转角控制总成电子控制单元的制作方法

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于汽车线控转向系统(swb)转角控制总成的电子控制单元。

背景技术

早在20世纪50年代，trw和德国的kas-selmann等对线控转向系统的概念就已做出了大胆的设想并设计了与此类似的主动转向系统，用控制信号代替原有的机械连接通过操纵方向盘来控制汽车的转向。2001年意大利的bertone汽车设计及开发公司展示了新型概念汽车“filo”，该概念车采用了“drivebywire”系统，所有的驾驶动作都是通过信号传递的。随后如戴姆勒、宝马等各大欧美汽车厂家都对汽车线控转向系统进行了深入研究。国内对于该项目的研究起步较晚，2004年，同济大学在“春晖三号”电动车上运用了线控转向技术，实现了转向器与方向盘之间无机械连接的转向控制，并于2005年首次提出了在汽车上实现线控四轮转向系统。但至今为止，将线控转向与车轮转向结合起来的能满足安全设计要求的产品仍不多见，很多高校的产品仅仅是进行功能的展示和样机的制作。就当今现状，辅助驾驶系统和无人驾驶是现在新兴的热门研究领域，实现车辆智能转向的最佳方案就是采用线控转向系统，因而线控转向系统的研发也为自动驾驶车辆的开发提供了良好的平台，具有良好的应用前景。

eps系统主要是利用电机提供转向助力转矩，通过减速机构与驾驶员施加的转向力矩共同作用到转向管柱上，从而根据不同的车况为驾驶员提供相应的助力。如图1所示，为一种管柱式eps结构图，其由传统的机械转向系统，主要包括方向盘1、转向管柱4、中间轴5、转向器8、小齿轮9、转向横拉杆7、转向节臂10、转向轮11、转角传感器2、扭矩传感器6、电子控制单元13、转向助力电机12及减速机构3等组成。

sbw系统是决定汽车主动安全性的关键总成。sbw系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向控制，摆脱了传统转向系统的各种限制，sbw不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。

sbw系统由转角控制总成，转向执行总成和ecu(electroniccontrolunit，主控制器)三个主要部分以及辅助系统组成。一种线控转向系统的结构包括转角控制总成、转向执行总成和ecu及其他辅助系统。转角控制总成包括方向盘组件、转角传感器、路感模拟电机及减速机构等，用于将驾驶员的转向意图(通过测量方向盘转角)转换成数字信号，并传给转向执行总成控制器，同时接受转向执行总成控制器送来的力矩信号，通过路感反馈电机产生方向盘模拟阻力，以提供给驾驶员相应的“路感”信息；转向执行总成包括转向执行结构(转向横拉杆，转向器，转向节臂，转向轮等)、转向电机、减速机构和前轮转角传感器等，可以有效采集控制器信号执行转向操作，实现驾驶员意图，并将转向信息反馈给控制器；ecu及其他辅助系统包括控制器、车速及横摆角速度传感器、自动防故障系统和电源等，用于判断汽车的运动状态，向转角控制总成的路感反馈电机和转向执行总成的转向电机发送指令，控制相应电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担，同时控制器还可以对驾驶员的操纵指令进行判断，识别在当前状态下驾驶员的转向意图是否合理，当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时sbw会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快恢复到稳定状态。

由于sbw是在eps架构上取消了机械连接部分，因此对于电子控制单元的安全性提出了更高的要求，传统的eps系统当其中的电子控制单元失效后，驾驶员还可以通过传统的机械转向系统实现转向的目的，安全风险小。而对于sbw系统，其电子控制单元一旦失效，如当转角控制总成出现无法将驾驶员的转向意图有效的采集或可靠地传递给转向执行总成，就会导致转向无法实现预期的转向，此时车辆就处于失控状态。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于汽车线控转向系统(swb)能避免由于电子控制单元失效造成安全隐患的转角控制总成电子控制单元，

为解决上述技术问题本发明提供的转角控制总成电子控制单元,包括：第一电源e1、第二电源e2、第一～第三电源处理电路pmc1～pmc3、第一mcus-mcu、第二mcum-mcu和第一～第三转角传感器as1～as3；

