CN104903129A - 利用变速器输出轴传感器来监测车辆的估算轮速的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于监测车辆的确定轮速的方法和系统。分别从不同的轮速感传器处接收三个轮速值—分别表示不同车轮的测量轮速。基于所述三个轮速值中的至少一个来确定第四车轮的估算轮速值。基于来自于车辆系统的信息确定出计算轮速值。基于第四车轮的估算轮速值与第四车轮的计算轮速值之间的偏差来检测故障状况。

Description

利用变速器输出轴传感器来监测车辆的估算轮速的系统和方法
相关申请
本申请要求2012年12月27日提交的并且名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR MONITORING AN ESTIMATED WHEEL SPEED OF AVEHICLE USING A TRANSMISION OUTPUT SHAFT SENSOR”的美国临时专利申请No.61/746,205的权益，其全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
本发明涉及用于监测多轮车辆(例如汽车或者卡车)的单独的车轮转速的系统和方法。
背景技术
一些现代车辆包括被构造成用于控制车辆的各种操作的一个或多个电子控制器("ECU")。例如，一些车辆包括电子稳定控制("ESC")系统或者其他车辆子系统以当车辆遇到各种驾驶状况时控制车辆的稳定性。本文所描述的发明的构造使用三个轮速传感器来估算车辆的四个车轮的速度。单独的轮速则被用于起动和控制各种车辆子系统(例如，ESC系统)的操作。电子控制系统还基于来自变速器输出轴传感器("TOSS")的信息来计算估算轮速并且监测估算出的轮速与计算出的轮速之间的偏差。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种监测车轮的确定轮速的方法。分别从不同的轮速传感器接收三个轮速值(分别表示不同车轮的测量轮速)。基于所述三个轮速值中的至少一个来确定第四车轮的估算轮速值。基于来自于车辆系统的信息确定出计算轮速值。基于第四车轮的估算轮速值与第四车轮的计算轮速值之间的偏差来检测故障状况。
在另一实施例中，本发明提供了一种包括三个轮速传感器、处理器和存储器的轮速监测系统。存储器存储由处理器执行以控制轮速监测系统的操作的指令。处理器接收三个轮速值(分别来自不同的轮速传感器)。所述三个轮速值中的每一个表示不同车轮的测量轮速。处理器基于所述三个轮速值中的至少一个来确定出第四车轮的估算轮速值。还基于来自车辆系统的信息确定出计算轮速值。基于第四车轮的估算轮速值与第四车轮的计算轮速值之间的偏差来检测故障状况。
在又一实施例中，本发明提供了一种包括处理器和存储器的轮速监测系统。存储器存储由处理器执行以控制轮速监测系统的操作的指令。处理器接收三个轮速值(分别来自不同的轮速传感器)。所述三个轮速值中的每一个表示不同车轮的测量轮速。然后，处理器确定出车辆的第四车轮的多个估算轮速值。根据不同的估算机制基于其他车轮的所述三个测量轮速值中的至少一个来计算出各个估算轮速值。还基于接收自变速器输出轴速度传感器的信息来确定出计算轮速值。处理器计算出多个偏差值——分别是基于第四车轮的所述多个估算轮速值中的一个和计算轮速值。然后，处理器将各个偏差值与偏差阈值相比较并且确定出所述多个偏差值中超过偏差阈值的偏差值的数量。当所述多个偏差值中超过偏差阈值的偏差值的数量对于限定时间段而言超过偏差数量阈值时，处理器推断出存在故障状况。
在一些实施例中，处理器还确定是否存在不稳定的驾驶状况并且当检测到不稳定的驾驶状况时按第二监测模式来操作。当按第二监测模式操作时，由于在不稳定的驾驶状况期间外力作用于车辆上，所以将偏差阈值、偏差数量阈值和限定时间段全部增加来考虑偏差。
本发明的其他方面通过考虑到详细说明书和附图而显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施例的车辆控制系统的示意图。
图2是监测估算轮速以及估算轮速与计算轮速之间的偏差的方法的流程图。
