线控转向乘用车的转向系统、车辆、转向系统的控制方法与流程

1.本发明涉及车辆转向技术领域，具体而言，涉及一种线控转向乘用车的转向系统、车辆、转向系统的控制方法。


背景技术：

2.随着汽车技术发展、控制理论应用、驾乘体验需求提升，汽车转向系统由最初的机械转向系统不断发展为液压助力系统、电液助力系统、电动助力系统。随着智能化需求提高、汽车电子技术发展、计算机技术提升，1972年应用于航空领域的线控技术逐步在汽车转向系统上进行应用研究。线控转向系统取消了转向盘与下部转向机之间的机械连接，通过电信号方式将转向盘的输入传递给转向电机执行转向操作，并将路感通过电信号方式传递给转向盘路感模拟电机产生手力等路感反馈。从1998年开始德国zf、博世公司陆续对线控转向技术进行研究，2015年英菲尼迪推出了全球首款采用线控转向的量产车型—q50，2022年丰田线控转向车辆bz4x上市。在智能化大背景下，线控转向技术逐步成为车辆转向系统应用的必选项，它的安全性也成为各大主机厂必须攻克的核心技术难点。
3.现有技术主要对路感模拟执行器、转向执行器和线控转向控制模块从安全角度进行冗余设计。另外，现有技术提供了一种基于线控转向的双舵驾驶汽车的方向盘接管决策方法，对操纵机构进行了备份，该方案采用正副驾驶双转向盘结构，存在以下不足：占用空间大；要求车辆具备l3及以上智能驾驶级别，否则副驾驶无人或副驾驶人员不会驾驶车辆该专利功能无法使用；目前全球只有日本允许左右舵车辆上路，其他国家都只允许单侧转向盘(1)车辆上路；对于接管决策同样不适用于l3级别以下车辆。
4.针对上述转向系统在转向盘系统故障时无法保障乘员安全的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种线控转向乘用车的转向系统、车辆、转向系统的控制方法，以解决现有技术中的转向系统在转向盘系统故障时无法保障乘员安全的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种线控转向乘用车的转向系统，转向系统包括：方向盘系统，方向盘系统包括转向盘、第一转角传感器和控制器ecu1，第一转角传感器用于检测转向盘转角信号；备份操纵机构，备份操纵机构包括转向球、第二转角传感器和控制器ecu2，第二转角传感器用于检测转向球转角信号；转向执行机构，转向执行机构包括转向执行器和第三转角传感器，第三转角传感器用于检测转向执行器转角信号；主控制器ecu，主控制器ecu与转向执行机构连接，主控制器ecu可选择地与控制器ecu1、控制器ecu2中的至少一个连接；主控制器ecu与控制器ecu1连接时，方向盘系统控制转向执行机构进行转向动作；主控制器ecu与控制器ecu2连接时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
7.进一步地，转向盘上开设有活动腔，备份操纵机构可活动地设置于活动腔内，备份
操纵机构具有隐藏位置和工作位置，备份操纵机构处于隐藏位置时，备份操纵机构全部位于活动腔内，备份操纵机构处于工作位置时，至少部分的转向球位于活动腔外。
8.进一步地，备份操纵机构包括：支撑底座，支撑底座具有容纳腔，转向球可旋转地设置于容纳腔内；盖板，盖板与支撑底座连接，盖板上开设有限位开口，至少部分的转向球通过盖板延伸至容纳腔外；驱动机构，驱动机构设置于容纳腔内，驱动机构与支撑底座连接，驱动机构用于驱动支撑底座沿活动腔的高度方向移动至隐藏位置和工作位置；转角检测组件，转角检测组件设置于容纳腔内，转角检测组件至少包括第三转角传感器，转角检测组件与控制器ecu2连接；支撑底座处于工作位置时，转向球的至少部分位于活动腔外，支撑底座处于隐藏位置时，转向球全部位于活动腔内。
9.进一步地，驱动机构包括：弹性件，弹性件的第一端与支撑底座的底部连接，弹性件的第二端与活动腔的腔底连接，弹性件沿活动腔的高度方向可伸缩地设置，以带动支撑底座、盖板、转向球沿活动腔的高度方向移动至隐藏位置和工作位置。
10.进一步地，备份操纵机构还包括：转向球锁止机构，转向球锁止机构为至少一个，转向球锁止机构设置于活动腔的侧壁上，和/或，转向球锁止机构设置于盖板上，和/或，转向球锁止机构设置于支撑底座上；转向球锁止机构具有将转向球与转向盘锁止的锁止位置和将转向球与转向盘释放的释放位置。
11.进一步地，转向球锁止机构设置于活动腔的侧壁上，锁止位置包括第一锁止位置和第二锁止位置，转向球锁止机构处于第一锁止位置时，转向球锁止机构与支撑底座锁止，转向球锁止机构处于第二锁止位置时，转向球锁止机构与盖板锁止。
