CN109533007B - 线控转向系统诊断 - Google Patents

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Abstract

根据一个或多个实施例，线控转向操纵系统包括手轮致动器，该手轮致动器为车辆的齿条提供命令位置。线控转向操纵系统还包括车轮致动器，该车轮致动器基于来自手轮致动器的命令位置将齿条移动到齿条位置。线控转向操纵系统还包括诊断装置，用于基于命令位置来计算参考位置，并且基于参考位置和齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差。诊断装置还使用参考跟踪误差来确定线控转向系统的故障状况。本文描述的技术方案有助于保持SbW系统识别何时误差状况属于异常从而启动故障响应的诊断能力。

Description

线控转向系统诊断
相关申请的交叉引用
本申请是于2017年9月21日提交的美国临时申请第62/561,262号的继续申请，其全部内容并入本文。
技术领域
本申请大致涉及转向系统，并且特别描述了用于SbW系统的一种或多种技术，以便相比于可能需要另一种系统响应的故障状况的误差事件，识别出可以接受继续操作的误差事件。
背景技术
电动助力转向系统(EPS)通常包括诸如方向盘、柱、齿条齿轮、电动马达致动器等的部件。EPS通过提供必要的扭矩辅助来帮助驾驶员对车辆进行转向。辅助扭矩基于驾驶员施加的扭矩。在稳态意义上，驾驶员扭矩和辅助扭矩抵消由于轮胎-路面相互作用而产生的齿条力。
典型的线控转向(SbW)系统包括车轮致动器(RWA)单元和手轮(或方向盘)致动器(HWA)单元。与EPS不同，SbW中的两个单元被机械地断开并通过受控局域网络(CAN)接口(或其他类似的数字通信协议)进行通信。HWA单元接收来自RWA单元的齿条力信号，以为驾驶员产生适当的扭矩感。或者，手轮角度和车辆速度也可以用于为驾驶员产生期望的扭矩感。来自HWA单元的角度被发送到RWA单元，该RWA单元执行位置控制以控制齿条行程。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种线控转向操纵系统包括手轮致动器，该手轮致动器为车辆的齿条提供命令位置。线控转向操纵系统还包括车轮致动器，该车轮致动器基于来自手轮致动器的命令位置将齿条移动到齿条位置。线控转向操纵系统还包括诊断装置，用于基于命令位置来计算参考位置，并且基于参考位置和齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差。诊断装置还使用参考跟踪误差来确定线控转向系统的故障状况。
根据一个或多个实施例，一种用于执行线控转向操纵系统的诊断的方法包括手轮致动器发送由车轮致动器接收的命令位置。该方法还包括车轮致动器基于命令位置将齿条定位到齿条位置。该方法还包括诊断装置基于命令位置来计算参考位置。该方法还包括诊断装置基于参考位置和齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差。该方法还包括诊断装置使用参考跟踪误差来确定线控转向系统的故障状况。
根据一个或多个实施例，一种计算机程序产品包括存储器存储装置，该存储器存储装置存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在由一个或多个处理单元执行时使所述处理单元执行线控转向操纵系统的诊断。执行所述诊断包括车轮致动器基于来自手轮致动器的命令位置将齿条定位到齿条位置。执行所述诊断还包括基于命令位置来计算参考位置。执行所述诊断还包括基于参考位置和齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差。执行所述诊断还包括使用参考跟踪误差来确定线控转向系统的故障状况。
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是根据一个或多个实施例的线控转向操纵系统的示例性实施例；
图2描绘了根据一个或多个实施例的表示RWA的齿条力比齿条速度的图；
图3描绘了根据本文所述技术方案的一个或多个实施例的提供诊断的示例性SbW系统的框图；
图4描绘了实际位置和命令位置之间的跟踪误差的典型计算；
