CN111267946A - 融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法 - Google Patents
融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,本发明设置了主控制***以及辅助控制***两套转向控制***,由主控制***获取当前车速信号并根据当前车速信号确定控制方案;由主控制***获取主传感器获取的控制参数信号,由辅助控制***获取辅助传感器获取的校对参数信号,将控制参数信号与校对参数信号进行比对,如果控制参数信号可信,则由主控制***发出控制指令进行电动助力转向控制或主动转向控制。本发明提供了两套转向控制***,在两套转向控制***中,能够分别对机动车的转向进行控制,当其中一套发生故障时,另一套能够继续工作,保证车辆转向***的正常工作,本发明提高了机动车转向***使用的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制***技术领域,更具体地说,特别涉及一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法。
背景技术
近些年来,随着互联网技术的快速发展,大数据的应用以及集成控制的发展,自动驾驶已经成为现在汽车的发展方向。
在汽车的转向操控***中,一般是通过转动方向盘,利用液压助力***或者是电机助力***驱动车轮转向的。无论是液压助力***,还是电机助力***,其都是仅设置有一个动力装置(液压泵或者电机),一旦动力装置损坏,则直接造成车辆转向操控***的瘫痪,严重地降低了车辆使用的可靠性。
发明内容
(一)技术问题
综上所述,如何提高机动车转向***使用的可靠性,成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法。
在本发明中:设置主控制***以及辅助控制***,并对应所述主控制***设置主控电机以及主传感器,对应所述辅助控制***设置辅助控制电机以及辅助传感器;由所述主控制***获取当前车速信号并根据所述当前车速信号确定控制方案;由所述主控制***获取所述主传感器获取的控制参数信号,由所述辅助控制***获取所述辅助传感器获取的校对参数信号,将所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对,如果控制参数信号可信,则由所述主控制***发出控制指令进行电动助力转向控制或主动转向控制。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,将所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对,如果控制参数信号不可信,则将所述校对参数信号发送给所述主控制***,并由所述主控制***以及所述辅助控制***同时对所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对;如果控制参数信号可信,则继续由所述主控制***发出控制指令;如果控制参数信号仍然不可信,则由所述辅助控制***将检测到的信号发送到所述主控制***,由所述主控制***来发送控制指令。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,对所述主控制***是否发生故障进行实时监测,如果所述主控制***出现故障,则由所述辅助控制***发出控制指令。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,对所述主控电机是否发生故障进行实时监测,如果所述主控电机出现故障,则由所述辅助控制***发出控制指令。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,在所述主控电机以及所述主控制***之间设置电流反馈,由所述主控制***根据所述电流反馈进行控制指令的实时调整。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,如果电流反馈的电流信号大于所述主控制***预存的控制阈值时,则由所述辅助控制***发出控制指令。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,由所述主控制***通过CAN通信与车载控制模块通信连接,由所述主控制***通过CAN通信与所述辅助控制***通信连接实现信息共享、并形成双电机控制***。
优选地,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,在车辆进入自动控制模式后:由所述双电机控制***获取车辆速度以及目标转角角度,根据获取的所述车辆速度以及所述目标转角角度进行逻辑运算得到前馈电流信号;由所述双电机控制***通过所述主传感器和/或所述辅助传感器获取方向盘的当前转角角度,并根据当前转角角度与目标转角角度之差进行分段PID控制,并输出反馈电流信号;所述前馈电流信号与所述反馈电流信号的和值为最终控制电流。
(三)有益效果
本发明提供了一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,在该方法中,本发明设置了主控制***以及辅助控制***两套转向控制***,并对应主控制***设置主控电机以及主传感器,对应辅助控制***设置辅助控制电机以及辅助传感器;由主控制***获取当前车速信号并根据当前车速信号确定控制方案;由主控制***获取主传感器获取的控制参数信号,由辅助控制***获取辅助传感器获取的校对参数信号,将控制参数信号与校对参数信号进行比对,如果控制参数信号可信,则由主控制***发出控制指令进行电动助力转向控制或主动转向控制。