12.根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，车辆包括线控转向乘用车的转向系统，线控转向乘用车的转向系统为上述的线控转向乘用车的转向系统。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种线控转向乘用车的转向系统的控制方法，方法用于控制上述的线控转向乘用车的转向系统，方法包括：检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障；在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式；其中，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
14.进一步地，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集包括：在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集中的第一控制指令，第一控制指令用于锁定方向盘系统的转向盘的转角位置；在锁定方向盘系统的转向盘的转角位置后，生成控制指令集中的第二控制指令，第二控制指令用于控制备份操纵机构由隐藏位置移动至工作位置并锁止；在备份操纵机构已经锁止在工作位置的情况下，生成控制指令集中的第三控制指令，第三控制指令用于控制主控制器ecu断开与控制器ecu1的连接，并控制主控制器ecu与控制器ecu2连接；检测车轮当前转角，并调节转向球转角至转向球转角与转向执行器转角一致；确定转向球转角与转向执行器转角一致的情况下，转动转向球，以控制转向执行机构进行转向动作。
15.进一步地，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障，包括：判断转向执行器转角信号与转向盘转角信号是否一致；在转向执行器转角信号与转向盘转角信号不一致的情况下，确定方向盘系统发生故障。
16.应用本发明的技术方案，通过设置方向盘系统、备份操纵机构、转向执行机构、主控制器ecu，当方向盘系统发生故障时，主控制器ecu可选择断开与方向盘系统的连接，并与备份操纵机构连接，以使备份操纵机构在方向盘系统发生故障失效时接管车辆的转向，由驾驶员进行转向操纵，解决了现有技术中车辆转向系统在转向盘系统故障时无法保障乘员安全的技术问题，有效保障车内乘员安全。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本发明的线控转向乘用车的转向系统的实施例的原理示意图；
19.图2示出了根据本发明的备份操纵机构的第一实施例的结构示意图；
20.图3示出了根据本发明的备份操纵机构的第二实施例的结构示意图；
21.图4示出了根据本发明的备份操纵机构的第三实施例的结构示意图；
22.图5示出了根据本发明的线控转向乘用车的转向系统的控制方法的实施例的流程示意图；
23.图6示出了根据本发明的车辆的电子装置的硬件结构框图；
24.图7示出了根据本发明的线控转向乘用车的转向系统的控制装置的实施例的结构框图。
25.其中，上述附图包括以下附图标记：
26.1、转向盘；100、活动腔；
27.2、支撑底座；200、容纳腔；
28.3、转向球；4、盖板；5、弹性件；6、转向球锁止机构；
29.7、转角传感器；8、旋转轴；9、转向执行器；a、摩擦点。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性
实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
34.结合图1至图4所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种线控转向乘用车的转向系统。
35.具体地，转向系统包括方向盘系统、备份操纵机构和主控制器ecu，方向盘系统包括转向盘1、第一转角传感器和控制器ecu1，第一转角传感器用于检测转向盘转角信号；备份操纵机构包括转向球3、第二转角传感器和控制器ecu2，第二转角传感器用于检测转向球转角信号；转向执行机构，转向执行机构包括转向执行器和第三转角传感器，第三转角传感器用于检测转向执行器转角信号；主控制器ecu与转向执行机构连接，主控制器ecu可选择地与控制器ecu1、控制器ecu2中的至少一个连接；主控制器ecu与控制器ecu1连接时，方向盘系统控制转向执行机构进行转向动作；主控制器ecu与控制器ecu2连接时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
