CN106184347A - Mdps的故障安全性的控制系统和控制方法 - Google Patents

Mdps的故障安全性的控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开MDPS的故障安全性的控制系统和控制方法。该系统可以包括：直线运动/转弯确定模块，基于方向盘的转向角度、方向盘的转向扭矩和车辆的车辆速度确定车辆是直线运动还是转弯；故障确定模块，如果车辆直线运动，则基于驾驶员的转向扭矩和MDPS的电动机扭矩确定是否出现MDPS故障；故障类型确定模块，如果出现MDPS故障，则使用横摆角速度变化率确定MDPS故障的类型；以及横摆角速度变化率检测模块，将横摆角速度变化率输入至故障类型确定模块。

Description

MDPS的故障安全性的控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及电动助力转向系统(MDPS)的故障安全性的控制系统和控制方法，并且更具体地涉及这样的MDPS的故障安全性的控制系统和控制方法，即，通过控制系统和控制方法，可以准确地检测到诸如自转向或无转向情况的故障类型，使得可以确保MDPS的故障安全性。
背景技术
电动助力转向系统(MDPS)安装在最近发布的车辆上，并根据车辆的行驶速度改变方向盘的转向力。
MDPS是车辆速度自适应助力转向装置，并且用于在MDPS的ECU根据车辆的车辆速度控制电动机的转向角度和运动时，根据车辆的行驶速度为驾驶员提供舒适的转向感觉。
随着车辆的部件的电子化，人们越来越关注车辆的故障安全性，并且因此，即使在MDPS领域，对于满足国际标准ISO 26262的研究与开发也在继续。
为了满足国际标准并改善MDPS系统的故障安全性，已经使用MDPS故障安全性措施。
现有的MDPS故障安全性方法是通过故障安全性逻辑实现的，该故障安全性逻辑注重于其中预期存在MDPS故障的击穿上，诸如与主要输入至MDPS、ECU内部电路和电动机的传感器信号有关的故障，并且MDPS的电动机的电流被立即中断使得MDPS操作停止而不考虑包括MDPS的车辆的总体状态。
然而，因为监控添加MDPS的新功能时所增加的功能的故障安全性方法通过适合于汽车安全完整性等级(ASIL)的方法被开发，并且每当添加MDPS的功能时，添加故障安全性逻辑，所以MDPS故障安全性系统变得很复杂。
因为每当添加MDPS的功能时请求用于实现故障安全性逻辑的各种传感器，所以制造成本增加。
因此，为了准确地检测MDPS的故障(例如，自转向或无转向)，需要考虑到车辆的总体状态来检测故障而且无需添加单独的传感器。
供参考，MDPS的自转向指的是以下现象[ASIL：D(非常危险)]，其中由于在输入不是由驾驶员完成的情况下(直线运动、环形转向行驶等)，MDPS的故障导致在用于MDPS的电动机中产生高扭矩，因此车辆无意地偏离当前行进路线。
MDPS的无转向指的是以下现象[ASIL：C(危险)]，其中由于MDPS发生故障，尽管驾驶员输入转向，但MDPS的电动机扭矩反向作用并同时与驾驶员的扭矩具有相同的幅度，由此不能进行转向。
在该背景技术部分所公开的信息仅用于加深对本发明的总体背景的理解，并且不应被视为承认或以任何形式意指该信息形成已为本领域技术人员所知的现有技术。
发明内容
本发明致力于解决以上提及的和/或其他问题，并且本发明的目的在于提供MDPS的故障安全性的控制系统和控制方法，通过该控制系统和控制方法可以首先确定MDPS故障并且其次，随后可以在没有单独添加传感器并考虑车辆的总体状态的情况下确定MDPS故障的类型(例如，自转向和无转向情况)，从而可以确保MDPS的故障安全性。
在一个方面中，本发明提供一种电动助力转向系统(MDPS)的故障安全性的控制系统，该控制系统包括：直线运动/转弯确定模块，用于基于方向盘的转向角度、方向盘的转向扭矩和车辆的车辆速度确定车辆是直线运动还是转弯；故障确定模块，用于在直线运动/转弯确定模块确定车辆直线运动时，基于驾驶员的转向扭矩和MDPS的电动机扭矩确定是否出现MDPS故障；故障类型确定模块，用于在故障确定模块确定出现MDPS故障时，使用横摆角速度变化率确定MDPS故障的类型；以及横摆角速度变化率检测模块，将横摆角速度变化率输入至故障类型确定模块。
本发明的控制系统进一步包括电动机安全性状态转换控制单元，用于根据故障确定模块和故障类型确定模块的确定结果关闭MDPS电动机。
当车辆速度是预定值以上时，直线运动/转弯确定模块基于已经输入的转向扭矩和转向角度的绝对量确定车辆是直线运动还是转弯。
