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一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法与流程

文档序号:18468427发布日期:2019-08-17 03:00
一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法与流程

本发明涉及无人驾驶技术领域,具体为一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法。



背景技术:

随着汽车智能化技术的逐渐成熟,无人驾驶的应用场景势必在汽车行业开始逐步推广。对应于无人驾驶场景,汽车转向系统需要比常规驾驶更高安全和可靠性的设计方案,现有的电动助力转向系统不足以应对未来场景应用需求。目前为了满足ASIL_D标准的安全要求,为线控转向和无人驾驶设计的转向系统方案均需要在系统架构层面有冗余的设计思路。

现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,这样会使汽车在线控转向时可靠性不足,从而影响汽车的安全行驶,存在较大的安全隐患。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,本发明提供了一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时稳定可靠,避免安全隐患的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置,包括转向盘、转向管柱带中间轴、第一扭矩及转角传感器、第一减速机构、第一电控单元ECU、第一电机、电磁离合器、第二电控单元ECU、第二扭矩及转角传感器、第二电机、第二减速机构,所述转向盘固定连接在转向管柱带中间轴的顶部,所述第一扭矩及转角传感器和第一减速机构均设置在转向管柱带中间轴的外壁,所述转向管柱带中间轴的底?#21487;?#32622;有转向器小齿?#31181;幔?#25152;述转向器小齿?#31181;?#30340;顶部与第二减速机构活动连接,所述第一扭矩及转角传感器的输出端与第一电控单元ECU的输入端电连接,所述第二扭矩及转角传感器的输出端与第二电控单元ECU的输入端电连接,所述第一电控单元ECU的输出端与第一电机的输入端电连接,所述第二电控单元ECU的输出端与第二电机的输入端电连接,所述第一电控单元ECU和第二电控单元ECU的输出端分别与电磁离合器的输入端电连接。

所述转向器小齿?#31181;?#21253;括左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#25152;述左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;?#30340;底部均啮合有转向器齿条,所述左小齿?#31181;?#27963;动连接在第二减速机构的底部,所述右小齿?#31181;?#27963;动连接在转向管柱带中间轴的底部,所述转向器齿条的侧面分别固定连接有左横杆和右横杆,所述左横杆的一端固定连接有左侧车轮,所述右横杆的一端固定连接有右侧车轮。

优选的,所述第一减速机构包括第一减速?#19979;鄭?#25152;述第一减速?#19979;?#30340;底部活动连接有第一减速蜗杆,所述第一电机的输出轴通过联轴器与第一蜗杆的一端固定连接。

优选的,所述第二减速机构包括第二减速?#19979;鄭?#25152;述第二减速?#19979;?#30340;底部活动连接有第二减速蜗杆,所述第二电机的输出轴通过联轴器与第二减速蜗杆的一端固定连接。

优选的,所述第一电控单元ECU根据采集转向盘的第一扭矩信号、第一转角信号、第一整车状态信号、第一无人驾驶指令、第一电磁离合器控制信号和电控单元ECU通讯信号,所述第二电控单元ECU根据采集转向盘的第二整车状态信号、第二无人驾驶指令、第二扭矩信号、第二转角信号、第二电磁离合器控制信号和电控单元ECU通讯信号后进入下列模式:

1)辅助驾驶正常工作模式:

电磁离合器断开,第一电控单元ECU及第一电机起到提供路感的作用及系统安全监控作用,在此模?#36739;攏?#31532;一电控单元ECU可根据车速和驾驶员设置,改变转向传动比,实现不同的驾驶风格。

电磁离合器断开,第二电控单元ECU及第二电机起到辅助驾驶员转向操作作用。

2)辅助驾驶跛行模式:

第二电控单元ECU相应回路故障,电磁离合器闭合,第一电控单元ECU及第一电机提供转向助力辅助驾驶员转向操作作用。

3)无人驾驶正常模式

电磁离合器断开,第一电控单元ECU起到系统监控作用;

第二电控单元ECU及第二电机起到执行无人驾驶转向操作作用。

4)无人驾驶故障模式

第二电控单元ECU相应回路故障,电磁离合器闭合,第一电控单元ECU及第一电机提供继续执行无人驾驶转向操作,并向整车系统反馈转向系统异常。

优选的,所述系统辅助驾驶正常工作模式具体内容为:

