CN113431898B - 一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法 - Google Patents

一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，包括：插值得到输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间基准关系式；采集输出轴转速信号和车速传感器信号，基于基准关系式筛选出符合要求的有效信号，基于有效信号插值得到修正后输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式；将当前实时采集的输出轴速度传感器信号滤波处理，将滤波前后输出轴转速信号作差后取绝对值得到残差；如果残差不小于故障动态阈值，则输出轴速度传感器发生故障，根据采集的当前时刻车速传感器信号以及修正后输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式计算得到真实的输出轴转速信号并输出。本发明的方法简单可靠，具有较好的实时性和精确度。

Description

一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法
技术领域
本发明属于自动变速器传感器故障诊断技术领域，尤其涉及一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法。
背景技术
自动变速器能够自动实现换挡控制，极大地提高了汽车的动力性、经济型以及驾驶的舒适性。其中液力自动变速器和双离合自动变速器采用双离合或多离合的设计，在打开一个离合器的同时接合另一个离合器，在动力不中断的情况下实现换挡，保证了驾驶员和乘客的舒适性。
为了实现对换挡过程的精确控制，就需要通过速度传感器实时获取输入输出轴的转速。自动变速器输入输出轴速度传感器通常采用霍尔式速度传感器，利用霍尔效应，记录轮齿经过传感器时的脉冲信号频率，进而得到转速值。速度传感器常见的故障是自动变速器输出轴测速轮齿与速度传感器之间的安装气隙的变化造成速度传感器采集信号大幅度的波动，不能准确的获得输出轴的转速，甚至造成更严重的故障，因此对自动变速器速度传感器故障诊断以及发生故障后的容错控制研究有重要意义。
目前针对速度传感器故障的研究大多依靠复杂的算法或者模型，不能保证较高的实时性或准确性。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，在自动变速器输出轴速度传感器出现故障时，能够识别出故障，激活故障标志位，并且能够实现容错补偿控制。本发明的具体技术方案如下：
一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，包括以下步骤：
S1：插值得到输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间基准关系式；
S2：采集输出轴转速信号和车速传感器信号，基于基准关系式筛选出符合要求的有效信号，基于有效信号插值得到输出轴速度传感器无故障时修正后输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式；
S3：将当前实时采集的输出轴速度传感器信号滤波处理，将滤波前后输出轴转速信号作差后取绝对值得到残差；
S4：比较步骤S3中的残差与设定的故障动态阈值：
当残差小于故障动态阈值时，说明没有发生故障，输出轴速度传感器采集的信号即为真实信号，输出即可；
当残差不小于故障动态阈值时，说明输出轴速度传感器发生故障，当前输出轴速度传感器采集的信号不是输出轴真实转速信号，激活故障标志位；根据采集的当前时刻车速传感器信号以及修正后输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式计算得到真实的输出轴转速信号并输出。
进一步地，所述步骤S1的过程为：
将z+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 40740DEST_PATH_IMAGE001
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 96159DEST_PATH_IMAGE002
,通过插值得到输出轴转速n与汽车车速v的关系
Figure 628771DEST_PATH_IMAGE003
,且应满足：
Figure 30934DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 903075DEST_PATH_IMAGE005
分别为多项式系数，具体值由输出轴转速信号
Figure 427597DEST_PATH_IMAGE006
和车速传感器速度信号
Figure 385189DEST_PATH_IMAGE002
通过插值确定。
进一步地，所述步骤S2的过程为：
在车速
Figure 591042DEST_PATH_IMAGE007
保持稳定的情况下，采集p组对应的输出轴转速为
Figure 583269DEST_PATH_IMAGE008
，采集的有效的输出轴转速满足：
Figure 13113DEST_PATH_IMAGE009
即采集的有效输出轴转速满足在基准关系式
Figure 723580DEST_PATH_IMAGE003
，车速
Figure 467546DEST_PATH_IMAGE007
下对应输出轴转速的
Figure 111016DEST_PATH_IMAGE010
的范围内；若不满足，则舍去；
对车速
Figure 679139DEST_PATH_IMAGE011
下采集的有效的输出轴转速取平均值作为对应车速的最终输出轴转速，即
Figure 345743DEST_PATH_IMAGE012
依次获得m+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 158979DEST_PATH_IMAGE013
