CN108027610B - 用于验证控制器的准确度的验证模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于验证控制器(116)的准确度的验证模块(118)。控制器(116)被配置成基于第一输入和第二输入来生成需求。验证模块(118)包括：计算模块(120)，其被配置成计算预期需求；校正模块(122)，其被配置成计算需求与预期需求之间的误差并且修改预期需求以减小误差；以及限制器(136)，其被配置成响应于误差大于阈值而限制需求。

Description

用于验证控制器的准确度的验证模块
技术领域
本发明涉及用于验证控制器的准确度的验证模块，并且更具体(但非排他)地涉及线控驱动(drive-by-wire)系统中的控制器。本发明的方面涉及验证模块、控制器、线控驱动系统、车辆以及验证控制器的准确度的方法。
背景技术
参照图1，车辆由驱动系统驱动。该驱动系统包括用于为车轮组提供动力的发动机8。现代驱动系统包括一定程度的计算机化控制。由于在加速器踏板与发动机8之间不存在直接的机械连接，因此包括计算机化控制的驱动系统可以被称为“线控驱动”系统。作为替代，线控驱动系统包括计算机，其可操作地位于加速器踏板与发动机之间，以基于加速器踏板的位置来控制发动机。
在使用中，车辆的驾驶员通过改变加速器踏板12的位置来控制该车辆的速度。该系统还可以包括手动操纵杆等形式的驱动模式选择器14。驱动模式选择器14的不同位置对应于不同的驱动模式，其中，驱动模式可以包括“运动”和“经济”。
加速器踏板12位置和驱动模式选择器14位置由控制器16监测。在控制器16中设置有各种传递函数，每个传递函数对应于不同的驱动模式。控制器16响应于驱动模式选择器14改变位置而在驱动模式之间做出改变。每个传递函数基于加速器踏板12位置来生成转矩需求。
然而，可能发生各种控制器错误，其将产生不准确的转矩需求。对于给定的加速器踏板12位置，这种不准确会导致发动机转矩过大或不足。为了尽量使这种不准确降到最小，可以设置验证模块18来验证由控制器16生成的转矩需求的准确度。
典型的验证模块18使用驱动模式选择器14位置和加速踏板12位置二者作为输入。验证模块18还监测由控制器16生成的实际转矩需求。由验证模块18生成预期转矩需求20，其独立于由控制器16生成的实际转矩需求22。以这种方式，验证模块18可以比较预期转矩需求20与实际转矩需求22并计算误差24。误差24可以用于响应于误差24不能令人满意而限制26转矩需求。以这种方式，实际转矩需求中的任何误差将不会造成诸如发动机8产生过大转矩的不能令人满意的效果。
验证模块18必须具有比控制器16高的完整性水平，以便仅检测实际转矩需求22中的真实故障并且其对于错误检测也必须是鲁棒的。为了适应完整性水平的提高，与控制器16相比，验证模块18的复杂度被降低，否则将需要极其昂贵、复杂且高度耗能的计算机运行车辆。然而，即使是降低复杂度的验证模块18也是不理想的，因为独立于控制器16来开发该验证模块仍然需要对实际的控制器设计极度详细的了解。此外，在服务中所需的对控制器16的任何更新(例如，对与驱动模式相关联的特定传递函数的修改)都将不仅需要更新控制器16，还需要更新验证模块18。
本发明的目的是解决与现有技术相关联的至少一些缺点。
发明内容
本发明的方面和实施方式提供了如所附权利要求书所要求保护的验证模块、控制器、线控驱动系统、车辆以及验证控制器的准确度的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种用于验证控制器的准确度的验证模块，该控制器被配置成基于第一输入和第二输入来生成需求，验证模块包括：计算模块，其被配置成计算预期需求；校正模块，其被配置成计算该需求与预期需求之间的误差并且修改预期需求以减小该误差；以及限制器，其被配置成响应于误差大于阈值而限制该需求。
因为预期需求仅基于第一输入并且是基于其自身与实际需求之间的误差而被修改的，所以这样的验证模块独立于控制器的第二输入进行操作。以这种方式，更新控制器对于第二输入的响应将不需要对验证模块进行更新。此外，由于就控制器对第二输入的响应而言不需要对控制器的详细了解，所以可以使验证模块简单的多。
校正模块可以被配置成通过对预期需求应用偏移值来减小误差。通过应用误差偏移，验证模块将适应控制器的行为而不需要知道导致所需适应的原因。
该验证模块可以包括值约束器，其用于将偏移值约束为最大值。
该验证模块可以包括速率约束器，其用于将偏移值约束为最大改变速率。
在任一情况下，当控制器正常工作时，最大值或最大改变速率应当足够大以适应控制器针对第二输入的变化生成的需求的最大变化。以这种方式，验证模块对故障的错误检测是鲁棒的。相反，最大值和改变速率应该足够小，使得如果确实发生真正的控制器故障，该故障对需求的影响不会造成对下游的任何不利影响。
