一种多模式双余度主动转向系统总成及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多模式双余度主动转向系统总成及控制方法，多模式双余度主动转向系统总成包括转向管柱式电动转向装置、主动前轮转向装置、中间轴、小齿轮式电动转向装置和控制模块ECU，所述转向管柱式电动转向装置与主动前轮转向装置连接，所述主动前轮转向装置与中间轴连接，所述中间轴与所述小齿轮式电动转向装置连接，所述转向管柱式电动转向装置上设置有第一转矩转角传感器，所述小齿轮式电动转向装置上设置有第二转矩转角传感器。本发明专利技术通过冗余电动转向满足高级自动驾驶对转向安全与容错需求，通过主动前轮转向实现游戏模式下转向盘路感模拟时车轮静默的功能，也实现自动驾驶情况下车轮转动时转向盘静默及车辆的主动车道保持与稳定性控制。动车道保持与稳定性控制。动车道保持与稳定性控制。

【技术实现步骤摘要】
一种多模式双余度主动转向系统总成及控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车转向系统
，具体涉及一种多模式双余度主动转向系统总成及控制方法。

技术介绍

[0002]自动驾驶与智能座舱是车辆未来发展的趋势，自动驾驶的安全性与容错性，驾驶舒适性是目前的热点问题，为了使智能汽车实现辅助驾驶和无人驾驶的功能，转向系统也需要做出相应的改进。传统电动助力式的主动转向系统冗余度不够、无法实现转向盘与转向轮之间的角度解耦的问题，难以满足自动驾驶车辆对于稳定性与安全性以及智能座舱多功能转向的要求。专利CN106184350A公布了一种多模式的四轮转向系统及转向模式控制方法，融合了电动助力转向、主动前轮转向、线控转向三种转向系统，主动前轮转向布置在电动助力转向之前，前轮转向电机即主动前轮转向的电机，助力电机为电动助力转向的电机，助力电机与减速机构间还设计了离合器，并不能起到路感模拟、冗余等作用。专利CN110126911A公开了一种满足标准ASIL_D的无人驾驶冗余转向装置，仅在线控转向路感和执行之间加装了电磁离合器来实现单系统有故障时通过结合离合器来实现有转向执行能力的功能。
[0003]上述技术方案已不能满足高等级自动驾驶和智能座舱所需要的转向需求，考虑到未来部分自动驾驶智能汽车需要保证有较高的安全性的自动转向功能，同时需要保证手动驾驶的功能，以及对智能座舱功能的拓展。目前实现转向系统转角解耦功能常采用线控转向技术，其缺点在于没有硬连接导致反馈较为虚假，驾驶员没有良好的路感反馈，同时，线控转向技术需要较高功率的转向执行电机和复杂的算法实现，也限制了线控转向在智能汽车上的运用。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0005]一种多模式双余度主动转向系统总成，包括转向管柱式电动转向装置、主动前轮转向装置、中间轴、小齿轮式电动转向装置和控制模块ECU，所述转向管柱式电动转向装置与主动前轮转向装置连接，所述主动前轮转向装置与中间轴连接，所述中间轴与所述小齿轮式电动转向装置连接，所述转向管柱式电动转向装置上设置有第一转矩转角传感器，所述小齿轮式电动转向装置上设置有第二转矩转角传感器，所述控制模块ECU分别与所述转向管柱式电动转向装置、所述主动前轮转向装置、所述小齿轮式电动转向装置、所述第一转矩转角传感器和所述第二转矩转角传感器电连接。
[0006]本专利技术进一步设置为所述转向管柱式电动转向装置包括转向管柱输入轴、第一电机、第一蜗杆和第一蜗轮，所述第一电机通过所述第一蜗杆与所述第一蜗轮传动连接，所述第一蜗轮与所述转向管柱输入轴连接，所述第一电机与所述控制模块ECU电连接。
[0007]本专利技术进一步设置为所述第一转矩转角传感器连接在所述转向管柱输入轴上。
