CN114537510A - 异常检测装置 - Google Patents

Abstract

一种异常检测装置，包括被配置成执行异常检测处理的处理电路。异常检测处理包括第一状态量获取处理、第二状态量获取处理、计算第一状态量与第二状态量之间的差的差计算处理以及将差的绝对值与差阈值进行比较的确定处理。异常检测处理是当差的绝对值大于差阈值时检测到转弯单元(6)的异常的处理，并且处理电路被配置成当实际电流值的绝对值大于电流阈值时不执行所述确定处理。

Description

异常检测装置

技术领域

本发明涉及异常检测装置。

背景技术

在相关技术中，在连接至方向盘的转向单元(steering unit)与使转弯轮转弯的转弯单元(turning unit)之间的动力传递路径被切断的线控转向系统被称为车辆的转向系统。例如，日本未审查专利申请公布第2015-160504号(JP 2015-160504 A)中描述的转向系统的转弯单元包括作为驱动源的电机、连接至转弯轮的转弯轴、以及将电机的扭矩传递至转弯轴的动力传递机构。

例如，由于动力传递机构的异常，电机的扭矩可能不能顺利地传递至转弯轴。因此，在JP 2015-160504 A中描述的控制转向系统的转向控制装置基于电机的旋转角与转弯轮的转弯角之间的关系来检测转弯单元的异常。具体地，转向控制装置预先存储在动力传递机构正常时电机的旋转角与转弯角之间的关系。转向控制装置通过将动力传递机构正常时的旋转角与转弯角之间的关系与实际检测到的旋转角与转弯角之间的关系进行比较来检测转弯单元的异常。

发明内容

近来，对转向系统的异常的检测需要较高的准确度。因此，存在对能够更准确地检测出转弯单元的异常的新技术的发展的需求。例如，在构成电动助力转向系统的转弯单元以及构成线控转向系统的转弯单元中，可能类似地引起该问题。

本发明提供一种异常检测装置，其可以准确地检测转弯单元的异常。

根据本发明的一个方面，提供了一种异常检测装置，其被配置成检测转弯单元的异常，该转弯单元包括：作为驱动源的电机；连接至转弯轮的转弯轴；动力传递机构，其被配置成将电机的扭矩传递至转弯轴；第一传感器，其被配置成检测电机的旋转角；第二传感器，其被配置成检测连结状态量，连结状态量指示关于经由动力传递机构机械地连接至电机的连结构件的位置信息；以及电流传感器，其被配置成检测实际电流值，实际电流值是提供给电机的实际电流的值。该异常检测装置包括被配置成执行异常检测处理的处理电路。异常检测处理包括：第一状态量获取处理，其基于由第一传感器检测到的旋转角获取指示关于可转换构件的位置信息的第一状态量，第一状态量可转换成转弯轮的转弯角；第二状态量获取处理，其基于由第二传感器检测到的连结状态量获取指示关于可转换构件的位置信息的第二状态量；差计算处理，其计算第一状态量与第二状态量之间的差；以及确定处理，其将差的绝对值与差阈值进行比较。异常检测处理是当差的绝对值大于差阈值时检测到转弯单元的异常的处理。处理电路被配置成当实际电流值的绝对值大于电流阈值时不执行所述确定处理。

第一状态量和第二状态量各自指示关于可转换构件的位置信息。因此，当转弯单元正常时，第一状态量与第二状态量之间的差的绝对值等于或小于差阈值。这里，当作为提供给电机的实际电流的值的实际电流值的绝对值大时，即，当电机输出大的扭矩时，例如，大的力作用在动力传递机构的构成部件上。因此，即使在电机的旋转角发生变化时，指示关于连结构件的位置信息的连结状态量可能会由于例如动力传递机构的构成部件的弹性变形而不会发生变化。即，尽管第一状态量改变，第二状态量可能不改变，因此，差的绝对值可能增加。因此，当实际电流值的绝对值大时，即使转弯单元正常，差的绝对值也可能大于差阈值。

对此，通过上述配置，当实际电流值的绝对值大于电流阈值时，处理电路不执行确定处理。因此，可以降低在转弯单元实际正常时由于例如动力传递机构的构成部件的弹性变形而错误地确定转弯单元异常的可能性。

在根据该方面的异常检测装置中，可以切断转弯单元与由驾驶员进行转向操纵的转向单元之间的动力传递路径。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，显示的附图标记表示相似的元件，并且在附图中：

