CN103317993B - 用于检测行驶高度传感器中的故障的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测行驶高度传感器中的故障的系统和方法。根据本发明的原理的系统包括方差确定模块和故障检测模块。方差确定模块确定由行驶高度信号生成的样本的方差。行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出。故障检测模块基于方差检测行驶高度传感器中的故障。

Description

用于检测行驶高度传感器中的故障的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2012年3月21日的美国临时申请No.61/613,592的权益。以上申请的公开内容全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及车辆悬架，并且更具体而言涉及用于检测行驶高度传感器中的故障的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度以及在其描述在提交时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不明确地也不隐含地认为是破坏本发明的现有技术。
车辆悬架通常包括弹簧、减震器、以及将车辆的框架或车身连接到车辆的车轮的连杆。悬架系统影响车辆的行驶和操纵。车辆行驶和操纵影响安全性、驾驶性能以及车辆乘客是否免受道路噪音、颠簸和振动的影响。
空气悬架是一种类型的车辆悬架，其通常包括空气减震器或空气弹簧、电动或发动机驱动的空气泵或压缩机、以及可调整以从气囊释放空气的控制阀。压缩机对气囊中的空气加压，气囊继而充当弹簧。气囊中的压力可以被控制以改善行驶质量和/或提供自调平悬架。自调平悬架使车辆保持在所需行驶高度，而不论车辆上的负荷如何。自调平悬架可包括行驶高度传感器，以便可以使用闭环反馈来控制车辆的行驶高度。
发明内容
根据本发明的原理的系统包括方差确定模块和故障检测模块。方差确定模块确定由行驶高度信号生成的样本的方差。行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出。故障检测模块基于方差检测行驶高度传感器中的故障。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1.一种系统，包括：
方差确定模块，其确定从行驶高度信号生成的样本的方差，其中所述行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出；以及
故障检测模块，其基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中，当所述方差小于预定值时，所述故障检测模块检测到所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案3.根据技术方案1所述的系统，还包括从所述行驶高度信号生成所述样本的信号采样模块。
技术方案4.根据技术方案3所述的系统，其中，在从所述行驶高度信号生成所述样本的同时当车辆速度大于预定速度时，所述故障检测模块基于所述方差检测到所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案5.根据技术方案1所述的系统，还包括行驶高度控制模块，其通过控制对空气悬架中的空气加压的压缩机和从所述空气悬架释放空气的阀门中的至少一个而控制所述行驶高度。
技术方案6.根据技术方案5所述的系统，其中所述行驶高度传感器包括多个传感器，并且当在所述传感器中的至少一个中未检测到故障时所述行驶高度控制模块基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而控制所述行驶高度。
技术方案7.根据技术方案6所述的系统，其中当在所述传感器中的所述至少一个中检测到故障时所述行驶高度控制模块基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而停止控制所述行驶高度。
技术方案8.根据技术方案5所述的系统，其中，当在所述行驶高度传感器中检测到故障时，所述行驶高度控制模块禁用所述压缩机。
技术方案9.根据技术方案5所述的系统，其中当在所述行驶高度传感器中检测到故障时所述行驶高度控制模块基于从压力传感器接收的输入而控制所述行驶高度，所述压力传感器检测所述空气悬架内的压力。
技术方案10.根据技术方案9所述的系统，其中，当在所述压力传感器中检测到故障时，所述行驶高度控制模块将所述阀门保持在打开位置。
技术方案11.一种方法，包括：
确定从行驶高度信号生成的样本的方差，其中所述行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出；以及
基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案12.根据技术方案11所述的方法，还包括当所述方差小于预定值时检测所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案13.根据技术方案11所述的方法，还包括从所述行驶高度信号生成所述样本。
技术方案14.根据技术方案13所述的方法，还包括在从所述行驶高度信号生成所述样本的同时当车辆速度大于预定速度时基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
技术方案15.根据技术方案11所述的方法，还包括通过控制对空气悬架中的空气加压的压缩机和从所述空气悬架释放空气的阀门中的至少一个而控制所述行驶高度。
技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其中所述行驶高度传感器包括多个传感器，所述方法还包括当在所述传感器中的至少一个中未检测到故障时基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而控制所述行驶高度。