36.应用本实施例的技术方案，通过设置方向盘系统、备份操纵机构、转向执行机构、主控制器ecu，当方向盘系统发生故障时，主控制器ecu可选择断开与方向盘系统的连接，并与备份操纵机构连接，以使备份操纵机构在方向盘系统发生故障失效时接管车辆的转向，由驾驶员进行转向操纵，解决了现有技术中车辆转向系统在转向盘系统故障时无法保障乘员安全的技术问题，有效保障车内乘员安全。
37.需要说明的是，本实施例中的线控转向乘用车为单侧驾驶车辆，即仅有主驾驶座上设置有方向盘系统。相比于现有技术中设置正副驾驶双转向盘结构的方案，本实施例的单侧设置方向盘系统的方案更符合实际应用场景，具有更高的实用性。
38.进一步地，转向盘1上开设有活动腔100，备份操纵机构可活动地设置于活动腔100内，备份操纵机构具有隐藏位置和工作位置，备份操纵机构处于隐藏位置时，备份操纵机构全部位于活动腔100内，备份操纵机构处于工作位置时，至少部分的转向球3位于活动腔100外。这样设置将方向盘系统与备份操纵机构集成，可减少备份操纵机构占用的车内空间，便于车内布置。
39.在本技术的一个示范性实施例中，活动腔100开设于转向盘1的几何中心处，备份操纵机构沿活动腔100的深度方向可移动地设置，以使得备份操纵机构移动至隐藏位置和工作位置。可选地，转向盘1上还可以设置活动板，活动板具有封堵活动腔100的开口的封堵位置和打开活动腔100的开口的打开位置，当备份操纵机构移动至隐藏位置时，活动板位于封堵位置，以避免杂物落入活动腔100内，当备份操纵机构即将移动至工作位置时，活动板移动至打开位置。活动板的设置可根据实际需要进行调整，例如，可以令活动板沿转向盘1表面滑动设置，也可以令活动板相对活动腔100的开口可转动地设置，活动板可以为一块单独的板体，也可以为两块板体，两块板体具有连接状态和分离状态，当两块板体连接时，封堵活动腔100的开口，当两块板体分离时，打开活动腔100的开口。相应地，还可以为活动板设置对应的锁止机构，以将活动板锁紧在封堵位置或打开位置。
40.进一步地，备份操纵机构包括支撑底座2、盖板4、驱动机构和转角检测组件，支撑
底座2具有容纳腔200，转向球3可旋转地设置于容纳腔200内；盖板4与支撑底座2连接，盖板4上开设有限位开口，至少部分的转向球3通过盖板4延伸至容纳腔200外；驱动机构设置于容纳腔200内，驱动机构与支撑底座2连接，驱动机构用于驱动支撑底座2沿活动腔100的高度方向移动至隐藏位置和工作位置；转角检测组件设置于容纳腔200内，转角检测组件至少包括第三转角传感器，转角检测组件与控制器ecu2连接；支撑底座2处于工作位置时，转向球3的至少部分位于活动腔100外，支撑底座2处于隐藏位置时，转向球3全部位于活动腔100内。通过设置支撑底座2，实现对转向球3的定位限位，盖板4可以对转向球3进行限位作用，部分的转向球3通过盖板4延伸至容纳腔200外以供驾驶员操作转向，剩余的转向球3位于容纳腔200内，盖板4可避免转向球3从容纳腔200内脱出，盖板4与支撑底座2可以为一体化设置。
41.优选地，转角检测组件包括转角传感器7和旋转轴8，如图3所示，具体地，在本技术的一个示范性实施例中，共设置三个旋转轴8和两个转角传感器7，其中两个旋转轴8与转角传感器7连接，另一个旋转轴8未连接转角传感器7，旋转轴8与转向球3的摩擦点为a，转角传感器7与控制器ecu2连接(图中未示出)，转向球3转动时，通过摩擦点a的摩擦力带动旋转轴8转动，转角传感器7将转向球3的转向球转角信号传输至控制器ecu2。在本实施例中，三个旋转轴8的设置可以使转向球3受到均衡的作用力，避免转向球3转动时发生晃动、偏移等，优选地，三个旋转轴8沿转向球3的周向均匀设置，相邻两个旋转轴8与转向球3的几何中心之间的夹角相等地设置。根据实际需要，也可以设置四个、五个、六个等数目的旋转轴8和转角传感器7，以获得多个测量数据，经过误差计算获得最准确的转向球转角，减小测量误差。
42.可选地，驱动机构具有多种具体实施方式，例如，可以在活动腔100的腔壁上设置导轨组件，以与支撑底座2上设置的相应组件配合，实现支撑底座2沿活动腔100的高度方向的移动，导轨组件可以为滑轨、滑槽、齿条、齿轮传动机构，支撑底座2上可以设置相应的滑轮、齿轮传动结构、齿条结构等。又例如，可以在活动腔100的底部设置举升机构，举升机构与支撑底座2的底部连接，举升机构可带动支撑底座2沿活动腔100的高度方向移动，举升机构可以为升降气缸等结构。