[0008]本专利技术进一步设置为所述主动前轮转向装置包括行星架、上排太阳轮、上排行星轮、下排太阳轮、下排行星轮、转向管柱输出轴、第二电机、第二蜗杆和第二蜗轮，所述上排太阳轮与所述上排行星轮传动连接，所述下排太阳轮与所述下排行星轮传动连接，所述上排行星轮和所述下排行星轮分别与行星轮轴固定连接，所述行星轮轴两端靠所述行星架支撑，所述上排太阳轮连接所述转向管柱式电动转向装置的输出轴，所述下排太阳轮连接所述转向管柱输出轴，所述转向管柱输出轴与所述小齿轮式电动转向装置通过中间轴传动连接，所述第二电机通过所述第二蜗杆与所述第二蜗轮连接，所述第二蜗轮与所述行星架固定连接，所述第二电机与所述控制模块ECU电连接。
[0009]本专利技术进一步设置为所述小齿轮式电动转向装置包括小齿轮输入轴、第三电机、第三蜗杆、第三蜗轮和齿轮齿条转向器，所述第三电机通过所述第三蜗杆与所述第三蜗轮连接，所述第三蜗轮与所述小齿轮输入轴连接，所述小齿轮输入轴与所述中间轴连接，所述小齿轮输入轴上设置有小齿轮，所述小齿轮与所述齿轮齿条转向器传动连接，所述第三电机与所述控制模块ECU电连接。
[0010]本专利技术进一步设置为所述第二转矩转角传感器连接在所述小齿轮输入轴上。
[0011]本专利技术进一步设置为所述齿轮齿条转向器包括齿条、转向拉杆、转向节和转向轮，所述齿条与所述小齿轮传动连接，所述齿条与所述转向拉杆连接，所述转向拉杆与所述转向节连接，所述转向节与所述转向轮连接。
[0012]本专利技术进一步设置为所述中间轴采用的是万向节传动轴。
[0013]本专利技术进一步设置为所述控制模块ECU还采集车速信号、发动机点火信号、车辆横摆角速度信号和预瞄路面信息。
[0014]一种多模式双余度主动转向控制方法，采用上述的多模式双余度主动转向系统总成，包括以下驾驶模式：
[0015]非自动驾驶模式，第一转矩转角传感器接收转向盘的转矩转角信号，控制模块ECU依据车速信号与车辆横摆角速度信号，驱动第一电机进行助力控制，驱动第二电机进行主动控制，保证车辆主动转向功能并优化手感，第二转矩转角传感器接收小齿轮输入轴的转矩转角信号，控制模块ECU依据车速信号与车辆横摆角速度信号，驱动第三电机进行助力控制；
[0016]自动驾驶模式，当转向盘保持静默状态时，第二转矩转角传感器接收小齿轮输入轴上转矩转角信号，控制模块ECU依据车速信号、车辆横摆角速度信号和预瞄路面信息，驱动第三电机进行转角伺服控制，第二电机根据小齿轮输入轴转角信号叠加转角以维持转向盘静默，第一电机不工作，即转向器的转角全由主动前轮转向装置叠加转角而产生，如下式(1)，
[0017][0018]式中，θ
M
表示转向叠加角度，表示转向管柱输出轴转向角度，即第二转矩转角传感器检测的转角，
[0019]当第一转矩转角传感器接收到合适的转向盘转矩转角信号，即判定转向盘非静默下，控制模块ECU对第一电机与第三电机中的至少一个电机进行转角伺服控制，第二电机不工作；
[0020]故障驾驶模式，在非自动驾驶模式或自动驾驶模式下，当控制模块ECU检测到第一电机工作异常时，系统处于第一电机故障驾驶模式，发出警报，第二转矩转角传感器接收小齿轮输入轴上转矩转角信号，控制模块ECU依据车速信号、车辆横摆角速度信号与预瞄路面信息，驱动第三电机进行助力转向或转角伺服控制，第一电机与第二电机不工作；当控制模块ECU检测到第三电机工作异常时，系统处于第三电机故障驾驶模式，发出警报，第一转矩转角传感器接收转向盘转矩转角信号，控制模块ECU依据车速信号、车辆横摆角速度信号与预瞄路面信息，驱动第一电机进行助力转向或转角伺服控制，第二电机与第三电机不工作；
