一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，助力转向系统包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；有益效果：可以为驾驶员接管方向盘预留了充足的时间，并通过报警装置提醒驾驶员，有效的保证了转向系统的安全。

A new redundant electric power steering system for L3 automatic driving vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统
本技术涉及一种电动助力转向系统，特别涉及一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统。
技术介绍
目前，根据相关划分标准，智能辅助驾驶分为五个等级，从低到高分别为L1-L5。近年来，随着自动驾驶技术的发展，国内外许多车企都在积极推进从L2级自动驾驶过渡到L3级自动驾驶的计划。其中于2018上市的全新AudiA8，就宣称已经能实现美国汽车工程师协会(SAE)规定的L3级别自动驾驶技术，而日韩厂商中现代、本田和丰田将计划于2020年量产L3系统，此外，2019年7月奔驰和宝马也在自动驾驶领域展开合作，计划于2021年量产L3系统。对于机械(如小齿轮、齿条等)而言，只要其强度和疲劳满足系统要求，自然不会导致“突然失去助力”情况的发生。而对于电机、传感器和控制单元来说，则存在电机绕组失效、传感器和控制器电子元器件失效。在L2安全等级下，这些失效都会导致EPS终止提供助力，由电动助力状态转入到纯机械状态，以保障车辆和乘员的安全。满足L3等级自动驾驶的车辆，能够在高速公路上自动设定车辆时速为120km/h，每秒钟车辆行驶的距离为33.33m，如果在转向过程中EPS某个部件发生了故障而不能得到及时有效处理，很明显会发生严重的安全事故。如何确保L3等级自动驾驶车辆的EPS在发生单点或有限多点失效时仍是安全的，是当下急需要解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决L3等级自动驾驶的车辆在自动驾驶过程中如何保证行驶安全的问题而提供的一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统。本技术提供的新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，第一助力系统、第二助力系统和报警装置均与主控制器相连接，主控制器控制第一助力系统、第二助力系统和报警装置的工作，主控制器还与车辆的CAN主线相连接。方向盘上装配有压力传感器，压力传感器与主控制器相连接，压力传感器能够把获得的数据实时传输给主控制器。第一中间轴上装配有转矩转角传感器，转矩转角传感器为两通道冗余转矩转角传感器，每个通道均能获取独立的方向盘转矩转角信号，转矩转角传感器与主控制器相连接，转矩转角传感器能够把获取的数据实时传输给主控制器。连接第一转矩耦合器和第二转矩耦合器的第二中间轴上装配有第一电磁离合器，第一电磁离合器与主控制器相连接并由主控制器控制工作。第一助力系统和第二助力系统的结构相同，第一助力系统和第二助力系统均包括有助力电机、转矩传感器、减速器和第二电磁离合器，其中助力电机的控制端与主控制器相连，主控制器根据车速信号和方向盘转矩信号或期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号来控制助力电机输出转矩，助力电机的输出端与减速器的输入端相连，减速器的输出端与第二电磁离合器的输入端相连接，第二电磁离合器的控制端与主控制器相连，通过主控制器实时控制第二电磁离合器的接合和断开，第二电磁离合器的输出端连接到第二转矩耦合器，转矩传感器装配在助力电机和减速器相连接的轴上，用于实时检测助力电机的输出转矩，转矩传感器与主控制器相连接，转矩传感器能够把助力电机的输出转矩实时传输给主控制器。主控制器为ECU,主控制器采用的是JTEKT公司开发的具有双冗余自诊断功能的控制器，主控制器内部装配有两个相互独立的芯片，能够对采集到的信号完成同步运算处理和输出工作，每个芯片有做独立的诊断校验，当其中一个主控芯片出现故障时能自诊断出是否有故障，并通过对故障主控芯片的使能信号置“零”和未故障的主控芯片使能信号置“一”，来控制未故障的主控芯片输出信号，主控制器以不同的端口分别连接两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器、转矩传感器、第一电磁离合器、第二电磁离合器、助力电机和报警装置，主控制器接收两通道冗余转矩转角传感器、压力传感器和转矩传感器所获取的探测信息以及从汽车总线上获取的期望方向盘转角信号和车速信号，主控制器对第一电磁离合器、两个第二电磁离合器、两个助力电机和报警装置起控制作用。报警装置安装于驾驶室内部，报警装置包括蜂鸣器和四个发红光的LED灯，其中四个发红光的LED灯分别用来提示驾驶员两通道冗余转矩转角传感器故障、主控制器故障和两个助力电机故障。