图5描绘了根据本文所述技术方案的一个或多个实施例的跟踪误差的计算；
图6描绘了根据一个或多个实施例的马达扭矩和马达速度之间的示例性非线性关系；以及
图7描绘了根据一个或多个实施例的用于执行SbW系统的系统诊断的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并清楚地声明了被视为本发明的主题。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其他特征以及优点是明显的。
如本文所使用的，术语模块和子模块是指一个或多个处理电路(例如，专用集成电路(ASIC))、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或组)和存储器、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。
本申请大致涉及转向系统，并且特别描述了用于SbW系统的一种或多种技术，以便相比于可能需要另一种(alternate，替换)系统响应的故障状况的误差事件，识别出可以接受继续操作的误差事件。
现在参考附图，其中将参考特定实施例描述本发明，但不对本发明进行限制，图1中描绘了车辆100中的SbW系统40。应当理解，所示和所述的SbW系统40可以用在自动或半自动车辆中或更传统的车辆中。应当理解，所描绘的SbW 40是示例性框图，并且在一个或多个实施例中，SbW系统40可以包括除了本文描述的那些组件之外的附加组件。SbW系统40包括手轮致动器(HWA)10和车轮致动器(RWA)20。
HWA 10包括一个或多个机械部件12，例如手轮(方向盘)、转向柱、通过齿轮机构或直接驱动系统附接到转向柱的马达/逆变器。HWA 10还包括控制机械部件12的操作的微控制器14。微控制器14通过一个或多个机械部件12接收和/或产生扭矩。
RWA包括一个或多个机械部件24，例如通过滚珠螺母/滚珠丝杠(齿轮)装置联接到马达/逆变器的转向齿条和/或小齿轮，并且齿条通过连杆(横拉杆，tie-rod)连接到车辆车轮/轮胎。因此，物理系统24可以包括车辆100的一个或多个车轮。RWA 20包括控制机械部件24的操作的微控制器22。微控制器22通过一个或多个机械部件24接收和/或产生扭矩。
微控制器14和22通过允许发送/接收信号的电连接耦接。如本文所提到的，控制器可以包括HWA控制器14和RWA控制器22的组合或任何一个特定微控制器。
在一个或多个示例中，控制器14和22、SbW系统40通过CAN接口(或其他类似的数字通信协议)彼此通信。装配有SbW系统40的车辆100的引导通过使用具有由RWA 20(例如伺服致动器)旋转的输入轴的转向齿轮来执行。RWA 20接收驾驶员旋转方向盘的电子通信信号。驾驶员控制方向盘以定向控制车辆100。来自HWA 10的角度被发送到RWA 20，RWA 20执行位置控制以控制齿条行程，从而引导车轮。然而，由于方向盘和车轮之间缺乏机械连接，因此驾驶员在没有扭矩反馈的情况下没有对路面的感觉(与前面描述的EPS中的情况不同)。
在一个或多个示例中，联接到转向柱和方向盘的HWA 10模拟驾驶员对路面的感觉。HWA 10可以以扭矩的形式向方向盘施加触觉反馈。HWA 10接收来自RWA 20的齿条力信号，以为驾驶员产生适当的扭矩感觉。可替代地，手轮角度和车辆速度也可以用于为驾驶员产生期望的扭矩感觉。
HWA 10和RWA 20通常具有“转向比”，其确定当对SbW系统40的手轮做出了相应的位置变化时车轮改变位置的程度。在具有手轮和车轮之间的机械连杆机构的转向系统中，齿轮保持这个比例。在SbW系统40中，转向比是预定值。然而，在SbW系统40中，可能无法始终保持期望的转向比。存在可能会导致这种情况发生的几种常见情境。示例包括在快速驾驶员输入期间超过RWA 20的速度能力、在行驶停止之后需要车轮致动的手轮角度输入、RWA20上的过度负载(高于预定的最大阈值)、初始化问题等。
未实现期望的转向比在车辆100中具有许多不期望的效果。可能的最大负面影响是，在驾驶员停止驱使手轮之后，SbW系统40根据期望的转向比来继续尝试移动车轮。这导致车辆100响应的显著滞后并且可以使车辆100看起来继续自行转向。
