專利名稱：用于電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基于摩擦力的健康狀態(tài)指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于確定電動(dòng)カ轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的健康狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)カ轉(zhuǎn)向(EPS)是液壓動(dòng)カ轉(zhuǎn)向的直接替代，但是在操作過(guò)程中顯著地消耗更少的能量。液壓動(dòng)カ轉(zhuǎn)向使用機(jī)械扭矩傳感器來(lái)測(cè)量由駕駛員施加至方向盤(pán)的扭矩。扭矩傳感器被聯(lián)接至閥，而該閥引導(dǎo)液壓流體以放大被施加的扭矩。EPS以類似的方式工作，但是電子扭矩傳感器被用于測(cè)量方向盤(pán)扭矩，且電馬達(dá)被用于施加附加扭矩給轉(zhuǎn)向齒條。任一系統(tǒng)的故障可使得車(chē)輛相對(duì)難于轉(zhuǎn)向。當(dāng)用于具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和一個(gè)或多個(gè)電牽引馬達(dá)的混合動(dòng)カ車(chē)輛上吋，EPS能力 可特別具有吸引力?；旌蟿?dòng)カ車(chē)輛通常以電動(dòng)車(chē)輛模式(EV)運(yùn)行至閾值車(chē)輛速度。發(fā)動(dòng)機(jī)在EV模式(ー個(gè)或多個(gè))下關(guān)閉。由此，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩提供的機(jī)械動(dòng)カ被中斷，其排除了使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)流體泵的傳統(tǒng)液壓動(dòng)カ轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開(kāi)了ー種用于確定具有輪胎和控制器的車(chē)輛中的轉(zhuǎn)向柱安裝式電動(dòng)カ轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)的健康狀態(tài)(SOH)的方法。使用車(chē)載控制器執(zhí)行本方法，通過(guò)使用輪胎動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)第一自回正扭矩(SAT)值最終確定EPS系統(tǒng)的SOH值。輪胎動(dòng)力學(xué)模型包括在轉(zhuǎn)向操作過(guò)程中作用在車(chē)輛的輪胎上的側(cè)向カ的線性區(qū)域中的模擬動(dòng)力學(xué)。該方法包括使用控制器的擴(kuò)張狀態(tài)觀察器和EPS系統(tǒng)的名義參數(shù)估計(jì)第二 SAT值，然后計(jì)算第一和第二SAT值之間的差值。計(jì)算的差值的趨勢(shì)或進(jìn)展在校準(zhǔn)時(shí)間間隔上被利用控制器監(jiān)視以由此確定SOH值。該方法包括利用SOH值自動(dòng)執(zhí)行適當(dāng)?shù)目刂苿?dòng)作。用于車(chē)輛的EPS系統(tǒng)包括方向盤(pán)、扭矩傳感器、角度傳感器、齒條和小齒輪組件、轉(zhuǎn)向馬達(dá)和具有擴(kuò)張狀態(tài)觀察器的控制器，該轉(zhuǎn)向馬達(dá)以ー扭矩水平傳遞可變馬達(dá)輔助扭矩給齒條和小齒輪組件，該扭矩水平部分地基于分別來(lái)自轉(zhuǎn)向角度和扭矩傳感器的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩。控制器被配置為轉(zhuǎn)向上述方法。當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從下面的用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的一些最佳方式和其它實(shí)施例的具體描述可容易地明白本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是車(chē)輛的示意圖，其具有轉(zhuǎn)向柱安裝式電動(dòng)カ轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)和配置為用于確定EPS系統(tǒng)的健康狀態(tài)(SOH)值的控制器。圖2是模擬的轉(zhuǎn)向柱安裝式EPS系統(tǒng)的示意圖。圖3是可由本控制器使用的示例性輪胎動(dòng)力學(xué)模型的示意圖。