43.进一步地，驱动机构包括弹性件5，弹性件5的第一端与支撑底座2的底部连接，弹性件5的第二端与活动腔100的腔底连接，弹性件5沿活动腔100的高度方向可伸缩地设置，以带动支撑底座2、盖板4、转向球3沿活动腔100的高度方向移动至隐藏位置和工作位置。弹性件5的设置使得转向球3的位置切换更便捷，当方向盘系统发生故障需要进行人工驾驶转向时，转向球3可通过弹性件5的弹力进行快速的位置切换，节省操作时间，同时也进一步地提升车辆的行驶安全性能。
44.优选地，弹性件5为伸缩弹簧，伸缩弹簧具有初始状态和压缩状态，当伸缩弹簧处于初始状态时，转向球3处于工作位置，当伸缩弹簧处于压缩状态时，转向球3处于隐藏位置。这样可使得启用转向球3时，只需借助伸缩弹簧自身的弹力即可将转向球3弹出，且弹出过程为自动过程，时间较短，当需要收纳转向球3时，驾乘人员从外部将转向球3压回活动腔100内即可，转向球3的弹出和收回更省力便捷。应当明白的是，转向球3的收回过程也可以由额外设置的压缩机构进行，即可以在活动腔100内设置压缩机构，以用于将转向球3收回活动腔100内。
45.进一步地，备份操纵机构还包括转向球锁止机构6，转向球锁止机构6为至少一个，
转向球锁止机构6设置于活动腔100的侧壁上，和/或，转向球锁止机构6设置于盖板4上，和/或，转向球锁止机构6设置于支撑底座2上；转向球锁止机构6具有将转向球3与转向盘1锁止的锁止位置和将转向球3与转向盘1释放的释放位置。
46.应当明白的是，根据实际需要，转向球锁止机构6为多个时，多个转向球锁止机构6可以沿支撑底座2的周向均匀分布，转向球3与转向盘1锁止后受力均衡，避免发生偏移晃动。
47.具体地，本方案中的支撑底座2为矩形截面，可以根据矩形截面的各个边的尺寸设置转向球锁止机构6的数目，可选地，当支撑底座2为圆柱形时，可以沿支撑底座2的周向均匀设置转向球锁止机构6。
48.具体地，转向球锁止机构6具有多种实施方式，能实现转向球3、支撑底座2、盖板4中任意一个与转向盘1的锁止功能即可，例如，转向球锁止机构6可以为沿活动腔100的侧壁方向可伸缩设置的限位凸起结构，支撑底座2与盖板4中任意一个的周面上设置有相应的卡槽结构或限位孔结构，限位凸起结构延伸至卡槽结构或限位孔结构内时，即实现锁止。转向球锁止机构6也可以为普通可伸缩的限位板结构，当转向球3、支撑底座2、盖板4退回至隐藏位置时，限位板结构伸出，此时限位板结构与盖板4的上表面搭接，设置合理的限位板结构的强度，即可实现对转向球3、支撑底座2、盖板4的锁止。可选地，此处的限位板结构、限位凸起结构可以为设置于活动腔100的侧壁上的环形结构，卡槽结构可以是对应的环形卡槽。
49.进一步地，转向球锁止机构6设置于活动腔100的侧壁上，锁止位置包括第一锁止位置和第二锁止位置，转向球锁止机构6处于第一锁止位置时，转向球锁止机构6与支撑底座2锁止，转向球锁止机构6处于第二锁止位置时，转向球锁止机构6与盖板4锁止。如图2所示，此时转向球锁止机构6处于第一锁止位置，至少部分的转向球3位于活动腔100外，锁止后可操作转向球3进行转向操作，避免支撑底座2晃动或移动。
50.具体地，支撑底座2与盖板4上均可以设置与转向球锁止机构6对应的配合机构，以实现对支撑底座2与盖板4的锁止，也可以仅在支撑底座2上设置配合机构，例如，转向球锁止机构6处于第二锁止位置时，至少部分的转向球锁止机构6与盖板4的上表面抵接，以将转向球3固定于隐藏位置。
51.上述实施例中的转向系统，备份操纵机构隐藏在转向盘1中，当方向盘系统转向失效时备份操纵机构弹出，备份操纵机构代替原有方向盘系统，由驾驶员进行转向操纵，有效保障车内乘员安全。备份操纵机构隐藏在转向盘1中，占用空间小；转向系统设置在驾驶员侧，方便驾驶员操作，本实施例中的，备份操纵机构不受自动驾驶级别限制，具有更强的实用性。
52.根据本技术的另一具体实施例，提供了一种车辆，车辆包括线控转向乘用车的转向系统，线控转向乘用车的转向系统为上述的线控转向乘用车的转向系统。具体地，车辆可以为具有自动驾驶功能的智能车辆。
53.根据本发明其中一实施例，提供了一种线控转向乘用车的转向系统的控制方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
54.该方法实施例可以在车辆中包含存储器和处理器的电子装置或者类似的运算装
置中执行。以运行在车辆的电子装置上为例，如图6所示，车辆的电子装置可以包括一个或多个处理器102(处理器可以包括但不限于中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)、数字信号处理(dsp)芯片、微处理器(mcu)、可编程逻辑器件(fpga)、神经网络处理器(npu)、张量处理器(tpu)、人工智能(ai)类型处理器等的处理装置)和用于存储数据的存储器104。可选地，上述车辆的电子装置还可以包括用于通信功能的传输设备106、输入输出设备108以及显示器110。本领域普通技术人员可以理解，图6所示的结构仅为示意，其并不对上述车辆的电子装置的结构造成限定。例如，车辆的电子装置还可包括比上述结构描述更多或者更少的组件，或者具有与上述结构描述不同的配置。
