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原文传递一种蓄能式线控转向系统及容错控制方法

专利名称：	一种蓄能式线控转向系统及容错控制方法
摘要：	本发明公开了一种蓄能式线控转向系统及容错控制方法，包括转向盘、转向管柱、电子控制单元、第一角度传感器、第二角度传感器、位移传感器、扭簧、扭簧处锁止钳、第一电磁阀、第二电磁阀、大齿轮、第一液压管路、第二液压管路、转向电机、行星齿轮系、输出轴处锁止钳、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆和转向车轮；该系统在汽车启动初期为扭簧蓄能；在汽车正常行驶时，扭簧被锁止，不会影响线控转向系统的运作；当系统出现故障时，根据故障类型不同，由转向电机或扭簧带动转向车轮回正，避免汽车因持续转向而失控。与现有的冗余线控转向系统相比，该系统仅依靠扭簧和齿轮就能应对线控转向系统常见故障，同时简化了系统结构。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	赵万忠;张子俊;王春燕;章波;徐灿
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910136314.7
公开号：	CN109850003A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔
分类号：	B62D5/00(2006.01);B;B62;B62D;B62D5
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种蓄能式线控转向系统，其特征在于，包括转向盘、转向管柱、电子控制单元、第一角度传感器、第二角度传感器、位移传感器、扭簧、扭簧处锁止钳、第一电磁阀、第二电磁阀、大齿轮、第一液压管路、第二液压管路、转向电机、行星齿轮系、输出轴处锁止钳、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆和转向车轮；所述转向盘与转向管柱连接，转向管柱上装有第一角度传感器，用于将转向盘的转角信息通过CAN总线传给电子控制单元；扭簧和扭簧处锁止钳同轴安装，扭簧处锁止钳通过第一液压管路连接着第一电磁阀，该第一电磁阀还通过CAN总线与电子控制单元相连；大齿轮与扭簧联动，且与行星齿轮系的齿圈啮合；转向电机通过CAN总线与电子控制单元相连，其输出轴与行星齿轮系的太阳轮相连，且其输出轴上装有第二角度传感器，该第二角度传感器通过CAN总线与电子控制单元相连；行星齿轮系的下排齿圈固定不动，行星齿轮系输出轴与齿轮齿条式转向器的小齿轮相连，且其输出轴上装配有输出轴处锁止钳，该输出轴处锁止钳通过第二液压管路与第二电磁阀相连，第二电磁阀还通过CAN总线连接电子控制单元；齿轮齿条式转向器的齿条上装有位移传感器，该位移传感器通过CAN总线与电子控制单元相连，齿条的末端连接转向横拉杆的一端，转向横拉杆的另一端连接着转向车轮。 2.一种蓄能式线控转向系统的容错控制方法，基于上述权利要求1所述的系统，其特征在于，包括以下步骤： 1)建立线控转向系统模型； 2)设计线控转向系统故障阈值判定条件； 3)划分线控转向系统状态，提出与故障对应的应对措施。 3.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤1)中的线控转向系统模型具体为：汽车启动初期，电子控制单元发出输出轴锁止指令e，输出轴锁止转矩To达到设定的最大值Tomax，转向电机开始为扭簧蓄能，该状态下扭簧的动力学模型为： θr2＝βθs 式中，Js为扭簧转动惯量；θs为扭簧转角；α为行星齿轮系齿圈与行星齿轮系太阳轮的齿数比；θr2为行星齿轮系上排齿圈的转角；Ts1为行星齿轮系太阳轮的转矩；Ts为扭簧锁止转矩；β为扭簧齿轮与行星齿轮系上排齿轮的齿数之比；Ks为扭簧弹性系数；当扭簧转角达到最大值θsmax，电子控制单元一方面发出扭簧锁止指令，使扭簧锁止转矩达到设定最大值Tsmax，另一方面切断转向电机的转向指令，表示蓄能结束。 4.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的线控转向系统的故障分为转向电机精度故障、转向电机完全失效故障和电子控制单元故障。 5.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的转向电机精度故障阈值判定条件如下，式中，为t时刻齿条位移的测量值；t1为转向电机精度故障的时间区间上限；Th1为电机精度阈值。 6.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的转向电机完全失效故障阈值判定条件如下，式中，λi(i＝1,2,3,4)为权重系数；t2为转向电机失效的时间区间上限；为t时刻转向电机转角测量值；为t-1时刻转向电机转角测量值；为t-1时刻齿条位移的测量值；Th2为电机失效阈值。 7.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的电子控制单元故障阈值判定条件如下：电子控制单元包含计算模块、寄存器模块和自诊断模块，其中计算模块用于分析各传感器信号、计算当前时刻的转向指令和当前状态下为使齿条回正所需的电机转角和相应的电机转向指令；寄存器模块用于保存转向系统模型及来自计算模块的两种锁止指令和转向指令，并且前一时刻的转向指令输出给转向电机后会被新的转向指令覆盖掉；自诊断模块用于检测并收集电子控制单元内部程序异常；当程序出现无法解决的异常时，代表电子控制单元产生故障，此时自诊断模块中断计算模块的运行，且确认寄存器模块内的两种锁止指令传给执行器。 8.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤3)中的线控转向系统状态包含：启动初期、正常行驶、转向电机精度故障、转向电机完全失效故障和电子控制单元故障。 9.根据权利要求2所述的蓄能式线控转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤3)中的故障对应的应对措施如下：出现转向电机精度故障后，在一定时间内由扭簧介入来保证转向精度，具体为电子控制单元调节扭簧锁止指令，使扭簧处锁止钳高频松开或紧闭，以此改变扭簧锁止转矩Ts，使扭簧转动并通过行星齿轮系将扭簧转角叠加到齿条的运动中，最终使齿条位移的误差降低到阈值以下；转向电机完全失效时，电子控制单元立即切断转向指令，以防扭簧介入时转向电机突然恢复运转；以及中断扭簧锁止指令，扭簧处锁止钳完全松开，扭簧以最大转矩Tsmax输出到行星齿轮系和齿条；当电子控制单元检测到时，表明齿条回到中间位置，此时电子控制单元立刻恢复扭簧锁止指令，使扭簧处锁止钳完全紧闭，扭簧瞬间锁止，转向电机无法运转，保证齿条和转向车轮在最短时间内回正；当电子控制单元发生故障时，寄存器模块里的故障回正指令持续发送给转向电机，同时自诊断模块触发寄存器模块内的两种锁止指令，使扭簧处锁止钳紧闭，而输出轴锁止钳松开；转向电机能在没有扭簧干涉的情况下通过行星齿轮系、行星齿轮系输出轴、小齿轮、齿条、转向横拉杆带动转向车轮迅速回正；以及，故障回正指令为持续的常量信号，转向车轮回到中间位置后不会越过中间位置转到另一方向或来回摆动。
所属类别：	发明专利