故障确定模块在车辆直线运动时将转向扭矩与电动机扭矩相乘以获得计算值，对一段时间的计算值进行积分以获得积分值，并且在积分值是第一阈值以上并且同时MDPS的电动机扭矩不成比例地增加至第二阈值以上时确定出现MDPS故障。
故障确定模块在横摆角速度变化率是第三阈值以上时确定自转向状态，并且在横摆角速度变化率小于第三阈值时确定无转向状态。
横摆角速度变化率检测模块使用车辆速度和转向角度估计横摆角速度变化率。
在另一方面中，本发明提供一种电动助力转向系统的故障安全性的控制方法，该控制方法包括：基于方向盘的转向角度、方向盘的转向扭矩和车辆的车辆速度确定车辆是直线运动还是转弯；如果直线运动/转弯确定模块确定车辆直线运动，则使用驾驶员的转向扭矩和MDPS的电动机扭矩确定是否出现MDPS故障；并且如果确定出现MDPS故障，则通过检测横摆角速度变化率确定MDPS故障的类型。
控制方法进一步包括使用电动机安全性状态转换控制单元根据故障确定和故障类型确定的确定结果关闭MDPS电动机。
当车辆速度是预定值以上时，基于转向扭矩和转向角度的绝对量确定车辆是直线运动还是转弯。
故障确定包括：在车辆直线运动时将转向扭矩与电动机扭矩相乘以获得计算值；对一段时间的计算值进行积分以获得积分值；并且当积分值是第一阈值以上并且同时MDPS的电动机扭矩不成比例地增加至第二阈值以上时，确定出现MDPS故障。
在故障类型确定中，在横摆角速度变化率是第三阈值以上时确定自转向状态，并且在横摆角速度变化率小于第三阈值时确定无转向状态。
使用基于车辆速度和转向角度信号计算横摆角速度变化率，其中VX表示车辆速度，L表示轴距，Kus表示转向不足常数(under steer constant)，g表示重力加速度，并且δf表示转向角度。
本发明的其它方面和优选实施方式将在下文中进行讨论。
应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力交通工具(hybrid vehicle)、电动交通工具、插入式混合动力电动交通工具(plug-in hybridelectric vehicle)、氢动力交通工具和其他可替代燃料交通工具(例如，源自除了石油之外的资源的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。
本发明的方法和装置具有其他的特征和优点，这些其他的特征和优点将通过结合在本文中的附图和下文的具体实施方式部分而变得显而易见或者将在附图和具体实施方式部分中进行更详细地阐述，并且这些附图和具体实施方式部分一起用于解释本发明的一些原理。
附图说明
现在将参考由附图所示出的本发明的示例性实施方式详细描述本发明的上述及其他特征，在本文中给出的附图仅仅通过示意方式给出，因此不限制本发明，并且其中：
图1是示出根据本发明的MDPS的故障安全性的示例性控制系统的示意图；
图2、图3和图4是示出根据本发明的MDPS的故障安全性的示例性控制方法的流程图；
图5是示出根据MDPS的故障的自转向情况和无转向情况的示意图；以及
图6是示出根据本发明的用于MDPS的故障安全性的控制方法中的MDPS故障确定时间点的曲线图。
应理解的是，附图不一定按比例绘出，而是呈现本文中所公开的本发明的各个优选特征的略微简化的表示。本文所公开的包括诸如特定的尺寸、方向、位置以及形状的本发明的各个优选特征由具体的预期应用和使用环境来部分确定。
在图中，贯穿附图的几幅图，参考标号指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各个实施方式，本发明的实例在附图中示出并且在下文中进行描述。尽管将将结合示例性实施方式对本发明进行描述，然而应当理解的是，本说明书并不旨在将本发明局限于那些示例性实施方式。相反地，本发明不仅涵盖示例性实施方式而且涵盖包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种可替代物、修改、等同物以及其他实施方式。
图1是示出了根据本发明的某些实施方式的针对MDPS的故障安全性的控制系统的示意图。图2至图4是示出了根据本发明的某些实施方式的针对MDPS的故障安全性的控制方法的流程图。
首先，当转向角度和转向扭矩以及车辆速度被输入至直线运动/转弯确定模块10时，直线运动/转弯确定模块10确定输入的车辆速度是否是预定值以上(S101)，并且使用该转向角度和转向扭矩确定车辆是直线移动还是转弯(S102)。