图1是示意性地示出转向系统的配置的图；以及

图2是示出由转向控制装置执行的转弯单元的异常检测处理的过程的示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据本发明的实施方式的异常检测装置。如图1所示，由转向控制装置1控制的作为控制对象的转向系统2被配置为线控转向系统。转向系统2包括：驾驶员经由方向盘3进行转向操纵的转向单元4；以及根据驾驶员对转向单元4的转向操作而使转弯轮5转弯的转弯单元6。根据本实施方式的转向系统2具有转向单元4与转弯单元6之间的动力传递路径通常被机械地切断的结构。

转向单元4包括：与方向盘3连接的转向轴11；以及施加作为抵抗方向盘3上的转向操作的力的转向反作用力的转向侧致动器12。

转向侧致动器12包括转向侧电机13和减速器14。减速器14采用例如蜗轮机构。转向侧电机13经由减速器14连接至转向轴11。因此，转向反作用力经由转向轴11施加到方向盘3。

转弯单元6包括：小齿轮轴21；作为连接至小齿轮轴21的转弯轴的齿条轴22；容纳齿条轴22使得齿条轴22可以往复运动的齿条壳体23；以及包括小齿轮轴21和齿条轴22的齿条和小齿轮机构(rack-and-pinionmechanism)24。齿条轴22和小齿轮轴21以预定交叉角布置在齿条壳体23中。齿条和小齿轮机构24具有形成在小齿轮轴21中的小齿轮齿21a与形成在齿条轴22中的齿条齿22a彼此啮合的构造。因此，小齿轮轴21根据齿条轴22的往复运动而旋转。拉杆26经由球窝接头25分别连接至齿条轴22的两端。拉杆26的末端连接至转向节(未示出)，转弯轮5被组装至该转向节中。

转弯单元6包括向齿条轴22施加作为用于使转弯轮5转弯的力的转弯力的转弯侧致动器31。转弯侧致动器31包括：用作驱动源的转弯侧电机32；以及将转弯侧电机32的扭矩传递至齿条轴22的动力传递机构33。根据本实施方式的动力传递机构33包括带机构34和滚珠丝杠机构35。

带机构34包括一对带轮41和42以及围绕该对带轮41和42缠绕的带43。该对带轮41和42由树脂形成并且带43由橡胶形成。滚珠丝杠机构35包括形成在齿条轴22上的螺纹部分22b和经由多个滚珠45拧到螺纹部分22b上的滚珠丝杠螺母46。带轮41连接至转弯侧电机32的旋转轴32a。带轮42固定至滚珠丝杠螺母46的外周。因此，小齿轮轴21经由齿条和小齿轮机构24和动力传递机构33机械连接至转弯侧电机32。即，在本实施方式中，小齿轮轴21对应于连结构件(conjunction member)。

转弯侧致动器31通过经由带机构34将转弯侧电机32的旋转传递至滚珠丝杠机构35并使滚珠丝杠机构35将该传递的旋转转换成齿条轴22的往复运动来将转弯力施加至转弯单元6。

在具有上述构造的转向系统2中，通过根据驾驶员的转向操作从转弯侧致动器31施加转弯力，使齿条轴22往复运动，由此改变转弯轮5的转弯角θi。此时，抵抗驾驶员的转向操作的转向反作用力被从转向侧致动器12施加至方向盘3。

下面将描述根据该实施方式的电气配置。转向控制装置1连接至转向侧电机13和转弯侧电机32并对转向侧电机13和转弯侧电机32进行操作。转向控制装置1检测转弯单元6的异常，由于该异常，转弯侧电机32的扭矩不能顺利地传递至齿条轴22。即，转向控制装置1对应于异常检测装置。由转向控制装置1检测的异常的示例包括由于老化(即，随时间的劣化)导致的带43的永久伸长度的增加。转向控制装置1连接至包括警告灯或扬声器的警告装置51并且转向控制装置1操作警告装置51。

转向控制装置1可以被配置为包括下述的处理电路：(1)根据计算机程序(软件)操作的一个或更多个处理器；(2)执行各种处理中的至少一些处理的一个或更多个专用硬件电路例如专用集成电路(ASIC)；或(3)上述两者的组合。处理器包括中央处理单元(CPU)和存储器例如RAM和ROM，并且存储器存储被配置成使CPU执行处理的程序代码或命令。存储器，即非暂态计算机可读介质，包括可以通过通用计算机或专用计算机访问的所有可用介质。转向控制装置1中的各种控制通过使CPU以预定操作周期的间隔执行存储在存储器中的程序来执行。