圖4是用于控制器的示例性擴(kuò)張狀態(tài)觀察器部分的示意性流程圖；以及圖5是描述用于確定圖I和2中所示的EPS系統(tǒng)的SOH值的本方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的參考標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)于多個(gè)附圖中相同或類似的部件，以圖I開(kāi)始，車(chē)輛10包括轉(zhuǎn)向柱安裝式電動(dòng)カ轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)20和控制器50。控制器50被示意性地示出為單個(gè)単元，但是控制器50的各個(gè)元件可被分布于多個(gè)特定用途控制器或電控制單元(E⑶S)，例如馬達(dá)控制單元、轉(zhuǎn)向控制單元等。本控制器50被配置用于確定EPS系統(tǒng)20的健康狀態(tài)(SOH)值。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“S0H”值表示描述EPS系統(tǒng)20的相對(duì)于校準(zhǔn)的、正常運(yùn)轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)健康性的數(shù)值?？刂破?0還被配置用于執(zhí)行控制動(dòng)作，該控制動(dòng)作對(duì)于確定的SOH值是適當(dāng)?shù)模缤ㄟ^(guò)記錄診斷碼和/或經(jīng)由顯示器17 (例如顯示屏、指示器燈、圖標(biāo)等)顯示信息給車(chē)輛10的駕駛員。 車(chē)輛10包括方向盤(pán)12。方向盤(pán)12響應(yīng)于駕駛員轉(zhuǎn)向輸入而旋轉(zhuǎn)，其在圖I中由雙箭頭19共同表示。方向盤(pán)12被操作地連接至轉(zhuǎn)向柱14,而該轉(zhuǎn)向柱被連接至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16是齒條和小齒輪組件，盡管其他轉(zhuǎn)向組件可被根據(jù)設(shè)計(jì)使用。例如通過(guò)移動(dòng)一組前橋(未示出)上的輪胎拉桿18，轉(zhuǎn)向組件16最終將前輪胎25相對(duì)于路面27取向，且其為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。扭矩傳感器23和可選的轉(zhuǎn)向角度傳感器21可被相對(duì)于轉(zhuǎn)向柱14定位。扭矩傳感器23測(cè)量和傳輸扭矩傳感器信號(hào)(箭頭123)至控制器50。類似地，轉(zhuǎn)向角度傳感器21測(cè)量和傳輸轉(zhuǎn)向角度信號(hào)(箭頭121)至控制器50?？刂破?0處理信號(hào)121、123以及附加車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)(箭頭11)，例如車(chē)速、質(zhì)量等，和確定轉(zhuǎn)向馬達(dá)32執(zhí)行本轉(zhuǎn)向操作所需的轉(zhuǎn)向輔助量?？刂破?0經(jīng)由馬達(dá)控制信號(hào)(箭頭13)與轉(zhuǎn)向馬達(dá)32通信。通過(guò)產(chǎn)生和經(jīng)由減速齒輪組33(見(jiàn)圖2)傳送馬達(dá)扭矩(箭頭15)且傳送至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16，轉(zhuǎn)向馬達(dá)32響應(yīng)該馬達(dá)控制信號(hào)(箭頭13)。仍參考圖1，控制器50可利用控制器局域網(wǎng)(CAN)、串行總線、數(shù)據(jù)路由器(ー個(gè)或多個(gè))和/或其他適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)連接來(lái)傳輸馬達(dá)控制信號(hào)(箭頭13)至轉(zhuǎn)向馬達(dá)32。控制器50的硬件部件可包括ー個(gè)或多個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)，其每個(gè)都具有微處理器或中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)、電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、高速時(shí)鐘、模擬至數(shù)字(A/D)和數(shù)字至模擬(D/A)電路、和輸入/輸出電路和設(shè)備(1/0)，以及適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)制和緩沖電路。駐留在控制器50中的或可由控制器容易地訪問(wèn)和執(zhí)行的每組算法或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(包括執(zhí)行如下參考圖2解釋的本方法100所需的算法或計(jì)算機(jī)指令)可被儲(chǔ)存在有形的、非易失性計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存器54上，且由控制器50的相關(guān)聯(lián)硬件部分按需執(zhí)行以提供公開(kāi)的功能。