由于两个系统(HWA 10和RWA 20)没有被机械连接，因此该两个系统之间的滞后可能导致驾驶员的期望转向角与车轮的实际转向角之间存在误差。驾驶员将HWA 10操纵得比RWA 20转向车轮的能力快可以产生这个误差，或者由于一个或两个系统的故障状况而存在该误差。由于保持SbW系统40的完全操作是重要的，所以存在一种技术挑战，用于相比于可能需要另一种系统响应的故障状况的误差，识别出可以接受继续操作SbW系统40的误差。
本文描述的技术方案解决了上述技术挑战并且有助于最大化RWA 20的响应，并且当误差被认为是SbW操作可以继续的类型时，滤除HWA 10和RWA 20之间的过度误差。本文描述的技术方案还有助于保持SbW系统识别何时误差状况属于异常从而启动故障响应的诊断能力。
图2描绘了根据一个或多个实施例的表示RWA 20的齿条力与齿条速度的图。曲线210描绘了RWA 20同步于RWA 20从HWA 10接收的命令而改变车轮位置的能力。来自HWA 10的命令可以是指示驾驶员在物理系统12处(例如在方向盘处)施加的角度量的角度。RWA 20在响应时同步改变车轮位置的能力还取决于齿条速度，该齿条速度描绘了RWA 20的马达或驱动系统的速度。对于下面或曲线210上的命令(例如命令220并且命令230)，RWA 20根据转向比与车辆方向盘的角度变化同步地产生期望的响应，即定位车轮。对于由曲线210所描绘的界限之外的命令(例如命令240)，RWA 20以低于期望性能的性能作出响应，其中车轮根据转向比被定位在与方向盘的位置变化不匹配的位置处。
存在需要考虑的两种操作状况。第一，HWA 10“超过(out-running)”RWA 20：在此，因为RWA 20受到齿条力和齿条速度的限制(图2)，所以驾驶员可以将HWA 10的方向盘或任何其他物理系统12操纵得比RWA 20可以同步保持的程度快。该状况被称为HWA 10“超过”RWA 20。应当理解，可以使用任何其他术语来指代该状况。“超过”是随系统大小(例如转向比或其他调节参数)而变化，但它不表示“故障”状况，而是SbW系统40的限制条件。在这种情况下，SbW系统40应在超过状况期间保持完全可操作。
第二状况是故障状况。在此，在HWA 10的物理系统12的变化中表示的驾驶员意图和RWA 20的实际定位由于不期望的故障状况而不同。在这种情况下，SbW系统40必须识别故障状况并适当地响应。
为了解决该技术挑战，本文描述的技术方案区分了“超过”的第一状况和故障状况的第二状况之间的差异。本文描述的技术方案评估RWA 20配置时的车轮位置与HWA 10所命令的位置的误差。在这样做时，SbW系统40忽略由HWA 10超过RWA 20所引起的位置误差的“正常”状况。
本文描述的技术方案相应地在识别故障状况的同时滤除超过状况的“正常”误差。为此，本文描述的技术方案有助于如下诊断：该诊断在位置误差的评估中考虑了RWA力和速度限制。
图3描绘了根据本文描述的技术方案的一个或多个实施例的提供诊断的示例性SbW系统40的框图。与HWA 10、RWA 20和物理系统24(标记为齿条)一起，所描绘的SbW系统40包括齿条速度能力模块310、限制块320、比较块330和诊断块340。齿条速度能力模块310、限制块320、比较块330和诊断块340可以一起被认为是执行SbW系统40的诊断的诊断装置。应该注意，所描绘的块可以是分开的模块、单个模块的一部分、或根据任何可能的组合而进行组合。例如，比较块330和诊断块340可以是单个模块的一部分。任何其他可能的组合是可能的。
如本文所述，HWA 10基于来自驾驶员在物理系统12(例如方向盘)处的输入来提供命令。通过RWA 20计算对应于该命令的齿条力。例如使用马达、驱动系统等将计算出的齿条力施加到齿条24。齿条力导致齿条24并且进而导致车辆100的一个或多个车轮改变位置。所产生的位置称为齿条24(或车轮)的实际位置。
通常，比较块330根据来自HWA 10的命令将实际位置与期望位置进行比较，以确定跟踪误差。图4描绘了实际位置420和命令位置410之间的跟踪误差430的典型计算。命令位置410可以是命令齿条位置、命令车轮位置或物理系统24的任何其他部件的命令位置。实际位置420是该部件的测量位置，例如，实际位置420由传感器测量。可以使用转向比和来自HWA 10的命令来计算命令位置410。计算出的命令位置410和实际位置420之间的差是跟踪误差430。诊断块340将跟踪误差430与可以是预定值的阈值进行比较。如果跟踪误差430超过阈值，则诊断块340认为SbW系统40正在经受故障状况并且发出指示故障状况的通知。在一个或多个示例中，在这种情况下宣布SbW系统40不起作用。其他类型的通知可以包括经由驾驶员-车辆接口的视听消息、经由物理系统12的触觉反馈、和/或任何其他这样的技术。然而，如本文所述，这些技术具有本文描述的两个状况不能被单独识别的技术问题。
