一种车辆线控底盘冗余控制系统、方法及新能源车辆

技术领域

本发明涉及自动驾驶汽车技术领域，具体涉及一种多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统、方法及新能源车辆。

背景技术

随着自动驾驶的快速发展，越来越多的自动驾驶车辆开始在限制场景运营，而影响其全场景开放的最主要原因还是自动驾驶车辆的行驶安全。当自动驾驶车辆的驱动、制动、转向、驻车等系统出现失效时，都将会产生严重的安全事故，因此保证自动驾驶车辆线控底盘的可靠性和安全性是自动驾驶车辆运营亟待解决的问题。

现有技术方案中基本都通过对电子制动系统（EBS）、电子液压助力转向系统（EHPS）、电子驻车制动系统（EPB）的控制端和执行端进行备份设计来实现线控底盘的冗余控制。这种方案虽然可以实现线控底盘的安全冗余控制，但是会大幅增加成本，也会增加方案执行难度。

发明内容

本发明提供一种多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统，系统是为了解决多轴轮边驱动的自动驾驶车辆线控底盘：驱动、制动、转向、驻车的功能失效问题。

多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统包括：多轴独立控制驱动模块、辅助制动电机再生制动模块以及辅助转向多轴差矩转向模块；

多轴独立控制驱动模块用于在12×10轮边驱动车辆某些驱动轴失效时，根据驱动轴失效数量调节整车至四个轴工作12×8、三个轴工作12×6、两个轴工作12×4以及一个轴工作12×2，并实时调节处于工作状态的驱动轴的扭矩指令，来响应自动驾驶系统的加速度请求；

辅助制动电机再生制动模块用于通过对当前处于工作状态的驱动电机施加与转速方向相反的扭矩来产生制动力，把动能转换成电能储存到动力电池。

辅助转向多轴差矩转向模块用于通过控制同一轴两个轮边电机的扭矩差实现差矩转向。

进一步需要说明的是，辅助制动电机再生制动模块还用于实时计算当前的实际制动减速度，并根据与自动驾驶系统的目标制动减速度指令的差值实时调节电制动扭矩，响应自动驾驶系统的制动减速度指令。

进一步需要说明的是，辅助转向多轴差矩转向模块还用于根据自动驾驶系统发送的一轴目标转角和传感器采集的一轴实际转角通过前馈控制和PID控制实时计算两个轮边电机的扭矩差值。

进一步需要说明的是，辅助转向多轴差矩转向模块还用于根据一轴计算的两个轮边电机的扭矩差值和阿克曼转向关系计算出其他驱动轴的两个电机的扭矩差值，控制多轴差矩转向，实现响应自动驾驶系统的转向指令。

进一步需要说明的是，还包括：辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块；

辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块用于通过驱动电机的零转速模式实现自动驾驶过程中临时驻车功能。

进一步需要说明的是，辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块还用于根据自动驾驶系统发送的驻车指令，控制一轴的两个电机进入零转速模式；

如果车辆未能稳住，则增加二轴进入零转速模式，直到车辆稳住。

进一步需要说明的是，辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块还用于根据当前电机系统温度和当前扭矩得出此驱动电机最长堵转时间；

根据当前处于零转速模式下电机的最长堵转时间和当前投入零转速模式的驱动轴数量，动态协调不同的驱动轴依次进入零转速模式。

本发明还提供一种多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法，方法包括：驱动冗余控制流程；

当某些驱动电机失效后，整车控制器控制切断该失效电机所在轴的左右两个电机的使能，并实时调节处于工作状态的驱动轴的扭矩指令，来响应自动驾驶系统的加速度请求；

当电子制动系统失效后，整车控制器收到制动减速度指令后，启动辅助制动电机再生制动模块，通过驱动电机再生制动产生的制动力来响应自动驾驶系统的制动减速度指令。

进一步需要说明的是，方法还包括：转向冗余控制流程；

当电子液压助力转向系统失效后，整车控制器通知自动驾驶系统，由在先的方向盘目标转角指令变为一桥目标转角指令，通过驱动轴的左右两个电机的扭矩差值，控制多轴差矩转向，实现响应自动驾驶系统的转向指令；

方法还包括：驻车冗余控制流程；

当电子驻车制动系统失效后，整车控制器收到自动驾驶的驻车请求后，启动辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块，通过驱动电机的零转速模式实现自动驾驶过程中临时驻车功能。

本发明还提供一种新能源车辆，包括多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过对不同驱动轴独立控制实现线控驱动的冗余控制；还通过多轴差矩转向控制实现线控转向的冗余控制；通过多轴驱动电机防溜坡驻车系统实现线控驻车的冗余控制。这样，基于上述多重控制保证了线控底盘功能失效后的安全性，又不额外增加成本、整车质量和执行难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统实施例示意图；