通过上述结构设计,在本发明所提供的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法中,其提供了两套转向控制***,在两套转向控制***中,能够分别对机动车的转向进行控制,当其中一套发生故障时,另一套能够继续工作,保证车辆转向***的正常工作,本发明提高了机动车转向***使用的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种实施例中改进后的机动车转向***的结构示意图;
图2为本发明一种实施例中电动助力转向***控制框架的结构示意图;
图3为本发明一种实施例中模式转换控制框架的结构示意图;
图4为本发明一种实施例中双电机冗余控制策略框架的结构示意图;
在图1中,部件名称与附图编号的对应关系为:
方向盘1、转向管柱2、辅助传感器3、辅助蜗轮蜗杆减速器4、
辅助电机5、中间轴6、主传感器7、主控制电机8、主控制***9、主蜗轮蜗杆减速器10、辅助控制***11、齿轮齿条转向器12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上;术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1至图4,其中,图1为本发明一种实施例中改进后的机动车转向***的结构示意图;图2为本发明一种实施例中电动助力转向***控制框架的结构示意图;图3为本发明一种实施例中模式转换控制框架的结构示意图;图4为本发明一种实施例中双电机冗余控制策略框架的结构示意图。
本发明提供了一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,在该方法中,本发明对机动车转向***进行了结构改进,即增设一套辅助控制***以及一个辅助控制电机,配合原主控制***以及主控制电机,实现双控制、双电机转向助力的结构。
在本实施例中,本发明共设置有两套控制***,分别为:主控制***以及辅助控制***,对应主控制***设置主控电机以及主传感器,对应辅助控制***设置辅助控制电机以及辅助传感器。
本发明改进后,其转向***构成如下:包括有方向盘1、转向管柱2、辅助传感器3(即扭矩转角传感器),两套蜗轮蜗杆减速器,分别为主蜗轮蜗杆减速器10以及辅助蜗轮蜗杆减速器4、辅助电机5、中间轴6、主传感器7(即扭矩转角传感器)、主控制电机8、主控制***9、辅助控制***11、齿轮齿条转向器12。
在正常使用状态下,靠下方的电机为主控电机8,即靠近齿轮齿条转向器12设置的电机为主控电机。转向柱上方的电机为辅助电机5。
由主控制***获取当前车速信号并根据当前车速信号确定控制方案,其中控制方案为在实验室制定好的方案,其可以根据车速控制方向盘的转向辅助力。
由主控制***获取主传感器获取的控制参数信号,由辅助控制***获取辅助传感器获取的校对参数信号,将控制参数信号与校对参数信号进行比对,如果控制参数信号可信,则由主控制***发出控制指令进行电动助力转向控制或主动转向控制。
本发明为双电机冗余电动助力转向***,其在实现EPS的功能的基础上,增强冗余安全功能及转向稳定性,又加上了自动驾驶中的转向角控制的主动转向策略。其中,辅助转向控制单元进行辅助驾驶控制,通过双控制器配合调节,发出电流指令控制电动机驱动,电动机对转向***进行辅助助力控制以及转向控制,实现助力。主动转向和辅助转向融合,驾驶员进行模式转换,可以在驾驶上实现二者状态互换,主动控制单元在自动驾驶模式实现主动转向功能,上层策略发送转角位置信号,通过控制器进行逻辑运算出电流指令值,在自动模式下,驱动电动机执行转向位置控制实现主动转向。
进一步地,将控制参数信号与校对参数信号进行比对,如果控制参数信号不可信,则将校对参数信号发送给主控制***,并由主控制***以及辅助控制***同时对控制参数信号与校对参数信号进行比对;如果控制参数信号可信,则继续由主控制***发出控制指令;如果控制参数信号仍然不可信,则由辅助控制***发出控制指令。
本发明还具有如下三个判断方式:
1、对主控制***是否发生故障进行实时监测,如果主控制***出现故障,则由辅助控制***发出控制指令;
2、对主控电机是否发生故障进行实时监测,如果主控电机出现故障,则由辅助控制***发出控制指令;
3、在主控电机以及主控制***之间设置电流反馈,由主控制***根据电流反馈进行控制指令的实时调整。
在第三种方式中,如果电流反馈的电流信号大于主控制***预存的控制阈值时,则由辅助控制***发出控制指令。
具体地,由主控制***通过CAN通信与车载控制模块通信连接,由主控制***通过CAN通信与辅助控制***通信连接实现信息共享、并形成双电机控制***。
本发明还能够实现自动驾驶模式向驾驶员手动控制方式两种模式。在车辆进入自动控制模式后:由双电机控制***获取车辆速度以及目标转角角度,根据获取的车辆速度以及目标转角角度进行逻辑运算得到前馈电流信号;由双电机控制***通过主传感器和/或辅助传感器获取方向盘的当前转角角度,并根据当前转角角度与目标转角角度之差进行分段PID控制,并输出反馈电流信号;前馈电流信号与反馈电流信号的和值为最终控制电流。
本发明的工作原理:汽车启动,驾驶员转动方向盘,方向盘安装在转向管柱上,本发明中所使用的扭矩转角传感器用于测量方向盘转向力矩的大小以及转动角度,获取的信号可以发给相对应的控制***上。主控制***根据车速传感器传来的车速信号,通过预先设置好的控制算法分析为主控制单机8提供合适的电流,进而准确地驱动主控制电机8进行工作,并根据反馈电流实时调节电流大小,此时辅助电机5不工作。主控制电机8的输出扭矩经减速机构的作用下为转向器提供转向助力。
整个控制策略有两路CAN通讯,主控制***与整车连接一路CAN通讯,保证通信速率,另一路主辅两个控制***通过CAN通讯来保证数据的实时同步。
情况一、主控制***将其接收的控制参数信号以及工作状态通过CAN通讯发送辅助控制***,辅助控制***将此信号与其接收的校对参数信号进行校验,对比之后若控制参数信号可信,则不做额外操作;否则将校对参数信号由辅助控制***发给主控制子***,同时检测彼此是否正常工作运行,又可根据两路电信号,实时调节电机电流大小,使转向助力更加精确;当在转向过程中,车载主模块检测到主控制***故障或者主控制***接收到主控电机的反馈电流超过设定电流值以及检测到主控电机发生故障时,主控电机停止工作,此时辅助控制***可完全代替主控制***驱动辅助电机进行助力。