辅助驾驶工作模式时,第一电控单元ECU通过采集第一扭矩及转角传感器的信号,判断驾驶员输入意图,并将该意图传输给第二电控单元ECU,第二电控单元ECU同时采集第二扭矩及转角传感器信号状态并控制第二电机,经过机?#26723;?#20108;减速机构、左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;?#23558;转向力传递至转向器齿条、左横杆和右横杆,控制左侧车轮和右侧车轮的转向动作,此时电磁离合器断开,第一电控单元ECU根据第一转角信号及车速信号控制第一电机产生路感模拟力矩,并通过机?#26723;?#19968;减速机构为驾驶员提供驾驶转向手感。

当第一电控单元ECU采集第一扭矩及转角传感器的第一扭矩信号、第一转角信号为顺时针时,第一电控单元ECU将转角目标位置发送给第二电控单元ECU,第二电控单元ECU根据第二扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机输出相应力矩,实现第二电机正转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向右移动, 并带动左横杆和右横杆右转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,顺时针转向指令完成。

当第一电控单元ECU采集第一扭矩及转角传感器的第一扭矩信号、第一转角信号为逆时针时,第一电控单元ECU将转角目标位置发送给第二电控单元ECU,第二电控单元ECU根据第二扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机输出相应力矩,实现第二电机反转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向左移动, 并带动左横杆和右横杆左转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,逆时针转向指令完成。

优选的,所述辅助驾驶跛行模式具体内容为:

第一电控单元ECU和第二电控单元ECU将互相监控工作状态,一旦第二电控单元ECU、第二电机或者第二扭矩及转角传感器出现故障,第一电控单元ECU和第二电控单元ECU将控制电磁离合器闭合,第一电控单元ECU此时将退出路感模拟状态,并根据第一扭矩及转角传感器信号及车速信号,控制第一电机提供转向辅助力矩。

当第一电控单元ECU采集第一扭矩及转角传感器的第一扭矩信号和第一转角信号为顺时针时,第一电控单元ECU控制第一电机输出相应力矩,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向右移动, 并带动左横杆和右横杆右转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,顺时针转向指令完成。

当第一电控单元ECU采集第一扭矩及转角传感器的第一扭矩信号和第一转角信号为逆时针时,第一电控单元ECU控制第一电机输出相应力矩,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向左移动, 并带动左横杆和右横杆左转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,逆时针转向指令完成。

优选的,所述无人驾驶正常模式具体内容为:

电磁离合器断开,第二电控单元ECU作为主控,接收外部无人驾驶指令,并控制第二电机及机?#26723;?#20108;减速机构实现无人驾驶操作,第一电控单元ECU作为辅助,时刻监控系统状态。

当第二电控单元ECU采集外部无人驾驶目标第二扭矩信号和第二转角信号指令为顺时针时,第二电控单元ECU根据第二扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机输出相应力矩,实现第二电机正转,并通过第二减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向右移动, 并带动左横杆和右横杆右转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,顺时针无人驾驶转向指令完成。

当第二电控单元ECU采集外部无人驾驶目标第二扭矩信号和第二转角信号指令为逆时针时,第二电控单元ECU根据第二扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机输出相应力矩,实现第二电机反转,并通过第二减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向左移动, 并带动左横杆和右横杆左转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,逆时针无人驾驶转向指令完成。

无人驾驶故障模式具体内容为:

一旦第二电控单元ECU、第二电机或第二扭矩及转角传感器出现故障,第一电控单元ECU将控制电磁离合器闭合,同时接受外部无人驾驶指令,通过控制第一电机继续实现无人驾驶转向操作。

当第一电控单元ECU采集外部无人驾驶第一扭矩信号、第一转角信号指令为顺时针时,第一电控单元ECU根据第一扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第一电机输出相应力矩,实现第一电机正转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向右移动,并带动左横杆和右横杆右转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,顺时针无人驾驶转向指令完成。