[0021]游戏驾驶模式，当控制模块ECU检测到车速信号为0且系统无故障时，进入游戏驾驶模式，第一转矩转角传感器接收转向盘的转矩转角信号，驱动第一电机进行助力控制，模拟游戏中车辆所需的转向手感，驱动第二电机根据转向盘转角进行反方向叠加转向，使转向管柱输出轴的转角为0，如下式(2)，
[0022]θ
M
＝
‑
θ
S
，
ꢀꢀꢀ
(2)
[0023]式中，θ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，包括转向管柱式电动转向装置、主动前轮转向装置、中间轴、小齿轮式电动转向装置和控制模块ECU，所述转向管柱式电动转向装置与主动前轮转向装置连接，所述主动前轮转向装置与中间轴连接，所述中间轴与所述小齿轮式电动转向装置连接，所述转向管柱式电动转向装置上设置有第一转矩转角传感器，所述小齿轮式电动转向装置上设置有第二转矩转角传感器，所述控制模块ECU分别与所述转向管柱式电动转向装置、所述主动前轮转向装置、所述小齿轮式电动转向装置、所述第一转矩转角传感器和所述第二转矩转角传感器电连接。2.根据权利要求1所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述转向管柱式电动转向装置包括转向管柱输入轴、第一电机、第一蜗杆和第一蜗轮，所述第一电机通过所述第一蜗杆与所述第一蜗轮传动连接，所述第一蜗轮与所述转向管柱输入轴连接，所述第一电机与所述控制模块ECU电连接。3.根据权利要求2所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述第一转矩转角传感器连接在所述转向管柱输入轴上。4.根据权利要求1所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述主动前轮转向装置包括行星架、上排太阳轮、上排行星轮、下排太阳轮、下排行星轮、转向管柱输出轴、第二电机、第二蜗杆和第二蜗轮，所述上排太阳轮与所述上排行星轮传动连接，所述下排太阳轮与所述下排行星轮传动连接，所述上排行星轮和所述下排行星轮分别与行星轮轴固定连接，所述行星轮轴两端靠所述行星架支撑，所述上排太阳轮连接所述转向管柱式电动转向装置的输出轴，所述下排太阳轮连接所述转向管柱输出轴，所述转向管柱输出轴与所述小齿轮式电动转向装置通过中间轴传动连接，所述第二电机通过所述第二蜗杆与所述第二蜗轮连接，所述第二蜗轮与所述行星架固定连接，所述第二电机与所述控制模块ECU电连接。5.根据权利要求1所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述小齿轮式电动转向装置包括小齿轮输入轴、第三电机、第三蜗杆、第三蜗轮和齿轮齿条转向器，所述第三电机通过所述第三蜗杆与所述第三蜗轮连接，所述第三蜗轮与所述小齿轮输入轴连接，所述小齿轮输入轴与所述中间轴连接，所述小齿轮输入轴上设置有小齿轮，所述小齿轮与所述齿轮齿条转向器传动连接，所述第三电机与所述控制模块ECU电连接。6.根据权利要求5所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述第二转矩转角传感器连接在所述小齿轮输入轴上。7.根据权利要求5所述的一种多模式双余度主动转向系统总成，其特征在于，所述齿轮齿条转向器包括齿条、转向拉杆、转向节和转向轮，所述齿条与所述小齿轮传动连接，所述齿条与所述转向拉杆连接，所述转向拉杆与所述转向节连接，所述转向节与所述转向轮连接。8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种多模式双余度主动转向系...

【专利技术属性】
技术研发人员：施国标，刘廷阳，王帅，乔鹏飞，宋铭昊，郭琮，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：