CN108974112A - 间隙检测启动诊断 - Google Patents

Abstract

描述了用于转向系统中的间隙检测诊断的技术方案。示例性方法包括由控制器向马达控制系统发送激励马达命令。所述方法还包括由控制器测量响应于激励马达命令而产生的传感器信号。所述方法还包括由控制器确定信号在多个频率下的幅值变化的衰减速率。所述方法还包括由控制器基于衰减速率超过预定阈值来诊断转向系统具有间隙状况。本文的技术解决方案便于在没有人类操作者的情况下自动检测转向系统中是否存在间隙状况，并且不依靠噪声或人类操作者的感觉。

Description

间隙检测启动诊断

技术领域

本公开总体上涉及电动助力转向系统(EPS)，并且具体涉及在配备有高级驾驶辅助系统的车辆中使用且用于自动车辆操作的用于EPS的间隙检测和启动诊断。

背景技术

随着高级驾驶辅助系统(ADAS)转变汽车产业，EPS必须适应以适应该市场部分。ADAS可以在不同的使用情况中操作，这些使用情况通常由汽车工程师协会分为不同的类别，例如三级，四级等，这些级别由SAE商定的标准确定为与路上机动车辆自动驾驶系统相关的SAE J3016标准。

发明内容

描述了用于转向系统中的间隙检测诊断的技术方案。示例性方法包括通过控制器向马达控制系统发送激励马达命令。所述方法还包括由控制器测量响应于激励马达命令而产生的传感器信号。所述方法还包括由控制器确定所述信号在多个频率处的幅值变化的衰减速率。所述方法还包括由控制器基于衰减速率超过预定阈值来诊断转向系统具有间隙状况。

根据一个或多个实施例，转向系统包括马达控制系统和用于检测转向系统中的间隙状况的存在的间隙检测模块。检测间隙状况包括向马达控制系统发送激励马达命令，并且测量响应于激励马达命令而产生的传感器信号。检测间隙状况还包括确定传感器信号在多个频率下的幅值变化的衰减速率，并且基于衰减速率超过预定阈值来诊断转向系统具有间隙状况。

根据一个或多个实施例，用于检测转向系统中的间隙状况的存在的间隙检测系统包括：测量模块，该测量模块向转向系统的马达控制系统发送激励马达命令，并测量响应于激励马达命令而产生的传感器信号。间隙检测系统还包括分类模块，该分类模块确定传感器信号在多个频率下的幅值变化的衰减速率，并且基于衰减速率超过预定阈值诊断转向系统具有间隙状况。

从以下结合附图的描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。

附图说明

图1描绘了在SAE J3016标准中确定的示例等级；

图2示出了这些标准中的等级之间的比较；

图3是包括转向系统的车辆的示例性实施例；

图4示出了根据一个或多个实施例的间隙检测模块的示例框图和操作流程；

图5描绘了根据一个或多个实施例的间隙状况的示例；

图6描绘了根据一个或多个实施例的比较了EPS中的不同间隙状况下的系统幅值衰减速率的曲线图；以及

图7描绘了根据一个或多个实施例的用于EPS中的间隙检测的示例方法的流程图。

具体实施方式

如本文所使用的，术语模块和子模块是指执行一个或更多软件或固件程序的一个或多个处理电路(例如，专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器等)，组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以被组合和/或被进一步划分。

图1描述了在SAE J3016标准中确定的示例级别。应该注意的是，尽管当前文件涉及SAE标准和术语，但是本文的技术解决方案适用于使用其他标准的车辆，例如联邦公路研究院(BASt)和国家公路交通安全管理局(NHTSA)标准，它们可能使用不同的术语处理与SAE标准类似的情况。例如，图2说明了这些标准中的等级之间的比较。