当第一电控单元ECU采集外部无人驾驶目标第一扭矩信号、第一转角信号指令为逆时针时,第一电控单元ECU根据第一扭矩及转角传感器识别的当前转向器齿条的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第一电机输出相应力矩,实现第一电机反转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?#21644;右小齿?#31181;幔?#30001;左小齿?#31181;帷?#21491;小齿?#31181;?#21644;转向器齿条啮合,推动转向器齿条向左移动, 并带动左横杆和右横杆右转,左侧车轮和右侧车轮分别被左横杆和右横杆拉动,逆时针无人驾驶转向指令完成。

本发明提供了一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置及其控制方法,具备以下有益效果:

(1)、本发明通过设置第一电控单元ECU、第二电控单元ECU和电磁离合器,能够?#34892;?#30340;增强汽车行驶的安全性,采用完全双系统冗余控制,互相监控系统状态,工作稳定,容错性高,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时稳定可靠,避免安全隐患的问题。

(2)本发明的辅助转向模式可通过传动比的调整来改变驾驶手感,满足驾驶风格的差异性。

(3)本发明在电磁离合器断开时,驾驶员手感采用驾驶模拟力矩实现,可避免方向盘的振动和噪音问题。

(4)本发明可采用在现有产品管柱式电动助力转向系统和双小齿?#31181;?#21161;力转向系统或齿条式助力转向系统的?#24067;?#21450;机械架构技术上,以最小的结构更改及软件的升级来实现冗余系统无人驾驶解决方案,对产业冲击小。

附图说明

图1为本发明满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置示意图。

图中:1转向盘、2转向管柱带中间轴、3第一扭矩及转角传感器、4第一减速机构、5第一电控单元ECU、6第一电机、 7电磁离合器、8第二电控单元ECU、9第二扭矩及转角传感器、10第二电机、11第二减速机构、 12转向器、13左小齿?#31181;帷?4右小齿?#31181;帷?5转向器齿条、16左横杆、17右横杆、18左车轮、19右车轮、20第一减速?#19979;幀?1第一减速蜗杆、22第二减速?#19979;幀?3第二减速蜗杆、a第一扭矩信号、b第一转角信号、c第一整车状态信号、d第一无人驾驶指令、e第一电磁离合器控制信号、f电控单元ECU通讯信号、g第二整车状态信号、h第二无人驾驶指令、i第二扭矩信号、j第二转角信号、k第二电磁离合器控制信号。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1:

如图1所示,本发明提供一种技术方案:一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置,包括转向盘1、转向管柱带中间轴2、第一扭矩及转角传感器3、第一减速机构4、第一电控单元ECU5、第一电机6、电磁离合器7、第二电控单元ECU8、第二扭矩及转角传感器9、第二电机10、第二减速机构11,转向盘1固定连接在转向管柱带中间轴2的顶部,第一扭矩及转角传感器3和第一减速机构4均设置在转向管柱带中间轴2的外壁,转向管柱带中间轴2的底?#21487;?#32622;有转向器12,转向器12的顶部与第二减速机构11活动连接,第一扭矩及转角传感器3的输出端与第一电控单元ECU5的输入端电连接,第二扭矩及转角传感器9的输出端与第二电控单元ECU8的输入端电连接,第一电控单元ECU5的输出端与第一电机6的输入端电连接,第二电控单元ECU8的输出端与第二电机10的输入端电连接,第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8的输出端分别与电磁离合器7的输入端电连接。

转向器12包括左小齿?#31181;?3,和右小齿?#31181;?4和转向器齿条15,左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4的底部均啮合有转向器齿条15,左小齿?#31181;?3活动连接在第二减速机构11的底部,右小齿?#31181;?4活动连接在转向管柱带中间轴2的底部,转向器齿条15的侧面分别固定连接有左横杆16和右横杆17,左横杆16的一端固定连接有左侧车轮18,右横杆17的一端固定连接有右侧车轮19。

第一减速机构4包括第一减速?#19979;?0,第一减速?#19979;?0的底部活动连接有第一减速蜗杆21,第一电机6的输出轴通过联轴器与第一蜗杆的一端固定连接。

第二减速机构11包括第二减速?#19979;?2,第二减速?#19979;?2的底部活动连接有第二减速蜗杆23,第二电机10的输出轴通过联轴器与第二减速蜗杆23的一端固定连接。

