[发明专利]无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置及容错控制方法

权利要求书

1.一种无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置，其特征在于，包括执行机构、检测单元、故障诊断模块(2)和整车控制器(1)，所述执行机构包括容错切换机构(14)，所述容错切换机构(14)包括齿轮(14.1)、衔接套(14.2)、拨杆(14.3)、支点(14.4)、滚珠丝杠(14.5)、滚珠螺母(14.6)、拨杆电机(14.7)、第二减速器(14.8)、第二滚珠轴承(14.9)和第一转向管柱下齿轮(14.10)；齿轮(14.1)位于第二转向管柱(12)上，衔接套(14.2)的柱体表面与拨杆(14.3)一端配合，衔接套(14.2)上端与第一转向管柱下齿轮(14.10)配合，衔接套(14.2)下端与第二转向管柱上齿轮(14.1)处于常啮合状态；拨杆电机(14.7)的输出轴与第二减速器(14.8)的输入齿轮连接，第二减速器(14.8)输出轴固定在滚珠螺母(14.6)上，滚珠螺母(14.6)套设在滚珠丝杠(14.5)上，滚珠丝杠(14.5)底端与拨杆(14.3)另一端固连；所述拨杆(14.3)与支点(14.4)接触；所述滚珠螺母(14.6)被第二滚珠轴承(14.9)限制径向运动。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置，其特征在于，所述第一转向管柱下齿轮(14.10)前端设有摩擦锥形(14.11)。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置，其特征在于，所述故障诊断模块(2)中运行的故障诊断方法，具体为：

搭建基于位置偏差和航向偏差估计转向系统故障的状态空间方程；

基于状态空间方程估计前轮转角偏差值；

基于转向管柱角位移传感器(8)直接观测获得前轮转角偏差值；

基于状态空间方程估计的前轮转角偏差与直接观测获得的前轮转角偏差信息进行融合；

将主转向电机(10)故障等级划分为正常工作、一级故障、二级故障和三级故障；

所述状态空间方程为：

式中，矩阵矩阵U＝[δ_f]，矩阵F＝[fδ_f-δ_f+ε]，矩阵F表示基于车辆位置偏差和航向偏差所估计转向系统故障所引起的前轮转角偏差值；

矩阵矩阵矩阵

其中：e_d为车辆的位置偏差，为车辆的航向偏差，f是误差增益，ε是由于故障导致的额外扰动，δ_f是主转向电机(10)期望的前轮转角，为参考航向角，a为前轴到车辆质心的距离，b为后轴到车辆质心的距离，I_z为车辆关于车辆坐标系Z轴的转动惯量，m为车辆的整备质量，v_x,为车辆纵向车速，C_αi为第i个车轮轮胎的侧偏刚度，i＝1、2、3、4，分别代表车辆的左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；

所述前轮转角偏差值通过以下公式计算：

其中：△x₂和△x₄是矩阵的第2个元素和第4个元素，q是取值为[0 1]区间的权重；

融合之后的前轮转角偏差绝对值表示为：

其中：E_δ(k)是转向管柱角位移传感器(8)直接观测获得前轮转角偏差值，Γ是信息融合之后的前轮转角偏差绝对值，w是权重系数。

4.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置，其特征在于，所述w通过w＝c|E_I|进行确定的，其中c为大于0的常数，E_I为主转向电机电流与期望值的偏差。

5.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置，其特征在于，所述满足：

其中：X(k+1)为车俩姿态传感器和GPS定位模块获得的当前状态量，为预测获得k+1时刻的状态量，矩阵矩阵矩阵T_f为控制器运算的步长。