来自各种传感器的检测结果被输入至转向控制装置1。各种传感器的示例包括车速传感器52、扭矩传感器53、转向侧旋转角传感器54、转弯侧旋转角传感器55、小齿轮角传感器56、转向侧电流传感器57和转弯侧电流传感器58。

车速传感器52检测作为车辆的行驶速度的车速V。扭矩传感器53检测被施加至转向轴11的转向扭矩Th。转向侧旋转角传感器54将转向侧电机13的旋转轴13a的旋转角θs检测为360°范围内的相对角度。转弯侧旋转角传感器55将转弯侧电机32的旋转轴32a的旋转角θt检测为相对角度。小齿轮角传感器56将作为小齿轮轴21的旋转角的第二小齿轮角θp2检测为在包括超过360°的范围的范围内的绝对角度。例如，第二小齿轮角θp2在其相对于小齿轮角中点位于右侧时具有正值，在其相对于小齿轮角中点位于左侧时具有负值，其中小齿轮角中点是当车辆直行时的角度。在该实施方式中，由于小齿轮轴21对应于连结构件，所以第二小齿轮角θp2对应于连结状态量。转弯侧旋转角传感器55对应于第一传感器并且小齿轮角传感器56对应于第二传感器。

转向侧电流传感器57检测实际电流值Is，实际电流值Is是供应至转向侧电机13的实际电流的值。实际电流值Is指示从转向侧电机13输出的扭矩的大小。实际电流值Is在生成使方向盘3向右侧旋转的扭矩时具有正值，并且在生成使方向盘3向左侧旋转的扭矩时具有负值。转弯侧电机传感器58检测实际电流值It，实际电流值It是供应至转弯侧电机32的实际电流的值。实际电流值It指示从转弯侧电机32输出的扭矩的大小。实际电流值It在生成使转弯轮5向右转弯的扭矩时为正值，并且在生成使转弯轮5向左转弯的扭矩时为负值。

现在将描述通过转向侧电机13的操作进行的反作用控制的概要。转向控制装置1基于转向扭矩Th和车速V计算作为转向反作用力的目标值的目标反作用扭矩。转向控制装置1操作转向侧电机13使得生成与目标反作用扭矩相对应的电机扭矩。因此，转向反作用力被施加至转向单元4。

下面将描述通过转弯侧电机32的操作进行的转弯控制的概要。转向控制装置1基于转向侧电机13的旋转角θs计算作为转向轴11的旋转角的转向角θh。具体地，例如，转向控制装置1对转向侧电机13相对于转向中点的旋转数进行计数，并计算总角度，该总角度是相对于转向中点对旋转角θs进行总计而获得的角度。转向中点是在方向盘3位于可转向范围的中心时的转向角θh。转向控制装置1通过将该总角度与基于减速器14的转速比的转换因子相乘来计算方向盘3的转向角θh。例如，转向角θh在其是相对于转向中点位于右侧的角度时具有正值，并且在其是相对于转向中点位于左侧的角度时具有负值。

例如，转向控制装置1对转弯侧电机32相对于小齿轮角中点的旋转数进行计数，计算总角度，该总角度是相对于小齿轮角中点对旋转角θt进行总计而获得的角度。转向控制装置1通过将总角度与基于带机构34的减速比、滚珠丝杠机构35的导程和齿条和小齿轮机构24的转速比的转换因数相乘，来计算可转换为转弯轮5的转弯角θi的第一小齿轮角θp1。即，第一小齿轮角θp1与由小齿轮角传感器56检测出的第二小齿轮角θp2为基本上相同的角度。例如，第一小齿轮角θp1在其是相对于小齿轮角中点位于右侧的角度时具有正值，并且在其是相对于小齿轮角中点位于左侧的角度时具有负值。

转向控制装置1基于转向角θh计算作为第一小齿轮角θp1的目标值的目标小齿轮角θp*。例如，转向控制装置1将转向角θh除以根据转向角θh和车速V而变化的传送比而获得的值设定为目标小齿轮角θp*。转向控制装置1通过执行使第一小齿轮角θp1与目标小齿轮角θp*一致的反馈控制，计算作为转弯力的目标值的目标转弯扭矩。转向控制装置1操作转弯侧电机32使得生成与目标转弯扭矩相对应的电机扭矩。因此，转弯力被施加至转弯单元6。