本文所述的技术方案提供了间隙检测启动诊断，该诊断有助于替代在SAE Level3+使用情况下操作的ADAS车辆中不再存在的驾驶员观察的EPS转向间隙的功能。如图1所示，在SAE Level 3+中，车辆可以以自动方式运行，而不需要人类驾驶员必须握住方向盘。因此，通过方向盘为人类驾驶员提供的触觉反馈(以便使人类驾驶员检测转向系统(或车辆的任何其他部件)的故障)可能不能再被用作故障/状况通知或警告(这是2级及以下的普遍做法)。特别地，这里描述的技术方案便于检测一个或多个机械部件(例如转向系统的部件)中的间隙状况。

现在参照附图，其中将参照具体实施例描述技术方案，但不对其进行限制。图3是包括转向系统12的车辆10的示例性实施例。在各种实施例中，转向系统12包括联接到转向轴系统16的方向盘14，转向轴系统16包括转向柱、中间轴和必要的接头。在一个示例性实施例中，转向系统12是EPS系统，其还包括联接到转向系统12的转向轴系统16以及连接到车辆10的连杆20、22的转向辅助单元18。或者，转向辅助单元18可以将转向轴系统16的上部与该系统的下部联接。转向辅助单元18包括例如可通过转向轴系统16联接到转向致动器马达19和传动装置的齿条和小齿轮转向机构(未示出)。在操作期间，当车辆驾驶员转动方向盘14时，转向致动器马达19提供协助来移动连杆20、22，所述连杆转而分别转动分别联接到车辆10的路面车轮28、30的转向节24、26。

如图3所示，车辆10还包括检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观察状况的各种传感器31、32、33。传感器31、32、33基于测量的状况产生信号。在一个示例中，传感器31是一种转矩传感器，该转矩传感器感测车辆10的操作者施加到方向盘14的输入驾驶员方向盘转矩(HWT)。转矩传感器基于此产生驾驶员转矩信号。在另一个示例中，传感器32是感测转向致动器马达19的旋转角度和旋转速度的马达角度和速度传感器。在又一示例中，传感器33是感测方向盘14的位置的方向盘位置传感器。传感器33基于此产生方向盘位置信号。

控制模块40接收从传感器31、32、33输入的一个或多个传感器信号，并且可以接收其他输入，诸如车辆速度信号34。控制模块40产生命令信号以基于一个或多个输入并进一步基于本公开的转向控制系统和方法来控制转向系统12的转向致动器马达19。可以使用例如本领域已知的控制器局域网(CAN)总线或其他车辆网络来执行与车辆10的其他部件(例如ABS 44、ESC系统46和其他系统(未示出))的通信，从而交换诸如车辆速度信号34之类的信号。

在ADAS车辆的情况下，随着车辆10的人类驾驶员或操作者对车辆(转向)控制的参与越来越少，所添加的人的故障检测感测也被取代。对于像EPS 12这样的电动机械系统，在EPS 12的设计阶段，依靠驾驶员的感知作为故障之前的检测机制(例如噪声)来对故障模式的严重程度进行分类。两个部件之间的间隙的转向故障可以通过感并且在继续使用之前，由驾驶员来判断EPS 12的维护，这可能导致灾难性故障觉(或噪声)来检测，并且EPS 12在继续使用之前由驾驶员服务，从而导致灾难性故障。间隙故障状态是方向盘可以通过某个部分旋转而转动，但没有前轮的相关联运动的情况。

本文描述的技术方案有利于在ADAS车辆中的驾驶员感知(例如触觉，视力等)(具体而言，EPS转向间隙)不再可用的情况下(例如在SAE Level 3+使用情况下操作的ADAS车辆中)进行间隙检测启动诊断。

图4示出根据一个或多个实施例的间隙检测模块的示例框图和操作流程。如所描绘的，示例性间隙检测模块100除了别的组件以外可以包括启用模块110、测量模块120和分类模块130等组件。可以理解的是，在其他示例中，间隙检测模块100可以包括例如不同的、附加的或更少的模块，其可以以不同的方式组合所描绘的模块的操作。