55.存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的信息处理方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的信息处理方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
56.传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(network interface controller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(radio frequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
57.显示器110可以例如触摸屏式的液晶显示器(lcd)。该液晶显示器可使得用户能够与移动终端的用户界面进行交互。在一些实施例中，上述移动终端具有图形用户界面(gui)，用户可以通过触摸触敏表面上的手指接触和/或手势来与gui进行人机交互，此处的人机交互功能可选的包括如下交互：创建网页、绘图、文字处理、制作电子文档、游戏、视频会议、即时通信、收发电子邮件、通话界面、播放数字视频、播放数字音乐和/或网络浏览等，用于执行上述人机交互功能的可执行指令被配置/存储在一个或多个处理器可执行的计算机程序产品或可读存储介质中。
58.本实施例中提供了一种运行于上述车辆的电子装置的线控转向乘用车的转向系统的控制方法，方法用于控制上述的线控转向乘用车的转向系统，图5是根据本发明其中一实施例的线控转向乘用车的转向系统的控制方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：：
59.步骤s100，检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；
60.步骤s200，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障；
61.步骤s300，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式；其中，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
62.通过上述步骤，检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障，在确定方向盘系统发生故障的情况
下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。使得当方向盘系统发生故障时，及时由备份操纵机构控制接管转向操纵，避免车辆由于方向盘系统故障引起的安全问题，有效保障驾乘人员安全。
63.可选地，步骤s300中，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集包括：
64.步骤s310，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集中的第一控制指令，第一控制指令用于锁定方向盘系统的转向盘1的转角位置；
65.步骤s320，在锁定方向盘系统的转向盘1的转角位置后，生成控制指令集中的第二控制指令，第二控制指令用于控制备份操纵机构由隐藏位置移动至工作位置并锁止；
66.步骤s330，在备份操纵机构已经锁止在工作位置的情况下，生成控制指令集中的第三控制指令，第三控制指令用于控制主控制器ecu断开与控制器ecu1的连接，并控制主控制器ecu与控制器ecu2连接；
67.步骤s340，检测车轮当前转角，并调节转向球转角至转向球转角与转向执行器转角一致；
68.步骤s350，确定转向球转角与转向执行器转角一致的情况下，转动转向球，以控制转向执行机构进行转向动作。
69.通过上述步骤，确定方向盘系统发生故障时，首先锁定方向盘系统的转向盘1的转角位置，然后控制备份操纵机构由隐藏位置移动至工作位置并锁止，此时再断开主控制器ecu与控制器ecu1的连接，可避免在备份操纵机构尚未准备完成时进行转向接管可能引起的连接问题，接管后，检测车轮当前转角，并调节转向球转角至转向球转角与转向执行器转角一致，以使得后续转向控制时转向球转角与转向执行器转角保持一致，便于驾驶员转向操作。