因此，齿条速度能力模块310基于与由HWA 10提供的命令对应的齿条力来计算齿条速度能力。限制块320使用计算出的齿条速度能力来限制基于来自HWA 10的命令位置410的计算位置。因此，通过使用齿条速度能力限制命令位置来计算第二参考信号。然后将第二参考信号提供给比较块330，以与实际位置进行比较。
图5描绘了根据本文描述的技术方案的一个或多个实施例的跟踪误差的计算。如图所示，通过限制命令位置410来计算参考位置510。此外，比较块330通过计算参考位置510和实际位置420之间的差来计算参考跟踪误差520。诊断块340使用参考跟踪误差520以确定SbW系统40中是否存在故障状况。
通过使用参考跟踪误差520(而不是跟踪误差430)，诊断可以可靠地检测故障状况，这区分了本文描述的“超过”状况。
齿条速度能力模块310使用齿条力和齿条速度之间的非线性函数来确定齿条速度能力(图2)。在一个或多个示例中，齿条速度能力模块310使用查找表，该查找表使用由RWA20计算的齿条力来访问。例如，查找表为计算出的齿条力提供对应的齿条速度能力值。限制块320随后使用齿条速度能力来限制使用来自HWA的命令计算的命令位置410。
可替代地或另外地，齿条速度能力模块310使用RWA 20的马达的马达扭矩和马达速度来确定齿条速度能力。图6描绘了根据一个或多个实施例的马达扭矩和马达速度之间的示例性非线性关系。由RWA 20计算的齿条力被转换成RWA 20的马达的马达扭矩。马达扭矩用于确定到马达的扭矩命令，该扭矩命令使齿条位置根据马达的轴而变化。马达速度是RWA 20的马达由于所施加的马达扭矩而改变位置的速度。齿条力到马达扭矩的转换是基于具有预定值的运动比，并且表示齿条位置变化和马达位置变化之间的关系。可以使用传感器(例如提供马达位置的位置传感器)来确定马达速度。在一个或多个示例中，可以通过对来自位置传感器的位置测量值进行微分来确定马达速度。可替代地或另外地，可以使用另一种类型的传感器。
在此，如图所示，根据马达扭矩和对应的马达速度，齿条速度能力模块310确定齿条速度能力。如果马达扭矩和马达速度对基于马达扭矩和马达速度对应于预定界限605内的点，则齿条速度能力不限制命令位置410。例如，图6中的点610和点620描绘了马达速度和马达扭矩对在界限605内。替代地，如果马达速度和马达扭矩对在界限之外，例如点630，则通过限制马达速度将命令位置410限制在界限605处。因此，替代点630，通过使用对应于点640的马达速度作为齿条速度能力来使用点640。随后使用齿条速度能力来限制如本文所述的命令位置410以计算参考位置510。
图7描绘了根据一个或多个实施例的用于执行SbW系统的系统诊断的示例性方法的流程图。该方法包括在710处HWA 10向RWA 20发送命令。该命令可以是扭矩命令、位置命令或任何其他命令以指示例如车轮、齿条等的物理系统24的命令位置410。该命令基于来自车辆100的驾驶员的输入。驾驶员可以是人类操作员或自动驾驶系统。
该方法还包括在720处RWA 20根据命令位置410来计算物理系统24的位置。RWA 20还根据计算出的位置将车轮和/或齿条定位到实际位置420。此外，该方法包括在730处计算参考位置510。计算参考位置510由齿条速度能力模块310通过限制使用命令位置410计算的期望位置来执行。
该方法还包括在740处使用参考位置510和实际位置420来计算参考跟踪误差520。参考跟踪误差520可以是参考位置510和实际位置420之间的差。然后在750处，使用参考跟踪误差520来执行SbW系统40的诊断以确定是否存在故障状况。如果参考跟踪误差520超过预定阈值，则认为存在故障状况。在故障状况的情况下，SbW系统40可以向操作员提供一个或多个通知，其可以包括视听通知、触觉反馈通知、电子信号或任何其他这样的通知。此外，在参考跟踪误差超过第二(更大)阈值的情况下，可以宣布SbW系统40不起作用。