校正模块可以被配置成基于多个计算出的误差来确定平均误差并且对该平均误差应用偏移。以这种方式，任何错误异常都不会严重影响实际需求值。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于线控驱动系统的控制器，该控制器包括：用于验证控制器的准确度的前述验证模块；终端，其被配置成接收第一输入和第二输入，其中，控制器被配置成基于该第一输入和第二输入来生成需求。
第一输入可以是加速器踏板位置。以这种方式，验证模块可以基于加速器踏板位置并且独立于任何其他输入来单独操作。
第二输入可以是驱动模式选择，其用于在多种驱动模式之间进行选择。可以存在多种驱动模式，包括运动模式和经济模式。以这种方式，可以在服务中修改针对所选择的驱动模式的控制器的行为而不必改变验证模块的操作。
需求可以是转矩需求。
需求可以是发动机输出转矩需求。
终端可以被配置成接收一个或更多个辅助输入，该辅助输入选自包括周围的空气温度、气压、地表坡度和地形类型的列表。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的线控驱动系统，其包括加速器踏板、驱动模式选择器、发动机以及用于基于加速器踏板位置和所选择的驱动模式来生成转矩需求的前述控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括前述线控驱动系统的车辆。
根据本发明的另一方面，提供了一种验证控制器的准确度的方法，该方法包括：
监测到控制器的第一输入；
基于第一输入计算预期需求；
计算预期需求与由控制器生成的需求之间的误差，该需求基于第一输入和第二输入，并且修改预期需求以减小误差；以及
响应于误差大于阈值而限制该需求。
根据本发明的另一方面提供了一种验证控制器的准确度的方法，该控制器包括验证模块，该验证模块包括处理器和可操作地耦合的存储装置，该存储装置包括可执行指令，可执行指令在由处理器执行时将该处理器配置成：
监测到控制器的第一输入；
基于第一输入来计算预期需求；
计算预期需求与由控制器生成的需求之间的误差，该需求基于第一输入和到控制器的第二输入，并且修改预期需求以减小误差；以及响应于误差大于阈值而限制该需求。
在本申请的范围内，明确的意图在于：可以独立地或以任何组合来采用在前面的段落、权利要求书和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例以及替选方案，尤其是其各个特征。也就是说，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施方式和/或任何实施方式的特征，除非这些特征不相容。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以从属于任何其他权利要求和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以这种方式要求保护。
附图说明
现将参照附图仅以示例的方式描述本发明的一个或更多个实施方式，在附图中：
图1示出了根据现有技术已知并且已在背景部分中描述的线控驱动系统的框图；
图2示出了包含根据本发明的实施方式的线控驱动系统的车辆；
图3是示意性示出了根据本发明的实施方式的线控驱动系统的组成部分的框图；
图4a是图3中包括的验证模块对样本平均误差值应用偏移的图形化表示；以及
图4b是验证模块对不同的样本平均误差值应用偏移的图形化表示，其与图4a中的表示相似。
具体实施方式
参照图2，诸如汽车的车辆106包括车体107和四个车轮109。由驱动系统为车轮109提供动力。在图3中以框图的形式进一步详细示出该驱动系统。
参照图3，驱动系统或线控驱动系统110(可互换使用的术语)包括发动机108、加速器踏板和驱动模式选择器形式的硬件。
加速器踏板包括底板和可枢转地附接至该底板的踏板部分。底板上固定有使用感应传感器的位置传感器并且踏板上固定有致动键。使用诸如低碳钢的金属材料来制造致动键。当枢转踏板时，致动键被配置成在不与感应传感器接触的情况下穿过感应传感器。感应传感器根据检测到的致动键的位置来输出电压。最后，位置传感器输出数字信号。
驱动模式选择器包括插入轨道中的操纵杆。该操纵杆附接至引导通道中的轨道下方的一端。设置与加速器踏板的位置传感器类似的位置传感器以追踪该操纵杆的位置。不同的操纵杆位置对应于不同的驱动模式。例如，驱动模式包括“运动”模式和“经济”模式。也可能存在其他模式并且可能存在多种驱动模式，每种驱动模式与唯一的操纵杆位置相关联。当然，也可能存在可替选的驱动模式选择器，例如旋转式选择器，其例如具有多个稳定位置、每个稳定位置都被感测并且与驱动模式对应。可替选地，可以实现多按钮布置。
驱动系统110包括车辆的计算机(未示出)。该计算机包括处理器和存储器单元或数据存储器。存储器单元是用于存储各种控制程序形式的电子数据的非易失性存储器装置。处理器被配置成处理来自存储器单元的电子数据。存储在数据存储器上的控制程序包括用于控制器116和验证模块118的程序。