图2为多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统示意图；

图3为多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统是为了解决现有技术方案中,线控底盘的电子制动系统（EBS）、电子液压助力转向系统（EHPS）、电子驻车制动系统（EPB）功能失效的问题。

如图1和2所示，本发明提供多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的模块而非按照实际实施时的模块数目及功能，其实际实施时各模块的功能、数量及作用可为一种随意的改变，且其模块的功能和用途也可能更为复杂。

本发明提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。

系统基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。系统软件技术主要包括计算机视角技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等,实现自动驾驶、智慧交通等技术。

本发明提供多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统可以应用于新能源车辆上，

混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、以及其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至2所示是一具体实施例中多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统包括：辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块、多轴独立控制驱动模块、辅助制动电机再生制动模块以及辅助转向多轴差矩转向模块；

其中，多轴独立控制驱动模块用于在12×10轮边驱动车辆某些驱动轴失效时，可根据驱动轴失效数量调节整车至四个轴工作12×8、三个轴工作12×6、两个轴工作12×4、一个轴工作12×2，并实时调节处于工作状态的驱动轴的扭矩指令，来响应自动驾驶系统的加速度请求。

辅助制动电机再生制动模块通过对当前处于工作状态的驱动电机施加与转速方向相反的扭矩来产生制动力，并把动能转换成电能储存到动力电池。实时计算当前的实际制动减速度，并根据与自动驾驶系统的目标制动减速度指令的差值实时调节电制动扭矩，尽可能的响应自动驾驶系统的制动减速度指令。

辅助转向多轴差矩转向模块通过控制同一轴两个轮边电机的扭矩差实现差矩转向。根据自动驾驶系统发送的一轴目标转角和传感器采集的一轴实际转角通过前馈控制和PID控制实时计算两个轮边电机的扭矩差值。根据一轴计算的两个轮边电机的扭矩差值和阿克曼转向关系可计算出其他驱动轴的两个电机的扭矩差值，进而可以控制多轴差矩转向，实现响应自动驾驶系统的转向指令。

辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块通过驱动电机的零转速模式实现自动驾驶过程中临时驻车功能。根据自动驾驶系统发送的驻车指令，控制一轴的两个电机进入零转速模式，如果车辆未能稳住，则增加二轴进入零转速模式，直到车辆稳住。根据当前电机系统温度和当前扭矩得出此驱动电机最长堵转时间，为防止堵转时间过长烧坏电机，可根据当前处于零转速模式下电机的最长堵转时间和当前投入零转速模式的驱动轴数量，动态协调不同的驱动轴依次进入零转速模式，既保证了驻车效果，又防止单个驱动轴的驱动电机堵转时间过长。

基于上述系统有效保证了单一线控底盘功能失效后的安全性；本发明实现线控底盘冗余控制且不会额外增加成本、整车质量和执行难度。

以下是本公开实施例提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法的实施例，该多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法与上述各实施例的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统属于同一个发明构思，在多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统的实施例。

如图3所示，多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法包括：驱动冗余控制流程；

当某些驱动电机失效后，整车控制器控制切断该失效电机所在轴的左右两个电机的使能，并实时调节处于工作状态的驱动轴的扭矩指令，来响应自动驾驶系统的加速度请求。

本发明还涉及制动冗余控制流程，当电子制动系统（EBS）失效后，整车控制器收到制动减速度指令后，会启动辅助制动电机再生制动模块，通过驱动电机再生制动产生的制动力来响应自动驾驶系统的制动减速度指令。

如图3中转向冗余控制流程，当电子液压助力转向系统（EHPS）失效后，整车控制器会通知自动驾驶系统，由之前的方向盘目标转角指令变为一桥目标转角指令，最终通过驱动轴的左右两个电机的扭矩差值，进而控制多轴差矩转向，实现响应自动驾驶系统的转向指令。

如图3中驻车冗余控制流程，当电子驻车制动系统（EPB）失效后，整车控制器收到自动驾驶的驻车请求后，启动辅助驻车多轴驱动电机防溜坡驻车模块，通过驱动电机的零转速模式实现自动驾驶过程中临时驻车功能。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制方法通过驱动、制动、转向、驻车的冗余控制，实现线控底盘的功能备份，提高了整车的安全性。

本发明提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统和方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统和方法的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。示例性的讲，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明提供的多轴新能源车辆线控底盘冗余控制系统和方法中，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电力服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(示例性的讲利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。