第一电控单元ECU5根据采集转向盘1的第一扭矩信号a、第一转角信号b、第一整车状态信号c、第一无人驾驶指令d、第一电磁离合器控制信号e和电控单元ECU通讯信号f,第二电控单元ECU8根据采集转向盘1的第二整车状态信号g、第二无人驾驶指令h、第二扭矩信号i、第二转角信号j、第二电磁离合器控制信号k和电控单元ECU通讯信号f后进入下列模式:

辅助驾驶正常工作模式:

电磁离合器7断开,第一电控单元ECU5及第一电机6起到提供路感的作用及系统安全监控作用,在此模?#36739;攏?#31532;一电控单元ECU5可根据车速和驾驶员设置,改变转向传动比,实现不同的驾驶风格。

电磁离合器7断开,第二电控单元ECU8及第二电机10起到辅助驾驶员转向操作作用。

系统辅助驾驶正常工作模式具体内容为:

辅助驾驶工作模式时,第一电控单元ECU5通过采集第一扭矩及转角传感器3的信号,判断驾驶员输入意图,并将该意图传输给第二电控单元ECU8,第二电控单元ECU8同时采集第二扭矩及转角传感器9信号状态并控制第二电机10,经过机?#26723;?#20108;减速机构11、左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4将转向力传递至转向器齿条15、左横杆16和右横杆17,控制左侧车轮18和右侧车轮19的转向动作,此时电磁离合器7断开,第一电控单元ECU5根据第一转角信号b及车速信号控制第一电机6产生路感模拟力矩,并通过机?#26723;?#19968;减速机构4为驾驶员提供驾驶转向手感。

当第一电控单元ECU5采集第一扭矩及转角传感器3的第一扭矩信号a、第一转角信号b为顺时针时,第一电控单元ECU5将转角目标位置发送给第二电控单元ECU8,第二电控单元ECU8根据第二扭矩及转角传感器9识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机10输出相应力矩,实现第二电机10正转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向右移动, 并带动左横杆16和右横杆17右转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,顺时针转向指令完成。

当第一电控单元ECU5采集第一扭矩及转角传感器3的第一扭矩信号a、第一转角信号b为逆时针时,第一电控单元ECU5将转角目标位置发送给第二电控单元ECU8,第二电控单元ECU8根据第二扭矩及转角传感器9识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机10输出相应力矩,实现第二电机10反转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向左移动, 并带动左横杆16和右横杆17左转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,逆时针转向指令完成。

综上可得,本发明通过设置第一电控单元ECU5、第二电控单元ECU8和电磁离合器7,能够?#34892;?#30340;增强汽车行驶的安全性,采用完全双系统冗余控制,互相监控系统状态,工作稳定,容错性高,本发明的辅助转向模式可通过传动比的调整来改变驾驶手感,满足驾驶风格的差异性,本发明在电磁离合器7断开时,驾驶员手感采用驾驶模拟力矩实现,可避免方向盘的振动和噪音问题,本发明可采用在现有产品管柱式电动助力转向系统和双小齿?#31181;?#21161;力转向系统或齿条式助力转向系统的?#24067;?#21450;机械架构技术上,以最小的结构更改及软件的升级来实现冗余系统无人驾驶解决方案,对产业冲击小,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时不太稳定可靠,避免安全隐患的问题。

实施例2:

如图1所示,本发明提供一种技术方案:一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置,包括转向盘1、转向管柱带中间轴2、第一扭矩及转角传感器3、第一减速机构4、第一电控单元ECU5、第一电机6、电磁离合器7、第二电控单元ECU8、第二扭矩及转角传感器9、第二电机10、第二减速机构11,转向盘1固定连接在转向管柱带中间轴2的顶部,第一扭矩及转角传感器3和第一减速机构4均设置在转向管柱带中间轴2的外壁,转向管柱带中间轴2的底?#21487;?#32622;有转向器12,转向器12的顶部与第二减速机构11活动连接,第一扭矩及转角传感器3的输出端与第一电控单元ECU5的输入端电连接,第二扭矩及转角传感器9的输出端与第二电控单元ECU8的输入端电连接,第一电控单元ECU5的输出端与第一电机6的输入端电连接,第二电控单元ECU8的输出端与第二电机10的输入端电连接,第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8的输出端分别与电磁离合器7的输入端电连接。