70.可选地，在步骤s200中，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障，包括：
71.步骤s210，判断转向执行器转角信号与转向盘转角信号是否一致；
72.步骤s220，在转向执行器转角信号与转向盘转角信号不一致的情况下，确定方向盘系统发生故障。
73.通过上述步骤，转向执行器转角信号与转向盘转角信号不一致时，即可确定方向盘系统发生故障，及时切换转向操作系统，避免车辆行驶安全问题。需要说明的是，转向执行器转角信号与转向盘转角信号不一致可以指转向执行器转角信号与转向盘转角信号超出预设误差范围，即允许转向执行器转角信号与转向盘转角信号存在合理误差，当转向执行器转角信号与转向盘转角信号差异较大时，确定方向盘系统发生故障，合理误差范围可以根据转向精度、车辆行驶要求等进行确定。
74.本实施例中提供了一种线控转向乘用车的转向系统的控制方法的优选实施例，转向通过方向盘系统和主控制器ecu控制实现，转向控制的接管由故障检测结果决定，方法包括以下步骤：
75.1、控制器ecu1对方向盘转角信号、转向执行器转角信号进行判断；
76.2、当转向盘转角信号有变化，转向执行器转角信号无变化时，转向盘1在该位置锁
死；。
77.3、备份操纵机构弹出，并在垂直方向锁死；
78.4、主控制器ecu从与ecu1连接切换为与ecu2连接，由备份操纵机构接管转向功能。
79.5、基于当前车轮转角，将转向球转角与转向执行器转角对正。
80.6、驾驶员操作转向球3，控制器ecu2以固定传动比策略输出转向执行器转动的目标信号。
81.本实施例中的线控转向乘用车的转向系统，根据转角传感器信号进行故障监测，根据故障监测结果进行备份操纵机构的接管控制，可用于对原有转向失效的汽车进行转向控制，实现硬件冗余功能。
82.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
83.在本实施例中还提供了一种线控转向乘用车的转向系统的控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
84.图7是根据本发明其中一实施例的一种线控转向乘用车的转向系统的控制装置的结构框图，如图7所示，该装置包括：检测模块70，检测模块70用于检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；判断模块72，判断模块72用于基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障；控制模块74，控制模块74用于在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式；其中，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
85.通过上述装置，检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。使得当方向盘系统发生故障时，及时由备份操纵机构控制接管转向操纵，避免车辆由于方向盘系统故障引起的安全问题，有效保障驾乘人员安全。
86.需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
87.本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
88.可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
89.步骤s1，检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；
90.步骤s2，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障；
91.步骤s3，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式；其中，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
92.可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-only memory，简称为rom)、随机存取存储器(random access memory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
