CN101125556A - 电助力转向设备中检测转向角度传感器故障的方法和系统 - Google Patents

电助力转向设备中检测转向角度传感器故障的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的方法和系统。该系统用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障，该系统包括：转向角度传感器，用于产生并发送量度方向盘转动角度的转向角度信号；马达，产生用于平滑转向的辅助动力，并且发送基于马达转动的电流和电压；以及电子控制单元(ECU)，用于接收来自马达的电流和电压，感测马达的转动方向，接收来自转向角度传感器的转向角度信号，感测方向盘的第一转动方向，然后在马达的转动方向不等于方向盘的第一转动方向时，判定转向角度信号存在故障并且开始故障－安全逻辑的操作。根据本发明的方法和系统，即使马达不具有位置传感器，也从马达接收电流和电压，以便感测马达的转动方向，从而能够降低用于检测转向角度传感器的故障的花费。

Description

电助力转向设备中检测转向角度传感器故障的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的方法和系统，更具体地，涉及一种用于操作故障-安全逻辑(fail-safe logic)的方法和系统，其中，通过接收来自马达的电流和电压来检测马达的转动方向(前向或反向)，通过接收来自转向角度传感器的转向角度信号来检测方向盘的第一转动方向，然后，在方向盘的第一转动方向不等于马达的转动方向时，判定转向角度信号存在故障并且操作故障-安全逻辑。
背景技术
通常，车辆的常规的助力转向设备包括利用液压泵液压的液压助力转向设备。然而，自二十世纪九十年代以来，利用电动马达的电动助力转向设备已逐渐普及。
在常规的液压助力转向设备中，用作补充动力的动力源的液压泵由引擎驱动，从而使得不管方向盘的转动如何，总是消耗能量。然而，在电动助力转向设备中，当方向盘转动并且产生扭矩时，由电能驱动的马达提供转向辅助动力。因此，电动助力转向设备能够提高车辆的能效，而液压助力转向设备却不能。
通常，电子控制制动系统是一种用于有效阻止车辆滑行从而获得强大且稳定的制动力的系统。电子控制制动系统包括防止在制动时车轮发生滑动的防抱死制动系统(ABS)、防止车辆突然加速或偶然提速时驱动轮发生滑动的制动牵引控制系统(BTCS)、以及通过把ABS和BCTS相结合来控制制动器的液压以便稳定地保持车辆的行车条件的电子稳定程序(ESP)。
常规的ESP是一种车辆用来在危险的行车情况中进行自我制动或控制引擎扭矩以便使驾驶员能够逃离危险的设备。换言之，只有当驾驶员直接踩在车辆的制动器上时以及只有在制动过程中，ABS才工作，而ESP即使在用户没有踩在制动器上时也能自己找到车辆的最优驾驶。
同时，在普通ESP的操作方法中，转向角度传感器、用于检测车辆垂直方向上加速度的G-传感器、以及用于感测发生在车辆环行驾驶时的向内侧倾斜的摇摆(Yaw)传感器，感测车轮的转动速度、摇摆力矩、方向盘的角度、加速器的踩力等等，然后电子控制单元(ECU)分析这些值。根据分析结果，ECU最佳地控制制动力和应用到每个车轮的驾驶力，以便获得车辆的驾驶安全。
常规的转向角度传感器主要在感测车辆运动的ESP中使用。然而，常规的转向角度传感器最近用于转向系统中，例如电动助力转向(EPS)中。在EPS中使用的转向角度传感器，用于将量度由驾驶员的操作而转动的方向盘的转动角度的转向角度信号传输到ECU。
通常，使用转向角度传感器的EPS系统检查在从转向角度传感器中接收的转向角度信号中是否存在故障。如果存在，则EPS系统就采用一种用于操作故障-安全逻辑的方法。然而，其缺点是，只使用该常规方法并不能准确地判定在转向角度信号中是否存在故障。因此，需要一种方法，用于在采用转向角度传感器的EPS系统中，利用马达的转动方向来检测转向角度传感器的故障或者转向角度信号中的故障。然而，这种方法还没有被提出。
发明内容
因此，本发明已经解决了存在于现有技术中的上述问题，并且本发明提供了一种用于操作故障-安全逻辑的方法和系统，其中，通过接收来自马达的电流和电压来检测马达的转动方向(前向或反向)，通过接收来自转向角度传感器的转向角度信号来检测方向盘的第一转动方向，然后，在方向盘的第一转动方向不等于马达的转动方向时，判定转向角度信号存在故障并且操作故障-安全逻辑。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统，所述系统包括：转向角度传感器，用于产生并发送量度方向盘转动角度的转向角度信号；马达，产生用于平滑转向的辅助动力，并且发送基于所述马达转动的电流和电压；以及电子控制单元(ECU)，用于接收来自所述马达的电流和电压，感测所述马达的转动方向，接收来自所述转向角度传感器的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，然后在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度信号存在故障并且开始故障-安全逻辑的操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统，该系统包括：转向角度传感器，用于产生并发送量度方向盘转动角度的转向角度信号；马达，其包括位置传感器，所述位置传感器用于发送基于所述马达的转动的马达位置信号，并且所述马达产生用于使得平滑转向变得平滑的辅助动力；以及ECU，用于接收来自所述位置传感器的马达位置信号，感测所述马达的转动方向，接收来自所述转向角度传感器的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，然后在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度信号存在故障并且开始故障-安全逻辑的操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在电动助力转向设备中通过与马达交互工作的ECU来检测转向角度传感器的故障的方法，所述方法包括下列步骤：(a)接收来自马达的、基于所述马达的转动的电流和电压，并且感测所述马达的转动方向；(b)接收来自转向角度传感器的量度方向盘转动角度的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，并且检查所述马达的转动方向是否等于所述方向盘的第一转动方向；以及(c)根据步骤(b)中所述检查的结果，在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度传感器操作错误或者所述转向角度信号中存在故障，并且操作故障-安全逻辑。
