[发明专利]一种三电机线控转向系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三电机线控转向系统及其控制方法，该系统包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块。转向盘模块用于驾驶员操作控制车辆转向，转向模块包括第一离合器、第三电机、行星齿轮机构、第二离合器、第一电机、第二电机、转向齿轮和转向齿条，ECU控制模块中ECU读取车辆行驶速度、转向盘的转角信号、转向杆的转矩信号、各电机控制器反馈的电流等信号，分析判断车辆所处转向工况，进而控制各电机运行和离合器开闭，电机动力经过行星齿轮机构进行耦合、分配后配合离合器开闭，实现转向系统不同转向模式的切换，进而满足不同转向工况的需求以及系统的安全性。

技术领域

本发明涉及线控转向技术领域，尤其涉及一种兼顾响应速率与可靠性的三电机线控转向系统及其控制方法。

背景技术

汽车转向系统的发展经历了如下阶段：机械式转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steerting，简称HPS)、电控液压助力转向系统(Electrical HydraulicPower Steering，简称EHPS)以及电动助力转向系统(Electrical Power Steering，简称EPS)。随着控制理论与车辆电子技术的不断发展，汽车的线控转向系统(Steering-By-Wire，简称SBW)技术也已经成为国内外一个热门的研究课题。

线控转向系统作为最新一代的转向系统，与传统转向系统相比，具有明显的技术优势。线控转向系统去掉了方向盘和转向轮之间的机械连接，减少了路面的冲击，降低了噪声，消除了碰撞时方向柱对驾驶员的伤害，增大了驾驶员腿部活动空间，提高了驾驶舒适度。车辆转向时，不再依靠传统的机械连接，而是依靠三组电子控制单元(ECU)进行控制，根据行驶路况和方向盘转动力度、速度进行综合计算，从而指挥转向电机机构实现转向。

对于线控转向系统的稳定可靠及安全性，在系统设计中大量引入了“冗余设计”的理念，比如：传感器的冗余、电机的冗余、车载电源系统的冗余等，这使得系统复杂、成本较高。国外一些汽车公司采用了系统冗余、容错技术和出现故障回到传统机械的模式等三种方式解决可靠性的问题。例如在英菲尼迪Q50的线控系统中，当任意一个ECU被监测到出现了问题时，备用模式将立刻通过一个离合器被激活，恢复到传统的机械传动转向模式，然而此转向系统仍旧存在着在如整车断电等极端情况下转向系统还能够可靠工作的问题。Becker等提出一种电控液压的线控转向系统(专利号US20160068182A1)，该装置通过两路电机泵控制转向轮缸的压力，驱动两侧横拉杆左右移动，但电机建立液压的响应速度慢，高压油管路增加的漏油及存在气泡等不可靠因素，且无法实现线控转向失效后的直接机械连接。杨林等提出一种混合型线控转向系统(专利号201610989594.2)，该系统路感电机和助力电机分开，只用一套转向执行电机驱动双排行星齿轮减速器，再经蜗杆齿条带动横拉杆左右移动，方向盘和转向轮之间具有实时可控的力传递特性和角传递特性，在系统失效时通过离合器恢复到机械转向状态，但该系统结构复杂且转向响应速率较慢，电机在转向频繁时需要改变频繁改变电机转向，系统稳定性差且电机使用寿命缩短。

发明内容

本发明提出了一种结构原理简单、模式选择多样、系统可靠、安全性高、响应速率快的线控转向系统及其控制方法，具体是一种兼顾响应速率与可靠性的三电机线控转向系统及其控制方法，利用三电机系统，经过行星齿轮进行转矩分配，配合离合器实现多模式切换、转向响应快、系统可靠性的目的，满足不同车辆转向系统不同工况的需求。

本发明系统的技术方案是：

一种三电机线控转向系统，包括转向盘模块、转向模块和ECU控制模块；

转向盘模块包括转向盘、转角转矩传感器、转向杆、路感电机及减速器，转向盘与转向杆的一端相连，转角转矩传感器安装在转向杆上，路感电机通过减速器与转向杆相连；