转向器小齿?#31181;?2包括左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15,左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4的底部均啮合有转向器齿条15,左小齿?#31181;?3活动连接在第二减速机构11的底部,右小齿?#31181;?4活动连接在转向管柱带中间轴2的底部,转向器齿条15的侧面分别固定连接有左横杆16和右横杆17,左横杆16的一端固定连接有左侧车轮18,右横杆17的一端固定连接有右侧车轮19。

第一减速机构4包括第一减速?#19979;?0,第一减速?#19979;?0的底部活动连接有第一减速蜗杆21,第一电机6的输出轴通过联轴器与第一蜗杆的一端固定连接。

第二减速机构11包括第二减速?#19979;?2,第二减速?#19979;?2的底部活动连接有第二减速蜗杆23,第二电机10的输出轴通过联轴器与第二减速蜗杆23的一端固定连接。

第一电控单元ECU5根据采集转向盘1的第一扭矩信号a、第一转角信号b、第一整车状态信号c、第一无人驾驶指令d、第一电磁离合器控制信号e和电控单元ECU通讯信号f,第二电控单元ECU8根据采集转向盘1的第二整车状态信号g、第二无人驾驶指令h、第二扭矩信号i、第二转角信号j、第二电磁离合器控制信号k和电控单元ECU通讯信号f后进入下列模式:

辅助驾驶跛行模式:

第二电控单元ECU8相应回路故障,电磁离合器7闭合,第一电控单元ECU5及第一电机6提供转向助力辅助驾驶员转向操作作用。

辅助驾驶跛行模式具体内容为:

第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8将互相监控工作状态,一旦第二电控单元ECU8、第二电机10或者第二扭矩及转角传感器9出现故障,第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8将控制电磁离合器7闭合,第一电控单元ECU5此时将退出路感模拟状态,并根据第一扭矩及转角传感器3信号及车速信号,控制第一电机6提供转向辅助力矩。

当第一电控单元ECU5采集第一扭矩及转角传感器3的第一扭矩信号a和第一转角信号b为顺时针时,第一电控单元ECU5控制第一电机6输出相应力矩,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向右移动, 并带动左横杆16和右横杆17右转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,顺时针转向指令完成。

当第一电控单元ECU5采集第一扭矩及转角传感器3的第一扭矩信号a和第一转角信号b为顺时针时为逆时针时,第一电控单元ECU5控制第一电机6输出相应力矩,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向左移动, 并带动左横杆16和右横杆17左转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,逆时针转向指令完成。

综上可得,本发明通过设置第一电控单元ECU5、第二电控单元ECU8和电磁离合器7,能够?#34892;?#30340;增强汽车行驶的安全性,采用完全双系统冗余控制,互相监控系统状态,工作稳定,容错性高,本发明的辅助转向模式可通过传动比的调整来改变驾驶手感,满足驾驶风格的差异性,本发明在电磁离合器7断开时,驾驶员手感采用驾驶模拟力矩实现,可避免方向盘的振动和噪音问题,本发明可采用在现有产品管柱式电动助力转向系统和双小齿?#31181;?#21161;力转向系统或齿条式助力转向系统的?#24067;?#21450;机械架构技术上,以最小的结构更改及软件的升级来实现冗余系统无人驾驶解决方案,对产业冲击小,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时不太稳定可靠,避免安全隐患的问题。

实施例3:

如图1所示,本发明提供一种技术方案:一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置,包括转向盘1、转向管柱带中间轴2、第一扭矩及转角传感器3、第一减速机构4、第一电控单元ECU5、第一电机6、电磁离合器7、第二电控单元ECU8、第二扭矩及转角传感器9、第二电机10、第二减速机构11,转向盘1固定连接在转向管柱带中间轴2的顶部,第一扭矩及转角传感器3和第一减速机构4均设置在转向管柱带中间轴2的外壁,转向管柱带中间轴2的底?#21487;?#32622;有转向器12,转向器12的顶部与第二减速机构11活动连接,第一扭矩及转角传感器3的输出端与第一电控单元ECU5的输入端电连接,第二扭矩及转角传感器9的输出端与第二电控单元ECU8的输入端电连接,第一电控单元ECU5的输出端与第一电机6的输入端电连接,第二电控单元ECU8的输出端与第二电机10的输入端电连接,第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8的输出端分别与电磁离合器7的输入端电连接。