93.本发明的实施例还提供了一种处理器，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
94.可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
95.步骤s1，检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；
96.步骤s2，基于转向盘转角信号和转向执行器转角信号，判断方向盘系统是否故障；
97.步骤s3，在确定方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，控制指令集用于控制方向盘系统退出工作模式，并控制备份操纵机构进入工作模式；其中，备份操纵机构进入工作模式时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。
98.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
99.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
100.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
101.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
102.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
103.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
104.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
105.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述转向系统包括：方向盘系统，所述方向盘系统包括转向盘(1)、第一转角传感器和控制器ecu1，所述第一转角传感器用于检测转向盘转角信号；备份操纵机构，所述备份操纵机构包括转向球(3)、第二转角传感器和控制器ecu2，所述第二转角传感器用于检测转向球转角信号；转向执行机构，所述转向执行机构包括转向执行器和第三转角传感器，所述第三转角传感器用于检测转向执行器转角信号；主控制器ecu，所述主控制器ecu与所述转向执行机构连接，所述主控制器ecu可选择地与所述控制器ecu1、控制器ecu2中的至少一个连接；所述主控制器ecu与所述控制器ecu1连接时，所述方向盘系统控制所述转向执行机构进行转向动作；所述主控制器ecu与所述控制器ecu2连接时，所述备份操纵机构控制所述转向执行机构进行转向动作。2.根据权利要求1所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述转向盘(1)上开设有活动腔(100)，所述备份操纵机构可活动地设置于所述活动腔(100)内，所述备份操纵机构具有隐藏位置和工作位置，所述备份操纵机构处于所述隐藏位置时，所述备份操纵机构全部位于所述活动腔(100)内，所述备份操纵机构处于所述工作位置时，至少部分的所述转向球(3)位于所述活动腔(100)外。3.根据权利要求2所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述备份操纵机构包括：支撑底座(2)，所述支撑底座(2)具有容纳腔(200)，所述转向球(3)可旋转地设置于所述容纳腔(200)内；盖板(4)，所述盖板(4)与所述支撑底座(2)连接，所述盖板(4)上开设有限位开口，至少部分的所述转向球(3)通过所述盖板(4)延伸至所述容纳腔(200)外；驱动机构，所述驱动机构设置于所述容纳腔(200)内，所述驱动机构与所述支撑底座(2)连接，所述驱动机构用于驱动所述支撑底座(2)沿所述活动腔(100)的高度方向移动至所述隐藏位置和所述工作位置；转角检测组件，所述转角检测组件设置于所述容纳腔(200)内，所述转角检测组件至少包括所述第三转角传感器，所述转角检测组件与所述控制器ecu2连接；所述支撑底座(2)处于所述工作位置时，所述转向球(3)的至少部分位于所述活动腔(100)外，所述支撑底座(2)处于所述隐藏位置时，所述转向球(3)全部位于所述活动腔(100)内。4.根据权利要求3所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述驱动机构包括：弹性件(5)，所述弹性件(5)的第一端与所述支撑底座(2)的底部连接，所述弹性件(5)的第二端与所述活动腔(100)的腔底连接，所述弹性件(5)沿所述活动腔(100)的高度方向可伸缩地设置，以带动所述支撑底座(2)、所述盖板(4)、所述转向球(3)沿所述活动腔(100)的高度方向移动至所述隐藏位置和所述工作位置。5.根据权利要求3所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述备份操纵机构还包括：