控制器116具有用于接收输入的终端。特别地，该终端被配置成接收第一主要输入和第二主要输入。此外，该终端被配置成接收多个辅助输入119。第一输入为加速器(或油门(throttle))踏板位置112，并且第二输入为驱动模式选择114。辅助输入119包括周围的空气温度、气压、地表坡度和地形类型。
多个传递函数被设置为控制器116逻辑的一部分。具体地，每个驱动模式与不同的传递函数相关联。每个传递函数都被配置成将来自加速器踏板的数字输入转换为数字输出。该输出被称为“转矩需求”。由发动机控制单元(ECU)或者图3中更宽泛地引用的“发动机”使用转矩需求用于配置发动机108来操作以输出特定的发动机转矩。控制器116利用辅助输入119来根据例如车辆当前正在行驶的坡度来修改转矩需求。以这种方式，在不现实或者甚至是破坏性的发动机转矩不可能出现的情况下，发动机将不会尝试输出这样的发动机转矩。这可以通过具有限制值来实现，以便不输出大于预定阈值的转矩需求，或者通过设置衰减函数来衰减来自控制器116的输出。相反，在其他情况下，可以存在放大函数或最小转矩值阈值。
图3中的虚线围绕的是验证模块118。验证模块118包括：计算模块120、由误差分布计算器125和误差偏移应用器126组成的校正模块122、值约束器128、速率约束器130、“实际转矩需求”计算器132、转矩需求误差124、比较器134和限制器136。
计算模块120监测与加速器踏板位置112相关联的数字信号。实际上，计算模块120仅监测加速器踏板位置112而不监测驱动模式选择114。计算模块120针对给定的加速器踏板位置生成“预期转矩需求”。并行地，计算器132通过在从控制器116输出的数字信号到达发动机108之前解译该信号来计算“实际转矩需求”。“预期转矩需求”旨在预测控制器116已生成的内容，尽管基于加速器踏板位置112因而仅基于单个传递函数进行预测。这与控制器116不同，控制器116还利用驱动模式选择114在基于加速踏板位置112生成转矩需求之前在传递函数之间做出改变。因此，由于对传递函数的选择将可能影响由控制器116生成的转矩需求，所以“预期转矩需求”将不够准确。
为了解决这种准确度差异，校正模块122通过迭代地修改随后计算出的“预期转矩需求”来校正“预期转矩需求”。
参照图4a，误差分布计算器125通过减法计算“实际转矩需求”与“预期转矩需求”之间的误差。以这种方式，生成误差。以大约0.2秒左右的采样周期来周期性地生成误差。当然，可以根据所需的采样分辨率延长或缩短采样周期。计算机的数据存储器中存录了特定误差值(以转矩Nm来度量)的出现次数或频率。计算器125计算平均误差值。在图4a所示的图示中，误差分布平均值为40Nm，误差值的极差为80Nm。图4a中的误差分布平均值是正态分布曲线，然而原则上任何分布类型都是可能的。
参照图4b，偏移应用器126(图3)对平均误差值应用偏移。在平均误差值为正的情况下，通过从平均误差值减去偏移值来应用偏移。相反，在平均误差值为负的情况下，可以通过向平均误差值添加偏移值来应用偏移。偏移应用器126周期性地应用偏移值。适当的时间周期为大约5秒，然而，再次强调，可以在任何适当的时候增大或减小该周期。
进一步参照图3，以两种方式约束偏移的大小。首先，通过值约束器128来约束该偏移。例如，应用到偏移应用器126的20Nm的值约束将仅允许将40Nm的平均误差分布减小至20Nm。类似地，误差减少的改变速率受速率约束器130的限制。例如，由于采样周期为5秒，所以应用到偏移应用器126的10Nm/s的速率约束将允许40Nm减小至0Nm。因此，随后计算出的“预期转矩需求”将比通常情况下计算模块120独立计算出的“预期转矩需求”低40Nm。
接下来，比较器134将转矩需求误差124与阈值进行比较。如果转矩需求误差124小于阈值，则验证模块118不采取行动140。然而，如果转矩需求误差124大于阈值，那么比较器输出限制转矩需求的命令。响应于接收到该命令，限制器136将转矩需求限制为预先定义的阈值。以这种方式，不会由于出故障的控制器116而导致过度过量的车辆加速度。此外，可以采取其他行动(例如点亮故障指示灯(未示出))以告知驾驶员控制器正未令人满意地工作。
因为如果更新了控制器以改变其对不同驱动模式的响应，则不需要对验证模块进行更新，所以上述验证模块在控制器的使用期限期间是尤其简单且受益的。此外，由于不需要对不同的传递函数的详细了解，所以控制器的设计可以简单得多。此外，这种方法与这样的控制器兼容，其中该控制器对加速器踏板与转矩需求之间的传递函数做出自适应或自修改，而不是选择不同的传递函数。这可能是出现变化的道路坡度或检测到不同的道路表面等时的情况。
验证模块(118)可以应用于许多领域，包括但不限于航空、火车或船舶工业，因为存在验证控制器准确度被认为是重要的许多示例。