本文描述的技术方案的一个或多个实施例有助于在运行时动态地诊断SbW系统，并且通过区分故障状况和HWA超过RWA的状况(后者不是故障状况)来提供对现有技术的改进。
尽管仅结合有限数目的实施例来详细描述了技术方案，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目的变化、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。因此，这些技术方案不被视为受前述描述的限制。

Claims (13)

1.一种线控转向操纵系统，包括：
手轮致动器，所述手轮致动器为车辆的齿条提供命令位置；
车轮致动器，所述车轮致动器基于来自所述手轮致动器的所述命令位置将所述齿条移动到齿条位置；以及
诊断装置，所述诊断装置被配置成：
通过使用齿条速度能力限制所述命令位置来计算参考位置；
基于所述参考位置和所述齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差；并且
使用所述参考跟踪误差来确定所述线控转向系统的故障状况。
2.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述诊断装置使用齿条力来计算所述齿条速度能力。
3.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述诊断装置使用所述车轮致动器的马达的马达扭矩来计算所述齿条速度能力。
4.根据权利要求3所述的线控转向操纵系统，其中，使用所述马达速度和所述马达扭矩之间的非线性关系来计算所述齿条速度能力。
5.根据权利要求3所述的线控转向操纵系统，其中，当由所述命令位置引起的齿条速度超过所述齿条速度能力时，所述诊断装置限制所述命令位置以计算所述参考位置。
6.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述诊断装置响应于所述参考跟踪误差超过预定阈值而确定所述故障状况。
7.一种用于执行线控转向操纵系统的诊断的方法，所述方法包括：
手轮致动器发送由车轮致动器接收的命令位置；
所述车轮致动器基于所述命令位置将齿条定位到齿条位置；
诊断装置通过使用齿条速度能力限制所述命令位置来计算参考位置；
所述诊断装置基于所述参考位置和所述齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差；以及
所述诊断装置使用所述参考跟踪误差来确定所述线控转向系统的故障状况。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述诊断装置使用齿条力来计算所述齿条速度能力。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述诊断装置使用所述车轮致动器的马达的马达扭矩来计算所述齿条速度能力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用所述马达速度和所述马达扭矩之间的非线性关系来计算所述齿条速度能力。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，当由所述命令位置引起的齿条速度超过所述齿条速度能力时，所述诊断装置限制所述命令位置以计算所述参考位置。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述诊断装置响应于所述参考跟踪误差超过预定阈值而确定所述故障状况。
13.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由一个或多个处理单元执行时使所述处理单元执行线控转向操纵系统的诊断，执行所述诊断包括：
车轮致动器基于来自手轮致动器的命令位置将齿条定位到齿条位置；
通过使用齿条速度能力限制所述命令位置来计算参考位置；
基于所述参考位置和所述齿条位置之间的差来计算参考跟踪误差；以及
使用所述参考跟踪误差来确定所述线控转向系统的故障状况。
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