转向器小齿?#31181;?2包括左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15,左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4的底部均啮合有转向器齿条15,左小齿?#31181;?3活动连接在第二减速机构11的底部,右小齿?#31181;?4活动连接在转向管柱带中间轴2的底部,转向器齿条15的侧面分别固定连接有左横杆16和右横杆17,左横杆16的一端固定连接有左侧车轮18,右横杆17的一端固定连接有右侧车轮19。

第一减速机构4包括第一减速?#19979;?0,第一减速?#19979;?0的底部活动连接有第一减速蜗杆21,第一电机6的输出轴通过联轴器与第一蜗杆的一端固定连接。

第二减速机构11包括第二减速?#19979;?2,第二减速?#19979;?2的底部活动连接有第二减速蜗杆23,第二电机10的输出轴通过联轴器与第二减速蜗杆23的一端固定连接。

第一电控单元ECU5根据采集转向盘1的第一扭矩信号a、第一转角信号b、第一整车状态信号c、第一无人驾驶指令d、第一电磁离合器控制信号e和电控单元ECU通讯信号f,第二电控单元ECU8根据采集转向盘1的第二整车状态信号g、第二无人驾驶指令h、第二扭矩信号i、第二转角信号j、第二电磁离合器控制信号k和电控单元ECU通讯信号f后进入下列模式:

无人驾驶正常模式

电磁离合器7断开,第一电控单元ECU5起到系统监控作用。

第二电控单元ECU8及第二电机10起到执行无人驾驶转向操作作用。

无人驾驶正常模式具体内容为:

电磁离合器7断开,第二电控单元ECU8作为主控,接收外部无人驾驶指令,并控制第二电机10及机?#26723;?#20108;减速机构11实现无人驾驶操作,第一电控单元ECU5作为辅助,时刻监控系统状态。

当第二电控单元ECU8采集外部无人驾驶目标第二扭矩信号i和第二转角信号j指令为顺时针时,第二电控单元ECU8根据第二扭矩及转角传感器9识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机10输出相应力矩,实现第二电机10正转,并通过第二减速机构11减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向右移动, 并带动左横杆16和右横杆17右转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,顺时针无人驾驶转向指令完成。

当第二电控单元ECU8采集外部无人驾驶目标第二扭矩信号i和第二转角信号j指令为逆时针时,第二电控单元ECU8根据第二扭矩及转角传感器9识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第二电机10输出相应力矩,实现第二电机10反转,并通过第二减速机构11减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向左移动, 并带动左横杆16和右横杆17左转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,逆时针无人驾驶转向指令完成。

综上可得,本发明通过设置第一电控单元ECU5、第二电控单元ECU8和电磁离合器7,能够?#34892;?#30340;增强汽车行驶的安全性,采用完全双系统冗余控制,互相监控系统状态,工作稳定,容错性高,本发明的辅助转向模式可通过传动比的调整来改变驾驶手感,满足驾驶风格的差异性,本发明在电磁离合器7断开时,驾驶员手感采用驾驶模拟力矩实现,可避免方向盘的振动和噪音问题,本发明可采用在现有产品管柱式电动助力转向系统和双小齿?#31181;?#21161;力转向系统或齿条式助力转向系统的?#24067;?#21450;机械架构技术上,以最小的结构更改及软件的升级来实现冗余系统无人驾驶解决方案,对产业冲击小,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时稳定可靠,避免安全隐患的问题。

实施例4:

如图1所示,本发明提供一种技术方案:一种满足ASIL_D标准的无人驾驶冗余转向装置,包括转向盘1、转向管柱带中间轴2、第一扭矩及转角传感器3、第一减速机构4、第一电控单元ECU5、第一电机6、电磁离合器7、第二电控单元ECU8、第二扭矩及转角传感器9、第二电机10、第二减速机构11,转向盘1固定连接在转向管柱带中间轴2的顶部,第一扭矩及转角传感器3和第一减速机构4均设置在转向管柱带中间轴2的外壁,转向管柱带中间轴2的底?#21487;?#32622;有转向器12,转向器12的顶部与第二减速机构11活动连接,第一扭矩及转角传感器3的输出端与第一电控单元ECU5的输入端电连接,第二扭矩及转角传感器9的输出端与第二电控单元ECU8的输入端电连接,第一电控单元ECU5的输出端与第一电机6的输入端电连接,第二电控单元ECU8的输出端与第二电机10的输入端电连接,第一电控单元ECU5和第二电控单元ECU8的输出端分别与电磁离合器7的输入端电连接。