附图说明
本发明的上述及其他的目的、特征及优点将结合附图从下列详细描述中变得更加明显，其中：
图1A和1B是示意性地说明根据本发明的典型实施例的一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统的方框图；以及
图2是说明根据本发明的典型实施例的一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的典型实施例。在下列描述中，相同的附图标记代表着相同的元件，虽然这些相同的附图标记是在不同的附图中显示的。此外，在本发明的下列描述中，在可能使本发明的主题很不清楚时，将省略对并入到这里的已知功能和配置的详细描述。
图1A和1B是示意性地说明根据本发明的典型实施例的一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统的方框图。
根据本发明的典型实施例的、用于在电动助力转向设备中利用马达的转动方向来检测转向角度传感器的故障的系统包括：转向角度传感器110、扭矩传感器120、马达130、以及ECU140。
转向角度传感器110产生量度由驾驶员的操作而转动的方向盘的转动角度的信号，并且将该信号发送到ECU。为了描述的方便，所描述的内容将假设在转向角度传感器110中产生的、量度方向盘转动角度的信号是转向角度信号。在这里，该转向角度信号包括方向盘的第一转动方向。
扭矩传感器120产生感测根据方向盘的转动的输入轴与输出轴之间的相对转动位移的电信号，并且将该电信号发送到ECU140。为了描述的方便，所描述的内容将假设在扭矩传感器120中产生的电信号是扭矩信号。在这里，该扭矩信号包括方向盘的第二转动方向。
马达130基于从ECU140提供的控制电流，产生并发送用于平滑转向的辅助动力，并且将基于马达130的转动的电流和电压发送到ECU140。此外，如果马达130具有位置传感器132，则位置传感器132输出马达位置信号，该马达位置信号包含与马达的转动方向相对应的固定编码。
ECU140接收来自转向角度传感器110的转向角度信号以及来自扭矩传感器120的扭矩信号，并且检查在这些信号中是否发生故障。如果根据检查的结果，在这些信号中发生故障，则ECU根据故障-安全逻辑142，将用于停止马达130的驱动的控制电流发送到马达130。
根据本发明的典型实施例的ECU140接收来自马达130的、基于马达的转动的电流和电压，并且感测马达的转动方向(前向或反向)。同时，如果马达130包括位置传感器132，则ECU140接收来自位置传感器132的马达位置信号，其包含与马达的转动方向相对应的固定编码，从而使得ECU140可以感测马达的转动方向。
ECU140接收来自转向角度传感器110的、量度方向盘的转动角度的转向角度信号，以感测方向盘的第一转动方向，并且将方向盘的第一转动方向与马达的转动方向进行比较，并且检查方向盘的第一转动方向是否等于马达的转动方向。作为该检查的结果，当方向盘的第一转动方向不等于马达的转动方向时，判定转向角度传感器操作错误或者转向角度传感器110中存在故障，从而使得ECU接收来自扭矩传感器120的扭矩信号，以便根据该扭矩信号的输出感测方向盘的第二转动方向。ECU140检查马达的转动方向是否等于方向盘的第二转动方向。作为该检查的结果，当马达的转动方向不等于方向盘的第二转动方向时，ECU140判定转向角度传感器操作错误或者转向角度信号中存在故障，从而使得ECU操作故障-安全逻辑142。此外，ECU140将转向角度传感器110的故障分享给ESP和悬架控制设备中的一个或两个。
图2是说明根据本发明的典型实施例的一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的方法的流程图。
ECU140接收来自马达130的、基于马达的转动的电流和电压，并且感测马达的转动方向(如前向或反向)(S210)。在这里，如果马达130包括位置传感器132，则位置传感器132将包含与马达的转动方向相对应的固定编码的马达位置信号发送到ECU140，从而使得ECU140可以利用该马达位置信号感测马达的转动方向。
ECU140接收来自转向角度传感器110的、量度方向盘的转动角度的转向角度信号，并且感测方向盘的第一转动角度(S220)。ECU140检查方向盘的第一转动方向是否等于马达的转动方向(S230)。
作为步骤S230中检查的结果，当方向盘的第一转动方向不等于马达的转动方向时，ECU140判定转向角度传感器操作错误或者转向角度传感器110中存在故障，并且ECU140接收来自扭矩传感器120的扭矩信号，以便根据扭矩信号的输出感测方向盘的第二转动方向(S240)。
ECU140检查马达的转动方向是否等于方向盘的第二转动方向(S250)。
作为步骤S250中检查的结果，当马达的转动方向不等于方向盘的第二转动方向时，ECU140判定转向角度传感器操作错误或者转向角度信号中存在故障，从而使得ECU140操作故障-安全逻辑142并且将中断驱动的控制电流发送到马达140(S260)。
当ECU判定转向角度传感器110操作错误或者转向角度信号中存在故障时，ECU140将转向角度传感器110的故障分享给ESP和悬架控制设备中的一个或两个(S270)。
同时，作为步骤S230中检查的结果，当从转向角度信号中感测到的方向盘的第一转动方向等于从马达位置信号(或者电流/电压)中感测到的马达的转动方向时，ECU140将运行正常模式的控制电流发送到马达130(S280)。
如上所述，根据本发明，从马达接收电流和电压，以感测马达的转动方向，从转向角度传感器接收转向角度信号以感测方向盘的第一转动方向，然后采用以下方式检查马达的转动方向是否等于方向盘的第一转动方向：即，具有准确地检测到转向角度传感器的故障的效果。
此外，即使马达并不具有位置传感器，也从马达接收电流和电压，以便感测马达的转动方向，从而能够降低用于检测转向角度传感器的故障的花费。
尽管为了说明的目的已经描述了本发明的典型实施例，但是本领域技术人员应该理解的是：在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可能进行各种修正、补充和替代。因此，已经描述的本发明所公开的实施例不是为了限制本发明的范围，而是为了描述本发明。因此，本发明的范围并不限于以上的实施例，而是由权利要求及其等价物进行限定。本领域技术人员应该理解的是：在不脱离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种形式和细节上的改变。