就是说，当来自车辆的车辆速度传感器的车辆速度信号、来自转向角度检测传感器(用于检测通过驾驶员的操纵方向盘的转向角度)的转向角度信号、以及来自转向扭矩检测传感器(检测用于通过驾驶员的操纵方向盘的转向扭矩)的转向扭矩信号输入至直线运动/转弯确定模块10时，直线运动/转弯确定模块10首先确定车辆速度是否是预定值以上，并且当车辆速度是预定值以上时，基于转向扭矩和转向角度的绝对量来确定车辆是直线运动还是转弯。
例如，当方向盘处于中位状态(neutral state)(零转向角度)和转向扭矩是零的状态两者时，车辆的状态确定为直线运动，而当转向角度和转向扭矩具有(+)或(-)值时，车辆的状态确定为转弯。
然后，当直线运动/转弯确定模块10将车辆的状态确定为直线运动时，在故障确定模块30中进行使用驾驶员的转向扭矩和MDPS的电动机扭矩首先确定MDPS是否出故障的步骤(S103)。
参照图3，为了首先确定MDPS的故障，故障确定模块30将在车辆的直线运动状态下来自转向扭矩检测传感器的转向扭矩乘以来自电动机扭矩传感器的电动机扭矩(S103-1)，并且积分计算值(S103-2)，其中，电动机扭矩传感器用于检测MDPS电动机的扭矩。
然后，因为转向扭矩和电动机扭矩彼此成比例，所以确定通过将转向扭矩和电动机扭矩相乘并积分获得的累积积分值是否是阈值以上(S103-3)。
同时，确定电动机扭矩的量值是否立即增加至阈值以上(103-4)。
因此，当通过将转向扭矩与电动机扭矩相乘获得的累积积分值是阈值以上并且与转向扭矩相比电动机扭矩的量值立即增加至阈值以上而不是成比例增加时，则确定MDPS故障(S103-5)。
同时，如在图6中示出的，图6示出随时间积分通过将转向扭矩与电动机扭矩相乘获得的值的实例，当累积积分值的范围是预定值以上时，则可以确定MDPS出故障。
然后，当故障确定模块30确认MDPS出故障时，故障类型确定模块40其次使用横摆角速度变化率确定MDPS故障的类型(S104)。
确定MDPS故障的类型是检测在MDPS故障状态下可能发生交通事故的情况，并且例如，可以通过检测自转向情况和无转向情况采取应对MDPS故障情况的更稳定的后续措施。
另外，自转向指的是在车辆直线行驶时，在没有驾驶员输入的情况下由于MDPS发生故障而在电动机中产生MDPS的高扭矩从而导致车辆无意地偏离当前行进路线的现象，并且无转向指的是在车辆直线行驶时，由于MDPS发生故障而使得尽管驾驶员输入转向但由于MDPS的电动机扭矩反向时，转向本身不可能实现的情况。
因此，如果故障确定模块30确认MDPS发生故障，则横摆角速度变化率检测模块20接收车辆速度和转向角度，使用等式1估计横摆角速度变化率，并且将结果发送至故障类型确定模块40。
等式1：
在等式1中，VX表示车辆速度，L表示轴距，Kus表示转向不足常数(under steerconstant)，g表示重力加速度(9.81m/s2)，并且δf表示转向角度。
随后，故障类型确定模块40其次使用来自横摆角速度变化率检测模块20的横摆角速度变化率确定MDPS故障的类型，并且故障类型确定模块40在横摆角速度变化率是阈值以上(即，过高)时确定自转向状态(S104-1)，并且在横摆角速度变化率小于阈值(即，过低)时确定无转向状态(S104-2)。
就是说，当横摆角速度变化率是阈值以上时，可以确定自转向状态，因为假定车辆无意地从当前行进路线偏离，并且当横摆角速度变化率小于阈值，即，过低时，尽管驾驶员输入转向，但可以确定转向本身是不可能实现的无转向状态。
最后，根据故障确定模块30和故障类型确定模块40的确定结果，电动机安全性状态转换控制单元50进行控制以关闭MDPS电动机。
就是说，当故障确定模块30确定MDPS出故障并且故障类型确定模块40确定MDPS故障的类型时，为安全起见，电动机安全性状态转换控制单元50进行控制以关闭MDPS电动机。
以这种方法，因为MDPS故障可以首先确定并且MDPS故障的类型(例如，自转向或无转向情况)可以被其次检测出是由于MDPS故障而可能出现的问题情况，所以车辆的问题情况(MDPS故障的类型)可以通过车辆状态监控功能以现象方式检测出，并且检测结果可以用于增加MDPS故障的检测覆盖度并且同时有效确保MDPS功能的稳定性。
通过上述问题解决方案，本发明提供以下效果。
第一，可以在考虑到车辆的总体状态信息的情况下，首先确定MDPS故障并且随后MDPS故障的类型(例如，自转向或无转向情况)被检测出，而无需单独添加传感器。
第二，因为可以确定MDPS故障并且可以确定由于MDPS故障导致的自转向和无转向事故情况，所以可以针对MDPS故障采取更稳定的后续措施(例如，关闭MDPS电动机)并且因此，可以确保MDPS的功能稳定性。