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 922535DEST_PATH_IMAGE014
,通过插值得到修正后的输出轴速度传感器无故障时当前输出轴转速与汽车车速的关系为：
Figure 897445DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 316925DEST_PATH_IMAGE016
分别为多项式系数，其具体值由采集到的输出轴转速信号
Figure 465009DEST_PATH_IMAGE017
和车速传感器速度信号
Figure 286335DEST_PATH_IMAGE018
通过插值确定。
进一步地，所述步骤S3的滤波过程为：
实时采集当前输出轴转速信号
Figure 166566DEST_PATH_IMAGE019
和车速传感器信号
Figure 73342DEST_PATH_IMAGE020
，将输出轴速度传感器信号
Figure 726915DEST_PATH_IMAGE021
滤波处理后得到滤波后的信号
Figure 199485DEST_PATH_IMAGE022
，采用的滤波方法的原理为：
Figure 781776DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 910269DEST_PATH_IMAGE024
表示当前时刻滤波值，
Figure 603418DEST_PATH_IMAGE025
表示上一时刻的滤波值，
Figure 196074DEST_PATH_IMAGE026
，k是滤波系数，0＜k＜1，表示滤波的程度， k越小表示滤波效果越强。
进一步地，所述步骤S4中故障动态阈值满足：
Figure 949266DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 299476DEST_PATH_IMAGE028
表示故障动态阈值，T表示发动机输出扭矩，k表示滤波系数，
Figure 796316DEST_PATH_IMAGE029
表示速度传感器自身噪音误差，
Figure 243478DEST_PATH_IMAGE030
表示相关系数，由标定得出。
进一步地，所述步骤S4中，如果残差不小于故障动态阈值时，输出轴速度传感器发生故障，故障标志位被激活，根据当前车速传感器信号
Figure 901993DEST_PATH_IMAGE031
以及修正后的输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间的关系式
Figure 775052DEST_PATH_IMAGE032
，计算得到当前真实输出轴转速信号
Figure 810004DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure 111672DEST_PATH_IMAGE034
将计算得到当前真实输出轴转速信号输出。
本发明的有益效果在于：本发明的方法简单可靠，具有较好的实时性和精确度，在输出轴速度传感器出现故障时能够及时检测故障，并实现容错控制，输出当前时刻准确的输出轴转速信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明的方法流程图；
图2是输出轴转速传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号的基准关系式与修正后的关系式示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
根据车辆传动系统模型，输出轴转速与汽车车速理论上应有以下的线性关系：
Figure 206667DEST_PATH_IMAGE035
其中，n为自动变速器输出轴转速，单位r/min;v为汽车车速，单位km/h;i0为主减速器传动比，r为车轮滚动半径，单位m。但实际情况下由于车轮的滚动半径随着车速的增加而增加，故输出轴转速与汽车车速并非线性的关系。因此，本发明通过插值获取输出轴转速信号与车速信号之间的关系式更能反映二者真实的关系。
具体地，一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：通过插值得到输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间基准关系式。
将z+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 531469DEST_PATH_IMAGE001
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 166850DEST_PATH_IMAGE002
,通过插值得到输出轴转速n与汽车车速v的关系
Figure 791866DEST_PATH_IMAGE003
,且应满足：
Figure 57763DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 135440DEST_PATH_IMAGE005
分别为多项式系数，具体值由输出轴转速信号
Figure 246615DEST_PATH_IMAGE006
和车速传感器速度信号
Figure 522876DEST_PATH_IMAGE002
通过插值确定。
输出轴转速信号与车速信号之间的基准关系式，为进一步获取修正关系式提供依据。
S2：采集输出轴转速信号和车速传感器信号，基于基准关系式筛选出符合要求的有效信号，基于有效信号插值得到修正后输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式。
具体来说，在车速
Figure 458209DEST_PATH_IMAGE007
保持稳定的情况下，采集p组对应的输出轴转速为
Figure 23182DEST_PATH_IMAGE008
，采集的有效的输出轴转速应满足：