第一电源e1通过第一电源处理电路pmc1为第一mcus-mcu和第一转角传感器as1供电，第二电源e2通过第二电源处理电路pmc2为第二mcum-mcu和第二转角传感器as2供电，第一电源e1或第二电源e2通过第三电源处理电路pmc3为第三转角传感器as3供电，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu相互执行信息监控和状态确认，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu接收第一～第三转角传感器as1～as3信号通过预设仲裁机制表决后将处理结果通过预驱动电路pre-driver驱动路感反馈电机。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，第一mcus-mcu采用第一ad模块连接第一～第三转角传感器as1～as3，第二mcum-mcu采用第二ad模块连接第一～第三转角传感器as1～as3。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，预设仲裁机制是少数服从多数机制。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，预设仲裁机制是三取二判断机制，当一路信号与另外两路信号不一致时，采用相同的两路信号转角信号。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu采用两路独立总线传输数据。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，第一mcu和第二mcu分别采用独立接口烧录程序。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu其中之一若发生故障，则另一mcu将转角信号传输至转角控制总成并将故障类型传输至转向执行总成形成报警和提示。

进一步改进上述转角控制总成电子控制单元，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu分别设有硬件看门狗wd，硬件看门狗wd检测到电源电压异常或mcu故障，则硬件看门狗wd复位其监控的mcu。

本发明至少能实现以下技术效果：

1、本发明采用两个独立的供电电源对整个硬件模块提供稳定的电源供电，采用两个独立的电源处理电路(powermanagementcircuit简称pmc)将外部蓄电池电压转换为微控制单元(microcontrollerunit，简称mcu)所需电压。这里使用两个独立电源供电和两个独立的pmc对电源进行转换，实现电源电路的冗余备份，通过此设计，当一路电源出现故障时，另一路电源仍可以保证系统能可靠的工作。每个pmc电路可以采用诸如低压差线性稳压器(lowdropoutregulator简称ldo)来实现。

2、在线控转向系统中转角是一个关键信号，如果转角信号不能可靠采集或不能有效传输给下端的转向执行总成，都将造成转向失控，进而导致安全事故。本发明的硬件架构在采集转角信号时做了如下处理：采用三套独立的转角传感器(anglesensor)来产生驾驶员转向意图的电子信号，每一路传感器独立供电，避免因某一路传感器供电电源失效造成转角信号无法获取的现象发生。在采集处理时每个mcu使用不同的ad模块采集，以避免因ad模块通道硬件失效造成的共因失效，同时采用三取二的判断机制，当其中一路信号与另外两路信号不一致时，采取少数服从多数的仲裁机制，通过上述冗余式的设计和数据校验，提高了转角数据采集的可靠性，进而提高了汽车线控转向系统的安全性；

3、在线控转向系统中，当转角信号有效采集后，还需要将该转角数据及相关控制命令快速可靠的传输到下面的转向执行总成中，传输的媒介就是总线。用于线控系统的总线通讯要求传输必须做到速度高，可靠性高和时间特性好。本发明采用两路总线分别连接在m-mcu和s-mcu上，总线形式可以采用诸如can,can-fd或flexray等车用总线，总线传输数据过程中采用如循环冗余校验码(cyclicredundancycheck简称crc)等差错检测技术，确保数据能被无差错接受，如果当一路车用总线出现故障或无法满足该路总线的传输条件时，可以用另一路总线实现通信传输功能，从而实现转角等控制命令的可靠传输。

4、本发明采用双mcu方式实现对转角等信号的采集，分析及传输控制。为便于说明，两个mcu分别定义为m-mcu和s-mcu，两个mcu分别采集转角信号进行判断，分析处理。两个mcu采用独立电池电源供电，采用独立的jtag(jointtestactiongroup)接口烧录程序。两个mcu间还可进行相互的监控和状态的确认，进而提高系统工作的可靠性。如果两个mcu中诊断出某一个mcu发生故障或无法正常工作时，另一个mcu可以将转角信号提供给转向执行总成，同时将故障类型也提供给转向执行总成做为报警和提示，转向执行总成进而可根据收到的信息采取相应的故障处理措施，从而有效提前预防，确保系统的安全。