擴(kuò)張狀態(tài)觀察器52 (還參見(jiàn)圖4)被包括為控制器50的軟件功能的部分，狀態(tài)觀察器52施加狀態(tài)空間反饋控制法則，如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的?？刂破?0還被編程有或可訪問(wèn)輪胎動(dòng)力學(xué)模型56和EPS系統(tǒng)模型58。EPS系統(tǒng)模型58考慮EPS系統(tǒng)20的摩擦力以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16 (例如齒條和小齒輪組件)和轉(zhuǎn)向馬達(dá)32的等效慣量和阻尼，下面使用的例子是示意性目的。任意EPS系統(tǒng)中的高摩擦特性是不受歡迎的，因?yàn)樗鼈兛刹焕赜绊懶阅?。由于由轉(zhuǎn)向馬達(dá)32提供的扭矩輔助的高水平，摩擦力的増加可不被駕駛員注意到。但是，在扭矩輔助喪失事件中，車(chē)輛10將變得難于轉(zhuǎn)向。EPS系統(tǒng)20中的摩擦力可通過(guò)測(cè)量馬達(dá)電流和角速度以及通過(guò)確定自回正扭矩(SAT)而被估計(jì)。由于SAT不能被直接測(cè)量，本方法替代地監(jiān)視SAT值的偏差，其從輪胎側(cè)向力的線性區(qū)域中的輪胎動(dòng)力學(xué)模型56 (如下參考圖3所述)以及使用狀態(tài)觀察器52且假定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16的標(biāo)稱參數(shù)從組合的馬達(dá)32和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)16的動(dòng)力學(xué)得到的SAT估計(jì)值獲得的。這些不同地確定的SAT值中的偏差的進(jìn)展則被用于 指示EPS系統(tǒng)20中的摩擦力從標(biāo)稱值的偏差。參考圖2，本方法100提供用于轉(zhuǎn)向柱型EPS系統(tǒng)(例如圖I的EPS系統(tǒng)20)的基于故障的模型。在這種系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向馬達(dá)32被連接至轉(zhuǎn)向組件26，該兩者都被示意性地示出。轉(zhuǎn)向組件26通過(guò)減速齒輪箱33包括圖I的轉(zhuǎn)向軸14、圖I的用于接收カ矩(Jhw)的方向盤(pán)12、以及傳感器21和23 (見(jiàn)圖I)。輔助扭矩(其在圖2中被表示為T(mén)a)被通過(guò)減速器(未示出)施加至圖I的轉(zhuǎn)向軸14。輔助扭矩(Ta)是馬達(dá)扭矩和齒輪箱33的齒輪比(n)的乘積，且該扭矩輔助駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)12。駕駛員扭矩(Td)和輔助扭矩(Ta)的總和克服來(lái)自輪胎25的自回正扭矩(SAT)(在圖2中由Tsa表示)以及EPS系統(tǒng)20中的任意摩擦力而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向軸14。圖I和2的EPS系統(tǒng)20的操作可由下面的方程表達(dá)Jsw^sw ~ ~ ^ts ~ Sw^sw ~ ^sw^sw ~ Tfr,c其中JSW、BSW和Ksw分別是方向盤(pán)12的慣量、阻尼和剛度分量，Tts是來(lái)自扭矩傳感器23的輸出，Td是方向盤(pán)12上的駕駛員扭矩，0SW是由圖I的傳感器21感測(cè)的轉(zhuǎn)向角度，以及T&,。是轉(zhuǎn)向柱摩擦力(通?？珊雎?。扭矩傳感器23在這里被模擬為具有線性彈簧和阻尼效應(yīng)的扭桿，即 Tts = BtsOts +KtsOts其中0 ts是扭矩傳感器23的扭桿變形且等于Sts= 0sw_0p其中epi小齒輪角度，且其與被轉(zhuǎn)向車(chē)輪的角度成比例，即存在于車(chē)輛10的縱向軸線的投影和車(chē)輪平面與路面27的交線之間的角度。轉(zhuǎn)向馬達(dá)32的運(yùn)動(dòng)方程可被表達(dá)為JmOm + BmOm = TmTm = Kti
廠La- + Rai = v- KeOm其中Jm和Bm是轉(zhuǎn)向馬達(dá)32的相應(yīng)慣量和阻尼系數(shù)，! 是如上所述的馬達(dá)扭矩，Ra和La是轉(zhuǎn)向馬達(dá)32的相應(yīng)電阻和電感，i是電樞電流，V是電壓，且Kt和も是相應(yīng)的扭矩常數(shù)和反向EMF，所有數(shù)值都屬于轉(zhuǎn)向馬達(dá)32的特性。圖I的控制器50可包括馬達(dá)控制単元，其使用比例積分(PI)控制功能，如本領(lǐng)域所知道的。馬達(dá)控制単元使用控制器50的任意轉(zhuǎn)向控制単元部分的輸出作為所需扭矩的參考電流，即
權(quán)利要求