Figure 938049DEST_PATH_IMAGE037
即采集的有效输出轴转速满足在基准关系式
Figure 537657DEST_PATH_IMAGE003
，车速
Figure 942094DEST_PATH_IMAGE007
下对应输出轴转速的
Figure 728784DEST_PATH_IMAGE010
的范围内；若不满足，则舍去。这样能够保证输出轴转速信号的有效性，避免采集到偶发性的误差信号，影响插值后得到的修正后关系式的准确性。
对车速
Figure 712921DEST_PATH_IMAGE011
下采集的有效的输出轴转速取平均值作为对应车速的最终输出轴转速，可进一步提高数据的准确性，即
Figure 901457DEST_PATH_IMAGE012
依次获得m+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 680057DEST_PATH_IMAGE013
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 750781DEST_PATH_IMAGE014
,通过插值得到修正后的输出轴速度传感器无故障时当前输出轴转速与汽车车速的关系为：
Figure 771564DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 814607DEST_PATH_IMAGE016
分别为多项式系数，其具体值由采集到的输出轴转速信号
Figure 764108DEST_PATH_IMAGE017
和车速传感器速度信号
Figure 587708DEST_PATH_IMAGE018
通过插值确定。
当检测到故障发生时，通过上述关系式以及采集到的当前车速传感器信号即可计算得到当前真实的输出轴转速信号。输出轴转速信号和车速传感器信号的基准关系式与修正后的关系式示意图如图2所示，本发明的方法可以准确的获得输出轴转速信号和车速传感器信号真实的关系，避免偶发误差信号的干扰，同时满足较高的实时性要求。
S3：将当前实时采集的输出轴速度传感器信号进行滤波处理，将滤波前后输出轴转速信号作差后取绝对值得到残差；
通过实时采集当前输出轴转速信号
Figure 648067DEST_PATH_IMAGE019
和车速传感器信号
Figure 811196DEST_PATH_IMAGE020
，将输出轴速度传感器信号
Figure 728336DEST_PATH_IMAGE021
滤波处理后得到滤波后的信号
Figure 976915DEST_PATH_IMAGE022
，采用的滤波方法的原理为：
Figure 840966DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 124179DEST_PATH_IMAGE024
表示当前时刻滤波值，
Figure 914019DEST_PATH_IMAGE025
表示上一时刻的滤波值，
Figure 384314DEST_PATH_IMAGE026
，k是滤波系数，0＜k＜1，表示滤波的程度，k越小表示滤波效果越强。
滤波的目的在于将滤波前后输出轴转速信号作差后取绝对值得到残差，进而检测故障是否发生，能够较好的兼顾滤波效果与较高的实时性的要求。
本方法采用的滤波方法只是示例，不限于本方法，其他滤波方法也适用，如均值滤波、限幅滤波、卡尔曼滤波等。
S4：将得到的残差与设定的故障动态阈值进行比较。
动态阈值的设置主要是通过考虑残差产生的影响因素，主要考虑发动机输出扭矩、滤波系数、以及传感器自身噪音误差的影响，具体的关系式为：
Figure 848794DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 986514DEST_PATH_IMAGE028
表示故障动态阈值，T表示发动机输出扭矩，k表示滤波系数，
Figure 448719DEST_PATH_IMAGE029
表示速度传感器自身噪音误差，
Figure 671890DEST_PATH_IMAGE030
表示相关系数，由标定得出。
当残差小于故障动态阈值时，说明没有发生故障，输出轴速度传感器采集的信号即为真实信号，输出即可；
当残差不小于故障动态阈值时，说明检测到输出轴速度传感器发生故障，当前输出轴速度传感器采集的信号不是输出轴真实转速信号，激活故障标志位；根据当前车速传感器信号
Figure 877743DEST_PATH_IMAGE031
以及修正后的输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间的关系式
Figure 869970DEST_PATH_IMAGE032
，计算得到当前真实输出轴转速信号
Figure 299815DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure 744702DEST_PATH_IMAGE034
将计算得到当前真实输出轴转速信号输出。
本发明的方法简单可靠，满足较好的实时性和精确度要求，当输出轴速度传感器出现故障时能够及时检测到故障的发生，并实现容错控制，输出当前时刻准确的输出轴转速信号，为换挡控制过程提供依据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：插值得到输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间基准关系式；
S2：采集输出轴转速信号和车速传感器信号，基于基准关系式筛选出符合要求的有效信号，基于有效信号插值得到修正后输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式；
S3：将当前实时采集的输出轴速度传感器信号滤波处理，将滤波前后输出轴转速信号作差后取绝对值得到残差；
S4：比较步骤S3中的残差与设定的故障动态阈值：
当残差小于故障动态阈值时，说明没有发生故障，输出轴速度传感器采集的信号即为真实信号，输出即可；
