一种线控转向容错装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种线控转向容错装置及其控制方法，该容错装置包括信号采集单元、电子控制单元和执行机构，信号采集单元采集方向盘和第二转向柱管转角的传感器，并发送给电子控制单元，电子控制单元根据转角信号控制转向电机、路感电机和电磁锁止器的锁止和断开，实现正常转向和故障时的机械连接，保证车辆在任何情况下都不丧失转向能力。本发明专利技术装置结构紧凑，所占空间小，在电机发生故障时，能够转变为电机助力转向模式或者纯机械转向模式，对转向系统没有影响。

A fault-tolerant device of steer by wire and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种线控转向容错装置及其控制方法
本专利技术属于转向系统
，具体涉及一种线控转向容错装置及其控制方法。
技术介绍
汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，从而改善了汽车的操纵性，并且提高了乘坐的舒适性。线控转向系统的工作原理：用传感器检测驾驶员的转向数据，然后通过数据总线将转向信号传递给整车的电子控制单元，电子转向装置再通过总线将转向信息传递给转向执行装置；转向执行装置通过转向器从而带动车轮转动一定的角度，最终实现整个转向系统的运动。转向系统控制车轮转到需要的角度，并将车轮的转角和转动转矩反馈到转向操纵机构，以使驾驶员获得路感，这种路感的大小可以根据不同的情况由电子控制单元调整。随着对线控转向的研究深入发现了系统发生电气故障时所带来的安全性问题。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成部分之一。现有的线控转向失效保护主要有硬件冗余、软件容错以及机械保护三种，而已有的技术中大多是对三种方法的融合。其中，对于机械保护所提出的结构大多采用离合器结构进行电气失效保护，但是这种结构只是断开了传动轴的连接，并未减小安装空间，并且在车辆撞击过程中还是有可能造成转向盘对驾驶员的冲击；另外，电机失效后还可能会发生电机转子的机械卡死或电气卡死现象，大多数结构都未作出相应的处理。
技术实现思路
为此，本专利技术提出一种线控转向容错装置及其控制方法，本专利技术在电机发生故障后能够转变为电机助力转向模式或者纯机械转向模式，保证驾驶员任何情况下对于汽车的转向操纵能力，减小容错装置所占空间以及机械连接的时间。本专利技术采用的技术方案为：一种线控转向容错装置，包括同轴设置的第一转向柱管和第二转向柱管，第一转向柱管内设有衔接柱，衔接柱通过螺旋弹簧与第一转向柱管顶端固定连接，衔接柱上端套接第一电磁锁止器，第一电磁锁止器与第一转向柱管固定；第一转向柱管外部设有第一转向柱管转角传感器、第二电磁锁止器；第二转向柱管顶端焊接有衔接套；第二转向柱管外部设有第二转向柱管转角传感器、第三电磁锁止器；第一转向柱管转角传感器、第二转向柱管转角传感器、第一电磁锁止器、第二电磁锁止器、第三电磁锁止器均与ECU连接，ECU还与路感电机和转向电机连接，第二电磁锁止器、第三电磁锁止器分别通过外部焊接的齿轮与路感电机、转向电机啮合。上述技术方案，所述第一转向柱管内壁上的凸起与衔接柱上的凹槽相配合，实现衔接柱与第一转向柱管同步转动。上述技术方案，所述衔接套上端设置收口，衔接柱下落后与衔接套通过花键衔接，花键孔最上端设置倒角衔接柱下落后与衔接套通过花键衔接。上述技术方案，所述第一转向柱管与方向盘固定连接。上述技术方案，所述第二转向柱管与转向器固定连接。一种线控转向容错装置的控制方法，包括如下步骤：步骤(1)，ECU判断转向电机是否发生故障，当转向电机发生故障时，执行步骤(2)；若转向电机未发生故障时，执行步骤(3)；步骤(2)，ECU判断路感电机是否发生故障，当路感电机发生故障时，ECU控制第一电磁锁止器、第二电磁锁止器和第三电磁锁止器断开，进入纯机械模式；若路感电机未发生故障，ECU控制第三电磁锁止器和第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入电机助力模式；步骤(3)，ECU判断路感电机是否发生故障，当路感电机未发生故障时，进入线控转向模式；当路感电机发生故障时，ECU控制第二电磁锁止器和第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入电机助力模式。进一步，所述步骤(2)中第一电磁锁止器断开前，ECU由调节的角度Δα判定衔接柱和衔接套是否需要角度校准，若Δα<2或Δα>8，则不需要进行角度校准，ECU控制第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入路感电机助力模式；若2≤Δα≤8，ECU控制路感电机转动Δα，ECU控制第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入路感电机助力模式。进一步，所述步骤(3)中第一电磁锁止器断开前，ECU由调节的角度Δα判定衔接柱和衔接套是否需要角度校准，若Δα<2或Δα>8，则不需要进行角度校准，ECU控制第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入转向电机助力模式；若2≤Δα≤8，ECU控制转向电机转动Δα，ECU控制第一电磁锁止器断开，衔接柱和衔接套结合，进入转向电机助力模式。更进一步，所述角度Δα＝mod(|α1-α2|,10)，其中α1为第一转向柱管转角传感器采集的信号，α2为第二转向柱管转角传感器采集的信号，mod表示取余数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在电机发生故障时，根据判断故障电机位置进入相应的模式进行故障处理，从而保证汽车的安全性能。当进行机械连接时，首先断开与故障电机对应的电磁锁止器，然后判断是否需要进行角度校准，若需要则由未发生故障的电机对容错装置进行角度校准，否则直接断开容错装置的电磁锁止器，从而快速实现机械连接。若此时有未发生故障的电机，该电机则可以进行转向助力。因此，本专利技术具有的优点包括：1.结构紧凑，所占空间小：本专利技术的执行机构主要在第一转向柱管部分，第一转向柱管集成螺旋弹簧、第一电磁锁止器、衔接柱等多个部分；在电机未发生故障时，衔接柱与衔接套之间的间距较大，减小了转向系统的布置空间和安装的难易程度。2.系统的反应速度快：本专利技术在电机发生故障时能够实现第一转向柱管和第二转向柱管的机械连接；角度误差较小时，容错装置直接结合，角度误差较大时，未故障电机微调转向柱管角度后容错装置再结合，均能快速实现转向系统的机械连接。3.本专利技术在电机发生故障时，能够直接断开电机与转向柱管之间的连接，保证故障电机对转向系统无影响。4.本专利技术在汽车发生撞击时，由于第一、第二转向柱管之间具有较大间距，能够减小转向系变形对驾驶员造成的影响，从而提供一级缓冲。附图说明图1为本专利技术一种线控转向容错装置的结构示意图；图2为本专利技术中第一转向柱管约束衔接柱的示意图；图3为本专利技术中衔接套的主视图；图4为本专利技术中衔接套的俯视图；图5为本专利技术电子控制流程图；图6为本专利技术角度校准判断的流程图；图7为本专利技术故障发生后实现机械连接的示意图。图中，1、方向盘；2、螺旋弹簧；3、第一电磁锁止器；4第一转向柱管转角传感器；5、第二电磁锁止器；6、衔接柱；7、衔接套；8、第三电磁锁止器；9、第二转向柱管转角传感器；10、转向器；11、第一转向柱管；12、路感电机；13、ECU；14、转向电机；15、第二转向柱管。具体实施方式下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线控转向容错装置，其特征在于：包括同轴设置的第一转向柱管(11)和第二转向柱管(15)，第一转向柱管(11)内设有衔接柱(6)，衔接柱(6)通过螺旋弹簧(2)与第一转向柱管(11)顶端固定连接，衔接柱(6)上端套接第一电磁锁止器(3)，第一电磁锁止器(3)与第一转向柱管(11)固定；第一转向柱管(11)外部设有第一转向柱管转角传感器(4)、第二电磁锁止器(5)；第二转向柱管(15)顶端焊接有衔接套(7)；第二转向柱管(15)外部设有第二转向柱管转角传感器(9)、第三电磁锁止器(8)；第一转向柱管转角传感器(4)、第二转向柱管转角传感器(9)、第一电磁锁止器(3)、第二电磁锁止器(5)、第三电磁锁止器(8)均与ECU(13)连接，ECU(13)还与路感电机(12)和转向电机(14)连接，第二电磁锁止器(5)、第三电磁锁止器(8)分别通过外部焊接的齿轮与路感电机(12)、转向电机(14)啮合。/n