下面将描述转弯单元6的异常检测处理。由于小齿轮轴21如上所述根据齿条轴22的往复运动而旋转，因此小齿轮轴21的旋转角可转换为(即，可以换算为)转弯轮5的转弯角θi。因此，在本实施方式中，小齿轮轴21用作可转换构件(convertible member)。如上所述基于旋转角θt计算的第一小齿轮角θp1对应于第一状态量。由小齿轮角传感器56检测的第二小齿轮角θp2对应于第二状态量。

转向控制装置1在异常检测处理中获取第一小齿轮角θp1。第一小齿轮角θp1可以在执行转弯控制的过程中进行计算，或者可以在异常检测处理中基于转弯侧电机32的旋转角θt单独计算。转向控制装置1在异常检测处理中获取第二小齿轮角θp2。第二小齿轮角θp2可以在执行转弯控制的过程中检测到，或者可以在异常检测处理中由小齿轮角传感器56单独检测。

转向控制装置1计算第一小齿轮角θp1与第二小齿轮角θp2之间的差Δθp。随后，转向控制装置1将差Δθp的绝对值与差阈值Δθth进行比较。当差Δθp的绝对值大于差阈值Δθth时，转向控制装置1确定转弯单元6异常。换句话说，当差Δθp的绝对值大于差阈值Δθth时，转向控制装置1检测到转弯单元6的异常。该确定的原因在于，由于第一小齿轮角θp1和第二小齿轮角θp2各自指示关于小齿轮轴21的位置信息，因此在转弯单元6为正常时，差Δθp的绝对值等于或小于基于转弯单元6的构成部件的公差的差阈值Δθth。例如，将差阈值Δθth设定为等于或大于差Δθp的最大值的角度，该差Δθp的最大值可以在通过对转弯单元6的构成部件的公差进行合计而获得的范围内产生。

当提供给转弯侧电机32的实际电流值It的绝对值大时，即当转弯侧电机32输出大的扭矩时，大的力作用于例如动力传递机构33的构成部件上。因此，例如，即使当转弯侧电机32的旋转角θt改变时，小齿轮轴21的第二小齿轮角θp2会由于例如带43的弹性拉伸而可能不会改变。即，尽管第一小齿轮角θp1改变，第二小齿轮角θp2可能不会改变，因此，差Δθp的绝对值会增大。因此，当实际电流值It的绝对值大时，即使转弯单元6正常，差Δθp的绝对值也可能会大于差阈值Δθth。

因此，当实际电流值It的绝对值大于基于转弯单元6的构成部件的刚性的电流阈值Ith时，根据本实施方式的转向控制装置1不执行基于差Δθp的绝对值与差阈值Δθth之间的比较的确定处理。换言之，转向控制装置1仅在实际电流值It的绝对值等于或小于电流阈值Ith时执行该确定处理。例如，电流阈值Ith被设定为如下电流值：在该电流值处，生成扭矩使得带43的弹性变形量与一对带轮41和42的弹性变形量的总和过大。当提到弹性变形量的总和过大时，这意味着由于带43和一对带轮41和42的弹性变形引起的差Δθp的绝对值大于差阈值Δθth的预定比例。

下面将参照图2所示的流程图描述由转向控制装置1执行的异常检测处理的过程的示例。异常检测处理以预定操作周期的间隔重复执行。参照图2，当获取转弯侧电机32的实际电流值It时(步骤101)，转向控制装置1确定实际电流值It的绝对值是否大于电流阈值Ith(步骤102)。当实际电流值It的绝对值等于或小于电流阈值Ith时(步骤102：否)，处理流程进行到步骤103。

在步骤103中，转向控制装置1获取作为第一状态量的第一小齿轮角θp1。接着，转向控制装置1获取作为第二状态量的第二小齿轮角θp2(步骤104)，计算第一小齿轮角θp1与第二小齿轮角θp2之间的差Δθp(步骤105)。然后，转向控制装置1将差Δθp的绝对值与差阈值Δθth进行比较(步骤106)。即，步骤103的处理对应于第一状态量获取处理。步骤104的处理对应于第二状态量获取处理。步骤105的处理对应于差计算处理。步骤106的处理对应于确定处理。