本技术提供的自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统的控制方法，其方法如下所述：控制方法包括有两部分：第一部分为主动转向模式的控制方法，第二部分为助力转向模式的控制方法；第一部分：主动转向模式的控制方法如下所述：步骤一、主控制器从CAN总线上采集期望方向盘转角信号，从传感器上采集实际方向盘转角信号和方向盘上的压力信号以及两个助力电机的输出转矩信号；步骤二、主控制器根据期望方向盘转角信号和实际方向盘转角信号计算出助力电机需要输出的转矩；步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“一”，如果“否”则进入步骤四，如果“是”则进入步骤五；步骤四、主控制器中的两个芯片中有一个芯片的使能信号为“零”，使能信号为“一”的芯片输出信号给第一助力系统和第二助力系统来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器的故障灯亮起或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“一”，第一芯片输出信号；步骤六、两个助力电机是否均正常工作，如果“否”进入步骤七，如果“是”进入步骤八；步骤七、两个助力电机中有一个故障，主控制器通过控制两个第二电磁离合器的开闭，来控制未故障助力电机输出转矩，来保证转向系统继续处于主动转向模式，同时主控制器控制报警装置中助力电机的故障灯亮起，蜂鸣声持续，当检测到方向盘上有压力信号时，蜂鸣声停止，系统切换到助力转向模式；步骤八、两个助力电机均正常工作时，第一助力系统中的助力电机输出助力转矩，系统保持在主动转向模式；第二部分：助力转向模式的控制方法如下所述：步骤一、主控制器采集车速信号、方向盘转矩信号以及两个助力电机输出转矩信号；步骤二、主控制器根据车速信号，方向盘转矩信号计算助力电机需要输出的转矩；步骤三、主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“零”，如果“是”则进入步骤四，如果“否”则进入步骤五；步骤四、主控制器中的两个芯片的使能信号均为“零”，主控制器控制第一电磁离合器断开，同时主控制器或传感器故障灯亮起，蜂鸣声持续五秒，系统切换到纯机械转向模式；步骤五、主控制器中的两个芯片的使能信号均不为“零”，判断主控制器中的两个芯片的使能信号是否均为“一”，如果“是”则主控制器中的第一个芯片输出转矩信号，如果“否”则使能信号为“一”的芯片输出转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，第一助力系统、第二助力系统和报警装置均与主控制器相连接，主控制器控制第一助力系统、第二助力系统和报警装置的工作，主控制器还与车辆的CAN主线相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：包括有第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、第一助力系统、第二助力系统、主控制器和报警装置，其中方向盘通过第一中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一助力系统和第二助力系统并联后通过输出轴均与第二转矩耦合器相连接，第二转矩耦合器通过第二中间轴与第一转矩耦合器相连接，第一转矩耦合器通过第三中间轴与转向器相连接，第一助力系统、第二助力系统和报警装置均与主控制器相连接，主控制器控制第一助力系统、第二助力系统和报警装置的工作，主控制器还与车辆的CAN主线相连接。


2.根据权利要求1所述的一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的方向盘上装配有压力传感器，压力传感器与主控制器相连接，压力传感器能够把获得的数据实时传输给主控制器。


3.根据权利要求1所述的一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的第一中间轴上装配有转矩转角传感器，转矩转角传感器为两通道冗余转矩转角传感器，每个通道均能获取独立的方向盘转矩转角信号，转矩转角传感器与主控制器相连接，转矩转角传感器能够把获取的数据实时传输给主控制器。


4.根据权利要求1所述的一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的连接第一转矩耦合器和第二转矩耦合器的第二中间轴上装配有第一电磁离合器，第一电磁离合器与主控制器相连接并由主控制器控制工作。


5.根据权利要求1所述的一种新型L3级自动驾驶车辆的冗余电动助力转向系统，其特征在于：所述的第一助力系统和第二助力系统的结构相同，第一助力系统和第二助力系统均包括有助力电机、转矩传感器、减速器和第二电磁离合器，其中助力电机的控制端与主控制器相连，主控制器根据车...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，卜纯研，朱冰，王志伟，冯浩，杨港，戴景霜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22