与已经讨论的转矩水平相同，在其他实施方式中，预期需求信号可以包括：为引导飞行器路径所需的飞行器机翼系统中的移动水平或者为向飞行中的飞行器提供动力所需的飞行器发动机推力水平。
在另一实施方式中，预期需求信号可以涉及潜艇在水下有多深，并且由于该深度可能不准确，所以验证模块(118)可以验证该深度以避免不必要的船体应力。
在另一实施方式中，可能需要验证客运列车上的油门需求以确保尤其是在转弯时乘客不会经历过度的加速。
本领域技术人员将意识到，以上仅是示例，并且存在信号控制验证的许多其他示例，其将受益于这种类型的信号验证构思。

Claims (18)

1.一种用于验证线控驱动系统的控制器的准确度的验证模块，所述控制器被配置成基于第一输入和第二输入来生成用于配置驱动系统进行操作以输出特定的驱动转矩的转矩需求，所述验证模块包括：计算模块，所述计算模块被配置成基于所述第一输入但不基于所述第二输入来计算用于配置所述驱动系统进行操作以输出特定的驱动转矩的预期转矩需求；校正模块，所述校正模块被配置成计算所述转矩需求与所述预期转矩需求之间的误差并且修改所述预期转矩需求以减小所述误差；以及限制器，所述限制器被配置成响应于所述误差大于阈值而限制所述转矩需求。
2.根据权利要求1所述的验证模块，其中，所述校正模块被配置成通过对所述预期转矩需求应用偏移值来减小所述误差。
3.根据权利要求2所述的验证模块，包括值约束器，所述值约束器用于将所述偏移值约束为最大值。
4.根据权利要求2所述的验证模块，包括速率约束器，所述速率约束器用于将所述偏移值约束为最大改变速率。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的验证模块，其中，所述校正模块被配置成基于多个计算出的误差来确定平均误差并且对所述平均误差应用所述偏移。
6.一种用于线控驱动系统的控制器，所述控制器包括：如任一前述权利要求所述的用于验证所述控制器的准确度的验证模块；终端，所述终端被配置成接收所述第一输入和所述第二输入，并且其中，所述控制器被配置成基于所述第一输入和所述第二输入来生成所述转矩需求。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述第一输入为加速器踏板位置。
8.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述第二输入为用于在多种驱动模式之间进行选择的驱动模式选择。
9.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述第二输入为用于在多种驱动模式之间进行选择的驱动模式选择。
10.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述转矩需求为发动机输出转矩需求。
11.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述转矩需求为发动机输出转矩需求。
12.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述转矩需求为发动机输出转矩需求。
13.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述转矩需求为发动机输出转矩需求。
14.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述终端被配置成接收一个或更多个辅助输入，所述辅助输入选自包括周围的空气温度、气压、地表坡度和地形类型的列表。
15.根据权利要求6、8、9、10、11、12、13中任一项所述的控制器，其中，所述终端被配置成接收一个或更多个辅助输入，所述辅助输入选自包括周围的空气温度、气压、地表坡度和地形类型的列表。
16.一种用于车辆的线控驱动系统，包括：加速器踏板、驱动模式选择器、发动机以及如权利要求9、11、14中任一项所述的控制器，所述控制器用于基于所述加速器踏板位置和所述驱动模式选择来生成转矩需求。
17.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求16所述的线控驱动系统。
18.一种验证线控驱动系统的控制器的准确度的方法，所述方法包括：
监测对所述控制器的第一输入；
基于所述第一输入但不基于对所述控制器的第二输入计算用于配置所述驱动系统进行操作以输出特定的驱动转矩的预期转矩需求；
计算所述预期转矩需求与由所述控制器生成的用于配置所述驱动系统进行操作以输出特定的驱动转矩的转矩需求之间的误差，所述转矩需求基于所述第一输入和对所述控制器的所述第二输入，并且修改所述预期转矩需求以减小所述误差；以及
响应于所述误差大于阈值而限制所述转矩需求。
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