CN109963767A - 检测电动转向器中由于锈蚀导致的高摩擦 - Google Patents

Abstract

系统(10)被配置为检测与车辆一起使用的转向器中的高摩擦。系统(10)具有速度传感器(17)、转向角传感器(17，108)、用于监测车辆参数的多个车辆传感器(23，112)和用于监测转向系统参数的多个转向系统传感器(17，108)。储存库存储(27，120)车辆和转向系统传感器(17，108)的正常操作值。相关性块(21，130)将车辆和转向系统值与储存库(27，120)中的值进行比较。触发块(15)接收来自速度和转向角传感器的信号，并且当速度和转向角传感器在选择范围内时激活相关性块(21，130)。如果来自储存库(27，120)的值和来自速度和转向角传感器(17，108)的信号超过预定值，则相关性块(21，130)发送警告信号。

Description

检测电动转向器中由于锈蚀导致的高摩擦

技术领域

本发明涉及一种转向系统，其能够检测转向系统中不可接受的高摩擦水平。

背景技术

在今天的大多数车辆中，转向系统是动力辅助的，很难确定系统何时出现问题。特别是，转向系统的转向器通常位于车辆前方非常低的位置。转向器损坏的方式允许水侵入转向器并不罕见。通常，在转向器区域周围有橡胶波纹管，波纹管中的任何失效都会允许水进入转向器。水的存在会导致转向器锈蚀，当锈蚀变得严重时，转向器会失效。不幸的是，由于提供给车辆驾驶员的动力辅助，车辆驾驶员并不总是意识到转向系统中存在较高水平的摩擦。如果锈蚀足以损坏转向器，转向器可能会失效，导致车辆无法操作。随着锈蚀程度发展，操作转向器所需的力也会增加。如果操作转向器所需的力变得过高，则提供给转向系统的动力辅助可能会受到过大应力，以抵消使车辆转向所需的增加的力，这可能会导致无法接受的用于使车辆转向盘转动的力水平。此外，当存在锈蚀时，如果转向系统中的动力辅助出现故障，使车辆转向所需的力水平可能会变得对于安全操作车辆来说不可接受地高。此外，允许锈蚀发展到危及转向器部件的程度将导致昂贵的修理，而如果早期检测到锈蚀的存在，这种修理是可以避免的。

因此，需要一种用于转向系统的锈蚀检测系统，当操作转向系统所需的力增加超过正常水平时，该锈蚀检测系统向驾驶员发出警告。在车辆操作期间，检测系统需要计算不同车辆与转向器参数之间的相关性。系统将计算转向系统的正常参数，并在转向系统的当前参数与正常参数之间的相关性表明转向系统中的摩擦载荷不在可接受的水平时提供警告。

发明内容

该系统被设计用于检测车辆内使用的转向器中的高摩擦。该装置具有至少监测车辆速度和转向角的第一传感器、监测车辆参数的多个车辆传感器和监测转向系统参数的多个转向系统传感器。存储库存储车辆和转向系统传感器的正常操作值。相关性块将车辆和转向系统值与存储库中的值进行比较。触发块接收来自速度和转向角传感器的信号，并且当速度和转向角传感器在选择范围内时激活相关性块。也可以选择来自其它操作参数的信号。如果来自储存库的值和来自速度和转向角传感器的信号超过预定值，相关性块发送警告信号。

附图说明

图1是一种布置的示意图。

图2是作为布置的一部分测量的一组变量的曲线图。

图3是高摩擦检测系统布置的框图。

具体实施方式

这些实施例涉及一种用于检测车辆转向系统中的异常的系统。更具体地，这些实施例涉及检测可能存在于转向系统中并影响转向系统运作的锈蚀。锈蚀通常存在于转向器中，转向器被致动以为车辆转向轮提供转向输入，但锈蚀也可存在于转向系统的其他部件中。通过结合以下描述参考附图，将更容易理解这些特征。