图3是比较在稳定的驾驶状况期间估算轮速与计算轮速的方法的流程图。
图4是比较在不稳定的或者动态的驾驶状况期间估算轮速与计算轮速的方法的流程图。
具体实施方式
在详细阐述本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于以下说明中所阐述的或者以下附图中所示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够有其他实施例并且能按多种方式来实践或者实施。
图1图解了用于诸如四轮汽车或者卡车的车辆的控制系统。发动机控制单元101("ECU")分析诸如车辆性能变量和发动机致动器设置的信息并且基于所接收的数据来控制一个或多个车辆/发动机操作。ECU 101包括处理器103和一个或多个非临时的计算机可读的存储器模块。在图1的实例中，ECU 101包括随机存取存储器("RAM")模块105和只读存储器("ROM")模块107。ECU 101还包括在控制器区域网("CAN")总线111上发送和接收数据的输入/输出接口109。应当理解，ECU 101可能包括多个处理器、附加的计算机可读存储器模块、多个I/O接口和/或附加的部件或模块(例如，硬件、软件或者其组合)。
处理器103从I/O接口111处接收信息并且通过执行存储到ECU 101的存储模块(诸如，ROM 107)中的用于一个或多个软件模块(其也可被称为“控制器”)的指令来处理所述信息。(其也可能被称为“控制器”)。处理器103将信息存储到RAM 105中并且从RAM 105处检索信息(例如，通过CAN总线111从其他车辆子系统或者传感器处接收的信息并且由处理器103执行的模块所产生的信息)。ECU 101的非临时的计算机可读存储器模块包括易失性存储器、非易失性存储器或者其组合，并且在各种构造中可能还存储操作系统软件、应用/指令数据及其组合。
各种其他车辆子系统也被连接至CAN总线111并且与发动机控制单元101、各种车辆传感器和其他车辆子系统通讯。例如，制动子系统113接收车辆数据并且控制(对称地或者不对称地)施加于车辆的各个车轮上的制动压力。转向子系统115基于方向盘位置及其他车辆性能信息来控制施加于车辆前轮的转向角。传动系子系统117控制施加于车辆车轮上的转矩分布。所述车辆子系统中的每一个被连接至CAN总线111并且能够与连接至CAN总线111的其他装置交换信息。
许多车辆传感器也被附连至CAN总线111。所述车辆传感器监测各种车辆性能特征并且将信息提供给CAN总线111上的其他装置。一个所述车辆传感器是变速器输出轴速度传感器("TOSS"传感器)119。TOSS传感器监测变速器的输出轴速度，并且与诸如例如车辆差动设置和来自传动系子系统117的数据的其他信息结合，提供可用于确定车辆的各个单独车轮的轮速的信息。本领域技术人员已知用于提供单独的轮速的TOSS算法。
此外，被连接到CAN总线111上的是分别相应地联接至单个车轮131、133、135和137的一系列轮速传感器121、123、125和127。各个轮速传感器监测单个车轮的速度并且向CAN总线111提供表示轮速的信息。车辆子系统使用各个单独车轮的轮速信息来改进车辆性能。例如，发动机控制单元101可确定存在不稳定的驾驶状况并且起动电子稳定控制("ESC")程序来按使车辆恢复稳定的方式将制动和转矩分配给车轮。
然而，在一些情况中，不可直接从联接四个车辆车轮中的每个的传感器处得到轮速信息。例如，四个轮速传感器中的一个(例如，对应于车辆的左后轮131的轮速传感器121)可能在车辆操作期间失效并且不向CAN总线111提供数据。替代性地，为了减少成本，可能有意地彻底从车辆上省去四个轮速传感器中的一个(例如，对应于车辆的左后轮131的轮速传感器121)。在这种情况下，ECU 101基于其他三个车轮133、135和137的轮速传感器的读数来估算第四车轮131的轮速。
图1的ECU 101被构造成执行三个并行的估算计算来基于其他三个车轮133、135和137的轮速传感器的读数确定出第四车轮131的估算轮速。首先，ECU 101将第四车轮131的估算转速计算为其他三个轮速的平均值：
V 3 W S S ‾ = V F L + V F R + V R R 3 - - - ( 1 )