技术方案17.根据技术方案16所述的方法，还包括当在所述传感器中的所述至少一个中检测到故障时基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而停止控制所述行驶高度。
技术方案18.根据技术方案15所述的方法，还包括当在所述行驶高度传感器中检测到故障时禁用所述压缩机。
技术方案19.根据技术方案15所述的方法，还包括当在所述行驶高度传感器中检测到故障时基于从压力传感器接收的输入而控制所述行驶高度，所述压力传感器检测所述空气悬架内的压力。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，还包括当在所述压力传感器中检测到故障时使所述阀门保持在打开位置。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例仅意图用于举例说明，而并非意图限制本方面的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明的原理的示例性悬架系统的透视图和部分功能框图；
图2是根据本发明的原理的示例性悬架控制系统的功能框图；以及
图3和图4是示出根据本发明的原理的示例性悬架控制方法的流程图。
具体实施方式
悬架控制系统和方法可以基于从行驶高度传感器接收的反馈控制车辆的行驶高度。行驶高度传感器可以输出指示行驶高度的电压。例如，该电压可以在从0伏(V)至5V的范围内，并且该电压在所需的行驶高度处可以为约2.5V。当电压在对于预定样本数的预定范围(例如，在0.25V和4.75V之间)以外时，可以检测到故障。诸如开路或短路的故障可导致电压被保持在预定范围以外。
在一些情况下，故障可导致由行驶高度传感器输出的电压被保持在预定范围内。检测这类故障可确保车辆保持在所需行驶高度，尽管输出电压不准确。然而，如果仅在输出电压在预定范围以外时检测到行驶高度传感器中的故障，则可能检测不到这类故障。
根据本发明的悬架控制系统和方法基于由行驶高度输出的诸如电压信号的行驶高度信号的方差而检测行驶高度传感器中的故障。当车辆由于悬架运动而运动时，行驶高度信号预计变化一定量。因此，当行驶高度信号不像预计那样变化时，检测到故障。从行驶高度信号生成样本，并且计算样本的方差。当方差小于阈值并且车辆速度大于预定速度时，检测到故障。基于行驶高度信号的方差检测故障确保故障被检测到，而不论故障是否导致行驶高度信号被保持在预定范围以外或之内。
当检测到故障时采取补救措施，以使车辆保持在所需行驶高度。如果车辆具有多个行驶高度传感器，则补救措施可包括基于其中未检测到故障的来自行驶高度传感器的反馈来控制诸如空气悬架的自调平悬架。如果在所有行驶高度传感器中都检测到故障，则补救措施可包括基于来自检测空气悬架中的气囊内的压力的压力传感器的反馈来控制空气悬架。如果在压力传感器中也检测到故障，则补救措施可包括使控制阀保持打开以从气囊中释放压力。
现在参看图1，悬架系统100包括空气泵或压缩机102、气囊104、空气管线106、控制阀108、压力传感器110和行驶高度传感器112。压缩机102可用来对气囊104中的空气加压。压缩机102可以是电动或发动机驱动的。气囊104可包括在空气减震器或空气弹簧中。虽然悬架系统100示出为空气悬架，但根据本发明的原理的悬架控制系统和方法适用于其它悬架类型。
空气管线106在压缩机102和气囊104之间敷设。控制阀108可被调整以从气囊104中释放空气。压力传感器110输出指示气囊104内的压力的空气压力信号(APS)114。控制阀108和压力传感器110可包括在压缩机102、气囊104和/或空气管线106中。
行驶高度传感器112输出指示车辆的行驶高度的行驶高度信号(RHS)116。行驶高度传感器112均包括传感器主体118和传感器臂120。传感器主体118可安装到框架或车身，而传感器臂120可以附接到诸如连杆的悬架部件。
传感器主体118容纳传感器，该传感器检测传感器臂120相对于传感器主体118的绝对位置和/或传感器臂120相对于传感器主体118的运动。该传感器可以是电感式传感器(例如，各向异性磁阻传感器)、光学传感器或霍尔效应传感器。虽然悬架系统100示出为包括两个行驶高度传感器，但是悬架系统100可包括更多或更少的行驶高度传感器。
控制模块122控制悬架系统100以将车辆保持在所需行驶高度，即使车辆上的负荷变化。控制模块122调整气囊104内的压力以调整行驶高度。控制模块122控制压缩机102和控制阀108以调整气囊104内的压力。控制模块122输出压缩机控制信号(CCS)124以控制压缩机102。控制模块122输出阀门控制信号(VCS)126以控制控制阀108。
控制模块122基于从压力传感器110和/或行驶高度传感器112接收的输入调整行驶高度。控制模块122基于从压力传感器110、行驶高度传感器112、和/或车辆速度传感器128接收的输入检测行驶高度传感器112中的故障，如下所述。车辆速度传感器128输出指示车辆速度的车辆速度信号(VSS)130。当在压力传感器110和/或行驶高度传感器112中检测到故障时，控制模块122采取补救措施，如下所述。
现在参看图2，控制模块122的示例性实施包括信号采样模块202、方差确定模块204、故障检测模块206和行驶高度控制模块208。信号采样模块202从行驶高度信号116生成样本并输出所生成的样本。信号采样模块202可以按预定采样率对行驶高度信号116进行采样。信号采样模块202可以在输出所生成的样本之前从行驶高度信号116生成多个样本。样本数可以是预定的和/或可以基于用来生成样本的采样率而变化。
方差确定模块204确定从行驶高度信号116生成的样本的方差。用来确定方差的样本的数目可以是预定的和/或可以基于用来生成样本的采样率而变化。方差确定模块204可使用下式确定N个样本(X1-N)的均值(AVG)和方差(V)：
