一种冗余转向系统及无人驾驶矿卡的制作方法

本发明属于转向系统领域，尤其涉及一种冗余转向系统及无人驾驶矿卡。

背景技术：

1、由于矿车载重很大，目前市场上还没有可以直接驱动车轮转动的电动转向机，目前方案都是将电动转向机安装在全液压转向机的上一级，本方案也是基于这种结构；目前无人驾驶矿卡中冗余转向多用两套转向系统实现线控转向，结构复杂，安装维修困难，控制难度大；目前无人驾驶矿卡中冗余转向系统并没有实现完全的冗余，大多只有电动转向机冗余。即当前冗余转向系统结构复杂，安装维修困难，故障率高；当前冗余转向系统控制复杂，增加使用难度；没有实现真正的全系统冗余。因此，需要提供一种冗余转向系统及无人驾驶矿卡，旨在解决上述问题。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的不足，发明的目的在于提供一种冗余转向系统及无人驾驶矿卡，解决了冗余转向系统并没有实现完全的冗余且转向系统结构复杂的问题。

2、本发明提出了一种冗余转向系统，所述系统包括上位机、底盘域控制器、冗余电动转向机、冗余全液压转向机、转向前桥、压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器组成；工作时，上位机将转向控制指令发送给底盘域控制器，底盘域控制器根据当前整车实际状态将转向控制指令发给冗余电动转向机并同时控制冗余全液压转向机工作，冗余电动转向机驱动全液压转向机带动车轮转动，压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器同时将当前转向压力和实际车轮转角反馈给底盘域控制器；当车轮实际转角达到目标车轮转角时，冗余电动转向机停止输出；所述冗余电动转向机包含两个电动转向机，冗余全液压转向机包含两个全液压转向机，当判定转向系统故障时，使用另一个电动转向机或者全液压转向机工作。

3、进一步地，所述冗余电动转向机和冗余全液压转向机通过机械连接，冗余全液压转向机和转向前桥通过机械连接，压力传感器安装在冗余全液压转向机和转向前桥之间的液压回路中，转向前桥直接驱动车轮转动；所述上位机是无人驾驶控制器，上位机、底盘域控制器、冗余电动转向机、压力传感器和左转角传感器、右转角传感器电性连接。

4、进一步地，所述冗余电动转向机具备电源冗余、can总线冗余、转角传感器冗余和电动转向机冗余；当人工驾驶时，冗余电动转向机进行助力转向；当自动驾驶时，冗余电动转向机进行线控转向，响应自动驾驶的转向控制指令。

5、进一步地，所述冗余电动转向机内部包含两个电机控制器和两个电机，组成两套电动转向机；所述冗余电动转向机具备两路独立的电源，两路所述电源互相独立、分别接入到冗余电动转向机中的两套电动转向机。

6、进一步地，所述冗余电动转向机具备两路独立的can总线，两路所述can总线互相独立、分别接入到冗余电动转向机中的两套电动转向机；所述冗余电动转向机具备两路独立的转角传感器，两路所述转角传感器分别接入到底盘域控制器，底盘域控制器将检测到的车轮实际转角发给冗余电动转向机。

7、进一步地，所述冗余全液压转向机由两套全液压转向机、电磁阀和管路件组成，其中电磁阀由底盘域控制器控制，用于切换两套全液压转向机工作；正常工况下，其中一个全液压转向机工作；当底盘域控制器检测到转向异常时，给电磁阀通电，电磁阀切换使得另一个全液压转向机工作，确保转向正常。

8、进一步地，判定转向系统故障的步骤，具体包括：通过上位机发送的目标车轮转角和当前转角传感器检测到的实际车轮转角来判断转向系统是否异常，基于θ=θ0+wt，t=t1-t2，δθ=θ1-θ，其中，θ是目标车轮转角；θ0是转向控制指令发出时车轮的初始实际转角；θ1是转向控制指令结束时实际的车轮转角；δθ是控制结束时实际车轮转角和目标车轮转角的差值；w是车轮转向时的角速度；t是车轮转向时的有效转向时间；t1是一个指令控制周期实际消耗时间；t2是一个指令控制周期无效时间；w通过冗余电动转向机反馈的电机转速计算；θ0和θ1由转角传感器实时检测；当δθ超过设定的阈值时，转向系统存在故障风险。

9、进一步地，判定转向系统故障的步骤还包括：

10、通过检测转向系统压力判断系统是否故障，基于δp=p1-p0和δθ1=θ-θ0曲线确定m值，m是实际检测的δp’和δθ1’值与所述δp=p1-p0和δθ1=θ-θ0曲线的偏离值，当m达到阈值时，转向系统存在故障风险；

11、根据δθ和m做加权计算，判断转向系统是否故障，包括：基于q=αδθ+βm，当q大于设定的阈值时，确定转向系统故障；

12、其中，p0是控制指令发出时车轮的初始实际转向压力；p1是指令结束时实际的车轮转向压力；δp是控制结束时实际车轮转向压力的差值；δθ1是目标车轮转角和控制指令发出时车轮的初始转角的差值；q是转向系统故障概率，α是δθ加权系数，β是m加权系数。