其中，V3WSS是第四(左后)车轮131的估算轮速，VFL是左前车轮135的测量轮速，VFR是右前车轮137的测量轮速，并且VRR是右后车轮133的测量轮速。注意到，虽然该实例中所提供的计算法计算出了左后车轮131的估算轮速，但是可以使用替代的构型来估算车辆的任一其他车轮的轮速。
其次，ECU 101基于另一轮轴上的车轮的平均测量轮速来计算第四车轮131的估算轮速。例如，为了估算车辆的后轮轴上的车轮的轮速，ECU 101根据下式基于来自左前轮速传感器125和右前轮速传感器127的信息计算车辆的两个前车轮135、137的平均轮速：
V F A ‾ = V F L + V F R 2 - - - ( 2 )
其中，VFA是基于前轴平均值的第四车轮131的估算轮速，VFL是左前车轮125的测量轮速，并且VFR是右前车轮127的测量轮速。
最后，ECU 101通过根据下式配平各个车辆轮轴上的轮速的和来计算出第四车轮131的估算转速：
VRL_3WSS＝VFL+VFR-VRR   (3)
其中，VRL_3WSS是第四车轮131的估算轮速，VFL是左前车轮135的测量轮速，VFR是右前车轮137的测量轮速，并且VRR是右后车轮133的测量轮速。
ESC程序可以基于通过上式(1)、(2)或者(3)中的任一个所计算出的第四车轮的估算轮速值或者所述三个估算值的平均值来运行。替代性地，如上所述，TOSS传感器119提供信息，所述信息可用于基于车辆变速器的输出值来计算各个单独车轮(包括，第四、无传感器的车轮)的轮速。因而，ESC程序可以使用根据来自TOSS传感器119的信息计算出的轮速值。
然而，既非估算轮速值也非基于TOSS传感器的计算值来提供第四车轮的轮速的直接测量值。此外，有可能的是，TOSS传感器或者传动系中的其它地方的错误状态可能引起轮速计算法不正确地表示出第四(无传感器)车轮的实际轮速。图2图解了一种监测基于来自TOSS传感器119的信息计算出的第四车轮131的轮速值并且验证基于根据其他三个车轮133、135和137的测量轮速估算出的轮速值的计算轮速值的方法。
ECU 101从三个现有的/可操作的轮速传感器123、125和127中的每一个处接收轮速传感器值(步骤201)。ECU 101分析来自这些传感器的信号质量以确定其是否提供了测量轮速的可靠示值(步骤203)。如果所述信号质量是不可接受的(步骤205)，则ECU 101停用如下所述的TOSS监测机制(步骤207)。然而，如果所述信号质量是足够的，则ECU 101启动TOSS监测(步骤209)。
如果驾驶状况目前是稳定的(例如，稳定的速度、平坦的路面、没有过度的转向)(步骤211)，则ECU 101实施快模式监测来基于TOSS输出值验证估算轮速(步骤213)。然而，如果检测到不稳定的(或者动态的)驾驶状况，则ECU 101使用慢模式的TOSS监测(步骤217)。在一些构型中，ECU 101在已经起动ESC程序(或者其他车辆稳定程序)时确定存在不稳定的/动态的驾驶状况。此外，在一些构型中，ECU 101可确定驾驶状况是不稳定的，从而不能执行轮转速计算的准确验证(步骤215)。在这种状况下，ECU 101停用TOSS监测(步骤207)直到驾驶状况稳定。
图3图解了基于TOSS传感器119的输出值的轮速计算法的快模式监测。所述快模式在以下假定下操作：与在不稳定的/动态的驾驶状况下操作相比，在更稳定的驾驶状况期间可以更迅速地并且以更大灵敏度地验证基于TOSS传感器119的输出值计算出的轮速。ECU 101从根据上述式(1)、(2)和(3)来计算第四车轮的速度的三个估算值开始(步骤301)。然后，ECU 101计算出各个估算轮速值在与基于TOSS传感器119计算出的轮速值相比时的偏差值(步骤303)——从而产生了总共三个偏差值(每个轮速估算值对应一个)。根据下式计算出各个偏差值：
λ = V R L _ T O S S - V R L _ E S T V R L _ E S T * 100 % - - - ( 4 )
其中，λ是偏差值，VRL_TOSS是基于TOSS传感器119的输出值的左后车轮的轮速值，且VRL_EST是左后车轮的估算轮速值(根据上述式(1)、(2)和(3)中的一个计算出的)。