（1）V(X1-N)=∑(X1-N–AVG)2/N；并且
（2）AVG=∑(X1-N)/N。
方差确定模块204输出该方差。
故障检测模块206基于行驶高度信号116的方差检测在行驶高度传感器112之一中的故障，行驶高度传感器112输出生成样本的行驶高度信号116。当行驶高度信号116的方差小于第一值(例如，0.004毫米2)并且由车辆速度信号130指示的车辆速度大于第一速度(例如，10千米/小时(kph))时，故障检测模块206可以检测到故障。通过在预计几乎不存在悬架运动的平滑表面上以低速(例如在1kph和10kph之间)驾驶车辆，可通过标定预定第一值和第一速度。第一值可以是恒定值。或者，第一值可基于车辆速度而变化。例如，第一值可以随车辆速度增加而增加，并且第一值可以随车辆速度减小而减小。
故障检测模块206可基于空气压力信号114检测压力传感器110中的故障。空气压力信号114可以是在从0V至5V的范围内的电压信号。当对于预定样本数(例如，100个中的80个)来说空气压力信号114在预定范围(例如在0.25V和4.75V之间)以外时，故障检测模块206可检测到压力传感器110中的故障。故障检测模块206输出指示在压力传感器110或行驶高度传感器112中是否检测到故障的信号。
行驶高度控制模块208基于行驶高度信号116控制车辆的行驶高度。行驶高度控制模块208可控制行驶高度以最小化在由行驶高度信号116指示的实际行驶高度和所需行驶高度之间的差值。行驶高度控制模块208可通过经由压缩机控制信号124调整压缩机102的操作而控制行驶高度。附加地或备选地，行驶高度控制模块208可通过经由阀门控制信号126调整控制阀108而控制行驶高度。
行驶高度控制模块208可基于在行驶高度传感器112中的任一个中未检测到故障时从两个行驶高度传感器112接收的输入来控制行驶高度。例如，行驶高度传感器112可以在车辆的相对侧上，并且行驶高度控制模块208可基于从行驶高度传感器112中对应的一个接收的输入而控制每一侧上的行驶高度。行驶高度控制模块208可基于在行驶高度传感器112中的一个中检测到故障时仅从行驶高度传感器112中的另一个接收的输入来控制车辆的行驶高度(例如在两侧上)。
当例如在两个行驶高度传感器112中检测到故障时，行驶高度控制模块208可禁用压缩机102和/或基于空气压力信号114控制车辆的行驶高度。行驶高度控制模块208可通过调整控制阀108来控制行驶高度，以最小化在由空气压力信号114指示的实际空气压力和所需空气压力之间的差值。所需空气压力可以是预定的以产生所需行驶高度。当在压力传感器110中和两个行驶高度传感器112中检测到故障时，行驶高度控制模块208可以使控制阀108保持打开以对气囊104减压。
现在参看图3，用于控制悬架系统的方法始于302。该方法适用于空气悬架和其它悬架类型。悬架系统包括行驶高度传感器，其输出指示车辆的行驶高度的行驶高度信号。在304中，该方法对行驶高度信号采样。
在306中，该方法确定行驶高度信号的方差。用于确定方差的样本数可以是预定的和/或可以基于生成样本的采样率而变化。该方法可利用以上所述公式(1)和(2)确定方差。
在308中，该方法确定方差是否小于第一值(例如，0.004毫米2)。通过在预计几乎不存在悬架运动的平滑表面上以低速(例如3kph)驾驶车辆，可通过标定预定第一值。如果方差小于第一值，则该方法在310中继续。否则，该方法在304中继续。
在310中，该方法确定车辆速度是否大于第一速度(例如10kph)。如果车辆速度大于第一速度，则该方法在312中继续。否则，该方法在304中继续。该方法也可以确定在测量车辆速度的车辆速度传感器中是否检测到故障。如果满足310并且在车辆速度传感器中未检测到故障，则该方法可以在312中继续。否则，该方法可以在304中继续。
在312中，该方法检测行驶高度传感器中的故障。因此，即使方差小于第一值，如果车辆速度小于或等于第一速度，该方法也不检测到行驶高度传感器中的故障。附加地或备选地，当车辆速度小于或等于第一速度时，该方法可以不对行驶高度信号采样或确定方差。在314中，该方法采取补救措施。该方法可通过执行下文参照图4所述的步骤中的一个或多个而采取补救措施。
现在参看图4，在402中，该方法确定是否在车辆上的所有行驶高度传感器中检测到故障。如果未在所有行驶高度传感器中检测到故障，则该方法在404中继续。否则，该方法在406中继续。在404中，该方法基于从其中未检测到故障的一个或多个行驶高度传感器接收的输入来控制行驶高度。在406中，该方法禁用对悬架系统(例如其气囊)内的空气加压的压缩机。
在408中，该方法确定在测量悬架系统中的压力的一个或多个压力传感器中是否检测到故障。该方法可以以上文参照图2所述的方式检测(多个)压力传感器中的故障。如果在(多个)压力传感器中未检测到故障，则该方法在410中继续。否则，该方法在412中继续。该方法可以暂时不禁用压缩机，直到在压力传感器中以及所有行驶高度传感器中检测到故障。在412中，该方法使从悬架系统(例如其气囊)释放空气的控制阀保持打开。
上面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和随附权利要求书的基础上其它修改将变得显而易见。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时地)执行方法内的一个或多个步骤。
如本文所用，术语模块可以指属于或包括：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或成组)；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或以上的一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语模块可包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或成组)。
