一种汽车线控转向系统的制作方法

专利名称：：一种汽车线控转向系统的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种汽车线控转向系统，属于汽车电子线控
技术领域：
，可应用于辅助驾驶汽车或智能驾驶汽车。
背景技术：
：汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统是关系主动安全的重要系统，其性能不仅影响到汽车的操纵稳定性，而且影响到驾驶员的人身安全和舒适性，特别是在车辆密集化、行车高速化、驾驶人员非职业化的今天，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering-By-Wire,简称SBW系统)正是迎合这种客观需求而发展的，它去掉了方向盘与转向轮之间的机械连接部件，彻底摆脱了传统转向系统的固有限制，不仅使整车设计更灵活，而且提高了驾驶员的舒适感。现有的线控转向系统结构如图1所示，主要由路感部分、控制器(ECU)部分和转向执行部分组成，通过控制器检测方向盘的转角和转矩，控制转向电机实现驾驶员的转向意图，同时，控制器控制路感电机输出一定的力矩作用在转向轴上，给驾驶员提供路感。在这种线控转向系统中，控制器既要连接路感部分，又要连接执行转向部分，限制了线控转向系统设计的灵活性；同时，控制器与各种传感器、电机之间的连接线路复杂，而且抗干扰能力差，影响了整个线控转向系统的安全可靠性能。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决现有线控转向系统灵活性和安全可靠性差的问题，提供了一种新型汽车线控转向系统。该系统采用下一代车载网络FlexRay最新技术，优化了线控转向系统线路结构，将路感部分和执行转向部分分开处理，两者之间通过FlexRay总线通信。不仅增大了路感部分和执行转向部分之间的距离，提高了设计的灵活性，更重要的是两者之间采用FlexRay总线通信，增强了抗干扰能力，提高了整个线控转向系统的安全可靠性。本实用新型采取的技术方案如下本系统包括路感部分、执行转向部分和用于连接路感部分和执行转向部分的FlexRay通信网络。所述的路感部分包括与方向盘相连的转角传感器、转矩传感器、路感电机和路感控制器。所述的执行转向部分包括通过执行器与车轮相连的转向电机、用于检测车速的速度传感器以及转向控制器。其中路感控制器分别与转角传感器、转矩传感器、路感电机及FlexRay通信网络相连，转向控制器分别与速度传感器、转向电机和FlexRay通信网络相连。速度传感器将采集到的车速信号传送给转向控制器，转向控制器将车速信号通过FlexRay通信网络传送给路感控制器，路感控制器通过转角传感器、转矩传感器提供的转角信号、转矩信号，结合车速信号计算出路感力矩，并将该力矩作用于路感电机。同时，路感控制器将方向盘的转角信号通过FlexRay通信网络传送给转向控制器，转向控制器控制转向电机完成转向动作。所述的FlexRay总线网络为双通道冗余通信。所述的FlexRay总线网络包括静态段通信和动态段通信，与转向相关的数据分配在静态段通信。本实用新型工作过程当汽车启动时，线控转向系统中的两个电子控制单元(ECU1和ECU2)上电初始化，并通过发送启动信号启动FlexRay通信网络，使整个线控转向系统处于就绪状态。当汽车开始运动后，路感控制器(ECU1)实时采集车速信息和方向盘转角转矩信息，并计算出路感力矩T2的大小，结合路感电机的特性计算出目标电流的大小，通过路感电机的电流传感器检测实际电流，经过电流闭环控制使得路感电机输出适当的力矩作用于方向盘，最终提供路感；此外，路感控制器需要将检测到的方向盘转角大小通过FlexRay通信控制器发送到FlexRay总线，供ECU2使用。同时，执行转向控制器(ECU2)从FlexRay总线上获取转向角度信息，控制转向电机驱动执行器完成相应的转向动作，此外，执行转向控制器需要检测汽车的车速大小并发送到FlexRay总线上，供ECU1使用。本实用新型采用FlexRay总线通信，使整个线控转向系统结构细化，既有利于线控转向系统设计安装，又有利于采用分布式控制，提高控制效果。4另外，在信息通信时利用FlexRay总线双通道通信，采用硬件冗余技术，加强了系统的可靠性，此外，利用时间触发原理，将相同的信息分配到不同的时槽，不仅从软件上实现了冗余，加强了系统可靠性能，还使得线控转向系统中的两个控制器ECU提前知道信息的到达时间，有利于错误信号的预测，为线控转向系统故障诊断争取了时间。