然后，ECU 101将所述三个偏差值中的每一个与“快模式”偏差阈值相比较(步骤305)。ECU 101监测至少两个偏差值超过“快模式”偏差阈值的时间量(步骤309)，并且如果对于限定的“快模式”时间阈值而言所述偏差延续(步骤311)，则ECU 101确定存在故障状况并且不能信赖用于第四(无传感器)车轮的轮速计算(步骤313)。如果在任何时间，超过“快模式”偏差阈值的偏差值都少于两个，则ECU 101重新设置计时器(步骤307)。
图4图解了基于TOSS传感器119的输出值的轮速计算法的慢模式监测。如上所述，在不稳定的/动态的驾驶状况期间由ECU 101基于以下假定使用“慢模式”监测：在不稳定的/动态的驾驶状况期间很可能发生应归于外界因素的偏差，并且因此必须以更低灵敏度针对更长时间段来检测偏差。
“慢模式”监测从根据上述式(1)、(2)和(3)来计算第四车轮的速度的三个估算值开始(步骤401)。然后，ECU 101根据以上式(4)计算各个估算轮速值的偏差值(步骤403)——从而产生了总共三个偏差值(每个轮速估算值对应一个)。ECU 101将各个偏差值与“慢模式”偏差阈值相比较(步骤405)，并且监测所有三个偏差值都超过“慢模式”偏差阈值的时间量(步骤409)。一旦所述偏差值中的至少一个降到“慢模式”偏差阈值之下，则ECU 101重新设置计时器(步骤407)。然而，如果计时器达到“慢模式”时间阈值(步骤411)，则ECU 101确定存在故障状况并且不能信赖第四(无传感器)车轮的轮速计算(步骤413)。
“慢模式”监测类似于“快模式”监测，具有几个主要区别。首先，“慢模式”时间阈值比“快模式”时间阈值长。因此，在“慢模式”监测期间，在ECU 101宣布故障状况之前偏差必须存在更长的时间段。此外，“慢模式”的偏差阈值比“快模式”的偏差阈值更高。因而，在ECU 101宣布故障状况之前在估算轮速值与基于TOSS的计算值之间存在更大的偏差。最后，在“快模式”监测期间，仅需要两个偏差值超过偏差阈值，而在“慢模式”监测期间，所有三个偏差值都必须超过阈值。如上所述，在不稳定的/动态的驾驶状况期间，更可能的是，外界因素将影响估算轮速值与计算轮速值之间的偏差。“快模式”监测与“慢模式”监测之间的这些区别考虑了这些外界影响，从而要求在在估算轮速值与基于TOSS的计算轮速值之间的偏差在按“慢模式”监测操作时更加显著且存在更长的时间段，然后才宣布故障状况。
因此，本发明尤其提供了基于其他车轮的计算轮速与测量轮速之间的偏差来监测和验证车辆的特定车轮的计算轮速的系统和方法。注意到，虽然上述实例全都涉及估算左后轮的轮速值，但是本文所描述的方法和系统可以被用于估算和验证任一车轮的轮速。此外，虽然以上的实例描述了使用三个车轮的测量轮速值来计算第四车轮的估算轮速值的三个特定式，但是本发明的其他构型可使用不同的估算机制并且可使用多于或者少于三个估算值。在权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (16)

1.一种监测车轮的确定轮速的方法，所述方法包括：
接收来自第一轮速传感器的第一轮速值，所述第一轮速值表示车辆的第一车轮的测量轮速；
接收来自第二轮速传感器的第二轮速值，所述第二轮速值表示车辆的第二车轮的测量轮速；
接收来自第三轮速传感器的第三轮速值，所述第三轮速值表示车辆的第三车轮的测量轮速；
基于第一轮速值、第二轮速值和第三轮速值中的至少一个来确定车辆的第四车轮的估算轮速值；
基于从车辆系统接收的信息来确定第四车轮的计算轮速值；以及
基于第四车轮的所述估算轮速值与第四车轮的所述计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第四车轮的计算轮速值包括
接收来自变速器输出轴速度传感器的信息，以及
基于来自所述变速器输出轴速度传感器的信息来确定所述计算轮速值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第四车轮的估算轮速值包括