出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的具体示例性实施方式的上述描述。本发明具体示例性实施方式并不旨在穷尽本发明或者将本发明局限于公开的精确形式，并且显而易见的是根据上述教导可进行多种修改和变形。所选择并描述的示例性实施方式是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域内的其他技术人员能够做出并利用本发明的各个示例性实施方式及其各种替换和修改。本发明的范围旨在通过这里所附的权利要求及它们的等同物来限定。

Claims (12)

1.一种电动助力转向系统MDPS的故障安全性的控制系统，所述控制系统包括：
直线运动/转弯确定模块，基于方向盘的转向角度、所述方向盘的转向扭矩和车辆的车辆速度确定所述车辆是直线运动还是转弯；
故障确定模块，用于在所述直线运动/转弯确定模块确定所述车辆直线运动时，基于驾驶员的转向扭矩和所述MDPS的电动机扭矩确定是否出现MDPS故障；
故障类型确定模块，用于在所述故障确定模块确定出现所述MDPS故障时，使用横摆角速度变化率确定所述MDPS故障的类型；以及
横摆角速度变化率检测模块，用于将所述横摆角速度变化率输入至所述故障类型确定模块。
2.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括：电动机安全性状态转换控制单元，用于根据所述故障确定模块和所述故障类型确定模块的确定结果关闭MDPS电动机。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当所述车辆速度是预定值以上时，所述直线运动/转弯确定模块基于已经输入的所述转向扭矩和所述转向角度的绝对量确定所述车辆是直线运动还是转弯。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述故障确定模块用于：
在所述车辆进行直线运动时将所述转向扭矩与所述电动机扭矩相乘以获得计算值；
对一段时间的所述计算值进行积分以获得积分值；并且
当所述积分值是第一阈值以上并且同时所述MDPS的所述电动机扭矩不成比例地增加至第二阈值以上时，确定出现所述MDPS故障。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述故障类型确定模块在所述横摆角速度变化率是第三阈值以上时确定自转向状态，并且在横摆角速度变化率小于所述第三阈值时确定无转向状态。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述横摆角速度变化率检测模块使用所述车辆速度和所述转向角度估计所述横摆角速度变化率。
7.一种电动助力转向系统MDPS的故障安全性的控制方法，所述控制方法包括：
基于方向盘的转向角度、所述方向盘的转向扭矩和车辆的车辆速度确定所述车辆是直线运动还是转弯；
如果确定所述车辆是直线运动，则使用驾驶员的转向扭矩和所述MDPS的电动机扭矩确定是否出现MDPS故障；并且
如果确定出现所述MDPS故障，则通过检测横摆角速度变化率确定所述MDPS故障的类型。
8.根据权利要求7所述的控制方法，进一步包括：根据故障确定和故障类型确定的确定结果关闭MDPS电动机。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其中，当所述车辆速度是预定值以上时，基于所述转向扭矩和所述转向角度的绝对量确定所述车辆是直线运动还是转弯。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其中，故障确定包括：
在所述车辆直线运动时，将所述转向扭矩与所述电动机扭矩相乘以获得计算值；
对一段时间的所述计算值进行积分以获得积分值；并且
当所述积分值是第一阈值以上并且同时所述MDPS的所述电动机扭矩不成比例地增加至第二阈值以上时，确定出现所述MDPS故障。
11.根据权利要求7所述的控制方法，其中，在故障类型确定中，在所述横摆角速度变化率是第三阈值以上时确定自转向状态，并且在所述横摆角速度变化率小于所述第三阈值时确定无转向状态。
12.根据权利要求7所述的控制方法，其中，使用以下等式基于所述车辆速度和所述转向角度计算横摆角速度变化率
其中VX表示车辆速度，L表示轴距，Kus表示转向不足常数，g表示重力加速度，和δf表示转向角度。
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