转向球锁止机构(6)，所述转向球锁止机构(6)为至少一个，所述转向球锁止机构(6)设置于所述活动腔(100)的侧壁上，和/或，所述转向球锁止机构(6)设置于所述盖板(4)上，和/或，所述转向球锁止机构(6)设置于所述支撑底座(2)上；所述转向球锁止机构(6)具有将所述转向球(3)与所述转向盘(1)锁止的锁止位置和将所述转向球(3)与所述转向盘(1)释放的释放位置。6.根据权利要求5所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述转向球锁止机构(6)设置于所述活动腔(100)的侧壁上，所述锁止位置包括第一锁止位置和第二锁止位置，所述转向球锁止机构(6)处于所述第一锁止位置时，所述转向球锁止机构(6)与所述支撑底座(2)锁止，所述转向球锁止机构(6)处于所述第二锁止位置时，所述转向球锁止机构(6)与所述盖板(4)锁止。7.一种车辆，所述车辆包括线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述线控转向乘用车的转向系统为权利要求1-6中任一项所述的线控转向乘用车的转向系统。8.一种线控转向乘用车的转向系统的控制方法，所述方法用于控制权利要求1-6中任一项所述的线控转向乘用车的转向系统，其特征在于，所述方法包括：检测转向盘转角信号和转向执行器转角信号；基于所述转向盘转角信号和所述转向执行器转角信号，判断所述方向盘系统是否故障；在确定所述方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集，所述控制指令集用于控制所述方向盘系统退出工作模式，并控制所述备份操纵机构进入工作模式；其中，所述备份操纵机构进入工作模式时，所述备份操纵机构控制所述转向执行机构进行转向动作。9.根据权利要求8所述的线控转向乘用车的转向系统的控制方法，其特征在于，在确定所述方向盘系统发生故障的情况下，生成控制指令集包括：在确定所述方向盘系统发生故障的情况下，生成所述控制指令集中的第一控制指令，所述第一控制指令用于锁定所述方向盘系统的转向盘(1)的转角位置；在锁定所述方向盘系统的转向盘(1)的转角位置后，生成所述控制指令集中的第二控制指令，所述第二控制指令用于控制所述备份操纵机构由隐藏位置移动至工作位置并锁止；在所述备份操纵机构已经锁止在所述工作位置的情况下，生成所述控制指令集中的第三控制指令，所述第三控制指令用于控制所述主控制器ecu断开与所述控制器ecu1的连接，并控制所述主控制器ecu与所述控制器ecu2连接；检测车轮当前转角，并调节转向球转角至所述转向球转角与转向执行器转角一致；确定所述转向球转角与转向执行器转角一致的情况下，转动所述转向球，以控制所述转向执行机构进行转向动作。10.根据权利要求8所述的线控转向乘用车的转向系统的控制方法，其特征在于，基于所述转向盘转角信号和所述转向执行器转角信号，判断所述方向盘系统是否故障，包括：判断所述转向执行器转角信号与所述转向盘转角信号是否一致；在所述转向执行器转角信号与所述转向盘转角信号不一致的情况下，确定所述方向盘系统发生故障。

技术总结
本发明提供了一种线控转向乘用车的转向系统、车辆、转向系统的控制方法。转向系统包括：方向盘系统，方向盘系统包括转向盘、第一转角传感器和控制器ECU1，第一转角传感器用于检测转向盘转角信号；备份操纵机构，备份操纵机构包括转向球、第二转角传感器和控制器ECU2，第二转角传感器用于检测转向球转角信号；主控制器ECU，主控制器ECU与转向执行机构连接，主控制器ECU可选择地与控制器ECU1、控制器ECU2中的至少一个连接；主控制器ECU与控制器ECU1连接时，方向盘系统控制转向执行机构进行转向动作；主控制器ECU与控制器ECU2连接时，备份操纵机构控制转向执行机构进行转向动作。本方案解决了现有技术中转向系统在转向盘系统故障时无法保障乘员安全的问题。时无法保障乘员安全的问题。时无法保障乘员安全的问题。


技术研发人员：李论 蒋永峰 郝文权 王晓燕
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/12