13、进一步地，两套电动转向机分别为第一电动转向机和第二电动转向机，两个全液压转向机分别为第一全液压转向机和第二全液压转向机；当转向系统故障，第一电动转向机或者第二电动转向机正常工作，则判定第一全液压转向机故障，底盘域控制器切换到第二全液压转向机工作；当转向系统故障，第一电动转向机故障，底盘域控制器控制第二电动转向机工作；当转向系统故障，冗余电动转向机正常工作，则可能第一全液压转向机故障，底盘域控制器切换到第二全液压转向机工作后，还是判断转向系统故障，则冗余电动转向机故障。

14、本发明有益效果如下：

15、1、通过全系统的冗余设计，转向系统在任何情况下都可以满足自动驾驶要求，提高了矿卡自动驾驶的稳定性和可靠性。

16、2、系统简单，控制容易，现场安装售后简单，调试周期缩短，降低人员成本，减少人为错误。

技术特征：

1.一种冗余转向系统，其特征在于，所述系统包括上位机、底盘域控制器、冗余电动转向机、冗余全液压转向机、转向前桥、压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器组成；工作时，上位机将转向控制指令发送给底盘域控制器，底盘域控制器根据当前整车实际状态将转向控制指令发给冗余电动转向机并同时控制冗余全液压转向机工作，冗余电动转向机驱动全液压转向机带动车轮转动，压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器同时将当前转向压力和实际车轮转角反馈给底盘域控制器；当车轮实际转角达到目标车轮转角时，冗余电动转向机停止输出；所述冗余电动转向机包含两个电动转向机，冗余全液压转向机包含两个全液压转向机，当判定转向系统故障时，使用另一个电动转向机或者全液压转向机工作；

2.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，所述冗余电动转向机具备电源冗余、can总线冗余、转角传感器冗余和电动转向机冗余；当人工驾驶时，冗余电动转向机进行助力转向；当自动驾驶时，冗余电动转向机进行线控转向，响应自动驾驶的转向控制指令。

3.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，所述冗余电动转向机内部包含两个电机控制器和两个电机，组成两套电动转向机；所述冗余电动转向机具备两路独立的电源，两路所述电源互相独立、分别接入到冗余电动转向机中的两套电动转向机。

4.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，所述冗余电动转向机具备两路独立的can总线，两路所述can总线互相独立、分别接入到冗余电动转向机中的两套电动转向机；所述冗余电动转向机具备两路独立的转角传感器，两路所述转角传感器分别接入到底盘域控制器，底盘域控制器将检测到的车轮实际转角发给冗余电动转向机。

5.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，所述冗余全液压转向机由两套全液压转向机、电磁阀和管路件组成，其中电磁阀由底盘域控制器控制，用于切换两套全液压转向机工作；正常工况下，其中一个全液压转向机工作；当底盘域控制器检测到转向异常时，给电磁阀通电，电磁阀切换使得另一个全液压转向机工作，确保转向正常。

6.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，判定转向系统故障的步骤，具体包括：通过上位机发送的目标车轮转角和当前转角传感器检测到的实际车轮转角来判断转向系统是否异常，基于θ=θ0+wt，t=t1-t2，δθ=θ1-θ，其中，θ是目标车轮转角；θ0是转向控制指令发出时车轮的初始实际转角；θ1是转向控制指令结束时实际的车轮转角；δθ是控制结束时实际车轮转角和目标车轮转角的差值；w是车轮转向时的角速度；t是车轮转向时的有效转向时间；t1是一个指令控制周期实际消耗时间；t2是一个指令控制周期无效时间；w通过冗余电动转向机反馈的电机转速计算；θ0和θ1由转角传感器实时检测；当δθ超过设定的阈值时，转向系统存在故障风险。

7.根据权利要求6所述的一种冗余转向系统，其特征在于，判定转向系统故障的步骤还包括：

8.根据权利要求1所述的一种冗余转向系统，其特征在于，两套电动转向机分别为第一电动转向机和第二电动转向机，两个全液压转向机分别为第一全液压转向机和第二全液压转向机；当转向系统故障，第一电动转向机或者第二电动转向机正常工作，则判定第一全液压转向机故障，底盘域控制器切换到第二全液压转向机工作；当转向系统故障，第一电动转向机故障，底盘域控制器控制第二电动转向机工作；当转向系统故障，冗余电动转向机正常工作，则可能第一全液压转向机故障，底盘域控制器切换到第二全液压转向机工作后，还是判断转向系统故障，则冗余电动转向机故障。

9.一种无人驾驶矿卡，其特征在于，包含权利要求1至8任一所述的冗余转向系统。

技术总结本发明涉及一种冗余转向系统及无人驾驶矿卡，属于转向系统领域，解决了冗余转向系统并没有实现完全冗余的问题。包括上位机、底盘域控制器、冗余电动转向机、冗余全液压转向机、转向前桥、压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器组成；上位机将转向控制指令发送给底盘域控制器，底盘域控制器根据当前整车实际状态将转向控制指令发给冗余电动转向机并同时控制冗余全液压转向机工作，冗余电动转向机驱动全液压转向机带动车轮转动，压力传感器、左转角传感器以及右转角传感器同时将当前转向压力和实际车轮转角反馈给底盘域控制器。通过全系统的冗余设计，转向系统在任何情况下都可以满足自动驾驶要求，提高了矿卡自动驾驶的稳定性和可靠性。技术研发人员：叶勇,杨扬,胡心怡受保护的技术使用者：上海伯镭智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18