在当今的车辆中，有许多系统提供信息，这些信息可以被监测和评估以确定车辆的状态。许多可用的变量使得很难正确评估信息并确定是否存在需要进一步调查的异常情况。已经开发了数学系统来帮助解决这个问题，并允许对多个变量进行评估。马氏田口系统(Mahalanobis-Taguchi System，MTS)是一种诊断工具或模式识别工具，可用于识别多变量组合的异常。对各种变量进行观察取样，并为这些变量建立正常群。一旦为变量构造了标准观测样本作为参考基准，马哈拉诺比斯(Mahalanobis，MS)就被识别出来了。一旦创建了参考基准，MTS系统就有能力区分来自变量群的正常读数和异常读数群。使用正常参数/信号的样本，建立正常相关性矩阵和平均值。这些正常参数组用于计算马氏距离(Mahalanobisdistance，MD)。MD提供了一种评估工具，有助于将正常参数组与异常参数组分开。正常群与异常群之间的相关性是马氏距离(MD)。本质上，MD的相对较大值用于产生存在异常状态的信号。用于MTS评估的数学计算在本领域中是已知的，MD的计算也是已知的，其允许识别一群变量中的异常状态。数学分析的细节在本领域中是已知的，不需要进一步详细描述。

图1示出了一个实施例的系统。高摩擦检测系统10具有触发块15，触发块15操作性地连接到相关性计算和比较块21。触发块15还操作性地连接到第一传感器17，第一传感器17向触发块提供与高摩擦检测系统10所在的车辆的操作相关的参数。来自第一传感器17的信号被提供给触发块15。触发块15监测从第一传感器17接收的信号，并判断这些信号是否在预定的特定范围内。第一传感器17通常监测车辆的车辆速度和转向角，并且这些参数被提供给触发块15。应该认识到，第一传感器17可以监测其他车辆参数，并且这些其他参数可以用于激活触发块。转向角和车辆速度的特定范围是预定的，以与能够检测转向系统中的高摩擦的车辆的操作参数相关联。如果转向角低于预设值，转向系统中没有足够的载荷来检测高摩擦。如果车辆行驶速度低于某一速度，则车辆轮胎提供的摩擦载荷使得难以检测到转向系统中的高摩擦。一旦达到转向角和车辆速度的预设值，车辆就处于可评估转向系统状态的操作状态。

第二组传感器23操作性地连接到相关性计算和比较块21。第二组传感器23监测各种驱动参数例如转向齿条力、侧向加速度、纵向加速度、车辆速度、偏航率、转向角、转向速度、转子角、转子速度、转子马达扭矩和手轮(方向盘)扭矩。第二组传感器23向相关性计算和比较块21提供信号，该信号提供这些不同参数的值。当车辆操作时，第二组传感器23连续地向相关性计算和比较块提供输入信号。

连接到相关性计算和比较块的是正常样本储存库27。储存库可以预加载关于来自第二组传感器23的信号的正常范围的信息。正常样本储存库27将具有包括正常转向系统的平均值、标准偏差、相关性矩阵和MD值的信息，正常转向系统是未锈蚀的系统。在大多数应用中，基于从转向系统获得的观察和测量，储存库27被预加载这些值，该转向系统在功能上与被监测的转向系统相同，其中该相同的转向系统已经被评估并且不包含会影响来自第二组传感器23的读数的任何锈蚀或其他缺陷。还可能的是，储存库27可以学习或获取在车辆操作期间从第二组传感器23接收的信号的正常操作参数。让存储库学习来自第二组传感器的信号的正常值的唯一困难是，如果转向系统中已经存在锈蚀或某些其他缺陷，正常值的建立将被破坏。存储库27还可以在车辆操作期间监测来自第二组传感器23的信号。在监测这些信号期间学习的信息可以被添加到存储库中，并用于随着车辆状态在一段时间内的变化而调整来自第二组传感器23的信号的正常范围。基于车辆操作期间信号变化的调整量可以被限制，使得最初预加载到储存库27中的正常值不会受到一段时间内产生的信号变化的过度影响。

在操作中，仅当来自第一组传感器17的信号在特定范围内时，触发块15用于激活相关性计算和比较块21。第一组传感器17用于监测转向角和车辆速度，因此一旦这些参数被建立在特定范围内，触发块将激活相关性计算和比较块。此时，来自第二组传感器23的信号计算输入信号的相关性，并将输入信号与正常样本储存库27中的正常样本数据进行比较。相关性计算和比较块进行MTS评估。如果由第二组传感器23提供的参数中的任一个具有MD，该MD是来自第二组传感器23的计算值之一、与正常样本不相关，则将发送信号，信号表明转向系统中存在锈蚀问题或其他缺陷。从相关性计算和比较块21发送的信号将指示车辆的转向系统需要维修。