主动转向功能采用转角闭环控制,设计“前馈+反馈控制”模式。将车辆速度传感器传来的速度信号和自动驾驶发送的目标转角指令进入主控制器13,其通过CAN通讯将信号和指令以及工作状态发送给辅助控制器14,二者通过“前馈通道”中由车辆实验测定二维查表插值,得到目标与车速、转向角的关系进行运算,得到电流值Iq1,同时“反馈通道”中的转角传感器测得的实际转角与目标转角指令之差进行分段PID控制,循环控制电机驱动转向,直到实际转角与目标转角偏差小于预定值,积分清零,输出控制电流Iq2,二者之和即为最终电机控制电流Iq,通过上述过程,从而控制驱动转向电机快速准确地执行控制器给出的转向角指令,实现车辆的转向功能。通过冗余设计,提高了转向助力的灵敏性、精确性以及操纵稳定性,增加主动转向,进一步提高和保证电动助力转向***的安全性,实现了双层保障。
基于上述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,本发明对传统的机动车转向***进行了如下优化:
机动车转向***包括有方向盘,与方向盘连接有一根方向盘转向轴,在方向盘转向轴的设置有转向管柱,转向管柱相对于车架固定安装,在转向管柱的下端设置辅助传感器,用于感知方向盘转向轴(方向盘)的动作,主要是转动角度以及转向力矩,在辅助传感器的下方设置中间轴、辅助蜗轮蜗杆减速器以及辅助电机,由中间轴、辅助蜗轮蜗杆减速器以及辅助电机构成一套辅助转向动力总成,在转向器上端的减速器和电机上设置主传感器,通过主传感器感知中间轴的动作,在主传感器的下方设置主控制电机、主控制***以及主蜗轮蜗杆减速器,由主控制电机以及主蜗轮蜗杆减速器构成一套主转向动力总成,由主转向动力总成驱动车轮转向。
本发明对于机动车转向***的上述结构改进,一个方向盘对应设置两套转向动力总成,并且,通过主传感器、主控制***、辅助传感器以及辅助控制***实现了两套转向动力总成的联合作业,当其中一套转向动力总成出现故障时,并不会影响另一套转向动力总成进行工作,由此,本发明极大程度地提高了转向***使用的可靠性,大幅度地提高了驾驶的安全性。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (8)
1.一种融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
设置主控制***以及辅助控制***,并对应所述主控制***设置主控电机以及主传感器,对应所述辅助控制***设置辅助控制电机以及辅助传感器;
由所述主控制***获取当前车速信号并根据所述当前车速信号确定控制方案;
由所述主控制***获取所述主传感器获取的控制参数信号,由所述辅助控制***获取所述辅助传感器获取的校对参数信号,将所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对,如果控制参数信号可信,则由所述主控制***发出控制指令进行电动助力转向控制或主动转向控制。
2.根据权利要求1所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
将所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对,如果控制参数信号不可信,则将所述校对参数信号发送给所述主控制***,并由所述主控制***以及所述辅助控制***同时对所述控制参数信号与所述校对参数信号进行比对;
如果控制参数信号可信,则继续由所述主控制***发出控制指令;
如果控制参数信号仍然不可信,则由所述辅助控制***将检测到的信号发送到所述主控制***,由所述主控制***来发送控制指令。
3.根据权利要求1所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
对所述主控制***是否发生故障进行实时监测,如果所述主控制***出现故障,则由所述辅助控制***发出控制指令。
4.根据权利要求1所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
对所述主控电机是否发生故障进行实时监测,如果所述主控电机出现故障,则由所述辅助控制***发出控制指令。
5.根据权利要求1所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
在所述主控电机以及所述主控制***之间设置电流反馈,由所述主控制***根据所述电流反馈进行控制指令的实时调整。
6.根据权利要求5所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
如果电流反馈的电流信号大于所述主控制***预存的控制阈值时,则由所述辅助控制***发出控制指令。
7.根据权利要求1至6任一项所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
由所述主控制***通过CAN通信与车载控制模块通信连接,由所述主控制***通过CAN通信与所述辅助控制***通信连接实现信息共享、并形成双电机控制***。
8.根据权利要求7所述的融入主动转向控制的双电机冗余电动助力转向控制方法,其特征在于,
在车辆进入自动控制模式后:
由所述双电机控制***获取车辆速度以及目标转角角度,根据获取的所述车辆速度以及所述目标转角角度进行逻辑运算得到前馈电流信号;
由所述双电机控制***通过所述主传感器和/或所述辅助传感器获取方向盘的当前转角角度,并根据当前转角角度与目标转角角度之差进行分段PID控制,并输出反馈电流信号;
所述前馈电流信号与所述反馈电流信号的和值为最终控制电流。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200612 |
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