当残差不小于故障动态阈值时，说明输出轴速度传感器发生故障，当前输出轴速度传感器采集的信号不是输出轴真实转速信号，激活故障标志位；根据采集的当前时刻车速传感器信号以及修正后输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号的关系式计算得到真实的输出轴转速信号并输出；
其中，设定的故障动态阈值满足：
Figure 245841DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 665321DEST_PATH_IMAGE002
表示故障动态阈值，T表示发动机输出扭矩，k表示滤波系数，
Figure 282247DEST_PATH_IMAGE003
表示速度传感器自身噪音误差，
Figure 228206DEST_PATH_IMAGE004
表示相关系数，由标定得出。
2.根据权利要求1所述的一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1的过程为：
将z+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 905175DEST_PATH_IMAGE005
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 77531DEST_PATH_IMAGE006
,通过插值得到输出轴转速n与汽车车速v的关系
Figure 91623DEST_PATH_IMAGE007
,且应满足：
Figure 298613DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 5538DEST_PATH_IMAGE009
分别为多项式系数，具体值由输出轴转速信号
Figure 665190DEST_PATH_IMAGE010
和车速传感器速度信号
Figure 623919DEST_PATH_IMAGE006
通过插值确定。
3.根据权利要求1或2所述的一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2的过程为：
在车速
Figure 278891DEST_PATH_IMAGE011
保持稳定的情况下，采集p组对应的输出轴转速为
Figure 297662DEST_PATH_IMAGE012
，采集的有效的输出轴转速满足：
Figure 444610DEST_PATH_IMAGE013
即采集的有效输出轴转速满足在基准关系式
Figure 66084DEST_PATH_IMAGE007
，车速
Figure 716508DEST_PATH_IMAGE011
下对应输出轴转速的
Figure 640602DEST_PATH_IMAGE014
的范围内；若不满足，则舍去；
对车速
Figure 399479DEST_PATH_IMAGE015
下采集的有效的输出轴转速取平均值作为对应车速的最终输出轴转速，即
Figure 700011DEST_PATH_IMAGE016
依次获得m+1组输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号
Figure 470521DEST_PATH_IMAGE017
和对应时刻的车速传感器信号
Figure 690149DEST_PATH_IMAGE018
,通过插值得到修正后的输出轴速度传感器无故障时当前输出轴转速与汽车车速的关系为：
Figure 546110DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 650332DEST_PATH_IMAGE020
分别为多项式系数，其具体值由采集到的输出轴转速信号
Figure 134403DEST_PATH_IMAGE021
和车速传感器速度信号
Figure 665879DEST_PATH_IMAGE022
通过插值确定。
4.根据权利要求1或2所述的一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3的滤波过程为：
实时采集当前输出轴转速信号
Figure 9135DEST_PATH_IMAGE023
和车速传感器信号
Figure 776103DEST_PATH_IMAGE024
，将输出轴速度传感器信号
Figure 521205DEST_PATH_IMAGE025
滤波处理后得到滤波后的信号
Figure 223582DEST_PATH_IMAGE026
，采用的滤波方法的原理为：
Figure 913189DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 359214DEST_PATH_IMAGE028
表示当前时刻滤波值，
Figure 817877DEST_PATH_IMAGE029
表示上一时刻的滤波值，
Figure 691155DEST_PATH_IMAGE030
，k是滤波系数，0＜k＜1，表示滤波的程度， k越小表示滤波效果越强。
5.根据权利要求1或2所述的一种自动变速器输出轴速度传感器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4中，如果残差不小于故障动态阈值时，输出轴速度传感器发生故障，故障标志位被激活，根据当前车速传感器信号
Figure 9004DEST_PATH_IMAGE031
以及修正后的输出轴速度传感器无故障时输出轴转速信号和车速传感器信号之间的关系式
Figure 852195DEST_PATH_IMAGE032
，计算得到当前真实输出轴转速信号
Figure 571890DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure 616069DEST_PATH_IMAGE034
将计算得到当前真实输出轴转速信号输出。
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