转向器12包括左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15,左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4的底部均啮合有转向器齿条15,左小齿?#31181;?3活动连接在第二减速机构11的底部,右小齿?#31181;?4活动连接在转向管柱带中间轴2的底部,转向器齿条15的侧面分别固定连接有左横杆16和右横杆17,左横杆16的一端固定连接有左侧车轮18,右横杆17的一端固定连接有右侧车轮19。

第一减速机构4包括第一减速?#19979;?0,第一减速?#19979;?0的底部活动连接有第一减速蜗杆21,第一电机6的输出轴通过联轴器与第一蜗杆的一端固定连接。

第二减速机构11包括第二减速?#19979;?2,第二减速?#19979;?2的底部活动连接有第二减速蜗杆23,第二电机10的输出轴通过联轴器与第二减速蜗杆23的一端固定连接。

第一电控单元ECU5根据采集转向盘1的第一扭矩信号a、第一转角信号b、第一整车状态信号c、第一无人驾驶指令d、第一电磁离合器控制信号e和电控单元ECU通讯信号f,第二电控单元ECU8根据采集转向盘1的第二整车状态信号g、第二无人驾驶指令h、第二扭矩信号i、第二转角信号j、第二电磁离合器控制信号k和电控单元ECU通讯信号f后进入下列模式:

无人驾驶故障模式:

第二电控单元ECU8相应回路故障,电磁离合器7闭合,第一电控单元ECU5及第一电机6提供继续执行无人驾驶转向操作,并向整车系统反馈转向系统异常。

无人驾驶故障模式具体内容为:

一旦第二电控单元ECU8、第二电机10或第二扭矩及转角传感器9出现故障,第一电控单元ECU5将控制电磁离合器7闭合,同时接受外部无人驾驶指令,通过控制第一电机6继续实现无人驾驶转向操作。

当第一电控单元ECU5采集外部无人驾驶第一扭矩信号a、第一转角信号b指令为顺时针时,第一电控单元ECU5根据第一扭矩及转角传感器3识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第一电机6输出相应力矩,实现第一电机6正转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向右移动,并带动左横杆16和右横杆17右转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,顺时针无人驾驶转向指令完成。

当第一电控单元ECU5采集外部无人驾驶目标第一扭矩信号a、第一转角信号b指令为逆时针时,第一电控单元ECU5根据第一扭矩及转角传感器3识别的当前转向器齿条15的位置,计算需要达到目标位置所需的力矩,控制第一电机6输出相应力矩,实现第一电机6反转,并通过减速机构减速增扭,传递至左小齿?#31181;?3和右小齿?#31181;?4,由左小齿?#31181;?3、右小齿?#31181;?4和转向器齿条15啮合,推动转向器齿条15向左移动, 并带动左横杆16和右横杆17右转,左侧车轮18和右侧车轮19分别被左横杆16和右横杆17拉动,逆时针无人驾驶转向指令完成。

综上可得,本发明通过设置第一电控单元ECU5、第二电控单元ECU8和电磁离合器7,能够?#34892;?#30340;增强汽车行驶的安全性,采用完全双系统冗余控制,互相监控系统状态,工作稳定,容错性高,本发明的辅助转向模式可通过传动比的调整来改变驾驶手感,满足驾驶风格的差异性,本发明在电磁离合器7断开时,驾驶员手感采用驾驶模拟力矩实现,可避免方向盘的振动和噪音问题,本发明可采用在现有产品管柱式电动助力转向系统和双小齿?#31181;?#21161;力转向系统或齿条式助力转向系统的?#24067;?#21450;机械架构技术上,以最小的结构更改及软件的升级来实现冗余系统无人驾驶解决方案,对产业冲击小,解决了现有的无人驾驶转向系统大都不具备系统的功能冗余,可使汽车在线控转向时稳定可靠,避免安全隐患的问题。

需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种?#23548;?#30340;关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含?#34987;?#32773;其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而?#19968;?#21253;括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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