计算第一轮速值、第二轮速值和第三轮速值的平均值，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所计算的平均值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第四车轮的估算轮速值包括
计算第一轮速值和第二轮速值的平均值，其中，第一车轮和第二车轮定位在车辆的前端处并且第三车轮和第四车轮定位在车辆的后端处，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所计算的平均值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第四车轮的估算轮速值包括
将第一轮速值和第二轮速值的和与第三轮速值相减，其中，第一车轮和第二车轮定位在车辆的前端处并且第三车轮和第四车轮定位在车辆的后端处，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所述相减的结果。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于第四车轮的所述估算轮速值与第四车轮的所述计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况包括
基于所述估算轮速值和所述计算轮速值来计算偏差值，
将所述偏差值与偏差阈值相比较，以及
当对于限定时间段而言所述偏差值超过所述偏差阈值时确定存在故障状况。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定是否存在稳定的驾驶状况；
当存在稳定的驾驶状况时按第一监测模式操作；以及
当存在不稳定的驾驶状况时按第二监测模式操作，以及
其中，基于第四车轮的所述估算轮速值与第四车轮的所述计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况包括
基于所述估算轮速值和所述计算轮速值来计算偏差值，
当按第一监测模式操作时，将所述偏差值与第一偏差阈值相比较，
当按第二监测模式操作时，将所述偏差值与第二偏差阈值相比较，其中，第二偏差阈值大于第一偏差阈值，
当按第一监测模式操作时，当所述偏差值对于第一限定时间段而言超过第一偏差阈值时确定存在故障状况，以及
当按第二监测模式操作时，当所述偏差值对于第二限定时间段而言超过第二偏差阈值时确定存在故障状况，其中，第二限定时间段比第一限定时间段更长。
8.一种轮速监测系统，包括：
第一轮速传感器；
第二轮速传感器；
第三轮速传感器；
处理器；以及
存储指令的存储器，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统：
接收来自第一轮速传感器的第一轮速值，所述第一轮速值表示车辆的第一车轮的测量轮速；
接收来自第二轮速传感器的第二轮速值，所述第二轮速值表示车辆的第二车轮的测量轮速；
接收来自第三轮速传感器的第三轮速值，所述第三轮速值表示车辆的第三车轮的测量轮速；
基于第一轮速值、第二轮速值和第三轮速值中的至少一个来确定车辆的第四车轮的估算轮速值；
基于从车辆系统接收的信息来确定第四车轮的计算轮速值；以及
基于第四车轮的所述估算轮速值与第四车轮的所述计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况。
9.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来确定第四车轮的计算轮速值：
接收来自变速器输出轴速度传感器的信息，以及
基于来自所述变速器输出轴速度传感器的信息来确定所述计算轮速值。
10.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来确定第四车轮的估算轮速值：
计算第一轮速值、第二轮速值和第三轮速值的平均值，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所计算的平均值。
11.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来确定第四车轮的估算轮速值：
