感电机(5)及减速器(7)，转向盘(2)与转向杆(4)的一端相连，转角转矩传感器(3)安装在转向杆(4)上，路感电机(5)通过减速器(7)与转向杆(4)相连；转向模块包括第一离合器(8)、第三电机(9)、行星齿轮机构、第二离合器(12)、第一电机(14)、第二电机(16)、转向齿轮(19)和转向齿条(20)，行星齿轮机构包括行星架(11)、齿圈(13)和太阳轮(18)，转向杆(4)的一端与第一离合器(8)一端相连，第一离合器(8)另一端与行星架(11)一端固定，行星架(11)另一端与太阳轮18)相连，太阳轮(18)与转向齿轮(19)、转向齿条(20)依次相连，行星架(11)上固定第二离合器(12)，第二离合器(12)与齿圈(13)相连，齿圈(13)与第一电机(14)、第二电机(16)相连，行星架(11)还与第三电机(9)相连；ECU控制模块包括ECU(1)、第三电机控制器(10)、第一电机控制器(15)、第二电机控制器(17)和路感电机控制器(6)，第三电机控制器(10)、第一电机控制器(15)、第二电机控制器(17)和路感电机控制器(6)分别与第三电机(9)、第一电机(14)、第二电机(16)和路感电机(5)导线连接；所述转向模块中，将第一电机(14)、第二电机(16)和第三电机(9)不同状态下的动力经过行星齿轮机构进行耦合、分配，再配合第一离合器(8)和第二离合器(12)的开闭，组成多种模式，实现转向系统的不同转向模式的切换，满足不同转向工况需求。2.一种三电机线控转向系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，ECU(1)读取车速、转向盘转角、转向杆转矩信号以及电机反馈的电流信号与工作状态信息；步骤2)，监测电机是否出现故障，若电机未出现故障，进入步骤3)，若电机出现故障，进入步骤4)；步骤3)，将当前车速与预设车速v0进行比较，当车速小于预设车速v0时，转向系统进入“大转矩模式”，当车速大于预设车速v0时，转向系统进入“敏捷模式”；步骤4)，判断第三电机(9)是否故障，是则进入步骤5)，否则进入步骤7)；步骤5)，判断第一电机(14)与第二电机(16)是否工作正常，是则转向系统进入“单电机模式”，否则进入步骤6)；步骤6)，判断第一电机(14)与第二电机(16)是否均故障，是则转向系统进入“失效模式”，否则表明第一电机(14)与第二电机(16)其中之一故障，转向系统进入“冗余单电机模式”；步骤7)，判断第一电机(14)是否故障，是则进入步骤8)，否则进入步骤9)；步骤8)，判断第二电机(16)是否故障，是则转向系统进入“第三电机助力模式”，否则表明第二电机(16)工作正常，进入步骤10)；步骤9)，第一电机(14)工作正常，则第二电机(16)故障，进入步骤10)；步骤10)，第一电机(14)与第二电机(16)其中之一故障、另一工作正常，进一步将当前车速与预设车速v0进行比较，当车速小于预设车速v0时，转向系统进入“冗余大转矩模式”，当车速大于预设车速v0时，转向系统进入“冗余敏捷模式”；步骤11)，将电机电流信号与工作状态，反馈至ECU(1)，形成闭环控制。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，张健，徐兴，陈龙，李勇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32