Claims (7)

1.一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统，所述系统包括：
转向角度传感器，用于产生并发送量度方向盘转动角度的转向角度信号；
马达，产生用于平滑转向的辅助动力，并且发送基于所述马达的转动的电流和电压；以及
电子控制单元(ECU)，用于接收来自所述马达的电流和电压，感测所述马达的转动方向，接收来自所述转向角度传感器的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，然后，在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度信号存在故障并且开始故障-安全逻辑的操作。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括扭矩传感器，用于产生并发送扭矩信号，所述扭矩信号感测基于所述方向盘的转动的、在输入轴与输出轴之间的相对转动位移。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述ECU接收来自所述扭矩传感器的扭矩信号，以便在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时感测所述方向盘的第二转动方向，并且在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第二转动方向时，判定所述转向角度信号存在所述故障，从而操作所述故障-安全逻辑。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ECU将所述转向角度信号的故障分享给电子稳定程序(ESP)和悬架控制设备中的一个或两个。
5.一种用于在电动助力转向设备中检测转向角度传感器的故障的系统，所述系统包括：
转向角度传感器，用于产生并发送量度方向盘转动角度的转向角度信号；
马达，其包括位置传感器，所述位置传感器用于发送基于所述马达的转动的马达位置信号，并且所述马达产生用于使得平滑转向变得平滑的辅助动力；以及
ECU，用于接收来自所述位置传感器的马达位置信号，感测所述马达的转动方向，接收来自所述转向角度传感器的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，然后，在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度信号存在故障并且开始故障-安全逻辑的操作。
6.一种用于在电动助力转向设备中通过与马达交互工作的ECU来检测转向角度传感器的故障的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)接收来自马达的、基于所述马达的转动的电流和电压，并且感测所述马达的转动方向；
(b)接收来自转向角度传感器的、量度方向盘转动角度的转向角度信号，感测所述方向盘的第一转动方向，并且检查所述马达的转动方向是否等于所述方向盘的第一转动方向；以及
(c)根据步骤(b)中的检查结果，在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第一转动方向时，判定所述转向角度传感器操作错误或者所述转向角度信号存在故障，并且操作故障-安全逻辑。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括下列步骤：
(d)接收来自扭矩传感器的扭矩信号，并且根据所述扭矩信号的输出感测所述方向盘的第二转动方向；
(e)检查所述马达的转动方向是否等于所述方向盘的第二转动方向；以及
(f)根据步骤(e)中的检查结果，在所述马达的转动方向不等于所述方向盘的第二转动方向时，操作所述故障-安全逻辑。
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