计算第一轮速值和第二轮速值的平均值，其中，第一车轮和第二车轮定位在车辆的前端处并且第三车轮和第四车轮定位在车辆的后端处，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所计算的平均值。
12.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来确定第四车轮的估算轮速值：
将第一轮速值和第二轮速值的和与第三轮速值相减，其中，第一车轮和第二车轮定位在车辆的前端处并且第三车轮和第四车轮定位在车辆的后端处，以及
将第四车轮的所述估算轮速值设置为所述相减的结果。
13.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来基于第四车轮的所述估算轮速值与第四车轮的所述计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况：
基于所述估算轮速值和所述计算轮速值来计算偏差值，
将所述偏差值与偏差阈值相比较，以及
当对于限定时间段而言所述偏差值超过所述偏差阈值时确定存在故障状况。
14.如权利要求8所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时还使得所述轮速监测系统
确定是否存在稳定的驾驶状况；
当存在稳定的驾驶状况时按第一监测模式操作；以及
当存在不稳定的驾驶状况时按第二监测模式操作，以及
其中，当所述指令被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统通过以下来基于第四车轮的估算轮速值与第四车轮的计算轮速值之间的偏差而确定存在故障状况：
基于所述估算轮速值和所述计算轮速值来计算偏差值，
当按第一监测模式操作时，将所述偏差值与第一偏差阈值相比较，
当按第二监测模式操作时，将所述偏差值与第二偏差阈值相比较，其中，第二偏差阈值大于第一偏差阈值，
当按第一监测模式操作时，当所述偏差值对于第一限定时间段而言超过第一偏差阈值时确定存在故障状况，以及
当按第二监测模式操作时，当所述偏差值对于第二限定时间段而言超过第二偏差阈值时确定存在故障状况，其中，第二限定时间段比第一限定时间段更长。
15.一种包括处理器和存储器的轮速监测系统，所述存储器存储指令，所述指令当被所述处理器执行时使得所述轮速监测系统：
接收来自第一轮速传感器的第一轮速值，所述第一轮速值表示车辆的第一车轮的测量轮速；
接收来自第二轮速传感器的第二轮速值，所述第二轮速值表示车辆的第二车轮的测量轮速；
接收来自第三轮速传感器的第三轮速值，所述第三轮速值表示车辆的第三车轮的测量轮速；
确定车辆的第四车轮的多个估算轮速值，其中，根据不同的估算机制基于第一轮速值、第二轮速值和第三轮速值中的至少一个来确定所述多个估算轮速值中的每个估算轮速值；
基于从变速器输出轴速度传感器接收的信息来确定第四车轮的计算轮速值；
计算出多个偏差值，其中，每个偏差值基于第四车轮的所述多个估算轮速值中的一个和计算轮速值；
将所述多个偏差值中的每个偏差值与偏差阈值相比较；
确定所述多个偏差值中超过所述偏差阈值的偏差值的数量；以及
当所述多个偏差值中超过所述偏差阈值的偏差值的数量对于限定时间段而言超过偏差数量阈值时确定存在故障状况。
16.如权利要求15所述的轮速监测系统，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时还使得所述轮速监测系统：
确定是否存在不稳定的驾驶状况；
当存在不稳定的驾驶状况时按第二监测模式操作；
当按第二监测模式操作时，将所述多个偏差值中的每个偏差值与第二偏差阈值相比较，其中，第二偏差阈值大于第一偏差阈值；
当按第二监测模式操作时确定所述多个偏差值中超过第二偏差阈值的偏差值的数量；以及
当按第二监测模式操作时，当所述多个偏差值中超过第二偏差阈值的偏差值的数量对于第二限定时间段而言超过第二偏差数量阈值时确定存在故障状况，其中，第二偏差数量阈值大于所述偏差数量阈值，并且其中，第二限定时间段大于所述限定时间段。
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