專利名稱：：一種汽車線控轉向系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種汽車線控轉向系統(tǒng)，屬于汽車電子線控
技術領域：
，可應用于輔助駕駛汽車或智能駕駛汽車。
背景技術：
：汽車發(fā)展的趨勢是安全、節(jié)能、環(huán)保。轉向系統(tǒng)是關系主動安全的重要系統(tǒng)，其性能不僅影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，而且影響到駕駛員的人身安全和舒適性，特別是在車輛密集化、行車高速化、駕駛人員非職業(yè)化的今天，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。線控轉向系統(tǒng)(Steering-By-Wire,簡稱SBW系統(tǒng))正是迎合這種客觀需求而發(fā)展的，它去掉了方向盤與轉向輪之間的機械連接部件，徹底擺脫了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的固有限制，不僅使整車設計更靈活，而且提高了駕駛員的舒適感?，F(xiàn)有的線控轉向系統(tǒng)結構如圖1所示，主要由路感部分、控制器(ECU)部分和轉向執(zhí)行部分組成，通過控制器檢測方向盤的轉角和轉矩，控制轉向電機實現(xiàn)駕駛員的轉向意圖，同時，控制器控制路感電機輸出一定的力矩作用在轉向軸上，給駕駛員提供路感。在這種線控轉向系統(tǒng)中，控制器既要連接路感部分，又要連接執(zhí)行轉向部分，限制了線控轉向系統(tǒng)設計的靈活性；同時，控制器與各種傳感器、電機之間的連接線路復雜，而且抗干擾能力差，影響了整個線控轉向系統(tǒng)的安全可靠性能。
實用新型內容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有線控轉向系統(tǒng)靈活性和安全可靠性差的問題，提供了一種新型汽車線控轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用下一代車載網(wǎng)絡FlexRay最新技術，優(yōu)化了線控轉向系統(tǒng)線路結構，將路感部分和執(zhí)行轉向部分分開處理，兩者之間通過FlexRay總線通信。不僅增大了路感部分和執(zhí)行轉向部分之間的距離，提高了設計的靈活性，更重要的是兩者之間采用FlexRay總線通信，增強了抗干擾能力，提高了整個線控轉向系統(tǒng)的安全可靠性。本實用新型采取的技術方案如下本系統(tǒng)包括路感部分、執(zhí)行轉向部分和用于連接路感部分和執(zhí)行轉向部分的FlexRay通信網(wǎng)絡。所述的路感部分包括與方向盤相連的轉角傳感器、轉矩傳感器、路感電機和路感控制器。所述的執(zhí)行轉向部分包括通過執(zhí)行器與車輪相連的轉向電機、用于檢測車速的速度傳感器以及轉向控制器。其中路感控制器分別與轉角傳感器、轉矩傳感器、路感電機及FlexRay通信網(wǎng)絡相連，轉向控制器分別與速度傳感器、轉向電機和FlexRay通信網(wǎng)絡相連。速度傳感器將采集到的車速信號傳送給轉向控制器，轉向控制器將車速信號通過FlexRay通信網(wǎng)絡傳送給路感控制器，路感控制器通過轉角傳感器、轉矩傳感器提供的轉角信號、轉矩信號，結合車速信號計算出路感力矩，并將該力矩作用于路感電機。同時，路感控制器將方向盤的轉角信號通過FlexRay通信網(wǎng)絡傳送給轉向控制器，轉向控制器控制轉向電機完成轉向動作。所述的FlexRay總線網(wǎng)絡為雙通道冗余通信。所述的FlexRay總線網(wǎng)絡包括靜態(tài)段通信和動態(tài)段通信，與轉向相關的數(shù)據(jù)分配在靜態(tài)段通信。本實用新型工作過程當汽車啟動時，線控轉向系統(tǒng)中的兩個電子控制單元(ECU1和ECU2)上電初始化，并通過發(fā)送啟動信號啟動FlexRay通信網(wǎng)絡，使整個線控轉向系統(tǒng)處于就緒狀態(tài)。