在一个或多个示例中，间隙检测启动诊断由EPS 12的控制模块40或车辆10的任何其他ECU执行。此外，间隙检测启动诊断的一个或多个模块可以包括计算机可执行指令。可选地或附加地，间隙检测启动诊断的一个或多个模块包括诸如ASIC、FPGA之类的电子电路。在一个或多个示例中，一个或多个模块可以描绘由控制模块40执行的用于实施间隙检测的方法中的“阶段”。

在一个或多个示例中，间隙检测启动诊断在ADAS车辆10的初始化例程期间执行，并且所有操作阶段在静态(或静止)车辆环境中完成。初始化例程例如是车辆10的点火，此时执行/实现间隙诊断方法以确定车辆10的一个或多个机械部件是否已经产生了间隙状况。在一个或多个示例中，间隙检测启动诊断促进来自EPS 12的动态响应转换。

启用模块110执行间隙检测的启用阶段。启用阶段仅在特定的限制条件下才有助于发起间隙检测启动诊断。这是因为，在间隙检测期间，测量模块120可以在运行时间期间创建EPS 12的强烈的AC响应。因此，当条件不符合预定的特定限制条件时，启用模块110保持着发起测量模块120的操作/执行不可用的触发。在一个或多个示例中，启用模块110将测量模块120的发起保护在一个或多个安全诊断之后，所述安全诊断包括针对车辆状况的合理性检查，并且如果预定条件被确认，则仅解锁/启用测量模块120的触发。例如，通过检查车辆速度＝0或者车轮速度＝0等等或其组合来确认预定条件，以确定车辆10是静止的。应该理解，条件可能不同，或者在其他示例中包括额外的或更少的检查。如果所有安全措施都通过，则通过命令测量模块120运行来发起间隙检测诊断。

在一个或多个示例中，测量模块120向EPS 12发送针对不同频率的马达转矩的触觉呼叫。例如，测量模块120执行EPS马达转矩的扫频以达到或接近方向盘转矩传感器的饱和(由于EPS 12的惯性效应)。预定的输入转矩值被施加到方向盘14，使得幅值为间隙诊断提供最强的输入。例如，分别为10到25赫兹和0.4到0.6马达牛顿米的扫频频率范围和幅值输入参数。这些参数是可校准的，并且根据应用而定制。可以对预定输入值进行配置使得在测量模块120的操作期间对触发EPS 12的共振的临界输入进行保护。基于由测量模块120施加的预定输入值来记录来自转向系统12的传感器的测量值。

分类模块130分析来自传感器的测量输出并对结果进行分类。例如，分析使用特定频率范围内的指定马达转矩与测量的方向盘转矩的传递函数。如果EPS 12内存在间隙状况，则基于所测量的输出来检测一个或多个状况的发生。如果传递函数的最大幅值出现在与预定值不同的频率处，则分类模块确定存在间隙状况。具有间隙的EPS 12相较于不具有间隙状况的EPS 12，传递函数的最大幅值可能变化。可替代地或另外地，如果幅值的衰减速率(下降)(如频率增加)不匹配预定值，则分类模块130确定存在间隙状况。具有间隙的EPS12系统相较于没有间隙状况的EPS 12，衰减速率变化。

图5描绘了根据一个或多个实施例的间隙状况的示例。在所描述的示例中，当大型滚珠螺母保持器510在基于齿条的EPS 12中逐渐松开时，作为响应变化观察到了间隙状况。图5描绘了识别出保持器510的EPS辅助单元18的截面。随着保持器510中的间隙状况增加，如果一组公共的频率检查点被重复地相互比较，则频率响应的幅值的减小速率改变。

图6描绘了根据一个或多个实施例的比较了EPS中的不同间隙状况下的系统幅值衰减速率的曲线图。特别地，在所示的示例图中，间隙状况是大滚珠螺母保持器510中的情况，然而，在其他示例中，可针对不同的间隙状况计算类似的图。图6描绘了基线图610，第一间隙状况图620和第二间隙状况图630。