5、为保证m-mcu和s-mcu运行的可靠性，本发明还使用了外部硬件看门狗(watchingdog，简称wd)监控系统的运行。本发明中的硬件看门狗可以为单独的硬件看门狗电路也可以集成在如ldo芯片中(本发明的硬件电路架构图以集成在ldo中为例进行说明)，当看门狗检测到受监控的电源电压有异常或mcu运行不正常如跑飞时，看门狗便可通过复位引脚使mcu复位，让异常mcu重新进入可靠状态，提高了系统的稳定性和可靠性；

6、本发明还提供了“路感”模拟的硬件架构。其实现方式是m-mcu通过从转向执行总成反馈的信息及自身采集的外围传感器，车速等信息中提取出最能够反应汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，再通过预驱动器(pre-driver)驱动h桥，进而控制路感反馈电机，从而为驾驶员提供更为真实的模拟“路感”。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是eps系统结构示意图。

图2是swb系统结构示意图。

图3是本发明实施例结构示意图。

附图标记说明

方向盘1

减速机构3

转角传感器2

转向管柱4

中间轴5

扭矩传感器6

转向横拉杆7

转向器8

小齿轮9

转向节臂10

转向轮11

转向助力电机12

ecu13

车速14

转向电机15

转角传感器16

减速机构17

路感反馈电机18

第一电源e1

第二电源e2

第一～第三电源处理电路pmc1～pmc3

第一mcus-mcu

第二mcum-mcu

第一～第三转角传感器as1～as3

预驱动电路pre-driver

第一总线bus1

第二总线bus2

硬件看门狗wd

第一接口jtag1

第二接口jtag2

马达、电机motor

具体实施方式

如图3所示，本发明实施例包括：第一电源e1、第二电源e2、第一～第三电源处理电路pmc1～pmc3、第一mcus-mcu、第二mcum-mcu和第一～第三转角传感器as1～as3；

第一电源e1通过第一电源处理电路pmc1为第一mcus-mcu和第一转角传感器as1供电，第二电源e2通过第二电源处理电路pmc2为第二mcum-mcu和第二转角传感器as2供电，第一电源e1或第二电源e2通过第三电源处理电路pmc3为第三转角传感器as3供电，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu相互执行信息监控和状态确认，第一mcus-mcu和第二mcum-mcu接收第一～第三转角传感器as1～as3信号通过预设仲裁机制表决后将处理结果通过预驱动电路pre-driver驱动路感反馈电机。

其中，第一mcus-mcu采用第一ad模块(图中未显示)连接第一～第三转角传感器as1～as3，第二mcum-mcu采用第二ad模块(图中未显示)连接第一～第三转角传感器as1～as3。第一mcus-mcu和第二mcum-mcu采用两路独立总线第一总线bus1、第二总线bus2传输数据，第一mcu和第二mcu分别采用独立接口烧录程序第一接口jtag1、第二接口jtag2。第一mcus-mcu和第二mcum-mcu分别设有硬件看门狗wd，硬件看门狗wd检测到电源电压异常或mcu故障，则硬件看门狗wd复位其监控的mcu。

所示预设仲裁机制可以根据实际情况确定，可以采用各种常用仲裁表决机制。例如：少数服从多数机制、权重表决机制(根据实际秦广对不同传感器设置权重，例如对独立供电独立数据传输的设置更高权重，对共用供电和数据传输的传感器用更低权重)、趋同仲裁表决、一致仲裁表决等。

本实施例采用预设仲裁机制是三取二判断机制，当一路信号与另外两路信号不一致时，采用相同的两路信号转角信号。第一mcus-mcu和第二mcum-mcu其中之一若发生故障，则另一mcu将转角信号传输至转角控制总成并将故障类型传输至转向执行总成形成报警和提示。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。