如果操作状态、转向角、车辆速度在触发块15中建立的特定范围之外，触发块将不会激活相关性计算和比较块来对转向系统进行MTS评估。如果触发块15读取的参数在指定范围内，触发块激活相关性计算和比较块21，并且将对来自第二组传感器23的各种信号进行持续评估。对来自第二组传感器23的信号的这个评估将继续，直到触发块15接收的信号不再在指定范围内。

图2示出了基本评估过程，其中来自第二组传感器23的一群信号密切相关，并由实心点35表示。在图2中还示出了具有交叉影线的点37，其距离实心点足够远、与其它元素无关。由点35表示的成群的信号与间隔开的点37之间的距离是由信号表示的参数的MD。在这种情况下，MD超过预定水平，这表明转向系统存在缺陷，并且转向系统中存在锈蚀的可能性很高。

图3示出了包括转向系统104的高摩擦检测系统100的框图，该转向系统104包括转向系统传感器108。高摩擦检测系统100包括车辆传感器112和储存库/存储器120。储存库/存储器120设置在车辆上，并且可以包括任何暂时的、非暂时的、易失性的、非易失性的、磁的、光的或电的介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM (EEPROM)、闪存或任何其他数字或模拟介质。

此外，图3示出了相关性块130，其单独地或者与触发块1组合地对应于图1所示的相关性计算和比较块21。相关性块130包括电子处理器134和在一些实施例中包括存储器138。电子处理器134可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它电路。在一些实施例中，处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，例如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器内核和寄存器。处理器核心可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)或其任何组合。存储器138可以包括针对储存库/存储器120讨论的存储装置中任一个。此外，存储器138可以包括计算机可读指令，当由电子处理器134执行时，该计算机可读指令使得高摩擦检测系统100实行被提供的指令以执行程序，并实行确定转向系统104中的高摩擦水平的步骤。

高摩擦检测系统100包括警告装置140。警告装置140是音频、视觉和触觉警告中的一个或多个。在一个实施例中，警告装置140是车辆仪表板显示器的一部分。警告装置140向车辆操作者警示车辆转向系统104的高摩擦检测。

图1示出了触发块15和相关性、计算和比较块21。在一些实施例中，每个块包括单独的电子处理器。在另一实施例中，块15、21由单个集成电子处理器提供。

上面描述的实施例已经通过示例示出，并且应当理解，这些实施例可以容易地进行各种修改和替代形式。还应当理解，权利要求并不旨在限于所公开的特定形式，而是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

相信在此描述的实施例及其许多伴随的优点将通过前面的描述而被理解，并且很明显，在不脱离所公开的主题或不牺牲其所有材料优点的情况下，可以对部件的形式、结构和布置进行各种改变。所描述的形式仅仅是解释性的，下面的权利要求旨在涵盖和包括这些变化。

Claims (8)

1.一种用于检测车辆转向系统中的高摩擦的系统，包括:

多个车辆传感器，其用于监测车辆参数；

多个转向系统传感器，其用于监测转向系统参数；

储存库，其用于所述多个车辆传感器和转向系统传感器的正常值；

相关性块，其操作性地连接到所述储存库、所述多个车辆传感器和所述多个转向系统传感器，所述相关性块被配置为将所述车辆参数和转向系统参数与所述储存库中的正常值数据进行比较，如果所述储存库数据与所述车辆及转向系统信号之间的比较超过预定值，则所述相关性块发送警告信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一传感器监测所述车辆的车辆参数，并且当所述车辆参数满足预定水平时发送信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述车辆参数是包括车辆速度的车辆操作参数，并且所述转向系统参数包括含有所述转向系统中的转向角的操作参数。

4.根据权利要求3所述的系统，其中触发块操作性地连接到所述相关性块和所述第一传感器，当所述车辆的操作参数达到预定水平时，所述触发块激活所述相关性块。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一传感器监测所述车辆的速度和所述转向系统中的转向角。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述车辆的速度和所述车辆的转向角超过预定值时，所述触发块激活所述相关性块。

7.根据权利要求1所述的系统，其中由所述车辆传感器监测的所述车辆参数选自下组：侧向加速度、纵向加速度和偏航率。

8.根据权利要求1所述的系统，其中由所述转向系统传感器监测的所述转向系统参数选自下组：转向速度、转向转子角度、转向转子速度、转向转子扭矩和方向盘扭矩。