然后，当差Δθp的绝对值大于差阈值Δθth时(步骤106：是)，转向控制装置1输出用于操作警告装置51的信号，从而警告驾驶员已检测到转弯单元6的异常(步骤107)。另一方面，当差Δθp的绝对值等于或小于差阈值Δθth时(步骤106：否)，转向控制装置1确定转弯单元6正常并结束异常检测处理。

当实际电流值It的绝对值大于电流阈值Ith时(步骤102：是)，转向控制装置1不执行后续处理。即，不执行作为确定处理的步骤106。

以下将描述该实施方式的操作和优点。(1)当转弯侧电机32的实际电流值It的绝对值大于电流阈值Ith时，转向控制装置1不执行确定处理。因此，可以降低例如在转弯单元6正常时由于动力传递机构33的构成部件的弹性变形而错误地确定转弯单元6异常的可能性。

可以如下修改该实施方式。除非出现技术矛盾，否则可以将实施方式和以下修改示例进行组合。在前述实施方式中，小齿轮轴21用作连结构件并且作为连结状态量的第二小齿轮角θp2由作为第二传感器的小齿轮角传感器56检测，但是本发明不限于此。例如，齿条轴22可以用作连结构件并且作为连结状态量的齿条轴22的行程位置可以由作为第二传感器的行程传感器检测。在这种情况下，基于由行程传感器检测到的行程位置计算出的第二小齿轮角θp2可以用作第二状态量。可以将由行程传感器检测到的行程位置用作第二状态量，并且可以将基于转弯侧电机32的旋转角θt计算出的行程位置用作第一状态量。

在前述实施方式中，小齿轮轴21用作可转换构件(convertiblemember)，但本发明不限于此，例如，齿条轴22可以用作可转换构件。在这种情况下，可以将基于转弯侧电机32的旋转角θt计算出的行程位置用作第一状态量，并且可以将基于第二小齿轮角θp2计算出的行程位置用作第二状态数量。

在上述实施方式中，只要在将差Δθp的绝对值与差阈值Δθth之间进行比较的确定处理(步骤106)之前执行关于实际电流值It的绝对值是否大于电流阈值Ith的确定(步骤102)，就可以适当地改变其顺序，并且可以在计算出差Δθp(步骤105)之后立即执行确定。

在前述实施方式中，转向系统2采用了其中转向单元4和转弯单元6通常彼此机械地断开的无连接结构，但是本发明不限于此，并且可以采用转向单元4和转弯单元6能够通过离合器在机械上断开的结构。本发明不限于线控转向系统，并且可以采用由驾驶员输入的转向扭矩机械地传递到转弯单元6的电动转向系统作为转向系统2。在电动转向系统中，电机的扭矩被应用为辅助驾驶员转向操作的辅助力。

Claims (2)

1.一种异常检测装置，其被配置成检测转弯单元(6)的异常，所述转弯单元(6)包括：作为驱动源的电机；连接至转弯轮的转弯轴；动力传递机构(33)，其被配置成将所述电机的扭矩传递至所述转弯轴；第一传感器，其被配置成检测所述电机的旋转角；第二传感器，其被配置成检测连结状态量，所述连结状态量指示关于经由所述动力传递机构(33)机械地连接至所述电机的连结构件的位置信息；以及电流传感器，其被配置成检测实际电流值，所述实际电流值是提供给所述电机的实际电流的值，所述异常检测装置的特征在于包括：

处理电路，其被配置成执行异常检测处理，

其中，所述异常检测处理包括：

第一状态量获取处理，其基于由所述第一传感器检测到的旋转角获取指示关于可转换构件的位置信息的第一状态量，所述第一状态量可转换成所述转弯轮的转弯角；

第二状态量获取处理，其基于由所述第二传感器检测到的连结状态量获取指示关于所述可转换构件的位置信息的第二状态量；

差计算处理，其计算所述第一状态量与所述第二状态量之间的差；以及

确定处理，其将所述差的绝对值与差阈值进行比较，

其中，所述异常检测处理是当所述差的绝对值大于所述差阈值时检测到所述转弯单元(6)的异常的处理，并且

其中，所述处理电路被配置成当所述实际电流值的绝对值大于电流阈值时不执行所述确定处理。

2.根据权利要求1所述的异常检测装置，其特征在于，所述转弯单元(6)与由驾驶员进行转向操纵的转向单元之间的动力传递路径被切断。

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