为了生成曲线610、620和630，在多个频率检查点处，将对应的输入命令施加到马达19。在特定频率检查点处的输入命令具有预定频率和幅值。使用传感器测量相应的输出幅值，并且输入命令频率和测量的输出幅值被绘制在曲线610、620和630中的每一个中。

由在不同频率检查点处测量的幅值形成的曲线的斜率提供了系统响应的下降或衰减的速率。曲线610、620和630中的每一个提供相应间隙状况下的下降速率。例如，曲线610所表示的测量值是在没有间隙状况时获得的，曲线620是当间隙状况是预定的第一增量等级(例如0.2圈)的情况，并且曲线630是当间隙状况是预定的第二增量等级(例如0.9圈)的情况。可以看出，下降速率可以用作识别EPS 12中是否存在间隙状况的区分标准。如图6所示，观察到的关系是线性的。因此，当下降的斜率大于预定的衰减速率阈值时，间隙检测模块100确定存在间隙状况。换句话说，响应于输入用于频率扫描的预定命令，间隙检测模块100使用来自传感器的测量输出的幅值(随着频率增加)变化(具有间隙的系统对比没有间隙的系统)的衰减(下降)率来检测间隙状况。

在一个或多个示例中，代替使用幅值的衰减速率作为用于检测间隙状况的存在的因素，间隔检测模块100使用关于频率的共振峰值偏移来检测间隙状况的存在。例如，如果传递函数的最大幅值在具有间隙对比没有间隙的系统中以不同的频率出现，那么检测到谐振峰值偏移。因此，在这种情况下，在没有间隙状况的情况下以第一频率观察到最大幅值，并且在存在间隙状况的情况下以第二频率观察到最大幅值。间隙检测模块100通过将观察到最大幅值的频率与当间隙状况不存在时最大幅值的预定频率进行比较来检测间隙状况的存在。如果最大幅值的观察频率不同于预定频率，则间隙检测模块100断定间隙状况存在。

在一个或多个示例中，间隙检测包括输入多组命令并且测量对应的传感器输出以检测EPS 12的多个部件中的间隙状况，对应于特定部件有特定的一组命令。换句话说，在要测试EPS 12的五个不同部件以确定间隙状况的存在的情况下，提供五组相应的输入命令并且分析相应的传感器输出。在一个或多个示例中，每个部件可以具有用于分析的对应传递函数。

图7描绘了根据一个或多个实施例的用于EPS中的间隙检测的示例方法的流程图。所述方法包括在710接收初始化间隙检测的命令。在720和730，如果启用模块110指示满足启动条件，则间隙检测模块100启用测量模块120和分析模块130。如果启动条件不满足，则间隙检测停止。这是因为间隙检测可能会在运行期间产生EPS 12的强烈AC响应，这可能是危险情况。因此，通过检查是否满足启动条件，间隙检测模块100防止危险情况发生。

启动条件可以包括确定出车辆10是静止的而不是被驱动的。例如，启动条件可以包括检查车辆速度(＝0)，轮速(＝0)，档位(＝停车)或任何其他这样的状况。可以通过接收一个或多个参数的一个或多个值/状态来检查条件，以通过诸如控制器区域网络(CAN)或任何其他网络的车辆网络进行检查。

一旦启用，间隙检测包括在740处选择对哪个部件测试间隙状况。例如，间隙检测模块100可以检测EPS 12的不同部件中间隙状况的存在。间隙检测模块100从要测试的部件列表中选择第一部件以寻找是否存在间隙状况。所述方法还包括在750处生成并应用一组输入命令以测试所选部件。输入命令激励EPS 12的部件，导致EPS 12生成相应EPS信号，诸如方向盘转矩或方向盘位移。在一个或多个示例中，输入命令被应用于EPS 12的马达控制系统，马达控制系统控制马达19。输入命令可以是特定于所选部件的。输入命令可以是马达转矩命令，其使得EPS 12的马达19响应于并且对应于命令而产生转矩。该组输入命令包括以不同的预定频率和不同幅值提供的信号。在一个或多个示例中，频率和幅值基于被测试的部件并且基于被用于测量相应输出的传感器。在一个或多个示例中，输入命令可以被表示为马达转矩命令的正弦波。