1.一種用于車(chē)輛的電動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng),包括 方向盤(pán)，其配置為接收一組駕駛員轉(zhuǎn)向輸入，包括轉(zhuǎn)向扭矩和轉(zhuǎn)向角度； 扭矩傳感器，其配置為測(cè)量轉(zhuǎn)向扭矩； 角度傳感器，其配置為測(cè)量轉(zhuǎn)向角度； 齒條和小齒輪組件； 轉(zhuǎn)向馬達(dá)，其可操作用于以一扭矩水平傳遞可變馬達(dá)輔助扭矩給齒條和小齒輪組件，該扭矩水平部分地依賴于轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩；和控制器，其具有擴(kuò)張狀態(tài)觀察器； 其中該控制器被配置用于 使用輪胎動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)第一自回正扭矩(SAT)值，其中輪胎動(dòng)力學(xué)模型包括在作用在輪胎上的側(cè)向力的線性區(qū)域中的模擬的動(dòng)力學(xué)； 使用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和EPS系統(tǒng)的標(biāo)稱參數(shù)估計(jì)第二 SAT值； 計(jì)算第一 SAT值和第二 SAT值之間的差值； 利用控制器監(jiān)視計(jì)算的差值在校準(zhǔn)時(shí)間間隔上的進(jìn)展以由此確定SOH值；和 利用SOH值自動(dòng)執(zhí)行控制動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求I所述的EPS系統(tǒng)，其中所述控制器可操作用于利用可調(diào)增益計(jì)算SOH值為0和I之間的數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的EPS系統(tǒng)，其中自動(dòng)執(zhí)行控制動(dòng)作包括以下至少之一記錄診斷碼和在車(chē)輛內(nèi)顯示圖標(biāo)或消息。
4.一種車(chē)輛,包括 方向盤(pán)； 輪胎，其能響應(yīng)由方向盤(pán)接收的駕駛員輸入而轉(zhuǎn)向； 電動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)，其具有齒輪組和轉(zhuǎn)向馬達(dá)，其中EPS系統(tǒng)被配置為提供馬達(dá)輔助扭矩給齒輪組以由此輔助輪胎的轉(zhuǎn)向；和 控制器，其配置為執(zhí)行來(lái)自有形/非暫時(shí)性儲(chǔ)存器的一組指令，包括 使用輪胎動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)第一自回正扭矩(SAT)值，其中該輪胎動(dòng)力學(xué)模型包括在作用在輪胎上的側(cè)向力的線性區(qū)域中的模擬的動(dòng)力學(xué)； 使用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和EPS系統(tǒng)的標(biāo)稱參數(shù)估計(jì)第二 SAT值； 計(jì)算第一 SAT值和第二 SAT值之間的差值； 利用控制器監(jiān)視計(jì)算的差值在校準(zhǔn)時(shí)間間隔上的進(jìn)展以由此確定SOH值；和 用SOH值自動(dòng)執(zhí)行控制動(dòng)作。
5.如權(quán)利要求4所述的車(chē)輛，其中所述齒輪組是齒條和小齒輪組件。
6.如權(quán)利要求4所述的車(chē)輛，其中所述控制器配置為利用可調(diào)增益計(jì)算SOH值為0和I之間的數(shù)值。
7.如權(quán)利要求4所述的車(chē)輛，其中所述控制器通過(guò)以下至少之一自動(dòng)執(zhí)行控制動(dòng)作記錄診斷碼和在車(chē)輛內(nèi)顯示圖標(biāo)或消息。
全文摘要
一種用于確定車(chē)輛中的電動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)的健康狀態(tài)(SOH)值的方法包括使用論壇動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)第一自回正扭矩(SAT)，其包括在作用在車(chē)輛輪胎上的側(cè)向力的線性區(qū)域中的模擬的動(dòng)力學(xué)。該方法還包括使用擴(kuò)張狀態(tài)觀察器和EPS系統(tǒng)的名義參數(shù)估計(jì)第二SAT值，和計(jì)算第一和第二SAT值之間的差值?？刂破魇褂每刂破鞅O(jiān)視計(jì)算的差值在校準(zhǔn)時(shí)間間隔上的進(jìn)展，以由此確定SOH值，和使用SOH值自動(dòng)執(zhí)行控制動(dòng)作。車(chē)輛的EPS系統(tǒng)包括方向盤(pán)，扭矩和角度傳感器，齒條和小齒輪組件，轉(zhuǎn)向馬達(dá)和控制器。還公開(kāi)具有該相同控制器的車(chē)輛。
文檔編號(hào)B62D5/04GK102730055SQ20121009122
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者Y.A.戈內(nèi)姆 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司