當汽車開始運動后，路感控制器(ECU1)實時采集車速信息和方向盤轉角轉矩信息，并計算出路感力矩T2的大小，結合路感電機的特性計算出目標電流的大小，通過路感電機的電流傳感器檢測實際電流，經(jīng)過電流閉環(huán)控制使得路感電機輸出適當?shù)牧刈饔糜诜较虮P，最終提供路感；此外，路感控制器需要將檢測到的方向盤轉角大小通過FlexRay通信控制器發(fā)送到FlexRay總線，供ECU2使用。同時，執(zhí)行轉向控制器(ECU2)從FlexRay總線上獲取轉向角度信息，控制轉向電機驅動執(zhí)行器完成相應的轉向動作，此外，執(zhí)行轉向控制器需要檢測汽車的車速大小并發(fā)送到FlexRay總線上，供ECU1使用。本實用新型采用FlexRay總線通信，使整個線控轉向系統(tǒng)結構細化，既有利于線控轉向系統(tǒng)設計安裝，又有利于采用分布式控制，提高控制效果。4另外，在信息通信時利用FlexRay總線雙通道通信，采用硬件冗余技術，加強了系統(tǒng)的可靠性，此外，利用時間觸發(fā)原理，將相同的信息分配到不同的時槽，不僅從軟件上實現(xiàn)了冗余，加強了系統(tǒng)可靠性能，還使得線控轉向系統(tǒng)中的兩個控制器ECU提前知道信息的到達時間，有利于錯誤信號的預測，為線控轉向系統(tǒng)故障診斷爭取了時間。整個線控轉向系統(tǒng)具有結構簡單、設計靈活、安全可靠性好的特點。圖1現(xiàn)有的線控轉向系統(tǒng)結構框圖圖2本實用新型線控轉向系統(tǒng)結構框圖圖3路感控制器功能圖圖4路感控制器控制流程圖圖5FlexRay通信初始化流程圖圖中l(wèi).方向盤，2.轉角傳感器，3.轉矩傳感器，4.車輪，5.速度傳感器。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型作進一步說明本系統(tǒng)的結構如圖2所示，由路感部分、執(zhí)行轉向部分和FlexRay通信部分組成。路感部分包括轉角傳感器、轉矩傳感器、路感電機、路感控制器(ECU1)以及機械部件。轉角傳感器、轉角傳感器、路感電機分別與方向盤相連，路感控制器分別與轉角傳感器、轉矩傳感器、路感電機及FlexRay通信網(wǎng)絡相連。執(zhí)行轉向部分包括速度傳感器、轉向電機、執(zhí)行器和轉向控制器(ECU2)。轉向電機通過執(zhí)行器與車輪相連，速度傳感器用于檢測車速，轉向控制器分別與速度傳感器、轉向電機和FlexRay通信網(wǎng)絡相連。路感部分一方面負責檢測駕駛員的轉向意圖(轉角e)，并將該信號發(fā)送到FlexRay總線；另一方面根據(jù)實際駕駛情況給駕駛員提供正確的路感力矩T2。路感力矩T2的大小主要由方向盤的轉角、轉矩以及車速決定，車速信息來源于FlexRay總線。通過車速和轉角轉矩信息計算出路感力矩T2的大小，控制路感電機輸出該力矩給駕駛員提供路感。執(zhí)行轉向部分一方面根據(jù)轉角信號控制轉向電機輸出轉向力矩ri，完成駕駛員的轉向意圖；另一方面檢測轉向系統(tǒng)的運行狀況信息，比如車輪轉速(r)等信息，并及時的發(fā)送到FlexRay總線上，供路感部分以及車內其它系統(tǒng)使用。FlexRay通信網(wǎng)絡實現(xiàn)連接路感部分與執(zhí)行轉向部分的功能。本實施實例采用新一代車載總線FlexRay技術作為通信載體，將路感控制器和執(zhí)行轉向控制器分別作為FlexRay網(wǎng)絡中的兩個節(jié)點，兩者之間通過FlexRay總線雙通道冗余通信，不僅從根本上解決了線控轉向系統(tǒng)安全可靠性問題，而且優(yōu)化了系統(tǒng)結構，有利于汽車整體設計。本實施實例所涉及的兩個控制器(路感控制器和轉向控制器)都是采用飛思卡爾產(chǎn)的基于PowerPC架構的32位單片機PowerPC5567實現(xiàn)的。方向盤轉角轉矩測量采用墨西哥BItechnologies公司產(chǎn)的EPS-SX4300A型傳感器，該傳感器可以同時測量轉角轉矩，并將角度信號線性的轉換為電壓信號，通過采集轉角傳感器輸出信號，計算出方向盤的絕對轉角大小。路感電機采用普通的直流電機，功率為500W。