[发明专利]一种汽车线控转向的冗余及容错系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车领域，特别是涉及汽车线控转向冗余设计和容错控制以及车载CAN通讯。

背景技术

汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。汽车转向最早采用液压助力转向系统，电子技术和电气技术的应用使得转向系统发生了革命性的变化，出现了电动液压助力转向系统、电动助力转向系统和线控电动转向系统。为了提高转向性能，目前汽车转向系统逐步采用电动转向系统。

安装线控转向系统的汽车，必须考虑安全性和容错措施。线控系统在发生故障时，有可能危及生命和财产安全。由于转向盘和转向轮间无机械连接，要避免故障发生时丧失转向能力、驾驶员丧失路感就必须采用容错控制技术，容错控制技术成为线控转向主要技术之一。

汽车工业的迅速发展，极大的带动了汽车电子产业尤其是汽车车载总线通讯的发展，汽车总线的发展种类也日趋多样和完善。CAN总线作为电子系统集成性的关键技术，目前已经得到广泛应用。利用车载网络可从总线上获取各种与本控制器运行相关的信息，并减少控制器开发成本、重量，提升控制器通讯和控制的实时性及灵活性。将汽车各个车载控制器融入车载网络成为当今汽车控制器主流趋势之一。

目前，在已知技术中，有一种汽车电子转向系统中的转向器(申请号：CN200510123642.1)，该转向器包括依次连接的电机、减速机构、传动机构和锥齿轮组。还有一种汽车电子转向器(申请号：CN200810016763.X)以及汽车电子转向器(申请号：CN200420041812.2)。后者主要的结构包括有方向盘和控制系统，其特征在于：基于电子控制系统，由电子电路构成，主要包括有旋转编码器、步进电机驱动电路、步进电机、齿轮变速箱、故障诊断电路和供电电源等。通过上述技术可以实现电机的正反转以及对电机信号的实时监测等，但是它们的缺点是设计过程复杂，效率低下，受到汽车行驶时颠簸对电路的影响等，未对芯片、电机出错及信号采集错误方面做考虑等。已有专利中考虑到机械及硬件设计，但未考虑到CAN通讯在故障处理中的实际应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种具有冗余和容错结构的汽车线控转向系统，包括主控芯片、强电电路、检测模块、处理模块以及执行电机，其特征在于，还包括备用芯片以及备用强电电路，当出现故障时，处理模块根据检测模块的信息，屏蔽主控芯片，启动备用芯片及备用强电电路。

汽车线控转向系统还包括备用传感器电路，该传感器电路通过备份连接与汽车的多个传感器直接连接。

该线控转向系统与汽车中的多个控制器通过CAN网络进行通讯。所述多个控制器包括：仪表控制器、车身控制器、转角控制器以及制动系统控制器。

进一步，检测模块包括看门狗模块。

进一步，强电电路和备用强电电路自动检测电机温度和电流，在电机过热、过流、过压时主动反馈信号给主控芯片或备用芯片，由其进行故障保护处理。执行电机包括路感电机和转向电机。

本发明还公开了上述汽车线控转向系统的控制方法，其特征在于：

当整个系统正常工作时，由主控芯片负责控制，备用芯片处于休眠状态；

当检测模块检测到故障时，将信息反馈给处理模块；

处理模块发出指令，启动备用芯片以及备用强电电路，同时关闭主控芯片及强电电路的电源，停止其工作；

线控转向控制指示灯进行故障指示；

故障信号以故障码的形式存储于线控转向系统中。

当CAN网络出现故障时，线控转向系统自动启动其备用传感器电路，从传感器直接获取信号，CAN网络故障以故障码的形式存储于线控转向系统中。

当传感器出现故障时，屏蔽传感器输入，线控转向控制系统给出替代值代替传感器输入，并存储故障码，给出报警信号，线控转向指示灯进行故障指示。从传感器输入的信号包括点火信号、转角信号、扭矩信号、车速信号、以及偏航信号等。

根据故障程度不同，指示灯亮或闪烁。

本发明结合具体的硬件冗余和软件冗余设计，确保了SBW系统设计的完整性，并结合整车车载CAN通讯给出故障处理通讯和报警方式，保证系统一旦出现故障即可进行维修处理。根据本方案的设计方法SBW系统的可靠性、安全性、实时通讯性能都得到提高和优化，从而结构简单，产业化效益高。

在硬件冗余和容错控制中，本发明采用两个控制器，在正常运行时SBW控制器会时刻检测系统的安全性。一旦汽车主控芯片MCU出现故障，SBW系统将会自动切换到备用硬件电路及其备用控制芯片MCU。