如在上面所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码并可指程序、例程、函数、类和/或对象。如在上面所使用的术语“共享”意味着来自多个模块的一些或全部代码可使用单个(共享)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器来存储。如在上面所使用的术语“成组”意味着来自单个模块的一些或全部代码可使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。
本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储在非暂时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储的数据。非暂时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。

Claims (20)

1.一种用于检测行驶高度传感器中的故障的系统，包括：
方差确定模块，其确定从行驶高度信号生成的样本的方差，其中所述行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出；以及
故障检测模块，其基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述方差小于预定值时，所述故障检测模块检测到所述行驶高度传感器中的故障。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括从所述行驶高度信号生成所述样本的信号采样模块。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，在从所述行驶高度信号生成所述样本的同时当车辆速度大于预定速度时，所述故障检测模块基于所述方差检测到所述行驶高度传感器中的故障。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括行驶高度控制模块，其通过控制对空气悬架中的空气加压的压缩机和从所述空气悬架释放空气的阀门中的至少一个而控制所述行驶高度。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述行驶高度传感器包括多个传感器，并且当在所述传感器中的至少一个中未检测到故障时所述行驶高度控制模块基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而控制所述行驶高度。
7.根据权利要求6所述的系统，其中当在所述传感器中的所述至少一个中检测到故障时所述行驶高度控制模块基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而停止控制所述行驶高度。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，当在所述行驶高度传感器中检测到故障时，所述行驶高度控制模块禁用所述压缩机。
9.根据权利要求5所述的系统，其中当在所述行驶高度传感器中检测到故障时所述行驶高度控制模块基于从压力传感器接收的输入而控制所述行驶高度，所述压力传感器检测所述空气悬架内的压力。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，当在所述压力传感器中检测到故障时，所述行驶高度控制模块将所述阀门保持在打开位置。
11.一种用于检测行驶高度传感器中的故障的方法，包括：
确定从行驶高度信号生成的样本的方差，其中所述行驶高度信号由检测车辆的行驶高度的行驶高度传感器输出；以及
基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括当所述方差小于预定值时检测所述行驶高度传感器中的故障。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括从所述行驶高度信号生成所述样本。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括在从所述行驶高度信号生成所述样本的同时当车辆速度大于预定速度时基于所述方差检测所述行驶高度传感器中的故障。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括通过控制对空气悬架中的空气加压的压缩机和从所述空气悬架释放空气的阀门中的至少一个而控制所述行驶高度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述行驶高度传感器包括多个传感器，所述方法还包括当在所述传感器中的至少一个中未检测到故障时基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而控制所述行驶高度。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括当在所述传感器中的所述至少一个中检测到故障时基于来自所述传感器中的所述至少一个的输入而停止控制所述行驶高度。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括当在所述行驶高度传感器中检测到故障时禁用所述压缩机。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括当在所述行驶高度传感器中检测到故障时基于从压力传感器接收的输入而控制所述行驶高度，所述压力传感器检测所述空气悬架内的压力。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括当在所述压力传感器中检测到故障时使所述阀门保持在打开位置。
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