圖3為路感控制器功能圖，主要利用PowerPC5567片上集成的ADC模塊、eTPU模塊、FlexRay通信控制器模塊。ADC模塊的通道20和通道21負責采集轉角信號，通道17和通道19分別采集路感電機實際電流信號和轉向方向信號。eTPUl與eTPU5輸出兩路互補的P麗信號作用于全橋驅動電路驅動電機工作。駕駛員的轉向意圖(轉角)通過FlexRay通信控制器的兩個通道ChannelA和ChannelB傳送到通信網(wǎng)絡。圖4為路感控制流程圖，控制器根據(jù)車速和轉角轉矩信號計算出路感力矩的大小，結合路感電機的特性得到控制電機目標電流Id,通過檢測電機實際電流構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制路感電機輸出正確的路感力矩。本實施實例中執(zhí)行轉向部分所用的轉向電機也是普通直流電機，只是功率比路感電機稍大，選用800W。轉向執(zhí)行器采用齒輪齒條式。控制器芯片與路感部分相同，主要利用PowerPC5567上集成的ADC模塊、eTPU模塊、FlexRay通信控制器模塊，分別用于車速信號的采集、P麗驅動信號的產(chǎn)生和車速與轉向角度的傳輸。執(zhí)行機構控制器從FlexRay總線獲取汽車轉向角度后，控制轉向電機完成相應的轉向動作，其控制流程與路感電機控制流程相似，不再贅述。在設計基于FlexRay總線通信的線控轉向系統(tǒng)時，主要完成三方面的工作FlexRay網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡中各個通信節(jié)點的任務分配、節(jié)點初始化。本實用新型提出的線控轉向系統(tǒng)只涉及兩個FlexRay通信節(jié)點，并且兩節(jié)點間需要通信的數(shù)據(jù)量比較小，只是對實時性、可靠性、容錯性能提出了較高要求。本實施例在建立FlexRay通信的時候，將與轉向相關的數(shù)據(jù)分配在靜態(tài)段通信，并采取軟件冗余技術，將相同的數(shù)據(jù)分配到不同的時槽通信。表1描述了建立線控轉向系統(tǒng)FlexRay總線通信網(wǎng)絡的主要參數(shù)-一個通信循環(huán)配置為800us，每個通信循環(huán)完成通信任務后能及時進入下一個循環(huán)，提高實時性能；線控轉向FlexRay通信網(wǎng)絡配置了12個靜態(tài)時槽，8個動態(tài)時槽，編號分別為1到20。分配靜態(tài)時槽時，盡可能增大時槽的長度(60us)，使分配到每個靜態(tài)時槽的任務有足夠的時間去完成通信；每個動態(tài)段時槽時長為6us，用于處理一些與事件觸發(fā)相關的通信；滿足靜態(tài)段和動態(tài)段參數(shù)要求后，留有足夠的符號窗口(SW)和網(wǎng)絡空閑時間(NIT)，使節(jié)點啟動和同步都能順利完成；此外，將FlexRay網(wǎng)絡通信速率配置為10Mbits/sec，提供足夠的帶寬來保證數(shù)據(jù)的正確收發(fā)。表1線控轉向FlexRay網(wǎng)絡參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2描述了本實用新型中路感控制器ECU1和執(zhí)行轉向控制器ECU2的參數(shù)配置與通信任務分配。時槽1和時槽4分別為方向盤部分(ECU1)和執(zhí)行轉向部分(ECU2)的關鍵時槽，用于發(fā)送啟動幀信息，同時設置關鍵時槽啟動和同步，保證通信網(wǎng)絡能夠正常啟動和運行；利用FlexRay總線冗余容錯技術，在靜態(tài)段時槽2和時槽3傳輸相同的數(shù)據(jù)，分配給方向盤節(jié)點發(fā)送轉角數(shù)據(jù)，執(zhí)行機構節(jié)點接收轉角數(shù)據(jù)；時槽5和時槽6分配給執(zhí)行機構節(jié)點發(fā)送車速數(shù)據(jù)，方向盤節(jié)點接收車速數(shù)據(jù)；最后利用FlexRay網(wǎng)絡雙通道獨立通信的功能，將相同的數(shù)據(jù)分配到通道A和通道B傳輸，進一步加強了線控轉向系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃阅?。?