整个线控转向系统具有结构简单、设计灵活、安全可靠性好的特点。图1现有的线控转向系统结构框图图2本实用新型线控转向系统结构框图图3路感控制器功能图图4路感控制器控制流程图图5FlexRay通信初始化流程图图中l.方向盘，2.转角传感器，3.转矩传感器，4.车轮，5.速度传感器。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步说明本系统的结构如图2所示，由路感部分、执行转向部分和FlexRay通信部分组成。路感部分包括转角传感器、转矩传感器、路感电机、路感控制器(ECU1)以及机械部件。转角传感器、转角传感器、路感电机分别与方向盘相连，路感控制器分别与转角传感器、转矩传感器、路感电机及FlexRay通信网络相连。执行转向部分包括速度传感器、转向电机、执行器和转向控制器(ECU2)。转向电机通过执行器与车轮相连，速度传感器用于检测车速，转向控制器分别与速度传感器、转向电机和FlexRay通信网络相连。路感部分一方面负责检测驾驶员的转向意图(转角e)，并将该信号发送到FlexRay总线；另一方面根据实际驾驶情况给驾驶员提供正确的路感力矩T2。路感力矩T2的大小主要由方向盘的转角、转矩以及车速决定，车速信息来源于FlexRay总线。通过车速和转角转矩信息计算出路感力矩T2的大小，控制路感电机输出该力矩给驾驶员提供路感。执行转向部分一方面根据转角信号控制转向电机输出转向力矩ri，完成驾驶员的转向意图；另一方面检测转向系统的运行状况信息，比如车轮转速(r)等信息，并及时的发送到FlexRay总线上，供路感部分以及车内其它系统使用。FlexRay通信网络实现连接路感部分与执行转向部分的功能。本实施实例采用新一代车载总线FlexRay技术作为通信载体，将路感控制器和执行转向控制器分别作为FlexRay网络中的两个节点，两者之间通过FlexRay总线双通道冗余通信，不仅从根本上解决了线控转向系统安全可靠性问题，而且优化了系统结构，有利于汽车整体设计。本实施实例所涉及的两个控制器(路感控制器和转向控制器)都是采用飞思卡尔产的基于PowerPC架构的32位单片机PowerPC5567实现的。方向盘转角转矩测量采用墨西哥BItechnologies公司产的EPS-SX4300A型传感器，该传感器可以同时测量转角转矩，并将角度信号线性的转换为电压信号，通过采集转角传感器输出信号，计算出方向盘的绝对转角大小。路感电机采用普通的直流电机，功率为500W。图3为路感控制器功能图，主要利用PowerPC5567片上集成的ADC模块、eTPU模块、FlexRay通信控制器模块。ADC模块的通道20和通道21负责采集转角信号，通道17和通道19分别采集路感电机实际电流信号和转向方向信号。eTPUl与eTPU5输出两路互补的P丽信号作用于全桥驱动电路驱动电机工作。驾驶员的转向意图(转角)通过FlexRay通信控制器的两个通道ChannelA和ChannelB传送到通信网络。图4为路感控制流程图，控制器根据车速和转角转矩信号计算出路感力矩的大小，结合路感电机的特性得到控制电机目标电流Id,通过检测电机实际电流构成闭环控制系统，控制路感电机输出正确的路感力矩。本实施实例中执行转向部分所用的转向电机也是普通直流电机，只是功率比路感电机稍大，选用800W。转向执行器采用齿轮齿条式。控制器芯片与路感部分相同，主要利用PowerPC5567上集成的ADC模块、eTPU模块、FlexRay通信控制器模块，分别用于车速信号的采集、P丽驱动信号的产生和车速与转向角度的传输。执行机构控制器从FlexRay总线获取汽车转向角度后，控制转向电机完成相应的转向动作，其控制流程与路感电机控制流程相似，不再赘述。在设计基于FlexRay总线通信的线控转向系统时，主要完成三方面的工作FlexRay网络配置、网络中各个通信节点的任务分配、节点初始化。本实用新型提出的线控转向系统只涉及两个FlexRay通信节点，并且两节点间需要通信的数据量比较小，只是对实时性、可靠性、容错性能提出了较高要求。本实施例在建立FlexRay通信的时候，将与转向相关的数据分配在静态段通信，并采取软件冗余技术，将相同的数据分配到不同的时槽通信。表1描述了建立线控转向系统FlexRay总线通信网络的主要参数-一个通信循环配置为800us，每个通信循环完成通信任务后能及时进入下一个循环，提高实时性能；线控转向FlexRay通信网络配置了12个静态时槽，8个动态时槽，编号分别为1到20。