可替代地，在一个或多个示例中，输入命令是马达位置命令，其使马达19对应输入命令而改变位置/被位移。该组输入命令包括以不同的预定频率和不同的幅值提供的信号。在一个或多个示例中，频率和幅值基于被测试的部件并且基于被用于测量相应输出的传感器。在一个或多个示例中，输入命令可以表示为马达位置命令的正弦波。

所述方法还包括在760处测量与输入命令相对应的传感器输出。取决于所使用的输入命令是什么，被测量的输出是方向盘转矩或方向盘位置或其他EPS传感器。使用转矩传感器测量方向盘转矩，该转矩传感器测量当输入命令施加到马达19时产生多少转矩。或者，如果输入命令是位置命令，则响应于所施加的输入命令来测量方向盘14的位置。

在770，进一步分析所测量的输出以确定所选部件中的间隙状况的存在。分析使用特定频率范围内的指定马达转矩/位置与所测量的方向盘转矩/位置的传递函数。传递函数结果提供了系统响应和/或谐振峰值的下降速率。一组公共的频率检查点被重复地相互比较。随着间隙增加，下降速率发生变化。在一个或多个示例中，当这个下降的斜率大于衰减速率阈值时，间隙检测模块100确定所选部件具有间隙状况。

或者，如果间隙检测模块100使用共振峰值作为确定间隙状况存在的因素，则间隙检测模块100将观察到输出的最大幅值的频率与没有间隙情况相关联的最大幅度的预定频率进行比较。如果频率改变超过预定阈值，则间隙检测模块100确定存在间隙状况。

如果基于分析存在间隙状况，则在780和785，间隙检测模块生成对应的通知。通知可以包括诸如经由车辆10的驾驶员-车辆交互单元等或其组合提供诊断代码和/或驾驶员反馈。

所述方法还包括在790处检查是否要测试任何其他部件是否存在间隙状况。无论在当前正在测试的部件中是否检测到间隙状况，都可以执行该检查。如果要测试另一个部件，所述方法通过选择下一个要测试间隙状况的部件来重复操作。

根据一个或多个实施例，本文描述的技术方案便于间隙检测启动诊断。根据时钟以预定频率向EPS系统施加预定的输入命令(例如马达转矩/马达位置命令)来检测间隙检测。间隙检测通过分析方向盘转矩/位置的所测量输出来确定。例如，分析使用特定频率范围内的指定马达转矩与所测量的方向盘转矩的传递函数。当EPS中存在间隙时，至少会发生以下变化之一。传递函数的最大幅值发生在不同的频率上(具有间隙的系统对比没有间隙的系统)。可替代地或另外地，幅值(随着频率增加)的衰减速率(下降)改变(具有间隙的系统对比没有间隙的系统)。在一个或多个示例中，技术解决方案计算所观察的传感器信号的斜率、截距和其他测量值以确定是否存在间隙状况。

本文的技术解决方案便于在没有人类操作者的情况下自动检测转向系统中是否存在间隙状况，并且不依靠噪声或人类操作者的感觉。

本文的技术解决方案便于转向系统中的自动间隙检测，替代驾驶员观察的转向间隙检测的功能。驾驶员观察的间隙检测依赖于转向系统运行期间的噪声和感觉。这里描述的技术方案有助于在诸如以自动方式操作无驾驶员的高级驾驶辅助系统(ADAS)车辆的情况下进行间隙检测。因此，技术方案解决了在自动车辆的情况下检测转向系统中的间隙故障状况的技术挑战。