線控轉向節(jié)點配置<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通信任務分配時槽2時槽3時槽5時槽6發(fā)送轉角信號發(fā)送轉角信號接收車速信號接收車速信號接收轉角信號接收轉角信號發(fā)送車速信號發(fā)送車速信號配置好網(wǎng)絡參數(shù)和節(jié)點任務后，進入FlexRay總線通信初始化階段，主要完成以下工作(1)初始化FlexRay模塊。完成FlexRay模塊基地址存儲映射，通信信道配置，之后重啟FlexRay通信控制器；(2)FlexRay協(xié)議初始化。定義相關數(shù)據(jù)結構，實現(xiàn)網(wǎng)絡配置和節(jié)點通信任務分配；(3)消息緩沖器初始化。初始化FlexRay通信控制器消息緩沖器與通信數(shù)據(jù)報文的對應關系，這三步之后通信節(jié)點進入就緒狀態(tài)。最后，通過發(fā)送啟動幀完成網(wǎng)絡啟動。根據(jù)表2的配置，方向盤節(jié)點和執(zhí)行轉向節(jié)點分別在時槽1和時槽4發(fā)送啟動幀信息，同時偵聽網(wǎng)絡中的啟動幀個數(shù)，直到網(wǎng)絡中有足夠的啟動幀啟動FlexRay網(wǎng)絡，與線控轉向相關的轉角、轉矩、車速等信息在正常主動狀態(tài)下實現(xiàn)通信。詳細流程圖如圖5所示。8權利要求1、一種汽車線控轉向系統(tǒng)，包括路感部分和執(zhí)行轉向部分，所述的路感部分包括與方向盤相連的轉角傳感器、轉矩傳感器和路感電機，所述的執(zhí)行轉向部分包括通過執(zhí)行器與車輪相連的轉向電機、以及用于檢測車速的速度傳感器，其特征在于還包括用于連接路感部分和執(zhí)行轉向部分的FlexRay通信網(wǎng)絡，所述的路感部分還包括路感控制器，所述的執(zhí)行轉向部分還包括轉向控制器；其中路感控制器分別與轉角傳感器、轉矩傳感器、路感電機及FlexRay通信網(wǎng)絡相連，轉向控制器分別與速度傳感器、轉向電機和FlexRay通信網(wǎng)絡相連；速度傳感器將采集到的車速信號傳送給轉向控制器，轉向控制器將車速信號通過FlexRay通信網(wǎng)絡傳送給路感控制器，路感控制器通過轉角傳感器、轉矩傳感器提供的轉角信號、轉矩信號，結合車速信號計算出路感力矩，并將該力矩作用于路感電機；同時，路感控制器將方向盤的轉角信號通過FlexRay通信網(wǎng)絡傳送給轉向控制器，轉向控制器控制轉向電機完成轉向動作。2、根據(jù)權利要求1所述的一種汽車線控轉向系統(tǒng)，其特點在于所述的FlexRay總線網(wǎng)絡為雙通道冗余通信。3、根據(jù)權利要求1所述的一種汽車線控轉向系統(tǒng)，其特點在于所述的FlexRay總線網(wǎng)絡包括靜態(tài)段通信和動態(tài)段通信，與轉向相關的數(shù)據(jù)分配在靜態(tài)段通信。專利摘要本實用新型涉及一種汽車線控轉向系統(tǒng)，屬于汽車電子線控
技術領域：
，可應用于輔助駕駛汽車或智能駕駛汽車。本實用新型采用FlexRay總線技術，基于PowerPC5567平臺構建了一個分布式線控轉向系統(tǒng)，包括路感部分、FlexRay通信部分和執(zhí)行轉向部分。針對線控轉向系統(tǒng)對安全可靠性要求高的特點，在建立FlexRay通信的時候，將與轉向相關的信息數(shù)據(jù)分配在靜態(tài)段通信，并采取軟件冗余技術，將相同的數(shù)據(jù)分配到不同的時槽通信。利用FlexRay總線的雙通道傳遞相同的數(shù)據(jù)，加強了系統(tǒng)的安全可靠性。本實用新型的優(yōu)越性在于將FlexRay技術應用于線控轉向系統(tǒng)中，提高了線控轉向系統(tǒng)的安全可靠性和靈活件。文檔編號B62D6/00GK201405922SQ20092010615公開日2010年2月17日申請日期2009年3月13日優(yōu)先權日2009年3月13日發(fā)明者于涌川,亮朱,段建民申請人:北京工業(yè)大學