【技术特征摘要】
1.一种线控转向容错装置，其特征在于：包括同轴设置的第一转向柱管(11)和第二转向柱管(15)，第一转向柱管(11)内设有衔接柱(6)，衔接柱(6)通过螺旋弹簧(2)与第一转向柱管(11)顶端固定连接，衔接柱(6)上端套接第一电磁锁止器(3)，第一电磁锁止器(3)与第一转向柱管(11)固定；第一转向柱管(11)外部设有第一转向柱管转角传感器(4)、第二电磁锁止器(5)；第二转向柱管(15)顶端焊接有衔接套(7)；第二转向柱管(15)外部设有第二转向柱管转角传感器(9)、第三电磁锁止器(8)；第一转向柱管转角传感器(4)、第二转向柱管转角传感器(9)、第一电磁锁止器(3)、第二电磁锁止器(5)、第三电磁锁止器(8)均与ECU(13)连接，ECU(13)还与路感电机(12)和转向电机(14)连接，第二电磁锁止器(5)、第三电磁锁止器(8)分别通过外部焊接的齿轮与路感电机(12)、转向电机(14)啮合。


2.根据权利要求1所述的线控转向容错装置，其特征在于：所述第一转向柱管(11)内壁上的凸起与衔接柱(6)上的凹槽相配合，实现衔接柱(6)与第一转向柱管(11)同步转动。


3.根据权利要求1所述的线控转向容错装置，其特征在于：所述衔接套(7)上端设置收口，衔接柱(6)下落后与衔接套(7)通过花键衔接，花键孔最上端设置倒角。


4.根据权利要求1所述的线控转向容错装置，其特征在于：所述第一转向柱管(11)与方向盘(1)固定连接。


5.根据权利要求1所述的线控转向容错装置，其特征在于：所述第二转向柱管(15)与转向器(10)固定连接。


6.一种线控转向容错装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)，ECU(13)判断转向电机(14)是否发生故障，当转向电机(14)发生故障时，执行步骤(2)；若转向电机(14)未发生故障时，执行步骤(3)；
步骤(2)，ECU(13)判断路感电机(12)是否发生故障，当路感电机(12)发生故障时，ECU(13)控...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兴，刘振宇，王峰，江昕炜，解炬，苏鹏威，张健，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32