本技术方案可以是任何可能的技术细节整合等级的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或多个介质)，其上具有用于使处理器执行本技术方案的各方面的计算机可读程序指令。

本文参照根据技术方案的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本技术方案的各个方面。应该理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机可读程序指令来实现。

附图中的流程图和框图图示了根据本技术解决方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，方框中提到的功能可以不按照附图中指出的顺序发生。例如，实际上，连续示出的两个框可以基本上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者执行专用硬件和计算机指令的组合。

还将意识到的是，在此例示的执行指令的任何模块、单元、组件、服务器、计算机、终端或设备可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质，计算机存储介质或数据存储设备(可移动和/或不可移动)，例如磁盘，光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息(例如计算机可读指令，数据结构，程序模块或其他数据)的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到其上。这里描述的任何应用或模块可以使用可以被这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。

尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述技术方案，但应当容易理解的是，技术方案不限于这些公开的实施例。相反，可以对技术方案进行修改以结合迄今为止未描述但与技术方案的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了技术方案的各种实施例，但应该理解，技术方案的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。相应地，技术解决方案不被视为受前述描述的限制。

Claims (15)

1.一种用于转向系统中的间隙检测诊断的方法，所述方法包括：

通过控制器向马达控制系统发送激励马达命令；

由所述控制器测量响应于所述激励马达命令而产生的传感器信号；

由所述控制器确定所述信号在多个频率下的幅值变化的衰减速率；以及

由所述控制器基于所述衰减速率超过预定阈值来诊断所述转向系统具有间隙状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励马达命令包括具有相应频率和幅值的多个马达命令。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述传感器信号包括由一个或多个传感器测量的对应的多个方向盘信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励马达命令包括一个或多个马达转矩命令，并且所述传感器信号包括一个或多个对应的方向盘转矩测量值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励马达命令包括马达位置命令，并且所述传感器信号包括一个或多个相应的方向盘位置测量值。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

由所述控制器选择所述转向系统的部件以测试是否存在间隙状况，其中所述激励马达命令对应于所选择的部件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励马达命令是第一马达激励命令，所述第一马达激励命令包括具有来自第一范围的频率的第一多个马达信号，并且其中所述第一马达激励命令用于诊断所述转向系统的第一部件，并且所述方法还包括：

使用第二马达激励命令来诊断所述转向系统的第二部件，所述第二马达激励命令包括具有来自第二范围的频率的第二多个马达信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在车辆起动时发起。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述转向系统是自动车辆的一部分。

10.一种转向系统，包括：

马达控制系统；以及

间隙检测模块，被配置为检测转向系统中间隙状况的存在，检测间隙状况包括：

向马达控制系统发送激励马达命令；

测量响应于所述激励马达命令而产生的传感器信号；

确定所述传感器信号在多个频率下的幅值变化的衰减速率；以及

基于所述衰减速率超过预定阈值来诊断所述转向系统具有间隙状况。

11.根据权利要求10所述的转向系统，其中所述激励马达命令包括具有相应频率和幅值的多个马达命令。

12.根据权利要求10所述的转向系统，其中所述激励马达命令包括一个或多个马达转矩指令，并且所述传感器信号包括一个或多个对应的方向盘转矩测量值。

13.根据权利要求10所述的转向系统，其中所述激励马达命令包括马达位置命令，并且所述传感器信号包括一个或多个相应的方向盘位置测量值。

14.根据权利要求10所述的转向系统，其中所述激励马达命令是第一马达激励命令，所述第一马达激励命令包括具有来自第一范围的频率的第一多个马达信号，并且其中所述第一马达激励命令用于诊断所述转向系统的第一部件，并且间隙状况的检测还包括：

使用第二马达激励命令来诊断所述转向系统的第二部件，所述第二马达激励命令包括具有来自第二范围的频率的第二多个马达信号。

15.根据权利要求10所述的转向系统，其中所述间隙检测模块被配置为在车辆起动时检测间隙状况的存在。