分配静态时槽时，尽可能增大时槽的长度(60us)，使分配到每个静态时槽的任务有足够的时间去完成通信；每个动态段时槽时长为6us，用于处理一些与事件触发相关的通信；满足静态段和动态段参数要求后，留有足够的符号窗口(SW)和网络空闲时间(NIT)，使节点启动和同步都能顺利完成；此外，将FlexRay网络通信速率配置为10Mbits/sec，提供足够的带宽来保证数据的正确收发。表1线控转向FlexRay网络参数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2描述了本实用新型中路感控制器ECU1和执行转向控制器ECU2的参数配置与通信任务分配。时槽1和时槽4分别为方向盘部分(ECU1)和执行转向部分(ECU2)的关键时槽，用于发送启动帧信息，同时设置关键时槽启动和同步，保证通信网络能够正常启动和运行；利用FlexRay总线冗余容错技术，在静态段时槽2和时槽3传输相同的数据，分配给方向盘节点发送转角数据，执行机构节点接收转角数据；时槽5和时槽6分配给执行机构节点发送车速数据，方向盘节点接收车速数据；最后利用FlexRay网络双通道独立通信的功能，将相同的数据分配到通道A和通道B传输，进一步加强了线控转向系统中数据传输的安全可靠性能。表2线控转向节点配置<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通信任务分配时槽2时槽3时槽5时槽6发送转角信号发送转角信号接收车速信号接收车速信号接收转角信号接收转角信号发送车速信号发送车速信号配置好网络参数和节点任务后，进入FlexRay总线通信初始化阶段，主要完成以下工作(1)初始化FlexRay模块。完成FlexRay模块基地址存储映射，通信信道配置，之后重启FlexRay通信控制器；(2)FlexRay协议初始化。定义相关数据结构，实现网络配置和节点通信任务分配；(3)消息缓冲器初始化。初始化FlexRay通信控制器消息缓冲器与通信数据报文的对应关系，这三步之后通信节点进入就绪状态。最后，通过发送启动帧完成网络启动。根据表2的配置，方向盘节点和执行转向节点分别在时槽1和时槽4发送启动帧信息，同时侦听网络中的启动帧个数，直到网络中有足够的启动帧启动FlexRay网络，与线控转向相关的转角、转矩、车速等信息在正常主动状态下实现通信。详细流程图如图5所示。8权利要求1、一种汽车线控转向系统，包括路感部分和执行转向部分，所述的路感部分包括与方向盘相连的转角传感器、转矩传感器和路感电机，所述的执行转向部分包括通过执行器与车轮相连的转向电机、以及用于检测车速的速度传感器，其特征在于还包括用于连接路感部分和执行转向部分的FlexRay通信网络，所述的路感部分还包括路感控制器，所述的执行转向部分还包括转向控制器；其中路感控制器分别与转角传感器、转矩传感器、路感电机及FlexRay通信网络相连，转向控制器分别与速度传感器、转向电机和FlexRay通信网络相连；速度传感器将采集到的车速信号传送给转向控制器，转向控制器将车速信号通过FlexRay通信网络传送给路感控制器，路感控制器通过转角传感器、转矩传感器提供的转角信号、转矩信号，结合车速信号计算出路感力矩，并将该力矩作用于路感电机；同时，路感控制器将方向盘的转角信号通过FlexRay通信网络传送给转向控制器，转向控制器控制转向电机完成转向动作。2、根据权利要求1所述的一种汽车线控转向系统，其特点在于所述的FlexRay总线网络为双通道冗余通信。3、根据权利要求1所述的一种汽车线控转向系统，其特点在于所述的FlexRay总线网络包括静态段通信和动态段通信，与转向相关的数据分配在静态段通信。专利摘要本实用新型涉及一种汽车线控转向系统，属于汽车电子线控
技术领域：
，可应用于辅助驾驶汽车或智能驾驶汽车。本实用新型采用FlexRay总线技术，基于PowerPC5567平台构建了一个分布式线控转向系统，包括路感部分、FlexRay通信部分和执行转向部分。针对线控转向系统对安全可靠性要求高的特点，在建立FlexRay通信的时候，将与转向相关的信息数据分配在静态段通信，并采取软件冗余技术，将相同的数据分配到不同的时槽通信。利用FlexRay总线的双通道传递相同的数据，加强了系统的安全可靠性。本实用新型的优越性在于将FlexRay技术应用于线控转向系统中，提高了线控转向系统的安全可靠性和灵活件。文档编号B62D6/00GK201405922SQ20092010615公开日2010年2月17日申请日期2009年3月13日优先权日2009年3月13日发明者于涌川,亮朱,段建民申请人:北京工业大学